ES2851229T3 - Sistemas, métodos y dispositivos para interconexión de redes sobre cableado de alta impedancia - Google Patents

Abstract

Un sistema para distribuir datos digitales y energía eléctrica a una pluralidad de dispositivos (204, 206, 208, 210, 212) sobre cables de alta impedancia (214) que comprende: a. un dispositivo de pasarela (200, 202) conectado a una fuente de energía (216, 218); b. un primer dispositivo (206) conectado al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante un cable (214), el cable (214) que es un cable de alta impedancia que tiene al menos dos caminos conductores, y en donde el primer dispositivo (206) recibe energía eléctrica y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor del cable (214); c. un segundo dispositivo (208) conectado al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante el cable (214) en donde el segundo dispositivo (208) recibe energía y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor; y d. en donde la fuente de energía (216, 218) proporciona energía al primer y segundo dispositivos (206, 208) a través del cable (214), y en donde el segundo dispositivo se conecta al dispositivo de pasarela (200, 202) a través del primer dispositivo a través de una topología de cadena de tipo margarita; caracterizado por que la temporización entre el primer dispositivo (206) y el segundo dispositivo (208) está coordinada, en donde un reloj maestro (102) está configurado para generar una señal de tiempo del sistema (104), en donde el primer dispositivo y el segundo dispositivo comprenden un reloj local (122, 124) respectivo, que está sincronizado con el reloj maestro (102) usando un protocolo de tiempo de red (120) y la señal de tiempo del sistema (104), en donde el reloj local sincronizado (122, 124) respectivo se usa para marcar en el tiempo paquetes de medios con una hora local (126), en donde el primer dispositivo (108) o el segundo dispositivo (110) que recibe el paquete de medios coordina una hora de reproducción correcta para las señales de medios, en donde una sincronización de tasa y desplazamiento permite que los relojes locales (122, 124) compensen retardos variables para lograr una sincronización más estrecha independientemente de la ubicación de los dispositivos (108, 110) en una topología de red (100), en donde los dispositivos (108, 110) son altavoces y contienen un elemento de retardo, permitiendo la reproducción de una señal transmitida a los altavoces con diferentes retardos.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas, métodos y dispositivos para interconexión de redes sobre cableado de alta impedancia

Campo de la invención

La presente descripción está dirigida a la interconexión de redes y distribución de señales a través de cableado de alta impedancia.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de cableado de alta impedancia minimizan la pérdida de potencia aumentando la tensión de las señales para su transmisión sobre el cable y luego reduciendo la tensión en el extremo de recepción. Este proceso elevador/reductor reduce de manera correspondientemente la corriente que fluye a través del cable y, por lo tanto, la pérdida de potencia en el cable. A menudo, tal cableado se instala en edificios para distribución de señal sobre ciertas distancias (por ejemplo, que exceden 15.24 metros (50 pies)). La tensión máxima usada en el cable varía en todo el mundo según las regulaciones: en los EE.UU., 70 V es la tensión máxima que se puede usar sin requerir un conducto para el cable; en Europa, son comunes tensiones máximas de 100V. El cableado usado para los sistemas de evacuación o instalados en los espacios de cámara de distribución de aire de edificios está sometido a una variedad de regulaciones relacionadas con la seguridad contra incendios.

En sistemas de distribución de señales de alta impedancia convencionales, tales como los sistemas de altavoces de 70/100V, la energía se entrega al altavoz como una versión de tensión aumentada de la señal de entrada. La energía se entrega en una tensión aumentada minimizando las pérdidas en el cableado al tiempo que las señales se entregan a través de interconexión de redes digital, evitando muchos de los inconvenientes presentes en los sistemas existentes al tiempo que aumenta la calidad y flexibilidad del sistema de distribución de señales.

Un esquema típico de un sistema de distribución de señales de audio de alta impedancia se muestra en la FIG. 1. Un transformador 10 en la salida del amplificador de potencia eleva la tensión a aproximadamente 70 voltios a plena potencia. Los devanados primarios del transformador 10 se acoplan a una línea de baja impedancia 12, y los devanados secundarios se acoplan a un cable de altavoz de alta impedancia 14. Cada altavoz 16, 20, 24, 28 tiene un transformador reductor 18, 22, 26, 30 asociado que hace coincidir la línea de alta impedancia 14 de 70 V con la impedancia de cada altavoz. Los devanados primarios de los transformadores de altavoz 18, 22, 26, 30 se conectan en paralelo a los devanados secundarios del transformador en el amplificador de potencia.

Los sistemas de comunicación de línea eléctrica o portadora de línea eléctrica (PLC) transportan datos en un conductor también usado para la transmisión de energía eléctrica. La energía eléctrica se transmite sobre líneas de transmisión de alta tensión, se distribuye sobre media tensión y se usa en el interior de edificios a tensiones más bajas. Las comunicaciones de línea eléctrica se pueden aplicar en cada etapa. La mayoría de las tecnologías de PLC se limitan a sí mismas a un juego de cables (por ejemplo, cableado de locales), pero algunos pueden cruzar entre dos niveles (por ejemplo, tanto la red de distribución como el cableado de locales). Típicamente, el transformador evita la propagación de señal más allá de un solo cable, lo que requiere el uso de múltiples tecnologías para redes más grandes.

El grupo de trabajo IEEE 1901 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos desarrolla estándares para comunicaciones de línea eléctrica de alta velocidad. Esta tecnología permite que las redes informáticas envíen datos sobre líneas de energía eléctrica (que contrastan con planteamientos tales como alimentación sobre Ethernet que envía alimentación sobre cables de red informática).

HomePlug es el nombre de familia para diversas especificaciones de comunicaciones por línea eléctrica, que soportan interconexión de redes sobre cableado eléctrico en edificios existentes. Existen varias especificaciones no interoperables diferentes bajo el alias de HomePlug, con cada una que ofrece ciertas capacidades de rendimiento y compatibilidad variable con otras especificaciones de HomePlug. Algunas especificaciones de HomePlug apuntan a aplicaciones de banda ancha tales como la distribución en el hogar de IPTV de baja tasa de datos, juegos y contenido de Internet, mientras que otras se centran en baja potencia, baja capacidad de procesamiento y temperaturas de operación extendidas para aplicaciones tales como contadores de electricidad inteligentes y comunicaciones en el hogar entre sistemas eléctricos y electrodomésticos. Se informa que HomePlug AV proporciona 20-30 Mbps en un escenario doméstico típico. Un documento técnico que describe la arquitectura del sistema y que da más detalles de los bloques funcionales, el Control de Acceso al Medio (MAC) y la coexistencia de múltiples redes en los sistemas de HomePlug AV se publicó por la alianza de línea eléctrica HomePlug en 2005 (HPAV-White-Paper_050818.pdf). El grupo IEEE 1901 reivindica proporcionar hasta 500 Mbps, aunque esta es una velocidad máxima teórica. Otra técnica anterior relevante está representada por las solicitudes de patente US2010/260247, US2008/144546 y por el documento LI QI ET AL: “Adaptative impedance matching in power line communication”, TECNOLOGÍA DE MICROONDAS Y ONDAS MILIMETRALES, 2004, actas de la 4a CONFERENCIA INTERNACIONAL ICMMT, PEKÍN, CHINA. 18-21 DE AGOSTO DE 2004, PISCATAWAY, NJ, EE.UU.

Las tecnologías de interconexión de redes de paquetes conmutados se usan a menudo para transportar señales de medios (por ejemplo, audio, video, MIDI u otras señales). Por ejemplo, los protocolos Puenteo de Audio Video (AVB) se pueden usar para transportar señales de medios sobre una red Ethernet y el estándar de Protocolo de T ransporte en Tiempo Real (RTP) desarrollado por la IETF se usa ampliamente para transportar señales multimedia sobre Internet a través de muchos tipos diferentes de tecnología de enlace. Se puede acondicionar una amplia variedad de señales de medios digitales y analógicas para su transmisión a través de una red de paquetes conmutados.

Dante es una tecnología de transporte de señales de medios basada en IP de alto rendimiento que emplea una red de paquetes conmutados. Un sistema Dante ejemplar se describe en la Patente de EE.UU. N° 7.747.725 y la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. N° 2010/0235486. Otra red de paquetes conmutados se describe en el documento US 2010/0260247 A1.

Además de las redes de paquetes conmutados, se pueden construir redes simples usando protocolos digitales punto a punto tales como AES3, S/PDIF, MADI, SDI, DVI, etc. Un escenario común es un cable de derivación múltiple que transporta una señal digital común a muchos receptores. En muchos casos, estos protocolos están diseñados para operar sobre distancias cortas con tipos específicos de cables. Transmisión sobre largas distancias o tipos de cables no previstos por las especificaciones de protocolo originales pueden requerir señales a ser acondicionadas adecuadamente para su transmisión sobre un sistema de cableado de alta impedancia. Las señales se desacondicionan en los receptores y se pueden potenciar adicionalmente por dispositivos conectados al cableado para extender aún más la distancia servida por el cableado.

Hay una necesidad de mejora de sistemas, dispositivos y métodos dirigidos a la interconexión de redes y distribución de señales sobre cableado de alta impedancia. La presente descripción está dirigida a superar y/o mejorar al menos una de las desventajas de la técnica anterior, como llegará a ser evidente a partir de la discusión en la presente memoria.

Compendio de la invención

La presente invención se define por las reivindicaciones independientes adjuntas. Se pueden encontrar otras realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes. Las realizaciones adicionales que se describen a continuación que no caen bajo el alcance de las reivindicaciones se proporcionan solamente con propósitos explicativos.

Breve descripción de las figuras

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención llegarán a ser entendidas mejor con respecto a la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas y las figuras que se acompañan donde:

la Fig. 1 muestra un esquema típico de un sistema de distribución de señales de audio de alta impedancia usando un transformador elevador en la salida del amplificador;

la Fig. 2 ilustra un diagrama esquemático ejemplar de una red digital según con ciertas realizaciones;

la Fig. 3 es un diagrama de bloques ejemplar de un dispositivo de red que es capaz de recibir, enviar y procesar paquetes de medios según ciertas realizaciones;

la Fig. 4 ilustra una arquitectura esquemática de sistema ejemplar según ciertas realizaciones;

las Figs. 5a a 5f ilustran topologías esquemáticas de cableado ejemplares según ciertas realizaciones;

la Fig. 6 ilustra un esquema ejemplar de una red digital acoplada a un dispositivo con filtrado paso alto según ciertas realizaciones;

la Fig. 7 ilustra un esquema de interfaz de red ejemplar según ciertas realizaciones;

la Fig. 8 ilustra una interfaz digital ejemplar con cableado de alta impedancia según ciertas realizaciones;

la Fig. 9 ilustra un esquema de dispositivo de entrada/salida ejemplar según ciertas realizaciones;

la Fig. 10 ilustra un esquema de dispositivo de pasarela ejemplar según ciertas realizaciones;

la Fig. 11 ilustra un esquema de dispositivo de pasarela ejemplar según ciertas realizaciones;

la Fig. 12 ilustra un esquema de dispositivo de pasarela ejemplar con un conmutador de Ethernet según ciertas realizaciones;

la Fig. 13 ilustra un esquema de sistema de zonas ejemplar según ciertas realizaciones;

la Fig. 14 ilustra un sistema ejemplar que incluye múltiples altavoces que tienen una salida sincronizada según ciertas realizaciones;

la Fig. 15 ilustra un ciclo periódico ejemplar de un período de baliza de Homeplug que incluye eventos que pueden ocurrir durante la operación de MAC normal;

la Fig. 16 ilustra un ciclo periódico ejemplar de un protocolo MAC G.hn que incluye eventos que pueden ocurrir durante la operación de MAC normal;

la Fig. 17 ilustra un intercambio de marcas de tiempo ejemplar entre un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo; y

la Fig. 18 ilustra una relación ejemplar entre procesadores maestro y esclavo conectados a una red compartida.

Descripción detallada de realizaciones de la invención

La presente descripción se describirá ahora en detalle con referencia a una o más realizaciones, ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos que se acompañan.

Los ejemplos y realizaciones se proporcionan a modo de explicación y no se han de tomar como limitantes del alcance de la descripción. Además, las características ilustradas o descritas como parte de una realización se pueden usar por sí mismas para proporcionar otras realizaciones y características ilustradas o descritas como parte de una realización se pueden usar con una o más de otras realizaciones para proporcionar realizaciones adicionales. Se entenderá que la presente descripción cubrirá estas variaciones o realizaciones así como otras variaciones y/o modificaciones.

Se entenderá que el término “comprender” y cualquiera de sus derivados (por ejemplo, comprende, que comprende) como se usa en esta especificación se ha de tomar para ser inclusivo de las características a las que se refiere, y no se pretende que excluya la presencia de ninguna característica adicional a menos que se exponga o se insinúe de otro modo.

Ciertas realizaciones se dirigen a asegurar que los métodos de distribución de energía usados no afecten significativamente a la calidad de la distribución de datos y/o de señales. Ciertas realizaciones se dirigen a asegurar que los métodos de distribución de energía usados no afecten sustancialmente a la calidad de la distribución de datos y/o de señales. Ciertas realizaciones se dirigen a desacoplar la distribución de energía y de señales. La distribución de energía puede ser AC o DC usando diversas combinaciones de tensiones o frecuencias que son útiles dado que los métodos de transmisión usados para datos o señales de medios no se ven afectadas significativamente, o afectadas sustancialmente, por la elección del mecanismo de distribución de energía. Para un nivel de potencia dado, la tensión se puede aumentar y la corriente se disminuye de manera correspondiente, minimizando las pérdidas resistivas en el cableado y soportando una distribución de energía eficiente sobre sistemas de cableado de alta impedancia.

La distribución de datos o de señales es a través de un protocolo de interconexión de redes digital transportado sobre el mismo cable usado para distribuir energía de AC o DC. Por ejemplo, la interfaz de red digital puede ser de paquetes conmutados, tal como la interconexión de redes por línea eléctrica HomePlug/IEEE 1901 o Canbus; o puede ser un protocolo no de paquetes como SDI, AES3 o S/PDIF. También se contemplan otros protocolos de interconexión de redes digitales. También es posible en ciertas realizaciones usar combinaciones de protocolos de interconexión de redes. Puede ser necesario acondicionar las señales para su transmisión sobre cableado de alta impedancia que también está proporcionando energía a los dispositivos.

Una red digital ejemplar similar a la descrita en la Patente de EE.UU. N° 7.747.725 se ilustra en las Figs. 2 y 3. En estas figuras, una red de datos 100 comprende un dispositivo de reloj maestro 102 para generar una señal de tiempo del sistema 104 para la red 100. Dos dispositivos de red 108 y 110 se conectan entre sí mediante una red 106 de modo que sean capaces de enviar y recibir paquetes de medios. En ciertas realizaciones de la presente descripción, la red 106 está compuesta por cableado de alta impedancia como se describe en más detalles a continuación. Los dispositivos de red 108 y 110 también se conectan a los dispositivos de medios 112 y 114 respectivamente que son capaces de generar y/o reproducir señales de medios. El dispositivo de red 108 es capaz de recibir y empaquetar señales de medios a ser enviadas como paquetes de medios sobre la red 106. El dispositivo de red 110 es capaz de recibir paquetes y transmitir señales de medios contenidas en los paquetes de medios al dispositivo de medios 114. Los dispositivos de red 108 y 110 contienen cada uno un reloj local 122 y 124 y un reloj de medios 123 y 125 respectivamente.

La red incluye un protocolo de tiempo de red (NTP) 120. Un NTP 120 es un conjunto de mensajes de red usados para sincronizar un reloj de un dispositivo con un reloj de otro dispositivo. En este caso, los relojes locales 122 y 124 se sincronizan con el reloj maestro 102 usando el ⁿT^p 120 y la señal de tiempo del sistema 104. Los mensajes de red enviados por el NTP 120 incluyen el envío de paquetes en la red 106 que se relacionan con la hora del sistema. Hay diversos NTP estándares conocidos, por ejemplo, el Protocolo de Tiempo de Precisión de IEEE 1588 y el NTP de IETF.

Las señales de reloj de medios 130 y 132 se derivan (es decir, sintetizan) de las señales de reloj local (es decir, señal de TOD local) 126 y 128 respectivamente. El NTP usa un intercambio bidireccional de mensajes para permitir el cálculo tanto de desplazamiento como de tasa de reloj.

La sincronización de tasa de reloj asegura que la tasa a la que los dispositivos de red 108 y 110 envían y/o reciben paquetes de datos es la misma dentro de una precisión deseada. La sincronización de desplazamiento de reloj asegura que la diferencia del reloj maestro 102 con los relojes locales 122 y 124 es la misma dentro de una precisión deseada. De esta forma, cualesquiera dos relojes en la red tienen una tasa limitada y un error de desplazamiento. La sincronización de tasa también asegura que la señal de medios se produce y consume por los dispositivos de red a una tasa que se deriva de la tasa del reloj maestro. La tasa derivada del dispositivo de red puede ser diferente de la tasa derivada por otro dispositivo de red en la red. La tasa derivada (frecuencia de reloj local) puede estar relacionada con la tasa de muestreo de las señales de medios que el dispositivo de red está convirtiendo en paquetes (es decir, 256 para 48 Hz o 256 para 44.1 Hz). La sincronización de tasa y de permite que los relojes locales 122 y 124 compensen retardos variables (es decir, días en la recepción de paquetes de medios) y logren una sincronización más estrecha independientemente de la ubicación del dispositivo de red 108 y 110 en la topología de la red 100.

El reloj local sincronizado 122 se usa para marcar en el tiempo los paquetes de medios con la hora del sistema más temprana (que también es la hora local 126) en la que la señal de medios contenida en el paquete se convirtió en forma digital por el convertidor de datos 140. Usando la marca de tiempo, el dispositivo de red 110 que recibe el paquete de medios puede coordinar la hora de reproducción correcta para las señales de medios.

Con referencia a la FIG. 2, se describirá ahora una operación de un dispositivo de red de envío 108 ejemplar. Las señales de medios analógicas entrantes producidas por el reproductor de medios 112 alcanzan el convertidor analógico a digital 140 del dispositivo de red 108. La tasa a la que el convertidor analógico a digital 140 convierte la señal de medios está gobernada por el reloj de medios 130. La señal digital producida por el convertidor analógico a digital 140 se pasa a un empaquetador de datos y a un almacenador temporal de marca de tiempo 142 para su recogida en paquetes de medios. Los paquetes de medios se marcan en el tiempo con la hora del sistema más temprana en la que la señal de medios contenida en el paquete se convirtió en forma digital.

El reloj local 122 suministra control de tasa y control de desplazamiento para el empaquetado y marcado de tiempo de los paquetes de medios a través del enlace 130. Dado que el reloj local 122 está sincronizado con el reloj maestro 102, la tasa a la que se producen los paquetes de medios es la misma tasa que la señal de tiempo del sistema 104 del reloj maestro 102. Esta también será la misma tasa del reloj local 124 del dispositivo de red de recepción 110 de modo que se sincronice la tasa a la que toda la red 100 produce y consume paquetes de medios. El reloj local 122 también se sincroniza para el reloj maestro 102 para desplazamiento. El ajuste de la hora local para sincronizar con la hora del reloj maestro 102 se logra usando una cantidad de desplazamiento. El desplazamiento de la hora local de alguna época (por ejemplo, segundos desde las 00:00:00 del 1 de enero de 1970) rastrea la hora del reloj maestro. Los paquetes se pasan entonces al puerto de red 144 para su transmisión en la red 106 para su entrega al dispositivo de red 110.

Se describirá ahora la operación de un dispositivo de red de recepción 110 ejemplar. Los paquetes entrantes se reciben de la red 106 en un almacenador temporal de datos de compensación de fluctuación 148 donde se retrasan para dar cuenta de la variación (o fluctuación) de latencia esperada máxima entre el remitente 108 y el receptor 110. El receptor 110 usa las marcas de tiempo de los paquetes recibidos para reordenar los paquetes si es necesario. El receptor 110 puede alinear y combinar señales de medios recibidas de diferentes fuentes. Además, el dispositivo 110 también determina el tiempo de reproducción de las señales de medios. Las señales de medios se pasan entonces al convertidor digital a analógico 150 para su conversión a analógico a una tasa controlada por la señal de reloj de medios 132 del reloj de medios 125. La señal de medios se envía entonces a un dispositivo de medios 114, por ejemplo, para su reproducción.

El dispositivo 111 ejemplar mostrado en la FIG. 3 es capaz de realizar las funciones de ambos dispositivos de red 108 y 110. Además, este dispositivo de red 111 se puede usar para procesar señales de medios de una forma digital. En este caso, se reciben paquetes de medios de uno o más remitentes en el puerto de red 144 y se procesan dentro del dispositivo red 111 en el procesador 146. Las marcas de tiempo de los paquetes de medios recibidos se usan para alinear las señales de medios digitales de los paquetes en el tiempo, si es necesario. El procesamiento tiene lugar para producir un nuevo conjunto de señales de medios digitales (por ejemplo, mezclar un conjunto de canales de audio a un par de canales estéreo izquierdo/derecho). Este procesamiento tiene lugar a la tasa y desplazamiento controlados por el reloj local 122/124 a través del enlace 149. Las nuevas señales de medios digitales se colocan en paquetes y se transmiten a una tasa determinada por la señal de reloj local 149 y con marcas de tiempo que se determinan por el desplazamiento de reloj local. Los paquetes procesados se retransmiten entonces desde el puerto de red 144. Más que generar una nueva marca de tiempo para los paquetes salientes desde el reloj local 122 y 124, también es posible copiar una marca de tiempo (es decir, el desplazamiento) de un paquete entrante al paquete saliente, conservando de este modo la hora a la que se generó originalmente la señal de medios. De esta forma, las señales de medios se pueden procesar puramente en un dominio informático por los componentes encerrados por 147 que pueden ser parte de un ordenador personal.

Cualquier reloj que se deje solo funcionará a una cierta tasa que será ligeramente diferente para cada pieza de hardware. El proceso de disciplinar un reloj ajusta la tasa y el desplazamiento del reloj para rastrear otro reloj de referencia (en este caso el reloj maestro 102). El proceso de sincronización y síntesis de reloj se describirá ahora con más detalle.

La señal de reloj local 126 es una representación local de la hora en el dispositivo de red 108. El reloj local 122 y 124 se sincroniza con el reloj maestro de la red de datos 102 usando el NTP 120. Las señales de reloj local 126 y 128 se generan por un oscilador local. Incluso si cada uno de los osciladores locales tiene la misma frecuencia nominal (por ejemplo, 12.288 MHz), su frecuencia (o tasa) real puede ser ligeramente diferente. Además, esta tasa puede derivar con el tiempo debido a efectos tales como variaciones de temperatura ambiente. Un reloj local 122 y 124 se considera sincronizado con el reloj maestro 102 si su tasa es en realidad la misma que el reloj maestro 102 dentro de una precisión deseada.

La señal de reloj local 126 y 128 puede ser una señal eléctrica (por ejemplo, producida por un Oscilador de Control de Tensión (VCO)) o se puede representar como contadores de software mantenidos por una instalación de fecha/hora del sistema operativo. En todos los casos, la señal de reloj local 126 y 128 está gobernada (es decir, disciplinada) de modo que avance (haga tictac) a la misma tasa que el reloj maestro 102.

La señal de reloj local 126 acciona un reloj de hora del día (TOD) que se puede expresar como un número de segundos desde una época. Por ejemplo, el Protocolo de Tiempo de Red versión 3 (NTPv3), expresa la hora como dos números de 32 bits correspondientes al número de segundos y fracción de segundo transcurridos desde las 00:00:00 del 1 de enero de 1900. El reloj de TOD se usa para marcar en el tiempo paquetes de medios. La época para este reloj de TOD es una constante global de la red. La disponibilidad de una marca de tiempo global permite que las señales de medios que se originan en diferentes fuentes se alineen en el tiempo y se combinen con precisión por el dispositivo de red de recepción 110, por ejemplo, para su reproducción. Un reloj local 122 y 124 se considera que está desplazado sincronizado con el reloj maestro 102 si su diferencia de hora con el reloj maestro 102 es la misma dentro de una precisión deseada. Si la diferencia de hora entre el reloj maestro 102 y cualquier reloj local 122 y 124 es menor que 1/4 del período de muestra (5 gs para una señal de 48 kHz), entonces cualesquiera dos relojes locales 122 y 124 se sincronizan entre sí dentro de 1/2 del período de muestreo. Esto permite que las muestras generadas simultáneamente en dos fuentes 112 diferentes se alineen con precisión para su reproducción. Cuando la señal de reloj local 126 es una señal eléctrica (por ejemplo, de un VCO), los pulsos de reloj aumentan un valor de contador que representa la hora absoluta. El contador se puede leer para producir una marca de tiempo que se puede comparar con marcas de tiempo del reloj maestro 102 (a través del protocolo de tiempo de red 120) en un bucle enganchado en fase para lograr una sincronización de tiempo (desplazamiento) absoluta además de sincronización de tasa.

La sincronización de desplazamiento de reloj precisa se beneficia de un protocolo de sincronización de tiempo de red con un intercambio de mensajes bidireccional. Esto permite que el reloj local 122 y 124 calcule el retardo de red entre él y el reloj maestro 102 y compense por ello. Protocolos de tiempo de red 120 estándares ejemplares que pueden ser adecuados son el Protocolo de Tiempo de Red (NTP) y el Protocolo de Tiempo de Precisión de IEEE 1588. NTP Versión 3 está ampliamente implementado y se ha documentado por la Fuerza de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) en el documento RFC1305 como un borrador de estándar de Internet. Se puede encontrar información adicional de NTP en http://www.ntp.org/. IEEE 1588 es un estándar publicado del IEEE (Std 1588-2002) y está disponible en http://standards.ieee.org/. Se puede encontrar información adicional sobre IEEE 1588 en http://ieee1588.nist.gov/.

El NTP 120 de IETF se usa en sistemas informáticos de propósito general y puede lograr fácilmente una precisión de sincronización de tiempo de milisegundos en una red de área local. El NTP 120 de IETF se acciona esclavo en el sentido de que una solicitud del esclavo (es decir, en este caso el dispositivo de red 108 o 110) da como resultado un intercambio de mensajes bidireccional, que permite que el esclavo calcule tanto su desplazamiento de tiempo del reloj maestro 102 como el retardo de la red.

En la presente memoria, IEEE 1588 es el protocolo de sincronización de tiempo 120 preferido, aunque también se pueden usar muchos NTP. En general, marcar en el tiempo los paquetes tan cerca como sea posible del tiempo de transmisión o recepción de la red reduce el error debido a la fluctuación del sistema final. La marca de tiempo se puede realizar (en orden de preferencia) en hardware, en un controlador de dispositivo o en una aplicación.

IEEE 1588 fue diseñado para usar con sistemas de control y medición industriales y es adecuado para una implementación de hardware precisa. Se ha demostrado que las implementaciones de hardware logran una precisión de sincronización de tiempo inferior a microsegundos. La implementación de Relojes de Límite de IEEE 1588 en conmutadores elimina la fluctuación de los paquetes de reloj en la medida que pasan a través de ellos. IEEE 1588 usa mensajes de multidifusión frecuentes desde el maestro para calcular el desplazamiento. Usa un mensaje de solicitud de retardo menos frecuente del esclavo, dando como resultado un mensaje de respuesta de retardo del maestro para calcular el retardo.

También puede soportar relojes maestros redundantes incluyendo un mecanismo donde otro reloj maestro se hace cargo de si falla el reloj maestro original 102. Ciertas realizaciones de la presente descripción pueden usar la combinación de dos redes de IEEE 1588 separadas cada una que tiene su propio reloj maestro, por ejemplo, un estudio de grabación en Sídney, Australia y un estudio de grabación en Melbourne, Australia. Estas dos redes pueden coordinar sus relojes maestros a través de otro mecanismo, por ejemplo, sincronización de tiempo GPS. Esto permite que las dos redes compartan una noción común de tiempo y envíen paquetes marcados en el tiempo unos entre otros.

El sistema también se puede implementar usando un conjunto de dispositivos de red que se sincronizan con uno maestro, mientras que otro conjunto de dispositivos se sincronizan con un maestro diferente en la misma red, o bien en diferentes horas o simultáneamente. Como ejemplo, un receptor multimedia digital sincronizado a una fuente de video externa puede actuar como reloj maestro cuando se ve un video, mientras que el amplificador en un sistema de audio puede actuar como el reloj maestro para música.

El protocolo de tiempo de red 120 intercambia mensajes a una tasa regular (por ejemplo, cada 1 segundo). Tomando este intervalo un no múltiplo de las tasas de muestreo de medios (es decir, 48 kHz o 44.1 kHz) se minimiza la posibilidad de que los paquetes de reloj se encuentran y fluctúan por un paquete de medios en transmisión en la red 106.

El NTP de IEEE 1588 se trata además a continuación. En el protocolo de IEEE 1588, el mejor reloj maestro 102 y un reloj maestro de respaldo (no mostrado) se eligen de un conjunto de candidatos potenciales. El reloj maestro elegido 102 puede ser un reloj local 122 de un dispositivo de red 108. El reloj maestro de respaldo usa el protocolo de tiempo de red de IEEE 1588 120 para sincronizar su reloj con el maestro 102 elegido. En el caso de que el maestro 102 falle, el maestro de respaldo se hace cargo y otros relojes locales que se sincronizaron previamente con el reloj maestro 102 elegido ahora se sincronizarán con el reloj maestro de respaldo y la red 100 continuará operando sin problemas.

La síntesis de reloj es un problema ampliamente estudiado y se pueden aplicar diversas técnicas para sintetizar un reloj de medios 123 y 125 a partir de la señal de reloj local, incluyendo Síntesis Digital Directa (DDS), Osciladores Controlados Digitalmente (DCO) u Osciladores Controlados por Tensión (VCO) controlados por un Convertidor Digital a Analógico (DAC).

Una señal de medios digital tiene un reloj implícito. Para una señal de medios de audio, éste puede ser la tasa de muestreo de audio (por ejemplo, 48 kHz). Para una señal de video, éste puede ser el número de cuadros por segundo. El hardware que produce o consume señales de medios digitales a menudo usa un múltiplo de la tasa de muestreo o la tasa de cuadros. Por ejemplo, los convertidores analógico a digitales 140 necesitan comúnmente un reloj que sea 128x o 256x la tasa a la que se producen en realidad las muestras de audio. Llamamos a este reloj múltiple el reloj de medios 123 y 125. La síntesis de reloj de medios es el proceso de derivar las señales de reloj de medios 130 y 132, que es un reloj de palabras de convertidor digital a analógico (DAC), del protocolo de tiempo de red 120.

Se pueden usar al menos tres técnicas para derivar un reloj de medios: (i) disciplinar directamente un reloj de hardware del protocolo de tiempo de red; (ii) controlar un reloj de medios 123 y 125 modulado por ancho de pulsos con un reloj maestro 102 que ha sido disciplinado por NTP/1588; y (iii) controlar un temporizador de software desde un reloj maestro 102.

La FIG. 4 muestra los componentes de alto nivel de un sistema en un formato esquemático. Los dispositivos de pasarela 200, 202 proporcionan energía a los dispositivos de entrada 204, 206, los dispositivos de salida 208, 210 y el dispositivo de entrada/salida 212 (por ejemplo, los dispositivos de red 108, 110 y 111 descritos con referencia a las FIGS. 2 y 3 anteriores) a través del cableado de alta impedancia 214. En ciertas realizaciones, se proporciona energía a los dispositivos de pasarela 200, 202 mediante las fuentes de energía 216, 218. Las fuentes de energía 216, 218 pueden ser, por ejemplo, una fuente de alimentación de la red eléctrica, baterías, un generador o combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, uno o más dispositivos que no son de pasarela pueden proporcionar energía a los dispositivos y/o pasarelas conectados a la red de alta impedancia, la energía que se alimenta de la red eléctrica, baterías, generadores, otras fuentes o combinaciones de los mismos. Las fuentes de energía distintas de pasarelas pueden aumentar las opciones de redundancia de energía para sistemas críticos de seguridad. Un dispositivo de pasarela 200, 202 también recibe y acondiciona, si es necesario, señales digitales y/o analógicas para su transmisión y/o recepción sobre la interfaz de interconexión de redes 232, 234 usada en la red de cable de alta impedancia 214. Los datos y las señales se pueden transferir hacia/desde dispositivos no conectados al cableado de alta impedancia a través de las interfaces de señales asíncronas 224, 226, las interfaces de señales digitales/analógicas 228, 230, las interfaces de red 220, 222 en los dispositivos de pasarela 200, 202 o combinaciones de los mismos. Los datos y las señales también se pueden transferir directamente de un dispositivo a otro dispositivo sin que pasen a través de la pasarela.

Los dispositivos de entrada y/o salida se pueden alimentar a través del cableado de alta impedancia 214. En ciertas realizaciones, la energía, o una parte de la energía, se puede proporcionar a partir de otras fuentes tales como la fuente de alimentación de la red eléctrica, baterías, un generador o combinaciones de los mismos. Un dispositivo de entrada o salida puede convertir señales transportadas sobre el cableado de alta impedancia hacia/desde una interfaz analógica o digital en el dispositivo (por ejemplo, un conector) para conexión a otro dispositivo externo, o puede actuar como un transductor que convierte la señal en otra forma (por ejemplo, sonido, luz). Por ejemplo, un dispositivo de entrada o salida puede contener uno o más micrófonos, altavoces, visualizadores, cámaras, sensores de movimiento, conmutadores, luces u otros tipos de dispositivos de I/O. Un dispositivo de entrada o salida puede ser también en ciertas realizaciones una combinación de dispositivos.

Una red de distribución de energía o señal de alta impedancia transfiere energía eléctrica con una alta tensión con relación a la corriente, minimizando las pérdidas de impedancia en el cable u otros componentes en el sistema. Un diseño de alta impedancia es particularmente importante para la distribución de energía. La transferencia de energía eficiente a través de longitudes de cable largas y/o conductores con un área de sección transversal pequeña se logra comúnmente aumentando la tensión de operación y reduciendo la corriente de operación para un nivel de potencia dado. Los sistemas de distribución de alta impedancia pueden usar una variedad de tensiones y configuraciones de corriente; no obstante, las pérdidas de energía debidas a la impedancia de cableado típicamente son de no más del 20%. Muchos sistemas de alta impedancia tienen pérdidas de impedancia por debajo del 10%. Se puede usar una variedad de tipos de cables para construir una red de alta impedancia, incluyendo pero no limitado a: un cable en figura de 8, cable de par trenzado y cable coaxial. También se contemplan otros tipos de cables. En ciertas aplicaciones es deseable soportar la operación sobre cableado ya desplegado. Por ejemplo, puede ser deseable soportar una operación sobre el cableado de altavoz de alta impedancia ya desplegado en sistemas de altavoces de tensión constante y/o el cableado coaxial a menudo usado para distribución de video. Se puede requerir que el cableado de edificios cumpla con los estándares de seguridad cuando se instala en espacios de cámara de distribución de aire o cuando es parte de un sistema crítico de seguridad, tal como un sistema de alarma de evacuación. Puede ser deseable, por lo tanto, soportar la operación sobre cableado clasificado de incendio y/o de cámara de distribución de aire. Ciertas realizaciones descritas en la presente memoria también pueden operar en cableado de baja impedancia (por ejemplo, cables cortos, cables con áreas de sección transversal grandes y disposiciones donde las pérdidas de potencia debido a la impedancia del cable son bajas), o en cableado que incorpora segmentos de baja impedancia. Por ejemplo, puede ser beneficioso operar sobre cables de baja impedancia ya presentes en una instalación. En ciertas realizaciones, el cableado de alta impedancia puede ser más rentable.

Las FIGS. 5a a 5f muestran seis topologías ejemplares diferentes que usan cableado con dos conductores. Los dispositivos (D1, D2, ...) se unen a ambos de los dos conductores. Se puede usar en el sistema una terminación opcional (Z1, Z2 ...).

Las FIGS. 5a y 5b muestran topologías de cadena de tipo margarita ejemplares. La pasarela 300 en la FIG. 5a está en un extremo de la cadena de tipo margarita y en la FIG. 5b, la pasarela 300 está en el medio de la cadena. La FIG.

5a incluye cuatro dispositivos de red 302, 304, 306 y 308 y un componente de terminación 310. La FIG. 5b incluye seis dispositivos de red 312, 314, 316, 318, 320, 322 y dos componentes de terminación 324, 326. Estas topologías de cadena de tipo margarita son ventajosas para controlar la impedancia del sistema, minimizando las reflexiones de señal y maximizando el rendimiento del sistema de interconexión de redes digital. La FIG. 5c muestra una topología de tipo árbol ramificado que se usa a menudo en sistemas de altavoces de tensión constante. La FIG. 5c incluye una pasarela 300, once dispositivos de red 328, 330, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346, 348, 350, y dos componentes de terminación 352, 354.

También se contemplan otras topologías. Por ejemplo, la FIG. 5d ilustra una arquitectura esquemática de sistema ejemplar que usa conexiones redundantes duales. Las conexiones redundantes pueden usar el mecanismo descrito en el documento PCT/AU2007/000667 y/o las continuaciones del mismo para proporcionar caminos completamente redundantes para señales de medios. Las conexiones duales podrían proporcionar solamente redundancia de energía, solamente redundancia de red o tanto redundancia de red como de energía. Este sistema redundante incluye una pasarela 360 configurada para proporcionar redundancia y tres dispositivos de red 362, 364, 366.

La FIG. 5e ilustra una arquitectura esquemática de sistema ejemplar que muestra una única cadena de cinco dispositivos de red 374, 376, 378, 380, 382 unidos a dos pasarelas 370, 372. Una única rotura en el cableado romperá la cadena en dos segmentos distintos. Si cada pasarela 370, 372 proporciona tanto energía como interconexión de redes, la operación puede continuar con una única rotura en el anillo. Adicionalmente, la topología de anillo proporciona protección contra fallos de una de las pasarelas.

La FIG. 5f ilustra una arquitectura esquemática de sistema ejemplar que muestra una única cadena de seis dispositivos de red 392, 394, 396, 398, 400, 402 en bucle de vuelta a un único dispositivo de pasarela 390. Una única rotura en el cableado romperá la cadena en dos segmentos distintos. Si se pueden suministrar energía e interconexión de redes a través ambas de las conexiones a la pasarela, la operación puede continuar en la presencia de una única rotura en el anillo.

La terminación óptima o sustancialmente óptima ocurre cuando la impedancia del terminador y del dispositivo de terminación coincide o coincide sustancialmente con la del cable, asegurando que no ocurran o sustancialmente no ocurran reflexiones. En la práctica, la terminación óptima rara vez ocurre, no obstante, las impedancias de terminación que son sustancialmente similares a la impedancia del cable pueden reducir el ruido y aumentar el rendimiento del sistema. En ciertas realizaciones, se pueden emplear una detección automática de desadaptación de impedancia y/o adaptación de impedancia automática. Los dispositivos de pasarela (370, 372, 390) en la Fig. 5e y la Fig. 5f pueden proporcionar, en ciertas realizaciones, una terminación automática, adaptando sustancialmente la impedancia de la red unida de cables y dispositivos. El dispositivo de pasarela (300) en la Fig. 5b puede detectar que los cables están terminados apropiadamente y emplean una unión de alta impedancia a la red para evitar perjudicar la terminación ya presente. En general, los dispositivos de pasarela pueden medir la impedancia de la red unida de cables y dispositivos, informando sobre desadaptaciones de impedancia y/o ajustando dinámicamente la impedancia para compensar las desadaptaciones.

Los dispositivos de red pueden terminar el cableado con un valor fijo apropiado para la red unida, detectando la desadaptación de impedancia y seleccionando una impedancia de terminación apropiada, o ajustando dinámicamente la impedancia de terminación. Además, los dispositivos de red pueden detectar y notificar desadaptaciones de terminación sin tomar medidas adicionales. Los dispositivos de red no situados al final de un cable o que detectan que el cable ya está correctamente terminado puede operar con una unión de alta impedancia al cable de red para evitar perjudicar la terminación ya presente.

El cableado puede consistir en segmentos de cable unidos juntos en dispositivos, cables continuos largos con dispositivos unidos al cable sin romper el cable en múltiples segmentos, uno o más segmentos de cable que terminan en o se originan a partir de un dispositivo o pasarela, segmentos de cable que terminan en conectores, terminales o conductores que facilitan entonces la unión a otros segmentos de cable, o combinaciones de los mismos.

Un problema con la distribución de energía es minimizar las pérdidas de energía en el cableado. A una potencia dada, la pérdida en el cable se puede minimizar minimizando la corriente en el cable y, por lo tanto, aumentando la tensión a la que opera el cable. Por otra parte, en ciertas realizaciones, es deseable mantener la tensión de operación en el cable por debajo de diversa regulación mínima para evitar un conducto, habilidades de instalación especializadas, en última instancia costos aumentados o combinaciones de los mismos. Las tensiones usadas típicamente para sistemas de tensión constante incluyen: 12V, 24V, 25V, 50V, 70V, 70.7V o 100V, rara vez incluso 200V. También se pueden usar tensiones entre medias de estos valores discretos.

Si la distribución de energía es a través de Corriente Alterna (AC), la pasarela y los dispositivos pueden acoplar la energía hacia/desde el cableado de alta impedancia a través de transformadores, o alternativamente a través de electrónica de potencia. Si se elige el acoplamiento de transformador, puede ser ventajoso aumentar la frecuencia de la fuente de alimentación para minimizar el tamaño de los transformadores. Mientras que se aumenta la frecuencia se reduce el tamaño y el coste del transformador, las pérdidas por histéresis aumentan linealmente con la frecuencia. En sistemas de audio de tensión constante, comúnmente se experimenta una pérdida del 30-40% en el transformador de acoplamiento, así que para los sistemas donde la eficiencia es un factor, son deseables frecuencias de suministro de energía bajas. La saturación de los materiales magnéticos en el transformador limita hasta qué punto se puede reducir la frecuencia de la fuente de alimentación. Las frecuencias de la fuente de alimentación comunes oscilan comúnmente de 50-400 Hz, donde 50 Hz y 60 Hz se usan comúnmente por compañías de servicios públicos eléctricos y 400Hz se usan en aeronaves. Históricamente, los sistemas de energía de AC han usado frecuencias en cualquier lugar en el intervalo de 16-140 Hz dependiendo de la aplicación. El uso de electrónica de potencia de AC en un sistema de distribución de energía puede evitar muchas de las limitaciones de los sistemas basados en transformadores. Si se suministra simultáneamente potencia de AC al mismo cable mediante más de un dispositivo de pasarela, la fase de la potencia típicamente necesitará ser coordinada.

Si la distribución de energía se realiza a través de Corriente Continua (DC), la pasarela y los dispositivos acoplan la energía hacia/desde el cableado de alta impedancia a través de circuitería electrónica tal como convertidores DC-DC, reguladores de tensión y similares. Con la potencia de DC, la disposición de más de un dispositivo de pasarela para suministrar energía al cable se puede simplificar, dado que no hay ninguna fase de AC a ser alineada. Incluso cuando se usa la potencia de DC, algunas realizaciones pueden medir el tiempo de trasmisiones de paquetes para evitar el ruido cíclico inducido en el cableado por la distribución de potencia de AC.

La protección contra cortocircuitos del dispositivo se puede lograr mediante el uso de un fusible o un disyuntor. También se pueden usar otras formas de protección contra un cortocircuito.

Ya sea que se elija distribución de potencia de AC o DC, el desacoplamiento de la distribución de señal y distribución de energía permite un aumento de la eficiencia de distribución de energía, dado que la distribución de energía y la distribución de señal se pueden optimizar por separado. Dado que la distribución de señal es a través de una red digital, la distribución de potencia de AC o DC puede usar pequeños transformadores rentables, transformadores eficientes, electrónica de potencia, o incluso electrónica de potencia relativamente ruidosa sin afectar a la calidad de la señal. En contraste, la selección de transformador en un sistema de audio de tensión constante afecta directamente a la calidad del audio, dado que el audio se distribuye como una señal analógica en banda base de alta potencia y se ve directamente afectada por la distorsión de transformador, pérdidas de frecuencia o ruido.

La interfaz de red digital se puede ser de paquetes conmutados, tal como la interconexión de redes por línea eléctrica HomePlug/IEEE 1901 o Canbus; o puede ser un protocolo no de paquetes como la familia de Interfaz Digital Serie SMPTE (SDI) de interfaces de vídeo, AES3/IEC 60958 o estándares similares o AES10 el estándar de Interfaz Digital de Audio Multicanal (MADI). En ciertas realizaciones, también se pueden usar otras tecnologías de conmutación de paquetes y combinaciones de paquetes conmutados. Puede ser necesario acondicionar las señales para su transmisión sobre cableado de alta impedancia que también está proporcionando energía a los dispositivos.

La interfaz de la red digital opera a frecuencias relativamente altas en comparación con la interfaz de energía, permitiendo que la interfaz de red se acople mediante el uso de un filtro paso alto como se muestra, por ejemplo, en la FIG. 6. La FIG. 6 ilustra una pasarela o dispositivo 420 ejemplar unido a un cableado de alta impedancia 214. La pasarela o dispositivo 420 incluye un procesador 422 configurado para realizar una serie de funciones. Por ejemplo, el procesador 422 controla una interfaz de red 424 y una interfaz de energía 426 de manea que los datos se puedan transmitir y recibir sobre el cableado de alta impedancia 214. El procesador 422 puede tener otras funciones tales como codificar o decodificar datos de medios, entregar datos de medios a una salida, etc. El filtro paso alto 428 está conectado entre la salida de la interfaz de red 424 y la salida de la interfaz de energía 426 para acoplar los datos del procesador 422 sobre el cableado de alta impedancia 214. También se pueden usar otros dispositivos de filtrado.

La FIG. 7 muestra un diagrama de bloques ejemplar de un conjunto de chips de interfaz de red HomePlug AV. En ciertas realizaciones la interfaz de “línea eléctrica” se conecta a la red de cableado de alta impedancia 214. El esquema muestra una interfaz central acoplada a un componente de control de acceso al medio (MAC) 440, que a su vez está acoplado al componente de la capa física (PHY) 442. Ambos componentes se accionan por un reloj del sistema 444. El componente de MAC 440 y la capa PHY se pueden implementar, por ejemplo, en microprograma o software que se ejecuta en un microprocesador incorporado como sería conocido por los expertos en la técnica. La salida del componente PHY 442 pasa a través de un convertidor digital a analógico (DAC) 446, un filtro paso bajo 448 y luego se acopla a través del controlador 450 sobre los devanados de un transformador 452, que acopla los datos sobre el cableado de alta impedancia 214. Los datos del cableado de alta impedancia 214 siguen un camino inverso, que viene a través del transformador 452 a través de un filtro paso banda 454, un amplificador de ganancia programable 456, y luego a través de un convertidor analógico a digital (ADC) 458 hasta el componente de capa PHY 442. La temporización del ADC está gobernada por un bucle enganchado en fase 460. En este caso, las señales se transmiten sobre la red digital operando en el cableado de alta impedancia en un formato de paquetes usando la PHY de HomePlug/IEEE1901. Los paquetes de Ethernet y/o IP transferidos a través de la “Interfaz Central” se reciben/transmiten usando la interfaz de “línea eléctrica”.

Más que emplear un esquema de interconexión de redes basado en paquetes, una alternativa, entre ciertas realizaciones, es acoplar un transporte de señal digital a través del cableado de alta impedancia. La FIG. 8 muestra esquemáticamente cómo una señal AES3 (o similar) se podría transmitir a uno o más receptores conectados al cableado de alta impedancia. Como se ilustra, los terminales del dispositivo de transmisión (TX+ y TX-) se acoplan a través del devanado primario del transformador 474 en serie con el resistor 472 y el condensador 476. Los devanados secundarios del transformador 474 se acoplan a la red de cableado de alta impedancia 214. Los devanados secundarios del transformador 474 accionan por ello los devanados primarios de otro transformador 478, lo que induce una señal de tensión a través de los terminales del dispositivo de recepción (RX+ y RX-). Los terminales RX+ y RX- se conectan a través de los devanados secundarios del transformador 478 en paralelo con un resistor 480, y en serie con los condensadores 482, 484.

Ciertas realizaciones pueden emplear mecanismos de Calidad de Servicio (QoS) para proporcionar un mejor servicio a clases particulares de tráfico de red. Técnicas de QoS similares a Diffserv, Tipo de Servicio (TOS) de IP y 802.1p/q marcan los paquetes de red con un campo que indica la clase de tráfico para cada paquete. Cuando se transmiten paquetes, los paquetes de una clase dada se pueden transmitir o diferir preferentemente para reflejar una prioridad u otro objetivo de rendimiento de esa clase de tráfico. Además, los recursos de red se pueden reservar para ciertas clases de tráfico usando un mecanismo de reserva similar a los protocolos de red RSVP de IETF o IEEE 801.Qat. En sistemas de Puenteo de Audio y Video (AVB), una combinación de reserva de recursos (802.1Qat) y priorización de tráfico basada en clases (802.1Qav) se emplea para limitar el retardo experimentado por los paquetes que pasan a través de la red. Ciertas realizaciones pueden emplear mecanismos de QoS de red para limitar el retardo experimentado por señales de medios o paquetes de datos a través de la red.

Algunas tecnologías de red (por ejemplo, WiFi y HomePlug) emplean un medio de transmisión compartido. Un dispositivo que transmite mensajes a través de un medio compartido puede experimentar interferencia de otros dispositivos que intentan una transmisión al mismo tiempo, o de tal forma que las transmisiones compiten por un acceso al medio compartido. Una contienda por un medio compartido puede causar retardos variables o posiblemente pérdida de paquetes. Para evitar estos problemas, se pueden asignar uno o más períodos de tiempo a cada transmisor, en los que el transmisor tiene acceso exclusivo al medio compartido, eliminando por ello la posibilidad de contienda. Ciertas realizaciones pueden emplear una tecnología de red que soporta períodos de transmisión libres de contienda para limitar el retardo experimentado por las señales de medios o los paquetes de datos a través de la red. En las redes HomePlug/IEEE1901 y G.hn, la transmisión de paquetes se puede programar para que ocurra durante “periodos libres de contienda”, evitando fluctuaciones y retardos adicionales asociados con el acceso de contienda al medio de transmisión. Ciertas realizaciones pueden emplear un protocolo de reserva de recursos para asignar intervalos de tiempo en periodos libres de contienda.

En algunas tecnologías de red (por ejemplo, WiFi, HomePlug o G.hn), es más eficiente transmitir paquetes más grandes más que paquetes más pequeños. Para lograr un aumento de eficiencia, ciertas realizaciones pueden agrupar varias señales juntas para su transmisión en un flujo de paquetes. Además, tales tecnologías de interconexión de redes pueden tener tasas de transmisión de paquetes máximas bajas. Algunas realizaciones pueden usar compresión en combinación con agrupación de señales para reducir aún más la tasa de transmisión de paquetes. En algunas tecnologías de interconexión de redes (por ejemplo, WiFi, HomePlug o G.hn), la transmisión de mensajes de unidifusión es más fiable que la transmisión de mensajes de multidifusión debido a un protocolo de Solicitud de Repetición Automática (ARQ) que opera en la capa de MAC. Ciertas realizaciones pueden convertir, por lo tanto, mensajes de multidifusión en mensajes de unidifusión antes de transmitirlos a sus destinatarios previstos. Como alternativa, algunos protocolos de interconexión de redes ofrecen métodos para mejorar la fiabilidad de una transmisión de multidifusión a todos los miembros del grupo de multidifusión. Estos métodos típicamente limitan el número de receptores que pueden estar recibiendo mensajes de manera activa en un único grupo receptor de multidifusión. Ciertas realizaciones pueden usar múltiples acuses de recibo para mejorar la robustez y fiabilidad de la transmisión de mensajes de multidifusión.

Varias tecnologías de interconexión de redes ofrecen flexibilidad en la definición de los protocolos y métodos de capa física. Muchos parámetros (tales como el número de portadoras de OFDM, intervalos de guarda, etc.) son ajustables para adaptarse a las diferentes características del canal operativo. Ciertas realizaciones pueden seleccionar diferentes valores para los parámetros de capa física.

Las tecnologías de interconexión de redes basadas en paquetes pueden experimentar pérdida de vez en cuando. En algunos casos, la tasa de pérdida es lo suficientemente baja que se puede ignorar. El acuse de recibo y la retransmisión de paquetes se pueden usar para mitigar los efectos de la pérdida de paquetes, a costa de latencia adicional. Alternativamente, la pérdida de paquetes se puede mitigar usando técnicas de corrección de errores sin canal de retorno (FEC), donde se añaden datos redundantes a un flujo de paquetes para permitir la recuperación de uno o más paquetes que faltan en el flujo. FEC es ventajosa dado que se incurre en menos latencia en comparación con el acuse de recibo y la retransmisión de paquetes que faltan. Ciertas realizaciones pueden emplear la retransmisión de paquetes o la corrección de errores sin canal de retorno para mitigar la pérdida de paquetes.

La FIG. 9 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de I/O 500 que se conecta al cableado de alta impedancia 214. Este dispositivo 500 recibe energía del cableado de alta impedancia, en forma o bien de AC o bien de DC. La fuente de alimentación de dispositivo 502 alimenta la circuitería dentro del dispositivo. La energía se puede suministrar opcionalmente a un dispositivo externo (por ejemplo, una cámara IP o un auricular telefónico) a través de la salida de potencia 518.

Las señales se desplazan sobre el cableado de alta impedancia usando interconexión de redes digital. El filtro paso alto 504 acopla la interfaz de red 506 al cableado de alta impedancia 214 y la interfaz de red 506 transfiere paquetes o señales digitales hacia/desde el cableado al procesador 508.

El procesador 508 se puede implementar con cualquier sistema de procesamiento adecuado, que puede incluir una o más unidades de procesamiento que pueden estar situadas conjuntamente o distribuidas y que están configuradas (por ejemplo, programadas con software y/o microprograma) para realizar la funcionalidad descrita en la presente memoria, en donde el sistema de procesamiento se puede acoplar adecuadamente a cualquier memoria adecuada (por ejemplo, RAM, ROM Rápida, ROM, almacenamiento óptico, almacenamiento magnético, etc.). Por ejemplo, el procesador 508 puede ser un microprocesador que ejecuta software como microprograma que se ejecuta en un microprocesador/microcontrolador incorporado, o alternativamente como un ASIC, una FPGA o un chip de silicio que contiene lógica digital. El procesador también accede a una memoria 509 para almacenar y recuperar datos e instrucciones. La memoria 509 puede ser cualquier tipo adecuado de memoria tal como, por ejemplo, DRAM o SRAM.

El procesador 508 controla un sintetizador de reloj de medios 510 para proporcionar un reloj de medios que se relaciona con la señal digital en red en frecuencia o en fase, o ambas. El reloj de medios se usa para accionar las interfaces de un convertidor de entrada 512 y un convertidor de salida 514, tales como convertidores analógico a digital, convertidores digital a analógico, interfaces digitales de audio o video como la interfaz de Interfaz Digital Visual (DVI), AES3/IEC 60958, etc. En algunas realizaciones, puede ser beneficioso gobernar los relojes de medios de manera que se sincronicen tanto la tasa como el desplazamiento con un reloj que está acoplado a un reloj maestro por medio de un protocolo de tiempo de red, o alguna otra señal de reloj en la red. Un ejemplo de la sincronización de relojes de medios se ha descrito anteriormente y en la Patente de EE.UU. N° 7.747.725. La sincronización de la señal de reloj de medios facilita la alineación de tiempo de la señal o la reproducción y captura de datos de eventos, y además facilita una operación de baja latencia permitiendo que el almacenamiento temporal en el receptor se minimice.

El procesador también puede enviar y recibir señales de entrada/salida asíncronas a través de una interfaz de I/O asíncrona 516, tal como datos en serie RS232, eventos de Interfaz Digital de Instrumentos Musicales (MIDI), paquetes de Ethernet u otras señales que no requieren una señal de reloj de medios. Estas señales de salida son “asíncronas” en el sentido de que no requieren una señal de reloj de medios para hacer de interfaz. Se pueden soportar con esta interfaz señales intermitentes o basadas en eventos.

Las señales analógicas o digitales de entrada se transmiten a la red digital que discurre sobre el cableado de alta impedancia. Las señales analógicas o digitales de salida se reciben desde la red digital que discurre sobre el cableado de alta impedancia.

Se puede proporcionar una interfaz de salida de Ethernet con capacidad de PoE combinando I/O de Ethernet “desbloqueada” con salida de energía 518 juntas en una única interfaz.

La FIG. 10 muestra las conexiones e interfaces en un dispositivo de pasarela 520 ejemplar. El dispositivo de pasarela 520 transfiere señales entre diversas interfaces de I/O analógicas, digitales, asíncronas y de red, y la red digital que discurre sobre uno o más cables de alta impedancia conectados a la pasarela.

En ciertas realizaciones, las interfaces de I/O asíncronas pueden incluir una interfaz de Ethernet, inalámbrica de WiFi, TCP/IP, otras interfaces de red basadas en paquetes o combinaciones de las mismas. Se puede usar una interfaz de I/O de red para transferir señales a través de la pasarela en forma de paquetes hacia/desde otros dispositivos de red no unidos al cableado de alta impedancia. El dispositivo de pasarela 520 también puede incluir conexiones para entrada de energía redundante.

La FIG. 11 muestra un diagrama de bloques interno de un dispositivo de pasarela 520 ejemplar. La estructura interna es similar a la de un dispositivo de I/O, no obstante, el dispositivo de pasarela 520 tendrá típicamente más conexiones de entrada y salida. En particular, una pasarela probablemente soportará múltiples conexiones de cable de alta impedancia, donde a cada conexión, o una parte de las conexiones de cable, se suministra energía y una señal de red. En ciertos aspectos, se puede usar o bien una única fuente de alimentación no redundante y/o bien fuentes de alimentación redundantes.

Similar al dispositivo de I/O 500, el dispositivo de pasarela 520 recibe y transmite datos a través de interfaces de convertidor de entrada 522 y de convertidor de salida 524, tales como convertidores analógico a digital, convertidores digital a analógico, interfaces digitales de audio o vídeo como la interfaz de Interfaz Digital Visual (DVI), AES3/IEC 60958, etc. La interfaz de I/O asíncrona 526 está configurada para enviar y recibir datos asíncronos.

Un procesador 528 controla un sintetizador de reloj de medios 530 para proporcionar un reloj de medios que se relaciona con la señal digital de interconexión de redes en frecuencia o en fase, o ambas. El reloj de medios 530 acciona las interfaces de convertidor de entrada y salida 522, 524. El procesador 528 se puede implementar como un microprocesador que ejecuta un software, como microprograma que se ejecuta en un microprocesador/microcontrolador integrado, o alternativamente como un ASIC, una FPGA o un chip de silicio que contiene lógica digital. El procesador también accede a una memoria 532 para almacenar y recuperar datos e instrucciones. La memoria 532 puede ser cualquier tipo de memoria adecuada tal como, por ejemplo, DRAM o SRAM.

Las señales se desplazan a través del cableado de alta impedancia usando interconexión de redes digital. Los filtros paso alto 534, 536 acoplan las interfaces de red 538, 540 al cableado de alta impedancia 214 y las interfaces de red 538, 540 transfieren paquetes o señales digitales hacia/desde el cableado al procesador 528. El dispositivo de pasarela 520 también distribuye energía sobre el cableado de alta impedancia 214, en forma o bien de AC o bien de DC a través de las fuentes de alimentación 542, 544. Se puede suministrar energía a los componentes del dispositivo de pasarela 520 por una unidad de fuente de alimentación (PSU) redundante 546 que recibe energía de una fuente de alimentación de la red, baterías, un generador o combinaciones de los mismos.

Incluso aunque las interfaces de interconexión de redes digital como SDI y AES3 se usan típicamente como conexiones punto a punto, es posible que varias salidas reciban los mismos datos o señales de medios desde la conexión de la interfaz de red, que soportan la multiplicación de salidas de datos o señales a muchos dispositivos unidos a la red de alta impedancia. El uso de una interfaz de red punto a punto sobre la red de alta impedancia puede limitar el número de señales distintas que se pueden proporcionar. Cuando se usa una interfaz de interconexión de redes de paquetes conmutados tal como HomePlug sobre el cableado de alta impedancia, varios segmentos de cable pueden formar un único dominio de red de HomePlug, en el que todos los dispositivos, o un número sustancial de los dispositivos, en el dominio pueden comunicarse unos con otros. En ciertas realizaciones, un planteamiento más flexible es tratar cada cable de alta impedancia, o una parte de ellos, como una red autónoma. El procesador puede gestionar entonces la correlación de datos o señales sobre las interfaces de red. La subdivisión de segmentos de cable en varios dominios puede ser beneficiosa para minimizar la congestión y/o la contienda en la red.

Dado que no es típico que los procesadores tengan un gran número de interfaces de red, un chip de conmutador de Ethernet se puede usar para conectar una interfaz MII de Ethernet de único procesador a varias interfaces de red de línea eléctrica. La FIG. 12 muestra cómo una única interfaz de red de Ethernet en un procesador 550 ejemplar en un dispositivo de pasarela ejemplar se puede conectar a muchas interfaces de interconexión de redes de línea eléctrica de HomePlug. El enlace de Ethernet 552 entre el procesador 550 y el conmutador de Ethernet 554 puede emplear LAN Virtuales (VLAN), permitiendo que el procesador trate cada interfaz de HomePlug 556, 558 como una red separada. Las interfaces de HomePlug 556, 558 transmiten y reciben datos sobre el cableado de alta impedancia 214 a través de filtros paso alto 560, 562. Las fuentes de alimentación 564, 566 también se conectan al cableado de alta impedancia 214 para suministrar energía.

La FIG. 13 ilustra un sistema ejemplar dividido en cinco zonas lógicas (Zonas 1 hasta 5), que está controlado por un único dispositivo de pasarela 570. Cada zona representa una ubicación que contiene uno o más dispositivos a los que se pueden transmitir y/o recibir datos o señales de medios. Por ejemplo, se pueden usar zonas en un edificio con varias salas o en una terminal de aeropuerto con varios edificios, terminales y puertas. Una gran sala o terminal de aeropuerto puede tener varios altavoces o visualizadores y los altavoces de esa sala reproducen típicamente el mismo audio. Desde un punto de vista de gestión, las señales se encaminan conceptualmente a una zona y un sistema de gestión asegura que las señales se encaminan adecuadamente a cada dispositivo de I/O individual que compone esa zona. Muchos sistemas audio/visuales, incluyendo los que se usan en aeropuertos, ferrocarriles, sistemas de conferencias y zonas de uso de sistemas de megafonía para simplificar el encaminamiento de música de fondo, mensajes de búsqueda, anuncios u otro contenido a diversas ubicaciones. Las zonas se pueden superponer entre sí y formar mediante la unión de varias subzonas.

La FIG. 13 muestra varias zonas como una superposición lógica sobre el cableado físico y muestra que la estructura de las zonas no se requiere para seguir la topología de cableado físico. Tres cables de alta impedancia 572, 574 y 576 están unidos al dispositivo de pasarela 570. El primer cable de alta impedancia 572 se conecta a: un control de volumen 578 y un altavoz 580 en la Zona 1; una unidad de adaptador de cámara IP 582, un altavoz 584 y un control de volumen 586 en la Zona 2; y una unidad de adaptador de cámara IP 588 y un altavoz 590 en la Zona 4; todos los cuales están conectados en una topología de cadena de tipo margarita. El segundo cable de alta impedancia 574 se conecta a: una unidad de adaptador de cámara IP 592 y un altavoz 594 en la Zona 1; un control de volumen 596 y un altavoz 598 en la Zona 3; y un control de volumen 600 y un altavoz 602 en la Zona 4; todos los cuales están conectados en una topología de cadena de tipo margarita. El tercer cable de alta impedancia 576 se conecta a: un altavoz 604 en la Zona 1; una unidad de adaptador de cámara IP 606 y un altavoz 608 en la Zona 3; y unidad de adaptador de cámara IP 610, altavoz 612 y unidad de control de volumen 614 en la Zona 5; todos los cuales están conectados en una topología de cadena de tipo margarita.

A modo de contraste, los altavoces conectados a un segmento de cable en un sistema de audio de tensión constante reciben el mismo material de programa. Ciertas realizaciones tienen la ventaja de que un único cable puede soportar varias zonas donde cada zona puede recibir o transmitir datos o material de programa distintos. El uso de zonas no excluye el encaminamiento de señales a dispositivos de I/O específicos. En algunos sistemas, una zona puede estar distribuida en varias ubicaciones geográficas, por ejemplo, se pueden enviar señales de video o datos de información de salidas y llegadas a pantallas en una zona que está distribuida geográficamente en todo un aeropuerto.

La FIG. 14 ilustra un sistema ejemplar y siete altavoces 700, 702, 704, 706, 708, 710, 712 configurados para reproducir audio de una forma sincronizada. Cada altavoz recibe una señal de medios a través de la interfaz de red y se alimenta a través del cable de alta impedancia. La sincronización entre altavoces se puede facilitar por medio de una base de tiempo compartida proporcionada por un protocolo de tiempo de red y/o los métodos descritos en la Patente de EE.UU. N° 11/409.190 y la Solicitud PCT N° PCT/AU2008/000656. En algunas aplicaciones, la señal de audio puede estar simultáneamente en todos los altavoces en la zona (Ln, C0, Rn). En otras aplicaciones, puede ser ventajoso retardar la reproducción de audio en ciertos altavoces con respecto a una ubicación de referencia. Por ejemplo, la reproducción de audio se puede retardar progresivamente cuanto más lejos esté el altavoz de una ubicación central - si el altavoz 706 (C⁰) es la ubicación central, entonces los altavoces más externos 700, 712 (L³/R³) tienen el retardo más largo, los altavoces 702, 710 (L²/R²) tienen un retardo medio, los altavoces 704, 708 (L¹/R¹) tienen un retardo pequeño y el altavoz 706 (C⁰) no tiene retardo como se percibe por una persona 714 en el centro de la agrupación de altavoces.

Las Figs. 15 y 16 ilustran ciclos periódicos ejemplares del período de balizas de HomePlug y del protocolo de MAC G.hn, respectivamente. Cuando se usa potencia de AC, estos ciclos se pueden sincronizar con el ciclo de potencia de AC, como se muestra en la Fig. 15. Las Figs. 15 y 16 ilustran además eventos que ocurren durante la operación de MAC normal que se pueden utilizar para mejorar el rendimiento de sincronización de reloj.

Ciertas realizaciones pueden emplear uno de la familia IEEE 1588 de protocolos de sincronización de reloj, o un protocolo sustancialmente similar. En tales protocolos, las marcas de tiempo se pueden intercambiar entre un reloj maestro y un reloj esclavo como se muestra en la Fig. 17.

En la Fig. 17, el reloj maestro transmite un mensaje de sincronización a uno o más dispositivos esclavos. El tiempo de transmisión t^m se registra tomando una marca de tiempo con un reloj local en el dispositivo maestro. El mensaje de sincronización puede contener o no la marca de tiempo maestra t^m. Cuando el mensaje de sincronización no contiene t^m, se puede transmitir un mensaje de seguimiento que contenga t^m pasando el valor de t^m del dispositivo o dispositivos maestros a los esclavos. Los dispositivos esclavos marcan en el tiempo la llegada de mensajes de sincronización, mostrados como t^s en el diagrama. En este diagrama, la transmisión del mensaje de sincronización actúa como un evento compartido que se marca en el tiempo por los dispositivos maestro y esclavo usando sus relojes locales. Cuando el dispositivo esclavo recibe un mensaje de seguimiento o un mensaje de sincronización que contiene t^m, tiene marcas de tiempo para el mismo evento en el maestro y en el esclavo. Estas dos marcas de tiempo (t^m, t^s) se pueden usar para ajustar el reloj esclavo de manera que esté sincronizado con el reloj maestro. En la Fig. 17, un evento que se comparte entre el maestro y el esclavo (la transmisión del mensaje de sincronización) se marca en el tiempo en el maestro y en el esclavo. En ciertas realizaciones, las marcas de tiempo maestra y esclava de ese evento compartido se pueden usar para ajustar el reloj esclavo de manera que se sincronice con el reloj maestro. Ciertas realizaciones pueden marcar en el tiempo eventos compartidos entre los dispositivos maestro y esclavo que no son ni mensajes de sincronización PTP ni mensajes de protocolo de tiempo de red, mientras que se usan las marcas de tiempo maestra y esclava del evento compartido para ajustar el reloj esclavo de manera que se sincronice con el reloj maestro. Eventos compartidos que pueden ser útiles con este propósito incluyen, pero no se limitan a:

• El inicio del Período de Baliza de HomePlug,

• El inicio de un ciclo de MAC G.hn,

• La transmisión/recepción de un paquete de MAP G.hn.

En ciertas realizaciones, puede no ser requerido que el evento compartido usado para generar marcas de tiempo ocurra con una frecuencia regular a condición de que estén disponibles suficientes marcas de tiempo para el esclavo o esclavos para asegurar una sincronización de reloj adecuada.

La Fig. 18 ilustra esquemáticamente las relaciones entre los elementos de una realización ejemplar. Como se muestra en la Fig. 18, los procesadores maestro y esclavo se conectan a una red compartida a través de una capa MAC y el maestro puede transmitir mensajes que contengan marcas de tiempo a través de la red al esclavo.

Un evento (por ejemplo, el comienzo de cada ciclo de MAC G.hn) se puede elegir como el evento compartido para ser marcado en el tiempo por los dispositivos tanto maestro como esclavo. El MAC indica la aparición del evento a un procesador adjunto por medio de la señal de Evento. La señal de Evento se puede implementar de varias formas, incluyendo, pero no limitadas a: pin de GPIO, pin de interrupción, puerto de SPI, puerto de RS232 o puerto de I2C. En ciertas realizaciones, si la señal de Evento contiene un único bit de información (por ejemplo, un único pin GPIO), el procesador adjunto puede tomar una marca de tiempo usando su reloj local. Si la señal de evento soporta varios bits de información, se puede pasar una marca de tiempo desde el MAC al procesador adjunto. Por ejemplo, las marcas de tiempo G.hn son de 32 bits con una resolución de 10 ns y se pueden pasar al procesador cuando ocurre cada evento. Las marcas de tiempo generadas por el MAC pueden necesitar ser convertidas en la base de tiempo del procesador adjunto antes de la transmisión o uso en algoritmos de sincronización.

Cada evento compartido que ocurre se marca en el tiempo por el procesador maestro y se transmite un mensaje que contiene la marca de tiempo a uno o más procesadores esclavos a través de la red. Los mensajes que contienen marcas de tiempo también pueden contener información adicional que identifica el evento específico asociado con la marca de tiempo, tal como números de secuencia, direcciones o información similar. Los mensajes transmitidos y recibidos a través de la red pueden pasar a través de la conexión de “Bus” entre el procesador y el MAC conectado directamente.

Los eventos compartidos que ocurren también se pueden marcar en el tiempo por los procesadores esclavos. Cuando el procesador esclavo recibe un mensaje del procesador maestro que contiene una marca de tiempo para un evento compartido, la marca de tiempo maestra contenida en el mensaje y la marca de tiempo esclava coincidente se pueden usar para sincronizar el reloj esclavo con el reloj maestro. En resumen, el procesador esclavo tiene una marca de tiempo local y una marca de tiempo maestra para un evento que se comparte entre el maestro y el esclavo.

Ciertas realizaciones también pueden compartir información entre los componentes del sistema o las implementaciones del protocolo, donde la información recopilada en la operación de un protocolo del sistema puede tener un beneficio práctico optimizando o mejorando de otro modo el rendimiento de otro componente del sistema. A modo de ejemplo, los mensajes de IEEE1588 pueden ser de multidifusión y normalmente se reciben por todos los dispositivos en el sistema a través de su participación en el protocolo. Parámetros tales como tasas de pérdida o tasas de recepción de multidifusión fallida, o relaciones señal a ruido observadas usando el tráfico de IEEE 1588 que llega a cada receptor se pueden comunicar de vuelta a un nodo de control a través de unidifusión. Esta información se puede usar para escalar el número de dispositivos requeridos para participar en un grupo de receptores de multidifusión que está utilizando múltiples acuses de recibo. En este caso, información de rendimiento de canal derivada de mensajería de IEEE1588 se puede usar para seleccionar dispositivos representativos y puede permitir que un controlador minimice estadísticamente el número de dispositivos requeridos para acusar recibo de una transmisión de multidifusión y, por lo tanto, minimizar la sobrecarga requerida mediante el proceso de acuse de recibo de multidifusión. En este caso, los dispositivos que se determina que son los más representativos o que tienen más probabilidades de sufrir la pérdida de una transmisión de multidifusión que otros miembros del grupo y, por lo tanto, bien colocados para acusar recibo en nombre del grupo de multidifusión. En ciertas realizaciones, esto tiene el efecto de permitir que los dispositivos participen en el grupo de receptores de multidifusión sin que se requiera transmitir acuses de recibo. Muchos de tales ejemplos son posibles dentro de las realizaciones de un sistema.

La capa física empleada en muchas tecnologías de comunicaciones se basa en multiplexación por división de frecuencia ortogonal, o variaciones del concepto de multiportadora. Los parámetros de capa física asociados con la capa física de OFDM de los sistemas típicos generalmente no se definen como valores fijos, y por lo tanto, se pueden ajustar para adaptarse a los medios y al canal de transmisión asociado. Parámetros que son ajustables pueden incluir típicamente, pero no están limitados a:

• Ancho de banda en banda base y canal de RF,

• Número de subportadoras de OFDM y separación de frecuencia de subportadora,

• Esquemas de modulación,

• Intervalos de guarda.

En ciertas realizaciones, los parámetros pueden permitir un intervalo de valores posibles, con un valor preferido en base a la aplicación de la realización actual. En ciertas realizaciones, el valor de operación se puede seleccionar considerando el rendimiento del canal de transmisión con respecto a parámetros tales como, pero no limitados a, atenuación, respuesta al impulso, propagación de retardo, etc.

Los valores en banda base típicos oscilan desde 12.5 MHz hasta 400 MHz. Los valores más bajos se utilizan en un canal de transmisión de menor calidad (es decir, uno con selectividad de frecuencia y tiempo más alta - tal como cableado de línea de energía legado), los valores más altos son posibles en canales de transmisión más limpios (es decir, con selectividad de frecuencia y tiempo menor, tal como un cable coaxial terminado correctamente). Un valor típico para un canal de transmisión de menor calidad está en la región de 25 Mhz. Un valor típico para un canal de transmisión de calidad más alta está en la región de 100 MHz.

El número de subportadoras de OFDM en un sistema típico puede oscilar entre 64 hasta 8192, con un valor típico en la región de 1024. Los valores de separación de portadoras están vinculados con el número de subportadoras y ancho de banda en banda base en uso. Los valores pueden oscilar desde aproximadamente 12 kHz hasta aproximadamente 400 kHz, con un valor típico en la región de 24 kHz en canales de transmisión deficientes que requieren anchos de banda en banda base más bajos, y un valor típico en la región de 200 kHz para canales de transmisión de calidad más alta que permiten anchos de banda en banda base más altos.

El esquema de modulación se puede variar en base a la relación señal a ruido recibida, y aumentar tan alto como sea posible para maximizar la tasa de datos posible en las condiciones de canal actuales.

Los intervalos de guarda se seleccionan en base a la extensión de retardo de tiempo del canal, y pueden ser necesarios para manejar reflexiones, interferencia entre símbolos, y/u otro comportamiento selectivo en el tiempo en el canal de transmisión. En sistemas parametrizados, los valores se miden típicamente en muestras (definidas por la tasa de Nyquist requerida para recibir la señal en banda base completa) y oscilan en valor desde 8 hasta 1024. Los intervalos de guarda pueden ser más cortos en canales de calidad más alta y más largos en canales de calidad más baja.

Ciertas realizaciones de este planteamiento permiten que múltiples medios físicos se usen en un único sistema. Múltiples implementaciones de transceptores permiten diferentes opciones de cableado con conjuntos de parámetros separados usados para cada interfaz cableada. En casos donde existen múltiples caminos de comunicación física entre un par de transceptores (a través de diferentes canales de transmisión), son posibles muchos algoritmos para determinar qué camino se utilizaría. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan a:

• Se emplea la red más rápida.

• El balanceo de carga se emplea por el transmisor y se emplea el enlace cargado más bajo.

• Se emplea la conexión que minimiza la latencia general.

La selección de qué transceptor se utiliza se puede realizar en escalas de tiempo cortas o más largas. Una escala de tiempo corta puede permitir que el dispositivo utilice cualquiera de sus interfaces de transceptor disponibles sobre una base paquete por paquete. Se puede utilizar una escala de tiempo más larga para establecer reservas en cualquier enlace disponible en el que se pueda multiplexar tráfico datos. Los detalles de cada reserva se pueden determinar por algunas de las características perfiladas anteriormente.

En ciertas realizaciones, el sistema se puede desplegar en un entorno “industrial abandonado” en el que la infraestructura de cableado existente se usa junto con el cableado recién instalado y optimizado. En tal realización, el sistema puede utilizar los parámetros de la capa física apropiados para cada medio, en donde el cableado preexistente puede usar una configuración de rendimiento más bajo y más robusta, y el cableado optimizado puede emplear una configuración de rendimiento más alto. En una realización, el cableado preexistente puede incluir, por ejemplo, un cable de altavoz clasificado para fuego en “figura de 8” terminado incorrectamente o un cable del sistema de energía existente terminado defectuosamente. El cableado optimizado puede incluir cableado de altavoz en figura de 8 trenzado terminado correctamente. Esta realización puede ser importante para el despliegue de sistemas prácticos, en la medida que proporciona flexibilidad en cómo se puede instalar un sistema en una infraestructura de edificio existente.

Las realizaciones de la presente descripción se pueden usar en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo:

• Sistema de distribución de señal de audio

° Micrófono, línea, entradas analógicas o digitales amplificadores, altavoces, salidas analógicas o digitales ° Micrófonos o sensores conectados al cableado de 70V

• Sistema de distribución de señal de video

° Paneles/visualizadores conectados al cableado de 70V

° Cámaras conectadas al cableado de 70V

• Distribución mixta de audio/video

° Altavoces, micrófonos, visualizadores

• Sistema con controles

° Controles (por ejemplo, control de volumen local en el altavoz, fuente de audio, etc.)

° Complemento de control de volumen conectado a la red

° Control de (por ejemplo, volumen) a través de la red

• Zonificación en red digital

Ciertas realizaciones pueden tener una o más ventajas sobre un sistema de altavoces de baja impedancia convencional, incluyendo, por ejemplo:

• Cableado simplificado: la topología de cableado físico se puede diseñar para la máxima comodidad sin sacrificar la flexibilidad de zonificación. Un único cable puede soportar más de una zona. En algunos casos, se puede requerir menos cableado, dado que puede seguir un camino de instalación más natural.

• Control de temporización: la temporización de reproducción o captura de señales se puede controlar sobre una base por dispositivo. La temporización entre dispositivos se puede coordinar para mejorar la inteligibilidad, la calidad o la sensibilidad del sistema. Se simplifica la alineación de tiempo entre la captura/reproducción de señal de audio y video.

• Múltiples niveles de potencia: el control afinado sobre objetivos de nivel de presión sonora se puede lograr en diferentes áreas de escucha. El ajuste del nivel de audio se puede llevar a cabo por el procesador en el dispositivo y sin requerir acceso físico a las tomas del transformador. Los ajustes en el nivel pueden ser mucho más afinados que lo que se soporta típicamente a través de tomas de transformador.

• Menos costoso: las pérdidas de energía se reducen dando como resultado costes operativos más bajos, el cableado se puede reducir de tamaño debido al ahorro de energía o reducir de longitud debido a la capacidad para definir fácilmente zonas lógicas. Los dispositivos que usan electrónica de potencia pueden ser más pequeños y ligeros, haciéndolos más sencillos de instalar y transportar.

Ciertas realizaciones de la presente descripción pueden obviar ciertas desventajas de los sistemas de altavoces de tensión constante convencionales, tales como:

Respuesta en frecuencia: Los transformadores económicos pueden tener una reproducción defectuosa de las frecuencias bajas y altas. Dado que las señales en ciertas realizaciones se transmiten en forma digital, no se someten a las distorsiones de frecuencia de los sistemas analógicos problemáticos. En ciertas realizaciones, los transformadores pueden no requerir un amplio intervalo de frecuencias o incluso buena linealidad y se pueden optimizar para distribución de energía a una frecuencia específica. La respuesta en frecuencia baja y alta al mismo nivel de potencia se puede mejorar significativamente.

Distorsión: Los transformadores saturados pueden añadir distorsión de timbre a la señal de audio. Los transformadores de bajo coste son propensos a la distorsión a niveles de potencia más altos, especialmente con respecto a la respuesta de baja frecuencia. Las señales de bajo nivel pueden fallar al excitar un núcleo de transformador diseñado defectuosamente lo suficiente para evitar cantidades de distorsión armónica más altas de lo normal. Como se describe en la presente memoria, los transformadores en ciertas realizaciones no necesitan tener una respuesta en frecuencia amplia.

Variación: La variación de unidad a unidad se puede observar en transformadores fabricados defectuosamente. La electrónica usada en la conversión de potencia y la interfaz de señal se pueden fabricar con una variación considerablemente menor que los transformadores físicos.

Retardo: los altavoces más distantes en el mismo cable en un sistema de audio de tensión constante no se pueden retardar fácilmente para hacer coincidir la velocidad del sonido en el aire, de modo que los impulsos de una cadena de altavoces lleguen al mismo tiempo desde el punto de vista de un oyente distante. En ciertas realizaciones, cada altavoz se puede accionar con una señal distinta. Esta señal se puede retardar o procesar de otro modo según sea necesario. En ciertas realizaciones, los dispositivos de salida pueden contener un elemento de retardo, permitiendo la reproducción de una señal transmitida a muchos altavoces con retardos que difieren.

Pérdida de inserción: los transformadores en sí mismos reducen comúnmente la potencia total aplicada a los altavoces, requiriendo que el amplificador sea de un diez a un veinte por ciento más potente que la potencia total que se pretende que se aplique a los altavoces. Las mediciones de pérdidas de inserción del transformador típicas se toman a 1000 Hz con el fin de hacer que las especificaciones del transformador parezcan tan buenas como sea posible. Usando este método, las pérdidas de inserción típicas son de alrededor de 1 dB, una pérdida de potencia del 20%. La mayor parte de la potencia en los sistemas de audio de aplicación de voz está por debajo de 400 Hz, lo que significa que la pérdida de inserción a frecuencias más bajas sería mayor. Los transformadores de buena calidad reducen las frecuencias de banda media en 0.5 dB (aproximadamente una pérdida de potencia del 10%) o menos, dando como resultado un altavoz de diez vatios que atrae 11.1 vatios desde el amplificador. En ciertas realizaciones, el desacoplamiento de la distribución de señal y de energía combinado con el uso de electrónica de potencia esencialmente eliminará, o reducirá sustancialmente, la pérdida de inserción significativa para los altavoces alimentados de DC o AC. Las señales se transmiten digitalmente con baja potencia.

Capacitancia: Para lograr niveles de potencia más altos, los transformadores deben ser físicamente más grandes. Los transformadores grandes (por encima de 200 vatios) comienzan a sufrir de atenuación de alta frecuencia debido a la capacidad propia. El uso de electrónica de potencia en ciertas realizaciones puede eliminar o reducir este efecto. La transmisión digital disminuye o evita sustancialmente que la capacitancia afecte a la calidad de la distribución de señal.

Gasto: Si se usan altavoces de alta potencia con énfasis en la respuesta en baja frecuencia, los transformadores requeridos serán mucho más grandes y añadirán un coste significativo al proyecto. Además, en algunas áreas, el código de edificación y eléctrico local requiere que el cableado de 70 voltios se transporte dentro de un conducto, aumentando el coste del proyecto total. Los sistemas de potencia más alta que usan ciertas realizaciones de la presente descripción pueden requerir un cableado más caro, no obstante, la electrónica de potencia alta no requiere mucho más gasto. La operación de baja frecuencia se puede mejorar significativamente a un coste similar.

Además, ciertas realizaciones también pueden tener una o más de las siguientes ventajas:

• Calidad y/o inteligibilidad de habla mejorada en comparación con sistemas analógicos.

• Cadena de tipo margarita sencilla, evitando las dificultades de Ethernet de cadena de tipo margarita (la Alimentación sobre Ethernet es problemática para las cadenas de tipo margarita y proporciona muy poca potencia para satisfacer las necesidades de muchas aplicaciones).

• Soportar la modernización de la interconexión de redes digital en edificios que usan cableado instalado previamente para sistemas de tensión constante analógicos de 70/100V.

• Resolver el problema de la capacidad de alimentación de Alimentación sobre Ethernet (PoE) para altavoces de techo (se puede usar un cable que proporciona mucha más potencia que PoE).

• Permitir que las zonas sean superposiciones lógicas que pueden ser independientes de la topología de cableado.

• Hacer posible volver a parcelar en zonas áreas a través de una reconfiguración de software simple (tal como cuando se moderniza una planta en un edificio, o en un hotel/centro de conferencias).

Además, ciertas realizaciones pueden proporcionar una o más mejoras y beneficios sobre los sistemas convencionales, incluyendo, por ejemplo:

• Los altavoces se pueden monitorizar individualmente y las alarmas se pueden activar cuando una unidad falla -una característica estándar de seguridad importante.

• Son posibles características más ricas tales como detección de ruido ambiente y ajuste de nivel.

• El consumo de energía de operación se reduce, posiblemente cumpliendo los requisitos de los estándares pertinentes tales como LEED y Energy Star.

• Es tan fácil de instalar como los sistemas analógicos tradicionales, con poco de reentrenamiento necesario. • Menores costes de cableado e instalación.

Ciertas realizaciones pueden tener una o más ventajas en comparación con un sistema de HomePlug estándar sobre cableado de energía, por ejemplo:

• La modernización de instalaciones de altavoces existentes (por ejemplo, en aeropuertos, edificios comerciales, etc.) se pueden conseguir fácilmente con mínimo recableado.

• Cableado de altavoz frente a cableado de energía.

• El cableado de energía de tamaño más pequeño ofrece aproximadamente 500W a un único dispositivo. El cableado de altavoces de tensión constante de un tamaño similar entrega energía y material de programa a muchos dispositivos de menor potencia compartiendo el cable (por ejemplo, diez dispositivos de 50 W, o cincuenta dispositivos de 10 W).

• El cableado de altavoz de tensión constante usa casi universalmente una tensión más baja que el cableado de energía, para evitar problemas de conductos y otros problemas regulatorios con la instalación.

• El cableado de altavoz de tensión constante a menudo tiene recorridos más largos que el cable de energía, con una mayor pérdida resistiva.

• La potencia total entregada por un cable de altavoz de tensión constante normalmente es mucho menor que la potencia entregada por un cableado de energía (cientos de vatios frente a miles de vatios). Esto es debido a que la tensión se minimiza típicamente para evitar problemas regulatorios y la corriente también se puede minimizar para reducir la pérdida resistiva en los cables de altavoces.

Los planteamientos ejemplares descritos se pueden llevar a cabo usando combinaciones adecuadas de software, microprograma y hardware y no se limitan a combinaciones particulares de tales. Las instrucciones de programa de ordenador para implementar los planteamientos ejemplares descritos en la presente memoria se pueden incorporar en un medio de almacenamiento tangible, no transitorio, legible por ordenador, tal como un disco magnético u otra memoria magnética, un disco óptico (por ejemplo, DVD) u otra memoria óptica, RAM, ROM, o cualquier otra memoria adecuada tal como memoria rápida, tarjetas de memoria, etc.

Además, la descripción se ha descrito con referencia a realizaciones particulares. No obstante, será fácilmente evidente para los expertos en la técnica que es posible incorporar la descripción en formas específicas distintas de las realizaciones descritas anteriormente. Las realizaciones son meramente ilustrativas y no se debería considerar restrictivas. El alcance de la descripción se da por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para distribuir datos digitales y energía eléctrica a una pluralidad de dispositivos (204, 206, 208, 210, 212) sobre cables de alta impedancia (214) que comprende:

a. un dispositivo de pasarela (200, 202) conectado a una fuente de energía (216, 218);

b. un primer dispositivo (206) conectado al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante un cable (214), el cable (214) que es un cable de alta impedancia que tiene al menos dos caminos conductores, y en donde el primer dispositivo (206) recibe energía eléctrica y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor del cable (214);

c. un segundo dispositivo (208) conectado al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante el cable (214) en donde el segundo dispositivo (208) recibe energía y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor; y

d. en donde la fuente de energía (216, 218) proporciona energía al primer y segundo dispositivos (206, 208) a través del cable (214), y en donde el segundo dispositivo se conecta al dispositivo de pasarela (200, 202) a través del primer dispositivo a través de una topología de cadena de tipo margarita;

caracterizado por que la temporización entre el primer dispositivo (206) y el segundo dispositivo (208) está coordinada, en donde un reloj maestro (102) está configurado para generar una señal de tiempo del sistema (104), en donde el primer dispositivo y el segundo dispositivo comprenden un reloj local (122, 124) respectivo, que está sincronizado con el reloj maestro (102) usando un protocolo de tiempo de red (120) y la señal de tiempo del sistema (104), en donde el reloj local sincronizado (122, 124) respectivo se usa para marcar en el tiempo paquetes de medios con una hora local (126), en donde el primer dispositivo (108) o el segundo dispositivo (110) que recibe el paquete de medios coordina una hora de reproducción correcta para las señales de medios, en donde una sincronización de tasa y desplazamiento permite que los relojes locales (122, 124) compensen retardos variables para lograr una sincronización más estrecha independientemente de la ubicación de los dispositivos (108, 110) en una topología de red (100), en donde los dispositivos (108, 110) son altavoces y contienen un elemento de retardo, permitiendo la reproducción de una señal transmitida a los altavoces con diferentes retardos.

2. El sistema de la reivindicación 1 en donde:

a. un tercer dispositivo (212) se conecta al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante el cable (214), y en donde el tercer dispositivo (212) recibe energía y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor; y

b. un cuarto dispositivo (204) conectado al dispositivo de pasarela (200, 202) mediante el cable (214), en donde el cuarto dispositivo (204) recibe energía y datos digitales del dispositivo de pasarela (200, 202) a través del cable (214) sobre el mismo camino conductor dentro del cable (214).

3. El sistema de las reivindicaciones 1 o 2 en donde

(i) el dispositivo de pasarela (200, 202) está configurado para transmitir y recibir datos, y para transmitir energía a al menos el primer (206) y el segundo dispositivos (208),

(ii) en donde los datos digitales son audio o video comprimido o sin comprimir, datos de control y monitorización, o una combinación de los mismos,

(iii) en donde el primer dispositivo es un altavoz y/o

(iv) en donde el segundo dispositivo es un altavoz.

4. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde

en una primera alternativa, el dispositivo de pasarela (200, 202) transmite energía a al menos el primer y segundo dispositivos (206, 208) como corriente alterna, especialmente que tiene una frecuencia de entre alrededor de 400 y alrededor de 500 Hz, o

en una segunda alternativa, el dispositivo de pasarela (200, 202) transmite potencia a al menos el primer y segundo dispositivos (206, 208) como corriente continua.

5. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde

(a) el cable (214) es un cable de megafonía analógica de 70 V o 100 V,

(b) el primer dispositivo (204) está en una primera zona y el segundo dispositivo (206) está en una segunda zona y/o

(c) en donde el primer dispositivo (204) y el segundo dispositivo (206) están en una primera zona.

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en donde

(i) el primer dispositivo (204) y el segundo dispositivo (206) están en una primera zona y el tercer dispositivo y el cuarto dispositivo están en una segunda zona,

(ii) en donde el primer dispositivo (204), el segundo dispositivo (206), el tercer dispositivo (212) y el cuarto dispositivo (208) están en zonas separadas,

(iii) en donde el primer dispositivo (204), el segundo dispositivo (206), el tercer dispositivo (212) y el cuarto dispositivo (208) están configurados en zonas que no son dependientes de una topología de cableado, o (iv) en donde la ubicación de la zona del primer dispositivo (204), del segundo dispositivo (206), del tercer dispositivo (212) y del cuarto dispositivo (208) se reconfigura a través de una solución de software.

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en donde

(a) al menos una parte de los dispositivos se puede monitorizar individualmente,

(b) en donde al menos una parte de los dispositivos se puede direccionar individualmente a través del dispositivo de pasarela,

(c) en donde el cable instalado existente se puede modernizar y usar, o

(d) en donde una parte de los dispositivos puede procesar datos en el dispositivo correspondiente.

8. El sistema de la primera alternativa de la reivindicación 4, que comprende además al menos un transformador (452) acoplado entre la fuente de potencia (218) y el dispositivo de pasarela (420) para convertir una frecuencia de la fuente de energía (218) a otra frecuencia,

en donde el tamaño del al menos un transformador (452) es menor que el tamaño de los transformadores en un sistema analógico convencional.

9. Un método para distribuir datos digitales y energía eléctrica a una pluralidad de dispositivos (204, 206, 212, 208) sobre cables de alta impedancia (214) que comprende:

a. recibir datos digitales a través de una red;

b. generar paquetes de datos digitales a partir de los datos digitales adecuados para la transmisión sobre un conductor en cables de alta impedancia (214);

c. acoplar los paquetes de datos sobre el conductor;

d. recibir energía de una fuente de energía y generar una potencia de salida adecuada para la transmisión sobre el conductor;

e. acoplar la potencia de salida sobre el conductor; f. de manera que los paquetes de datos digitales y la energía eléctrica se transmitan a la pluralidad de dispositivos conectados a través de una topología de cadena de tipo margarita;

caracterizado por que se coordina la temporización entre un primer dispositivo (206) y un segundo dispositivo (208) de la pluralidad de dispositivos, en donde un reloj maestro (102) está configurado para generar una señal de tiempo del sistema (104) y en donde el primer dispositivo y el segundo dispositivo comprenden un reloj local (122, 124) respectivo, que se sincroniza con el reloj maestro (102) usando un protocolo de tiempo de red (120) y la señal de tiempo del sistema (104), en donde el reloj local sincronizado (122, 124) respectivo se usa para marcar en el de los paquetes de medios con una hora local (126), en donde el primer dispositivo (108) o el segundo dispositivo (110) que recibe el paquete de medios coordina un tiempo de reproducción correcto para las señales de medios, en donde una sincronización de tasa y desplazamiento permite que los relojes locales (122, 124) compensen retardos variables para lograr una sincronización más estrecha independientemente de la ubicación de los dispositivos (108, 110) en una topología de red (100), en donde los dispositivos (108, 110) son altavoces y contienen un elemento de retardo, permitiendo la reproducción de una señal transmitida a los altavoces con diferentes retardos.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además recibir datos de la pluralidad de dispositivos o que comprende además monitorizar la pluralidad de dispositivos (204, 206, 212, 208) para generar una alarma cuando uno de los dispositivos falla.

11. El método de la reivindicación 9, en donde

(i) los datos digitales son audio,

(ii) en donde la pluralidad de dispositivos incluye uno o más de los altavoces,

(iii) donde la potencia de salida es corriente alterna, preferiblemente que tiene una frecuencia de alrededor de 400 Hz a alrededor de 500 Hz,

(iv) en donde la potencia de salida es corriente continua,

(v) en donde los cables son cables de megafonía analógicos de 70 V o 100 V,

(vi) en donde el método comprende además gestionar tráfico de datos entre la pluralidad de dispositivos (204, 206, 212, 208) y el dispositivo de pasarela (200, 202), y separar la pluralidad de dispositivos en una o más zonas lógicas, o

(vii) en donde el al menos un dispositivo está en una primera zona lógica y al menos otro dispositivo está en una segunda zona lógica.