CN101631013B

CN101631013B - 接入网时钟同步的方法、设备及系统

Info

Publication number: CN101631013B
Application number: CN2008101167957A
Authority: CN
Inventors: 谢子阳; 刘贤
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: CN101631013A

Abstract

本发明公开了一种接入网时钟同步的方法、设备及系统，所述方法包括：通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，所述同步管理消息包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差；根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。利用本发明，可以实现精确的主从时钟的时间同步。

Description

接入网时钟同步的方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及通信领域中的时钟同步技术，具体涉及一种接入网时钟同步的方法、设备及系统。

背景技术

在通信领域，“同步”概念是指网络各个节点的时钟频率同步，其误差应符合相关标准的规定。

目前，在通信网中，频率同步问题已经基本解决，而时间的同步还没有得到很好的解决。时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面的时钟的时刻和时间间隔与协调世界时（UTC）同步。时间同步网络是保证时间同步的基础，构成时间同步网络可以采取有线方式，也可以采取无线方式。

时间同步网络通常采用主、从时钟结构，主、从时钟之间通过四消息机制进行通信，如图1所示，其中：t1是主时钟发出消息Sync的时刻；t2是从时钟收到消息Sync的时刻；t3是从时钟发出消息Delay_req的时刻；t4是主时钟收到消息Delay_req的时刻；Master_Slave_Delay是主时钟到从时钟的消息时延；Slave_Master_Delay是从时钟到主时钟的消息时延。

根据上述这些时间参数可以计算出主、从时钟之间的钟差：

Offset=[(t2-t1-Master_Slave_Delay)-(t4-t3-Slave_Master_Delay)]/2

=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2-(Master_Slave_Delay-Slave_Master_Delay)/2。

对于对称的网络系统，主时钟到从时钟的消息时延Master_Slave_Delay和从时钟到主时钟的消息时延Slave_Master_Delay是相等的，则上述钟差公式可以简化为：Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

从时钟侧根据该钟差调整本地时钟，从而达到与主时钟的同步。

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线）是一种通过现有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务的技术，因具有下行速率高、频带宽、性能优等特点而深受广大用户的喜爱，能够为用户提供快捷、高效的接入方式。

ADSL是一种非对称的DSL技术，所谓非对称是指用户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播（VOD）、多媒体信息检索和其他交互式业务。

ADSL技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络（电话线网络），在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高宽带服务。现有技术中，ADSL传输设备包括局端设备DSLAM（Digital Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线接入复用器）和用户端设备ADSL CPE（Customer Premises Equipment，用户端设备），其通常采用的协议栈如图2所示。

在该协议栈中，如果采用IEEE1588的方法，将时间戳设置在以太网的MAC（Medium Access Control，媒体接入控制）帧上。但由如图2所示协议栈可以看到，在以太网MAC层下还有两个ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）的子层，即AAL5（ATM Adaptation Layer 5，ATM适配层类型5）和ATM层。对这两层的处理时延会引入同步消息时延的不确定性。

发明内容

本发明提供一种接入网时钟同步的方法、设备及系统，以便能精确地测量同步管理消息的发送和到达时间，实现精确的主从时钟的时间同步。

本发明提供一种接入网时钟同步的方法，包括：

通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，所述同步管理消息包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；

根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差；Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]，其中，Offset为主、从时钟的钟差，t2为从时钟侧记录的收到主时钟侧按照定义的间隔时间发送的同步消息的时间，t1为主时钟侧发送给从时钟侧的跟随消息中包含的前一个同步消息的发送时间戳，t3为从时钟侧记录的按照定义的时间间隔向主时钟侧发送所述延迟请求消息的时间，t4为所述主时钟侧发送给从时钟侧的延迟响应消息中包含的所述延迟请求消息的接收时间戳；

根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

本发明提供一种从时钟侧设备，包括：

消息传送单元，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，所述同步管理消息包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；所述消息传送单元包括接收单元和发送单元；所述接收单元用于接收所述同步消息；所述发送单元用于发送所述延迟请求消息；

时间获取单元，用于通过解析所述跟随消息和延迟响应消息，获取主时钟设备按照定义的间隔时间向从时钟设备发送所述同步消息的时间、以及所述主时钟设备接收到所述从时钟设备按照定义的间隔时间发送的所述延迟请求消息的时间；

时间戳设置单元，与所述消息传送单元相连，用于根据所述消息传送单元传送的消息设置时间戳，并将时间戳设置在ATM层，具体包括：记录所述接收单元收到所述同步消息的时间，以及所述发送单元发送所述延迟请求消息的时间；

钟差计算单元，用于根据所述时间戳设置单元记录的时间及所述时间获取单元获取的时间，计算获得接入网中主、从时钟的钟差；

调整单元，用于根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

本发明提供一种主时钟侧设备，包括：

消息传送单元，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，所述同步管理消息为四消息机制消息，包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；

时间戳设置单元，与所述消息传送单元相连，用于根据所述消息传送单元传送的消息设置时间戳，并将时间戳设置在ATM层，具体包括：将主时钟设备按照定义的间隔时间发送所述同步消息的时间戳添加到承载所述跟随消息的ATM信元中，将收到从时钟设备按照定义的间隔时间发送的所述延迟请求消息的时间戳添加到承载所述延迟响应消息的ATM信元中。

本发明提供一种接入网时钟同步的系统，包括主时钟侧设备和从时钟侧设备，所述主时钟侧设备，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，所述同步管理消息为四消息机制消息，包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；所述从时钟侧设备，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差：Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]，其中，Offset为主、从时钟的钟差，t2为从时钟侧设备记录的收到主时钟侧按照定义的间隔时间发送的同步消息的时间，t1为主时钟侧设备发送给从时钟侧的跟随消息中包含的前一个同步消息的发送时间戳，t3为从时钟侧设备记录的按照定义的时间间隔向主时钟侧发送所述延迟请求消息的时间，t4为所述主时钟侧设备发送给从时钟侧的延迟响应消息中包含的所述延迟请求消息的接收时间戳；根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

本发明实施例的接入网时钟同步的方法、设备及系统，将时间戳设置在靠近物理层的ATM层上，由于该ATM层可以直接映射到硬件，因而不会引入不确定的时延抖动，从而能够精确地测量同步消息的发送和到达时间，得到准确的主、从时钟的钟差，实现精确的主从时钟的时间同步。

附图说明

图1是现有技术中主、从时钟通过四消息机制进行通信的示意图；

图2是现有技术中DSLAM和ADSL CPE的协议栈示意图；

图3是本发明实施例接入网时钟同步的方法的流程图；

图4是本发明实施例从时钟侧设备的结构框图；

图5是本发明实施例主时钟侧设备的结构框图；

图6是本发明实施例接入网时钟同步的系统在ADSL中的应用示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例的接入网时钟同步的方法，同样基于四消息机制，但与现有技术不同的是，为了保证接入网中的从时钟侧能够精确地测量同步管理消息的发送和到达时间，实现精确的主从时钟的时间同步，本发明实施例的方法采用ATM的信元直接传送同步管理消息，而不是用以太网的MAC帧，并在靠近物理层的位置上打时间戳，也就是说，本发明实施例将时间戳设置在ATM层。这样，从时钟侧就可以根据同步管理消息的时间戳计算获得准确的主、从时钟的钟差，并根据所述钟差调整从时钟，使从时钟与主时钟同步。

参照图3，是本发明实施例接入网时钟同步的方法的流程图，该流程主要包括以下步骤：

步骤301，通过ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层。

所述同步管理消息包括同步消息（Sync）、跟随消息（Follow_Up）、延迟请求消息（Delay_Req）和延迟响应消息（Delay_Rsep）。为了使物理层能够快速、简单、实时地识别同步管理消息，从而精确地设置时间戳，可以采用特定的ATM信元承载所述同步管理消息。

本技术领域人员知道，ATM层位于ATM参考模式的第二层，提供了ATM适配层（AAL）和物理层之间的接口。该层主要负责将信元从AAL转发给物理层；以及从物理层转发给AAL，便于其在终端系统使用。AAL主要负责ATM层与高层之间的信元转发过程。从上层收到信息后，AAL将数据分割成ATM信元；从ATM层收到信息后，AAL必须重新组合数据形成一个上层能够辨识的格式。

ATM信元是具有固定长度的分组，包括信元头和信息字段（或称为净荷）。其中，信元头用来表示该信元在链路上的虚通道VCC(Virtual ChannelConnection)的标识、优先等级等控制信息。信息字段是要在线路上传送的信息。

信元头的主要功能为确定虚通道并完成相应的路由控制。在ATM中的呼叫由信元头中的VPI（Virtual Path Identifier，虚通道标识）和VCI（VirtualConnection Identifier，虚通路标识）共同决定，且唯一确定。所以，所述特定的ATM信元是指由特定的VPI和VCI标识的ATM信元。

这样，从时钟侧收到相应的消息后，即可根据ATM信元的VPI和VCI，来确定该ATM信元是否为承载所述同步消息和所述延迟请求消息的特定的ATM信元。

所述将时间戳承载在ATM层包括：当主时钟侧发送所述跟随消息及延迟响应消息时，在承载所述跟随消息及延迟响应消息的ATM信元中添加时间戳信息，还包括：从时钟侧收到承载所述同步消息和发送所述延迟请求消息的特定的ATM信元时，记录收到和发送所述特定的ATM信元的时间，对此将在后面详细描述。

由于不同的AAL（AAL0~AAL5）支持不同的流量或服务类型，而且在同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息这四个消息中，同步消息和延迟请求消息为时间敏感性消息，主、从时钟要在这两个消息发出和接收的时刻设置时间戳，所以这两个消息应该尽可能短，最好在一个ATM信元内传完，而另外两个消息，即跟随消息和延迟响应消息，对时间不敏感，且消息内容较多，可以组成大消息传送。因此，在本发明实施例中，优选地，对时间敏感性消息，比如同步消息、延迟请求消息，通过AAL0承载所述同步消息和所述延迟请求消息；对于时间不敏感的消息，如跟随消息、延迟响应消息，通过AAL5承载所述跟随消息和所述延迟响应消息。当然，本发明实施例并不仅限于这种方式，也可以选用其他的AAL来承载上述消息。

步骤302，根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差。

步骤303，根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

下面结合图1所示四消息机制进行通信的示意图，说明本发明实施例中主、从时钟侧通过ATM信元传送同步管理消息的过程。

1．主时钟侧按照定义的间隔时间（比如2秒）向从时钟侧发送同步消息。该同步消息采用特定的ATM信元，并通过AAL0来承载。该同步消息在从时钟侧打上接收时间戳，也就是说，从时钟侧记录收到该同步消息的时间t2。

2．主时钟侧向从时钟侧发送跟随消息，该跟随消息采用特定的ATM信元，并通过AAL5来承载。该跟随消息包含先前的同步消息的发送时间的标记，即同步消息发送时间戳t1。

3．从时钟侧按照定义的间隔时间（比如2秒）向主时钟侧发送延迟请求消息，该延迟请求消息采用特定的ATM信元，并通过AAL0来承载。在发送该延迟请求消息时，从时钟侧记录它的准确发送时间t3。该延迟请求消息在主时钟侧被打上准确的接收时间戳t4。

4．主时钟侧向从时钟侧返回延迟响应消息，该延迟响应消息采用特定的ATM信元，并通过AAL5来承载。该延迟响应消息带有先前的延迟请求消息的准确的接收时间标记，即t4。从时钟侧利用这个时间和由它所记录的准确的发送时间，可计算出主时钟侧和从时钟侧之间的传输延迟并调整它的时钟漂移误差。

对于对称的网络系统，可以通过以下公式计算主从时钟差：

Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。

这样，从时钟侧根据该钟差调整本地时钟，从而达到与主时钟的同步。

需要说明的是，图1仅示出了经过两次同步可以校正主时钟与从时钟之间的偏差。经过延迟请求消息和延迟响应消息以及同步消息的时间标记，可以计算出两个方向的平均传输延时，在以后的计算中就可使用。实际上偏移与延时值的测量是互相影响的，要经过多次测量和计算，才会逐步收敛到接近实际值。测量时间间隔的选取很重要，选择间隔短时通信负荷较重，间隔过长则不能保证同步的精度，所以同步和延时的测量间隔应根据同步要求和系统配置选择。

本发明实施例的方法可以适用于多种基于ATM的网络。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

本发明实施例还提供了一种从时钟侧设备，如图4所示，该从时钟侧设备包括：消息传送单元401、与消息传送单元401相连的时间戳设置单元402、与时间戳设置单元402相连的钟差计算单元403和与钟差计算单元403相连的调整单元404。其中，消息传送单元401用于通过ATM信元传送同步管理消息，所述同步管理消息包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；时间戳设置单元402用于根据消息传送单元401传送的消息设置时间戳，并将时间戳设置在ATM层；钟差计算单元403用于根据所述时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差；调整单元404用于根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

在该实施例中，消息传送单元401包括：接收单元411和发送单元412。其中，接收单元411用于接收通过AAL0承载的所述同步消息、通过AAL5承载的跟随消息和延迟响应消息；发送单元412用于发送通过AAL0承载的所述延迟请求消息。时间戳设置单元402记录接收单元411收到所述同步消息的时间，以及发送单元412发送所述延迟请求消息的时间。

为了使计算的主、从时钟的钟差更准确，在该实施例中，所述从时钟侧设备还可以包括时间获取单元405，用于通过解析接收单元411接收的跟随消息和延迟响应消息，获取主时钟设备发送所述同步消息的时间、以及所述主时钟设备接收到所述延迟请求消息的时间。这样，钟差计算单元403根据时间戳设置单元402记录的时间及时间获取单元405获取的时间，计算获得接入网中主、从时钟的钟差。

利用本发明实施例的从时钟侧设备，进行同步管理消息的发送及接收，以及钟差的具体计算及调整过程可参照前面本发明方法实施例中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种主时钟侧设备，如图5所示，该主时钟侧设备包括：消息传送单元501和时间戳设置单元502。其中，消息传送单元501用于通过ATM信元传送同步管理消息，所述同步管理消息包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；时间戳设置单元502用于根据消息传送单元501传送的消息设置时间戳，并将时间戳设置在ATM层。

在该实施例中，消息传送单元501包括：发送单元511和接收单元512。其中，发送单元511用于发送通过AAL0承载的所述同步消息和通过AAL5承载的所述跟随消息和所述延迟响应消息；接收单元512用于接收通过AAL0承载的所述延迟请求消息。

时间戳设置单元502将发送单元511发送所述同步消息的时间戳添加到承载所述跟随消息的ATM信元中，将接收单元512收到所述延迟请求消息的时间戳添加到承载所述延迟响应消息的ATM信元中。

利用本发明实施例的主时钟侧设备，进行同步管理消息的发送及接收，以及钟差的具体计算及调整过程可参照前面本发明方法实施例中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种接入网时钟同步的系统，该系统包括主时钟侧设备和从时钟侧设备，其中，所述主时钟侧设备用于通过ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层；所述从时钟侧设备用于通过ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差；根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

所述主时钟侧设备和所述所述从时钟侧设备的具体结构可参见图4和图5所示，其中的各单元的功能可采用硬件或软件来实现。

本发明实施例的接入网时钟同步的系统可以应用在多种基于ATM的网络中，比如在ADSL中，如图6所示，为承载在ADSL上的CPE提供实时同步的应用示例。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种接入网时钟同步的方法，其特征在于，包括：

通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，所述同步管理消息为四消息机制消息，包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；

根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差：Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]，其中，Offset为主、从时钟的钟差，t2为从时钟侧记录的收到主时钟侧按照定义的间隔时间发送的同步消息的时间，t1为主时钟侧发送给从时钟侧的跟随消息中包含的前一个同步消息的发送时间戳，t3为从时钟侧记录的按照定义的时间间隔向主时钟侧发送所述延迟请求消息的时间，t4为所述主时钟侧发送给从时钟侧的延迟响应消息中包含的所述延迟请求消息的接收时间戳；

根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过ATM信元传送所述同步管理消息包括：

用特定的ATM信元承载所述同步管理消息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

通过ATM适配层0承载所述同步消息和所述延迟请求消息；

通过ATM适配层5承载所述跟随消息和所述延迟响应消息。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述将时间戳设置在ATM层包括：

当主时钟侧发送所述跟随消息及延迟响应消息时，在承载所述跟随消息及延迟响应消息的ATM信元中添加时间戳信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将时间戳设置在ATM层还包括：

从时钟侧收到承载所述同步消息和发送所述延迟请求消息的特定的ATM信元时，记录收到和发送所述特定的ATM信元的时间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述从时钟侧根据ATM信元的虚通道标识VPI和虚容器标识VCI，确定所述ATM信元是否为承载所述同步消息和所述延迟请求消息的特定的ATM信元。

7.一种从时钟侧设备，其特征在于，包括：

消息传送单元，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，所述同步管理消息为四消息机制消息，包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；所述消息传送单元包括接收单元和发送单元；所述接收单元用于接收所述同步消息；所述发送单元用于发送所述延迟请求消息；

8.根据权利要求7所述的从时钟侧设备，其特征在于，所述消息传送单元包括：

接收单元，用于接收通过ATM适配层0承载的所述同步消息、通过ATM适配层5承载的跟随消息和延迟响应消息；

发送单元，用于发送通过ATM适配层0承载的所述延迟请求消息。

9.一种主时钟侧设备，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的主时钟侧设备，其特征在于，所述消息传送单元包括：

发送单元，用于发送通过ATM适配层0承载的所述同步消息和通过ATM适配层5承载的所述跟随消息和所述延迟响应消息；

接收单元，用于接收通过ATM适配层0承载的所述延迟请求消息。

11.一种接入网时钟同步的系统，包括主时钟侧设备和从时钟侧设备，其特征在于：

所述主时钟侧设备，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，所述同步管理消息为四消息机制消息，包括同步消息、跟随消息、延迟请求消息和延迟响应消息；

所述从时钟侧设备，用于通过异步传输模式ATM信元传送同步管理消息，并将时间戳设置在ATM层，根据所述同步管理消息的时间戳计算获得接入网中主、从时钟的钟差：Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]，其中，Offset为主、从时钟的钟差，t2为从时钟侧设备记录的收到主时钟侧按照定义的间隔时间发送的同步消息的时间，t1为主时钟侧设备发送给从时钟侧的跟随消息中包含的前一个同步消息的发送时间戳，t3为从时钟侧设备记录的按照定义的时间间隔向主时钟侧发送所述延迟请求消息的时间，t4为所述主时钟侧设备发送给从时钟侧的延迟响应消息中包含的所述延迟请求消息的接收时间戳；根据所述钟差调整从时钟，使所述从时钟与主时钟同步。