CN102025480A - 在级联基站中实现边界时钟的方法与装置 - Google Patents

Abstract

为了解决PTN网络中基站级联时，时钟组播方式下非末级基站支持BC模式的问题，本发明提出了一种在级联基站中实现边界时钟的方法，包括以下步骤：接收上级时钟设备的同步报文；从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号；向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时戳的报文。此外，本发明还提出了一种在级联基站中实现边界时钟的装置。

Description

在级联基站中实现边界时钟的方法与装置

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种在级联基站中实现边界时钟的方法与装置。

背景技术

传统以太网技术无法实现电信级OAM(Operation Administration and Maintenance，操作管理和维护)和保护倒换，无法实现时钟的同步传送。PTN(Package Transport Network，分组传送网)网络成为目前发展的趋势，中国移动目前已选择PTN作为下一代的承载网络。PTN网络中要求所有的中间设备必须支持BC模式，这就要求基站级联时，非末级基站必须支持边界时钟。为了减少配置，时钟同步多采用组播方式，针对组播的方式本专利提出一种基于二层交换芯片实现边界时钟的方法和装置，通过利用设备两个网络接口及包过滤装置来完成。

发明内容

为了解决PTN网络中基站级联时，时钟组播方式下非末级基站支持BC模式的问题，本发明提出了一种在级联基站中实现边界时钟的方法，包括以下步骤：接收上级时钟设备的同步报文；从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号；向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时戳(即，与基准时钟的偏差)的报文。

其中，从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息包括：获得同步报文的报文接收时间t2；提取同步报文中的报文发送时间t1，其中，时延信息是报文接收时间与报文发送时间之差，根据时延信息进行时钟调整。

其中，从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息还包括：获得同步报文的报文接收时间t2；提取同步报文中的报文发送时间t1；向上级时钟设备发送时延请求报文，并获得时延请求报文的发送时间t3；提取上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间t4；根据t1、t2、t3和t4确定时延信息，以进行时钟调整。

其中，在根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：对向下级时钟设备发送的同步报文进行屏蔽。

其中，在根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：设置过滤装置，对向下级时钟设备发送的同步报文、时延请求报文或时延响应报文进行屏蔽。

此外，本发明还提出了一种在级联基站中实现边界时钟的装置，包括：第一网口，连接至上级时钟设备，用于接收上级时钟设备的同步报文；时戳处理单元，用于从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号；以及第二网口，连接至下级时钟设备，用于向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时戳的报文。

其中，时戳处理单元包括：时钟获取模块，用于获得同步报文的报文接收时间；中央处理模块，用于提取同步报文中的报文发送时间，其中，时延信息是报文接收时间与报文发送时间之差，中央处理模块根据时延信息进行时钟调整。

其中，时戳处理单元包括：时钟获取模块，用于获得同步报文的报文接收时间；中央处理模块，用于提取同步报文中的报文发送时间，请求报文提取单元，用于向上级时钟设备发送时延请求报文，并获得时延请求报文的发送时间；响应报文提取单元，用于提取上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间；根据报文接收时间、报文发送时间、时延请求报文的发送时间、时延响应报文的发送时间确定时延信息，以进行时钟调整。

其中，装置还包括：过滤装置，用于对向下级时钟设备发送的同步报文进行屏蔽。

其中，装置还包括：本地总线，用于将报文接收时间从时钟获取模块传递至中央处理模块。

其中，装置还包括：二层交换芯片，用于实现中央处理模块的端口与第一网口、第二网口的互联。

采用本发明方法和装置，实现了级联基站之间的时钟的同步，提高了基站间同步时钟的精确度。

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限定。在附图中：

图1为本发明相关时钟同步网络示意图；

图2为本发明实施例的装置组成构件图；

图3为本发明应用示例的流程图；以及

图4为本发明应用实例的另一流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

PTN是下一代承载网络的发展方向，PTN网络要求全网络的时钟同步，在带宽允许的情况下进行基站的级联，并在级联的情况下支持组播方式的边界时钟，可以减少支持边界时钟的交换机的使用。

如图3所示，示出了一种根据本发明的在级联基站中实现边界时钟的方法，包括以下步骤：接收上级时钟设备的同步报文(步骤301)；从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息(步骤302、303、305、306以及308)，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号(步骤310)；向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时戳(即，与基准时钟的偏差)的报文(在图4中详细示出)。

优选地，从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息包括：获得同步报文的报文接收时间t2；提取同步报文中的报文发送时间t1，其中，时延信息是报文接收时间与报文发送时间之差，根据时延信息进行时钟调整。

优选地，从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息还包括：获得同步报文的报文接收时间t2；提取同步报文中的报文发送时间t1；向上级时钟设备发送时延请求报文，并获得时延请求报文的发送时间t3；提取上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间t4；根据t1、t2、t3和t4确定时延信息，以进行时钟调整。

优选地，在根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：对向下级时钟设备发送的同步报文进行屏蔽(步骤304)。

优选地，在根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：设置过滤装置(如图2中所示的包过滤装置)，对向下级时钟设备发送的同步报文、时延请求报文或时延响应报文进行屏蔽(步骤304、307以及309)。

此外，图2示出了一种根据本发明的在级联基站中实现边界时钟的装置，包括：第一网口(如图2中所示的网口1)，连接至上级时钟设备，用于接收上级时钟设备的同步报文；时戳处理单元(包括了图2中的主控CPU和时钟提取装置)，用于从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号；以及第二网口(如图2中所示的网口2)，连接至下级时钟设备，用于向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时戳的报文。

优选地，时戳处理单元包括：时钟提取装置，用于获得同步报文的报文接收时间；主控CPU，用于提取同步报文中的报文发送时间，其中，时延信息是报文接收时间与报文发送时间之差，主控CPU根据时延信息进行时钟调整。

优选地，时戳处理单元也可以包括：时钟提取装置，用于获得同步报文的报文接收时间；主控CPU，用于提取同步报文中的报文发送时间，请求报文提取单元(未示出)，用于向上级时钟设备发送时延请求报文，并获得时延请求报文的发送时间；响应报文提取单元(未示出)，用于提取上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间，根据报文接收时间、报文发送时间、时延请求报文的发送时间、时延响应报文的发送时间确定时延信息，以进行时钟调整。

其中，装置还包括：包过滤装置(如图2中所示的包过滤装置)，用于对向下级时钟设备发送的同步报文进行屏蔽。

其中，装置还包括：本地总线(Local Bus)，用于将报文接收时间从时钟提取模块传递至主控CPU。

其中，装置还包括：二层交换芯片，用于实现主控CPU的端口与第一网口、第二网口的互联。

在本发明中，上一级边界时钟或Master时钟同步时钟给本级时钟的Slave端口(通过包过滤装置使下一级时钟看不到上一级的时钟源)；本级时钟通过Master端口同步时钟给下一级边界时钟或Slave时钟(通过包过滤装置使上一级时钟源看不到下一级时钟)。以上面的步骤来完成边界时钟的实现。我们所说的时戳，是本领域普通技术人员公知的概念，在本文中，时戳表示报文的发送时间。

一般性地，本发明的实现边界时钟的方法可作如下表述：

首先，接收上级时钟设备的同步报文；

之后，从该同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据该时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号；

最后，向下级时钟设备发送携带有本级时钟设备的时钟信号的报文。

而对于本发明提供的实现边界时钟的装置，可作如下描述：

该装置包括有第一网口(图2中的网口1)、时戳处理单元(即，图2中的主控CPU)以及第二网口(图2中的网口2)。这里，时戳处理单元用于从同步报文中获取从上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据时延信息与上级时钟设备的时钟信号确定本级时钟设备的时钟信号。

要获得时延信息，则需要对同步报文的接收时间进行获取，这个工作一般由时钟提取装置完成。

在报文发送过程当中，势必会将未经处理的报文信息发送至下级设备，故需要对这些报文进行屏蔽(如，MAC屏蔽)，这个工作一般由包过滤装置完成，该装置通常与时钟提取装置集成在一块儿。

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明时钟同步网络示意图包括：接GPS天线的时钟同步设备、支持边界时钟的路由器或交换机、支持边界时钟的基站、支持Slave时钟的基站；

所述接GPS天线的时钟同步设备，从GPS天线接收并锁定时钟，作为系统的主时钟；所述的路由器支持边界时钟的功能，Slave端口连接时钟同步设备，Master端口连接基站的Slave端口，也可以没有即时钟同步设备直接连接支持边界时钟的基站。

如图2所示，本发明实施例的装置组成构件图包括：面板及面板上的两个网口、时间提取和包过滤装置、二层交换芯片、主控CPU及两个网口、Local Bus等；

所述时间提取和包过滤装置，为了提高时钟同步精度，基站基本都采用硬件提取时钟的装置，一般都具备根据接收到的时钟同步报文来提取时间，这就要求对报文进行解析，本发明在此基础上增加了过滤功能。

边界时钟的具体实现方法和步骤，可以分两个部分：

上一级边界时钟或Master时钟同步时钟给本级时钟的Slave端口

本级时钟通过Master端口同步时钟给下一级边界时钟或Slave时钟

初始设置CPU的网口1为Slave端口，CPU的网口2为Master端口；CPU网口1和网口2都不处理两个网口发出去的组播报文，对于不是网口相应的时钟端口状态应该接收的报文也不做处理。

首先介绍上一级边界时钟或Master时钟同步时钟给本级时钟的Slave端口，如图3所示，详细步骤如下：

(备注：附图中过滤报文的描述一样，但过滤规则不尽相同，根据的mac地址是不一样的。)

步骤301，上一级边界时钟或Master时钟组播时钟同步Sync报文；如果上一级时钟不支持一步模式，上级时钟会组播携带Sync报文发送时间的Follow_Up报文；

步骤302，时间提取装置提取接收到报文的时间t2，然后保存，并透传给交换芯片；

步骤303，CPU网口1收到Sync报文，提取报文发送时间t1，通过Local Bus获取接收时间t2；如果步骤301采用的是两步模式，在Follow_Up报文提取报文发送时间t1；CPU的网口2也会收到Sync和Follow_Up报文，因其是Master端口，不处理相应的报文；

步骤304，包过滤装置，根据报文类型Sync、Follow_Up且源Mac非网口2Mac进行过滤，确保上一级发送的上述报文不往面板网口2发送；

步骤305，CPU网口1发送Delay_Req(时延请求)消息，封装源Mac为网口1的Mac；

步骤306，时钟提取装置提取发送时间t3，并填入报文时戳里，通过面板的网口1发送给上一级时钟，并通过Local Bus(本地总线)传送给CPU记录；

步骤307，包过滤装置，根据报文类型Delay_Req及源Mac为网口1Mac，不往面板网口2发送；

步骤308，CPU网口1收到Delay_Resp(时延响应)报文，提取报文发送时间t4；如果步骤上一级时钟采用两步模式，在Delay_Resp_Follow_Up报文提取报文发送时间t4；CPU的网口2也会收到Delay_Resp报文，因其是Master端口，不处理相应的报文；

步骤309，包过滤装置，根据报文类型Delay_Resp及源Mac非网口2Mac进行过滤，不往面板网口2发送；

步骤310，重复以上过程，根据多组t1，t2，t3，t4，进行时钟调整，达到时钟锁定与Master时钟同频同相的目的。步骤310，涉及复杂的调频、调相算法，非本发明所要描述的内容。

下面介绍本级时钟的Master端口同步时钟给下一级时钟的过程，此过程和前面的同步过程类似是个相反的过程，如图4所示，详细步骤如下：

步骤401，本级时钟定时组播发送Sync报文，封装源Mac为网口2Mac；

步骤402，时钟提取装置提取发送时间t1，并填入报文时戳里，通过面板的网口2发送给下一级时钟；

步骤403，包过滤装置，根据报文类型Sync且源Mac为网口2Mac进行过滤，确保报文不往面板网口1发送；

步骤404，时钟提取装置提取接收到Delay_Req的时间t4，然后保存；

步骤405，包过滤装置，根据报文类型Delay_Req及源Mac为非网口1Mac，不往面板网口1发送；

步骤406，CPU网口2接收Delay_Req消息，通过Local Bus获取接收时间封装在Delay_Resp中进行响应；

步骤407，包过滤装置，根据报文类型Delay_Resp及源Mac为网口2Mac进行过滤，不往面板网口2发送。

此外，关于根据多组t1，t2，t3，t4，进行时钟调整的实现方法，可以如下执行：

先同步一次相位，然后收集多(100)组时戳算出频率的一个平均值调频，频率同步后，再调整一次相位。

第一步，直接用t1、t2、t3、t4的四个时戳利用以下方程t2-t1＝偏移量(offset)+时延(delay)，t4-t3＝偏移量(offset)-时延(delay)计算出相位偏差，直接用offset调整当前的从相位；

第二步：搜集100个t1，t2，分别计算出t1的差值(比如t1²-t1¹)和t2的差值，然后二者相除计算出斜率，对这50组斜率进行冒泡排序，然后取其中间值进行调频；

第三步，此时频率相差比较小，相对准确了，所以在收集100个t1、t2、t3、t4，此用计算出的100个offset进行排序取中间值进行直接调相。

当然，上述调整方法只是示例，还可以使用现有技术中的其他方法来根据一个时戳对时钟信号进行调整。

综上所述，本发明提出了一种边界时钟的实现方法及其装置，该方法及装置特别适用于PTN网络下基站级联并且采用组播来同步时钟的情况。

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 (11)

1.一种在级联基站中实现边界时钟的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收上级时钟设备的同步报文；

从所述同步报文中获取从所述上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据所述时延信息与所述上级时钟设备的时钟信号确定所述本级时钟设备的时钟信号；

向下级时钟设备发送携带有所述本级时钟设备的时戳的报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述同步报文中获取从所述上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息包括：

获得所述同步报文的报文接收时间t2；

提取所述同步报文中的报文发送时间t1，

其中，所述时延信息是所述报文接收时间与所述报文发送时间之差，根据所述时延信息进行时钟调整。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述同步报文中获取从所述上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息还包括：

获得所述同步报文的报文接收时间t2；

提取所述同步报文中的报文发送时间t1；

向所述上级时钟设备发送时延请求报文，并获得所述时延请求报文的发送时间t3；

提取所述上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间t4；

根据所述t1、t2、t3和t4确定所述时延信息，以进行时钟调整。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述时延信息与所述上级时钟设备的时钟信号确定所述本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：

对向所述下级时钟设备发送的所述同步报文进行屏蔽。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据所述时延信息与所述上级时钟设备的时钟信号确定所述本级时钟设备的时钟信号之前，还包括：

对向所述下级时钟设备发送的所述同步报文、所述时延请求报文或所述时延响应报文进行屏蔽。

6.一种在级联基站中实现边界时钟的装置，其特征在于，包括：

第一网口，连接至上级时钟设备，用于接收所述上级时钟设备的同步报文；

时戳处理单元，用于从所述同步报文中获取从所述上级时钟设备到本级时钟设备的时延信息，并根据所述时延信息与所述上级时钟设备的时钟信号确定所述本级时钟设备的时钟信号；以及

第二网口，连接至下级时钟设备，用于向所述下级时钟设备发送携带有所述本级时钟设备的时戳的报文。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时戳处理单元包括：

时钟获取模块，用于获得所述同步报文的报文接收时间；

中央处理模块，用于提取所述同步报文中的报文发送时间，

其中，所述时延信息是所述报文接收时间与所述报文发送时间之差，所述中央处理模块根据所述时延信息进行时钟调整。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时戳处理单元包括：

时钟获取模块，用于获得所述同步报文的报文接收时间；

中央处理模块，用于提取所述同步报文中的报文发送时间，

请求报文提取单元，用于向所述上级时钟设备发送时延请求报文，并获得所述时延请求报文的发送时间；

响应报文提取单元，用于提取所述上级时钟设备返回的时延响应报文的发送时间，

根据所述报文接收时间、报文发送时间、时延请求报文的发送时间、时延响应报文的发送时间确定所述时延信息，以进行时钟调整。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

过滤装置，用于对向所述下级时钟设备发送的所述同步报文进行屏蔽。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

本地总线，用于将所述报文接收时间从所述时钟获取模块传递至所述中央处理模块。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

二层交换芯片，用于实现所述中央处理模块的端口与所述第一网口、所述第二网口的互联。

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