CN102067492A - 在分布式架构中分发共同时间基准的方法 - Google Patents

Abstract

一种在分布式架构中分发共同时间基准的方法，包括以下步骤中的一个或多个：在中央实体处生成至少一个电脉冲；向子组件分发所述至少一个电脉冲；在所述子组件处接收所述至少一个电脉冲；当在所述子组件处接收到所述至少一个电脉冲时，记录与本地频率计数器的值对应的接收计数器值；查询所述中央实体，以获得与生成所述至少一个电脉冲的时间对应的生成时间值；以及使用所述生成时间值、所述接收计数器值、和所述本地频率计数器的当前计数器值确定全局时间值。

Description

在分布式架构中分发共同时间基准的方法

技术领域

概括地说，本发明涉及在分布式架构中基准时钟的使用。

背景技术

分布式架构的实例包括具有用于频率分发的中央时钟的电信(telecom)交换机。这种设备和系统用于例如同步网络，确保以同步速率发送数据。在演进的应用中，这种设备和系统需要将网络同步至当日时间。在这种应用中，通常需要以高度精确的方式将网络同步至当日时间。

同步光纤网络(SONET)指的是提供高级网络管理和标准光纤接口的智能系统。在宽带ISDN(B-ISDN)标准中指定的SONET骨干广泛用于汇集T1和T3线路。因此，SONET是被设计在光纤电缆上的相对长距离上承载大量业务的物理层网络技术。因此，SONET用于如上所述在网络之间同步频率。

本发明的以上目的和优点是可通过各个示例性实施例实现的实例，并非可实现可能优点的全部或限制。因此，各个示例性实施例的这些和其他目的和优点将根据这里的说明是清楚的，或者可从实践各个示例性实施例而领会，通过任意修改在这里的实现或修改对于本领域普通技术人员是清楚的。因此，本发明属于在各个示例性实施例中这里所示和所述的新颖性方法、配置、组合、和改进。

发明内容

根据目前的在分布式架构中分发共同时间基准的方法的需求，提供了各个示例性实施例的简要的发明内容。在以下发明内容中作出了某些简化和省略，旨在强调和介绍各个示例性实施例的某些方面，并非限制本发明的范围。在随后部分中是足以使得本领域普通技术人员作出和使用发明性概念的优选示例性实施例的具体描述。

各个示例性实施例实现了对于网络化元件中的分布式处理模块(例如线卡)的高度精确当日时间同步。当期望在使用相同时间基础的单独模块上生成时间戳时，这个能力是有利的。例如，这种能力有时候用于针对从入口接口模块向出口接口模块的分组转换计时。类似地，各个示例性实施例用于支持广域网络时间协议，例如IEEE1588v2。在各个产品中使用IEEE1588v2当日时间同步，以实现网络节点的同步。

SONET具有用于网络节点的精确频率同步或谐振的明确定义的时钟频率分布。然而，以太网接口可取代网络节点中的SONET接口。因此，存在同步的不同方法的更多需求。

在当前实施例中实现了分发当日时间同步和谐振两者的基于分组的方法。例如，网络定时协议(NTP)用于记录当日时间同步的以太网分组的时间戳。然而，在层-3处NTP生成的时间戳通常带来不精确性。这是由于在时间戳生成和实际分组传输之间的分组体验的延迟的改变。

NTP的全标准兼容方案也受限于0.5Hz的最大分组率。这个限制增加了初始获取时间，也降低了总体精度。NTP能够在10ms范围内传递精度，但是期望实现1微秒的精度。

IEEE 1588v2通常对于NTP是优选的，因为他更加精确。这是事实，因为IEEE 1588v2在层-1处支持更高的分组率和功能。这使得IEEE1588v2能够在物理接收和发送接口处记录以太网分组的时间戳，得到优良的精度。

不幸地，网络延迟在大型网络中改变。这种可变性对于IEEE 1588v2当日时间精度提出了问题。各个实施例使用透明时钟和分界时钟来解决这个问题。这将在下文结合图1和图2更详细描述。

在过去，在电信系统中通常没有实现共同时间基础的高度精确分发。当这种系统的子组件(例如线卡)期望时间值时，所述时间值典型地通过消息系统在子组件通电时分发。这种方法使得每个子组件的时间基础能够在每个其他子组件的若干毫秒内。然而，在这种系统中比这更好的精度并不确定。

根据上文，各个示例性实施例使用基于分组的时间戳在网络中同步当日时间。在这种实施例中，期望生成尽可能接近于物理端口的时间戳。

在电信系统的架构的当前实施例中，中央时钟模块提供在系统背板上向所有子组件分发的频率基准。因此，对于需要共同频率的子组件，各个示例性实施例使用频率基准。然而，尽管上述架构典型地确保在网络中共同频率的分发，其在子组件之间并不提供当日时间同步。因此，各个示例性实施例结合在系统背板上向所有子组件分发的频率基准而在子组件之间同步当日时间。

如上所述，使用在节点中基于消息的系统来分发时间基准。然而，这种系统的精度受到消息队列和处理优先级的负面影响。因此，对于当日时间分发和同步，基于消息的系统不能够实现期望精度。

在分布式架构的某些当前实施例中，在中央模块中提供真实时间时钟模块。在某些这样的实施例中，真实时间时钟模块可经由共同存储器地址由子组件来访问。这使得子组件从其被需要时的一个位置获得正确的时间值。然而，这个架构在电信设备中并非共同可用。

各个示例性实施例克服了以上缺陷。因此，各个示例性实施例通过在子组件上利用频率基准实现了在现有电信系统中不存在的在子组件之间高度精确的当日时间同步。

附图说明

为了更好地理解各个示例性实施例，参照附图，其中：

图1是示出在包括透明时钟的分布式架构中分发共同时间基准的方法的示例性实施例的示意图；

图2是示出在包括分界时钟的分布式架构中分发共同时间基准的方法的示例性实施例的示意图；

图3是在包括电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号的分布式架构中分发共同时间基准的系统的第一示例性实施例的示意图；

图4是在包括电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号的分布式架构中分发共同时间基准的方法的第一示例性实施例的流程图；

图5是在包括电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号的分布式架构中分发共同时间基准的系统的第二示例性实施例的示意图；以及

图6是在包括电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号的分布式架构中分发共同时间基准的方法的第二示例性实施例的流程图。

具体实施方式

现在参照附图，其中类似标号指的是类似组件或步骤，公开了各个示例性实施例的宽泛实施例。

图1是示出在包括透明时钟115的分布式架构中分发共同时间基准的方法的示例性实施例的示意图100。示意图100包括网络云团105。网络云团105包括主时钟110、透明时钟115和从时钟120。这个示意图100通过透明时钟115的存在而辨别，并且通过引用透明时钟115在这里被提及。

主时钟110向透明时钟115发送分组，如示意图100中的箭头M所示。然后，透明时钟115向从时钟120转发分组，如示意图100中的箭头S所示。如示意图100中的虚线所示，在透明时钟115接收分组时的时间与透明时钟115发送分组之间也经过一个时间段。

由此，在具有透明时钟115的各个示例性实施例中，利用通过透明时钟115的转换时间来更新分组。通过透明时钟115的转换时间对应于经过示意图100中的虚线之间的时间。

一般地，透明时钟115利用在接收分组时与节点发送分组时之间的其驻留时间来更新IEEE1588v2。因此，透明时钟115类型是IEEE1588v2感知的，并且在接收或发送分组时在物理接口处记录时间。

基于上文，根据示意图100实现的方法包括以下内容。从主时钟110向透明时钟115发送分组。由透明时钟115接收所述分组。分组通过透明时钟115转换。然后，利用通过透明时钟115的驻留或转换时间更新分组。然后，从透明时钟115向从时钟120发送分组。最后，由从时钟120接收分组。

图2是示出在包括分界时钟215的分布式架构中分发共同时间基准的方法的示例性实施例的示意图200。示意图200包括网络云团205。网络云团205包括主时钟210、分界时钟215和从时钟220。这个示意图200通过分界时钟215的存在而辨别，并且通过引用分界时钟215在这里被提及。

分界时钟215具有一个从端口，以终止上游流，从高级主时钟(未示出)恢复时间。在示意图200中，这通过主时钟210和分界时钟215之间的时间线上的箭头所示，其被标记用于高级主时钟M和分界时钟215的从端口S。

然后，分界时钟215使用恢复的时间使得其自身的主时钟210的端口朝向下游从时钟(未示出)的端口运行。在示意图200中，这通过分界时钟215和从时钟220之间的时间线上的箭头所示，其被标记用于其自身的主时钟210的端口M和下游从时钟S的端口。如同透明时钟115的类型，分界时钟215的类型也是IEEE1588v2感知的，并且在接收或发送分组时在物理接口处记录时间。

因此，根据示意图200实现的方法包括以下内容。从上游主时钟向分界时钟215发送分组。由分界时钟215接收所述分组。然后，在分界时钟215的从端口处终止上游流。

接下来，从上游高级主时钟恢复在分界时钟215处的时间。然后，从分界时钟215主端口朝向下游从时钟端口(多个)馈送恢复的时间。随后，在下游从时钟端口(多个)处接收恢复的时间。

图3是在包括电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308的分布式架构中分发共同时间基准的系统300的第一示例性实施例的示意图。应理解，在各个示例性实施例中，系统300对应于网络元件。如图所示，示例性系统300包括中央时钟模块302、调制器306、线卡312、和线卡314。

线卡312和线卡314表示在这里其他地方讨论的子组件。因此，术语“线卡”和“子组件”在这里不时地交替使用。

为了简化，省略线卡314的细节。然而，应理解，线卡314的细节类似于为线卡312所提供的细节，如下所述。还明显地，各个示例性实施例包括任意数目个线卡。因此，各个示例性实施例包括多于和超过系统300中所示的线卡312和线卡314的任意数目个线卡。为了这里图示的系统300的简化的目的，在图3中省略这种附加线卡。

线卡312包括阈值检测器316、频率计数器318、和寄存器324。以下将详细讨论阈值检测器316、频率计数器318、和寄存器324的功能。

在各个示例性实施例中，从中央时钟系统向子组件分发电信号，或者其作为单独电信号或者叠加在现有频率基准信号上。这个脉冲的生成用作事件在时间上的指示。向子组件单独分发信号的各个示例性实施例将在以下结合图5和图6来讨论。系统300中所示的实施例对应于以下叠加信号的各个示例性实施例。

从中央时钟模块302向调制器308发送电时钟脉冲信号304。同样，从中央时钟模块302向调制器308发送当日时间脉冲信号308。在各个示例性实施例中，在唯一电路径上从中央时钟模块302向子组件312、314提供这里所述的脉冲。在各个其他示例性实施例中，在现有路径(例如用于共同频率分发的路径)上覆盖的电路径上提供这里所述的脉冲。

在接收电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308之后，调制器306叠加电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308，以建立调制的基准时钟脉冲信号310。在各个示例性实施例中，调制器306使用求和函数来叠加电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308。

调制器306向子组件312和子组件314中的每个发送调制的基准时钟脉冲信号310。在示例性系统300中，由线卡312中的阈值检测器316和频率计数器318两者接收调制的基准时钟脉冲信号。

在各个示例性实施例中，所有子组件312、314在中央时钟模块302发出当日时间脉冲308的很小和可预测时间内检测当日脉冲308。在各个示例性实施例中，子组件随后使用普通消息系统查询中央时钟模块302。在示例性系统300中，这通过查询320来表示。

响应于查询320，中央时钟模块发送包含中央时间数据库中的时间值的信号322。在信号322中发送的时间值是对应于当中央时钟模块302发送出当日时间脉冲308时的时间的值。这里，这个值通过中央时间变量CTpulse(n)来表示。

当中央时钟模块302发出多个当日时间脉冲308时，确信期望地，在每个当日时间脉冲308之间的间隔足够大，以确保在触发下一当日时间脉冲308之前子组件312、314能够提取信号322中的时间值CTpulse(n)。例如，在各个示例性实施例中，使用一脉冲每秒(pps)速率。

为了子组件312、314使用调制的基准时钟脉冲信号310生成时间戳，每个子组件312、314以不基于中央时钟模块302使用的相同频率的基准时钟率来运行频率计数器318。因此，如上所述，在各个示例性实施例中，通过中央分发的频率在电信设备上提供由中央时钟模块302使用的频率。

为了检测线卡312中的当日时间脉冲信号308，阈值检测器316检测超过在调制的基准时钟脉冲信号310的振幅的阈值。明显地，所述阈值大于电时钟脉冲信号304的振幅，并且小于从电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308的叠加脉冲的总计。

当线卡312检测到当日时间脉冲308时，在寄存器324中记录来自频率计数器318的本地计数器LC的值。在各个示例性实施例中，这使用某种形式的硬件锁存来实现。这里，来自寄存器324的记录的值LC通过变量LCpulse(n)来表示。

一旦接收到查询响应322，子组件312将其LCpulse(n)的值更新为在查询响应322中从中央时钟模块302接收的值。然后，子组件312计算事件的全局时间值。这里，全局时间值通过变量GT(x)来表示。子组件312通过使用如下的当前计数器值LC(x)来计算在时间x发生的事件的GT(x)，其中n指的是脉冲实例，x指的是运行事件时间的实例。

GT(x)＝CTpulse(n)+(LC(x)-LCpulse(n))/(中央时钟频率)

在各个示例性实施例中，子组件312保留来自先前脉冲的信息，直到新信息可用于锁存本地计数器值和对应中央时间戳。

图4是在包括电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308的分布式架构中分发共同时间基准的方法400的第一示例性实施例的流程图。尽管参照结合示例性系统300上述的各个元件，但是应理解，示例性方法400的实施不限于示例性系统300。

方法400在步骤402开始，并进行至步骤404。在步骤404，生成电时钟脉冲信号304。在各个示例性实施例中，由中央时钟模块302生成电时钟脉冲信号304。在步骤406，例如从中央时钟模块302向调制器306分发电时钟脉冲信号304。

在步骤408，生成当日时间脉冲信号308。在各个示例性实施例中，由中央时钟模块302生成当日时间脉冲信号308。在步骤410，例如从中央时钟模块302向调制器306分发当日时间脉冲信号。

在步骤412，组合电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308。在上文中，这还描述为结合调制器306所执行的功能叠加或求和电时钟脉冲信号304和当日时间脉冲信号308。因此，在各个示例性实施例中，步骤412的结果是调制的基准时钟信号310。在步骤414，例如，从调制器306向子组件312、314发送调制的基准时钟脉冲信号310。

在步骤416，中心地分发频率。在各个示例性实施例中，由频率计数器318接收步骤416的中心分发的频率。因此，在各个示例性实施例中，在步骤418，增加频率计数器318的值。

在步骤419，例如，由阈值检测器316接收调制的基准时钟脉冲信号310。在步骤420，对于调制的基准时钟脉冲信号310进行解调。在步骤421，在调制的基准时钟脉冲信号310中检测当日时间脉冲信号308。然后，在调制的基准时钟脉冲信号310中的当日时间脉冲信号308的检测触发如示例性方法400所示的两条平行路径。应理解，这两条平行路径彼此独立运行。

在步骤422，由子组件312、314查询中央时钟模块302。这通过查询320来表示。然后，在步骤424，中央时钟模块302沿着路径322向子组件312、314发送对应于最后脉冲CTpulse(n)的时间值。在步骤426，子组件312、314接收CTpulse(n)。接下来，在步骤428，子组件312、314利用在步骤426从中央时钟模块302接收的CTpulse(n)的值更新存储的中央时间值。独立地，在步骤421之后，在步骤430，当在调制的基准时钟脉冲信号310中检测到当日时间脉冲信号308时，记录频率计数器318的值，LCpulse(n)。

在步骤432，计算全局时间值GT(x)。在各个示例性实施例中，基于频率计数器318中的值，例如根据结合示例性系统300在上文详述的公式计算GT(x)。在步骤434，基于全局时间值GT(x)生成时间戳。在步骤436，关联子组件之间的一个或多个事件。

除了以上明确提出的，应理解，结合示例性方法400所示的步骤的顺序在其他示例性实施例中可按不同顺序发生。同样，还清楚地，在某些其他示例性实施例中省略结合示例性方法400所示的某些步骤。在步骤438，方法400停止。

图5是在包括电时钟脉冲信号504和当日时间脉冲信号508的分布式架构中分发共同时间基准的系统500的第二示例性实施例的示意图。明显地，结合系统500所示的许多元件类似于结合系统300在上文描述的类似元件。指出了系统300和系统500中的元件之间的对应性，其中系统300和系统500中的元件共享他们共有的标号的最后两个字符。因此，应理解，结合系统300在上文中提供的描述还应用于500，除了以下讨论的区别。

具体地，中央时钟模块502对应于中央时钟模块302。电时钟脉冲信号504对应于电时钟脉冲信号304，除了他直接提供给子组件512、514。同样，当日时间脉冲信号508对应于当日时间脉冲信号308，除了他直接提供给子组件512、514。因此，示例性系统500不包括调制器、调制的基准时钟脉冲信号、或结合示例性系统300的那些元件和示例性方法400在上文描述的其他处理。

线卡512和线卡514分别对应于线卡312和线卡314，除了他们不包括阈值检测器。相反，当日时间脉冲信号508直接提供给寄存器524。类似地，电时钟脉冲信号504直接提供给频率计数器518。

图6是在包括电时钟脉冲信号504和当日时间脉冲信号508的分布式架构中分发共同时间基准的方法600的第二示例性实施例的流程图。尽管参照结合示例性系统500上述的各个元件，但是应理解，示例性方法600的实施不限于示例性系统500。

方法600在步骤502开始，并进行至步骤504。在步骤604，生成电时钟脉冲信号504。在各个示例性实施例中，由中央时钟模块502生成电时钟脉冲信号504。在步骤606，例如从中央时钟模块502向频率计数器518分发电时钟脉冲信号504。

在步骤608，生成当日时间脉冲信号508。在各个示例性实施例中，由中央时钟模块502生成当日时间脉冲信号508。在步骤610，例如从中央时钟模块502向寄存器524分发当日时间脉冲信号。

在步骤618，增加频率计数器518的值。在步骤621，例如由频率计数器518和寄存器524分别接收电时钟脉冲信号504和当日时间脉冲信号508。同样，在步骤621，例如在寄存器524中检测当日时间脉冲信号508的存在。然后，当日时间脉冲信号508的检测触发如示例性方法600中所示的两条平行路径。应理解，这两条平行路径彼此独立操作。

在步骤622，由子组件512、514查询中央时钟模块502。这通过查询520示出。然后，在步骤624，中央时钟模块502沿着路径522向子组件512、514发送对应于最后脉冲CTpulse(n)的时间值。在步骤626，子组件512、514接收CTpulse(n)。接下来，在步骤628，子组件512、514利用在步骤626从中央时钟模块502接收的CTpulse(n)的值更新存储的中央时间值。独立地，在步骤621之后，在步骤630，当检测到当日时间脉冲508时，记录频率计数器518的值，LCpulse(n)。

在步骤632，计算全局时间值GT(x)。在各个示例性实施例中，基于频率计数器518中的值，例如根据结合示例性系统500(参照示例性系统300)在上文详述的公式计算GT(x)。在步骤634，基于全局时间值GT(x)生成时间戳。在步骤636，关联子组件之间的一个或多个事件。

除了以上明确提出的，应理解，结合示例性方法600所示的步骤的顺序在其他示例性实施例中可按不同顺序发生。同样，还清楚地，在某些其他示例性实施例中省略结合示例性方法600所示的某些步骤。在步骤638，方法600停止。

根据上文，各个示例性实施例能够明显改善在任意子组件之间生成的时间值的精度。然后，可使用更精确的时间来关联子组件之间的事件，例如从入口端口到出口端口的分组转换时间。

可在无需硬件升级的情况下在大部分电信设备中实现使用背板脉冲信号分发全局时间基础的各个示例性实施例。例如，如上所述，在各个示例性实施例中，在信号上叠加脉冲事件，以在设备中分发共同频率。

因此，各个示例性实施例改善了大型网络中IEEE 1588v2的当日时间同步的精度。在各个示例性实施例中，这通过实现系统(例如电信系统)的入口和出口端口的当日时间同步来实现。当系统用作根据IEEE 1588v2的边界节点时，相信这是更加重要的。

尽管特别地参照本发明的某些示例性方面详细描述了各个示例性实施例，但是应理解，本发明能够实现其他实施例，并且其细节能够通过各种显然方式修改。对于本领域普通技术人员容易清楚地，可事实变型和修改，同时保留在本发明的精神和范围内。因此，以上公开、描述、和附图仅用于图示的目的，并非以任意方式限制由权利要求限定的本发明。

Claims (10)

1.一种在分布式架构中分发共同时间基准的方法，包括：

在中央实体处生成至少一个电脉冲；

向子组件分发所述至少一个电脉冲；

在所述子组件处接收所述至少一个电脉冲；

当在所述子组件处接收到所述至少一个电脉冲时，记录与本地频率计数器的值对应的接收计数器值；

查询所述中央实体，以获得与生成所述至少一个电脉冲的时间对应的生成时间值；以及

使用所述生成时间值、所述接收计数器值、和所述本地频率计数器的当前计数器值确定全局时间值。

2.如权利要求1所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，其中所述中央实体是中央时钟模块，以及其中所述至少一个电脉冲包括向调制器分发的电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号。

3.如权利要求2所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，还包括：

叠加所述电时钟脉冲信号和所述当日时间脉冲信号，以获得调制的基准时钟脉冲信号；

从所述调制器发送所述调制的基准时钟脉冲信号；以及

在所述子组件处接收所述调制的基准时钟脉冲信号。

4.如权利要求3所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，还包括：

通过所述子组件中的阈值检测器接收所述调制的基准时钟脉冲信号；

对于所述调制的基准时钟脉冲信号进行解调；以及

检测在所述调制的基准时钟脉冲信号中的当日时间脉冲信号。

5.如权利要求1所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，还包括：

由所述中央实体分发频率；

在所述子组件处接收中央分发的频率；以及

通过所述子组件中的本地频率计数器接收所述中央分发的频率。

6.如权利要求1所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，其中所述子组件是网络元件中的线卡。

7.如权利要求1所述的在分布式架构中分发共同时间基准的方法，还包括：

将所述当前计数器值和所述接收计数器值之间的差除以中央时钟频率，以获得一商；以及

将所述生成时间值增加至所述商。

8.一种分发共同时间基准的系统，包括：

中央时钟模块，被配置为生成和分发至少一个电脉冲；

调制器，被配置为从所述中央时钟模块接收所述至少一个电脉冲，使用所述至少一个电脉冲建立调制的基准时钟脉冲信号，以及发送所述调制的基准时钟脉冲信号；以及

多个子组件，每个子组件包括本地频率计数器，并且每个子组件被配置为：

当在所述子组件处接收到所述调制的基准时钟脉冲信号时，记录与所述本地频率计数器的值对应的接收计数器值；

查询所述中央时钟模块，以获得与生成所述至少一个电脉冲的时间对应的生成时间值；以及

使用所述生成时间值、所述接收计数器值、和所述本地频率计数器的当前计数器值确定全局时间值。

9.如权利要求8所述的分发共同时间基准的系统，其中使用在每个子组件处确定的全局时间值同步所述多个子组件的操作，其中所述至少一个电脉冲包括电时钟脉冲信号和当日时间脉冲信号，以及其中所述本地频率计数器被配置为将基准时钟率保持在所述中央时钟模块使用的频率。

10.如权利要求8所述的分发共同时间基准的系统，其中每个子组件还包括：

阈值检测器，被配置为确定从所述调制器接收的调制的基准时钟脉冲信号何时超过预定阈值；以及

寄存器，被配置为从所述本地频率计数器获得所述当前计数器值。

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