CN101719867B - 一种包交换网络中的时钟恢复方法及系统 - Google Patents

Abstract

为了解决对现有技术中TDM业务数据经过包交换网络传输后不能准确恢复出时钟的问题，本发明公开了一种包交换网络中的时钟恢复方法及系统，该方法包括：发送端使用本端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，接收端接收第一计数值a1，根据第一计数值a1和标识信息计算得到两端采样时钟周期之间的比例系数，并恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间，与接收的相邻的两个标识的间隔时间比较得出调整差值，据此对各数据包接收的时间进行调整，进而得到恢复的时钟，正是由于通过通过在发送端和接收端同时增加一个频率戳的机制，从而可以准确恢复出发送端的时钟。

Description

一种包交换网络中的时钟恢复方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术技术领域，特别是涉及一种包交换网络中的时钟恢复方法及系统。

背景技术

由于包交换网络具有价格便宜、协议灵活、技术成熟等优势，正得到广泛的应用。许多实时业务，例如IP电话、TDM(Time Division Multiplexing)电路仿真业务等已经开始尝试在包交换网络上传输。下一代网络是基于包交换同时需要承载语音、视频和数据等业务的网络，而当前的语音业务多以TDM传输。而目前采用以太网的包交换网传送TDM业务成为一个必要的需求，如何实现包交换网和现有的TDM网络的无缝连接也是该业务的核心问题。

由于包交换网络采用的是异步传输方式，而TDM业务要求端到端的时钟同步，这就要求接收端时钟和发送端时钟保持一致。当接收端和发送端的时钟不是取自于同一个公共时钟同步网的时候，接收端就需要根据收到的数据包序列提取出发送端的时钟信息，该过程就称为时钟恢复。

由于包交换网络本身是一个异步的传输方式，在TDM业务的连续比特流信息经过包交换网络的分组封装、解封装以及网络的排队、交换以及拥塞过程以后，它的连续性和周期性都会受到破坏，产生包延时抖动的现象，这样就会产生大范围的分组延时、漂移和抖动。这样发送端发出的实时周期性的数据包在接收端的到达时间就是不确定的，这样就会给接收端的时钟恢复带来很大的困难，假设将TDM发送端以及TDM接收端中间的包交换网络统一当成一个网络节点，这样数据包序列通过包交换网络受网络抖动影响的过程如图1所示，矩形的数据包进入包交换网络的时候是均匀的，但离开包交换网络的时候就会受到时延的影响，数据包之间的间隔就是变化的，这样对于自适应时钟的恢复就会产生较大的影响。这个时候如果直接按照接收数据包的时间来恢复时钟就会产生较大的波动。影响恢复时钟的质量。而网络波动的延时主要是由于交换机等由于有其他业务在传递导致本业务需要排队产生的延时，如果碰到不需要排队的时候就可以抵偿前面的延时。可见现有技术中TDM业务数据经过包交换网络传输后不能准确恢复出时钟。

发明内容

为了解决对现有技术中TDM业务数据经过包交换网络传输后不能准确恢复出时钟的问题，本发明实施例提供的一种包交换网络中的时钟恢复方法，包括：

发送端使用发送端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，数据包发送周期包括数据包的发送时间和数据包发送间隙时间；

发送端在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，相邻的两个标识的插入间隔时间与发送端采样时钟的比值为第一计数值a1；

接收端接收所述第一计数值a1，根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，进而基于所述比例系数恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间；

接收端将接收的相邻的两个标识的间隔时间与恢复出相邻的两个标识的间隔时间进行比较得出调整差值，按照调整差值对各数据包接收的时间进行调整，根据调整后的数据包序列得到恢复的时钟。

本发明实施例提供的一种包交换网络中的时钟恢复系统，包括：

用于使用发送端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，所述数据包发送周期包括数据包的发送时间和数据包发送间隙时间的第一装置；

用于在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，相邻的两个标识信息的插入间隔时间与发送端采样时钟的比值为第一计数值a1的第二装置；

用于接收端接收第一计数值a1，根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，进而基于所述比例系数恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间的第三装置；

用于将接收的相邻的两个标识的间隔时间与恢复出相邻的两个标识的间隔时间进行比较得出调整差值，按照调整差值对各数据包接收的时间进行调整，根据调整后的数据包序列得到恢复的时钟的第四装置。

本发明实施例中正是由于通过在发送端和接收端同时增加一个频率戳的机制，使得接收端可以根据频率戳得知网络上的波动对数据包的影响，从而可以准确恢复出发送端的数据包序列，再根据此数据包序列恢复出发送端的时钟。

附图说明

图1为数据包序列通过包交换网络受网络抖动影响示意图；

图2为本发明第一实施例方法流程图；

图3为本发明第一实施例恢复出频率戳序列机制示意图；

图4为本发明第一实施例发送端频率戳产生机制示意图；

图5为本发明第一实施例接收端频率戳处理机制示意图；

图6为本发明第二实施例系统结构图。

具体实施方式

为了解决对现有技术中TDM业务数据经过包交换网络传输后不能准确恢复出时钟的问题，本发明实施例提供了一种包交换网络中的时钟恢复方法，本发明实施例提供的方法如图2所示包括下列主要步骤：

步骤101：发送端按照本端的系统时钟从第一个数据包和第二个数据包之间的发送间隙的中点开始计数，计到第二个数据包和第三个数据包发送间隙的中点的时候得到计数值a1。

本步骤中是以发送端系统时钟作为采样时钟，当然也可以将发送端系统时钟倍频后得到的时钟作为采样时钟，本步骤中也可以是从第一个数据包的开始进行计数，计到第二个数据包的开始，无论采用何种计数方式，都是对数据包的一个发送周期进行计数，即对数据包的发送时间和数据包发送间隙时间进行计数。例如发送端系统时钟为Tc，从第一个数据包和第二个数据包之间的发送间隙的中点开始计数，计到第二个数据包和第三个数据包发送间隙的中点的时候得到计数值a1＝6，数据包的一个发送周期Tx＝6Tc。

本实施例中的数据包指的是TDM业务数据包。

步骤102：发送端将计数值a1作为频率戳打入在第三个数据包和第四个数据包之间的发送间隙发送，后面以发送端系统时钟直接按照a1计数，每次计数完成以后插入同样的频率戳。

本步骤中是以计数值a1作为频率戳打入，频率戳实质是作为一个标识信息，标识以发送端系统时钟直接按照a1计数得到的一个时间段，即相邻的两个频率戳的插入间隔时间与发送端系统时钟的比值为第一计数值a1。采用第一计数值a1作为频率戳是将第一计数值a1发送到接收端。具体实施时当然也可以不采用第一计数值a1作为频率戳发送，而是将一个标识信息打入在第三个数据包和第四个数据包之间的发送间隙发送，后面以发送端系统时钟直接按照a1计数，每次计数完成以后插入同样的标识信息，并将第一计数值a1另行向接收端发送。

若发送端的数据包发送周期发生调整，例如数据包发送周期变短，但频率戳还是按a1个系统时钟的时间间隔插入，则若干个数据包发送周期后，会使得频率戳的发送时间与数据包重合，则该位置停止插入标识信息。此时需重新检测数据包发送的间隔的中间位置以及数据包发送周期，重新插入频率戳，并在第一个频率戳插入首字节标识。

步骤103：接收端根据接收的频率戳得到计数值a1，并记录接收到的频率戳的个数到a2，采用本端系统时钟对以及a2个频率戳之间的时间段进行计数得到计数值a3，根据a3/[a1*(a2-1)]计算得到两端系统时钟的比例系数，恢复出频率戳序列。

本步骤中在具体实施时可以在接收端设置一个计数器b1，用于记录接收到的频率戳的个数(每次计到a2，由此得到各频率戳之间的间隙)，同时还可以利用接收端的系统时钟产生一个计数器b2(每次计到a1重新开始)以及接收端记录b2的个数计数器b3(当b1为a2的时候，b3为a4，b2为a5)，这样就可以根据(a1*a4+a5)/[a1*(a2-1)]得出两个系统时钟的比例系数，不难看出a3＝a1*a4+a5，与直接采用一个计数器对a2个频率戳之间的时间段进行计数得到第三计数值a3相比，采用两个计数器时，对计数器的最大计数值的要求较低。其产生机制如图3所示。

在具体实施时，可以是多次进行比例系数计算，将每次计算的比例系数存入缓存ram，当ram存满的时候以ram全部值的平均值作为标准比例系数。其后利用每次产生的比例系数都和标准比例系数，取均值作为新的比例系数并以该比例系数恢复出频率戳序列。

得到两端系统时钟的比例系数后，接收端可以根据本地的系统时钟恢复出发送端的系统时钟，再根据接收的计数值a1，恢复出相邻的两个频率戳的间隔时间得到频率戳序列。

若因发送端的数据包发送周期发生调整，需重新插入频率戳，并在第一个频率戳插入首字节标识。则接收端接收到首字节标识的时候，根据接收的频率戳表示的新的计数值a1调整计数器b2的最大值。

步骤104：接收端将接收的频率戳序列和恢复出的频率戳序列进行比较，得到调整差值，并以此调整差值对接收的数据包序列进行调整。

由于网络延时出现抖动，接收的频率戳序列很可能不象在发送端发送的频率戳序列一样，各相邻的频率戳间隔都是a1个发送端系统时钟周期Tc，例如各相邻的频率戳间隔都是6Tc，因为网络抖动，接收第二个频率戳的延时与接收第一个频率戳的延时相差Δt，此时接收的第一个频率戳和第二个频率戳间隔为6Tc+Δt，Δt即为调整差值，在具体实施时可以是接收端将接收的数据包存入一个缓存FIFO_1中，同时将记录的接收时间存入另外一个缓存FIFO_2。接收端可以根据调整差值来调整FIFO_2中的接收时间，得到调整后的数据包序列，从而得到恢复的时钟，并采用该恢复时钟来发送FIFO_1中的数据包。

当接收到频率戳以后连续检测到两个数据包以后，标志着本次频率戳已经结束，以后直接按照结束前计算得到的比例系数进而得到的调整差值来调整FIFO_2中的接收时间，恢复接收端数据包序列，直到检测到新的频率戳再重新开始重复以上步骤。

为实现以上步骤，本实施例在发送端插入频率戳，按照如图4所示，当发送端检测到第一个发送的数据包的时候开始检测数据包发送间隙的中点，同时根据系统时钟对数据包的发送周期进行计数将计数值作为频率戳，然后开始插入频率戳(本实施例中频率戳既作为标识信息表明时间点位置，又表明采用系统时钟对数据包发送周期进行计数得到的计数值a1)，对于第一个频率戳需要加入一个标识，用于指示其首位置，其后直接按照第一次检测到的频率值插入频率戳。生成频率戳的同时需要检测此时是否有数据包正在发送，如果有则停止插入频率戳，重新检测频率戳起始位置以及此时数据包发送周期，检测到起始位置以后重新按照新检测到的计数值a1插入新的频率戳，并插入第一个频率戳标识。如果没有，

在接收端，需要实现对频率戳的识别和处理。处理方式如图5所示，首先需要区分接收信息的类别，主要分为两类，频率戳和数据包，当检测到频率戳的首位标识以后，通过几个计数器来计算出两端的比例系数，最后按照该比例系数、接收端系统时钟以及传递过来的频率戳的值得到恢复出一个频率戳序列，然后将接收的频率戳序列和恢复出的频率戳序列进行比较得出一个调整差值。对于数据包需要记录它的接收时间存入一个FIFO，同时将数据包存入另外一个FIFO。最后按照调整差值对接收时间FIFO中的值进行调整，按照恢复后的值将另外一个FIFO中的数据包恢复为数据包序列，并将该包数据包序列作为恢复的时钟。

在具体实施时，若运行过程中遇到持续的网络波动，接收端检测频率戳首字节标识，检测到以后根据检测计数值a1恢复出一个频率戳序列，根据收到的频率戳序列与恢复出的频率戳序列计算出调整值，通过调整值大小确定缓存适当数量的数据包，将数据包和数据包接收时间分别进行缓存，通过调整差值以及接收时间来恢复出发送端的数据包序列，通过恢复出来的数据包序列来发送缓存的数据包。

若运行过程中偶然遇到较大的网络波动，接收端检测频率戳首字节标识，检测到以后根据检测计数值a1恢复出一个频率戳序列，根据收到的频率戳序列与恢复出的频率戳序列计算出调整值，通过调整值大小确定缓存适当数量的数据包，将数据包和数据包接收时间分别进行缓存，如果接收到的波动过大，超过缓存数据包的能力，则插入告警指示，说明网络波动过大，对于本部分业务数据包不做处理，直接插入接收到的数据包序列，对于恢复时钟不进行计算，直接保持上次计算的恢复时钟。

若运行过程中没有网络波动，根据收到的频率戳序列与恢复出的频率戳序列计算出调整值为0，对于数据包的接收时间以及数据包进行缓存，通过接收数据包的接收时间来恢复出发送端的时钟(即发送端的数据包序列)，按照恢复出的时钟来发送缓存的数据包。

本发明实施例还提供了一种包交换网络中的时钟恢复系统，如图6所示，包括：

发送端201：使用发送端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，数据包发送周期包括数据包的发送时间和数据包发送间隙时间，在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，相邻的两个标识的插入间隔时间与发送端采样时钟的比值为第一计数值a1；

接收端202：用于接收第一计数值a1，根据第一计数值a1和标识信息计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，并恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间，将接收的相邻的两个标识的间隔时间与恢复出相邻的两个标识的间隔时间进行比较得出调整差值，按照调整差值对各数据包接收的时间进行调整，根据调整后的数据包序列得到恢复的时钟。

进一步，接收端202：还用于对接收的标识信息个数计数到第二计数值a2，并使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到第三计数值a3，根据a3/[a1*(a2-1)]，计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数。

进一步，接收端202：还用于通过最大记数值为a1的第一计数器，以及记录第一计数器个数的第二计数器，实现接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数。

进一步，接收端202：还用于根据采样时钟周期、比例系数和第一计数值a1，恢复出相邻的两个标识的间隔时间。

进一步，接收端202：还用于根据多次进行比例系数计算得到的平均值，恢复出相邻的两个标识的间隔时间。

进一步，发送端201：还用于若数据包发送周期发生调整，使得标识信息的发送时间与数据包重合，则该位置停止插入标识信息。

进一步，接收端202：还用于根据接收到标识信息以后到连续接收到两次数据包之前接收的标识信息计算得到比例系数。

进一步，接收端202：还用于接收被插入到数据包发送间隙作为标识信息的第一计数值a1。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种包交换网络中的时钟恢复方法，其特征在于，包括：

发送端使用发送端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，数据包发送周期包括数据包的发送时间和数据包发送间隙时间；

发送端在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，相邻的两个标识的插入间隔时间与发送端采样时钟的比值为第一计数值a1；

接收端接收所述第一计数值a1，根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，进而基于所述比例系数恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间；

接收端将接收的相邻的两个标识的间隔时间与恢复出相邻的两个标识的间隔时间进行比较得出调整差值，按照调整差值对各数据包接收的时间进行调整，根据调整后的数据包序列得到恢复的时钟。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，具体包括：

接收端对接收的标识信息个数计数到第二计数值a2，并使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到第三计数值a3；

接收端根据a3/[a1*(a2-1)]，计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数包括：

利用接收端的系统时钟产生的一个计数器b2，所述b2每次记录数值达到a1就重新开始计数、以及接收端记录b2个数的个数计数器b3，实现接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间，具体包括：

接收端根据采样时钟周期、比例系数和第一计数值a1，恢复出相邻的两个标识的间隔时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收端根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，包括：

多次进行比例系数计算，将每次计算的比例系数存入缓存，当缓存存满的时候以缓存全部比例系数的平均值作为标准比例系数，其后利用每次产生的比例系数都和标准比例系数取均值作为新的比例系数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在发送端在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息之前，包括：

确认所述标识信息的发送时间与数据包发送时间不重合，否则在所述发送时间停止插入标识信息。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收端接收所述第一计数值a1包括：

接收端接收被插入到数据包发送间隙作为标识信息的所述第一计数值a1。

8.一种包交换网络中的时钟恢复系统，其特征在于，包括：

第一装置：用于使用发送端采样时钟对TDM业务数据包发送周期进行计数得到第一计数值a1，所述数据包发送周期包括数据包的发送时间和数据包发送间隙时间；

第二装置：用于在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息，相邻的两个标识信息的插入间隔时间与发送端采样时钟的比值为第一计数值a1；

第三装置：用于接收端接收第一计数值a1，根据第一计数值a1、所述标识信息的个数第二计数值a2以及使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到的第三计数值a3计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数，进而基于所述比例系数恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间；

第四装置：用于将接收的相邻的两个标识的间隔时间与恢复出相邻的两个标识的间隔时间进行比较得出调整差值，按照调整差值对各数据包接收的时间进行调整，根据调整后的数据包序列得到恢复的时钟。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第三装置，具体包括：

第一计数单元：用于接收端对接收的所述标识信息的个数计数到第二计数值a2；

第二计数单元：使用接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数得到a3；

比例系数计算单元：用于根据公式a3/[a1*(a2-1)]，计算得到发送端采样时钟周期和接收端采样时钟周期之间的比例系数。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二计数单元具体用于利用接收端的系统时钟产生的一个计数器b2，所述b2每次记录数值达到a1就重新开始计数、以及接收端记录b2个数的个数计数器b3，实现接收端采样时钟对接收的a2个标识信息之间的时间段进行计数。

11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述恢复出相邻的两个标识信息的间隔时间，具体包括：第三装置用于根据采样时钟周期、比例系数和第一计数值a1，恢复出相邻的两个标识的间隔时间。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第三装置还用于多次进行比例系数计算，将每次计算的比例系数存入缓存，当缓存存满的时候以缓存全部比例系数的平均值作为标准比例系数，其后利用每次产生的比例系数都和标准比例系数取均值作为新的比例系数。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二装置还用于在发送端在至少两个连续的发送间隙中插入标识信息之前确认所述标识信息的发送时间与数据包发送时间不重合，否则在所述发送时间停止插入标识信息。

14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述用于接收端接收第一计数值a1，具体包括，第三装置用于接收端接收被插入到数据包发送间隙作为标识信息的所述第一计数值a1。

Images