Brevet FR2600480A1 — publié le 19871224

PROCEDE DE MISE A L'HEURE D'UN RESEAU DE COMMUTATEURS ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de mise à l'heure d'un réseau de commutateurs, ainsi qu'à un dispositif de mise en oeuvre. Avec le développement des nouveaux services offerts par les réseaux de commutation, apparaît le besoin de faire distribuer par ces réseaux une heure absolue à des serveurs externes, par exemple pour des applications telles que le radiotéléphone à évasion de fréquence, la synchronisation de codes de chiffrement, etc. Les commutateurs connus comportent des moyens de synchronisation de leurs circuits internes, mais aucun moyen de synchronisation par rapport aux commutateurs voisins. La présente invention a pour objet un procédé permettant de synchroniser à tout moment deux commutateurs voisins avec une précision théorique égale au temps de transmission d'un élément binaire sur l'artère de transmission les reliant, pendant un temps de transmission très court. La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Le procédé conforme à l'invention consiste à établir un protocole de mise à l'heure entre deux commutateurs par mise à l'heure d'un commutateur par rapport à un autre du même réseau consiste à faire déclencher par l'un d'eux au moins une mesure d'écart de synchronisation entre leurs horloges internes, et à recaler de la valeur de cet écart l'une d'elles par rapport à l'autre prise comme référence, cette mesure consistant à faire envoyer par le commutateur initiateur de la mesure un signal de synchronisation vers l'autre commutateur qui le renvoie aussitôt à l'initiateur, à déterminer les heures locales d'émission et de réception de ce signal, et, connaissant le temps de transit du coeur de chaîne des commutateurs et le temps de transit d'entrée interne des joncteurs multiplex de ces commu tateurs, en déduire l'écart d'heure absolue entre les horloges internes de ces commutateurs. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention comporte, dans chaque commutateur du réseau, un serveur de synchronisation relié au coeur de chaîne, à l'unité de contrôle et au joncteur multiplex du commutateur correspondant, ce serveur comprenant un dispositif d'horloge, une unité d'émission et une unité de détection de signaux de synchronisation, ainsi qu'une unité de gestion locale. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une représentation très simplifiée d'un réseau pouvant permettre la mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 2 est un bloc diagramme simplifié d'un commutateur du réseau de la figure 1, muni du dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention, et - la figurè 3 est un bloc diagramme d'un serveur de synchronisation du commutateur de la figure 2. On a représenté en figure 1 un réseau 1 de commutateurs à liaisons multiplex tramées, comportant par exemple quatre commutateurs référencés C1 à C4, mais il est bien entendu que le réseau peut comporter un nombre différent de commutateurs. Ce réseau peut avoir une grande extension géographique, mais forme une entité dans laquelle les différents commutateurs sont similaires. Aux différents commutateurs C1 à C4 sont associés des serveurs externes, respectivement référencés S1 à S4, mais il n'est pas nécessaire, dans le cadre de l'invention, qu'à chaque commutateur soit associé un serveur. Ces serveurs peuvent être de tous types, tels que des serveurs de messageries, de bases de données, des radiotéléphones, des chiffres URS, etc. Certaines applications de ces serveurs, par exemple le radiotéléphone à évasion de fréquence, la synchronisation de codes de chiffrement, nécessitent la connaissance d'une heure "absolue" qui soit la même pour tous leurs serveurs.Le procédé de l'invention permet, par exemple, d'offrir pour la détermination de cette heure "absolue" une précision théorique de l'ordre de 0,5. 10-6s dans un réseau dont les artères sont des liaisons MIC à 2 Mbits/s conformes aux recommandations CEPT. On a représenté sur la figure 2, le schéma synoptique de deux commutateurs 2, 3 reliés par une artère 4 bidirectionnelle de transmission, et permettant l'échange de sychronisation conformément au procédé de l'invention. L'artère peut aussi bien être une liaison téléphonique que radiotéléphonique ou une liaison par satellite. Dans le schéma synoptique des commutateurs 2, 3, on n'a représenté que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention.Ces commutateurs 2, 3 comportent essentiellement un coeur de chaîne de commutation respectivent référencé 5, 6, un joncteur multiplex d'artère 7, 8 respectivement, une unité de commande 9, 10 respectivement, et un serveur de synchronisation 11, 12 respectivement. les serveurs de synchronisation seront décrits plus en détail ci-dessous en référence à la figure 3, tandis que les autres éléments des commutateurs cités ci-dessus sont classiques et ne seront pas décrits en détail. Ces serveurs de synchronisation sont reliés aux coeurs de chaîne de commutation correspondants, en émission (VE1, VE2) et en réception (VR1, VR2), ainsi qu'aux unités de commande correspondantes, et aux joncteurs correspondants dont ils reçoivent des informations de retard de transmission z1 et 2 respectivement. On a représenté sur la figure 3 le schéma synoptique d'un serveur de synchronisation, par exemple le serveur 11, étant bien entendu que le serveur 12 est réalisé de façon identique. Le serveur 11 comporte, en tant que circuits assurant la liaison avec les autres éléments du commutateur un circuit 13 de sélection et de lecture de la valeur de , relié au joncteur correspondant (joncteur 7 pour le serveur 11); une unité 14 de détection des tops de synchronisation dont l'entrée est reliée à la voie VR, elle-même reliée au coeur de chaîne de commutation correspondant; une unité 15 d'émission de tops de synchronisation dont la sortie est reliée à la voie VE du serveur via un inverseur commandé 16 ; et une interface 17 assurant la liaison à l'unité de commande. L'inverseur 16 est également relié à la voie VR, de telle façon que, sous l'action d'un signal de commande appliqué à l'entrée de commande 18 de l'inverseur 16, la voie VE est reliée soit à la sortie du circuit 15, soit directement à la voie --Le serveur 11 comporte ensuite une unité de gestion locale 19, se composant essentiellement, de façon connue en soi, d'un microprocesseur et de ses mémoires mortes et vives. Le bus de données 20 de l'unité de gestion 19 est relié aux éléments 13, 14, 15, 17 et 18, ainsi qu'à un registre tampon de recalage 21 et à un registre tampon de lecture 22.La sortie du tampon 21 est reliée à une première entrée d'un additionneur 23 dont la sortie est reliée à l'entrée d'heure d'un dispositif d'horloge 24 (qui est horloge interne du commutateur 2) recevant une fréquence pilote Fp depuis un oscillateur à haute stabilité (non représenté). La sortie d'heure du dispositif 24 est reliée à la deuxième entrée de l'additionneur 23 et à l'entrée du tampon de lecture 22. Les sorties de l'unité 14 et de l'unité 15 sont reliées par un circuit OU 25 à une entrée d'un circuit ET 26 dont une autre entrée est reliée à l'unité 19, et dont encore une autre entrée reçoit un signal d'horloge récupéré à partir des trames reçues par le commutateur (commutateur 2 en l'occurrence). La sortie du circuit 26 est reliée à l'entrée de signal d'horloge du tampon 22. Dans le serveur 11 décrit cidessus, l'horloge 24 peut être lue par l'unité de gestion 19 et recalée, si elle fait partie d'un commutateur esclave, sur l'heure corrigée par l'application, à son entrée d'heure, d'un signal de décalage DT. L'interface 17 assure la communicationvavec l'unité de commande UC1, et permet d'échanger avec cette dernière des informations concernant la lecture de l'horloge locale 24, l'ordre de recalage de cette horloge, et diverses informations de service telles que des informations de maintenance et de supervision. Les unités 14 et 15, recevant et émettant respectivement des tops de synchronisation, déterminent le rythme de lecture de l'horloge 24 puisqu'elles commandent, via les portes 25 et 26, la lecture du tampon 22. L'unité de gestion 19 coordonne l'ensemble du fonctionnement du serveur 11. On va décrire maintenant le processus de mise à l'heure, conforme à l'invention, d'un commutateur esclave par dialogue avec un commutateur maître. Pour ce faire, les serveurs de synchronisation 11, 12 des deux commutateurs 2, 3 mettant en oeuvre ce processus établissent une communication en mode "circuit", c'est-à-dire en mode de communication normal, afin d'échanger des tops de synchronisation. I1 faut avoir, au préalable, estimé de façon précise tous les temps de transit dans la chaîne de transmission reliant ces deux serveurs de synchronisation, notamment dans les coeurs de chaîne de commutation et dans les joncteurs multiplex de leurs commutateurs. Ensuite, en utilisant l'un des serveurs de synchronisation en répondeur (inverseur tel que 16 reliant directement VR à VE), on mesure les temps inestimables mais symétriques, ce qui permet d'estimer le temps de transit dû à la propagation entre les deux commutateurs en question.En outre, on établit un dialogue entre les serveurs de synchronisation, en temps différé ou anticipé, sans contraintes temporelles, par un moyen quelconque (externe ou interne au réseau) pour échanger les heures absolues locales correspondant à l'événement échangé, à savoir un top de référence. Ce processus se sert de la structure tramée des artères de communication pour fournir la résolution temporelle nécessaire. De façon avantageuse, les heures traitées sont des heures de début de trame. Dans le réseau 1 à synchroniser, les commutateurs présentent des caractéristiques spécifiques (invariants) et sont destinés à être les noeuds de transit et d'accès de ce réseau, les serveurs de synchronisation constituant les seuls éléments matériels spécifiques de la fonction de mise à l'heure. Les caractéristiques spécifiques précitées des commutateurs du réseau à synchroniser doivent, pour permettre la mise en oeuvre du procédé de l'invention, être les suivantes a) ces commutateurs doivent posséder un coeur de chaîne présentant un temps de transit constant (ou déductible par le logiciel d'exploitation de ces commutateurs) en fonction des caractéristiques des chemins mis en communication, b) ces commutateurs doivent posséder des joncteurs multiplex (c'est-àdire les interfaces d'entrée/sortie des artères de transit) capables de fournir l'information "temps de transit d'entrée interne" aux serveurs de synchronisation, et c) ces commutateurs doivent posséder une horloge interne suffisamment plésiochrone pour ne pas nécessiter des procédures de remise à l'heure trop fréquentes (de préférence, un plésiochronisme meilleur que 5.l0-). Dans la suite des explications, on supposera que les coeurs de chaîne ont un temps de transit constant KT, T étant la durée d'une trame et K une constante. On supposera également que le temps de transit d'entrée d'un joncteur multiplex est (1 + Oc )T, oc étant fourni par le joncteur au serveur de synchronisation correspondant, et tel que O te 4. 1. On admet que le temps de transit de sortie d'un joncteur multiplex est constant (dans le cas contraire, il faudrait tenir compte dans les formules cidessous donnant DT). Le protocole de mise à l'heure opère selon deux couches de protocole: une couche supérieure et une couche inférieure. Dans la couche supérieure, les unités de commande de supervision des commutateurs mettent en relation les serveurs de synchronisation pour leur faire calculer la valeur de l'écart de synchronisation lors de chaque mesure d'une campagne de mesures successives, et pour constituer une moyenne des écarts à partir de ces mesures. En fin de campagne, ces unités de commande provoquent le recalage du serveur esclave en fonction des résultats obtenus. Dans la couche inférieure, les unités de commande et les serveurs de synchronisation opèrent une mesure élémentaire et en déduisent un écart de synchronisatipn. On va maintenant examiner plus en détail ces deux couches de protocole. Dans la couche supérieure ont lieu les étapes suivantes: a) I'un -des commutateurs du réseau prend l'initiative d'une mise ou d'une remise à l'heure. Ce peut être aussi bien un commutateur jouant le rôle de maître, par exemple pour vérifier si l'un au moins des autres commutateurs du réseau est calé à la bonne heure, qu'un commutateur esclave voulant se recaler à l'heure par suite de difficultés d'exploitation par exemple. Ce commutateur initiateur appelle le commutateur destinataire pour provoquer une campagnee de m mesures, en lui précisant sa propre nature pour cette campagne (maître ou esclave). b) les deux commutateurs en question mettent alors leurs serveurs en relation en précisant leurs rôles respectifs (maître ou esclave). c) l'unité de commande du commutateur maître ordonne (via l'interface telle que l'interface 17) à l'unité de gestion (telle que l'unité 19) de son serveur de synchronisation de lancer une mesure. I1 en attend une valeur de temps de réponse mesuré (en fait, les paramètres T1, T'1 et oe explicités ci-dessous). Pendant ce temps, L'unité de commande du commutateur esclave reçoit la confirmation du top de synchro, émis par le serveur de synchronisation du commutateur maître et détecté par son propre serveur de synchronisation, et accompagné du paramètre T2 (voir ci-dessous). d) l'unité de commande du commutateur maître communique à l'unité de commande du commutateur esclave les valeurs DT1 et OC (voir cidessous), et cette unité de commande effectue les calculs (voir deuxième couche). Les étapes c) et d) sont répétées jusqu'à la fin de la campagne de mesures. e) l'unité de commande esclave calcule, en fin de campagne de mesures, l'écart moyen en éliminant les mesures hors écart-type et ordonne à son serveur de synchronisation de se remettre à l'heure corrigée. La communication de synchronisation est ensuite rompue. On va maintenant décrire ce qui se passe dans la couche inférieure de protocole. Le serveur de synchronisation maître (par exemple celui du commutateur 1) envoie un top de synchronisation sur la trame commençant à l'heure locale T1. Ce top transite par une voie de l'artère 4, traverse le commutateur esclave 3, arrive par la voie de réception VR2 à son serveur de synchronisation 12 et est aussitôt renvoyé sur la voie émission VE2 de ce serveur, car l'inverseur 16 relie alors directement VR2 à VE2, pour retraverser le commutateur esclave et emprunter une autre voie de l'artère 4, et enfin re-traverser le commutateur maître 2 et aboutir à son serveur de synchronisation 11. A l'arrivée dans ce dernier, le top est reçu sur la trame correspondant à l'heure locale T'1.La jonction multiplex d'entrée 7 du commutateur maître affiche un retard oCî (0(OC1 C1). Ces valeurs T'1 et k 1 sont communiquées par le serveur maître 1 1 à son entrée de commande 9 qui les communique à son tour (voie de communication 4A) à l'unité de commande esclave 10. Pendant ce temps, le serveur de synchronisation esclave 12 a reçu le top aller sur la trame commençant à l'heure locale T2, alors que son joncteur multiplex 8 affichait un retard &alpha;2 (0 Soient t et t' les temps de transit aller et retour sur l'artère 4, que l'on suppose égaux entre eux, T la durée d'une trame des signaux multiplex transmis sur l'artère 4, la valeur de K étant supposée constante comme précisé cid-essus. On a alors DT = T2 - (T1 + (2(K + 1) + 2) T + t) Cette valeur de DT est moyennée sur plusieurs mesures, en éliminant les éventuelles mesures hors écart-type, et est communiqué (via l'interface correspondant à UC2) au serveur esclave 12 pour être appliquée, via son tampon de recalage, à l'entrée d'heure de son horloge locale (homologue de l'horloge 24 du serveur 11). REVENDICATIONS 1. Procédé de mise à l'heure d'un réseau de commutateurs à liaisons multiplex tramées, par mise à l'heure d'un commutateur par rapport à un autre du même réseau, caractérisé par le fait que l'on fait déclencher par l'un d'eux au moins une mesure d'écart de synchronisation entre leurs horloges internes, et que l'on recale de la valeur de cet écart l'une d'elles par rapport à l'autre prise comme référence, cette mesure consistant à faire envoyer par le commutateur initiateur de la mesure un signal de synchronisation vers l'autre commutateur qui le renvoie aussitôt à l'initiateur, à déterminer les heures locales d'émission et de réception de ce signal, et, connaissant le temps de transit du coeur de chaîne des commutateurs et le temps de transit d'entrée interne de leurs joncteurs multiplex, à en déduire l'écart d'heure absolue entre les horloges internes des deux commutateurs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les heures locales sont des heures de début de trame. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le commutateur initiateur déclenche une campagne de plusieurs mesures, et que l'unité de commande chargée des calculs calcule l'écart moyen en éliminant les mesures hors écart-type. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'écart d'heure absolue DT est tel que DT = T2 - (T1 + (2 (K + 1) + 2) T + t) avec T étant la durée d'une trame du réseau, KT étant le temps de transit des coeurs de chaîne de commutation, K étant un coefficient supposé cons tant, (1 + ocl)T et (1 + c(2)T étant respectivement les temps de transit d'entrée des joncteurs multiplex du commutateur initiateur et de l'autre, avec 0 5. Dispositif permettant la mise à l'heure d'un réseau de commutateurs à liaisons multiplex tramées, caractérisé par le fait qu'il comporte dans chaque commutateur (2, 3) mettant en oeuvre la procédure de mise à l'heure d'un serveur de synchronisation (11, 12) relié au coeur de chaîne (5, 6), à l'unité de contrôle (9, 10) et au joncteur multiplex (7, 8) du commutateur correspondant, ce serveur comprenant un dispositif d'horloge (24), une unité d'émission (15) et une unité de détection (14) de signaux de synchronisation, ainsi qu'une unité de gestion locale (19).