CN100448217C - 用srts在信息包网络上实现时钟恢复的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过信息包网络来恢复业务时钟以提供即时业务的方法采用了两层结构，其中稳定振荡器位于传输和接收节点处。ACR用于在一长定时段内调节本机振荡器。SRTS用于传输业务时钟，只是定时标志信息是基于位于传输和接收节点处的本机振荡器而不是基于公用网络时钟。

Description

用SRTS在信息包网络上实现时钟恢复的系统和方法

技术领域

本发明涉及一般的网络同步和时钟恢复，尤其是，涉及用于传送和接收即时数据的信息包网络。更具体的说，本发明涉及一网络节点，该节点利用同步剩余定时标志(Synchronous Residual Time Stamp，即SRTS)来维持网络同步。与公用的端到端的网络时钟相比，该发明中的参考定时是从位于源节点和目的节点的本机时钟处获得的。

背景技术

信息包网络便于在远程节点之间传输诸如计算机文件之类的不敏感数据。当希望在信息包网络上传送诸如声音或图像之类的时间敏感数据或时间即时数据时，必须存在这样一些用于在网络上传送业务时钟的装置，业务时钟即就是伴随着即时业务而发生的时钟。在网络上传输该时钟以及相伴随的即时数据的特性而无需实际上传送时钟信号本身。

信息包网络利用被称为网络时钟的公用参考时钟来对信息包网络上的数据进行计时。网络时钟有时但不总是对源节点和目的节点适用。

每个节点产生一个本机时钟，该时钟具有数字的可控频率。这用于在接收节点处再生业务时钟。

通过节点间的信息包网络进行即时声音和图像的传输，这需要已被同步的节点时钟，以便防止由于错误而造成的数据损失。该错误被解释为数据缓冲器的上溢和下溢，通常缓冲器被设计成用于缓冲抖动和漂移(低频率时钟偏差)。图像信号的抖动降低了视频性能，因此这对于重建具有高精确度的源同步是很重要的。数字话音连接中的时钟抖动造成了可降低音频性能的卡嗒声和爆裂声。必须控制话音网络中抖动和漂移的集聚，以便可确保高质量的业务。信息包网络从动侧的已恢复时钟所需的准确度取决于其余网络使得该时钟必须同步的必要要求。

存在这样的用于在信息包网络上传输时钟信息的几个方法，即意味着为即时业务(例如声音和图像)提供了网络任一端的同步时钟。最值得注意的方法是准同步模式、同步剩余定时标志(SRTS)(或RTS方法的改型)、或自适应时钟信号接收器(Adaptive Clock Receiver，ACR)方法。当使用的是公用的端到端网络时钟，一般优选SRTS方法。当不使用公用网络时钟时，通常另外选择ACR方法。当在网络的两端均使用可追踪的stratem-1时钟源时，例如，当使用GPS时钟时，可使用准同步模式。在ATM网络中可广泛的使用SRTS和ACR，ACR方法被越来越多的使用，这是由于缺少同步的端到端网络时钟。尽管在以太网中很少使用同步网络时钟，但是这两种方法均可用于以太网第2层中的诸如IP网这样的其他类型的信息包网络。现有的时钟恢复方法看起来已使用了上述方法中的一种，或者根据需要在任意给定的定时上选择它们中的一种。

在SRTS方法中，定时信息随着数据的传输而通过网络。目的节点使用该定时信息来恢复源节点业务时钟的频率，该频率决定了目的节点业务时钟的频率。SRTS必须具有在信息包网络的两端均可使用的公用时钟。SRTS方法是基于将业务时钟与网络参考时钟间的频差编码成剩余定时标志。已编码的剩余定时标志位于包头内，并将其传送到网络的另一端。在网络的另一端再生了相同的频率差，在接收节点再生了业务时钟。

ACR在从动节点处恢复了主动侧的时钟频率，而无需利用公用网络时钟。例如在以太网中通常不可能分配公用网络时钟。

ACR方法通常是基于一缓冲器的满程度，该缓冲器用于接收输入的数据通信量。本机频率被调节以便将缓冲器的满程度保持在近乎一常量上(例如，二分之一)。ACR的其他方法也已经被公开。与本机所产生的定时标志相比，这些方法中的内部数据包定时标志到达时间的长期平均值被平均且被过滤以为本机振荡器的频率提供纠错控制。

SRTS具有这样的优点，即与ACR相比，它通常提供了具有较高准确度的时钟恢复。STRS不依赖于存储单元的统计量或数据包抖动，除非它是具有已知的有限振幅。因此，已恢复的时钟具有这样的能力，即频率的高稳定度不受存储单元或数据包延迟偏差的影响，并且它可传输业务时钟的漂移特性(这是很重要的)。

SRTS时钟恢复方法的缺点是它假定源节点和目的节点提供了公用网络参考时钟。由于有几个原因，因此通常不使用公用网络参考时钟。网络的每一个部分可以是一个独立的时钟域，因此需要与不同的参考时钟相同步。多个互连的ATM网络就是一个例子，因为独立的ATM网络不使用相同的时钟。使用以太网的IP网络是另一个例子(更加极端的)，其每一个网络的中继段可使用不同的物理时钟，时间上的差值是通过在帧中间插入空数据来补偿的。可能会出现同步的损失，并且在这种情况下网络将利用位于网络节点内的本机保持时钟源来持续操作，即不可追踪PRS。

ACR具有不需公用网络时钟的优点，但是具有这样的缺点，即它企图滤出数据包延迟偏差的统计值。这需要一个具有环路滤波器的锁相环，该滤波器具有极低的截止频率。这是滤波器时间常量(这影响收敛时间)和漂移性能之间的一个折衷方案。它通常必需传送业务时钟的漂移特性，而不是企图滤除它。ACR实际上将大量的漂移添加到所传送的业务时钟中，这是由于改变了网络数据包延迟偏差统计值。

下面的美国专利一般涉及现有的SRTS和ACR系统：

5260978；6122337；5742649；5896427；5396492；6157646；5812618；6026074；6144714；6167048；5822383；6044092；5912880；5740173；5825750；6046645；6111878；6137778；6144674；6195353；6011823；5608731；5896388；6108336。

如ITU-TI.363.1B-ISDN ATM适配层规范：类型1AAL，第13-16中所描述的，在同步剩余定时标志(SRTS)中可找到SRTS的所有描述，通过参考其整个内容都包含在这里。

发明内容

根据本发明，为即时业务提出了一种通过信息包网络来恢复业务时钟以提供即时业务的方法，该方法包括：提供分别位于各个传送和接收节点的第一和第二稳定本机振荡器；为所述第一稳定本机振荡器产生定时标志，根据第一和第二稳定本机振荡器间的频率差值的长期平均值而在信息包网络上传送位于所述传输节点和接收节点间的所述定时标志；利用所述定时标志来控制第二稳定本机振荡器；产生同步剩余定时标志，该同步剩余定时标志可使所述业务时钟与所述第一稳定本机振荡器相关；以及根据所述同步剩余定时标志和所述第二稳定本机振荡器而在接收节点恢复所述业务时钟。

本发明采用了一个两层的时钟恢复系统。在优选实施例中，第一层包括位于网络节点处的本机振荡器以及一ACR方法，该本机振荡器具有相当高的频率稳定度(相对于业务时钟而言)，该ACR方法将位于从动侧的本机振荡器调到与主动侧相同的频率。该设备可包括一个数字式本机振荡器，例如可通过使用ACR方法来调节该本机振荡器的频率，ACR方法是测定本机频率与定时标志(TS)内部数据包到达时间的长期平均频率值之间的差值。对于本领域普通技术人员来说为此的许多方法都是公知的。

第二层包括SRTS时钟恢复设备和方法，但是无需利用公用的端到端网络时钟。用高稳定性的本机时钟代替了网络时钟，因此可使用前面所述的第一层时钟。与源业务时钟相关的恢复业务时钟的性能度取决于本机时钟的长期稳定性，并且相应的定时段可用于ACR运算以解决本机振荡器的频率差。

通过同时结合利用SRTS和ACR，可避免对公用网络时钟的需要(SRTS所需要的)。

具体地，根据该优选实施例的时钟恢复系统包括：分别位于传输和接收节点的第一和第二稳定本机振荡器；第一定时传输层，该层为第一稳定本机振荡器产生定时标志，基于第一和第二稳定本机振荡器间频差的长期平均值而在信息包网络上传送位于传输节点和接收节点间的定时标志，并利用定时标志来控制第二稳定本机振荡器来使第一和第二本机振荡器同步；第二定时传输层，该层产生并传送可使位于传输节点处的业务时钟与第一稳定本机振荡器相关的同步剩余定时标志，并根据同步剩余定时标志和第二稳定振荡器来在接收节点处恢复业务时钟，而无需使用公共网络时钟。

附图说明

参考附图，仅仅通过举例来对本发明进行详细的说明，在附图中：

图1给出了现有的SRTS设备的框图；

图2给出了一个已提高的SRTS的框图，该SRTS具有根据本发明实施例的本机时钟振荡器；

图3给出了本机振荡器的稳定性与频差之间的关系曲线，该频差是时间段函数，该时间段可确定本机振荡器之间的频差。

具体实施方式

参考图1，在一般的即时应用中，通过信息包网络12而传送的音频或视频数据的业务时钟1被送到SRTS生成器10，该生成器产生了将被送入到包装配单元11中的SRTS定时标志。通过信息包网络12将SRTS定时标志传送到接收机13，在此处它被提取并用于产生本机业务时钟2，本机业务时钟2可再生传输时钟1。

通过信息包网络由网络时钟14来对数据进行计时，网络时钟14适用于传输节点和接收节点。如上所述的，该配置具有这样的缺点，即网络时钟14必须适用于这两个节点以便接收机恢复源定时信息。

图2根据本发明的实施例给出了一个已提高的SRTS系统。参考图1，对SRTS方法进行描述，只是所采用是稳定本机振荡器而非公用网络时钟。

在传送端相对于业务时钟而言具有较高稳定度的本机震荡器产生了一个“本机”时钟信号，该时钟信号被输入到SRTS生成器10中。根据本机时钟信号可产生一个SRTS定时标志。

第一层单元于是在第一层定时标志设备25中产生了定时标志包TS，通过网络12将该定时标志包TS传送到包去抖动和双相锁定环路单元21中，该包去抖动和双相锁定环路单元21控制位于接收端的数字式可控本机振荡器22。例如通过利用ACR方法可对本机震荡器22进行调节，ACR方法是用于测定本机频率与定时标志(TS)内部数据包到达时间的长期平均频率值之间的差值。对于本领域普通技术人员来说为此可采用许多公知的方法。

第二层SRTS时钟恢复设备利用高稳定本机时钟来在SRTS生成器10中生成SRTS定时标志。

在接收节点，接收机13利用再生的本机时钟而非网络时钟来恢复来自所接收的SRTS定时标志中的业务时钟2。相对于源业务时钟而言，所恢复的业务时钟的性能度取决于本机时钟的长期稳定度，并且相应的时间段可用于ACR运算以解决本机振荡器20和22的频差。

图3给出了频率偏差与适用于ACR运算的时间段之间的关系曲线，该时间段是本机振荡器长期稳定度的函数。随着时间长度的增加，长期振荡器的稳定度也增加了。该时间长度适用于计算本机振荡器之间的频差。

根据本发明，基于网络节点间频差的长期平均值，高稳定本机振荡器影响由ACR方法所“规定”的频率。举例来说，在该例子中可使用高度稳定的铷或铯本机时钟，网络节点的本机时钟间的初始频差被设计的非常小。在用于测定一时间以确定并去除振荡器间的频差这样一段时间之后，仅仅执行“规程性”作用以调节从动振荡器的频率。在极限情况下，这与公用网络时钟适用于网络节点的情况相类似。

很重要的是我们应该知道，根据本发明的两层方法可高性能的传送源业务时钟中所固有的漂移和相位变化信息。第一层利用长期恒量以确定频差或用于PPL环路滤波器。第二层因此可利用诸如SRTS这样的方法，该SRTS方法可传送业务时钟的短期特性，而与网络延迟偏差统计值无关。

假定通过设计我们可选择本机振荡器的频率稳定度，因此可确定所恢复的业务时钟的性能度以作为本机振荡器的稳定度函数(因此要付出成本)。为了方便起见，虽然根据传输和接收节点来描述本发明，但是毫无疑问也可由本领域普通技术人员实现节点是双向的。任一个节点均可作为传送和接收节点。

对于本领域普通技术人员来说可以理解的是在随后权利要求的范围内可对所描述的本发明作出各种修改。

Claims (9)

1、一种通过信息包网络来恢复业务时钟以提供即时业务的方法，该方法包括：

提供分别位于传送和接收节点的第一和第二稳定本机振荡器；

为所述第一稳定本机振荡器产生定时标志；

根据所述第一和第二稳定本机振荡器间的频差的长期平均值而在信息包网络上传送位于所述传输节点和接收节点间的所述定时标志；

利用所述定时标志来控制第二稳定本机振荡器；

产生同步剩余定时标志，该同步剩余定时标志可使所述业务时钟与所述第一稳定本机振荡器相关；以及

根据所述同步剩余定时标志和所述第二稳定本机振荡器而在接收节点恢复所述业务时钟。

2、如权利要求1所述的方法，其中利用自适应时钟接收器技术来传送所述定时标志。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中在传输节点处产生了定时标志包并通过网络将其传送到接收节点，且接收节点根据定时标志包内部包到达时间的长期平均值来恢复所述定时标志。

4、如权利要求3所述的方法，其中由控制所述第二本机振荡器的去抖动和双相锁定环路单元来接收所述定时标志包。

5、如权利要求4所述的方法，其中所述第二稳定本机振荡器是数字可控本机振荡器。

6、一种用于信息包网络中即时业务的时钟恢复系统，包括：

分别位于传输和接收节点的第一和第二稳定本机振荡器；

第一定时传输层，该层为所述第一稳定本机振荡器产生定时标志，基于所述第一和第二稳定本机振荡器间频差的长期平均值而在信息包网络上传送位于所述传输节点和接收节点间的所述定时标志，并利用所述定时标志来控制第二稳定本机振荡器来使所述第一和第二稳定本机振荡器同步；

第二定时传输层，该层产生并传送可使位于传输节点处的业务时钟与第一稳定本机振荡器相关的同步剩余定时标志，并根据所述同步剩余定时标志和所述第二稳定振荡器来在接收节点处恢复所述业务时钟，而无需使用公共网络时钟。

7、如权利要求6所述的时钟恢复系统，其中所述第一层采用自适应时钟恢复技术以使所述第一和第二本机振荡器同步。

8、如权利要求7所述的时钟恢复系统，其中所述第一定时传输层包括位于传输节点处的定时标志设备和位于接收节点处的包去抖动和双相锁定环路单元，该定时标志设备用于产生所述第一稳定本机振荡器的定时标志包，该包去抖动和双相锁定环路单元用于根据定时标志包内部包到达时间的长期平均值来恢复定时信息。

9、如权利要求8所述的时钟恢复系统，其中从包括有铷振荡器和铯振荡器的一组中选择第一和第二振荡器。

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