专利名称：带有用户时钟同步的无线网的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有多个网络节点的无线网，每个节点包括带有各个射频时钟供给源的无线装置，并被安排来通过无线媒体进行数据交换，以及还包括用户接口，用于在相关的无线装置与至少一个用户之间交换数据。
这种类型的无线网可以从以下文献中获知，Elmar Trk，“Technologie drahtloser Netze”，Funkschau No.22，1998，pp20-25，它描述了带有多个网络节点的无线网的结构。有多种电气设备(例如监视器，计算机等)通过用户接口被连接到网络节点上的无线装置。可以通过每个网络节点上的无线装置与其它的无线装置交换数据。所述文献没有涉及在网络节点上执行的应用项的时钟同步。
本发明的一个目的是提供一种其中的各个网络节点的用户时钟可以互相同步的无线网。
这个目的可通过以下所阐述的这种无线网而达到网络节点的至少一个用户从相关的网络节点的用户时钟供给源接收与射频时钟无关的用户时钟，每个网络节点可根据中央网络节点规定的事件来确定与相关用户时钟有关的时间值，中央网络节点可至少发送由所选择的网络节点形成的最后的时间值，以及每个网络节点可形成在所确定的最后两个时间值之间的差值，以及根据所确定的它的最后的两个时间值之间的差值与所选择的网络节点的最后的两个时间值之间的差值的比较结果，来实行它的用户时钟供给源的频率同步。
无线传输在这里被理解为是指射频、红外、超声等等传输。在无线网中，网络节点上的用户时钟供给源的同步是通过射频来实现的。射频同步是与用户时钟供给源的同步无关的。为了达到这一点，中央网络节点激发一些事件，这些事件确保在网络节点上可以从接收用户时钟的用户时间计数器上读出时间值。除了在中央网络节点的控制下激发事件以外，一个选择的网络节点(称为用户主网络节点)分发由中央网络节点所形成的最后时间值或由中央网络节点所形成的最后两个时间值之间的差值。然后，在网络节点上，形成被读出的最后两个时间值之间的差值，以及把本地差值结果与从中央网络节点处接收的、由用户主网络节点产生的差值结果进行比较。因为该差值结果不涉及射频时钟，所以网络节点的射频时钟变化对用户时钟供给源的时间和频率同步的影响可以被消除。
本发明的另一个方面涉及在利用用户时间计数器时网络节点上的差值信息。选择的网络节点通常应当是除中央网络节点以外的一个网络节点。在这种情况下，如本发明的第三方面所揭示的，用户主网络节点(选择的网络节点)供给包含用户主网络节点的差值结果在内的时间数据。
本发明的第四和五方面提供了用户时钟供给源的校正值，该用户时钟供给源包括例如PLL(锁相环)电路。然后，可以形成平均值，以便减小时间数据传输时的干扰。
本发明的第六方面描述了当一个网络节点(隐藏的网络节点)不能被中央网络节点联系到时，通过一个中间网络节点来同步该网络节点的用户时钟供给源的步骤。该隐藏的网络节点根据特定事件的发生来确定一个与用户时钟有关的时间值。特定事件由中间节点通过例如射频同步信号来进行发送。本发明的第七和八方面揭示了用于隐藏网络节点的用户时钟供给源的校正值。
本发明的第九方面涉及当有两个子网络时采取的步骤，每个子网络包括一个中央网络节点，而一个子网络包括用户主网络节点。两个子网络通过一个与这两个子网络有关的桥网络节点进行互联。第二子网络的网络节点根据预定事件的发生来确定与用户时钟有关的时间值。该事件由第二子网络的中央网络节点例如通过射频同步信号进行发送。本发明的第十和十一方面揭示了用于第二子网络的网络节点的用户时钟供给源的校正值。
本发明的第十二、十三和十四方面涉及对于在单个或第一子网络的网络节点、隐藏的网络节点、和第二子网络的网络节点上的用户时钟的绝对时间的信息。
此后，将参照附图更详细地描述本发明的实施例。其中
图1显示了带有多个网络节点的无线网，图2显示了带有外部接口的网络节点和连接到外部接口的总线系统的方框图，图3显示了在图2所示的网络节点中被使用的无线装置的实施例，图4显示了说明无线装置的功能和用户时钟供给源的同步的两个功能块，图5显示了说明时间数据传输图的MAC帧，图6显示了带有隐藏网络节点的无线网，以及图7显示了带有两个子网络的无线网。
图1显示了带有多个网络节点1到4的无线网。通过无线链路，网络节点1到4借助于无线装置来交换数据。作为无线网中的基站的网络节点1被称为中央网络节点，它控制无线网中的射频同步。网络节点2到4被称为正常网络节点。其中中央网络节点1能够与其它的网络节点2到4交换数据的范围由图1上的椭圆5表示。
网络节点1到4包括一个用于建立与其它的网络节点之间的各个无线链路的无线装置，以及还包括内部的和外部的用户接口，通过这些接口分别供给和读出用户数据。在内部的用户接口的情况下，用户数据由网络节点上的电路单元产生。这样的电路单元(例如是被包括在网络节点中的视频编码译码器)可以起到用户的作用，它通过内部的用户接口与无线装置交换数据。在外部的用户接口的情况下，用户数据通过这个用户接口被提供给其它电设备或由其它电设备提供。用户例如可以是电路单元、电气设备、要由一个或多个电路单元和/或一个或多个电气设备执行的程序包等等。用户位处于无线装置以外，它利用无线装置来与其它用户交换数据。
图2显示以总线系统11的形式出现的外部的用户接口的例子，通过该总线系统，多个电设备7到10与网络节点34的无线装置6交换有用的数据、控制数据、和总线同步数据。这样的电设备7到10可以是录象机、监视器、调谐器、CD放像机等等。
为了有效地支持各种实时应用，网络节点1到4包括一个相应的本地用户时钟供给源35(见图2)。这样的本地用户时钟供给源35是对于电路元件和设备7到10的整个的时间和频率同步所需要的，所以，它用来把时钟(以后将称为用户时钟)提供给各个网络节点1到4中的用户。
无线装置6也包括射频时钟供给源(未示出)，用于产生与用户时钟无关的射频时钟。无线网中的网络节点的射频时钟供给源通常被同步到中央网络节点1的射频时钟上。射频时钟供给源的同步在以后将不再详细描述。假定射频时钟供给源的频率同步已经出现。
网络节点中的本地用户时钟供给源要被同步到给定的网络节点(以后称为用户网络节点)的本地用户时钟供给源上。例如，网络节点2是一个这样的用户网络节点，它的用户时钟也被称为主用户时钟。中央网络节点通常不起用户主网络节点的作用，即，用户主网络节点和中央网络节点是两个不同的网络节点。这个分离是有道理的，因为中央网络节点主要负责射频同步，而不负责用于产生相关的用户时钟的本地用户时钟供给源的同步。然而，不能排除，在一些给定的情况下，中央网络节点也构成用户主网络节点。
此后将详细地描述借助于由中央网络节点1发送的射频同步信号把网络节点1、3、和4中的本地用户时钟供给源同步到由网络节点2产生的主用户时钟。这样的射频同步信号可包含例如若干个比特构成的一个系列。在射频同步信号的起始时间和用户主网络节点2的用户时钟供给源之间不存在固定的时间关系要求，因为主用户时钟本身不需要被发送。例如，一系列的射频同步信号可以在不规则的时刻被发送。然而，在两个接连的射频同步信号之间时间上的间隔距离不能超过最大值，因为否则由本地用户时钟供给源所产生的相关的用户时钟的偏差会变得太大。而且，用户主网络节点2本身不需要产生射频同步信号。用户主网络节点2通常与射频同步信号异步地发送代表有关主用户时钟的信息的时间数据。这个时间数据起始由中央网络节点1作为通常有用的数据来接收，随后被分发给所有的网络节点2到4。用户主网络节点2的时间数据的分发由中央网络节点1执行，因为通常可以假定用户主网络节点2不能直接联系到所有的其它网络节点3和4，但只能联系到中央网络节点1。
然而，要将网络节点1、3、和4的本地用户时钟供给源在时间上精确地同步到用户主网络节点2的本地用户时钟供给源，只能在网络节点1到4的电路单元(此后将要被描述，例如，计数器)产生的时间值可以同时地被产生的条件下出现。只有在这样的情况下，用户主网络节点2的时间值与中央网络节点1和正常网络节点3或4的时间值的比较才会导致可被评估的结果。在网络节点1到4中，射频同步信号可通过滤波器(例如，匹配滤波器)被估值。这样的匹配滤波器给出射频同步脉冲，其最大值可被用来确定与相关的本地用户时钟有关的时间值。
对于此后要被描述的用于本地用户时钟供给源的频率同步的方法，仅仅必须所有的网络节点2到4可从中央网络节点1处接收射频同步信号，以及网络节点1、3、和4可从用户主网络节点2处接收与主用户时钟有关的时间数据。这样的用户时钟供给源例如可借助于PLL电路(PLL＝锁相环)来调整。中央网络节点1直接从用户主网络节点2处接收这个时间数据，以及网络节点3和4通过中央网络节点1间接地从用户主网络节点2处接收时间数据。网络节点1到4中的无线装置6使得能从中央网络节点1发送射频同步信号，以及能发送、分发和处理用户主网络节点2的时间数据。
图3显示了无线装置6的实施例。无线装置16的外部接口电路12被连接到总线系统11，并从总线系统11接收其目的地是无线装置6的用户数据，以及可能在经过格式调整以后，把这个数据加到无线装置6的协议装置13。接口电路12也把由协议装置13传递的用户数据加到总线系统11。除了接口电路12和协议装置13以外，无线装置6也包括调制解调器14、高频电路15和天线16。高频电路15通过调制解调器14把由天线16接收的数据发送到协议装置13。而且，天线16发送从协议装置13产生的、并进一步由调制解调器14与高频电路15输送的数据。
协议装置13(例如被构建为处理器系统)根据接口电路12所传递的数据来形成分组单元，或根据由调制解调器14提供的分组单元来形成用于接口电路12的可处理的数据。分组单元不单包含接收的数据，也包含由协议装置13形成的附加控制信息。协议装置13使用用于LLC层(LLC＝逻辑链路控制)和MAC层(MAC＝媒体接入控制)的协议。MAC层控制由无线装置6进行的到无线传输媒体的多路接入，以及LLC层执行流动和错误检测。
在图1所示的无线网中，数据可按照TDMA、FDMA或CDMA方法(TDMA＝时分多址、FDMA＝频分多址、CDMA＝码分多址)在网络节点1和4之间进行交换。这些方法也可以被组合。数据在给定的所分配的信道上被发送。信道是由频率范围、时间范围、以及例如在CDMA方法的情况下由扩频码来定义的。
无线网中的正常网络节点2到4由中央网络节点1控制。所以，用户主网络节点2属于正常网络节点，因为它不负责网络的射频同步。这意味着，只有中央网络节点控制在中央控制的无线网中的射频同步、媒体接入控制(MAC)、链路建立等等。然而，用户主网络节点2控制对于在无线网中以分布方式运行的实时应用项的同步。
每个网络节点1到4包括用户时间计数器，它接收来自相关的本地用户时钟供给源的时钟脉冲。用户时间计数器使得每个网络节点1到4中的本地用户时钟供给源能被同步到用户主网络节点2的用户时钟供给源的频率上以及有可能被同步到其绝对时间上。为此，在对于所有的网络节点1到4来说是已知的给定的事件时刻，读出网络节点1到4的相关的用户时间计数器的数值(被称为时间值)，此后，对它们进行比较。该比较可以异步地进行，即，不需要紧接在该事件后的给定的时刻立即执行比较。事件是指发生一个接收的射频信号的给定判据。
对于在网络节点1到4之间的数据的无线传输，MAC层也利用至少一个帧同步信号。这个帧具有用于射频同步数据、控制数据、和有用的数据的不同的时隙，并且被称为MAC帧。在MAC帧的预定的时间间隔期间(例如，在每个MAC帧的起始时)，中央网络节点1发送射频同步信号，它可被其它网络节点2到4清晰地检测出。例如，射频同步信号被中央网络节点每q个MAC帧(q≥1，q∈N)发送一次。接连的MAC帧可以具有固定的长度，或每次具有不同的长度。然而，在后一个情况下，MAC帧的长度不超过给定的最小值，它取决于由PLL电路的质量因子所施加的本地用户时钟供给源的可允许的最大偏差。而且，数值q应当这样选择，以使得能够确保对主用户时钟的用户时钟供给源的同步。
为了本地用户时钟供给源的频率同步，每个网络节点1到4配备有用于存储时间值的两个寄存器。第一寄存器存储第一时间值R1(Ni)，它相应于倒数第二个射频同步信号的、与用户时钟有关的接收时刻；以及第二寄存器存储第二时间值R2(Ni)，它相应于最后的射频同步信号的、与用户时钟有关的接收时刻。必须确保在出现射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值以后的一段恒定的延时τ后，从用户时间计数器读出第一时间值R1(Ni)和第二时间值R2(Ni)。因此，在移过一段恒定的延迟时间以后的时刻，由所有的网络节点1到4从相关的寄存器读出R1(Ni)和R2(Ni)。如上所述，例如，由接在匹配滤波器后面的检测电路来检测最大值。Ni表示把这些时刻存储在寄存器中的网络节点i(i＝1，2，...)。在正常网络节点2到4中形成的差值R2(Ni)-R1(Ni)(其中i＝2到4)于是表示在从中央网络节点1接收的最后两个射频同步信号的、与用户时钟有关的接收时刻之间的差值。在相应于正常网络节点中射频同步信号的接收时刻的射频同步信号开始以后的给定的时间间隔后，中央网络节点1也产生差值δ1＝R2(Ni)-R1(Ni)。由于差分的结果，恒定的延时τ对于同步运行没有影响。当本地用户时钟供给源，以及用户时间计数器连同网络节点Ni(i＝1，...，4)的用户时钟供给源都已被同步到用户主网络节点2的用户时间计数器时，在用户主网络节点2中形成的差值R2(N2)-R1(N2)与在正常网络节点1、3、和4中形成的差值R2(Ni)-R1(Ni)(其中i＝1，3，和4)之间没有偏差。
在无线网中的本地用户时钟供给源以如下方式被同步。网络节点2，3，和4在从中央网络节点接收射频同步信号以后，把与用户时钟有关的射频同步信号的接收时刻存储到其相应的第二寄存器中作为时刻R2(Ni)。这个时刻作为这个相关的用户时间计数器的计数值被写入第二寄存器中。第二寄存器R2(Ni)的内容或时刻已经事先被移位到第一寄存器中，并且被称为时刻R1(Ni)。网络节点1也能计算与其用户时钟有关的时刻R2(Ni)，因为它知道在射频同步信号开始与从射频同步信号通过匹配滤波器形成的这个射频同步脉冲的最大值之间的时间上的距离。
这些运行可根据显示了两个方框36和37的图4的功能图而被显示。第一方框36与网络节点1到4中的无线装置6有关，以及第二方框37与估计用户时间计数器的计数值有关。方框36包含两个方框38和39。方框38表示射频时钟供给源的功能，它提供射频时钟FT，以及方框39估值通过无线链路接收的射频同步信号。射频同步信号的接收时刻被加到方框37，作为从射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值。方框37包含另五个方框40到44。方框40表示用户时钟供给源，它把用户时钟加到方框41。方框41是用户时间计数器，它响应于每个用户时钟给计数值增值。当方框39提供使能脉冲时(该使能脉冲通过射频同步信号的到来而启动)，方框42从用户时间计数器(方框41)读出计数值。无论何时由匹配滤波器形成的射频同步脉冲达到最大值时，使能脉冲就由检测电路形成。所读出的计数值被方框42写入到第二寄存器作为计数值R2(Ni)。该方框首先把老的计数值写入到第一寄存器作为计数值R1(Ni)。在方框36和37中对不同信号的处理将会产生在读出用户计数值的时刻与射频同步脉冲的最大值的接收时刻之间的、网络节点特定的延时τ。这个延时由被安排在方框39和42之间的方框44来进行同步。
在从中央网络节点1接收射频同步信号以后，在用户主网络节点2中形成差值δ2＝R2(N2)-R1(N2)，并且把该差值结果通过单个无线链路加到中央网络节点1。需要考虑在由射频同步信号产生的射频同步脉冲的开始点与射频同步脉冲的最大值之间的时间上的距离，因为中央网络节点1通常不能同时进行发送和接收。MAC帧的给定的时隙可被用来发送该差值结果δ2。中央网络节点1把差值结果δ2与它自己的差值结果δ1＝R2(N1)-R1(N1)进行比较。如果δ2＞δ1，中央网络节点1应当使它的本地用户时钟供给源的时钟值增加一个数值(δ2-δ1)/δ2。当中央网络节点1检测到δ2＜δ1时，中央网络节点1的用户时钟供给源的时钟被减小一个数值(δ1-δ2)/δ2。当差值数值δ2和δ1相等时，本地用户时钟供给源的用户时钟不需要改变。
中央网络节点1在MAC帧期间发送差值δ2作为时间数据，以便于同步正常网络节点3或4的本地用户时钟供给源。例如，时间数据是在MAC帧的给定的时隙期间通过射频传播链路被发送的，即，这样的时间数据的目的地是每个正常网络节点2到4。除用户主网络节点以外，每个正常网络节点3和4在接收差值δ2以后和在被存储在各自的寄存器中的时刻R1(Ni)和R2(Ni)之间的差值形成以后(在此，i＝3或4)，把接收的差值δ2与计算的差值δ3或δ4进行比较。当δ2＞δ3或δ2＞δ4时，正常网络节点3或4使其用户时钟供给源的本地时钟增加一个数值(δ2-δi)/δ2，其中i＝3或4。在另一种情况下，当δ2＜δi时，正常网络节点3或4把本地用户时钟减小一个数值(δi-82)/δ2，其中i＝3或4。当差值δ2和δ3或δ4相等时，正常网络节点3或4的本地用户时钟准确地具有用户主网络节点2的本地用户时钟供给源的频率。
通过图5可进一步说明上述的本地网中的时间数据的传输，图上显示了MAC帧。在MAC帧的第一时隙k(k∈N)期间，用户主网络节点2把在用户主网络节点2中形成的差值δ2、表征MAC帧的帧标识f、以及可能还有从用户主网络节点2的用户时间计数器中最后读出和被延时τ所校正的时间值R2’(N2)＝R2(N2)-τ，作为时间数据发送到中央网络节点1。校正的时间值R2’(N2)对于计算无线网中的绝对时间是需要的，正如后面将描述的。在图5上，用户主网络节点2的发送模式用参考符号AM-S表示，以及中央网络节点的接收模式用参考符号CC-R表示。由中央网络节点1接收的时间数据在MAC帧的后继的时隙p(p＞k，p∈N)期间在其它正常网络节点3和4之间进行分发。在MAC帧m期间，中央网络节点1的这个发送模式被表示为CC-S，以及正常网络节点3和4的接收模式用参考符号NN-R来表示。
由于在网络节点1到4中的差值的形成，恒定的延时和在网络节点1到4之间的距离(传播延时)都不影响同步。不一定需要在MAC帧开始时发送射频同步信号。而且，也不一定需要中央网络节点产生用于每个MAC帧的射频同步信号。
用户时间计数器以及第一和第二寄存器可以是分立部件，以及构成也包括另一个用于与其它差值进行差分以及比较的电路元件的一个电路的一部分。然而，其优点是使用现有的电路元件。在每个射频装置6中的接口电路12(它例如可以被构建为处理器系统)能够执行用户时间计数器、第一和第二寄存器的功能以及计算功能。在计算差值以后，接口电路12然后可能把频率校正值加到相关的用户时钟供给源。匹配滤波器和检测电路可以构成例如调制解调器14的一部分。对于图4，用户时间计数器的功能、第一和第二寄存器的功能、以及计算功能构成方框37的一部分。匹配滤波器与检测电路的功能构成方框36。
通过形成几个时间值的平均值以便减小在发送时间数据期间的起伏的影响，从而也可以实现本地用户时钟供给源的同步。在网络节点1到4中，然后应当计算以下的公式Δi-Δ2Δ2=[(Σj=n-Nn-1δi,j)+δi,n]-[(Σj=n-Nn-1δ2,j)+δ2,n](Σj=n-Nn-1δ2,j)+δ2,n]]>其中，Δi是网络节点i(其中i＝1，3，或4)的差值的总和，Δ2是用户主网络节点2的差值的总和，δi，j是网络节点i在时刻j的差值，以及δ2，j是用户主网络节点在时刻j的差值。N表示被考虑来用于形成平均值的差值的数目(例如，N＝500)。下标n是对于所形成的最后的差值δ1，n或δ2，n的下标。平均值的这样的信息使得同步不易受到在发送时间数据期间的干扰的影响，以及在从相关的用户时间计数器读出期间也不易受到抖动影响。例如，为了形成这样的平均值，可以在每个无线装置6中的接口电路12中包括附加的寄存器或存储器。
也可能只发送用户主网络节点的时间值R2(N2)而不发送作为时间数据的差值。然后，由中央网络节点1和正常网络节点3与4代替用户主网络节点2来从所接收的最后的两个时间值R2(N2)计算差值δ2。例如，可以在每个无线装置6中的接口电路12中提供附加的寄存器以便产生这个差值。
当正常网络节点不能直接从中央网络节点接收数据时，也可以执行正常网络节点的用户时钟供给源的同步。图6上显示了这种情形。位于虚线的椭圆17内的网络节点18到21能够通过无线链路交换数据。图6上的网络节点18是中央网络节点，网络节点19是用户主网络节点(同时也是正常网络节点)，以及网络节点20和21是正常网络节点。另一个网络节点22位于椭圆17的外面，它不能从中央网络节点18接收数据。整个无线网用图6上的实线的椭圆23表示。
正常网络节点22也被称为隐藏网络节点，因为它不从中央网络节点18接收数据；然而，它能从正常网络节点21经过无线链路接收数据。正常网络节点21也被称为中间网络节点，因为它能够把数据从中央网络节点18发送到隐藏网络节点22。
可以通过如下方式来把隐藏网络节点22的本地用户时钟供给源同步到用户主网络节点19的用户时钟。当中间网络节点21的用户时钟按照所描述的图同步到用户主网络节点19的主用户时钟时，中间网络节点产生类似于中央网络节点1所产生的射频同步信号(特定的射频同步信号)。这样的特定的射频同步信号也可以包含在MAC帧的预定的时隙期间发送的几个比特的系列。这个特定射频同步信号由中间网络节点21每q个MAC帧(q≥1，q∈N)发送一次。数值q应当这样选择，以确保由PLL电路把隐藏网络节点22的用户时钟供给源同步到主用户时钟。
当隐藏网络节点22从中间网络节点21接收特定的射频同步信号时，它把存储在第二寄存器中的、与用户时钟有关的时间值R1(N22)移入到第一寄存器，并把由用户时间计数器传递的、特定射频同步信号的到达的时间值R2(N22)(从特定射频同步信号形成的特定射频同步脉冲的最大值)存储到第二寄存器中。随后，隐藏网络节点22计算差值δ22＝R2(N22)-R1(N22)。在发送特定射频同步信号后，中间网络节点21计算差值δ21＝R2(N21)-R1(N21)。然后需要考虑在特定射频同步信号的开始点与从特定射频同步信号得到的特定射频同步脉冲的最大值之间在时间上的差值，因为中间网络节点21通常不能同时进行接收和发送。中间网络节点21在一个晚于射频同步信号的时刻发送时间数据δ21。这个时刻例如可以处在两个特定射频同步信号的发送时刻之间。在接收时间数据δ21以后，隐藏网络节点22就比较差值δ21和δ22。当δ21＞δ22时，对隐藏网络节点22的本地用户时钟供给源必须增加一个数值(δ21-δ22)/δ21。当δ21＜δ22时，对本地用户时钟供给源必须减小一个数值(δ22-δ21)/δ21。当两个差值δ21和δ22相等时，隐藏网络节点22的本地用户时钟供给源被同步到中间网络节点21的用户时钟，从而被间接同步到用户主网络节点19的主用户时钟。
通过使用以下的公式也可以形成对于隐藏网络节点的平均值Δ22-Δ21Δ21=[(Σj=n-Nn-1δ22,j)+δ22,n]-[(Σj=n-Nn-1δ21,j)+δ21,n](Σj=n-Nn-1δ21,j)+δ21,n]]>其中，Δ21是网络节点21的差值的总和，Δ22是网络节点22的差值的总和，δ21，j是网络节点21在时刻j的差值，以及δ22，j是网络节点22在时刻j的差值。N表示用于形成平均值所考虑的差值的数目。
当无线网包括多个子网络时，不包括用户主网络节点在内的子网络的网络节点可通过桥网络节点而同步到主用户时钟，该桥网络节点能够通过无线链路与子网络的网络节点交换数据。图7显示带有两个通过桥网络节点24而互联的子网络的无线网。除了桥网络节点24以外，第一子网络包括中央网络节点25、用户主网络节点26以及正常网络节点27和28。其中中央网络节点25能够与其它的网络节点24、26、27、和28进行交换数据的范围由图7上的椭圆29表示。图7上的第二子网络除了包括桥网络节点24以外，还包括中央网络节点30以及两个正常网络节点31和32。图7上的椭圆33表示其中中央网络节点30能够与其它的网络节点30进行交换数据的范围。
桥网络节点24被登录在两个子网络的中央网络节点25上，该节点24包括带有一个或两个无线支路的无线装置。这样的无线分支包含图3所示的电路单元。在桥网络节点的无线装置包括两个无线支路的情况下，存在着与两个子网络29和33的永久连接。在只涉及桥网络节点24的无线装置的单个支路的情况下，存在着或者与第一子网络或者与第二子网络的连接。桥网络节点24被连接到两个子网络的时间期间可以是相同的或不同的。在桥网络节点24中使用只有一个无线支路的无线装置，给出了只需要较少的电路装置的优点。
假定桥网络节点的用户时钟供给源已经如上所述地被同步到主用户时钟。对于带有中央网络节点30的第二子网络，桥网络节点24模仿能提供主用户时钟的网络节点。首先，中央网络节点30的用户时钟供给源如上所述地被同步到桥网络节点24的用户时钟。为此，桥网络节点24利用中央网络节点30的射频同步信号作为一个用于形成差值δ24＝R2(N24)-R1(N24)的事件，以及在MAC帧期间在它被连接到中央网络节点30的同时把该差值结果δ24＝R2(N24)-R1(N24)作为另一个时间数据发送给中央网络节点30。中央网络节点30然后把这另一个时间数据分配到子网络33中的所有其它的网络节点31和32。在这方面，假定子网络33中的所有其它的网络节点30到32响应于与在桥网络节点中相同的事件的发生，以便从相关的用户时间计数器读出时间值R1(Ni)或R2(Ni)，以及形成差值δi＝R2(Ni)-R1(Ni)，其中i＝30，31，和32。需要在中央网络节点30上考虑在射频同步信号的开始点与由射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值之间的时间上的距离，因为中央网络节点30通常不能同时进行发送和接收。通过对所述的网络节点30到32的时间值的差值与桥网络节点24的时间值的差值的比较，使得能进行子网络33中的每个网络节点30到32的用户时钟的同步。
在桥网络节点的无线装置中有一个无线支路的情况下，连接到子网络的时间不应当超过给定值，因为否则将不能确保对于其它的子网络适当的精确同步。例如，有利的是使用对于各个相关的子网络的一致的连接时间，它总计为每次两个MAC帧。
对于涉及两个子网络的情况下，在不包含用户主网络节点的子网络中，用于用户时钟供给源的时间与频率同步的所述的方法可以扩展到用于被包括在无线网中的另一些子网络。这些子网络(其每个由中央网络节点控制)通过桥网络节点从另一个子网络接收必要的数据。因此，另一些子网络可接连地接收与上面的图一致的用户主网络节点的时间数据。
对于第二子网络的网络节点31到32，也可以形成平均值。对于第二子网络的每个网络节点i(i＝30，31，32)，以下公式成立Δi-Δ24Δ24=[(Σj=n-Nn-1δi,j)+δi,n]-[(Σj=n-Nn-1δ24,j)+δ24,n](Σj=n-Nn-1δ24,j)+δ24,n]]>其中，Δ24是桥网络节点24的差值的总和，Δi(i＝30，31，32)是网络节点i的差值的总和，δ24，j是桥网络节点24在时刻j的差值，以及δi，j是网络节点i在时刻j的差值。N表示用于形成平均值所考虑的差值的数目。
此后要被描述的方法使得网络节点能够同步到用户主网络节点的绝对时间上。这样的绝对时间是经常需要的，因为操作必须是在相对于绝对时间的给定时刻执行的。例如，在这种情况下，如图1所示的无线网1的用户主网络节点2不单需要通过单个链路发送差值δ2到中央网络节点1，而且被存储在第二寄存器中的数值R2(N2)也应当在利用延时τ来将其校正为绝对时间值R2’(N2)＝R2(N2)-τ以后再被发送。这个值R2’(N2)被中央网络节点1分发到正常网络节点3和4。在接收这个绝对时间数据R2’(N2)后，中央网络节点1和正常网络节点3和4将会比较被存储在它们各自的第二寄存器中的时间值R2’(Ni)(其中i＝1，3，或4)与所接收的起源于用户主网络节点2的时刻R2’(N2)。如果R2’(N2)≠R2’(Ni)，(其中i＝1，3，或4)，则相关的用户时间计数器的数值TC必须被校正。这意味着，用户时间计数器的校正值TCnew由接口电路12按照下式计算TCnew＝TCold+R2’(N2)-R2’(Ni)，其中TCold是网络节点i中(其中i＝1，3，或4)在校正以前的用户时间计数器的当前值。在正常网络节点3或4中，对用户主网络节点2的绝对时间的同步，必须在把相关的用户时钟供给源频率同步到用户主网络节点2的用户时钟供给源以后才执行。
隐藏网络节点可借助于得到了频率与时间同步的中间网络节点来同步到用户主网络节点2的绝对时间上(见图6)，以及第二子网络中的网络节点在相关的网络节点同步到该绝对值以后可借助于桥网络节点以相同的方式被同步到其上(见图7)。于是，以下的公式成立TCnew＝TCold+R2’(Nr)-R2’(Ni)，其中R2’(Nr)是已经被网络节点特定的校正值改变的频率同步的桥网络节点的最后发送的时间值。
在网络节点之间的距离相当大的情况下，对于计算绝对值必须考虑在网络节点之间的传播延时。这个传播延时可通过测量网络节点之间的测试信号的传播时间而确定。
权利要求
1.具有多个网络节点的无线网，每个网络节点包括具有各自的射频时钟供给源的无线装置并且可以通过无线媒体交换数据，以及还包括用于在相关的无线装置与至少一个用户之间交换数据的用户接口，其特征在于，网络节点的至少一个用户从相关的网络节点的用户时钟供给源接收与射频时钟无关的用户时钟，每个网络节点响应于由中央网络节点规定的事件从而确定与相关的用户时钟有关的时间值，中央网络节点至少可以发送由所选择的网络节点产生的最后的时间值，以及每个网络节点可以产生在所确定的最后两个时间值之间的差值，以及根据所确定的它的最后的两个时间值之间的差值与所选择的网络节点的最后的两个时间值之间的差值的比较结果，从而来执行它的用户时钟供给源的频率同步。
2.如权利要求1中要求的无线网，其特征在于，中央网络节点可以-在给定的时刻发送射频同步信号，-把在发送先前的射频同步信号以后读出的时间值从第二寄存器移到第一寄存器，以及-在相应于从另一个网络节点的射频同步信号中产生的射频同步脉冲的最大值的时刻，从相关的用户时间计数器读出该时间值，并在以后把它缓存到第二寄存器中，以及另一个中央网络节点可以-从所接收的射频同步信号中产生其最大值代表特定的事件的射频同步脉冲，-在射频同步信号的最大值出现以后，从相关的用户时间计数器读出时间值，-把在先前的射频同步信号时读出的时间值从第二寄存器移到第一寄存器，以及-把从用户时间计数器读出的最后的时间值缓存到第二寄存器中。
3.如权利要求1中要求的无线网，其特征在于，中央网络节点-不具有所选择的被称为用户主网络节点的网络节点的功能，-可以发送包含了在用户主网络节点中最后形成的各时间值之间的差值结果的时间数据，以及每个网络节点可以在发送时间数据以后执行本身的差值结果与应用主用户网络节点的差值结果之间的比较。
4.如权利要求3中要求的无线网，其特征在于，网络节点可以在各差值结果之间具有偏差的情况下用数值(δi-δr)/δr来校正其用户时钟供给源的频率，其中δi是网络节点i的差值结果，以及δr是用户主网络节点r(i≠r)的差值结果。
5.如权利要求4中要求的无线网，其特征在于，网络节点可以在各差值结果之间有偏差的情况下执行用数值(Δi-Δr)/Δr来对其用户时钟供给源的频率校正，其中Δi-ΔrΔr=[(Σj=n-Nn-1δi,j)+δi,n]-[(Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n](Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n]]>其中δi，j是网络节点i在时刻j的差值结果，δr，j是用户主网络节点r在时刻j的差值结果(i≠r)，以及N是差值结果的数目。
6.如权利要求1中要求的无线网，其特征在于，被称为隐藏网络节点以及不从中央网络节点接收数据的网络节点也包括用户时钟供给源，隐藏网络节点可响应于由频率同步的网络节点所规定的特定事件从而确定与相关的用户时钟有关的时间值，中间网络节点可至少发送根据特定事件而形成的最后的其自身的时间值，以及隐藏网络节点可形成在所确定的最后两个时间值之间的差值，以及根据在最后所确定的它的两个时间值之间的差值与中间网络节点的最后两个时间值的差值的比较结果来执行其用户时钟供给源的频率同步。
7.如权利要求6中要求的无线网，其特征在于，隐藏网络节点可在差值结果之间具有偏差的情况下用数值(δi-δr)/δr来校正其用户时钟供给源的频率，其中δi是网络节点i的差值结果以及δr是频率同步的中间网络节点r(i≠r)的差值结果。
8.如权利要求7中要求的无线网，其特征在于，隐藏网络节点可在差值结果之间具有偏差的情况下执行用数值(Δi-Δr)/Δr来对其用户时钟供给源的频率校正，其中Δi-ΔrΔr=[(Σj=n-Nn-1δi,j)+δi,n]-[(Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n](Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n]]>其中δi，j是网络节点i在时刻j的差值结果，δr，i是用户主网络节点r在时刻j的差值结果(i≠r)，以及N是差值结果的数目。
9.如权利要求1中要求的无线网，其特征在于，不能被中央网络节点直接联系的给定的网络节点可以结合中央网络节点一起来形成第一子网络，同时，另外的网络节点可以结合另一个中央网络节点一起来形成第二子网络，与两个网络有关、以及被称为桥网络节点的网络节点可以与两个子网络交换数据，第二子网络的网络节点还包括各自的用户时钟供给源，第二子网络的每个网络节点响应于由另一个中央网络节点规定的特定事件从而确定与相关的用户时钟有关的时间值，另一个中央网络节点可以至少发送响应于由另一个中央网络节点规定的特定事件而形成的频率同步的桥网络节点的最后的时间值，以及第二子网络的每个网络节点可以形成在所确定的最后两个时间值之间的差值，以及根据在所确定的它的最后两个时间值之间的差值与桥网络节点的最后两个时间值之间的差值的比较结果来执行其用户时钟供给源的频率同步。
10.如权利要求9中要求的无线网，其特征在于，第二子网络的网络节点可以在差值结果之间具有偏差的情况下用数值(δi-δr)/δr来校正其用户时钟供给源的频率，其中δi是第二子网络的网络节点i的差值结果以及δr是频率同步的桥网络节点r(i≠r)的差值结果。
11.如权利要求10中要求的无线网，其特征在于，第二子网络的网络节点可在差值结果之间具有偏差的情况下执行用数值(δi-Sr)/δr来对其用户时钟供给源的频率校正，其中Δi-ΔrΔr=[(Σj=n-Nn-1δi,j)+δi,n]-[(Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n](Σj=n-Nn-1δr,j)+δr,n]]>其中δi，j是第二子网络的网络节点i在时刻j的差值结果，δr，j是频率同步的桥网络节点r在时刻j的差值结果(i≠r)，以及N是差值结果的数目。
12.如权利要求1中要求的无线网，其特征在于，为了校正它的绝对值，网络节点可以把传递其时间值的它的用户时间计数器调整到以下数值TCnew＝TCold+R2’(Nr)-R2’(Ni)，其中TCold是在校正以前的用户时间计数器的当前值，TCnew是用户时间计数器的校正值，R2’(Nr)是被改变了一个网络节点特定的校正值的所选择的网络节点的最后发送的时间值，以及R2’(Ni)是被改变了一个网络节点特定的校正值的网络节点i(i≠r)的时间值，以及相关的网络节点特定的校正值考虑了在读出用户时间计数器的时刻与由相关网络节点的射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值之间的处理-施加的延时。
13.如权利要求6中要求的无线网，其特征在于，为了校正它的绝对值，隐藏网络节点可以把传递其时间值的它的用户时间计数器调整到以下数值TCnew＝TCold+R2’(Nr)-R2’(Ni)，其中TCold是在校正之前的用户时间计数器的当前值，TCnew是用户时间计数器的校正值，R2’(Nr)是被改变了一个网络节点特定的校正值的频率同步的网络节点的最后的时间值，以及R2’(Ni)是被改变了一个网络节点特定的校正值的隐藏网络节点i(i≠r)的时间值，以及相关的网络节点特定的校正值考虑了在读出用户时间计数器的时刻与由相关网络节点的射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值之间的处理-施加的延时。
14.如权利要求9中要求的无线网，其特征在于，为了校正它的绝对值，第二子网络的网络节点可以把传递其时间值的它的用户时间计数器调整到以下数值TCnew＝TCold+R2’(Nr)-R2’(Ni)，其中TCold是在校正之前的用户时间计数器的当前值，TCnew是用户时间计数器的校正值，R2’(Nr)是被改变了一个网络节点特定的校正值的频率同步的桥网络节点的最后发送的时间值，以及R2’(Ni)是被改变了一个网络节点特定的校正值的第二子网络的网络节点i(i≠r)的时间值.，以及相关的网络节点特定的校正值考虑了在读出用户时间计数器的时刻与由相关网络节点的射频同步信号形成的射频同步脉冲的最大值之间的处理-施加的延时。
全文摘要
具有多个网络节点的无线网,各网络节点响应中央网络节点规定的事件以便确定与相关的应用时钟有关的时间值。中央网络节点至少发送由所选的网络节点形成的最后时间值。各网络节点形成在所确定的最后两个时间值之间的差值,并根据所确定的它的最后两个时间值之间的差值与所选择的网络节点的最后两个时间值之间的差值的比较结果,以便同步它的用户时钟供给源的频率。
文档编号H04L7/00GK1270483SQ00104160
公开日2000年10月18日 申请日期2000年3月15日 优先权日1999年3月19日
发明者Y·杜, M·P·J·巴克尔, E·S·埃利 申请人:皇家菲利浦电子有限公司