Способ передачи отправителем получателю времени (варианты)

 

Изобретение относится к области передачи данных и может быть использовано в системах связи для синхронизации часов в различных ее узлах. Технический результат - уменьшение количества передаваемых знаков оцифровки времени. Сущность изобретения заключается в том, что если для передачи полной оцифровки (содержащей полную дату, включая год) времени с точностью до секунды требуется передать более 30 бит, то в случае максимальной погрешности часов отправителя и получателя, не превышающей 15 с, способ ограничивается передачей всего 6 бит. 2 с.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области передачи данных и может быть использовано в системах связи для синхронизации часов в различных ее узлах.

Известные способы передачи полной оцифровки (содержащей полную дату, включая год) времени с точностью до секунды требуют передачи более 30 бит. В ряде случаев это бывает неудобно, например, при частой синхронизации или при перегруженности канала связи [1, 2] Техническим результатом изобретения является уменьшение количества передаваемых знаков оцифровки времени.

Поставленная цель достигается тем, что передают лишь младшие знаки T^ʹ_oʹ оцифровки показываемого часами отправителя времени T_О, задающие интервал времени D, превышающий сумму максимального времени d₂, проходящего с момента передачи до момента приема, и учетверенного максимального отклонения d₁ показаний часов отправителя и получателя от реального времени, а на приеме в зависимости от значений младших знаков T^ʹ_пʹ оцифровки времени T_П, показываемого часами получателя в момент приема, восстанавливают время T_О, показываемое часами отправителя в момент передачи, а именно: если 0 ≅ T^ʹ_пʹ< 2d₁ + d₂ и 0 ≅ T^ʹ_oʹ≅ T^ʹ_пʹ+ 2d, то показываемое часами отправителя в момент передачи время T_О получают путем объединения старших знаков T^ʹ_п оцифровки времени приема показываемого часами получателя и младших знаков оцифровки времени передачи T_о, то есть T_о ( T^ʹ_п, T^ʹ_oʹ ), если 0 ≅ T^ʹ_пʹ< 2d₁ + d₂ и T^ʹ_пʹ+ 2d₁ < T^ʹ_oʹ≅ D, то где T^ʹ_п 1 старшие знаки оцифровки времени T_П D; если 2d₁ + d₂ ≅ T^ʹ_пʹ≅ D - 2d₁, то если D - 2d₁ < T^ʹ_п ≅ D и 0 ≅ T^ʹ_oʹ< T^ʹ_пʹ- 2d₁ -d₂ то где T^ʹ_п + 1 старшие знаки оцифровки времени T_П + D; если D - 2d₁ < T^ʹ_пʹ≅ D и T_п - 2d₁ - d₂ ≅ T^ʹ_oʹ≅ D, то Другое отличие состоит в том, что на приеме имеют периодически обновляемую группу ячеек памяти, нумеруемых младшими знаками T оцифровок возрастающего времени T (возможно и не всеми и не подряд идущими, так что количество ячеек памяти может быть меньше количества различных оцифровок T") и содержащих соответствующие знаки T'оцифровок T, а такую, что в течение каждого интервала времени между очередными обновлениями содержимого ячеек памяти существует ячейка с номером T", значение которого не принимают младшие знаки оцифровки времени T_П 2d₁ d₂ и T_П + 2d₁, обновление ячеек памяти осуществляют через разные промежутки, кратные наименьшей градации оцифровки времени, путем замены ячейки, соответствующей самому старому времени, на ячейку, соответствующую моменту обновления памяти, причем при получении младших знаков T^ʹ_oʹ оцифровки времени передачи T_O обращаются к ячейке с наибольшим не превосходящим число T^ʹ_oʹ номером T", заполнение которой T' считают старшими знаками оцифровки показываемого часами отправителя времени передачи T_O, а принятое число T^ʹ_oʹ младшими.

Если максимальная погрешность часов отправителя и получателя не превышает 10 с, а временем распространения сигнала можно пренебречь, то для передачи предлагаемым способом оцифровки времени с точностью до секунды достаточно переслать всего 6 бит (тогда как полная оцифровка времени, включая год, составляет порядка 30 бит).

Если этими 6 битами отправитель передает номер секунды времени передачи, то простое добавление принятого от отправителя номера секунды к номерам минут, часов, показываемым часами получателя, может привести к ошибке. Причиной является неточность хода часов отправителя и получателя. Например, если отправитель при передаче фиксирует время t минут, 59 секунд, а на часах получателя во время приема уже t+1 минут, то автоматически прибавляя свои номера минут, часов к принятым номерам секунд, получатель получит время, на минуту превышающее время передачи. Или, если отправитель при передаче фиксирует время t минут, 00 секунд, а на часах получателя еще t-1 минута, то получатель получит время, на минуту меньшее времени передачи. Аналогичная ситуация возникает и на границах часов, суток, месяцев и лет.

Предлагаемый способ точно восстанавливает показываемое часами отправителя время передачи по переданным младшим знакам оцифровки.

Пусть отправитель и получатель имеют часы, измеряющие время интервалами Отправитель передает получателю сообщение С. При этом отправитель О фиксирует на своих часах время передачи T_o = (t⁽₁^o), t⁽₂^o),....,t⁽_п^o)) и передает эти старшие координаты T^ʹ_oʹ= (t⁽_r^o),......, t⁽_n^o)), r>1 получателю.

Предполагается, что T"₀ при передаче не искажается. Получатель П при получении сообщения фиксирует на своих часах время приема T_п = (t⁽₁^п), t⁽₂^п),....,t⁽_п^п)) Часы абонента, естественно, не идеальные, они могут спешить или опаздывать по отношению к реальному времени. Поэтому показания часов отправителя и получателя T_О и T_П, как правило, отличаются от реального времени передачи T_пер и реального времени приема T_пр. Величина отклонения T_О и T_П от T_пер и T_пр определяется точностью хода часов абонентов.

Пусть: d₁ максимальное отклонение показаний часов отправителя и получателя от реального времени, то есть: T_пер d₁ <=T <= T_пер + d₁, T_пр d₁ <= T_пр + d₁; d₂ максимальное время, проходящее с момента передачи сообщения до момента его приема, то есть: T_пр T_пер <= d₂.

Значения d₁ и d₂ также измеряются с точностью до Тогда, если часы получателя показывают в момент приема сообщения время T_О, то зафиксированное часами отправителя время передачи T_О может лежать в следующих границах: T_П 2d₁ d₂ <= T_О <= T_П + 2d₁. (1)
Нижняя граница достигается, если T_пр T_пер d₂ и часы отправителя опаздывают на d₁, а часы получателя спешат на d₁. Верхняя граница достигается, если T_пр T_пер и, наоборот, часы отправителя спешат на d₁, а часы получателя опаздывают на d₁.

Для получателя П, наблюдающего по своим часам время T_п получения сообщения, временной интервал возможных значений T_О показаний часов отправителя О во время отправления сообщений составляет 4d₁ + d₂. Поэтому для того, чтобы получатель П смог правильно восстановить время передачи T_О, отправитель О должен передать, как минимум, хвост T^ʹ_oʹ (t⁽₂⁰⁾,...t⁽⁰⁾_{п u}), где > 4d₁ + d₂. В противном случае найдутся для значения T_0,1 и T_0,2, у которых T^ʹʹ_o,1 = T^ʹʹ_o,2, t^(0,_r-1¹⁾ = t^(0,_r-1²⁾ + 1 и по переданным хвостам получатель в принципе не сможет однозначно восстановить координату t_r-1.

Итак, пусть отправитель вместе с сообщением передает получателю усеченную оцифровку времени T_o = (t⁽₂^o),......, t⁽_n^o)) где > 4d₁ + d₂, < 4d₁ + d₂. Получатель, зафиксировав при приеме сообщения время сравнивает усеченные оцифровки T^ʹ_пʹи T^ʹ_oʹ Если T^ʹ_пʹ значительно больше T^ʹ_пʹ то он вправе предположить, что часы отправителя показывают уже следующий интервал времени то есть T^ʹ_o = T^ʹ_п + 1, где Tʹ= (t₁, ...,t_r-1) 1 (0, 0,1) (1 прибавляется к координате t_r-1 с возможным переносом в координату t_r-2 и далее в t_r-3, t₁).

Больше, чем на один интервал часы отправителя по сравнению с часами получателя показывать не могут, так как максимальное возможное расхождение показаний часов при передаче и приеме меньше одного интервала Если T^ʹ_пʹ значительно меньше T^ʹ_oʹ то предполагается, что часы отправителя показывают еще предыдущий интервал времени то есть T^ʹ_o = T^ʹ_п - 1. И, наконец, если T^ʹ_пʹ соразмерно T^ʹ_oʹ то получатель полагает, что T^ʹ_o = T^ʹ_п
С помощью неравенства (1) переведем предположения получателя на точный язык чисел. Усеченная оцифровка T" определяет время в интервале Она принимает численное значение от 0 до D. Трем высказанным предположениям соответствуют три интервала времени, в которых может находиться T_п.

Приведем их:
1) 0 ≅ T^ʹ_пʹ2d₁ + d₂
В этом интервале возможна ситуация, когда T^ʹ_o = T^ʹ_п - 1, а именно в случае, когда принятое T^ʹ_oʹ превышает T^ʹ_пʹ+ 2d₁ что невозможно при совпадающих T'₀ и T'_п. Поэтому, если 0 ≅ T^ʹ_oʹ≅ T^ʹ_пʹ+ 2d₁, то а если то
2) 2d₁ + d₂ ≅ T^ʹ_пʹ≅ D -2d₁
Если 4d₁ + d₂ 0, то этот интервал сужается до одного значения T^ʹ_пʹ 2d₁ + d₂.

В этом интервале справедливы неравенства:
0 ≅ T^ʹ_пʹ< 2d₁ - d₂ ≅ T^ʹ_oʹ≅ T^ʹ_пʹ+ 2d₁ ≅ D,
то есть отклонение усеченной оцифровки T₀ от T_п не может перейти границу О₀ или D_п. Следовательно, T^ʹ_пʹи T^ʹ_oʹ лежат в одном интервале , и поэтому
3) D -2d₁ < T^ʹ_пʹ≅ D.
В этом интервале возможна ситуация, когда T^ʹ_o= T^ʹ_п + 1 а именно в случае, когда принятое T^ʹ_oʹ меньше 2d₁ d₂, что невозможно при совпадающих T^ʹ_o и T^ʹ_п Поэтому, если то а если T^ʹ_пʹ- 2d₁ - d₂ ≅ T_o≅ D, то
Для наглядности сказанного рассмотрим простой пример.

Пусть:
T (t₁, t₂), где t₁ минуты, t₂ секунды;
максимальная погрешность часов: d₁ 10 с;
время распространения сигнала: d₂ 0.

Так как 4d₁ + d₂ 40 с < D 1 мин, то для правильного восстановления получателем времени T₀ отправки сообщения отправителю достаточно передавать лишь секундную координату t⁽₂⁰⁾.

Если часы получателя показывают время то: если то T_o = (t⁽₁^п), t⁽₂^o)) если 0 ≅ t⁽₂^п) < 20 и t⁽₂^п)+ 20 < t⁽₂^o)≅ 59 то T_o = (t⁽₁^п) - 1, t⁽₂^o)) если 20 ≅ t⁽₂^п)≅ 39, то T_o = (t⁽₁^п), t⁽₂^o)); если 39 < t⁽₂^п)≅ 59 и 0 ≅ t⁽₂^o)< t⁽₂^п)- 20, то если 39 < t⁽₂^п) ≅ 59 и t⁽₂^п)- 20 ≅ t⁽₂^o)≅ 59, то
Существует еще один способ восстановления показания T₀ часов отправителя по переданному хвосту T^ʺ_o Альтернативный способ использует память для хранения всех возможных оцифровок времени передачи T₀ на момент приема T_п. Количество "всех возможных" оцифровок T₀ зависит от минимальной градации шага между соседними записанными в память оцифровками ( , которая, в свою очередь, зависит от величины интервала 4d₁ + d₂.

Пусть
где N количество интервалов в интервале
То есть интервал 4d₁ + d₂ меньше интервала более, чем на интервал Пусть также существует число 1 <= N^ʹ_r <= N_r/2, такое, что N^ʹ_r больше r-й оцифровки временного интервала 2d₁, а N^ʹ_r + 1 меньше r-й оцифровки временного интервала 2d₁ d₂ (см. чертеж).

Тогда для восстановления времени T₀ достаточно иметь [2d₁/ + 1 +(2d₁ + d₂)/ [ N" ячеек памяти,
где: [а] целая часть числа а;

Ячейки памяти нумеруются номерами n_r интервалов времени в интервале В ячейках содержатся соответствующие номерам n_r части оцифровки N' (n₁, n_r-1).

Процедура восстановления получателем времени передачи T₀ по принятому хвосту T^ʹ_oʹ выглядит следующим образом.

Получатель имеет N" ячеек памяти, которые в начале нового интервала (по его часам) он нумерует(2d₁ + d₂) t_r[ (номерами интервалов времени предшествующими текущему времени, показываемому его часами, и [2d₁/ + 1 номерами последующих интервалов времени В каждой ячейке памяти содержится соответствующая номеру интервала часть T' оцифровки T (T', t_r,). В начале следующего интервала получатель заменяет ячейку, соответствующую самому старому времени T_п - (](2d₁ + d₂)/ на ячейку, соответствующую самому новому времени:

В момент T_п (по часам получателя) приема сообщения получатель знает, что время его отправки T_п (по часам отправителя) лежит в границах (1). Поэтому, получив хвост T^ʹ_oʹ= (t⁽_r^o)_{, ...)} он обращается к ячейке с номером t_r(O) вынимает находящуюся в ней часть T и присоединяет ее к полученному хвосту T₀. То есть, T₀ (T, T₀).

Нам понадобилось N" <= N_r ячеек памяти. Можно использовать N_r ячеек памяти, соответствующих всем возможным номерам интервалов В этом случае избыток памяти окупается упрощением процедуры восстановления оцифровки времени T_О, так как при смене содержимого (части T) очередной ячейки памяти не нужно менять ее номер, он остается прежним.

Если неравенство (2) не выполняется, то есть величина интервала 4d₁ + d₂ близка к величине интервала t_r, либо не нашлось подходящего числа N^ʹ_r то для восстановления времени T_О N_r ячеек памяти будет недостаточно. В этом случае к концу очередного интервала времени r-я оцифровка времени T + 2d₁ может совпасть с r-й оцифровкой времени T 2d₁ d₂, то есть произойдет обращение к одной ячейке памяти, хотя упомянутым r-м оцифровкам соответствуют различные части T'. Поэтому придется выбрать градацию хранящихся в памяти соседних оцифровок T меньше интервала Например, или еще меньше. А для этого потребуется соответствующая память.

Для иллюстрации сказанного рассмотрим использованный выше пример: T (t₁ мин, t₂ с, t₃ десятые доли с), d₁ 10 с, d₂ 0. Получателю необходимо иметь 41 ячейку памяти, нумеруемые номерами секунд и содержащие соответствующие номера минут. Пусть, например, T_П (t₁, 3, 4). В этот момент времени используемая получателем память имеет следующие ячейки (см. табл.1).

Если получатель принял хвост T^ʹ_oʹ (58, 5), то он обращается к ячейке памяти с номером 58, в которой лежит номер минуты t₁ 1. Следовательно, T_О (t₁ 1, 58, 5).

В момент времени T_П (t₁, 4, 0) используемая получателем память примет следующий вид (см. табл. 2).

Если в этом примере выбрать t₁ 14,8 с, то есть 4₁ 59,2 с, то получателю потребуется память, ячейки которой он будет нумеровать десятыми долями секунды. При этом ячеек памяти потребуется несколько сотен.

Формула изобретения

1. Способ передачи отправителем получателю времени, показываемого часами отправителя в момент передачи, путем передачи разрядной временной оцифровки, в которой более старшие разряды соответствуют более длинным интервалам времени, отличающийся тем, что передают лишь младшие знаки оцифровки задающие интервал времени D ≥ d₂ + 4d₁, где d₂ максимальное время, проходящее с момента передачи до момента приема, d₁ максимально возможная погрешность часов отправителя и получателя от реального времени, а на приеме в зависимости от значения младших знаков оцифровки времени показываемого часами получателя в момент приема, восстанавливают время показываемое часами отправителя в момент передачи, а именно, если то показываемое часами отправителя в момент передачи время получают путем объединения старших знаков оцифровки времени приема показываемого часами получателя, и младших знаков оцифровки времени, передачи Т_о, т. е. если и то где старшие знаки оцифровки времени Т_п D; если то если то где старшие знаки оцифровки времени Т_п + D, если и то
2. Способ передачи отправителем получателю времени, показываемого часами отправителя в момент передачи, путем передачи разрядной временной оцифровки, в которой более старшие разряды соответствуют более длинным интервалам времени, отличающийся тем, что передают лишь младшие знаки оцифровки задающие интервал времени D ≥ d₂ + 4d₁, где d₂ максимальное время, проходящее с момента передачи до момента приема, d₁ максимально возможная погрешность часов отправителя и получателя от реального времени, а на приеме дополнительно вводят группу ячеек памяти, нумеруемых младшими знаками Т'' и содержащих соответствующие старшие знаки Т' оцифровки Т (Т'', Т'), причем номера Т'' и содержание Т' ячеек памяти на приеме обновляют через интервалы, кратные наименьшей градации оцифровки времени, путем замены номера и содержимого ячейки памяти, соответствующего самому старому времени, на номер и содержимое, соответствующее очередному моменту обновления памяти, при восстановлении времени передачи обращаются к ячейке памяти с наибольшим не превосходящим число номером Т'', заполнение которой Т' считают старшими знаками оцифровки показываемого часами отправителя времени передачи Т_о, а принятую оцифровку младшими, т.е.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2