PL B1. TELEKOMUNIKACJA POLSKA SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL BUP 11/09. JACEK IGALSON, Warszawa, PL WALDEMAR ADAMOWICZ, Warszawa, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G04G 7/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób i układ synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/13 (73) Uprawniony z patentu: TELEKOMUNIKACJA POLSKA SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JACEK IGALSON, Warszawa, PL WALDEMAR ADAMOWICZ, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Alicja Piotrowicz

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu i autonomiczny układ synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, z którego wyprowadzany jest standardowy sygnał cyfrowy zawierający dane o aktualnej chwili czasu. W opisie europejskiego zgłoszenia wynalazku EP A1 jest przedstawiony system pobierania sygnału synchronizacji i wskazywania bieżącego czasu przy użyciu kodowanego sygnału czasu. W tym systemie kodowany sygnał czasu jest dostarczany do detektora, w którym, na podstawie zbocza narastania kodowanego sygnału czasu, jest wytwarzany impuls elektryczny. Następnie ten impuls elektryczny jest przekazywany do zespołu fazowej synchronizacji, na którego wyjściu pojawia się sygnał synchronizacji o postaci przystosowanej do transmisji w kodowanym sygnale czasu. Przy użyciu sygnału sterowania synchronizacją pobierane są dane z sygnałów elektrycznych pojawiających się na wejściach różnorodnych urządzeń. Ponadto kodowany sygnał czasu jest stosowany do wskazywania bieżącego czasu w większości urządzeń elektronicznych. Opisany w europejskim zgłoszeniu wynalazku EP A1 układ korygujący sygnał zegara i urządzenie transmisyjne, charakteryzują się tym, że faza sygnału pojawiającego się na wyjściu zegara jest porównywana, w układzie kontroli fazy, z fazą sygnału pochodzącego z nadajnika sygnału czasu wzorcowego. Następnie, po przekształceniu tych sygnałów w konwerterach, doprowadza się do skorygowania fazy sygnału zegara z fazą sygnału czasu wzorcowego. Wszelkie zmiany fazy sygnału zegara, wywołane działaniem środowiska (na przykład temperatury), są automatycznie korygowane. Powszechnie stosowany system zdalnego centralnego elektronicznego sterowania cyfrowymi zegarami opisany jest w dokumentacji polskiego zgłoszenia wynalazku nr P Polega on na tym, że zegar jest synchronizowany sygnałem wysyłanym przez nadajnik radiowy sterowany przy użyciu atomowego wzorca czasu. W amerykańskim opisie patentowym US jest przedstawione urządzenie i sposób dostarczania precyzyjnego sygnału czasu i/lub częstotliwości. Urządzenie i sposób dostarczania, ze względu na precyzyjne wyjście z takiego podzespołu, jak oscylator i/lub zegar, zapewnia na wyjściu określony sygnał częstotliwości i/lub czasu. Urządzenie zawiera sekcję przetwarzania posiadającą mikroprocesor, która określa model zachowania się urządzenia. Jako odniesienie przydatne przy konstrukcji modelu stosuje się zewnętrzny sygnał referencyjny. Umożliwia to korygowanie wyjścia układu. Dokładność na wyjściu jest adaptacyjnie optymalizowana w obecności systematycznych i przypadkowych zmian. Synchronizacja wskazań zegara odbywa się na podstawie zasad określonych w Protokole Synchronizacji Czasu, w skrócie NTP (od ang. Network Time Protocol). Z atomowego wzorca czasu dostarczany jest sygnał elektryczny w postaci jednego impulsu na sekundę, w skrócie sygnał elektryczny 1PPS (od ang. 1 Pulse Per Second). Sygnał ten ma postać krótkotrwałego impulsu (typowo 20 mikrosekund) nadawanego w standardzie TTL (od ang. Transistor-Transistor Logic). Istota sposobu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, polega na tym, że pobiera się z atomowego wzorca czasu sygnał elektryczny 1PPS, który następnie przekształca się do postaci spełniającej wymagania narzucone parametrami portów szeregowych RS-232 (od ang. Recommended Standard) stosowanych w systemach komputerowych. Pochodzący z atomowego wzorca czasu sygnał elektryczny 1PPS równocześnie dostarcza się do wejścia testera impulsów oraz do wejścia układu formującego impuls sekundowy. W testerze impulsów analizuje się czasy pojawiania się sygnałów elektrycznych 1PPS w kolejnych sekundach czasu. Jeśli stwierdzi się brak sygnału elektrycznego 1PPS w kolejnej sekundzie czasu, to przerywa się procedurę formowania sygnału synchronizacji. W tym samym czasie w układzie formującym impuls sekundowy doprowadza się czas trwania sygnału elektrycznego 1PPS do czasu trwania wynoszącego 1 milisekundę. Następnie w konwerterze doprowadza się sygnał elektryczny 1PPS do postaci znormalizowanej o parametrach wymaganych dla portów szeregowych stosowanych w systemach komputerowych. W generatorze kodu czasowego, po otrzymaniu sygnału elektrycznego z testera impulsów, zwiększa się wartość licznika kodu czasowego o 1 sekundę. Zaś w programowanym regulatorze ustala się wartość liczby, z przedziału wielkości mianowanych od 0 do 5 milisekund, wyrażającej upływ czasu interwału czasowego istniejącego pomiędzy położeniem zbocza opadania impulsu kodu CR (od ang. Carriage Return) i położeniem zbocza narastania impulsu sygnału elektrycznego 1PPS. Do wejścia sterującego układu nastawy początkowej wprowadza się manualnie z terminala sygnał sterujący, którym ustala się nastawę początkową dla licznika kodu czasowego w generatorze kodu czasowego. Pochodzący z genera-

3 PL B1 3 tora kodu czasowego sygnał kodu czasowego i pochodzący z konwertera znormalizowany sygnał elektryczny 1PPS doprowadza się do modułu scalającego, w którym to module scalającym scala się je w sygnał elektryczny o standardzie RS-232 dla konkretnego portu, w którym zachowana jest kolejność impulsów, odstęp między nimi i częstotliwość powtarzania. Korzystnie, gdy manualnie ustala się nastawę początkową w układzie nastawy początkowej. Istota układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, polega na tym, że wejście układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu jest połączone z wejściem układu formującego impuls sekundowy i z wejściem testera impulsów. Wyjście układu formującego impuls sekundowy, poprzez konwerter, jest połączone z modułem scalającym sygnały, zaś wyjście testera impulsów, poprzez generator kodu czasowego, jest połączone z modułem scalającym sygnały. Do generatora kodu czasowego podłączone są układ nastawy początkowej z wejściem sterującym i programowany regulator. Wyjście modułu scalającego sygnały stanowi wyjście układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu. Podstawowe korzystne skutki stosowania sposobu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu oraz korzystne skutki stosowania układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, w odniesieniu do dotychczasowego stanu techniki, polegają na tworzeniu kompleksowego sygnału czasu w sposób autonomiczny, co umożliwia uniezależnienie się od zewnętrznych źródeł informacji o czasie (takich jak odbiorniki GPS lub system radiowy DCF77). Stosowanie sygnału wejściowego 1PPS pochodzącego z atomowego wzorca czasu umożliwia uzyskanie serwera czasu o wysokiej jakości. Przykład wykonania układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, jest odtworzony na rysunku, którego fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, fig. 2 - wizualizację relacji czasowych między impulsami prostokątnymi sygnałów elektrycznych, zaś fig. 3 - diagram jednodobowego przebiegu odchyleń sygnału zegara sieciowego serwera czasu od sterującego go sygnału elektrycznego 1PPS. W przykładzie wykonania sposobu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, przetwarzany jest sygnał elektryczny 1PPS, który pochodzi z atomowego wzorca czasu. Wizualizacja przebiegu sygnału elektrycznego 1PPS w standardzie RS-232 jest oznaczona małą literą a na fig. 2. Sygnał elektryczny 1PPS jest równocześnie dostarczany do wejścia testera impulsów 2 oraz do wejścia układu formującego impuls sekundowy 4. Gdy w testerze impulsów 2 analizuje się czasy pojawiania się sygnałów elektrycznych 1PPS w kolejnych sekundach czasu, to w tym samym czasie w układzie formującym impuls sekundowy 4 doprowadza się czas trwania sygnału elektrycznego 1PPS do czasu trwania wynoszącego 1 milisekundę. Jeśli podczas analizowania, w testerze impulsów 2, nie pojawi się sygnał elektryczny 1PPS w kolejnej sekundzie czasu, to zostaje przerwana procedura formowania sygnału synchronizacji. Zapobiega to możliwości wygenerowania błędnego kodu czasowego. Następnie w konwerterze 5 doprowadza się sygnał elektryczny 1PPS do postaci znormalizowanej o parametrach wymaganych dla portów szeregowych stosowanych w systemach komputerowych, a w generatorze kodu czasowego 3, po otrzymaniu sygnału elektrycznego z testera impulsów 2, zwiększa się wartość licznika kodu czasowego o 1 sekundę. W programowanym regulatorze 7 ustala się wartość liczby, z przedziału wielkości mianowanych od 0 do 5 milisekund, wyrażającej upływ czasu interwału czasowego t istniejącego pomiędzy położeniem zbocza opadania impulsu kodu CR (przebieg sygnału elektrycznego oznaczony literą c na fig. 2) i położeniem zbocza narastania impulsu sygnału elektrycznego 1PPS (przebieg sygnału elektrycznego oznaczony literą b na fig. 2). Wartość interwału t dobiera się eksperymentalnie w celu optymalizacji pracy serwera czasu. Do wejścia sterującego 10 układu nastawy początkowej 6 doprowadza się z zewnątrz sygnał sterujący, którym ustala się nastawę początkową. W praktyce ten sygnał sterujący jest dostarczany z terminala. W szczególnym przykładzie realizacji sposobu, nastawę początkową w układzie nastawy początkowej 6 ustala się manualnie. Zaś w generatorze kodu czasowego 3 ustala się początkową wartość licznika kodu czasowego. Kod czasowy (w postaci uporządkowanych trzech par cyfr) ma format: CR hh:mm:ss. Pochodzący z generatora kodu czasowego 3 sygnał kodu czasowego i pochodzący z konwertera 5 znormalizowany sygnał elektryczny 1PPS doprowadza się do modułu scalającego 8. W module scalającym 8 dwa sygnały, a mianowicie sygnał kodu czasowego i znormalizowany sygnał elektryczny

4 4 PL B1 1PPS zostają scalone w sygnał elektryczny o standardzie RS-232, w którym zachowana jest kolejność impulsów, odstęp miedzy nimi i częstotliwość powtarzania. Pełny elektryczny sygnał cyfrowy zawiera dane o aktualnej chwili czasu. Wizualizacja przebiegu sygnału elektrycznego 1PPS w standardzie RS-232, który to sygnał elektryczny jest podawany z wyjścia 9 do obwodu DCD (od ang. Data Carrier Detect) sieciowego serwera czasu, jest oznaczona małą literą a na fig. 2. Zaś wizualizacja przebiegu kodu czasowego w postaci impulsu prostokątnego znajdującego się po impulsie prostokątnym CR jest oznaczona małą literą c na fig 2, przy czym kod czasowy jest generowany w układzie synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu i podawany do obwodu RXD (od ang. Receive Data) sieciowego serwera czasu. Diagram przebiegu odchyleń sygnału zegara serwera czasu, gdy jest on sterowany sygnałem elektrycznym 1PPS przez jedną dobę, jest odtworzony na fig. 3. Średnie odchylenie standardowe (RMS) w ciągu jednej doby wynosi 750 nanosekund, a odchylenie krótkotrwałe (z dwóch godzin) wynosi 700 nanosekund. Raportowana w programie ntpq (protokół NTP) precyzja układu synchronizacji wynosi -22. W przykładzie realizacji układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, wejście 1 stanowi interfejs elektryczny umożliwiający połączenie układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, poprzez linię transmisyjną, z atomowym wzorcem czasu. Wejście 1 układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu jest połączone z wejściem układu formującego impuls sekundowy 4 i z wejściem testera impulsów 2. Wyjście układu formującego impuls sekundowy 4, poprzez konwerter 5, jest połączone z modułem scalającym sygnały 8, zaś wyjście testera impulsów 2, poprzez generator kodu czasowego 3, jest połączone z modułem scalającym sygnały 8. Do generatora kodu czasowego 3 podłączone są układ nastawy początkowej 6 z wejściem sterującym 10 i programowany regulator 7. Wyjście modułu scalającego sygnały 8 jest wyjściem 9 układu synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu. Wyjście 9 stanowi port szeregowy RS-232, który zapewnia połączenie układu synchronizacji zegara, poprzez linię transmisyjną (łącze danych), z sieciowym serwerem czasu. Sposób i układ synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu, według wynalazku, nadają się do synchronizacji, zgodnie z biegiem uniwersalnego czasu koordynowanego (w skrócie UTC, od ang. Universal Time Coordinated), zarówno zegarów w serwerach pracujących w sieci komputerowej, jak i zegarów czasu w różnego typu komputerach. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu polegający na przekształcaniu i generowaniu sygnałów elektrycznych, znamienny tym, że pochodzący z atomowego wzorca czasu sygnał elektryczny 1PPS równocześnie dostarcza się do wejścia testera impulsów (2) oraz do wejścia układu formującego impuls sekundowy (4), przy czym w testerze impulsów (2) analizuje się czasy pojawiania się sygnałów elektrycznych 1PPS w kolejnych sekundach czasu i po stwierdzeniu braku sygnałów elektrycznych 1PPS przerywa się procedurę formowania sygnału synchronizacji zegara, zaś w układzie formującym impuls sekundowy (4) czas trwania sygnału elektrycznego 1PPS doprowadza się do czasu trwania wynoszącego 1 milisekundę, następnie w konwerterze (5) doprowadza się sygnał elektryczny 1PPS do postaci znormalizowanej o parametrach wymaganych dla portów szeregowych stosowanych w systemach komputerowych, a w generatorze kodu czasowego (3), po otrzymaniu sygnału elektrycznego z testera impulsów (2), zwiększa się wartość licznika kodu czasowego o 1 sekundę, zaś w programowanym regulatorze (7) ustala się wartość liczby, z przedziału wielkości mianowanych od 0 do 5 milisekund, wyrażającej upływ czasu interwału czasowego ( t) istniejącego pomiędzy położeniem zbocza opadania impulsu kodu CR i położeniem zbocza narastania impulsu sygnału elektrycznego 1PPS, przy czym do wejścia sterującego (10) układu nastawy początkowej (6) wprowadza się manualnie z terminala sygnał sterujący, którym ustala się nastawę początkową dla licznika kodu czasowego w generatorze kodu czasowego (3), przy czym pochodzący z generatora kodu czasowego (3) sygnał kodu czasowego i pochodzący z konwertera (5) znormalizowany sygnał elektryczny 1PPS doprowadza się do modułu scalającego (8), w którym to module scalającym (8) scala się je w sygnał elektryczny o standardzie RS-232 dla konkretnego portu, w którym zachowana jest kolejność impulsów, odstęp między nimi i częstotliwość powtarzania.

5 PL B Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że manualnie ustala się nastawę początkową w układzie nastawy początkowej (6). 3. Układ synchronizacji zegara w sieciowym serwerze czasu zawierający konwerter i generator, znamienny tym, że wejście (1) układu synchronizacji zegara jest połączone z wejściem układu formującego impuls sekundowy (4) i z wejściem testera impulsów (2), przy czym wyjście układu formującego impuls sekundowy (4), poprzez konwerter (5), jest połączone z modułem scalającym sygnały (8), zaś wyjście testera impulsów (2), poprzez generator kodu czasowego (3), jest połączone z modułem scalającym sygnały (8), którego wyjście stanowi wyjście (9) układu synchronizacji zegara, przy czym do generatora kodu czasowego (3) podłączone są układ nastawy początkowej (6) z wejściem sterującym (10) i programowany regulator (7).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)