CN102013969A - 一种实现时间同步的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现时间同步的方法及装置，包括：为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址；时钟芯片将时钟专用地址作为从时钟设备上的从时钟端口的地址，在进行时间同步时，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互。本发明通过在时钟芯片上设置一个时钟专用地址，采用该时钟专用地址进行PTP报文的封装，避免因时钟源的切换，引起的对时钟芯片上的端口信息的频繁更新，使时钟芯片工作更加稳定，并可以延长时钟芯片的使用寿命。

Description

一种实现时间同步的方法及装置

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种实现时间同步的方法及装置。

背景技术

在TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）移动网路中，基站之间不仅要求时钟同步即频率同步，而且要求实现严格的时间同步及频率与相位均同步。目前业界使用最多的时间同步技术是IEEE1588（精确时钟同步协议）。IEEE1588的基本功能是使分布式网络内的其他时钟与最精确时钟保持同步，它定义了一种精确时间协议（Precision Time Protocol，PTP），用于对标准以太网和其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级时间同步。

PTP协议的功能包括两个方面的内容：

（一）通过最佳时钟算法（Best Master Clock Algorithm，BMC），对端口状态进行选择，确定全网的组网拓扑结构。首先，根据设备上PTP的优先级设置，确定组网中的GM（GrandMaster，祖父时钟）设备；然后通过端口的状态选择算法，确定组网中设备的端口角色。

（二）通过PTP报文的收发处理，进行时间偏差校验等的计算，完成全网的时间同步，并保证校验误差。

用于时间偏差校验计算的PTP报文消息类型，主要包括两大类：事件消息报文和通用消息报文。事件消息报文包括：Sync（同步报文）、Delay_Req（延时请求报文）、Pdelay_Req（点到点延时请求报文）和Pdelay_Resp（点到点延时响应报文）。通用消息报文包括：Announce（通告报文）、Follow_Up（跟随报文）、Delay_Resp（延时响应报文）、Pdelay_Resp_Follow_Up（点到点延时响应跟随报文）、Management（管理消息）和Signaling（信号消息）。

上述事件消息报文主要用于发送和交互需要同步的普通和边缘时钟信息，使用“延迟请求响应机制”。通用消息报文主要用于测量时钟端口之间的链路延迟，使用“对等体延迟机制”。Announce用于使能同步分层。Management在管理结点和时钟之间，用于询问和升级时钟维护的PTP数据设置，也可用于定制PTP系统和初始化以及错误管理。Signaling用于在时钟之间完成其它目的的交互，如协商单播消息速率等。

PTP报文的封装格式，支持IEEE802.13、IPV4和IPV6等类型，其中，IEEE802.13协议的封装格式，为二层报文封装，以二层组播的方式发送。此种封装，对设备的VLAN（虚拟局域网）配置没有要求，当设备发出的报文为Ethernet（以太网）格式时，不加tag（标签）信息。IPV4报文封装格式，为三层报文封装，包括三层单播和三层组播两种格式。此种封装要求设备的端口要添加到三层的支持PTP的VLAN中，如果是三层单播格式，要求设备间三层路由打通；如果是三层组播格式，则要求组网内的设备在同一个VLAN内组播。

目前，可以通过频率恢复来实现时间同步功能，在实现时间同步时，需要借助于时钟芯片实现对时钟源的频率恢复，再通过CPU发送协议报文及FPGA（现场可编程门阵列）加载的报文时间戳来完成对从时钟的时间修正。目前针对三层单播报文的实现方式，需要将启用PTP协议的端口（PTP端口）的配置写到时钟芯片中，端口的配置包括报文的源、目的IP地址信息，时钟芯片根据获取到的IP地址信息进行报文的封装。

由于PTN（分组传送网）设备本身端口资源比较丰富，根据组网的需要，一台设备上的PTP端口也可能有多个，当组网中设备为多台，并且从时钟的时钟源存在保护倒换时，在时钟源发生切换时，需要采用改变后的时钟源端口的信息更新时钟芯片中保存的相应信息，这就很容易导致时钟芯片工作的不稳定，或者由于对芯片的反复操作导致芯片坏死或无法正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现时间同步的方法及装置，解决由于对时钟芯片反复进行操作，导致时钟芯片工作不稳定、容易坏死或无法正常运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种实现时间同步的方法，包括：

为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址；

时钟芯片将时钟专用地址作为从时钟设备上的从时钟端口的地址，在进行时间同步时，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互。

进一步地，该方法还包括：

在为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址时，还为祖父时钟设备上的主时钟端口配置报文目的地址，该报文目的地址为时钟专用地址，并为主时钟端口配置通信地址。

进一步地，该方法还包括：

在为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址后，还在祖父时钟设备和从时钟设备上建立时钟专用地址到主时钟端口的通信地址之间的通信路由。

进一步地，建立时钟专用地址到主时钟端口的通信地址之间的通信路由包括：

在祖父时钟设备上启用路由，将为主时钟端口配置的通信地址添加到路由域中；

在从时钟设备上启用路由，为从时钟设备的通信端口配置通信地址，将时钟专用地址和为该从时钟设备的通信端口配置的通信地址添加到路由域中。

进一步地，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互的步骤包括：

祖父时钟设备构造第一报文，该第一报文的目的地址为从时钟端口的地址，源地址为主时钟端口的通信地址，根据通信路由，将第一报文发送给从时钟设备；

从时钟设备的时钟芯片接收到第一报文后，构造第二报文，该第二报文的源地址为从时钟端口的地址，目的地址为主时钟端口的通信地址，根据通信路由，将第二报文发送给祖父时钟设备。

进一步地，为主时钟端口配置的通信地址和为从时钟设备的通信端口配置通信地址为在端口上添加的虚拟局域网的虚拟局域网接口地址。

进一步地，一种实现时间同步的装置，包括：配置模块和时钟芯片，其中：

配置模块，用于为时钟芯片配置时钟专用地址；

时钟芯片，用于将时钟专用地址作为从时钟设备上的从时钟端口的地址，在进行时间同步时，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互。

进一步地，配置模块，还用于为祖父时钟设备上的主时钟端口配置报文目的地址，该报文目的地址为时钟专用地址，并为主时钟端口配置通信地址。

进一步地，该装置还包括路由处理模块，其中：

配置模块，还用于将时钟专用地址和主时钟端口的通信地址添加到路由处理模块；

路由处理模块，用于建立时钟专用地址到主时钟端口的通信地址之间的通信路由。

进一步地，时钟芯片采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互的步骤包括：

时钟芯片，接收祖父时钟设备发送的第一报文，并构造第二报文，该第二报文的源地址为从时钟端口的地址，目的地址为主时钟端口的通信地址，将该第二报文发送给路由处理模块；

路由处理模块，还用于根据通信路由，将第二报文发送给祖父时钟设备；

其中，第一报文的目的地址为从时钟端口的地址，源地址为主时钟端口的通信地址。

综上所述，本发明通过在时钟芯片上设置一个时钟专用地址，采用该时钟专用地址进行PTP报文的封装，避免因时钟源的切换，引起的对时钟芯片上的端口信息的频繁更新，使时钟芯片工作更加稳定，并可以延长时钟芯片的使用寿命。

附图说明

图1为本实施方式的实现时间同步的方法的组网模型图；

图2为本实施方式的实现时间同步的装置的架构图；

图3为本实施方式的实现时间同步的方法中的配置流程的流程图；

图4为本实施方式的实现时间同步的方法中的报文交互的流程图。

具体实施方式

本实施方式涉及的组网模型如图1所示，组网中存在主用祖父时钟（GrandMaster，GM）设备和备用GM设备，主备二者可能是同源，也可能不同源，但要求二者的时钟源要同步。主用或备用GM设备通过与从时钟设备之间的链路对从时钟设备进行时钟同步。为了避免主用GM设备的重启、死机问题，或者由于从时钟（SLAVE）设备与主用GM设备之间的链路断链，从时钟设备可通过与备用GM设备的时间同步，来确保时间源的稳定切换。

本实施方式通过为从时钟设备的时钟芯片配置一个时钟专用地址，在进行报文封装时，将此时钟专用地址作为从时钟端口的地址，以避免在GM设备切换导致从时钟端口的地址改变时，修改时钟芯片配置引起的对时钟芯片的反复操作。

请参考图1，从时钟设备有两个通信端口P1和P2，当采用主用GM设备对从时钟设备进行时间同步时，P1为从时钟端口，当采用备用GM设备对从时钟设备进行时间同步时，P2为从时钟端口。现有技术中在主、备用GM设备发生切换时，进行报文交互的从时钟端口的配置发生了改变，需要对时钟芯片更新从时钟端口的配置，对时钟芯片的反复操作，导致了时钟芯片工作不稳定，本实施方式将配置的时钟专用地址作为从时钟端口的地址，避免了由于主、备用GM设备的切换，导致的对时钟芯片的频繁操作。

为实现本实施方式的方法，需要进行如下的配置过程，包括：

（1）为祖父时钟设备上的主时钟端口配置在进行PTP报文封装时所需的报文目的地址和通信地址；

如图1所示，主用GM设备上的主时钟端口P11上需要指定PTP协议报文的报文目的地址，配置报文目的地址为从时钟设备的时钟专用地址。同时，P11端口上需添加用于PTP路由通信的VLAN，并配置VLAN接口地址为Ip1。

还可以为GM设备配置时钟专用地址Zip1，GM设备的时钟专用地址是在GM设备与从时钟设备发生角色变换时，用于对角色变换后的从时钟设备进行时间同步。

（2）为从时钟设备配置在进行PTP报文封装时所需的时钟专用地址；

如图1所示，在从时钟设备上为时钟芯片配置时钟专用地址Zip2，同时，需要配置P1和P2端口上用于PTP路由通信的VLAN，并配置P2端口的VLAN接口地址为Ip2，P1端口的VLAN接口地址为Ip3，要求Ip2与Ip3在同一网段。为P1和P2配置的IP地址，是为了形成三层单播通信路由。

本实施方式中实现时间同步的过程中，GM设备和从时钟设备需要进行PTP协议报文的通信，下面以组网中的时钟节点均采用E2E延时机制来说明报文的通信过程，包括：

步骤一，主用GM设备发送Sync报文到SLAVE设备，Sync报文采用三层单播报文的格式封装，三层单播报文的目的地址为SLAVE设备上配置的时钟专用地址Zip2，源地址为Ip1；

步骤二，SLAVE设备在收到主用GM设备发送的Sync报文后，发送Delay_request报文给主用GM设备，Delay_request报文采用三层单播报文的格式封装，此三层单播报文的目的地址为Ip1，源地址为Zip2；

步骤三，主用GM设备收到Delay_request报文后，回复Delay_response报文给SLAVE设备，Delay_response报文采用三层单播报文的格式封装，此三层单播报文的目的地址为Zip2，源地址为Ip1。

本实施方式还包括GM设备和从时钟设备上为完成PTP单播通信进行的路由处理步骤，包括：

步骤一，GM设备上启用ospf（即开放式最短路径优先）路由，并添加网段Zip1和网段Ip1到ospf路由域内；

步骤二，SLAVE设备上启用ospf路由，并添加网段Zip2和网段Ip2和Ip3到ospf路由域，从而建立GM设备和SLAVE设备上的时钟专用地址和端口通信地址之间的通信路由，以通过该通信路由进行通信；

这里的ospf路由也可以用isis（Intermediate System-Intermediate System，中间系统-中间系统）路由或者静态路由等实现。在时钟设备上完成路由相关配置后，设备上会产生子网路由表和主机路由表。在GM设备和SLAVE设备进行报文发送时，会通过查看时钟设备上产生的子网路由表和主机路由表，查找到路由出接口，主用GM设备查找到的路由出接口为P11端口，SLAVE设备查找到的路由出接口为P1端口。

本实施方式在提出通过在时钟芯片上配置一个时钟专用地址封装PTP报文，以避免因GM设备的频繁切换导致对时钟芯片的反复操作的同时，也提出了一种实现此方法的装置，如图2所示，包括：配置模块、时钟芯片处理模块和路由处理模块，其中：

配置模块，用于对SLAVE设备上的时钟专用地址和GM设备上的时钟专用地址进行配置，在GM设备上配置用于PTP报文封装报文目的地址和通信地址，并添加用于PTP路由通信的VLAN，配置VLAN接口地址，在SLAVE设备上添加PTP路由通信的VLAN，并配置VLAN接口地址，在GM设备上的路由处理模块上添加网段Zip1和网段Ip1到ospf路由域内，在SLAVE设备上的路由处理模块上添加网段Zip2和网段Ip2和Ip3到ospf路由域，从而建立GM设备和SLAVE设备上的时钟专用地址和端口通信地址之间的通信路由，以通过该通信路由进行通信。

时钟芯片，用于将时钟专用地址作为从时钟设备上的从时钟端口的地址，采用时钟专用地址与GM设备进行报文交互，在接收到GM设备发送的报文（第一报文）后，构造返回的报文（第二报文），该第二报文的源地址为从时钟端口的地址，目的地址为主时钟端口的通信地址，将该第二报文发送给路由处理模块；

路由处理模块，用于启用ospf、IsIs等路由，建立时钟专用地址到主时钟端口的通信地址之间的通信路由，实现对PTP协议报文发送时路由出端口的查找功能，以对PTP报文进行发送。

如图3所示，配置模块主要完成PTP接口和协议的配置、时钟专用地址的配置和通信路由的配置三部分，包括：

步骤301，进行PTP接口和PTP协议相关的配置，添加PTP接口，同时，在接口下进行PTP协议的相关配置；

步骤302，进行时钟芯片的时钟专用地址的配置；

步骤303，对PTP接口添加VLAN，并配置VLAN接口地址；

步骤304，为GM设备上的主时钟端口配置报文目的地址和通信地址，报文目的地址为SLAVE设备的时钟专用地址；

步骤305，进行路由配置，保证GM设备和SLAVE设备的VLAN接口地址与时钟专用地址间路由是打通的。

在配置模块的相关配置完成后，通过BMC算法进行PTP端口状态的选择和1588的时间同步功能，时间同步的实施流程如图4所示，包括：

步骤401，时钟设备的PTP端口发送announce报文，并通过BMC算法计算PTP端口的状态；

步骤402，时钟设备根据对PTP端口状态的判断决定端口上PTP报文的发送，如果PTP端口状态为master（主），则转到步骤403；否则，转到步骤406；

步骤403，master端口发送Sync报文，Sync报文采用三层单播报文的格式，此三层单播报文的目的地址封装为SLAVE设备上配置的时钟专用地址，源地址封装为PTP接口所在VLAN的ip地址；

步骤404，master端口接收slave端口发送的Delay_req报文；

步骤405，master端口回复Delay_resp报文给slave端口，结束；

步骤406，非master端口接收master端口过来的Sync报文，判断端口状态是否为slave，如果是，转到步骤408，如果不是，转到步骤407；

步骤407，如果端口不是slave端口，则为passive状态，passive端口只收PTP协议包但不外发任何PTP报文；

步骤408，slave端口发送Delay_request报文，Delay_request报文采用三层单播报文的格式，此三层单播报文用的目的地址为Sync报文的源ip地址，源地址为slave端口所在时钟设备配置的时钟专用地址；

步骤409，slave端口收到master过来的Delay_response报文后，提取报文的时间戳，slave端口完成时间校验，完成与master的时间同步。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块、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，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们的多个模块或者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。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现时间同步的方法，包括：

为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址；

所述时钟芯片将所述时钟专用地址作为所述从时钟设备上的从时钟端口的地址，在进行时间同步时，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址时，还为所述祖父时钟设备上的主时钟端口配置报文目的地址，该报文目的地址为所述时钟专用地址，并为所述主时钟端口配置通信地址。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述为从时钟设备的时钟芯片配置时钟专用地址后，还在所述祖父时钟设备和从时钟设备上建立所述时钟专用地址到所述主时钟端口的通信地址之间的通信路由。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述建立所述时钟专用地址到所述主时钟端口的通信地址之间的通信路由包括：

在所述祖父时钟设备上启用路由，将为所述主时钟端口配置的通信地址添加到路由域中；

在所述从时钟设备上启用路由，为所述从时钟设备的通信端口配置通信地址，将所述时钟专用地址和为该从时钟设备的通信端口配置的通信地址添加到路由域中。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互的步骤包括：

所述祖父时钟设备构造第一报文，该第一报文的目的地址为所述从时钟端口的地址，源地址为所述主时钟端口的通信地址，根据所述通信路由，将所述第一报文发送给所述从时钟设备；

所述从时钟设备的时钟芯片接收到所述第一报文后，构造第二报文，该第二报文的源地址为所述从时钟端口的地址，目的地址为所述主时钟端口的通信地址，根据所述通信路由，将所述第二报文发送给所述祖父时钟设备。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述为所述主时钟端口配置的通信地址和为所述从时钟设备的通信端口配置通信地址为在端口上添加的虚拟局域网的虚拟局域网接口地址。

7.一种实现时间同步的装置，包括：配置模块和时钟芯片，其中：

所述配置模块，用于为所述时钟芯片配置时钟专用地址；

所述时钟芯片，用于将所述时钟专用地址作为从时钟设备上的从时钟端口的地址，在进行时间同步时，采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述配置模块，还用于为所述祖父时钟设备上的主时钟端口配置报文目的地址，该报文目的地址为所述时钟专用地址，并为所述主时钟端口配置通信地址。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括路由处理模块，其中：

所述配置模块，还用于将所述时钟专用地址和所述主时钟端口的通信地址添加到所述路由处理模块；

所述路由处理模块，用于建立所述时钟专用地址到所述主时钟端口的通信地址之间的通信路由。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述时钟芯片采用该从时钟端口的地址与祖父时钟设备进行报文交互的步骤包括：

所述时钟芯片，接收祖父时钟设备发送的第一报文，并构造第二报文，该第二报文的源地址为所述从时钟端口的地址，目的地址为所述主时钟端口的通信地址，将该第二报文发送给所述路由处理模块；

所述路由处理模块，还用于根据所述通信路由，将所述第二报文发送给所述祖父时钟设备；

其中，所述第一报文的目的地址为所述从时钟端口的地址，源地址为所述主时钟端口的通信地址。

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