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Time-Sensitive Networking (TSN) is the most promising time-deterministic wired communication approach for industrial applications. To extend TSN to "IEEE 802.11" wireless networks two challenging problems must be solved: synchronization and scheduling. This paper is focused on the first one. Even though a few solutions already meet the required synchronization accuracies, they are built on expensive hardware that is not suited for mass market products. While next Wi-Fi generation might support the required functionalities, this paper proposes a novel method that makes possible high-precision wireless synchronization using commercial low-cost components. With the proposed solution, a standard deviation of synchronization error of less than 500 ns can be achieved for many use cases and system loads on both CPU and network. This performance is comparable to modern wired real-time field busses, which makes the developed method a significant contribution for the extension of the TSN protocol to the wireless domain.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Netzwerkgeräts für die drahtlose Kommunikation, insbesondere eines Netzwerk-Endgeräts, in einem Drahtlosnetzwerk, wobei das Netzwerkgerät einen integrierten Schaltkreis für die drahtlose Kommunikation (IWC), eine Synchronisationsevent-Detektoreinrichtung (SED) für das Detektieren von Synchronisationsevents, einen steuerbaren Clock-Generator (CCG) für das Erzeugen eines synchronisierten Zeitsignals TCCGund eine Synchronisationssteuereinrichtung (SCD) zur Steuerung des Synchronisationsvorgangs des Netzwerkgeräts umfasst. In dem Netzwerkgerät werden während einer Synchronisationsphase folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Zunächst wird ein Synchronisations-Frame empfangen und ein Synchronisations-Timestamp TAPdetektiert. Anschließend wird ein Timestamp TBmittels einer im IWC enthaltenen IWC-Clock erzeugt, der die Empfangszeit des Synchronisations-Frames definiert. In einem weiteren Schritt wird an einem Port des IWC ein Potenzialwechsel erzeugt, der einen Synchronisationsevent darstellt. Weiterhin wird ein Timestamp TSEmittels der IWC-Clock erzeugt, der den Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert. Die SED detektiert den Synchronisationsevent durch Auswerten der zeitlichen Länge des Potenzialwechsels des Ports des IWC und erzeugt einen Timestamp TSunter Verwendung des synchronisierten Zeitsignals TCCG, wobei der Timestamp TSdenselben Zeitpunkt des Synchronisationsevents definiert wie der Timestamp TSE. Die Timestamps TAP, TB, TSEund TS, die mittels Verarbeitung von ein oder mehreren Synchronisationsevent-Frames gemäß den Schritten (a) bis (d) ermittelt wurden, werden dann zur Synchronisierung des vom CCG erzeugten synchronisierten Zeitsignals TCCGauf das Master-Zeitsignal verwendet.