CN101242230A - 时钟同步辅助设备以及关联的时钟同步设备 - Google Patents

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CN101242230A CNA2008100089876A CN200810008987A CN101242230A CN 101242230 A CN101242230 A CN 101242230A CN A2008100089876 A CNA2008100089876 A CN A2008100089876A CN 200810008987 A CN200810008987 A CN 200810008987A CN 101242230 A CN101242230 A CN 101242230A
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Abstract

一种设备(DA1)用于辅助无线网络中主站(SM)的时钟同步设备(DS1)执行时间同步，该主站(SM)包含以主计数器(CM)的值表示的主时钟(HM)以及用于产生具体包含第一和第二类PTP消息的IP分组无线帧。辅助设备(DA1)包含检测装置(MD1)，用于在主站(SM)的物理层检测到从网络接收到的帧脉冲时，触发对主计数器(CM)的值的采样。

Description

时钟同步辅助设备以及关联的时钟同步设备
技术领域
本发明涉及无线通信网络，更具体地说，涉及此类网络中从通信站的从时钟与主通信站的主时钟的同步。
以下，应将术语“无线通信网络”理解为能够经由无线接口，利用波发送IP(因特网协议)分组无线帧的、任意类型的通信网络。因此，它可以是(具有无线电接口的)移动电话网络，例如，移动或蜂窝网络(GSM、GPRS/EDGE、UMTS或CDMA2000、以及所有这些网络的变体和等同物)，或者是具有提供IP接入的无线电接口的无线局域网(WLAN(无线局域网-IEEE 802.11、Wi-Fi、ETSI HiperLAN/2)、蓝牙(IEEE 802.15)、WiMAX(IEEE 802.16、ETSIHiperMAN/2)以及Zigbee标准)。
此外，这里应将术语“通信站”理解为构成无线(通信)网络的一部分或能够连接至无线(通信)网络、并具有内部主时钟或从时钟的任意类型的通信设备。因此，它可以是，例如，基站(BTS或节点B)、接入点、移动电话、便携式计算机、个人数字助理(PDA)或装备有无线通信卡的“智能手机”。主站是包含主时钟的站点，从站时钟必须在频率和相位上与主时钟同步。换句话说，主站为多个从站提供定时。
背景技术
正如所属领域技术人员所知，提出的IEC 61588标准允许将连接至(LAN类型的)有线局域网的一组从站的时钟以较高的精度、在频率和相位上与同样连接至该有线局域网的主站的主时钟同步，其中有线局域网提供IP接入并采用以太网协议。
需要注意的是，以太网协议是分组交换网络协议，涉及OSI层模型的物理层(PHY)和MAC(介质访问控制)子层。
上述时钟同步依赖于首字母缩写为PTP(精密时间协议)的协议的使用。可以用主站和从站所包含的时钟同步设备，在主站和从站中实现PTP。这是通过在主站和从站间交换特定的消息来完成的，具体被称作“同步消息”、“后续消息”、“延迟请求消息”和“延迟响应消息”的消息，以下将上述四种消息分别称为第一类消息、第二类消息、第三类消息和第四类消息。
更具体地说，主站周期性地(典型地，每秒)(以点对多点(或组播)模式)向从站发送第一类消息，其后跟随第二类消息。第一类消息(同步消息)旨在向从站通知它们将接收到主计数器的值(T1)的采样的映象，该值(T1)表示在发送所述第一类消息时主时钟的参考时间。第二类消息(后续消息)包含此主计数器的值采样映象(T1)。
在从站端，每个从站周期性地(典型地，每20秒)向主站发送第三类消息(延迟请求消息)，请求主站向其返回第四类消息(延迟响应消息)，第四类消息包含在接收到第三类消息时主计数器所提供的值(T4)采样的映象。
当从站接收到第一类消息时，其时钟同步设备存储在收到所述第一类消息时其从计数器的值(T2)采样的映象。因此，当从站接收到该第一类消息之后的第二类消息时，其时钟同步设备可以从中提取出值T1。差T2-T1等于从时钟与主时钟间的同步偏移(Δ)加上传输延迟(D)，或T2-T1＝Δ+D。假设在使用单个以太网链路连接主站和从站时，传输延迟(D)在两个传输方向上都是恒定的。
类似地，当从站发送第三类消息时，其时钟同步设备存储在发送所述第三类消息时其从计数器的值(T3)采样的映象。并且，在从站接收到响应于该第三类消息的第四类消息时，其同步设备从中提取出值T4。差T3-T4等于从时钟与主时钟间的同步偏移(Δ)减去传输延迟(D)，或T3-T4＝Δ-D。
因此，从站的时钟同步设备将差T3-T4与差T2-T1相加，再将此加法结果除2，就足以获得其从时钟相对于主时钟的同步偏移值Δ了。接着，从站的时钟同步设备就可以向本地从时钟发送指令，消除其同步偏移值Δ。
该同步的精度取决于对计数器值的采样操作的时间精度。该时间精度本身取决于由相关(主或从)站所确定的时间标记(或“PTP时戳点”)定义的PTP消息的发送和接收时刻。
发明内容
就以太网链路(有线网络)而言，(主或从)站确定的时间标记的时刻是由包含IP分组的以太网帧内被称作“起始帧定界符”的八比特组之后的第一个八比特组的首位通过的时刻所定义额，其中IP分组包含待标记的PTP消息。之所以能这样做是由于以太网帧包含唯一一个IP分组，且该IP分组完全包含PTP消息。
就无线网络而言，由于其物理层(PHY-OSI模型)不同于以太网的物理层(位于物理层以上的层是相同的)，因此不可以这样确定。PTP消息仍可以包含于单个IP分组之中，但不再存在围绕各IP分组的单帧(类似于以太网帧)的概念。实际上，需要注意的是，在无线网络中，为了优化带宽并避免来自不同发送站的IP分组的冲突，在无线帧中将IP分组分组在一起，该无线帧都具有相同的持续时间，在由描述MAC帧组成并位于帧头的结构所定义的预定时刻发送和接收。利用这种为所有站点周期性同步再现的结构，就可以定义所谓的“帧脉冲”(或“无线帧脉冲”)，该“帧脉冲”被发送至所有(主或从)站点，并且对于所有站点都是相同的。因此，帧脉冲为各站点定义了共同事件，当该共同事件发生时，所有站点都进行测量。帧脉冲最好位于MAC帧的开始处，更具体地说，位于帧之前的同步符号上，甚至更具体地说，位于该符号的开始处。
因此，本发明的目的在于提高提供IP接入的无线网络中时钟同步的精度。
为此，本发明提出使用帧脉冲作为主从计数器的采样时刻(就802.3(以太网)物理层而言，在IEC 61588标准中被称为“消息时戳点”的时刻)。
更具体地说，本发明首先提出了一种用于时钟同步设备的第一时间同步辅助设备，其中时钟同步设备构成能够传输IP分组帧的无线(通信)网络中主站的一部分，该主站一方面包括主时钟，另一方面包括产生装置，主时钟用于定义以主计数器的值表示的参考时间，产生装置用于以发送至无线网络中至少一个从站的IP分组无线帧额形式，产生第一类和第二类PTP(精密时间协议)消息。此处每个第一类消息旨在以信号告知其后的第二类消息中发送了产生第一类消息时主计数器所提供的值采样的映象。
第一辅助设备的特征在于包括检测装置，用于在其主站物理层(PHY)检测到从网络接收到的帧脉冲时，触发对主计数器值的采样。因此，主计数器的采样时刻可用于定义PTP消息的时间标记。
根据本发明的第一辅助设备还可以包括可以单独采用或结合采用的其他特征，具体包括：
-可以要求其检测装置在触发对主计数器值的采样后，检测当前其主站正在发送的帧是否至少包含第一类(PTP)消息的选定部分，如果包含，就将该主计数器的值采样与该无线帧相关联，并且如果无线帧实际上包含第一类消息，就向时钟同步设备报警，使时钟同步设备向产生装置提供该采样的映象，以便产生装置能够将其结合到第一类消息之后的第二类消息中。
Figure S2008100089876D00041
第一辅助设备一方面可以包括第一存储装置，用于在检测装置检测到选定的消息部分时，存储主计数器的值采样，另一方面，还包括第二存储装置，用于在已完全发送的PTP消息实际上是第一类PTP消息时(因此，在再次检测到选定消息部分之后，第一存储装置存储主计数器值的新采样之前)，存储已存储在第一存储装置中的主计数器的值采样。在这种情况下，可以要求检测装置在检测到包含第一类消息的无线帧时，向同步设备报警，使同步设备向产生装置提供存储在第二存储装置中的值采样映象，以便产生装置将其结合到检测装置检测到的第一类消息之后的第二类消息中；
Figure S2008100089876D00042
还可以要求其检测装置检测当前主站正在接收的无线帧是否至少包含源自从站并请求向该从站发送第四类PTP消息的第三类PTP消息的选定部分，如果包含，就将与该第三类消息的选定部分的检测时刻之前的最末帧脉冲相对应的主计数器值采样映象与该无线帧录相关联，如果无线帧实际上包含第三类消息，就向时钟同步设备报警，使时钟同步设备向产生装置提供该值采样映象，以便产生装置将其结合到响应于接收到的第三类消息的第四类消息中。
本发明还提出了一种第一时钟同步设备，该第一时钟同步设备是要实现于无线网络的主站中，并装备了上述类型的第一时间同步辅助设备。
本发明还提出了一种第二时间同步辅助设备，该设备用于能够传输IP分组帧的无线网络中从站的时钟同步设备，该从站包括从时钟，用于定义以从计数器值表示的本地时间；以及接收装置，用于接收具体源自网络中主站的IP分组无线帧，主站具有主时钟，用于定义以主计数器值表示的参考时间。
第二辅助设备的特征在于包括检测装置，要求检测装置在其主站物理层(PHY)检测到从网络接收到的帧脉冲时，触发对从计数器值的采样。因此，从计数器的采样时刻可用于定义PTP消息的时间标记。
根据本发明的第二辅助设备可以包括可以单独采用或结合采用的其他特征，具体包括：
-可以要求其检测装置在触发对从计数器值的采样后，检测当前其从站正在接收的无线帧是否至少包含第一类(PTP)消息的选定部分，如果包含，就将该从计数器的值采样与该无线帧相关联，并且，如果无线帧实际上包含第一类消息，就向时钟同步设备报警，以便时钟同步设备利用该值使从时钟与主时钟同步。
Figure S2008100089876D00051
第二辅助设备一方面可以包括第一存储装置，用于在检测装置检测到选定消息部分时，存储从计数器的值采样，另一方面，还包括第二存储装置，用于在已完全接收的PTP消息实际上是第一类PTP消息时(因此，在再次检测到选定的消息部分之后第一存储装置存储主计数器值的新采样之前)，存储已存储在第一存储装置中的从计数器的值采样。在这种情况下，可以要求检测装置在检测到包含第一类消息的无线帧时，向时钟同步设备报警，以便时钟同步设备利用存储于第二存储装置的值采样映象，使从时钟与主时钟同步；
Figure S2008100089876D00061
还可以要求其检测装置检测从站当前正在发送的无线帧是否至少包含发送至主站并请求向该主站发送第四类PTP消息的第三类PTP消息的选定部分，如果包含，就将该第三类消息的选定部分的检测时刻之前的最末帧脉冲相对应的从计数器值采样映象与该无线帧相关联，如果无线帧实际上包含第三类消息，就向时钟同步设备报警，以便时钟同步设备利用该值使从时钟与主时钟同步。
本发明还提出了一种第二时钟同步设备，该时钟同步设备是要实现于无线网络的从站中，并装备了上述类型的第二时间同步辅助设备。
例如，该第二时钟同步设备可以包括分析装置，用于：
-当接收装置接收到在包含第一类消息的帧之后的包含第二类消息的帧时，从该第二类消息中提取其所包含的主计数器的值采样映象，并确定与检测装置检测到的第一类消息相关联的值采样映象，以及
-在发送了包含第三类消息的帧以后，接收装置接收到包含第四类PTP消息的帧时，从该第四类消息中提取其所包含的主计数器的值采样映象，并确定与检测装置检测到的第三类消息相关联的值采样映象，并根据上述四个值采样映象，使从时钟与主时钟同步。
附图说明
通过仔细阅读以下的详细说明和附图，本发明的其他特征和优势将变得显而易见，在附图中：
-图1示意性地从功能上示出了典型的主通信站，该主通信站装备了根据本发明的、连接至第一时钟同步设备的第一典型实施例的第一同步辅助设备的典型实施例，
-图2示意性地从功能上示出了典型的主通信站，该主通信站装备了根据本发明的、包括根据本发明的第一同步辅助设备的典型实施例的第一时钟同步设备的第二典型实施例，
-图3示意性地从功能上示出了典型的从通信站，该从通信站装备了根据本发明的、连接至第二时钟同步设备的第一典型实施例的第二同步辅助设备的典型实施例，
-图4示意性地从功能上示出了典型的从通信站，该从通信站装备了根据本发明的、包括根据本发明的第二同步辅助设备的典型实施例的第二时钟同步设备的第二典型实施例。
附图不仅可以用来补充发明，适当时还有助于对本发明的限定。
具体实施方式
本发明的目的在于提供基于PTP(精密时间协议)同步协议的、提供IP接入的无线网络中从站的时钟的精确同步。
以下，通过非限制性示例，假设提供IP接入的无线网络是具有提供IP接入的无线电接口的无线局域网，例如，WiMAX类网络(适当时，可以是IEEE 802.16网络)。然而，本发明并不局限于此类无线网络。实际上，它涉及能够经由无线接口，利用波发送IP分组无线帧的任意类型的网络。因此，该网络还可以是(具有无线电接口)的移动电话网络，例如，移动或蜂窝网络(GSM、GPRS/EDGE、UMTS或CDMA2000、以及所有这些网络的变体和等同物)，或具有提供IP接入的无线电接口的无线局域网(WLAN(IEEE 802.11、Wi-Fi、ETSI HiperLAN/2)、蓝牙(IEEE 802.15)、WiMAX(ETSI HiperMAN)以及Zigbee标准)。
本发明同样涉及无线网络的主站和从站。需要注意的是无线网络可以包括若干主站，其中每个主站都有一组从站与之关联，或者可以只包括单个主站，所有从站都与之关联。
就WiMAX网络而言，每个主站可以是比如接入点，而从站可以是比如用户站，如移动或便携式用户终端。
一般来说，主站是包含主时钟的站点，从站的时钟必须在频率和相位上与主时钟同步。因此，主站可以是例如基站(BTS或Node B)或接入点，从站可以是例如移动电话、便携式计算机、个人数字助理(PDA)或装备了无线通信卡的“智能手机”。
由于已在导言部分说明了PTP协议，因此以下将不再对其予以说明。简单地回顾一下，PTP协议主要依赖于第一类(“同步消息”)、第二类(“后续消息”)、第三类(“延迟请求消息”)和第四类(“延迟响应消息”)PTP消息的交换。第一、第二和第四类消息由主站产生并发送至与之关联的从站。第三类消息由从站产生并发送至与之关联的主站。
首先，参考图1说明本发明在主站SM中的实现。
主站SM包括主时钟HM，主时钟HM定义了以主计数器CM的值表示的时间参考。从站(SE)必须使其本地从时钟(HE)与该参考时间同步。
本发明提出为构成无线网络一部分的各主站SM装备时间同步辅助设备DA1和时钟同步设备DS1。在图1所示的非限制性示例中，只是将(第一)时间同步辅助设备DA1连接至(第一)时钟同步设备DS1，而在图2所示的非限制性示例中，(第一)时间同步辅助设备DA1是(第一)时钟同步设备DS1’的一部分。
根据本发明，第一时间同步辅助设备DA1(以下称作第一辅助设备DA1)包括至少一个用于分析当前其主站SM正在发送或接收的无线帧的检测模块MD1。为此，检测模块MD1一方面在物理层(PHY-OSI模型)检测由主站SM的发送模块EM的帧产生模块MG1所产生的无线帧，另一方面，检测主站SM的接收模块RM接收到的无线帧。必要时，发送模块EM和接收模块RM可以是收发机的一部分。
最好将检测模块MD1设置成软件模块的形式，例如，在主站SM的中央处理单元(CPU)中实现的软件模块。
最好将第一时钟同步设备DS1的至少一部分设置成软件模块的形式，例如，在主站SM的中央处理单元(CPU)中实现的软件模块。
在发送模块EM中，帧产生模块MG1需要根据接收到的指令产生任意类型的(IP分组无线)帧，具体是那些形成第一、第二和第四类PTP消息的帧。(第一)时钟同步设备DS1向帧产生模块MG1提供所需指令，以产生形成第一、第二和第四类PTP消息的帧。
每当检测模块MD1的主站SM的物理层(PHY)在接收模块RM收到的无线帧中检测到帧脉冲(或“无线帧脉冲”)时，检测模块MD1就进行干预。应回顾到，无线网络周期性地(例如每5ms)向所有主站SM和从站SE发送帧脉冲，帧脉冲定义了同时在所有站上同时发生的事件的发生。每当物理层检测到帧脉冲，就向检测模块MD1报警，检测模块MD1立即触发对主计数器CM的值的采样操作。因此，正如以下将看到的那样，主计数器CM的采样时刻可用于定义PTP消息的时间标记。
此外，检测模块MD1最好对(帧产生模块MG1所产生的，即当前正在发送的)帧的内容进行分析，以便检测那些至少包含第一类消息的选定部分的帧。
例如，被搜索的消息部分是目的地IP地址和目的地端口号，根据61588标准的附录D的定义，对于PTP消息而言，目的地IP地址只有四个可能的(保留)值(224.0.1.129，224.0.1.130，224.0.1.131和224.0.1.132)，(还是根据61 588标准的附录D)对于第一类(1)PTP消息，目的地端口号的值为319。
如果检测模块MD1在当前发送的无线帧中检测到被搜索的消息部分，就将在物理层检测到最末帧脉冲时获得的(其主站SM的)主计数器CM的值(T1)采样与该无线帧相关联。此外，如果在整个无线帧发送结束时，检测模块MD1注意到该无线帧实际上包含第一类消息，检测模块MD1就向(第一)时钟同步设备DS1报警。然后，(第一)时钟同步设备DS1就可以向产生模块MG1提供已和包含第一类消息的帧关联的值T1的采样的映象，以便产生模块MG1将值T1的采样的映象结合到包含第二类消息的无线帧中，根据IEC 61588标准，必须在第一类消息之后(以点对多点模式)将第二类消息发送至从站。
正如以下参考图3和4所详见的那样，当从站SE接收到包含第一类消息的无线帧时，其(第二)同步设备DS2存储在物理层检测到最末帧脉冲时从计数器CE的值(T2)(表示从时钟HE定义的本地时间)的采样的映象。
此外，当从站SE接收到在第一类消息之后的、包含第二类消息的无线帧时，其同步设备DS2从中提取所包含的值T1。通常，差T2-T1等于从时钟HE与主时钟HM间的同步偏移(Δ)加上主站SM和相关从站之间的传输延迟(D)，或T2-T1＝Δ+D。
可以以非限制的方式，按如下所示的方法，将主计数器CM的当前值与无线帧相关联。
例如，如图1和2所示，第一辅助设备DA1包括存储装置MM1，存储装置MM1被划分为第一M11和第二M12部分，并连接至主计数器CM。上述存储装置MM1可以采取所述领域技术人员所知的任何形式，特别是包括两个彼此相连的寄存器的存储器的形式。(为精确起见)最好，以电子组件和/或电路(“硬件”)的形式实现存储装置MM1。
例如，第一存储部分M11是第一寄存器，用于在检测模块MD1在对应于物理层检测到的最末帧脉冲的的无线帧中检测到选定消息部分时，存储在检测到该最末帧脉冲时获得的主计数器CM的值采样。更具体地说，在全面分析接收到的无线帧之前，检测模块MD1在检测到选定消息部分时，立即命令存储装置MM1在第一寄存器M11中存储在检测到该最末帧脉冲时获得的主计数器的值采样。最好与PTP消息接收站的地址相关地进行该存储。
例如，第二存储部分M12是第二寄存器，用于在已完全发送(因此已全面分析过)的PTP消息实际上是第一类消息时，存储已存储在第一寄存器M11中的主计数器CM的值的采样的映象。因此，当检测模块MD1在再次检测到选定消息部分之后命令第一寄存器M11存储主计数器CM值的新采样之前完成该存储。更具体地说，如果在整个无线帧发送结束时，检测模块MD1注意到该无线帧包含第一类消息，就命令将第一寄存器M11的内容(T1)传送入第二寄存器M12。这样，第二寄存器M12就包含了值T1的采样，该值T1采样必须结合到必须包含第二类消息的无线帧中，该第二类消息必须发送至从站SE。如果检测模块MD1在下一个无线帧中再次检测到选定消息部分，则第一寄存器M11已准备好存储在物理层检测到最末帧脉冲时所获得的主计数器CM的值的新采样。
应当理解的是，如果检测模块MD1注意到刚已完全发送的无线帧不包含第一类消息，就不将第一寄存器M11的内容传送入第二寄存器M12。
一旦已将第一寄存器M11的内容传送入第二寄存器M12，检测模块MD1就可以将第二寄存器M12的内容通信至(第一)同步设备DS1，以便(第一)同步设备能设法将该内容结合到包含第二类PTP消息的无线帧中。例如，如图1和2所示，(第一)同步设备DS1可以包括存储装置M13，用于在检测模块MD1启动时，存储刚刚传送入第二寄存器M12的主计数器CM的值采样。此时，(第一)同步设备DS1就可以将该(临时)存储于其存储装置M13的主计数器CM的值采样通信至帧产生模块MG1，以便帧产生模块MG1将该值采样结合到第二类无线帧中。
存储装置M13可以采用所属领域技术人员所知的任何形式，特别是硬件存储器或寄存器(“硬件”)形式。
第一辅助设备DA1还在其主站SM的接收模块RM接收到包含第三类消息并源自从站SE的无线帧时，进行干预。
更具体地说，检测模块MD1还需要检测当前(由接收模块RM)正在接收的无线帧是否至少包含第三类PTP消息的选定部分。
例如，被搜索的消息部分是目的地IP地址和目的地端口号，根据61588标准的附录D的定义，对于PTP消息而言，目的地IP地址只有四个可能的(保留)值(224.0.1.129，224.0.1.130，224.0.1.131和224.0.1.132)，(还是根据61588标准的附录D)对于第三类(3)PTP消息而言，目的地端口号的值为319。
如果检测模块MD1在当前正在接收的无线帧中检测到被搜索的消息部分，就将在物理层检测到最末脉冲帧时(对应于开始接收最末无线帧时)获得的(其主站SM的)的主计数器CM的值(T4)采样与该无线帧相关联。
此外，如果在整个无线帧的接收结束时，检测模块MD1注意到该无线帧实际上包含第三类消息，就向(第一)同步设备DS 1报警。然后，(第一)时钟同步设备DS1就可以向产生模块MG1提供已和包含第三类消息的帧相关联的值T4的采样的映象，以便产生模块MG1将该采样的映象结合到包含第四类消息的无线帧中，根据IEC 61588标准，必须响应于第三类消息而(以点对点模式)将第四类消息发送至发送第三类消息的从站。
举例而言，可以按如下所示的方法，用存储装置MM1，将无线帧与主计数器CM的当前值进行关联。更具体地说，当检测模块MD1在当前正在接收的无线帧中检测到选定消息部分(必要时，可以包括第三类消息)时，立即命令存储装置MM1在第一寄存器M11中存储在物理层检测到最末帧脉冲时(对应于开始接收最末无线帧时)获得的主计数器CM的值T4采样。接着，如果在整个无线帧接收结束时，检测模块MD1注意到该无线帧包含第三类消息，就将第一寄存器M11的内容T4传送入第二寄存器M12。这样，第二寄存器M12就包含了值T4的采样，值T4的采样必须结合到必须包含第四类消息的无线帧中，第四类消息必须发送至发送第三类消息的从站SE。
应当理解的是，如果检测模块MD1注意到刚已完全发送的无线帧不包含第三类消息，就不将第一寄存器M11的内容传送入第二寄存器M12。
一旦已将第一寄存器M11的内容传送入第二寄存器M12，检测模块MD1就可以将第二寄存器M12的内容通信至(第一)时钟同步设备DS1，以便(第一)时钟同步设备DS1能设法将该内容结合到包含第四类PTP消息的无线帧中。例如，(第一)同步设备DS1可以将刚刚传送入第二寄存器M12的主计数器CM的值采样存储在其存储装置M13中。此时，(第一)同步设备DS1就可以将该(临时)存储于其存储装置M13的主计数器CM的值采样通信至帧产生模块MG1，以便帧产生模块MG1将该值采样结合到第四类无线帧中。
在如图2所示的实施例变体中，第一时钟同步设备DS1’包括以上参考图1说明的第一辅助设备DA1。在这种情况下，第一时钟同步设备DS1’包括与检测模块MD1和任意存储装置M13连接的分析模块MA1，分析模块MA1根据从检测模块MD1接收到的(报警)信息，决定必须何时向帧产生模块MG1提供主计数器的值(T1或T4)的采样。
下面参考图3和4，说明本发明在从站SE中的实现。
本发明提出为构成无线网络一部分的每个从站SE装备时间同步辅助设备DA2和时钟同步设备DS2。在图3所示的非限制性示例中，(第二)时间同步辅助设备DA2只是与(第二)时钟同步设备DS2连接，而在图4所示的非限制性示例中，(第二)时间同步辅助设备DA1是(第二)时钟同步设备DS1’的一部分。
根据本发明，第二时间同步辅助设备DA2(以下称作第二辅助设备DA2)包括至少一个用于分析当前其从站SE正在接收的无线帧的检测模块MD2。为此，检测模块MD2检测由从站SE的接收模块RM接收到的无线帧。必要时，该接收模块RM可以是收发机的一部分。
最好将检测模块MD2设置成软件模块的形式，例如在从站S2的中央处理单元(CPU)中实现的软件模块。
最好将第二时钟同步设备DS2的至少一部分设置成软件模块的形式，例如，在从站S2的中央处理单元(CPU)中实现的软件模块。
从站SE中的接收模块RM负责(具体在物理层)接收和处理任意类型的(IP分组无线)帧，特别是那些形成第一、第二和第四类PTP消息的帧。
每当检测模块MD2的主站SM的物理层(PHY)在接收模块RM收到的无线帧中检测到帧脉冲时，物理检测模块MD2就进行干预。每当物理层检测到帧脉冲时，就向检测模块MD2报警，检测模块MD2立即触发对从计数器CE的值进行采样的操作。因此，如稍后所见，从计数器的采样时刻可用于定义PTP消息的时间标记。
此外，检测模块MD2最好对(接收模块RM当前正在接收的)无线帧的内容进行分析，以便检测那些至少包含第一类消息选定部分的无线帧。
例如，被搜索的消息部分可以是目的地IP地址和目的地端口号，根据61588标准的附录D的定义，对于PTP消息而言，目的地IP地址只有四个可能的(保留)值(224.0.1.129，224.0.1.130，224.0.1.131和224.0.1.132)，(还是根据61588标准的附录D)目的地端口号，对于第一(1)类PTP消息而言，目的地端口号的值为319。
如果检测模块MD2在当前正在接收的无线帧中检测到被搜索的消息部分时，就将在物理层检测到最末帧脉冲时获得的(其从站SE的)主计数器CM的值(T2)采样与该无线帧相关联。此外，如果在整个无线帧的接收结束时，检测模块MD2注意到该无线帧实际上包含第一类消息，检测模块MD2就向(第二)时钟同步设备DS2报警。然后，(第二)时钟同步设备DS2就可以临时存储已和包含第一类消息的帧相关联的值T2的采样的映象，以便随后利用该采样的映象将从时钟HE与主时钟HM同步。该存储最好是映射到发送第一类消息的主站SM的地址来进行的。
例如，该存储可以在存储装置M23中进行，存储装置M23可以采用所属领域技术人员所知的任何形式，特别是硬件存储器或寄存器(“硬件”)形式。
可以以非限制的方式，按如下所示的方法，将从计数器CE的当前值与无线帧进行关联。
例如，如图3和4所示，第二辅助设备DA2包括存储装置MM2，存储装置MM2被划分为第一M21和第二M22部分，并连接至从计数器CE。上述存储装置MM2可以采取所属领域技术人员所知的任何形式，特别是硬件存储器或包含两个彼此相连的寄存器(“硬件”)的形式。
例如，第一存储部分M21是第一寄存器，用于在检测模块MD2检测到选定消息部分时，存储在物理层检测到最末帧脉冲时获得的从计数器CE的值采样。更具体地说，在全面分析接收到的无线帧之前，检测模块MD2检测到选定消息部分时，立即命令存储装置MM2在第一寄存器M21中存储在检测到最末帧脉冲时获得的从计数器CE的值采样。该存储最好是映射到PTP消息接收站的地址来进行的。
例如，第二存储部分M22是第二寄存器，用于在已完全接收(因此已全面分析过)的PTP消息实际上是第一类消息时，存储已存储在第一寄存器M21中的从计数器CE的值的采样的映象。因此，该存储是在检测模块MD2在再次检测到选定消息部分之后命令第一寄存器21存储从计数器CE的值的新采样之前进行的。更具体地说，如果在整个无线帧的接收结束时，检测模块MD2注意到该无线帧包含第一类消息，就命令将第一寄存器M21的内容(T2)传送入第二寄存器M22。这样，第二寄存器M22就包含了随后将被使用的值T2的采样。
应当理解的是，如果检测模块MD2注意到刚已完全接收的无线帧不包含第一类消息，就不将第一寄存器M21的内容传送入第二寄存器M22。
一旦已将第一寄存器M21的内容传送入第二寄存器M22，检测模块MD2就可以将第二寄存器M22的内容T2通信至(第二)同步设备DS2，以便(第二)同步设备DS2将该内容存储在存储器M23中。
(为精确起见)最好以电子组件和/或电路(“硬件”)的形式实现存储装置MM2。
第二时钟同步设备DS2至少在其从站SE接收到包含相关联的第二类消息的无线帧之前存储值T2的采样。
例如，第二时钟同步设备DS2需要在接收模块RM已接收到(在包含第一类消息并具有相同源地址(主站SM的地址)的无线帧之后)包含第二类消息的无线帧时，从该第二类消息中提取出其所包含的主计数器值T1的采样的映象。接着，第二时钟同步设备DS2就可以用(存储在存储器M23中的)值T2和值T1，按如前所述的方法，确定差T2-T1，差T2-T1等于从时钟HE与主HM时钟间的同步偏移(Δ)加上主站SM和关联从站SE之间的传输延迟(D)，或T2-T1＝Δ+D。
然后，第二时钟同步设备DS2命令其从站SE的传输模块EM的产生模块MG2产生包含第三类消息并发送至主站SM的无线帧。如前所述，该无线帧是在物理层(PHY-OSI模型)产生的。由第二辅助设备DA2执行该无线帧发送时刻的时间戳操作。
更具体地说，检测模块MD2对(帧产生模块MG2产生的，即当前正在发送的)帧的内容进行分析，以便检测那些至少包含第三类消息的选定部分的帧。
例如，被搜索的消息部分是目的地IP地址和目的地端口号，根据61588标准的附录D的定义，对于PTP消息而言，目的地IP地址只有四个可能的(保留)值(224.0.1.129，224.0.1.130，224.0.1.131和224.0.1.132)，(还是根据61588标准的附录D)对于第三类(3)PTP消息，目的地端口号的值为319。
如果检测模块MD2在当前发送的无线帧中检测到被搜索的消息部分，就将在物理层检测到最末帧脉冲时获得的、对应于该无线帧发送的开始的从计数器CE的值(T3)采样与该无线帧相关联。
此外，如果在整个无线帧的发送结束时，检测模块MD2注意到该无线帧实际上包含第三类消息，检测模块MD2就向(第二)时钟同步设备DS2报警。然后，(第二)时钟同步设备DS2就可以临时存储已和包含第三类消息的帧相关联的值T3的采样的映象，以便随后利用该采样的映象使从时钟HE与主时钟HM同步。
例如，该存储可以在存储装置M23中进行。
例如，可以用装置MM2，按上述方式，将从计数器CE的当前值与无线帧相关联。更具体地说，当检测模块MD2在当前正在发送的无线帧(适当情况下，可能包含第三类消息)中检测到选定的八比特组时，就立即命令存储装置MM2在第一寄存器M21中存储在物理层检测到最末帧脉冲时获得的、对应于该无线帧发送的开始的从计数器CE的值T3的采样。然后，如果在整个无线帧的接收结束时，检测模块MD2注意到该无线帧包含第三类消息，就将第一寄存器M21的内容T3传送入第二寄存器M22。这样，第二寄存器M22就包含了值T3的采样的映象。
应当理解的是，如果检测模块MD2注意到刚已完全发送的无线帧不包含第三类消息，就不将第一寄存器M21的内容传送入第二寄存器M22。
一旦已将第一寄存器M21的内容传送入第二寄存器M22，检测模块MD2就可以将第二寄存器M22的内容T3通信至第二时钟同步设备DS2，以便第二时钟同步设备DS2将该内容T3存储在存储器M23中。
第二时钟同步设备DS2至少在其从站SE接收到包含相关第四类消息(共同地址的)的无线帧之前存储值T3的采样。
例如，第二时钟同步设备DS2需要在接收模块RM已从主站SM接收到包含第四类消息(响应于包含第三类消息的在前无线帧并指定主站SM地址)的无线帧时，从该第四类消息中提取出其所包含的主计数器CM的值T4的采样的映象。接着，第二时钟同步设备DS2就可以用(存储在存储器M23中的)值T3和值T4确定差T3-T4，差T3-T4等于从时钟和主时钟间的同步偏移(Δ)减去传输延迟(D)，或T3-T4＝Δ-D。
由于从站SE的第二时钟同步设备DS2此时具有差(T3-T4)和(T2-T1)，因此第二时钟同步设备DS2可以将它们相加得到值2Δ。此时，第二时钟同步设备DS2只需要将此加法结果除以2，就可以获得从时钟HE相对于主时钟HM的同步偏移值Δ。接着，从站SE的第二时钟同步设备DS2就可以向其从站SE的本地从时钟HE发送指令，消除其同步偏移值Δ。
在图4所示的实施例的变体中，第二时钟同步设备DS2’包括以上参考图3说明的第二辅助设备DA2。在这种情况下，第二时钟同步设备DS2’包括与检测模块MD2、接收模块RM和任意存储装置M23相连接的分析模块MA2，分析模块MA2一方面，决定必须何时命令帧产生模块MG2产生包含第三类消息的无线帧，另一方面执行数学运算，最终确定出(从时钟HE相对于主时钟HM的同步偏移)值Δ和相关联的同步指令。
需要注意的是，可以在响应时间极短时，在所谓的驱动器层(driverlayer)的层次上对所发送或接收的分组进行分析，或者可以在驱动器层不够快时，在所谓的MAC(介质访问控制)子层的层次上对所发送或接收的分组进行分析。驱动器层的使用可以避免要求(OSI层模型的)更高层对所有IP分组进行过滤。
如果在驱动器层完成分析，就要求驱动器层存储映射到接收站地址或源地址(具体取决于是发送还是接收)的计数器值采样，并读取其先前存储的计数器值采样(可能在地址映射的情况下)。
如果在MAC子层的层次上完成分析，就要求MAC子层存储映射到接收站地址或源地址(具体取决于是发送还是接收)的计数器值采样，并管理至驱动器层的中断，以便将驱动器层唤醒，使驱动器层读取MAC层所存储的计数器值采样(可能在地址映射的情况下)。
在变体中，可以设想MAC子层和驱动器层之间的专用通知服务。更具体地说，MAC子层可以产生发送至驱动器层的专用消息，以便直接向驱动器层发送其所存储的各计数器值采样。然后，当驱动器层从同步设备DS1或DS2接收到命令时，只需要将采样发送至帧产生模块MG1或MG2的物理层(PHY)，以便帧产生模块MG1或MG2将该采样结合到包含第二或第四类消息的帧中。
本发明并不限于以上纯粹作为示例说明的第一和第二时间同步辅助设备、第一和第二时钟同步设备、主站和从站的实施例；本发明涵盖在所附权利要求框架范围以内所属领域技术人员可以想到的所有变体。

Claims (13)

1.一种时间同步辅助设备(DA1)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络中主通信站(SM)的时钟同步设备(DS1)；所述主站(SM)包括主时钟(HM)，用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间；所述设备(DA1)包括检测装置(MD1)，设置用于在所述主站(SM)的物理层检测到从所述网络接收到的帧脉冲时，触发对主计数器(CM)的值的采样；其特征在于，
如果包括产生装置(MG1)的主站(SM)存在，并且所述产生装置(MG1)设置用于以发送至所述网络中至少一个从通信站(SE)的IP分组无线帧的形式产生第一类PTP消息和第二类PTP消息，且每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，在这种情况下，
所述检测装置(MD1)设置用于在触发对所述主计数器(CM)的值的采样后，检测所述主站(SM)正在发送的无线帧是否至少包含第一类消息的选定部分，如果包含，就将所述主计数器的值的采样与该无线帧相关联，并且如果无线帧实际上包含第一类消息，就向所述时钟同步设备(DS1)报警，以便所述时钟同步设备(DS1)向所述产生装置(MG1)提供该采样的映象，从而使产生装置(MG1)将该采样的映象结合到该第一类消息之后的第二类消息中。
2.根据权利要求1所述的辅助设备，其特征在于，所述辅助设备包括：i)第一存储装置(M11)，设置用于在所述检测装置(MD1)检测到所述选定消息部分时，存储主计数器(CM)的值的采样；以及ii)第二存储装置(M12)，设置用于在已完全发送的PTP消息实际上是第一类PTP消息时，存储已存储在所述第一存储装置(M11)中的所述主计数器(CM)的值的采样；并且所述检测装置(MD1)设置用于在检测到包含第一类消息的无线帧时，向所述时钟同步设备(DS1)报警，使所述时钟同步设备(DS1)向所述产生装置(MG1)提供存储在所述第二存储装置(MG2)中的值的采样的映象，以便产生装置(MG1)将该采样的映象结合到在所述检测装置(MD1)检测到的第一类消息之后的第二类消息中。
3.根据权利要求1和2之一所述的辅助设备，其特征在于，检测装置(MD1)设置用于检测当前接收的无线帧是否至少包含源自从站(SE)并请求向该从站(SE)发送第四类PTP消息的第三类PTP消息的选定部分，如果包含，就将与该第三类消息的选定部分的检测时刻之前最末帧脉冲相对应的主计数器(CM)的值的采样的映象与该无线帧相关联，并且如果无线帧实际上包含第三类消息，就向所述时钟同步设备(DS1)报警，使所述时钟同步设备(DS1)向所述产生装置(MG1)提供所述值的采样的映象，以便产生装置(MG1)将所述值的采样的映象结合到响应于接收到的第三类消息的第四类消息中。
4.一种时钟同步设备(DS1、DS1’)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络中的主站(SM)，所述主站(SM)包括：主时钟(HM)，用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间；以及产生装置(MG1)，设置用于以发送至所述网络中至少一个从站(SE)的IP分组无线帧的形式，产生第一类PTP消息和第二类PTP消息，其特征在于，所述时钟同步设备(DS1、DS1’)包含根据前述权利要求之一所述的时间同步辅助设备(DA1)。
5.一种主通信站(SM)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络，所述主站(SM)包括：主时钟(HM)，用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间；以及产生装置(MG1)，设置用于以发送至所述网络中至少一个从站(SE)的IP分组无线帧的形式，产生第一类PTP消息和第二类PTP消息，每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，其特征在于，所述主通信站(SM)包含根据权利要求1至3之一所述的时间同步辅助设备(DA1)。
6.一种主通信站(SM)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络，所述主站(SM)包括：主时钟(HM)，用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间；以及产生装置(MG1)，设置用于以发送至所述网络中至少一个从站(SE)的IP分组无线帧的形式，产生第一类PTP消息和第二类PTP消息，每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，其特征在于，所述主通信站(SM)包含根据权利要求4所述的时钟同步设备(DS1)。
7.一种时间同步辅助设备(D2)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络中从站(SE)的时钟同步设备(DS2)，所述从站(SE)包括从时钟(HE)，用于定义以从计数器(CE)的值表示的本地时间；所述设备(D2)包括检测装置(MD2)，设置用于在主站(SM)的物理层检测到从所述网络接收到的帧脉冲时，触发对从计数器(CE)的值的采样，其特征在于，
如果包括接收装置(RM)的从站(SE)存在，并且所述接收装置(RM)设置用于接收具体源自所述网络中具有用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间的主时钟(HM)的主站(SM)的IP分组无线帧，一些所述无线帧形成第一类PTP消息和第二类PTP消息，且每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，在这种情况下，
所述检测装置(MD1)设置用于在触发对所述从计数器(CE)的值的采样后，检测当前所述从站(SE)接收的无线帧是否至少包含第一类消息的选定部分，如果包含，就将所述从计数器(CE)的值的采样与该无线帧相关联，并且如果无线帧实际上包含第一类消息，就向所述时钟同步设备(DS2)报警，以便所述时钟同步设备(DS2)使用该值将所述从时钟(HE)与所述主时钟(HM)同步。
8.根据权利要求7所述的辅助设备，其特征在于，包括：i)第一存储装置(M21)，设置用于在所述检测装置(MD2)检测到选定消息部分时，存储从计数器(CE)的值的采样；以及ii)第二存储装置(M22)，设置用于在已完全接收的PTP消息实际上是第一类PTP消息时，存储已存储在所述第一存储装置(M21)中的所述从计数器(CE)的值的采样；并且所述检测装置(MD2)设置用于在检测到包含第一类消息的无线帧时，向所述时钟同步设备(DS1)报警，以便所述时钟同步设备(DS1)使用存储在所述第二存储装置(M22)中的所述值的采样的映象，将所述从时钟(HE)与所述主时钟(HM)同步。
9.根据权利要求7和8之一所述的辅助设备，其特征在于，检测装置(MD2)设置用于检测当前正在发送的无线帧是否至少包含发送至所述主站(SM)并请求向所述主站(SM)发送第四类PTP消息的第三类PTP消息的选定IP分组的选定八比特组的选定部分，如果包含，就将与该第三类消息的选定部分的检测时刻之前最末帧脉冲相对应的的所述从计数器(CM)的值的采样的映象与该无线帧相关联，如果无线帧实际上包含第三类消息，就向所述时钟同步设备(DS2)报警，以便所述时钟同步设备(DS2)使用该值将所述从时钟(HE)与所述主时钟(HM)同步。
10.一种时钟同步设备(DS1、DS1’)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络中的从站(SE)，所述从站(SE)包括：从时钟(HE)，用于定义以从计数器(CE)的值表示的本地时间；以及接收装置(RM)，设置用于接收具体源自所述网络中具有用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间的主时钟(HM)的主站(SM)的IP分组无线帧，一些所述无线帧形成第一类PTP消息和第二类PTP消息，每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，其特征在于，所述时钟同步设备(DS1、DS1’)包含根据权利要求7至9之一所述的时间同步辅助设备(DA2)。
11.根据权利要求10所述的时钟同步设备，其特征在于，包括分析装置(MA2)，设置用于：i)在所述接收装置(RM)接收到在包含第一类消息的帧之后的、包含第二类消息的帧时，从所述第二类消息中提取其中包含的主计数器的值的采样的映象，并确定与所述检测装置(MD2)检测到的所述第一类消息相关联的值的采样的映象；以及ii)在发送了包含第三类消息的帧之后，所述接收装置(RM)接收到包含第四类PTP消息的帧时，从所述第四类消息中提取其中包含的主计数器的值的采样的映象，确定与所述检测装置(MD2)检测到的所述第三类消息相关联的值的采样的映象，并根据这四个值采样映象，将所述从时钟(HE)与所述主时钟(HM)同步。
12.一种从通信站(SE)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络，所述从站(SE)包括：从时钟(HE)，用于定义以从计数器(CE)的值表示的本地时间；以及接收装置(RM)，设置用于接收具体源自所述网络中具有用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间的主时钟(HM)的主站(SM)的IP分组无线帧，一些所述无线帧形成第一类PTP消息和第二类PTP消息，每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，其特征在于，所述从通信站(SE)包含根据权利要求7至9之一所述的时间同步辅助设备(DA2)。
13.一种从通信站(SE)，针对特别适用于传输IP分组帧的无线通信网络，所述从站(SE)包括：从时钟(HE)，用于定义以从计数器(CE)的值表示的本地时间；以及接收装置(RM)，设置用于接收具体源自所述网络中具有用于定义以主计数器(CM)的值表示的参考时间的主时钟(HM)的主站(SM)的IP分组无线帧，一些所述无线帧形成第一类PTP消息和第二类PTP消息，每个第一类消息以信号告知在其后的第二类消息中发送有在产生该第一类消息时所述主计数器(CM)提供的值的采样的映象，其特征在于，它包含根据权利要求10和11之一所述的时钟同步设备(DS2)。
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