CN101895384A - 一种实现边界时钟的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现边界时钟的方法和装置，涉及网络同步时钟领域，方法包括：通过接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成同步报文的接收时间戳T2；解析和提取同步报文或跟随报文中含有的同步报文的发送时间戳T1；向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成和保存所述延时请求报文的发送时间戳T3；接收并解析上一级BTS基站返回的延时请求响应报文，提取延时请求报文的接收时间戳T4；根据时间戳T1至T4确定时钟偏差，调整本地时钟。本发明使一个高精度时钟参考源可以下挂更多的BTS基站，解决了基站建设成本高的问题，避免了使用交换机带来的可靠性风险。

Description

一种实现边界时钟的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络同步时钟领域，特别涉及一种用于实现无线基站级联的IEEE1588协议中的边界时钟的方法和装置。

背景技术

在3G无线通信领域，对于时分双工(Time Division Duplex，TDD)系统，如CDMA2000、TD-SCDMA、LTE(TDD)、WIMAX等，为了保证小区切换能够顺利完成，需要严格的相位同步。为了保证相位同步，现在各产品线大量使用同步于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)等标准参考源方法，但是GPS的安装成本较高。

随着IEEE1588协议的出现，通信系统逐渐使用IEEE1588协议中定义的精密时钟协议(Precision Time Protocol，PTP)来同步基站，代替GPS天馈系统，解决网络时钟同步问题。PTP是为了克服以太网实时性不足而规定的一种对时机制，它的主要原理是对网络中所有节点进行对时同步，由一个精确的时间源周期性地对网络中所有节点的时钟进行校正同步。

无线基站一般都是作为终端设备，挂在传输网上，目前无线基站主要的实现模式是普通时钟(Ordinary Clock，OC)模式，即各个基站通过同步系统中同一个时钟源来达到都同步的目的，但是随着业务需求的不断增大，基站建设密度不断增大，普通时钟模式已经越来越不能满足需求。附图1中示出了常见基站布局，IEEE1588参考源需要带多个BTS基站，但是参考源带负载能力有限，因此可以带的BTS基站数量是有限的。如果增加无线基站数量，就需要额外增加GPS装置或更高精度的时钟源作为参考源，成本将大大增加。如果要在不增加参考源的情况下增加基站，就需要使用交换机等设备连接BTS基站，但交换机的使用会造成可靠性风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无线基站级联的实现边界时钟的方法和装置，通过在无线基站上实现边界时钟增加通信网络中无线基站的数量，解决了增加额外的高精度时钟参考源带来的基站建设成本高的问题，以及使用交换机等设备带来的可靠性差的问题。

根据本发明的一个方面，提供的一种实现IEEE1588协议中边界时钟的方法包括：

A)通过接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成并保存同步报文的接收时间戳T2；

B)通过解析所述同步报文，提取同步报文的发送时间戳T1；

C)向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，并生成和保存所述延时请求报文的发送时间戳T3；

D)接收并解析上一级BTS基站返回的含有接收所述延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，提取所述延时请求报文的接收时间戳T4；

E)根据所述时间戳T1、T2、T3和T4确定的Toffset，调整本地时钟。

所述步骤A)具体为：

接收来自上一级BTS基站的报文；

根据所述报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的接收时间戳；

解析所述报文，若所述报文是同步报文，则保存所述接收时间戳。

所述步骤B)具体为：

解析所述同步报文，得到所述同步报文的配置时钟模式；

若是一步时钟模式，则提取所述同步报文中含有的同步报文的发送时间戳；

若是两步时钟模式，则提取所述同步报文的下一条跟随报文中含有的同步报文的发送时间戳。

所述步骤C)具体为：

向上一级BTS基站发送报文；

根据所述报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的发送时间戳；

解析所述报文是延时请求报文，则保存所述发送时间戳。

所述步骤D)具体为：

接收来自上一级BTS基站的报文；

根据报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的接收时间戳；

解析所述报文，若所述报文是含有上一级BTS基站接收所述延时请求报文的接收时间戳的延时请求响应报文，则丢弃生成的接收时间戳，提取所述延时请求响应报文中的所述延时请求报文的接收时间戳。

所述Toffset与所述时间戳T1、T2、T3和T4满足如下关系：

$\mathrm{Toffset}=\frac{(T4-T3)+(T1-T2)}{2}$

本地时钟调整后，向一个或一个以上的下一级BTS基站发送同步报文。

根据本发明的另一个方面，提供的一种实现IEEE1588协议中边界时钟的装置包括：

时间戳生成及保存单元，用于通过接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成并保存同步报文的接收时间戳T2，通过向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成并保存所述延时请求报文的发送时间戳T3；

时间戳提取单元，用于通过解析上一级BTS基站发送的所述同步报文，提取同步报文或跟随报文中含有的同步报文的发送时间戳T1，并通过解析上一级BTS基站返回的含有接收所述延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，提取所述延时请求报文的接收时间戳T4；

时钟调整单元，用于根据所述时间戳T1、T2、T3和T4确定Toffset，并利用所述Toffset调整本地时钟。

所述装置还包括：

交换单元，用于在所述时间戳生成及保存单元和所述时间戳提取单元之间传递报文；

时间戳传递单元，用于把所述时间戳T2和所述时间戳T3传递给时钟调整单元。

所述时间戳生成及保存单元包括：

时间戳处理子单元，用于接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成同步报文的接收时间戳T2，并向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成所述延时请求报文的发送时间戳T3；

时间戳缓存子单元，用于缓存所述的同步报文的接收时间戳T2和所述延时请求报文的发送时间戳T3。

综上所述，本发明所述一种实现IEEE 1588边界时钟装置和方法，应用于无线基站级联，具有以下技术效果：

1、通过在无线基站中实现IEEE1588边界时钟，使一个高精度时钟参考源可以下挂更多的BTS基站，从而解决了增加主设备带来的基站建设成本高的问题，并且，避免了传统多个基站堆叠的应用环境下，使用交换机连接BTS基站带来的可靠性风险。

2、本发明采用报文与时间戳分开传递的方式，以及在报文传递的最底层打时间戳的方法，降低了报文传输延时对时间戳精度的影响，并且提高了高流量报文传输时的时间戳传递效率。

附图说明

图1是现有技术提供的常见的基站布局示意图；

图2是本发明提供的基站边界时钟组网方式示意图；

图3是本发明实施例提供的装置框图；

图4是本发明实施例提供的本地BTS基站实现从时钟功能的方法流程图；

图5是本发明实施例提供的本地BTS基站实现主时钟功能的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图2显示了本发明提供的基站边界时钟组网方式示意图，如图2所示，一个BTS基站与具有标准参考源的主时钟Master同步，同时，还可以为几个下一级的BTS基站做参考时钟，实现了边界时钟功能。其中，主时钟Master的时钟端口可以有多个逻辑端口或多个物理端口，从而可以做几个下一级BTS基站的参考时钟源。图2中，实现了边界时钟功能的BTS基站的一个从时钟端口与外部主时钟Master的其中一个时钟端口相连，用于接收上一级主时钟的同步报文等1588报文，使本地时钟与上一级主时钟同步，实现从时钟功能；同时该BTS基站还具有多个主时钟端口，可以与下一级BTS基站的从时钟端口相连，并向下一级BTS基站发送同步报文等1588报文，使下一级BTS基站可以和该BTS基站的时钟同步，实现主时钟功能。这种使用IEEE1588边界时钟实现无线基站级联的方法可以在不增加主设备的情况下，增加BTS基站的连接数量，从而大大降低基站建设成本；此外，设备的级联不再采用交换机，而是使用边界时钟的多个时钟端口，使时钟同步更加准确。

图3显示了本发明实施例提供的装置框图，如图3所示，装置包括时间戳生成及保存单元、时间戳传递单元、交换单元、组成协议栈处理模块的时间戳提取单元和时钟调整单元，其中：

所述时间戳生成及保存单元是报文传递的最底层，包括时间戳处理子单元和时间戳缓存子单元。所述时间戳处理子单元通过检测每一个经过的1588报文的帧前导，产生一个提取本地时间的标志，生成时间戳，当判断是需要生成时间戳的同步报文或延时请求报文时，将所述时间戳缓存到所述时间戳缓存子单元中供时钟调整单元读取，否则丢弃所述时间戳。所述时间戳生成及保存单元还需要缓存时钟标识和序列标识，用于与相应的报文一一对应。所述1588报文主要包括同步报文、跟随报文、延时请求报文和延时请求响应报文，其中，BTS基站实现主时钟功能时，同步报文的发送时间戳和延时请求报文的接收时间戳在所述时间戳处理子单元生成并在时间戳缓存子单元中缓存，BTS基站实现从时钟功能时，同步报文的接收时间戳和延时请求报文的发送时间戳在所述时间戳处理子单元生成并在时间戳缓存子单元中缓存。

所述时间戳提取单元是协议栈处理模块的时间戳提取部分，其接收并解析所述时间戳处理子单元通过交换单元传递的报文，并从报文中提取时间戳供时钟调整单元读取，同步报文的接收时间戳和延时请求报文的发送时间戳在时间戳提取单元中提取和缓存。

所述时钟调整单元是协议栈处理模块的时钟调整部分，用于从所述时间戳提取单元读取上一级BTS基站的同步报文的发送时间戳T1和延时请求报文的接收时间戳T4，通过所述时间戳传递单元读取时间戳缓存子单元内的同步报文的接收时间戳T2和延时请求报文的发送时间戳T3，并根据四个时间戳，确定Toffset，调整本地时钟。

所述装置的工作原理如下：

本地BTS基站的时间戳处理子单元通过从时钟端口接收上一级BTS基站发送的同步报文，检测该报文的帧前导，产生一个提取本地时间的标志，生成同步报文的接收时间戳T2，解析出接收的报文是同步报文后，把时间戳T2送入时间戳缓存子单元供时钟调整单元读取；时间戳提取单元通过交换单元收到时间戳处理子单元传递的同步报文，并解析该报文，根据解析得到的报文配置的时钟模式提取同步报文的发送时间戳T1。如果是一步时钟模式，则在同步报文中直接提取时间戳T1，如果是两步时钟模式，则在同步报文的下一条跟随报文中提取时间戳T1。

提取时间戳T1后，协议栈处理模块向上一级BTS基站发送延时请求报文，延时请求报文经过交换单元到达时间戳处理子单元，时间戳处理子单元检测报文的帧前导并形成一个提取本地时间的标志，生成该报文的发送时间戳T3，当解析出该报文是延时请求报文时，把该报文发送给上一级BTS基站，并把所述延时请求报文的发送时间戳T3存入时间戳缓存子单元供时钟调整单元读取。

接着，时间戳处理子单元接收上一级BTS基站发送的响应所述延时请求报文的包含延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，检测报文的帧前导并形成一个提取本地时间的标志，生成该报文的接收时间戳，当解析出该报文是延时请求响应报文时，丢弃生成的时间戳，并通过交换单元把该报文传递至时间戳提取单元，由时间戳提取单元解析该报文，并从中提取所述延时请求报文的接收时间戳T4，并存入缓存。

最后，所述时钟调整单元读取时间戳T1、T2、T3和T4，确定Toffset，调整本地时钟。

Toffset可以通过如下公式(1)确定：

$\mathrm{Toffset}=\frac{(T4-T3)+(T1-T2)}{2}---\left(1\right)$

假设本地BTS基站的时间与上一级BTS基站的时间之间存在Toffset，有公式(2)成立：

上一级BTS基站的时间＝本地BTS基站的时间+Toffset            (2)

本地BTS基站接收上一级BTS基站发送的同步报文，生成同步报文的接收时间戳T2，并从同步报文或下一条的跟随报文中提取同步报文的发送时间戳T1，此时可建立如下公式(3)：

T2＝T1+Td-Toffset                                          (3)

本地BTS基站向上一级BTS基站发送延时请求报文，生成延时请求报文的发送时间戳T3，然后，接收上一级BTS基站发送的包含延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，并提取时间戳T4，此时可建立如下公式(4)：

T3＝T4-Td-Toffset                                          (4)

其中，Td为报文在BTS基站间传输时的路径延时；使用公式(3)+公式(4)，即可得到公式(1)。

确定Toffset后，本地BTS基站的时间加上Toffset，实现本地BTS基站的时钟同步。

上述计算Toffset的方法不限于此，也可以利用四个时间戳经过各种其他算法计算Toffset。

本地时钟调节后，同步报文通过从时钟端口周期性发送给下一级BTS基站，该同步报文通过交换单元传递至时间戳处理子单元后，时间戳处理子单元检测报文的帧前导并形成一个提取本地时间的标志，生成同步报文的发送时间戳，当解析出该报文是同步报文时，保留所述时间戳；解析该报文，得到报文的配置时钟模式，如果是一步时钟模式，则把时间戳放入该同步报文中，如果是两步时钟模式，则把时间戳放入后续的跟随报文中发送给下一级BTS基站，并根据下一级BTS基站的响应情况，发送其它相关的报文，使下一级BTS基站完成时钟同步。

对于本发明所述的同步报文和延时请求报文，发送方需要记录准确的发送时间，接收方需要记录准确的接收时间，从而确定Toffset，实现时钟同步。

图4显示了本发明实施例提供的本地BTS基站实现从时钟功能的方法流程图，如图4所示：

S401：时间戳处理子单元检测从唯一的从时钟端口传递的报文的帧前导，并产生能够提取本地时间的标志；

S402：该标志提取本地时间，并生成时间戳保存下来；

S403：解析接收到的报文是否是同步报文，如果是同步报文，则进行S404，否则将保留的时间戳扔掉；

S404：把保存下来的时间戳送入时间戳缓存子单元，所述时间戳为同步报文的接收时间戳T2；

S405：协议栈处理模块通过交换单元得到并解析报文，如果解析的是同步报文，则会发起读取时间戳T2的命令，通过时间戳传递单元读取时间戳缓存子单元中的时间戳T2；

S406：协议栈处理模块解析同步报文，如果同步报文是一步时钟模式，则从同步报文里解析出关于上一级BTS基站发送同步报文的时间戳T1，如果是两步时钟模式，则从随后接收的跟随报文中提取时间戳T1并存入缓存；

S407：提取时间戳T1后，协议栈处理模块发送延时请求报文，通过交换单元到达时间戳处理子单元；

S408：时间戳处理子单元接收延时请求报文，并生成延时请求报文的发送时间戳T3，解析到是延时请求报文时，进行S409，否则，将保留的时间戳扔掉；

S409：将时间戳T3保存到时间戳缓存子单元，供协议栈处理模块通过时间戳传递单元从时间戳缓存子单元提取时间戳T3；

S410：协议栈处理模块接收并解析上一级BTS基站发送的延时请求响应报文，从中获取上一级BTS基站接收延时请求报文时的接收时间戳T4，并存入时间戳缓存子单元；

S411：读取T1、T2、T3和T4，确定Toffset，调整本地时钟。

图5显示了本发明实施例提供的本地BTS基站实现主时钟功能的方法流程图，如图5所示：

S501：协议栈处理模块通过主时钟端口周期性向下一级BTS基站发送同步报文，通过交换单元到达时间戳处理子单元；

S502：时间戳处理子单元检测报文的帧前导，并产生一个提取本地时间的标志，生成该报文的发送时间戳；

S503：如果解析的报文是同步报文，进行S504，否则把时间戳扔掉；

S504：根据该报文配置的时钟模式，把所述时间戳即同步报文的发送时间戳T1发送给下一级BTS基站；

如果是一步时钟模式，则把所述时间戳T1放入同步报文中；如果是两步时钟模式，则把所述时间戳T1放入随后的跟随报文，发送给下一级BTS基站；

S505：时间戳处理子单元接收下一级BTS基站发送的延时请求报文，生成该报文的接收时间戳；

S506：时间戳处理子单元解析报文是否是延时请求报文，如果是延时请求报文，则把所述时间戳即延时请求报文的接收时间戳T4放入时间戳缓存子单元，否则将所述时间戳丢弃；

S507：协议栈处理模块解析到是延时请求报文后，通过时间戳传递单元从时间戳缓存子单元中读取所述时间戳T4，并把所述时间戳放入延时请求响应报文中，通过交换单元、时间戳处理子单元和与下一级BTS基站相连的主时钟端口发送出去。

本地BTS基站做上一级BTS基站的从时钟时，可以按照附图4所示的步骤进行，做下一级BTS基站的主时钟时，可以按照附图5所示的步骤进行。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所做的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现边界时钟的方法，其特征在于，所述方法包括：

A)接收来自上一级基站收发台BTS基站的同步报文，生成并保存同步报文的接收时间戳T2；

B)解析所述同步报文，提取同步报文的发送时间戳T1；

C)向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成和保存所述延时请求报文的发送时间戳T3；

D)接收并解析上一级BTS基站返回的含有接收所述延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，提取所述延时请求报文的接收时间戳T4；

E)根据所述时间戳T1、T2、T3和T4确定的时钟偏差Toffset，调整本地时钟。

2.根据权利要求1所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：

接收来自上一级BTS基站的报文；

根据所述报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的接收时间戳；

解析所述报文，若所述报文是同步报文，则保存所述接收时间戳。

3.根据权利要求1所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，所述步骤B)具体为：

解析所述同步报文，得到所述同步报文的配置时钟模式；

若是一步时钟模式，则提取所述同步报文中含有的同步报文的发送时间戳；

若是两步时钟模式，则提取所述同步报文的下一条跟随报文中含有的同步报文的发送时间戳。

4.根据权利要求1所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，所述步骤C)具体为：

向上一级BTS基站发送报文；

根据所述报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的发送时间戳；

解析所述报文是延时请求报文，则保存所述发送时间戳。

5.根据权利要求1所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，所述步骤D)具体为：

接收来自上一级BTS基站的报文；

根据报文的帧前导，产生一个会提取本地时间的标志，生成所述报文的接收时间戳；

解析所述报文，若所述报文是含有上一级BTS基站接收所述延时请求报文的接收时间戳的延时请求响应报文，则丢弃生成的接收时间戳，提取所述延时请求响应报文中的所述延时请求报文的接收时间戳。

6.根据权利要求1所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，所述Toffset与所述时间戳T1、T2、T3和T4满足如下关系：

$\mathrm{Toffset}=\frac{(T4-T3)+(T1-T2)}{2}$

7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的实现边界时钟的方法，其特征在于，本地时钟调整后，向一个或一个以上的下一级BTS基站发送同步报文。

8.一种实现边界时钟的装置，其特征在于，包括：

时间戳生成及保存单元，用于通过接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成并保存同步报文的接收时间戳T2，通过向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成并保存所述延时请求报文的发送时间戳T3；

时间戳提取单元，用于通过解析上一级BTS基站发送的所述同步报文，提取同步报文或跟随报文中含有的同步报文的发送时间戳T1，并通过解析上一级BTS基站返回的含有接收所述延时请求报文的接收时间戳T4的延时请求响应报文，提取所述延时请求报文的接收时间戳T4；

时钟调整单元，用于根据所述时间戳T1、T2、T3和T4确定Toffset，并利用所述时钟偏差调整本地时钟。

9.根据权利要求8所述实现边界时钟的装置，其特征在于，装置还包括：

交换单元，用于在所述时间戳生成及保存单元和所述时间戳提取单元之间传递报文；

时间戳传递单元，用于把所述时间戳T2和所述时间戳T3传递给时钟调整单元。

10.根据权利要求8或9所述实现边界时钟的装置，其特征在于，所述时间戳生成及保存单元包括：

时间戳处理子单元，用于接收来自上一级BTS基站的同步报文，生成同步报文的接收时间戳T2，并向所述上一级BTS基站发送延时请求报文，生成所述延时请求报文的发送时间戳T3；

时间戳缓存子单元，用于缓存所述的同步报文的接收时间戳T2和所述延时请求报文的发送时间戳T3。

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