CN102013931A - 时间同步方法及系统、从属定时设备及主定时设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法及系统、从属定时设备及主定时设备。在上述方法中，从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧；从属时钟设备在接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；从属时钟设备向主时钟设备发送第二时间同步帧，同时锁定并记录第三时间戳；从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧；从属时钟设备根据第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳调整从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。根据本发明提供的技术方案，解决了现有TDM网络中，整网时间同步算法复杂、同步精度不高以及应用场景效果不佳的问题。

Description

时间同步方法及系统、从属定时设备及主定时设备

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种时间同步方法及系统、从属定时设备及主定时设备。

背景技术

在数字通信系统中，为了使各个数字设备之间都能准确无误地进行数据交换，要求系统内的各种数字设备时钟信号以相同频率和相位处理比特流，即整网同步通信。

同步方式有两种：频率同步和时间同步。其中，频率同步，是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行；时间同步在调控时钟的频率、相位基础上，将时钟的相位以数值表示，即在整网频率相同基础上，达到每个时刻所有设备的相位数值也完全相同。

在移动通信领域，由于CDMA/TD-SCDMA/CDMA2000采用同步基站技术，因此，需要做到时间同步。GSM虽然采用异步基站技术，只需要做频率同步，但随着运营商对有限频点利用率提升、对同频复用技术的需求，以及为减少网络间干扰，获得最大的频率跳变增益，提高切换成功率，也必须实现整网空口帧号同步，即时间同步。

目前为了实现时间同步，对于基于TDM(Time Division Multiplex and Multiplexer，时分复用和复用器)传输网的设备，一般都是基站通过增加GPS(Global Position System，全球定位系统)接收机来实现，这种方法不仅会增加组网成本和工程复杂度，并且，在某些特殊应用场景设备也可能无法接收GPS信号。随着IP技术的发展，出现了一些基于IP的时间同步方案，例如IEEE 1588、SNTP(Simple Network Time Protocol，简单网络时间协议)等，其中，SNTP时钟精度只能达到毫秒级别，IEEE1588方案恢复时钟精度高、但锁相时间受IP网络性能(例如，抖动、延时等)影响，并且，传输设备需要支持IEEE 1588的交换机、路由器等中间结点设备支持，相当于传输网络重新建设，成本较高。

在相关技术中提出的一种方案为：RNC和NodeB之间根据公共帧号计数器差值进行时间调整。由于该方案计算方法复杂，并且其同步精度只能达到毫秒级，因而对于需要相互严格相位同步的应用场景效果不佳。

第200710084873.5号中国专利申请则存在以下不足：由于对上游网元和下游网元之间延时计算方法没有考虑到上游网元对时间消息处理和发送新消息之间的不确定延时，仅根据下游网元发送、接收消息中时间差除2计算，同步时间精度不高，难以满足严格的同步要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种时间同步方法及系统、从属定时设备及主定时设备，用以解决现有TDM网络中，整网时间同步算法复杂、同步精度不高以及应用场景效果不佳的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种时间同步方法，用于时分复用TDM网络的整网时间同步。

根据本发明的时间同步方法，包括：

从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

从属时钟设备在接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

从属时钟设备向主时钟设备发送第二时间同步帧，同时锁定并记录第三时间戳；

从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，第四时间戳用于指示主时钟设备接收第二时间同步帧的时刻；

从属时钟设备根据上述第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳调整该从属时钟设备的本地时钟，保证与主时钟设备的时钟同步。

根据本发明的另一个方面，提供了一种从属时钟设备。

根据本发明的从属时钟设备包括：第一接收模块、第二时间戳锁定模块、第二发送模块、第三时间戳锁定模块、第三接收模块以及时钟调整模块，其中，

第一接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

第二时间戳锁定模块，用于在接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

第二发送模块，用于向主时钟设备发送第二时间同步帧；

第三时间戳锁定模块，用于在向主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；

第三接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中第四时间戳用于指示主时钟设备接收第二时间同步帧的时刻；

时钟调整模块，用于根据上述第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳调整从属时钟设备的本地时钟，保证与主时钟设备的时钟同步。

根据本发明的再一个方面，提供了一种主时钟设备。

根据本发明的主时钟设备，包括：第一发送模块、第一时间戳锁定模块、第二接收模块、第四时间戳锁定模块以及第三发送模块，其中，

第一发送模块，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

第一时间戳锁定模块，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；

第二接收模块，用于接收来自从属时钟设备的第二时间同步帧；

第四时间戳锁定模块，用于在接收来自从属时钟设备的携带第三时间戳的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；

第三发送模块，用于向从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，第四时间戳用于指示主时钟设备接收第二时间同步帧的时刻。

根据本发明的又一个方面，提供了一种时间同步系统，用于TDM网络的整网时间同步。

根据本发明的时间同步系统，包括：主时钟设备、从属时钟设备。其中，

主时钟设备包括：第一发送模块、第一时间戳锁定模块、第二接收模块、第四时间戳锁定模块以及第三发送模块，其中，第一发送模块，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；第一时间戳锁定模块，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；第二接收模块，用于接收来自从属时钟设备的第二时间同步帧；第四时间戳锁定模块，用于在接收来自从属时钟设备的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；第三发送模块，用于向从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，第四时间戳用于指示主时钟设备接收第二时间同步帧的时刻。

从属时钟设备包括：第一接收模块、第二时间戳锁定模块、第二发送模块、第三时间戳锁定模块、第三接收模块以及时钟调整模块，其中，第一接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；第二时间戳锁定模块，用于在接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；第二发送模块，用于向主时钟设备发送第二时间同步帧；第三时间戳锁定模块，用于在向主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；第三接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中第四时间戳用于指示主时钟设备接收第二时间同步帧的时刻；时钟调整模块，用于根据上述第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳调整从属时钟设备的本地时钟，保证与主时钟设备的时钟同步。

通过本发明的上述至少一个方案，通过锁定数据包实际收发时间点设置从属网络设备的时钟，从而实现TDM网络整网时间同步。相对于现有技术，本发明提供的技术方案对硬件底层接口进行时间信息发送和获取，不受单板软件运行状态影响，能准确地反映数据包实际收发时间点，从而达到算法处理简单、数据流量低、占用处理器资源少、时间同步精度高(可以达到纳秒量级)的效果。并且，可以和信令通道共享传输带宽，对正常业务影响较小，适用于CDMA、TD-SCDMA、GSM整网空口帧号同步等严格要求时间同步的应用场景。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例的时间同步方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的主时钟设备与从属时钟设备协商流程图；

图3是根据本发明实施例一的时间同步帧的结构示意图；

图4是根据本发明实施例二的时间同步帧发送时的处理流程图；

图5是根据本发明实施例二的时间同步帧发送流程图；

图6是根据本发明实施例三的时间同步帧接收时的处理流程图；

图7是根据本发明实施例三的时间同步帧接收流程图；

图8是根据本发明实施例四的时间同步帧的传输流程图；

图9是根据本发明实施例的从属时钟设备结构图；

图10是根据本发明实施例的主时钟设备结构图；

图11是根据本发明实施例的时间同步系统的系统示意图。

具体实施方式

功能概述

本发明实施例中，从属时钟设备通过接收主时钟设备发送的携带第一时间戳和第四时间戳的时间同步帧，并在接收或发送时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳和第三时间戳，跟据上述第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，调整从属时钟设备的本地时钟，保证与主时钟设备的时钟同步。

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组合。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明的实施例，首先提供了一种时间同步方法，用于时分复用TDM网络的整网时间同步。

图1是根据本发明实施例的时间同步方法的流程图，如图1所示，该方法的具体流程如下(步骤102-步骤110)：

步骤102、从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

在具体的实施过程中，主时钟设备和从时钟设备协商好时钟同步设置后，进入同步过程。主时钟设备按照约定，周期性发送时间同步帧(Synchronization Frame，Sync)，包含了一个时间戳(time stamp)t0，该时间戳在发送数据时通过硬件在帧时钟边沿从计时模块锁入，准确记录了数据的发出时间。

步骤104、从属时钟设备接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

在具体的实施过程中，从时钟设备在接收到Sync帧时，通过硬件在通讯帧时钟边沿从计时模块锁入接收时间t1，准确记录了数据的接收时间。

步骤106、从属时钟设备向主时钟设备发送第二时间同步帧，同时锁定并记录第三时间戳；

在具体的实施过程中，从时钟设备不定期发送延迟请求帧(Delay Request Frame，Delay_req)，在发送数据时通过硬件在通讯帧时钟边沿从计时模块锁入发送时间t2，准确记录了数据的发送时间。

步骤108、从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，第四时间戳用于指示主时钟设备接收到第二时间同步帧的时间；

在具体的实施过程中，主时钟设备在接收Delay_req帧时，通过硬件在帧时钟边沿从计时模块锁入接收时间t3，准确记录了数据的接收时间。随后发送延迟响应帧(Delay Request Frame，Delay_resp)，包含了时间戳t3。

步骤110、所述从属时钟设备根据所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳调整所述从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。

在具体的实施过程中，从时钟设备根据第一时间戳t0、第二时间戳t1、第三时间戳t2以及第四时间戳t3，计算出从时钟与主时钟时间偏差(Offset)及TDM网络传输延时(Delay)，算法如下：

t1-t0＝Delay+Offset；

t3-t2＝Delay-Offset

Delay＝(t1+t3一t0-t2)/2

Offset＝(t1+t2-t0-t3)/2

根据Offset的值，按照同步算法，对从时钟设备的时间进行调整。

在从属时钟设备接收第一时间同步帧之前，主时钟设备与从属时钟设备还需要协商消息发送周期、时间同步帧格式等，图2是根据本发明实施例的主时钟设备与从属时钟设备协商流程图，如图2所示，该流程包括(步骤202-步骤204)：

步骤202、从属时钟设备向主时钟设备发送时钟同步请求消息；

步骤204、从属时钟设备接收主时钟设备的时钟同步请求响应消息，其中，时钟同步请求响应消息中携带的信息包括：第一时间同步帧发送周期、时间同步帧格式，时间同步帧格式用于指示从属时钟设备和主时钟设备在发送时间同步帧时所采用的格式。

上述时间同步帧包括：帧头域、帧类型域、时间戳信息域以及CRC信息域，在具体的实施过程中，时间同步帧的各个域存储空间可以根据各域值存储长度设定。下面结合具体的实施例对时间同步帧进行详细描述。

实施例一

图3是根据本发明实施例一的时间同步帧的结构示意图，如图3所示，该实施例中的时间同步帧按照如下说明设置：

帧头域，存储空间1字节，用于指示当前传输的数据或信令帧为时间同步帧；

帧类型域，存储空间1字节，用于标记当前时间同步帧的帧类型，其中，帧类型包括：第一时间同步帧、第二时间同步帧、第三时间同步帧；

时间戳信息域，存储空间8字节，用于携带时间戳信息，其中，所述时间戳信息包括n(n为自然数)个字节的数据；

循环冗余CRC校验结果域，存储空间1字节，用于携带帧类型域的帧类型和时间戳信息域中的时间戳信息的CRC校验结果。

在从属时钟设备向主时钟设备协商消息发送周期、时间同步帧格式之前，主时钟设备还需要与外部GPS或UTC时钟同步。

由于在发送不同的时间同步帧时需要执行的操作会有所不同，因此，发送第一时间同步帧、第二时间同步帧以及第三时间同步帧的流程上会有所区别，下面结合具体的实施例对时间同步帧发送时的具体处理流程进行详细介绍。

实施例二

图4是根据本发明实施例二的时间同步帧发送时的处理流程图，如图4所示，在具体的实施过程中，第一时间同步帧标记为Sync，第二时间同步帧标记为Delay_Req、第三时间同步帧标记为Delay_Resp，具体处理流程如下：

Sync时间同步帧的发送时的处理流程为(步骤4101-步骤4105)：

步骤4101、在系统通讯帧时钟脉冲到达时，利用时钟边沿将本地时间t0锁入寄存器并记录为第一时间戳；

步骤4102、将Sync时间同步帧的帧类型域的值设置为Sync；

步骤4103、将Sync时间同步帧的时间戳信息域的值设置为第一时间戳t0；

步骤4104、设置发送状态为初始化状态，启动时间同步帧发送流程，发送Sync时间同步帧；

步骤4105、发送结束后判断发送状态是否为异常结束，如果为异常结束，则重新启动线路接口发送流程，否则则结束此次发送。

Delay_Req时间同步帧的发送处理流程为(步骤4201-步骤4205)：

步骤4201、在系统通讯帧时钟脉冲到达时，利用时钟边沿将本地时间t2锁入寄存器并记录为第二时间戳；

步骤4202、将Delay_Req时间同步帧的帧类型域的值设置为Delay_Req；

步骤4203、将Delay_Req时间同步帧的时间戳信息域的值设置为第二时间戳t2；

步骤4204、设置发送状态为初始化状态，启动时间同步帧发送流程，发送Delay_Req时间同步帧；

步骤4205、发送结束后判断发送状态是否为异常结束，如果为异常结束，则重新启动线路接口发送流程，反之则结束此次发送。

Delay_Resp时间同步帧的发送处理流程为(步骤4301-步骤4304)：

步骤4301、在系统通讯帧时钟脉冲到达时，将Delay_Resp时间同步帧的帧类型域的值设置为Delay_Resp；

步骤4302、将Delay_Resp时间同步帧的时间戳信息域的值设置为Delay_Req时间同步帧接收时刻，即第四时间戳t3；

步骤4303、设置发送状态为初始化状态，启动时间同步帧发送流程，发送Delay_Resp时间同步帧；

步骤4304、发送结束后判断发送状态是否为正常结束，如果为异常结束，则重新启动线路接口发送流程，反之则结束此次发送。

下面结合附图对上述步骤中提到的时间同步帧发送流程进行详细描述。

图5是根据本发明实施例二的时间同步帧发送流程图。针对上述步骤4104、步骤4204、步骤4303中的启动时间同步帧发送流程，在具体的实施过程中，如图5所示，流程以下步骤(步骤502-步骤514)，在本实施例中，时间戳信息域存储空间为8个字节，其中，上述发送状态定义为枚举集合：帧类型状态、时间戳i状态(i为自然数，且i不大于8)、CRC状态、正常结束状态以及异常结束状态，其中时间戳i状态表示当前需要发送时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节。

步骤502、在系统通讯帧时钟脉冲边沿到达时，判断是否需要发送时间同步帧，如果是则执行步骤504；否则，等待下一个通讯帧时钟脉冲边沿到达时，执行步骤502；

步骤504、读取当前发送状态，如果当前发送状态为初始化状态，则在发送时间同步帧的时隙发送时间同步帧的帧头域，并将发送状态设置为帧类型状态，回退至步骤502，否则，执行步骤506；

步骤506、如果当前发送状态为帧类型状态，则在相应时隙发送时间同步帧的帧类型域，并将发送状态设置为时间戳1状态，回退至步骤502，否则，执行步骤508；

步骤508、如果当前发送状态为时间戳1状态，则在相应时隙发送时间同步帧的时间戳信息域的第1个字节，并将发送状态设置为时间戳2状态回退至步骤502，否则，执行步骤510；

步骤510、如果当前发送状态为时间戳i状态，则在相应时隙依次发送时间同步帧的时间戳信息域的的第i个字节，在7个字节发送完毕之后，将发送状态设置为CRC状态，回退至步骤801，否则，执行步骤512；

步骤512、如果当前发送状态为CRC状态，则计算CRC校验和并保存在CRC校验结果域，发送该CRC校验结果域，并且将发送状态设置为正常结束状态，否则，执行步骤514。

步骤514、则将发送状态设置为异常结束状态。

由于在接收不同的时间同步帧时需要执行的操作会有所不同，因此，接收第一时间同步帧、第二时间同步帧以及第三时间同步帧的流程上会有所区别，下面结合具体的实施例对时间同步帧接收时的具体处理流程进行详细介绍。

实施例三

图6是根据本发明实施例三的时间同步帧接收时的处理流程图，如图6所示，在具体的实施过程中，第一时间同步帧标记为Sync，第二时间同步帧标记为Delay_Req、第三时间同步帧标记为Delay_Resp，具体处理流程如下：

Sync时间同步帧的接收处理流程为(步骤6101-步骤6103)：

步骤6101、在通讯帧时钟脉冲到达时，利用时钟脉冲边沿将所述从属时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第二时间戳t1；

步骤6102、设置接收状态为初始化状态，启动时间同步帧接收流程，接收来自主时钟设备的Sync时间同步帧，其中，Sync时间同步帧中携带第一时间戳t0；

步骤6103、保存第一时间戳t0、第二时间戳t1，送入算法区。

Delay_Req时间同步帧的接收处理流程为(步骤6201-步骤6202)：

步骤6201、在通讯帧时钟脉冲到达时，利用时钟脉冲边沿将所述主时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第四时间戳t3；

步骤6202、设置接收状态为初始化状态，主时钟设备启动时间同步帧接收流程，接收来自从属时钟设备的Delay_Req时间同步帧，其中，Delay_Req时间同步帧携带第三时间戳t2。

Delay_Resp时间同步帧的接收处理流程为(步骤6301-步骤6302)：

步骤6301、设置接收状态为初始化状态，从属时钟设备启动时间同步帧接收流程，接收来自所述主时钟设备的Delay_Resp时间同步帧，其中，Delay_Resp时间同步帧携带第四时间戳t3；

步骤6302、保存所述第三时间戳t2和第四时间戳t3，送入算法区。

下面结合附图对上述步骤中提到的时间同步帧接收流程进行详细描述。

图7是根据本发明实施例三的时间同步帧接收流程图。针对上述步骤6102、步骤6202、步骤6301中的启动时间同步帧接收流程，在具体的实施过程中，如图7所示，流程以下步骤(步骤702-步骤714)，在本实施例中，时间戳信息域存储空间为8个字节，其中，上述发送状态定义为枚举集合：帧类型状态、时间戳i状态(i为自然数，且i不大于8)、CRC状态、完成接收状态以及未完成接收状态，其中，时间戳i状态表示当前需要接收时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节。

步骤702、判断当前接收状态是否为接收初始化状态且时间同步帧所在时隙是否为时间同步帧帧头标记，如果是，将接收状态设置为帧类型状态，回退至步骤702，否则，执行步骤704；

步骤704、如果当前接收状态为帧类型状态，则将相应时隙接收数据保存为时间同步帧的帧类型域，并将接收状态设置为时间戳1状态，回退至步骤702，否则，执行步骤706；

步骤706、如果当前接收状态为时间戳1状态，则将相应时隙接收数据保存为时间同步帧的时间戳信息域的第1个字节，并将接收状态设置为时间戳2状态，回退至步骤702，否则，执行步骤708；

步骤708、如果当前接收状态为时间戳i状态，则在相应时隙接收数据保存为时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节，在7个字节接收完毕之后，将接收状态设置为CRC状态，回退至步骤702，否则执行步骤710；

步骤710、如果当前接收状态为CRC状态，则执行步骤712，否则执行步骤714；

步骤712、计算前面接收数据的CRC校验和，并在相应时隙接收时间同步帧的CRC检验结果域的数据，比较上述二者，如果二者相符则设置接收状态为完成接收状态，否则执行步骤714；

步骤714、将接收状态设置为未完成接收状态。

以下结合具体的实施例对上述时间同步方法进行具体的描述。

实施例四

图8是根据本发明实施例四的时间同步帧的传输流程图，如图2所示，调整从属时钟设备本地时间与主时钟设备的时间同步，具体流程如下(步骤802-步骤810)：

步骤802、主时钟设备向从属时钟设备发送第一时间同步帧SYNC，其中，SYNC中携带第一时间戳t0，t0的值为101；

步骤804、从属时钟设备接收SYNC的同时，锁定第二时间戳t1，t1的值为112；

步骤806、从属时钟设备向主时钟设备发送第二时间同步帧DELAY_REQ，同时锁定第三时间戳t2，t2的值为115，其中DELAY_REQ中携带t2；

步骤808、主时钟设备在接收DELAY_REQ的同时，锁定第四时间戳t3，t3的值为106，并向从属时钟设备发送第三时间同步帧DELAY_RESP，其中，DELAY_RESP携带t3；

步骤810、从属时钟设备根据t0、t1、t2以及t3，通过步骤110中记载的算法计算出从时钟与主时钟时间偏差(Offset)及TDM网络传输延时(Delay)，计算结果如下：

Delay＝(112+106-101-115)/2＝1；

Offset＝(112+115-101-106)/2＝10；

因此，从时钟设备的时间偏差为10，将从时钟当前时间减10，即可以和主时钟设备达到同步。在实际应用中，Offset还需要经过滤波算法去除抖动，根据系统特性调整本地时间校正值。

根据本发明实施例，还提供了一种从属时钟设备。

图9是根据本发明实施例的从属时钟设备结构图，如图9所示，该从属时钟设备包括：第一接收模块91、第二时间戳锁定模块92、第二发送模块93、第三时间戳锁定模块94、第三接收模块95以及时钟调整模块96，其中，

第一接收模块91，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

第二时间戳锁定模块92，用于在接收第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

第二发送模块93，用于向主时钟设备发送第二时间同步帧；

第三时间戳锁定模块94，用于在向主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；

第三接收模块95，用于接收来自主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

时钟调整模块96，用于根据第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳调整从属时钟设备的本地时钟，保证与主时钟设备的时钟同步。

在具体实施过程中，上述第一接收模块91与上述第三接收模块95可以分开设置，也可以合一设置，上述第二时间戳锁定模块92与上述第三时间戳锁定模块94可以分开设置，也可以合一设置。

根据本发明实施例，还提供了一种主时钟设备。

图10是根据本发明实施例的主时钟设备结构图，如图10所示，该主时钟设备包括：第一发送模块101、第一时间戳锁定模块102、第二接收模块103、第四时间戳锁定模块104、第三发送模块105，其中，

第一发送模块101，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，第一时间戳用于指示主时钟设备发送第一时间同步帧的时刻；

第一时间戳锁定模块102，用于向从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；

第二接收模块103，用于接收来自从属时钟设备的携带第三时间戳的第二时间同步帧；

第四时间戳锁定模块104，用于在接收来自从属时钟设备的携带第三时间戳的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；

第三发送模块105，用于向从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

在具体实施过程中，上述第一发送模块101与上述第三发送模块105可以分开设置，也可以合一设置，上述第一时间戳锁定模块102与上述第四时间戳锁定模块104可以分开设置，也可以合一设置。

优选地，该主时钟设备还包括：外部时钟同步模块106，用于主时钟设备与外部通用处理器共享GPS或UTC时钟同步。

根据本发明实施例，还提供了一种时间同步系统，用于TDM网络的整网时间同步。

图11是根据本发明实施例的时间同步系统的系统示意图。如图11所示，该系统包括：主时钟设备111、从属时钟设备112，其中，

主时钟设备111包括：第一发送模块1111，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；第一时间戳锁定模块1112，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；第二接收模块1113，用于接收来自所述从属时钟设备的携带第三时间戳的第二时间同步帧；第四时间戳锁定模块1114，用于在接收来自所述从属时钟设备的携带第三时间戳的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；第三发送模块1115，用于向所述从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

从属时钟设备112包括：第一接收模块1121，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；第二时间戳锁定模块1122，用于在接收所述第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；第二发送模块1123，用于向所述主时钟设备发送第二时间同步帧；第三时间戳锁定模块1124，用于在向所述主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；第三接收模块1125，用于接收来自所述主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；时钟调整模块1126，用于根据所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳调整所述从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。

如上所述，借助本发明实施例提供的技术方案，通过锁定数据包实际收发时间点设置从属网络设备的时钟，从而实现TDM网络整网时间同步。本发明实施例提供的算法处理简单、数据流量低、占用处理器资源少、时间同步精度高(可以达到纳秒量级)。并且，可以和信令通道共享传输带宽，对正常业务影响较小，适用于CDMA、TD-SCDMA、GSM整网空口帧号同步等严格要求时间同步的应用场景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种时间同步方法，用于时分复用TDM网络的整网时间同步，其特征在于，所述方法包括：

从属时钟设备接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；

所述从属时钟设备在接收所述第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

所述从属时钟设备向所述主时钟设备发送第二时间同步帧，同时锁定并记录第三时间戳；

所述从属时钟设备接收来自所述主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

所述从属时钟设备根据所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳调整所述从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述从属时钟设备接收所述第一时间同步帧之前，所述方法还包括：

所述从属时钟设备向所述主时钟设备发送时钟同步请求消息；

所述从属时钟设备接收所述主时钟设备响应于所述时钟同步请求消息的时钟同步请求响应消息，其中，所述时钟同步请求响应消息中携带的信息包括：所述第一时间同步帧发送周期、时间同步帧格式，其中，所述时间同步帧格式用于指示所述从属时钟设备和所述主时钟设备在发送时间同步帧时所采用的格式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述从属时钟设备向主时钟设备发送时钟同步请求消息之前，所述方法还包括：

主时钟设备与外部GPS或UTC时钟同步。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时间同步帧格式包括：帧头域、帧类型域、时间戳信息域以及CRC信息域，其中，

帧头域，用于指示当前传输的数据或信令帧为时间同步帧；

帧类型域，用于标记当前时间同步帧的帧类型，其中，所述帧类型包括：第一时间同步帧、第二时间同步帧、第三时间同步帧；

时间戳信息域，用于携带时间戳信息，其中，所述时间戳信息包括n(n为自然数)个字节的数据；

循环冗余CRC校验结果域，用于携带所述帧类型域的帧类型和时间戳信息域中的时间戳信息的CRC校验结果。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主时钟设备发送第一时间同步帧，包括：

在通讯帧时钟脉冲到达时，利用所述通讯帧时钟脉冲边沿将所述主时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第一时间戳；

设置所述第一时间同步帧，将所述第一时间同步帧的时间戳信息域的值设置成所述第一时间戳；

设置发送状态为初始化状态，所述主时钟设备启动时间同步帧发送流程，向所述从属时钟设备发送所述第一时间同步帧；

判断发送状态是否为异常结束，如果发送状态为异常结束，则重新启动所述时间同步帧发送流程，否则结束第一时间同步帧发送。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从属时钟设备向所述主时钟设备发送第二时间同步帧，包括：

在通讯帧时钟脉冲到达时，利用所述通讯帧时钟脉冲边沿将所述从属时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第三时间戳；

设置所述第二时间同步帧，将所述第二时间同步帧的时间戳信息域的值设置成所述第三时间戳；

设置发送状态为初始化状态，所述从属时钟设备启动时间同步帧发送流程，向所述主时钟设备发送所述第二时间同步帧；

判断发送状态是否为异常结束，如果发送状态为异常结束，则重新启动所述时间同步帧发送流程，否则结束第二时间同步帧发送。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主时钟设备发送第三时间同步帧，包括：

设置所述第三时间同步帧，将所述第三时间同步帧的时间戳信息域的值设置成所述第四时间戳；

设置发送状态为初始化状态，所述主时钟设备启动时间同步帧发送流程，向所述从属时钟设备发送所述第第三时间同步帧；

判断发送状态是否为异常结束，如果发送状态是否为异常结束，则重新启动所述时间同步帧发送流程，否则结束第三时间同步帧发送。

8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述发送状态包括：初始化状态、帧类型状态、时间戳i状态、CRC状态、正常结束状态以及异常结束状态，其中，所述时间戳i状态表示当前需要发送时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节，所述i为自然数，且i不大于n。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对于待发送的所述第一时间同步帧、第二时间同步帧或所述第三时间同步帧，所述时间同步帧发送流程包括：

步骤901、在通讯帧时钟脉冲边沿到达时，判断是否需要发送时间同步帧，如果是，则执行步骤902；否则，等待下一个通讯帧时钟脉冲边沿到达时，执行步骤901；

步骤902、读取当前发送状态，如果当前发送状态为初始化状态，则在发送时间同步帧的时隙发送所述待发送时间同步帧的帧头域，并将发送状态设置为帧类型状态，指示下一次发送所述待发送时间同步帧的帧类型域，回退至步骤901，否则，执行步骤903；

步骤903、如果当前发送状态为帧类型状态，则在相应时隙发送所述待发送时间同步帧的帧类型域，并将发送状态设置为时间戳1状态，指示下一次发送所述待发送时间同步帧的时间戳信息域的第一个字节，回退至步骤901，否则，执行步骤904；

步骤904、如果当前发送状态为时间戳i(i＜n)状态，则在相应时隙发送所述时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节，并将发送状态设置为时间戳i+1状态，指示下一次发送所述待发送时间同步帧的时间戳信息域的第i+1个字节，回退至步骤901，否则，执行步骤905；

步骤905、如果当前发送状态为时间戳n状态，则在相应时隙发送所述时间戳信息域的第n个字节，并将发送状态设置为CRC状态，指示下一次发送所述待发送时间同步帧的CRC校验结果域，回退至步骤901，否则，执行步骤906；

步骤906、如果当前发送状态为CRC状态，则计算发送的所述待发送时间同步帧的CRC校验结果域的值，并在相应时隙发送所述CRC校验结果域，并将发送状态设置为正常结束状态，否则，执行步骤907；

步骤907、将所述发送状态设置为异常结束状态。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从属时钟设备接收来自所述主时钟设备的第一时间同步帧，包括：

在通讯帧时钟脉冲到达时，利用所述通讯帧时钟脉冲边沿将所述从属时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第二时间戳；

设置接收状态为初始化状态，所述从属时钟设备启动时间同步帧接收流程，接收来自所述主时钟设备的第一时间同步帧，其中，所述第一时间同步帧Sync中携带第一时间戳；

保存所述第一时间戳和第二时间戳。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主时钟设备接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧，包括：

在通讯帧时钟脉冲到达时，利用所述通讯帧时钟脉冲边沿将所述主时钟设备的本地时间锁入寄存器，并记录为第四时间戳；

设置接收状态为初始化状态，所述主时钟设备启动时间同步帧接收流程，接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧。

12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从属时钟设备接收来自所述主时钟设备的第三时间同步帧，包括：

设置接收状态为初始化状态，所述从属时钟设备启动时间同步帧接收流程，接收来自所述主时钟设备的第三时间同步帧，其中，所述第三时间同步帧中携带第四时间戳；

保存所述第三时间戳和第四时间戳。

13.根据权利要求10至12任一项所述的方法，其特征在于，所述接收状态包括：初始化状态、帧类型状态、时间戳i状态、CRC状态、完成接收状态以及未完成接收状态，其中，所述时间戳i状态表示当前需要接收时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节，所述i为自然数，且i不大于n。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述时间同步帧接收流程，包括：

步骤1401、在通讯帧帧时钟脉冲边沿到达时，判断当前接收状态是否为接收初始化状态且当前时隙是否为所述待接收的时间同步帧的帧头标记，如果是，将接收状态设置为帧类型状态，指示下一次接收所述待接收时间同步帧的帧类型域，回退至步骤1401，否则，执行步骤1402；

步骤1402、如果当前接收状态为帧类型状态，则将相应时隙接收数据保存为所述待接收时间同步帧的帧类型域的值，并将接收状态设置为时间戳1状态，指示下一次接收所述待接收时间同步帧的时间戳信息域的第一个字节，回退至步骤1401，否则，执行步骤1403；

步骤1403、如果当前接收状态为时间戳i(i＜n)状态，则将相应时隙接收数据保存为所述待接收时间同步帧的时间戳信息域的第i个字节，并将接收状态设置为时间戳i+1状态，指示下一次接收所述待接收时间同步帧的时间戳信息域的第i+1个字节，回退至步骤1401，否则，执行步骤1404；

步骤1404、如果当前接收状态为时间戳n状态，则在相应时隙接收所述时间戳信息域的第n个字节，并将接收状态设置为CRC状态，指示下一次接收所述待接收时间同步帧的CRC校验结果域，回退至步骤1401，否则，执行步骤1405；

步骤1405、如果当前接收状态为CRC状态，则将相应时隙接收到的数据保存为所述待接收的时间同步帧的CRC校验结果域的值，执行步骤1406，否则，执行步骤1407；

步骤1406、根据接收到的帧类型域的值以及时间戳信息域的值计算CRC校验结果，如果所述计算的CRC校验结果与所述的接收的CRC校验结果域的值相同，则设置接收状态为完成接收状态，否则，执行步骤1407；

步骤1407、将所述接收状态设置为未完成接收状态。

15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，调整所述从属时钟设备的时钟，包括：

所述从属时钟设备根据所述从属时钟设备的调整模块中存储的所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳，计算从属时钟设备与主时钟设备的时间偏差、网络传输时延；

根据所述从属时钟设备与主时钟设备的时间偏差、网络传输时延调整所述从属时钟设备的本地时钟。

16.一种从属时钟设备，其特征在于，包括：

第一接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；

第二时间戳锁定模块，用于在接收所述第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

第二发送模块，用于向所述主时钟设备发送第二时间同步帧；

第三时间戳锁定模块，用于在向所述主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；

第三接收模块，用于接收来自所述主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

时钟调整模块，用于根据所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳调整所述从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。

17.一种主时钟设备，其特征在于，包括：

第一发送模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；

第一时间戳锁定模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；

第二接收模块，用于接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧；

第四时间戳锁定模块，用于在接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；

第三发送模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻。

18.根据权利要求17所述的主时钟设备，其特征在于，所述主时钟设备还包括：

外部时钟同步模块，用于所述主时钟设备与外部GPS或UTC时钟同步。

19.一种时间同步系统，用于TDM网络的整网时间同步，其特征在于，包括：

主时钟设备，包括：

第一发送模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；

第一时间戳锁定模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第一时间戳的第一时间同步帧的同时，锁定并记录第一时间戳；

第二接收模块，用于接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧；

第四时间戳锁定模块，用于在接收来自所述从属时钟设备的第二时间同步帧的同时，锁定并记录第四时间戳；

第三发送模块，用于向所述从属时钟设备发送携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

从属时钟设备，包括：

第一接收模块，用于接收来自主时钟设备的携带第一时间戳的第一时间同步帧，其中，所述第一时间戳用于指示所述主时钟设备发送所述第一时间同步帧的时刻；

第二时间戳锁定模块，用于在接收所述第一时间同步帧的同时，锁定并记录第二时间戳；

第二发送模块，用于向所述主时钟设备发送第二时间同步帧；

第三时间戳锁定模块，用于在向所述主时钟设备发送第二时间同步帧的同时，锁定并记录第三时间戳；

第三接收模块，用于接收来自所述主时钟设备的携带第四时间戳的第三时间同步帧，其中，所述第四时间戳用于指示所述主时钟设备接收所述第二时间同步帧的时刻；

时钟调整模块，用于根据所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳调整所述从属时钟设备的本地时钟，保证与所述主时钟设备的时钟同步。

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