CN101197632A - 用于同步时钟信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对置于数据网络中的网络元件内的时钟信号进行调整的方法和系统。在由接收到的同步消息形成的差值基础上，调整时钟信号。每个差值是接收到的同步消息的接收时间值和传输值的差。同步消息的接收时间值取决于同步消息到达时时钟信号的累计周期数，而传输值取决于该同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置。在调整过程中，相比属于差值波动范围的较高部分(305)的差值的调整效果，对属于差值波动范围(306)较低部分(304)的差值的调整效果赋予更大的权重。因此，可以不用考虑数据网络的负载情况，使用接收到的具有最少干扰的同步消息表示的信息调整时钟信号。

Description

用于同步时钟信号的方法和系统

技术领域

本发明涉及对放置于数据网络中的网络元件内的时钟信号和放置于另一个数据网络中的网络元件内的时钟信号进行相互同步的方法和系统。

背景技术

在许多数据网络中，有必要同步网络元件的时钟信号，从而放置于两个或多个独立的网络元件中的时钟信号的频率比尽可能精确地恒定。不同时钟信号的瞬时间隔(step)常常尽可能精确地一样大。例如，所述网络元件可以是路由器或移动电话网络的基站。时钟信号的同步通常基于需要相互同步的网络元件彼此传输同步消息，在此基础上，每个网络元件调整其自身的时钟机构的运行频率和/或运行相位。在许多数据网络中，网络元件之间的传输延迟存在显著的随机类型的因素，这些随机类型的因素使基于同步消息的调整过程变得复杂，并且削弱了时钟信号之间相互同步的质量。其中，所述随机类型的因素由网络元件中的传输缓冲器和/或接收缓冲区中待传输的数据所经历的随机队列延迟造成。传输延迟的随机类型的特点在包交换、帧交换和信元交换的数据网络中尤其明显。

现有技术

在出版物EP1455473A2和WO2005/020486A1中介绍了一种结构，其中仅仅在由具有最短检测传输延迟的同步消息所表示的信息的基础上进行调整。在具有预定长度的观察周期内，从接收到的同步消息中选择具有最短检测传输延迟的每条同步消息。当数据网络的负载较低时，具有最短检测传输延迟的同步消息不需要在网络元件的传输缓冲区和/或接收缓冲区排很长的队。换句话说，当具有最短检测传输延迟的同步消息到达所述缓冲区时，所述传输缓冲区和/或接收缓冲区是空的或者几乎是空的。因此，这种结构可以用于减少随机队列延迟对时钟信号调整过程的影响。数据网络的负载越重，网络元件的传输缓冲区和/或接收缓冲区是空的或者几乎是空的情况越少见。当数据网络的负载增加时，在具有固定长度的观察周期内出现的最短同步消息传输延迟更加难以表示不包含随机队列延迟的传输延迟。传输延迟的随机因素使得基于同步消息的调整过程更加复杂，并且削弱了时钟信号之间相互同步的质量。在观察周期内出现的最短传输延迟中的随机因素的比例(share)可以随着观察周期的时间长度的增加而降低。另一方面，观察周期的时间延长也会扩大连续的调整测量值之间的时间间隔，这使得基于同步消息的调整过程变得复杂，并且削弱了时钟信号之间相互同步的质量。

出版物WO2005/077063A2介绍了一种结构，其中根据所述同步消息经历的传输延迟与传输延迟均值、类型值、中间值或低通滤波值的距离，对由同步消息表示的信息的调整效果进行加权。这意味着这种结构减少了传输延迟分布的极值对时钟信号的调整的影响。在某些情况下，根据这种结构的方法比常规基于均值或低通滤波的方法在时钟信号的相互同步方面具有更好的质量。关于这种方法的实际的实现，低频分量对传输延迟的均值、类型值、中间值和低通滤波值的影响带来挑战性。

发明内容

本发明涉及对放置于第一网络元件中的第一时钟信号和放置于第二个网络元件中的第二时钟信号进行相互同步的系统。所述第一网络元件设置为向所述第二个网络元件传输同步消息，且所述第二网络元件设置为接收所述同步消息。依照本发明的系统包括：

一种计算装置(means)，该装置设置为建立同步消息差值，该差值本质上与所述同步消息的接收时间值和传输值的差相同，所述接收时间值取决于当所述同步消息到达所述第二网络元件中的预定同步点时，所述第二时钟的累计周期数，且所述传输值取决于所述同步消息在同步消息中按时间顺序排列的传输次序中的位置，和

一种调整装置，该装置设置为在与时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整所述第二时钟信号。

依照本发明的系统，其特征在于，所述调整装置设置为，相比属于所述差值的波动范围(margin of fluctuation)的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二个区域更小的差值。

本发明还涉及设置为接收同步消息的网络元件，包括：

一种计算装置，该装置设置为形成接收到的同步消息的差值，其中该差值本质上与所述同步消息的接收时间值和传输值的差相同，所述接收时间值取决于当所述同步消息到达所述网络元件中的预定同步点时，放置于所述网络元件中的时钟信号的累计周期数，而所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按时间顺序排列的传输次序中的位置，和

一种调整装置，该装置设置为与在时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整所述时钟信号。

依照本发明的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为，相比属于差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二个区域更小的差值。

本发明还涉及对放置于第一网络元件中的第一时钟信号和放置于第二个网络元件中的第二时钟信号进行相互同步的方法，其中：

从所述第一网络元件向所述第二网络元件传输同步消息，

在所述第二网络元件接收所述同步消息；

对于每个同步消息，建立差值，该差值本质上与所述同步消息的接收时间值和传输值的差相同，所述接收时间值取决于当所述同步消息到达所述网络元件中的预定同步点时，放置于所述网络元件中的时钟信号的累计周期数，而所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按时间顺序排列的传输次序中的位置，和

在与时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整所述第二时钟信号。

依照本发明的方法，其特征在于，当调整第二时钟信号时，相比属于所述差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二个区域更小的差值。

本发明还涉及用于控制可编程处理单元的计算机程序，用于在与时间顺序上连续的同步消息间对应的差值所包含的信息的基础上，调整放置于网络元件中的时钟信号。每个差值本质上与所述同步消息的接收时间值和传输值的差相同。所述接收时间值取决于当接收所述同步消息到达所述网络元件中的预定同步点时，放置于所述网络元件中的时钟信号的累计周期数，且所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按时间顺序排列的传输次序中的位置。

依照本发明的计算机程序，其特征在于，为计算机程序提供程序装置，用于引导所述可编程处理单元，相比属于所述差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二个区域更小的差值。

通过本发明的实施例，由于在调整时钟信号的时候，可以不用考虑数据网络的负载情况，使用表示接收到的同步消息的信息中的干扰最少的部分，因而具有显著的优点。

所附的权利要求阐述了本发明得不同实施例的特点。

附图说明

参考通过示例描述的实施例和附图，下面更加详细地说明本发明的实施例和优点，其中

图1说明了依照本发明的实施例，对放置于网络元件的时钟信号和放置于另一网络元件的第二时钟信号进行相互同步的系统，

图2说明了对应于如图1所示的系统的示例情况的传输延迟分布，

图3说明了与如图1所示的系统示例情况对应的通过同步消息计算的差值的分布，

图4说明了在依照本发明实施例的系统中，用曲线拟合从差值分布的估计中确定最小差值估计。

图5说明了依照本发明的实施例的网络元件，和

图6是说明依照本发明的实施例，对放置于网络元件的时钟信号和放置于第二网络元件的第二时钟信号进行相互同步的方法的流程图。

具体实施方式

图1说明了依照本发明的实施例，对数据网络100中放置于第一网络元件101的第一时钟信号111和放置于第二网络元件102的第二时钟信号112进行相互同步的系统。除了所述网络元件101和102之外，数据网络100的其他元件由交叉阴影线椭圆150表示。时钟信号111由振荡器103产生。时钟信号112由可调的振荡器104产生，其例如可以是数控振荡器NCO。网络元件101设置为向网络元件102传输同步消息T，并且网络元件102设置为接收所述同步消息T。

该系统包括计算装置105，该装置设置为计算同步消息T的差值113，所述差值113本质上与所述同步消息的接收时间值和传输值的差相同。所述接收时间值取决于当所述同步消息到达网络元件102的预定同步点时，时钟信号112的累计周期数。例如，所述累计周期数可以由计算器进行计算，该计算器设置为计算时钟信号112的周期。因此，所述累计周期数与时间时刻数据相对应，即，与时钟信号112的时钟时间对应。所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置。例如，同步点108可以是网络元件102的进入端口，在这种情况下，所述接收时间值与同步消息到达网络元件102的时刻相对应。

该系统包括调整装置107，该装置设置为在与时间顺序上连续的同步消息相对应的差值113所包含的信息的基础上，调整时钟信号112。该调整装置107设置为，相比属于所述差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值113的调整效果赋予更大的权重。所述波动范围的第一区域表示比所述波动范围的第二区域更小的差值。

在依照本发明优选实施例的系统中，网络元件101设置为传输第一同步消息、等待预设数目的周期的时钟信号111、然后传输第二同步消息。网络元件102设置为，作为接收所述第二同步消息的响应，以预定的变换值更新计算器值。计算装置105设置为，采用所述计算器值作为与所述同步消息关联的传输值。

所述计算器值可以被认为是某种基于先前已知数据的信息。例如，所述先前已知数据可以表示时间顺序上连续的同步消息的传输时间的差是固定的。如果在网络元件102中，仅仅已知在时间顺序上连续的同步消息的传输时间的差是固定的，可以调整时钟信号112，使得时钟信号112和111的频率比尽可能精确地保持固定。然而，在网络元件102中并不知道所述固定值。如果在网络元件102中还知道111在时间顺序上连续的同步消息之间的时钟信号的等待周期数，就可以调整时钟信号112，使得时钟信号112和111的频率比尽可能精确地保持为预定的固定值，而这个值本质上是计算器变换值与时钟信号111的等待周期数的比。在依照本发明优选实施例的系统中，所述比为1。

在依照本发明优选实施例的系统中，网络元件101设置为在每个同步消息中写入序列号或其他数据，该数据用于说明同步消息的传输次序。从而，当传输的同步消息没有到达网络元件102时，或者当同步消息到达网络元件102的顺序与所述同步消息从网络元件101传输的次序不一致时，网络元件102能够更好地控制该情形。例如，在无连接的分组交换数据网络中会发生次序颠倒。

在依照本发明优选实施例的系统中，网络元件101设置为在同步消息中写入时间戳，该时间戳取决于时钟信号111的累计周期数，该时间戳对应于所述同步消息从网络元件101的预定同步点109离开的时刻。网络元件102设置为从所述同步消息中读取所述时间戳。计算装置105设置为，使用所述时间戳作为与所述同步消息关联的传输值。网络元件102也可以使用所述时间戳作为说明同步消息传输次序的数据。

为了说明图1所示系统的操作，让我们观察一个示例情况，即同步消息T_k(k＝0，1，2，...)在如下时刻从网络元件101传输：

${\mathrm{ts}}_k=t_0+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{V}_j---\left(1\right)$

其中V_j(j＝1，2，...，k)是同步消息T_j-1和T_j的传输时间的差。在所述示例情况中，从网络元件101向网络元件102的同步点108传输的同步消息T_k经历的传输延迟D为D_k。在这种情况下，同步消息T_k在如下时刻到达同步点108：

${\mathrm{tr}}_k=t_0+D_k+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{V}_j.---\left(2\right)$

假设当同步消息T₀到达网络元件的同步点108时，时钟信号112的累计周期数是K₀。因此，当同步消息T_k到达网络元件102的同步点108时，时钟信号112的累计周期数K_k是：

$K_k=K_0+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(f_{112}^j\×({\mathrm{tr}}_j-{\mathrm{tr}}_{j-1})){=K}_0+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}[f_{112}^j\×(D_j-D_{j-1})]+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(f_{112}^j\×V_j),---\left(3\right)$

其中f^j ₁₁₂是在同步消息T_j-1和T_j.的接收之间的间隔中，时钟信号112的平均频率。我们还假设同步消息T_k的传输值S_k是：

$S_k=S_0+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j,---\left(4\right)$

其中P_j是同步消息T_j-1和T_j.的传输值的差。例如，如果网络元件102基于预先已知的规则而知道传输值的差P_j，传输值S_k可以由网络元件102中的计算器获得。例如，网络元件101可以按照固定时隙传输同步消息，这种情况下，对于j的所有值，P_i都是固定的。另一方面，S_k可以表示将要在同步消息中写入的时间戳，其中该时间戳是在网络元件101的同步消息T_k中写入的。

例如，同步消息T_k的所选差值E_k可以是差K_k-S_k，即

$E_k=(K_0-S_0)+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(f_{112}^j\×V_j-P_j)+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}[f_{112}^j\×(D_j-D_{j-1})].---\left(5\right)$

作为示例，我们讨论其中P_k＝A×V_k×f₁₁₁的情形，其中f₁₁₁是时钟信号111的频率，而A是常数。如果传输延迟D_k对于所有的k都相同，所得到的比：

E_k＞E_k-1_f^k ₁₁₂＞A×f₁₁₁以及E_k＜E_k-1_f^k ₁₁₂＜A×f₁₁₁    (6)

这对于所有的k都成立，其中f^k ₁₁₂是同步消息T_k-1和T_k.的接收之间的间隔中，时钟信号112的平均频率。换句话说，差值E的增加意味着有必要降低时钟信号112的频率f₁₁₂，而相应地，差值E的减少意味着有必要提高时钟信号112的频率f₁₁₂。传输延迟D的波动使得时钟信号112的调整变得复杂，并且削弱了调整过程的质量，这是由于上述得到的比不再对所有的k都成立。例如，可以用频率比f₁₁₂/f₁₁₁.的波动的增加来表示调整质量的下降。

图2说明了如图1所示的系统中，与示例情况相对应的传输延迟D的分布(distribution)。分布201表示传输延迟集合JD1＝D_n1，D_n1+1，...，D_n1+m1的分布，其中n1和ml是整数。分布202表示传输延迟集合JD2＝D_n2，D_n2+1，...，D_n2+m2的分布，其中n2和m2是整数。假设集合JD1和JD2相互不同，但是它们可以包含共同的元素。在对应于分布201和202的示例情况下，假设数据网络150(图1)的路由拓扑和负载情况不变。在这种情况下，如果集合JD1和JD2包含无限数目的元素，那么分布201和201相互类似。分布203表示传输延迟集合JD3＝D_n3，D_n3+1，...，D_n3+m3的分布，其中n3和m3是整数。在对应于分布203的示例情况下，数据网络150(图1)的负载大于对应于分布201和202的示例情况。

由于表示传输延迟的波动范围的较低部分204的传输延迟包含最少量的随机队列延迟，所以分布201，202和203在传输延迟D的波动范围205的较低部分204最相似。这种情况下，例如，传输延迟D的移动平均数或低通滤波值，通常比没有加权的移动平均数或低通滤波值更加稳定，在该传输延迟D的移动平均数或低通滤波值的形成过程中，有表示传输延迟波动范围的较低部分204的加权传输延迟。

时钟信号112(图1)的频率f₁₁₂是可变的，其中从均值的偏差非常小，因此等式(5)可在适当精度下用下式近似：

$E_k\≈(K_0-S_0)+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(f_{112}^j\×V_j-P_j)+f_{112}\×D_k-f_{112}\×D_0.---\left(7\right)$

图3说明了与在如图1所示的系统中示例情况相对应的同步消息的差值的分布。分布301表示差值集合JE＝E_n4，E_n4+1，...，E_n4+m4的分布，其中n4和m4是整数。当调整时钟信号112使得等式(7)的总和项不变时，分布301与相应的传输延迟D_n4，D_n4+1，...，D_n4+m4的分布具有相同的形状。当所述总和项的值增加时，分布301在箭头302的方向移动。相反，当所述总和项的值减少时，分布301在箭头303的方向移动。实际上，差值分布的移动速率很低，以至于差值分布与相应的传输延迟的分布本质上具有相同的形状。这种情况下，诸如差值E的移动平均数或低通滤波值通常比没有加权的移动平均数或低通滤波值更加稳定，在所述移动平均数或低通滤波值的形成过程中，有差值波动范围306的加权的较低部分304。

调整装置107(图1)设置为，相比属于所述差值波动范围的第二区域305的差值，对属于波动范围306的第一区域304的差值赋予更大的权重。所述波动范围的第一区域304表示比所述波动范围的第二区域305更小的差值。此时，对于调整时钟信号112，使用了表示接收到的同步消息的信息中传输延迟D所导致的干扰因素较小的部分。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)设置为限定限制值R，使得预定比例的差值E在该值以下。所述限制值可以用于差值波动范围306的区域304和305(图3)之间的界限。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)设置为，限定所述限制值R并根据如下算法更新所述限制值R：

V1：通过数字p(＜1)说明所述预定比例，

V2：设置所述限制值R的初始值R₀，

V3：系统等待，直到获得下一个差值，

V4：如果差值E＞R_old，则根据规则R＝R_old+pε更新限制值，或者如果差值E＜R_old，’则根据规则R_old-(1-p)ε更新限制值，

V5：重复步骤V3。

为了说明上述算法，这里假设差值E以概率r小于限制值R，且以概率1-r超过限制值R。此时更新的限制值的期望幅度为

R+[(1-r)p-r(1-p)]ε＝R+(p-r)ε.    (8)

从等式(8)可以发现，如果降到限制值R之下的差值的比例太多(r＞p)，限制值R减少。相反，如果降到限制值R之下的差值的比例太少(r＜p)，限制值R增加。限制值改变的速度可以通过变化步长ε进行调整。变化步长ε的合适的值可以通过例如实验的方法从实验中获得。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)设置为根据如下等式基于时间顺序的变化来调整时钟信号112的差值：

f^k ₁₁₂＝f^k-1 ₁₁₂-(E_k-E_k-1)δα_k，    (9)

其基于得到的比(6)。

在等式(9)中，如果E_k＜R且E_k-1＜R，则系数α_k＝C₁，以及如果E_k＞R或E_k-1＞R，则α_k＝C₂＜C₁。系数δ是调整步长，用于控制调整过程的放大率。传输延迟D的波动在时钟112的调整中被表示成干扰噪声，从而通过使用足够小的调整步长δ降低其干扰作用。

在依照本发明优选实施例的系统中，系数C₂＝0。此时，调整过程107设置为只根据小于限制值R的差值的调整效果，对时钟信号112进行调整。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)设置为形成差值的加权移动平均数，其中在限制值R之下的差值的加权系数大于在所述限制值R之上的差值的加权系数，并在所述加权移动平均数的基础上调整时钟信号112。

例如，所述加权移动平均数PLK_k(k＝N，N+1，...)可以根据如下等式得到：

${\mathrm{PLK}}_k=\frac{{\mathrm{\α}}_{k-N}{E}_{k-N}+{\mathrm{\α}}_{k-N+1}{E}_{k-N+1}+...+{\mathrm{\α}}_k{E}_k}{{\mathrm{\α}}_{k-N}+{\mathrm{\α}}_{k-N+1}+...+{\mathrm{\α}}_k},---\left(10\right)$

其中，如果E_j＜R，则α_j＝C₁，且如果E_j＞R，则α_j＝C₂＜C₁，j＝k-N，...，k。

在依照本发明优选实施例的系统中，加权移动平均数的权重系数为零，C₂＝0。此时，调整装置107设置为只根据小于限制值R的差值的调整效果来调整时钟信号112。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)包括低通滤波器，该滤波器设置为形成差值的低通滤波值，其中在限制值R之下的差值的加权系数大于在所述限制值R之上的差值的加权系数，并且调整装置107设置为基于所述低通滤波器值调整时钟信号112。

例如，可以根据下式更新所述低通滤波值LPF_k(k＝1，2，...)：

LPF_k＝LPF_k-1+α_k(E_k-LPF_k-1)，    (11)

其中，如果E_k＜R，则系数α_k＝C₁，如果E_k＞R，则α_k＝C₂＜C₁。

在依照本发明优选实施例的系统中，低通滤波的权重系数为零，C₂＝0。此时，调整装置107设置为只根据小于限制值R的差值的调整效果来调整时钟信号112。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107设置为，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限Ha_n和Ha_n+1的值段(valueslot)H_n(n＝1，2，...，M)，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标F_n，限定差值分布的估计。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107(图1)设置为限定差值的分布估计，并根据如下算法更新差值的所述分布估计：

V1：对于所有的n＝1，...，M，设置F_n＝0，且设置Sum＝0，

V2：等待，直到获得下一个差值E，

V3：搜索值段H_k，其中Ha_k＜E＜Ha_k+1

V4：更新F_k＝F_k，old+1和Sum＝Sum_old+1，

V5：如果Sum＞预设的数N，则对于所有的n＝1，...，M，更新F_n＝N×F_n，old/(N+1)，并设置Sum＝N，

V6：返回步骤V2。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107设置为，限定表示差值波动范围的较低部分的值段H_n(n＝1，2，...，L)，所述值段的出现频次指标F_n的总和S_L为所有值段H_n(n＝1，2...，M)的出现频次指标总和N的预定比例p(p＜1)。例如，表示差值波动范围的较低部分的值段H_n(n＝1，2...，L)可以按照如下等式选择：

$S_L=\underset{n=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{F}_n\≤\mathrm{pN}$ 以及 $S_L+F_{L+1}=\underset{n=1}{\overset{L+1}{\mathrm{\Σ}}}{F}_n>\mathrm{pN}---\left(12\right)$

调整装置107设置为，根据差值分布的估计，计算加权的期望值，其中表示差值波动范围的较低部分的值段H_n(n＝1，2...，L)的出现频次指标F_n的权重系数比其他值段的出现频次指标的权重系数大，并基于所述加权的期望值调整时钟信号112。

例如，所述加权的期望值POA_k(k＝0，1，...)可以按照下式获得：

${\mathrm{POA}}_k=\frac{\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_n{F}_n\×\frac{{\mathrm{Ha}}_n+{\mathrm{Ha}}_{n+1}}{2})}{\underset{n=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_n},---\left(13\right)$

其中，如果n≤L，则出现频次指标的权重系数α_n＝C₁，如果n＞L，则α_n＝C₂＜C₁。

在依照本发明优选实施例的系统中，用于计算加权的期望值POA_k的权重系数C₂＝O。此时，调整装置107设置为只根据属于区间Ha₁...Ha_L+1的差值的调整效果来调整时钟信号112。

在依照本发明优选实施例的系统中，调整装置107设置为形成最小差值的估计E_min并基于所述最小差值的估计调整时钟信号112。例如，可以根据图4中图解的原理确定最小差值的估计。利用与差值波动范围的较低部分关联的出现频次指标403，404和405，拟合了曲线401。与曲线401的零点402相对应的差值表示了最小差值的所述估计E_min。例如，曲线401可以是根据最小平方和方法对出现频次指标的值进行拟合的多项式。

例如，根据等式10的加权移动平均数、根据等式11的低通滤波值或根据等式13的加权期望值可以作为相位锁定环路的环路滤波器的输入值，该滤波器设置为调整时钟信号112的频率。

例如，图1所示的计算装置105和调整装置107可以由一个或几个可编程的处理器、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA和/或存储器电路来实现。

图5说明了依照本发明实施例的网络元件500。网络元件包括接收端口501，由此网络元件设置为接收同步消息T。为网络元件提供计算装置502，该计算装置设置为形成接收到的同步消息的差值513，该差值本质上为所述同步消息的接收时间值和传输值的差。所述接收时间值取决于当所述同步消息到达网络元件预定的同步点508时，放置于网络元件中的所述时钟信号512的累计周期数。所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置。网络元件包括调整装置507，该调整装置设置为在与时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整时钟信号112。调整装置507设置为，相比差值波动范围的第二区域内的差值的调整效果，对属于所述差值波动范围的第一区域内的差值的调整效果赋予更大的权重。所述波动范围的第一区域表示比波动范围的所述第二区域更小的差值。时钟信号512由可调的振荡器504产生，该振荡器可以是诸如数控振荡器NCO。

依照本发明优选实施例的网络元件设置为，从接收到的同步消息中读取时间戳，并且计算装置502设置为，使用所述时间戳作为与所述同步消息关联的传输值。

依照本发明优选实施例的网络元件设置为，作为接收同步消息的响应，用预定的数更新计算器值，并且计算装置502设置为，使用所述计算器值作为与所述同步信息关联的传输值。

在依照本发明优选实施例的网络元件中，调整装置507设置为确定限制值，预定比例的差值不超过该限制值。调整装置设置为形成差值的加权移动平均数，其中在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，并基于所述加权移动平均数调整时钟信号512。

在依照本发明优选实施例的网络元件中，调整装置507设置为确定限制值，预定比例的差值不超过该限制值。网络元件500包括低通滤波器，其设置为形成所述差值的低通滤波值，其中在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数。调整装置507设置为基于所述低通滤波值而调整时钟信号512。

在依照本发明优选实施例的网络元件中，调整装置507设置为，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限分的值段，并为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，确定差值分布的估计。另外，调整装置507设置为，限定表示所述差值波动范围的较低部分的值段，所述差值出现频次指标的总和为所有值段的出现频次指标总和的预定比例。此外，调整装置507设置为从差值分布的所述估计中计算加权的期望值，其中，表示所述差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的权重系数大于其他值段的出现频次指标的权重系数。调整装置507设置为基于所述加权的期望值，调整时钟信号512。

在依照本发明优选实施例的网络元件中，调整装置507设置为，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限分的值段，并为每个值段计算与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，确定差值分布的估计。调整装置507设置为，用曲线拟合表示所述差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标，并根据与所述曲线的零点对应的差值调整时钟信号512。

例如，图5所示的网络元件可以是IP(互联网协议)路由器，ATM(异步传输协议)交换机，MPLS(多标签协议交换)交换机或以太网交换机，且也可用于例如移动电话基站。

图5所示的模块510表示了网络元件中与本发明关系不大的部分。

例如，图5所示的计算装置502和调整装置507可以由一个或多个可编程处理器、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA和/或存储器电路来实现。

图6是说明依照本发明优选实施例，对放置于第一网络元件V1中的第一时钟信号CLK1和放置于第二网络元件V2中的第二时钟信号CLK2进行相互同步的方法的流程图。在步骤601，同步消息T_k从网络元件V1传输到网络元件V2。在步骤602，在网络元件V2接收同步消息T_k。在步骤603，对于同步消息T_k，形成差值E_k，该差值本质上为同步消息T_k的接收时间值和传输值的差。所述接收时间值取决于同步消息T_k到达网络元件V2的预定同步点时，时钟信号CLK2的累计周期数，且所述传输值取决于同步消息T_k在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置。在步骤604，在差值E_k和对应于至少一个较早同步消息的差值所包含的信息的基础上，调整时钟信号CLK2，从而在调整时钟信号CLK2时，相比属于差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重。选择所述第一和第二区域，使得第一区域表示比第二区域更小的差值。在步骤605，增加描述时间经过的指标k，并重新开始步骤601。

在依照本发明优选实施例的方法中，在网络元件V1的同步消息T_k中写入时间戳，在网络元件V2中从同步消息T_k读取所述时间戳，并使用该时间戳作为与同步消息T_k关联的传输值。时间戳取决于时钟信号CLK1的累计周期数，该累计周期数对应于同步消息T_k从网络元件V1的预定同步点离开的时刻。

在依照本发明优选实施例的方法中，从网络元件V1传输第一同步消息，系统等待预设数目的时钟信号CLK1的等待周期，从网络元件V1传输第二同步消息，由预定的变换值更新计算器值作为网络元件V2接收所述第二同步消息的响应，且使用所述计算器值作为与所述第二同步消息关联的传输值。

在依照本发明优选实施例的方法中，等待周期的预设数目与预定的变换值相等。此时，尝试将时钟信号CLK2的频率与时钟信号CLK1的频率保持相同。

在依照本发明优选实施例的方法中，限定限制值，预定比例的差值不超过该限制值，并形成所述差值的加权移动平均数，其中，在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数。在所述加权移动平均数的基础上调整时钟信号CLK2。

在依照本发明优选实施例的方法中，确定限制值，预定比例的差值不超过该限制值，且基于所述差值形成低通滤波值，其中，在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数。在所述低通滤波值的基础上调整时钟信号CLK2。

在依照本发明优选实施例的方法中，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限的值段，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，确定差值分布的估计。在这种实施例中，限定表示差值波动范围的较低部分的值段，所述出现频次指标的总和为所有值段的出现频次指标总和的预定比例。在这种实施例中，从差值分布的估计中计算加权的期望值，其中，表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的权重系数大于其他值段的出现频次指标的权重系数。在所述加权的期望值基础上，调整时钟信号CLK2。

在依照本发明优选实施例的方法中，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限的值段，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，确定差值分布的估计。在本实施例中，用曲线拟合表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标。在对应于所述曲线零点的差值的基础上，调整时钟信号CLK2。

依照本发明优选实施例的用于控制可编程的处理单元，以对放置于网络元件的时钟信号进行调整的计算机程序，包括用于控制所述可编程的处理单元的程序方法，该方法相比属于差值波动范围的第二区域的差值的调整效果，对属于差值波动范围的第一区域的差值的调整效果赋予更大的权重。所述第一区域表示比所述第二区域更小的差值。每个差值本质上为接收到的同步消息的接收时间值和传输值的差。所述接收时间值取决于所述接收到的同步消息到达所述网络元件的预定同步点时，所述时钟信号的累计周期数，且所述传输值取决于所述接收到的同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置。

例如，所述程序方法可以是子程序或函数。

依照本发明优选实施例的计算机程序可以被记录在处理单元可以读取的存储设备中，如光CD盘。

依照本发明优选实施例的计算机程序可以编码成诸如互联网的数据网络可以接收的信号。

对于本领于技术人员而言，本发明及其不同的实施例显然不只局限于上述具体实施方式，但在独立的权利要求的范围内本发明及其实施例可以变更。

Claims (35)

1.一种对置于第一网络元件(101)中的第一时钟信号(111)和置于第二网络元件(102)中的第二时钟信号(112)进行相互同步的系统，所述第一网络元件设置为向所述第二网络元件传输同步消息，且所述第二网络元件设置为接收所述同步消息，所述系统包括：

计算装置(105)，该装置设置为形成同步消息的差值(113)，所述差值本质上为同步消息的接收时间值和传输值的差，所述接收时间值取决于同步消息到达第二网络元件中的预定同步点时第二时钟信号的累计周期数，且所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置，和

调整装置(107)，该装置设置为在与时间顺序上连续的同步消息相对应的差值所包含的信息的基础上，调整第二时钟信号，

其特征在于，所述调整装置(107)设置为，相比属于所述差值的波动范围的第二区域(305)的差值的调整效果，对属于所述差值的波动范围(306)的第一区域(304)的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二区域更小的差值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一网络元件设置为在所述同步消息中写入取决于第一时钟信号的累计周期数的时间戳，所述累计周期数对应于所述同步消息从所述第一网络元件中的预定同步点(109)离开的时刻，所述第二网络元件设置为从所述同步消息中读取所述时间戳，且所述计算装置设置为使用所述时间戳作为所述传输值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一网络元件设置为传输第一同步消息，等待第一时钟信号的第一预设的周期数，以及传输第二同步消息，所述第二网络元件设置为作为接收第二同步消息的响应，用第二预定的数更新计算器值，且所述计算装置设置为使用所述计算器值作为所述传输值。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一预设的数等于所述第二预设的数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调整装置设置为限定一限制值，预定比例的差值不超过该限制值。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调整装置设置为形成差值的加权移动平均数，其中，在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，且在所述加权移动平均数的基础上调整第二时钟信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调整装置包含低通滤波器，该滤波器设置为形成差值的低通滤波值，其中在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，且所述调整装置设置为在所述低通滤波值的基础上调整第二时钟信号。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调整装置设置为，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限的值段，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，限定差值分布估计。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述调整装置设置为，限定表示差值波动范围的较低部分的值段，表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的总和是所有值段的出现频次指标总和的预定比例，并且所述调整装置设置为从所述差值分布的所述估计中计算加权期望值，其中表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的权重系数大于其他值段的出现频次指标的权重系数，并且所述调整装置设置为在所述加权期望值的基础上调整第二时钟信号。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述调整装置设置为，用曲线(401)拟合表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标(403，404，405)，并在与所述曲线的零点(402)对应的差值基础上调整第二时钟信号。

11.一种设置为接收同步消息的网络元件(500)，包括：

计算装置(502)，该装置设置为形成接收到的同步消息的差值(513)，所述差值本质上为所述同步消息的接收时间值和传输值的差，所述接收时间值取决于所述同步消息到达所述网络元件的预定同步点(508)时置于所述网络元件中的时钟信号(512)的累计周期数，且所述传输值取决于所述同步消息在所述同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置，和

调整装置(507)，该装置设置为与在时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整第二时钟信号，

其特征在于，所述调整装置设置为，相比属于所述差值波动范围的第二区域(305)的差值的调整效果，对属于差值波动范围(306)的第一区域(304)的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二区域更小的差值。

12.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述网络元件设置为从所述同步消息中读取时间戳，且所述计算装置设置为使用所述时间戳作为所述传输值。

13.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述网络元件设置为，作为对接收所述同步消息的响应，用预定的数更新计算器值，且所述计算装置设置为使用所述计算器值作为所述传输值。

14.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为限定一限制值，使得预定比例的差值不超过该限制值。

15.根据权利要求14所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为形成所述差值的加权移动平均数，其中，在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，并且所述调整装置设置为在所述加权移动平均数的基础上，调整所述时钟信号。

16.根据权利要求14所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置包括低通滤波器，该滤波器设置为形成所述差值的低通滤波值，其中，在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，且所述调整装置设置为在所述低通滤波值的基础上调整所述时钟信号。

17.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为，通过将所述差值划分为具有预定的下限和上限的时隙，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值的数量成比例的出现频次指标，限定差值分布的估计。

18.根据权利要求17所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为，限定表示所述差值波动范围的较低部分的值段，其中表示所述差值波动范围的较低部分的所述值段的出现频次指标的总和是所有值段的出现频次指标总和的预定比例，并且所述调整装置设置为计算所述差值分布估计的加权期望值，其中表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的权重系数大于其他值段的出现频次指标的权重系数，并且，所述调整装置设置为在所述加权期望值的基础上调整所述时钟信号。

19.根据权利要求17所述的网络元件，其特征在于，所述调整装置设置为用曲线(401)拟合表示所述差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标(403，404，405)，并且所述调整装置设置为在与所述曲线零点(402)对应的差值的基础上调整所述时钟信号。

20.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述网络元件是下列一种：IP(因特网协议)路由器和MPLS(多协议标签交换)交换机。

21.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述网络元件是以太网交换机。

22.根据权利要求11所述的网络元件，其特征在于，所述网络元件是移动电话网络基站。

23.一种对置于第一网络元件的第一时钟信号和置于第二网络元件的第二时钟信号进行相互同步的方法，其中：

从第一网络元件向第二网络元件传输(601)同步消息，

在第二网络元件接收(602)所述同步消息，

为每个同步消息形成(603)差值，该差值本质上为所述同步消息的接收时间值和传输值的差，所述接收时间值取决于在所述同步消息到达所述第二网络元件中的预定同步点时置于所述第二网络元件的所述第二时钟信号的累计周期数，且所述传输值取决于所述同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置，和

在与在时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整(604)所述第二时钟信号，

其特征在于，当调整(604)所述第二时钟信号时，相比属于差值波动范围的第二区域(305)的差值的调整效果，对属于差值波动范围(306)的第一区域(304)的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二区域更小的差值。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在所述的同步消息中写入时间戳，所述时间戳取决于第一时钟信号的累计周期数，所述累计周期数对应于所述同步消息从第一网络元件中的预定同步点离开的时刻，从所述同步消息中读取所述时间戳，并使用所述时间戳作为所述传输值。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，从第一网络元件传输第一同步消息，系统等待第一时钟信号的第一预定周期数，从第一网络元件传输第二同步消息，在第二网络元件中，作为对接收第二同步消息的响应，用第二预定数更新计算器值，且使用所述计算器值作为与所述第二同步消息关联的传输值。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一预定数等于所述第二预定数。

27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，限定一限制值，预定比例的所述差值不超过该限制值。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，形成差值的加权移动平均数，其中在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，且在所述加权移动平均数的基础上调整所述第二时钟信号。

29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，形成差值的低通滤波值，其中在所述限制值之下的差值的权重系数大于在所述限制值之上的差值的权重系数，且在所述低通滤波值的基础上调整所述第二时钟信号。

30.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，通过将差值划分为具有预定的下限和上限的值段，并通过为每个值段形成与属于所述值段的差值数量成比例的出现频次指标，限定差值分布的估计。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，确定表示所述差值波动范围的较低部分的值段，表示差值波动范围的较低部分的值段的出现频次指标的总和是所有值段的出现频次指标总和的预定比例，并且从所述差值分布的估计中计算加权期望值，其中表示所述差值波动范围的较低部分的所述值段的出现频次指标的权重系数大于其他值段的出现频次指标的权重系数，以及在所述加权期望值的基础上调整第二时钟信号。

32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，用曲线(401)拟合表示差值波动范围的较低部分的出现频次指标(403，404，405)，且在与所述曲线的零点(402)对应的差值的基础上，调整所述第二时钟信号。

33.一种计算机程序，用于控制可编程处理单元在与在时间顺序上连续的同步消息对应的差值所包含的信息的基础上，调整置于网络元件中的时钟信号，每个所述差值本质上为接收到的同步消息的接收时间值和传输值的差，所述接收时间值取决于当所述接收到的同步消息到达所述网络元件的预定同步点时，所述时钟信号的累计周期数，且所述传输值取决于所接收到的同步消息在同步消息按照时间顺序排列的传输次序中的位置，该程序特征在于，为计算机程序提供计算机程序装置，用于控制所述可编程处理单元，用以相比属于差值波动范围的第二区域(305)的差值的调整效果，对属于差值波动范围(306)的第一区域(304)的差值的调整效果赋予更大的权重，所述第一区域表示比所述第二区域更小的差值。

34.根据权利要求33所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序记录在光盘中。

35.根据权利要求33所述的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序编码成可以从数据网络接收的信号。

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