CN102082653B - 一种时钟同步的方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时钟同步的方法、系统及装置，应用在以太网传输系统中，用以提高IEEE 1588实现时钟同步的精度。该方法包括：接收节点接收发送节点发送的以太网数据信息，对所述以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率，并根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE 1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

Description

一种时钟同步的方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及通信系统技术领域，特别涉及一种时钟同步的方法、系统及装置。

背景技术

随着通信技术的发展，数据传输速度越来越快，对于时钟同步的要求也越来越高，参见表1：

无线技术	时钟频率精度要求	时间同步要求
			WCDMA	0.05ppm	NA
GSM	0.05ppm	NA
			CDMA	0.05ppm	3us
TD-SCDMA	0.05ppm	1.5us
			WiMax	0.05ppm	1us
LTE	0.05ppm	时间同步

表1

早期的网络时间协议(NTP/SNTP)只能实现毫秒级精度的时钟同步，可见已经无法满足上述通信系统的时钟同步的精度要求，尤其是无线通信技术对时钟同步的精度要求。

因此，目前采用网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准IEEE1588来实现时钟同步。IEEE1588的基本功能是使分布式网络内的最精确时间与其他时间保持同步，它定义了一种精确时间协议(PTP，Precision Time Protocol)，用于对标准以太网或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同步，IEEE1588协议通过报文完成时间对齐和延时补偿。IEEE1588V2协议适用于以太网传输，通过协议报文的应答实现主从时间同步，IEEE1588端到端(E2E)报文实现过程的时钟同步见图一所示，包括：

步骤101：主节点的PTP协议应用层发起同步(Sync)消息给从节点，其中，Sync消息中包含该Sync消息离开本节点的估算时间t1′，主节点同时记录Sync消息离开本节点PTP端口时，主节点时钟Master Clock的精确时间t1值。

这里，主节点包括IEEE1588时钟，以及以太网传输时钟，参见图2。这里，是主节点的PTP协议应用层发起的同步消息，即为符合1588协议的标准报文，因此，主节点时钟Master Clock为主节点的IEEE1588时钟。

步骤102：从节点记录Sync消息到达时，从节点时钟Slave Clock的精确时间t2，并把t2存入寄存器，同时报告给从节点的PTP协议应用层。

同样，从节点也包括IEEE1588时钟，以及以太网传输时钟，这里，从节点时钟Slave Clock也为从节点的IEEE1588时钟。

步骤103：主节点的PTP协议应用层发起Follow_Up消息，Follow_Up消息包含前一个Sync消息离开时Master Clock的精确时间t1值。

步骤104：从节点收到Follow_Up消息之后记下t1，此时从节点知道Sync消息的发送时刻t1和接收时刻t2。

步骤105：从节点的PTP协议应用层发起Delay_Req消息给主节点，从节点记录Delay_Req消息时离开时Slave Clock的精确时间t3值。

步骤106：主节点记录Delay_Req消息到达时Master Clock的精确时间t4值，并通过Delay_Resp消息把t4发给从节点。

这样，从节点知道Delay_Req消息的真正发送时刻t3和接收时刻t4，以及Sync消息的发送与接收时间t1、t2；

步骤107：从节点根据获得t1、t2、t3和t4，确定从时间偏差，并根据确定的从时间偏差修正本地Slave Clock时间值，使Slave Clock同步Master Clock的时间。

从节点获得t1、t2、t3和t4后，可以根据如下公式获得从时间偏差：

主从之间时间差A＝Offset+MS_Delay＝t2-t1    (1)

从主之间时间差B＝SM_Delay-Offset＝t4-t3    (2)

其中，Offset为从时钟时间偏差，MS_Delay为主从之间链路时延，SM_Delay为从主之间链路时延。

这样，当MS_Delay等于SM_Delay，则在从节点可以得出：

Offset＝(A-B)/2

MS_Delay＝SM_Delay＝(A+B)/2

由上可见，通过主从节点间不断发送报文，从节点根据记录的发送和接收的时间，获得Offset，然后根据Offset修正本地Slave Clock时间值，使本地时间同步Master Clock的时间。

目前的IEEE1588实现时钟同步的过程中要求MS_Delay等于SM_Delay，但是当网络不完全对称时，其链路延时就不确定，不能完全相等，这样计算出的Offset就不够准确，很难达到无线通信系统所需要的时钟同步的精度要求。若预估网络的不对称，以及延时情况时，模拟的算法也相当复杂，占用大量的网络资源，也很难获得精确的Offset。

另外，IEEE1588实现时钟同步的过程中还依赖于主从节点间符合1588协议标准的报文发送的频率，如果发送的频率太慢，频率误差累积较多，也很难获得精确的Offset，从而很难达到无线通信系统所需要的时钟同步的精度要求。

发明内容

本发明实施例提供一种时钟同步的方法、系统及装置，用以提高IEEE1588实现时钟同步的精度。

本发明实施例提供一种时钟同步的方法，应用在同步以太网传输系统中，包括：

接收节点接收发送节点发送的同步以太网数据信息，，其中，所述发送节点发送同步以太网数据信息包括：

所述发送节点根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率；

根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息；

所述接收节点对所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率；

所述接收节点根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

本发明实施例提供一种时钟同步的系统，包括：

发送节点，用于发送同步以太网数据信息，包括：根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率，根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息；

接收节点，用于接收发送节点发送的同步以太网数据信息，对接收到的所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率，根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

本发明实施例提供一种时钟同步的节点，应用在同步以太网传输系统中，包括：

接收单元，用于接收同步以太网数据信息；

时钟恢复单元，用于对所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率；

第一同步调整单元，用于根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整；

第二同步调整单元，用于根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率；

发送单元，用于根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息。

本发明实施例中，接收节点接收发送节点发送的以太网数据信息，对所述以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率，根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。从而，只需要通过以太网物理层的时钟同步，来实现节点间IEEE1588时钟的时钟频率的同步。

附图说明

图1为现有技术中时钟同步的流程图；

图2为现有技术中节点时钟的示意图；

图3为本发明实施例中时钟同步的流程图；

图4为本发明实施例中时钟同步系统的架构图；

图5为本发明实施例中时钟同步节点的结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供的时钟同步的方法，应用于以太网传输系统中。该系统中每个节点都包括至少两个时钟，如图2所示，包括：IEEE1588时钟，以及以太网传输时钟。其中，IEEE1588时钟为传输符合1588协议标准的报文的参考时钟。以太网传输时钟为同步以太网传输的参考时钟。本发明实施例中，通过采用同步以太网传输，提高节点间IEEE1588时钟同步的精度。

参见图3，以太网传输系统中，节点间IEEE1588时钟同步的过程包括：

步骤301：发送节点根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得以太网传输时钟的发送时钟频率。

这里，采用锁相环技术，将以太网传输时钟的时钟频率调整到与IEEE1588时钟的时钟频率同步。即发送节点将所述本地的IEEE1588时钟的时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，然后根据所述锁相环电路对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整。

根据以太网传输系统的容量不同，对应的以太网传输的时钟频率也不同。

例如：发送节点的IEEE1588时钟为125M，而以太网传输时钟为25M，将该125M的时钟频率作为参考时钟频率，利用锁相环技术，对25M的时钟频率进行时钟频率同步调整，获得发送时钟频率。这样，调整后的25M的时钟频率的频率偏差与125M的时钟频率的频率偏差一致。

因此，发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差与发送时钟频率的频率偏差一致。即IEEE1588时钟与以太网传输时钟同步。

步骤302：发送节点根据以太网传输时钟的发送时钟频率，同步传输以太网数据信息。

发送时钟频率即为调整后的以太网传输时钟的时钟频率。并且本发明实施例中，节点间进行的是同步以太网传输。这里，发送节点根据发送时钟频率按同步以太网标准发送数据，数据流中含有时钟信息。

步骤303：接收节点对接收到的以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率。

接收节点对接收到的以太网数据信息进行解析，从以太网数据流中恢复时钟信息，获得以太网传输时钟的接收时钟频率。

根据同步以太网的传输原理可知，同一以太网数据信息传输过程中，发送时钟频率与接收时钟频率是同步的，这样，接收节点获得的接收时钟频率的频率偏差与发送节点的发送时钟频率的频率偏差一致，而发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差与发送时钟频率的频率偏差一致，因此，接收节点的接收时钟频率的频率偏差与发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差一致。即接收时钟频率与发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率同步。

步骤304：接收节点根据接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

接收节点也同样采用锁相环技术，将接收时钟频率作为锁相环电路的参考时钟频率，根据所述锁相环电路对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。调整后，本地的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差与接收时钟频率的频率偏差一致。

由于接收时钟频率的频率偏差与发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差一致。因此，接收节点对本地IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整后，接收节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差与发送节点的IEEE1588时钟的时钟频率的频率偏差一致。从而，实现了节点间IEEE1588时钟同步。

例如：接收时钟频率为25M，将该25M时钟频率作为参考时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率，例如125M，进行时钟频率同步调整。调整后的125M时钟的频率偏差与25M时钟的频率偏差一致。

上述以太网传输的过程中，参见图4，时钟同步的系统包括：发送节点100和接收节点200。其中，

发送节点100，用于发送以太网数据信息。

接收节点200，用于接收发送节点100发送的以太网数据信息，对接收到的所述以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率，根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

其中，发送节点100，还用于根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述以太网传输时钟的发送时钟频率，根据所述发送时钟频率，同步传输以太网数据信息。

发送节点100，还用于将所述本地的IEEE1588时钟的时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整。

接收节点200，还用于将所述接收时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对本地的IEEE1588时钟进行时钟频率同步调整。

上述只是描述了最小的一个时钟同步的系统，当然，本发明实施例中时钟同步的系统可以是一个以太网传输系统，包括所有的节点；也可以只是以太网传输系统中的一部分，包括：两个，三个或多个节点。

在本发明实施例应用以太网传输系统中，每个节点有时为发送节点，用于发送以太网数据信息，有时是接收节点，用于接收以太网数据信息。因此，参见图5，本发明实施例中，时钟同步的节点包括：接收单元510，时钟恢复单元520，和第一同步调整单元530。

接收单元510，用于接收以太网数据信息。

时钟恢复单元520，用于对所述以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率。

第一同步调整单元530，用于根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

本发明实施例中，该节点还包括：第二同步调整单元和发送单元。

第二同步调整单元，用于根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述以太网传输时钟的发送时钟频率。

发送单元，用于根据所述发送时钟频率，同步传输以太网数据信息。

其中，第一同步调整单元，还用于将所述接收时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对本地的IEEE1588时钟进行时钟频率同步调整。

第二同步调整单元，还用于将所述本地的IEEE1588时钟的时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整。

综上所述，本发明实施例中，发送节点根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述以太网传输时钟的发送时钟频率，并根据发送时钟频率，同步传输以太网数据信息，这样，接收节点接收发送节点发送的以太网数据信息，对所述以太网数据信息进行时钟恢复，获得以太网传输时钟的接收时钟频率，然后根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。可见，本发明实施例时间同步过程中，不依赖于节点间符合1588协议标准的报文发送的频率，也不需要预估网络的不对称，以及延时情况，只需要通过以太网物理层的同步以太网传输就可以实现时间同步，极大提高了时钟同步的精度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种时钟同步的方法，其特征在于，应用在同步以太网传输系统中，包括：

接收节点接收发送节点发送的同步以太网数据信息，其中，所述发送节点发送同步以太网数据信息包括：

所述发送节点根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率；

根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息；

所述接收节点对所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率；

所述接收节点根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送节点根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整包括：

所述发送节点将所述本地的IEEE1588时钟的时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率；

根据所述锁相环电路对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收节点根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整包括：

所述接收节点将所述接收时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率；

根据所述锁相环电路对本地的IEEE1588时钟进行时钟频率同步调整。

4.一种时钟同步的系统，其特征在于，包括：

发送节点，用于发送同步以太网数据信息，包括：根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率，根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息；

接收节点，用于接收发送节点发送的同步以太网数据信息，对接收到的所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率，根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述发送节点，还用于将所述本地的IEEE1588时钟的时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述接收节点，还用于将所述接收时钟频率作为锁相环电路的参考信号的频率，根据所述锁相环电路对本地的IEEE1588时钟进行时钟频率同步调整。

7.一种时钟同步的节点，其特征在于，应用在同步以太网传输系统中，包括：

接收单元，用于接收同步以太网数据信息；

时钟恢复单元，用于对所述同步以太网数据信息进行时钟恢复，获得同步以太网传输时钟的接收时钟频率；

第一同步调整单元，用于根据所述接收时钟频率，对本地的IEEE1588时钟的时钟频率进行时钟频率同步调整；

第二同步调整单元，用于根据本地的IEEE1588时钟的时钟频率，对同步以太网传输时钟进行时钟频率同步调整，获得所述同步以太网传输时钟的发送时钟频率；

发送单元，用于根据所述发送时钟频率，同步传输同步以太网数据信息。

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