CN101997671A

CN101997671A - 一种主从时钟设备的时钟同步方法及系统

Info

Publication number: CN101997671A
Application number: CN2010105589404A
Authority: CN
Inventors: 常伟; 廖俊锋; 李福军
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: CN101997671B; WO2012068844A1

Abstract

本发明公开了一种主从时钟设备的时钟同步方法及系统，所述方法包括：从时钟设备请求授权时，在发送的组播请求授权报文中携带请求服务的类型以及预先分配的逻辑组ID；同一逻辑组的主时钟设备收到请求授权报文后，向从时钟设备发送单播的授权响应报文，并根据请求服务的类型向从时钟设备发送相应的服务报文。与现有技术相比，本发明实现了主从时钟设备的动态部署，通过PTP协议交互，实现主从设备IP地址的动态告知，并且支持主从时钟设备的分组，提高了网元架构设计方案的灵活性。

Description

一种主从时钟设备的时钟同步方法及系统

技术领域

本发明涉及时钟同步技术领域，尤其涉及一种主从时钟设备的时钟同步方法及系统。

背景技术

移动网络对高精度时钟同步有严格要求，时钟同步的目的是将网络中各节点的时钟同步到同一基准。基于FDD（Frequency Division Duplex，频分双工）的无线系统如UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）要求各节点间保持频率同步，而基于TDD(Time Division Duplex，时分双工)的无线系统如TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）/CDMA2000等则要求时钟频率和相位的同步。

目前移动网络中时钟同步较多采用GPS（Global Positioning System，全球定位系统）授时的方法，但GPS授时存在成本高，安装困难（需要120度净空要求等），且存在不可用的风险。在2002年出现的IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会）1588标准，即网络化测量和控制系统的精确时钟同步协议（Precision Time Protocol，简称为PTP），提供了网络内时钟同步的方案，可以实现网络内其他时钟与网络内最精确时钟保持同步，因此PTP可以成为GPS的替代方案。

PTP协议主要通过主时钟设备（Master time）和从时钟设备（Slave time）设备之间PTP报文交互来实现时间同步。如图1所示，PTP协议中定义了四种报文：同步报文（Sync），跟随报文（Follow_up），延时请求报文（Delay_req）和延时应答报文（Delay_resp）。PTP系统中的从时钟设备利用这四种报文，从中获得时间戳，确定与主时钟设备的时间偏差来调整自己的时钟。其中，t1为主时钟设备发送同步报文的时间；t2为从时钟设备接收到同步报文的时间；t3为从时钟设备发送延迟请求报文的时间；t4为主时钟设备接收到延迟请求报文的时间。则主从时钟设备间的时间偏差Offset和网络传输Delay存在如下关系：

t2-t1=Delay+Offset；

t4-t3=Delay-Offset。

由上可知，时间偏差Offset=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2，因此，从时钟设备可以根据计算得到的Offset即主从之间的相位差来调整自己的本地时钟，从而达到主从时钟设备同步的目的。

PTP协议规定了主时钟设备和从时钟设备之间可以通过单播的或者组播的UDP报文两种方式来交互。

目前，当一个网络中有多个主时钟设备和从时钟设备时，主要有以下两种部署方式：

（1）在每个主上配置需要与其相连的每个从时钟设备的IP地址，在从时钟设备上配置为其提供时钟服务的主时钟设备的IP地址，主时钟设备通过单播的方式与从时钟设备进行报文交互。

这种方式下，一旦主时钟设备的IP地址发生变化，就需要手工去同步每个从时钟设备的IP地址。

（2）为每个时钟设备配置一个组播地址，主时钟设备和从时钟设备加到同一组播组内，主时钟设备通过组播的方式与从时钟设备进行报文交互。

这种方式下，只需要主时钟设备定时在组播组内发组播的sync报文即可，而无需知道从时钟设备的IP地址等网络属性。由于协议已经规定了组播组，如果网络内有多个主时钟设备同时组播，则在部署时就需要在物理上将每个主时钟设备和其所服务的从时钟设备作为一个组隔离开来，否则将会造成从时钟设备收到多个主时钟设备的组播报文，时间无法同步，并且网络上大量组播报文，也容易引起网络堵塞。

综上所述，上述两种传统的方式在部署上都缺少灵活性，增加了运维成本，并且也给工程的实施带来巨大的困难。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种主从时钟设备的时钟同步方法及系统，实现基于PTP协议的主从时钟设备的时钟同步。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种主从时钟设备的时钟同步方法，所述方法包括：

从时钟设备请求授权时，在发送的组播请求授权报文中携带请求服务的类型以及预先分配的逻辑组ID；

同一逻辑组的主时钟设备收到所述请求授权报文后，向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文，并根据所述请求服务的类型向所述从时钟设备发送相应的服务报文。

进一步地，所述方法还包括：

预先对所有主时钟设备和从时钟设备进行逻辑分组，并分配相应的逻辑组ID，其中每个逻辑组中至少包含一个主时钟设备。

进一步地，所述同一逻辑组的主时钟设备收到所述请求授权报文时，记录所述从时钟设备的IP地址，并根据记录的IP地址向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文。

进一步地，所述方法还包括：

所述从时钟设备收到所述授权响应报文时，记录所述主时钟设备的IP地址；

所述从时钟设备所请求的服务到期后，根据记录的所述主时钟设备的IP地址重新向所述主时钟设备发送单播的请求授权报文。

进一步地，所述请求服务的类型包括如下一种或其任意组合：通知（Announce）请求授权，同步（Sync）请求授权，延时应答（Delay_resp）请求授权。

进一步地，所述方法还包括：

所述从时钟设备发送所述请求授权报文后，如果在设定的时间内没有收到主时钟设备的授权响应报文或服务报文，和/或在从时钟设备的IP地址发生变化时，重新发送所述请求授权报文。

进一步地，所述从时钟设备通过所述请求授权报文的头部预留字段携带所述逻辑组ID。

本发明还提供了一种主从时钟设备的时钟同步系统，所述系统包括：从时钟设备中的授权请求发起单元，和主时钟设备中的授权请求处理单元，其中，

所述授权请求发起单元，用于从时钟设备请求授权时发送组播的请求授权报文，并在发送的所述请求授权报文中携带请求服务的类型以及预先分配的逻辑组ID；其中，所述请求服务的类型包括如下一种或其任意组合：Announce请求授权，Sync请求授权，Delay_resp请求授权；

所述授权请求处理单元，用于根据收到的所述请求授权报文中携带的所述逻辑组ID，如果判断出是同一逻辑组，则向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文，并根据所述请求服务的类型向所述从时钟设备发送相应的服务报文。

进一步地，所述系统还包括逻辑分组单元，用于预先对所有主时钟设备和从时钟设备进行逻辑分组，并分配相应的逻辑组ID，其中每个逻辑组中至少包含一个主时钟设备。

进一步地，所述授权请求处理单元还用于，根据所述逻辑组ID，如果判断出是同一逻辑组，则记录所述从时钟设备的IP地址，并根据记录的IP地址向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文；

所述授权请求发起单元还用于，收到所述授权响应报文时，记录所述主时钟设备的IP地址，并在所请求的服务到期后，根据记录的所述主时钟设备的IP地址重新向所述主时钟设备发送单播的请求授权报文。

进一步地，所述授权请求发起单元还用于，发送所述请求授权报文后，如果在设定的时间内没有收到主时钟设备的授权响应报文或服务报文，则重新发送所述请求授权报文；和/或，在从时钟设备的IP地址发生变化时，重新发送所述请求授权报文。

进一步地，所述授权请求发起单元还用于，通过所述请求授权报文的头部预留字段携带所述逻辑组ID。

采用本发明技术方案，与现有技术相比，实现了主从时钟设备的动态部署，通过PTP协议交互，实现主从设备IP地址的动态告知，并且支持主从时钟设备的分组，提高了网元架构设计方案的灵活性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为PTP协议主从时钟设备PTP报文交互示意图；

图2为依据本发明实施例一的PTP协议的BSS架构图；

图3为依据本发明实施例二的主从时钟设备交互信令示意图；

图4为依据发明实施例三的从时钟设备PTP的处理流程示意图；

图5依据为发明实施例四的主时钟设备PTP的处理流程示意图；

图6为PTP协议头部字段结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，首先，在网络中从逻辑上给主从时钟设备划分逻辑组，给每个主从设备配置自己所属的组号，在报文交互的过程中使用PTP协议中的保留字段来区分哪些报文需要自己响应，这就解决了背景技术中提到的第二种部署方案多个主从时钟设备无法区分的问题；在配置完逻辑分组的基础上，从时钟设备定期向主时钟设备发送组播的请求授权的PTP报文，主时钟设备收到后可以根据PTP报文中所带的逻辑组号，来决定是否需要给该从时钟设备提供时钟同步服务，如果是，则以单播的方式发送授权报文，并同时保存从时钟设备的IP地址，从时钟设备收到授权后，从授权报文中获取主时钟设备的IP地址并保存，主从时钟设备之间通过这种交互方式来学习对端的IP地址，从而解决了背景技术中提到的第一种部署方案中需要手工配置和维护每个设备IP信息的缺点。

由于这种交互方式是在开始协商时使用组播，在真正时钟同步服务交互时是采取单播，因此，大大减少了组播报文的数量，并且根据组号来判断是否需要响应，不会造成网络上大量组播报文，引起网络堵塞的问题。

基于上述思想，本发明提供一种主从时钟设备的时钟同步方法，具体采用以下技术方案：

其中，所述请求服务的类型包括如下一种或其任意组合：通知（Announce）请求授权，Sync请求授权，Delay_resp请求授权。

其中，所述方法还包括：

对所有主时钟设备和从时钟设备进行逻辑分组，并预先分配相应的逻辑组ID，其中每个逻辑组中至少包含一个主时钟设备。

进一步地，其他逻辑组的主时钟设备收到所述组播的请求授权报文时，根据其中包含的逻辑组ID判断出不是同一个逻辑组，则丢弃所述请求授权报文。

进一步地，所述同一逻辑组的主时钟设备收到所述请求授权报文时，记录所述从时钟设备的IP地址，并根据记录的IP地址向所述从时钟设备发送所述授权响应报文。

进一步地，所述从时钟设备收到所述授权响应报文后，记录所述主时钟设备的IP地址；并在所请求的服务到期后，根据记录的所述主时钟设备的IP地址重新向所述主时钟设备发送单播的请求授权报文。

进一步地，所述方法还包括：

所述从时钟设备发送请求授权报文后，如果在设定的时间内没有收到主时钟设备的授权响应报文或服务报文，则重新发送所述请求授权报文。

进一步地，所述方法还包括：

所述从时钟设备的IP地址发生变化后，重新发送所述请求授权报文。

为了便于阐述本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明技术方案的实施作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本实施例中以移动通信BSS（Base Station System，基站子系统）为例，介绍本发明的PTP动态部署方案。

如图2所示，当多个BSS的网元BTS（Base Station Transceiver，基站收发台）与BSC（Base Station Controller，基站控制器）相连时，由其中的某些BTS接GPS作为主时钟设备，为其他BTS基站提供时间同步服务。

第一步，将所有BTS从逻辑上划分组，每个组内保证至少有一个BTS接GPS作为主时钟设备。

其中，划分的逻辑组之间的设备没有重叠，即，主时钟设备或者从时钟设备只能属于逻辑一个组，而不能同时属于多个逻辑组。本实施例中，如图2所示划分成两个组，分别为组一和组二。

第二步，为每个BTS配置逻辑组ID即Group1或者Group2，并同时配置其PTP相关时钟参数（主要包括但不仅限于时钟质量、时钟域等设备固有的参数）。

第三步，作为从时钟设备的BTS在上电后周期发送组播的请求授权PTP报文，在PTP报文内带上自己的组号，以及请求服务的类型；

具体地，可以使用PTP报文头部的预留字段带上所述组号，如图6中所示的reserved字段。

第四步，由于从时钟设备发送的是组播报文，因此所有BTS基站都能收到该请求，当作为主时钟设备的BTS收到该请求授权的PTP报文后，从PTP报文头部取出逻辑组号，根据逻辑组号判断该从时钟设备是否与自己是同一个逻辑组内的，如果是，则从IP报文中取出IP地址，记录该从时钟设备的BTS的IP地址，给该从时钟设备回应单播的授权响应PTP报文，如果不是则丢弃报文，不记录任何信息。

第五步，同时，作为主时钟设备的BTS还根据请求服务的类型，向从时钟设备提供相应的服务内容，即发送响应的服务报文。

第六步，作为从时钟设备的BTS收到主时钟设备的授权响应PTP报文后，从报文中取出主时钟设备的IP地址并记录下来；并根据主时钟设备发送的服务报文，主从时钟设备之间开始时钟同步。

第七步，作为从时钟设备的BTS在所请求的授权服务到期后，根据记录的主时钟设备的IP地址，向主时钟设备重新发送单播的请求授权报文。

在这种部署方式下，当发生BTS基站的IP地址变化时，有以下两种情况：

（1）作为主时钟设备的BTS基站的IP地址发生变化，例如由IP0变成IP1时，作为从时钟设备的BTS基站判断在一段时间内收不到来自主时钟设备的IP地址为IP0的授权响应报文或同步服务报文，就跳转上述步骤中的第一步，重新发送组播的请求授权报文，从而来实现动态获取主时钟设备IP地址。

（2）作为从时钟设备BTS基站的IP地址发生变化，该从时钟设备会重新发送组播请求授权报文，直接执行上述步骤中的第一步，这样主时钟设备也能重新获取到从时钟设备的IP地址。

实施例二

图3示出了本发明实施例的主从时钟设备实现时钟同步的交互信令流程，如图3所示，该流程具体描述如下：

步骤1，从时钟设备周期发送组播的请求授权PTP报文，在PTP报文内带上自己的组号，使用PTP报文头部的预留字段；同时，还在PTP报文中携带同步（Sync）请求授权服务信息。

步骤2，主时钟设备收到该从时钟设备的组播请求授权PTP报文后，从PTP报文内取出组号，根据组号判断该从时钟设备是否与自己是同组的，如果是，则记录该从时钟设备的IP地址，给该从时钟设备回应单播的授权的PTP报文。

步骤3，主时钟设备开始向从时钟设备发送单播的Sync时钟同步报文，主从之间开始时钟同步。

其中，步骤2中，从时钟设备收到授权的PTP报文后，记录报文中的主时钟设备的IP地址，此后，当从时钟设备所请求的授权服务到期后，将向主时钟设备重新发送单播的请求授权报文。

实施例三

图4为依据本发明实施例的从时钟设备PTP模块实现同步过程的示意图，如图4所示，该过程具体描述如下：

步骤1，从时钟设备定时发送组播的请求授权报文；

步骤2，主时钟设备判断收到授权报文是否和自己是同一组的，如果是，则执行下一步骤3，否则，返回步骤1；

步骤3，记录主时钟设备的IP地址；

步骤4，判断是否收到时钟同步服务报文，如果是，则执行下一步骤5，否则，返回步骤1；

步骤5，从时钟设备根据收到的时钟同步服务报文同步本地时钟。

步骤6，从时钟设备在所请求的授权服务到期后，重新向主时钟设备发送单播的请求授权报文。

实施例四

图5为依据本发明实施例的主时钟设备PTP模块实现同步过程的示意图，如图5所示，该过程具体描述如下：

步骤1，主时钟设备收到组播的请求授权报文，在该请求授权报文中包含逻辑组ID，并在该请求授权报文中包含请求服务的类型信息，例如时钟同步服务请求的相关信息；

其中，请求服务的类型信息可以包括Announce请求授权，Sync请求授权，Delay_resp请求授权中的其中一种，也可以包括其中任意2种请求授权信息，还可以包括全部3种请求授权。

步骤2，主时钟设备判断收到的请求授权报文是否和自己是同一组的，如果是，则执行下一步骤3，否则，返回步骤1。

步骤3，主时钟设备为该从时钟设备新建一个逻辑端口，在端口中记录从时钟设备报文中所包含的信息，包括从时钟设备的IP地址，还包括主时钟设备发送时钟同步报文的间隔时间，持续时间等信息。

步骤4，主时钟设备向该从时钟设备发送单播的授权响应报文，同时发送时钟同步服务报文。

本实施例中，主时钟设备收到请求授权报文时，判断如果是需要给予授权，则直接回应授权响应报文；同时，主时钟设备会根据步骤1中从时钟设备发送的请求授权报文中包含的时钟同步服务请求的相关信息，开始发送时钟同步服务报文。主时钟设备在收到从时钟设备的请求授权报文后，为其新建一个逻辑端口，在端口中记录从时钟设备报文中所带的信息，这里不光包括IP地址，还有后续主时钟设备发送时钟同步报文的间隔时间，持续时间等信息，当主时钟设备在一段时间内没有收到来自从时钟设备的PTP报文时，则将该逻辑端口删除。

此外，本发明实施例中还提供了一种主从时钟设备的时钟同步系统，该系统主要包括：从时钟设备中的授权请求发起单元，和主时钟设备中的授权请求处理单元，其中，

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

Claims

1.一种主从时钟设备的时钟同步方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述同一逻辑组的主时钟设备收到所述请求授权报文时，记录所述从时钟设备的IP地址，并根据记录的IP地址向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，

所述请求服务的类型包括如下一种或其任意组合：通知（Announce）请求授权，同步（Sync）请求授权，延时应答（Delay_resp）请求授权。

6.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从时钟设备通过所述请求授权报文的头部预留字段携带所述逻辑组ID。

8.一种主从时钟设备的时钟同步系统，其特征在于，所述系统包括：从时钟设备中的授权请求发起单元，和主时钟设备中的授权请求处理单元，其中，

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括逻辑分组单元，用于预先对所有主时钟设备和从时钟设备进行逻辑分组，并分配相应的逻辑组ID，其中每个逻辑组中至少包含一个主时钟设备。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述授权请求处理单元还用于，根据所述逻辑组ID，如果判断出是同一逻辑组，则记录所述从时钟设备的IP地址，并根据记录的IP地址向所述从时钟设备发送单播的授权响应报文；

11.如权利要求8、9或10所述的系统，其特征在于，

所述授权请求发起单元还用于，发送所述请求授权报文后，如果在设定的时间内没有收到主时钟设备的授权响应报文或服务报文，则重新发送所述请求授权报文；和/或，在从时钟设备的IP地址发生变化时，重新发送所述请求授权报文。

12.如权利要求8、9或10所述的系统，其特征在于，

所述授权请求发起单元还用于，通过所述请求授权报文的头部预留字段携带所述逻辑组ID。