СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ОТПРАВИТЕЛЕМ ПОЛУЧАТЕЛЮ ВРЕМЕНИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G04C11/02 

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′′o

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′′п 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′′п< 2d₁ + d₂ и 0 ≅ T′′o≅ T′′п+ 2d,
то показываемое часами отправителя в момент передачи время T_О получают путем объединения старших знаков T′п оцифровки времени приема показываемого часами получателя и младших знаков оцифровки времени передачи T_о, то есть T_о ( T′п, T′′o ), если 0 ≅ T′′п< 2d₁ + d₂ и T′′п+ 2d₁ < T′′o≅ D, то где T′п 1 старшие знаки оцифровки времени T_П D; если 2d₁ + d₂ ≅ T′′п≅ D - 2d₁, то если D - 2d₁ < T′п ≅ D и 0 ≅ T′′o< T′′п- 2d₁ -d₂ то где T′п + 1 старшие знаки оцифровки времени T_П + D; если D - 2d₁ < T′′п≅ D и T_п - 2d₁ - d₂ ≅ T′′o≅ 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′′o оцифровки времени передачи T_O обращаются к ячейке с наибольшим не превосходящим число T′′o номером T", заполнение которой T' считают старшими знаками оцифровки показываемого часами отправителя времени передачи T_O, а принятое число T′′o 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(o)1

, t(o)2,....,t(o)п) и передает эти старшие координаты T′′o= (t(o)r,......, t(o)n), 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(п)1

, t(п)2,....,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_О <= 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′′o

(t(0)2,...t(0)п =), где > 4d₁ + d₂. В противном случае найдутся для значения T_0,1 и T_0,2, у которых T′′o,1 = T′′o,2, t(0,1)r-1 = t(0,2)r-1 + 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(o)2

,......, t(o)n) где > 4d₁ + d₂, < 4d₁ + d₂. Получатель, зафиксировав при приеме сообщения время сравнивает усеченные оцифровки T′′пи T′′o Если T′′п значительно больше T′′п то он вправе предположить, что часы отправителя показывают уже следующий интервал времени то есть T′o = T′п + 1, где T^′= (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′′п

значительно меньше T′′o то предполагается, что часы отправителя показывают еще предыдущий интервал времени то есть T′o = T′п - 1. И, наконец, если T′′п соразмерно T′′o то получатель полагает, что T′o = T′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′′п

2d₁ + d₂
В этом интервале возможна ситуация, когда T′o = T′п - 1, а именно в случае, когда принятое T′′o превышает T′′п+ 2d₁ что невозможно при совпадающих T'₀ и T'_п. Поэтому, если 0 ≅ T′′o≅ T′′п+ 2d₁, то а если то
2) 2d₁ + d₂ ≅ T′′п≅ D -2d₁
Если 4d₁ + d₂ 0, то этот интервал сужается до одного значения T′′п 2d₁ + d₂.

В этом интервале справедливы неравенства:
0 ≅ T′′п

< 2d₁ - d₂ ≅ T′′o≅ T′′п+ 2d₁ ≅ D,
то есть отклонение усеченной оцифровки T₀ от T_п не может перейти границу О₀ или D_п. Следовательно, T′′пи T′′o лежат в одном интервале , и поэтому
3) D -2d₁ < T′′п≅ D.
В этом интервале возможна ситуация, когда T′o= T′п + 1 а именно в случае, когда принятое T′′o меньше 2d₁ d₂, что невозможно при совпадающих T′o и T′п Поэтому, если то а если T′′п- 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(0)2

.

Если часы получателя показывают время то: если то T_o = (t(п)1

, t(o)2) если 0 ≅ t(п)2 < 20 и t(п)2+ 20 < t(o)2≅ 59 то T_o = (t(п)1 - 1, t(o)2) если 20 ≅ t(п)2≅ 39, то T_o = (t(п)1, t(o)2); если 39 < t(п)2≅ 59 и 0 ≅ t(o)2< t(п)2- 20, то если 39 < t(п)2 ≅ 59 и t(п)2- 20 ≅ t(o)2≅ 59, то
Существует еще один способ восстановления показания T₀ часов отправителя по переданному хвосту T″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′r

<= N_r/2, такое, что N′r больше r-й оцифровки временного интервала 2d₁, а N′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′′o

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′′o

= (t(o)r,_...) 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′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′′o

(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.

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.

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.