CN102195996B - 一种堆叠系统的时间同步方法、堆叠系统和成员设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种堆叠系统的时间同步方法、堆叠系统和成员设备。其中，堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部精确时间协议(PTP)网络的时钟源节点(GM)选举和同步生成树的建立；在堆叠系统内部，根据外部PTP网络中堆叠系统被选举的角色确定堆叠系统内部的GM，通过内部通告报文在堆叠系统内部建立同步生成树，并在内部建立的同步生成树上发送内部同步报文，来进行堆叠系统内部的时间同步。本发明实现了堆叠系统的精确时间同步，且不影响其它网络设备的时间同步。

Description

一种堆叠系统的时间同步方法、堆叠系统和成员设备

技术领域

本发明涉及时间同步技术，特别涉及一种堆叠系统的时间同步方法、堆叠系统和成员设备。

背景技术

IEEE1588协议是以太网中一种较为精确的时钟同步解决方案，其基本功能是使分布式网络内的其它时钟与最精确时钟保持同步。IEEE1588协议中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它采用多播技术的分布式总线系统中的网络节点的时钟进行精确同步，其精度可以达到纳秒级。

在网络中通常会为各时钟设备设置时钟优先级，各时钟设备通过在网络中发送携带自身时钟优先级的通告(Announce)报文来选举出时钟优先级最高的时钟设备，该时钟优先级最高的时钟设备通常称为时钟源节点(GM)，并进行端口设置从而形成同步生成树。然后GM设备沿同步生成树周期性地发送携带时钟信息的PTP同步报文，非GM设备按照接收到的PTP同步报文中携带的时钟信息对本地的时钟进行修正，将并继续转发携带修正后时钟信息的PTP同步报文，以便后续非GM设备能够按照修正后时钟信息进行本地时钟修正。

在现有组网中常常会用到堆叠系统，该堆叠系统是由多个成员设备构成的一个逻辑设备，堆叠系统虽然内部连接复杂，但对外体现为一个整体设备。堆叠设备作为组网中的网络设备，其内部成员设备也需要进行高精度的时间同步，但是目前尚不存在堆叠系统进行时间同步的具体方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种堆叠系统的时间同步方法、堆叠系统和成员设备，以便于实现堆叠系统的精确时间同步，且不影响其它网络设备的时间同步。

一种堆叠系统的时间同步方法，应用于包含两个以上成员设备的堆叠系统，该堆叠系统作为一个逻辑设备参与PTP网络的GM选举和同步生成树的建立；该方法包括：

A、所述堆叠系统中的各成员设备通过堆叠端口发送内部通告报文在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若所述堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则将所述堆叠系统中slave业务端口所在的成员设备选举为GM；

B、在所述堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过在所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文，将所述被选举为GM的成员设备的本地时钟同步到所述堆叠系统中的其它成员设备。

另外，所述堆叠系统在初始状态下记录所述堆叠系统的外部时钟优先级，记录该堆叠系统为外部PTP网络中的GM，并通过业务端口发送携带该外部时钟优先级的外部通告报文；

所述堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立具体包括：

F1、所述堆叠系统通过业务端口接收到外部通告报文后，将该外部通告报文中携带的时钟优先级与所述堆叠系统记录的所述外部时钟优先级进行比较，如果所述外部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤F2；如果所述堆叠系统记录的所述外部时钟优先级高，则执行步骤F3；

F2、更新该堆叠系统为所述外部PTP网络的非GM，如果该堆叠系统已经存在slave业务端口，则将已经存在的所述slave业务端口设置为master业务端口；将收到所述外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口，利用所述外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级，并通过其它业务端口继续转发该外部通告报文；待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤F1；

F3、丢弃外部通告报文，待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤F1。

如果所述堆叠系统被选举为外部PTP网络的GM，则所述堆叠系统以该堆叠系统的本地时钟为准确时钟，通过master业务端口发送携带该堆叠系统的本地时钟信息的外部同步报文；

如果所述堆叠系统被选举为外部PTP网络的非GM，则所述堆叠系统通过slave业务端口接收到外部同步报文后，处理该外部同步报文，如果存在master业务端口，则通过该master业务端口转发处理后的外部同步报文。

其中，堆叠系统中各成员设备对外部同步报文的处理具体包括：

如果所述堆叠系统中的成员设备通过slave业务端口接收到外部同步报文，则执行步骤G1；如果堆叠系统中的成员设备通过堆叠端口接收到外部同步报文，执行步骤G2；

G1、利用该外部同步报文携带的时钟信息修正该成员设备的本地时钟，并修正该外部同步报文中携带的时钟信息；

G2、如果存在下一跳成员设备，则通过接收到该外部同步报文的成员设备的堆叠端口转发该外部同步报文给所述下一跳成员设备，如果存在master业务端口，则同时通过该master业务端口转发该外部同步报文。

所述堆叠系统中各成员设备初始记录自身的内部时钟优先级和附加优先级，记录自身为所述堆叠系统内部的GM，并通过自身的堆叠端口发送包含内部时钟优先级和附加优先级的内部通告报文；其中各成员设备初始的附加优先级相同，存在外部PTP网络的slave业务端口的成员设备的附加优先级被设置成高于所述初始的附加优先级；

所述步骤A具体包括：

A1、成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与该成员设备本地记录的附加优先级进行比较，如果内部通告报文携带的附加优先级高，则执行步骤A2；如果该成员设备本地记录的附加优先级高，则执行步骤A3；如果一样高，则执行步骤A4；

A2、利用内部通告报文中携带的附加优先级更新该成员设备本地记录的附加优先级，执行步骤A6；

A3、丢弃内部通告报文，待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤A1；

A4、将内部通告报文中携带的时钟优先级与该成员设备本地记录的时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤A5；如果该成员设备本地记录的内部时钟优先级高，则执行步骤A3；

A5、利用内部通告报文中携带的时钟优先级更新该成员设备本地记录的内部时钟优先级；

A6、更新该成员设备为堆叠系统内部的非GM；如果该成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的所述slave堆叠端口设置为master堆叠端口，将该成员设备中收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口；如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将所述内部通告报文转发给下一跳成员设备；待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤A1。

所述步骤B具体包括：

B1、在所述堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过该成员设备的master堆叠端口发送携带该成员设备的本地时钟信息的内部同步报文；

B2、所述堆叠系统内部的非GM成员设备通过该成员设备的slave堆叠端口接收到内部同步报文后，利用内部同步报文中携带的时钟信息对该成员设备的本地时钟进行修正，如果该成员设备存在master堆叠端口，则修正内部同步报文中携带的时钟信息后，通过该成员设备的master堆叠端口转发该内部同步报文。

通告报文和同步报文属于PTP报文；所述堆叠设备中的成员设备通过PTP报文中是否携带指示内部PTP报文的信息，来识别接收到的PTP报文是否为内部PTP报文。

一种堆叠系统中的成员设备，所述堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立；该成员设备包括：

内部PTP处理单元，用于通过所述成员设备的堆叠端口发送内部通告报文，在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若所述堆叠系统在外部PTP网络被选举为非GM，如果所述成员设备存在slave业务端口，则将所述成员设备选举为所述堆叠系统内部的GM；

内部时间同步单元，用于在所述成员设备被选举为所述堆叠系统内部的GM时，在所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文；在所述成员设备为所述堆叠系统内部的非GM时，利用所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送的内部同步报文进行所述成员设备的本地时钟同步。

另外，所述成员设备还包括外部PTP处理单元，该外部PTP处理单元具体包括：

外部优先级记录模块，用于在初始状态下记录所述堆叠系统的外部时钟优先级；接收到更新通知后，利用外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级；

外部GM记录模块，用于在初始状态下记录所述堆叠系统为外部PTP网络的GM；接收到更新通知后，记录所述堆叠系统为外部PTP网络的非GM；

外部通告处理模块，用于通过所述成员设备的业务端口发送携带所述堆叠系统外部时钟优先级的外部通告报文；通过所述成员设备的业务端口收到外部通告报文后，将该外部通告报文发送给外部比较处理模块；接收到转发通知后，将所述外部通告报文通过所述成员设备的其它业务端口继续转发；接收到丢弃通知后，丢弃所述外部通告报文；

外部比较处理模块，用于将接收到的外部通告报文中携带的时钟优先级与所述外部优先级记录模块记录的外部时钟优先级进行比较，如果外部通告报文中携带的时钟优先级高，则向所述外部GM记录模块发送更新通知，向业务端口设置模块发送设置通知，向所述外部优先级记录模块发送更新通知，向所述外部通告报文处理单元发送转发通知；如果所述外部优先级记录模块记录的外部时钟优先级高，则向所述外部通告报文处理单元发送丢弃通知；

业务端口设置模块，用于接收到所述设置通知后，如果该堆叠系统已经存在slave业务端口，则将已经存在的slave业务端口设置为master业务端口，并且接收到所述设置通知后，将所述成员设备收到外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口。

所述成员设备还包括外部同步处理单元，该外部同步处理单元具体包括：

外部同步处理模块，用于通过slave业务端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部时钟修正模块；通过堆叠端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块；

外部时钟修正模块，用于利用接收到的外部同步报文携带的时钟信息修正所述成员设备的本地时钟，并修正该外部同步报文中携带的时钟信息后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块；

外部同步转发模块，用于如果存在下一跳成员设备，则将接收到的外部同步报文通过堆叠端口转发给下一跳成员设备，如果存在master业务端口，则同时通过master业务端口转发接收到的外部同步报文。

其中，所述内部PTP处理单元具体包括：

内部优先级记录模块，用于在初始状态记录所述成员设备的内部时钟优先级和附加优先级，如果所述成员设备存在slave业务端口，则将记录的附加优先级设置成高于初始附加优先级；利用内部比较处理模块发送来的附加优先级更新记录的附加优先级；利用内部比较处理模块发送来的时钟优先级更新记录的内部时钟优先级；

内部GM记录模块，用于在初始状态记录所述成员设备为堆叠系统内部的GM；接收到更新通知后，更新所述成员设备为堆叠系统内部的非GM；

内部通告处理模块，用于通过堆叠端口发送包含所述内部优先级记录模块在初始状态记录的内部时钟优先级和附加优先级的内部通告报文；接收到转发通知后，如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将所述内部通告报文转发给下一跳成员设备；接收到丢弃通知后，丢弃所述内部通告报文；

内部比较处理模块，用于在所述成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与本地记录的附加优先级进行比较；如果内部通告报文携带的附加优先级高，则将内部通告报文携带的附加优先级发送给所述内部优先级记录模块，向所述内部GM记录模块发送更新通知，向堆叠端口设置模块发送设置通知；向所述内部通告处理模块发送转发通知；如果所述内部优先级记录模块记录的附加优先级高，则向所述内部通告处理模块发送丢弃通知；如果一样高，进一步将内部通告报文中携带的时钟优先级与所述内部优先级记录模块记录的时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，将内部通告报文携带的时钟优先级发送给所述内部优先级记录模块，向所述内部GM记录模块发送更新通知，向堆叠端口设置模块发送设置通知；向所述内部通告处理模块发送转发通知；如果所述内部优先级记录模块记录的内部时钟优先级高，则向所述内部通告处理模块发送丢弃通知；

堆叠端口设置模块，用于接收到设置通知后，如果所述成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的slave堆叠端口设置为master堆叠端口，并在接收到设置通知后，将收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口。

更进一步地，所述内部时间同步单元具体包括：

内部同步处理模块，在所述成员设备被选举为堆叠系统内部的GM时，通过master堆叠端口发送携带所述成员设备的本地时钟信息的内部同步报文；在所述成员设备被选举为堆叠系统内部的非GM时，将通过所述成员设备的slave堆叠端口接收到的内部同步报文发送给内部时钟修正模块；如果所述成员设备存在master堆叠端口，则将内部时钟修正模块发送来的内部同步报文通过所述成员设备的master堆叠端口转发；

内部时钟修正模块，用于利用接收到的内部同步报文中携带的时钟信息对所述成员设备的本地时钟进行修正，并修正内部同步报文中携带的时钟信息后，将内部同步报文发送给所述内部同步处理模块。

一种堆叠系统，该堆叠系统包含两个以上上述的成员设备。

由以上技术方案可以看出，本发明中的堆叠系统在外部PTP网络中作为一个逻辑设备参与GM选举和同步生成树的建立，以保证外部PTP网络时间同步的正常进行。并且在堆叠系统内部，根据外部PTP网络中堆叠系统被选举的角色确定堆叠系统内部的GM，通过内部通告报文在堆叠系统内部建立同步生成树，并在内部建立的同步生成树上发送内部同步报文来进行堆叠系统内部的时间同步。通过外部PTP网络和堆叠系统内部PTP网络相互耦合又独立运行的方式，实现了堆叠系统的精确时间同步，且不影响外部PTP网络中其它网络设备的时间同步。

附图说明

图1为本发明提供的主要方法流程图；

图2为堆叠系统参与外部网络的GM选举和同步生成树建立的过程示意图；

图3a为堆叠系统被选举为GM的外部PTP网络实例图；

图3b为堆叠系统被选举为非GM的外部PTP网络实例图；

图4为堆叠系统内部GM选举和同步生成树建立的方法流程图；

图5为一个堆叠系统内部建立的同步生成树的实例图；

图6为堆叠系统内部进行时间同步的方法流程图；

图7为本发明提供的堆叠系统中成员设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明所提供的方法如图1所示，主要包括以下过程：

步骤101：堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立。

步骤102：堆叠系统中各成员设备通过堆叠端口发送内部通告报文在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则将slave业务端口所在的成员设备选举为GM。

本步骤中，若该堆叠系统在外部PTP网络中被选举为GM，则该堆叠系统中的各成员设备通过内部通告报文，在各成员设备中进行GM选举和同步生成树的建立；若该堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则将slave业务端口所在的成员设备选举为GM，并通过内部通告报文在堆叠系统内部建立同步生成树。

步骤103：在堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过在堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文，将本地时钟同步到堆叠系统中的其它成员设备。

在本发明中，将在堆叠系统外部网络中发送的PTP报文和堆叠系统内部的PTP报文进行区分，在此，将在堆叠系统外部网络中发送的PTP报文称为外部PTP报文，将堆叠系统内部的PTP报文称为内部PTP报文。对外部PTP报文的处理和对内部PTP报文的处理是完全独立的两个过程，即堆叠系统的外部PTP网络和内部PTP网络互不影响。

堆叠系统中的成员设备对于外部PTP报文仅当作进程间通信(IPC)控制报文处理，即如果通过堆叠端口接收到外部PTP报文，仅做转发处理。只有通过业务端口接收到外部PTP报文的成员设备，才会对该PTP报文进行处理。下面进行具体描述。

上述步骤101中，在外部PTP网络中，堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部网络的GM选举和同步生成树的建立，堆叠系统在外部PTP网络中，具有一个时钟优先级，在此称为外部时钟优先级，在堆叠系统中各成员设备上配置同一个外部时钟优先级。在外部PTP网络中的GM选举和同步生成树的建立过程可以如图2所示，主要包括以下步骤：

步骤201：堆叠系统初始状态下记录该堆叠系统的外部时钟优先级，并标识该堆叠系统为外部PTP网络中的GM。

步骤202：堆叠系统通过业务端口接收到外部通告报文后，将该外部通告报文中携带的时钟优先级与本地记录的外部时钟优先级进行比较，如果外部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤203；如果本地记录的外部时钟优先级高，则执行步骤204。

步骤203：更新该堆叠系统为外部PTP网络的非GM，将已经存在的slave业务端口设置为master业务端口，将收到外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口，利用外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级，并通过其它业务端口继续转发该外部通告报文。待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤202。

需要说明的是，在同步生成树的建立过程中，堆叠系统中同时最多存在一个slave业务端口，当接收到更高外部时钟优先级的外部通告报文，需要将新的业务端口设置为slave业务端口时，应该首先将原来的slave业务端口设置为master业务端口，再将收到更高外部时钟优先级的外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口。

步骤204：丢弃该外部通告报文。待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤202。

在堆叠系统内部，成员设备如果通过业务端口接收到外部通告报文，则在步骤202中，该成员设备将该外部通告报文携带的时钟优先级与堆叠系统记录的外部时钟优先级进行比较。在步骤203中，该成员设备将接收到外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口，利用外部通告报文中携带的时钟优先级更新堆叠系统记录的外部时钟优先级，将该外部通告报文通过堆叠端口进行转发。其它成员设备通过堆叠端口接收到外部通告报文时，通过自身的堆叠端口和业务端口进行转发。

经过上述过程后，在外部PTP网络中完成GM选举，选举出外部时钟优先级最高的网络设备作为GM，并完成各网络设备的时钟端口设置。如果堆叠系统被选举为GM，则该堆叠系统没有slave业务端口，仅有master业务端口，为外部PTP网络中的其它网络设备提供精确时钟，如图3a所示。如果堆叠系统被选举为非GM设备，则该堆叠系统中至少存在slave业务端口，利用该slave业务端口接收到的外部同步报文对该堆叠系统进行时钟同步，另外，该堆叠系统还可能存在master业务端口，通过该master业务端口对外部同步报文进行转发，如图3b所示，其中堆叠系统中最多仅可能存在一个slave业务端口，可以存在多个master业务端口。需要说明的是，堆叠系统作为一个逻辑设备进行的在外部PTP网络中的GM选举和同步生成树的建立过程与现有技术中的GM选举和同步生成树的建立过程相同，也就是说，图2所示的流程中，堆叠系统体现为一个逻辑设备，可以按照现有技术中网络设备的GM选举和同步生成树建立过程执行。

在完成外部PTP网络的GM选举和同步生成树建立后，外部PTP网络便开始进行时间同步过程，堆叠系统在外部PTP网络中以一个逻辑设备参与时间同步过程。如果该堆叠系统被选举为外部PTP网络的GM，则该堆叠系统以本地时钟为准确时钟发送外部同步报文，该准确时钟可以由堆叠系统内部的GM产生，并将该外部同步报文通过该堆叠系统的master业务端口转发。如果该堆叠系统被选举为外部PTP网络的非GM，则该堆叠系统通过slave业务端口接收到外部同步报文后，修正该堆叠系统中GM的时钟，并通过该堆叠系统的master业务端口转发。

堆叠系统被选举为外部PTP网络的非GM时，对外部同步报文的处理体现在成员设备上可以包括以下两种情况：

第一种情况：成员设备通过slave业务端口接收到外部同步报文后，利用该外部同步报文携带的时钟信息修正本地时钟，并修正外部同步报文中携带的时钟信息后，如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将外部同步报文转发给下一跳成员设备，如果该成员设备存在master业务端口，则同时通过master业务端口转发外部同步报文。

第二种情况：成员设备通过堆叠端口接收到外部同步报文后，如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将外部同步报文转发给下一跳成员设备，如果该成员设备存在master业务端口，则同时通过master业务端口转发该外部同步报文。

存在slave业务端口的成员设备实际上是堆叠系统中的GM，也就是说，只有堆叠系统中的GM对外部同步报文进行处理，即修正本地时钟和外部同步报文中携带的时钟信息。其它成员设备对外部同步报文仅进行转发处理。

以上都是堆叠系统在外部PTP网络中的处理，即对外部PTP报文的处理过程。在堆叠系统内部的各成员设备上也会进行时间同步，非GM的成员设备会根据作为GM的成员设备发送的内部同步报文进行时间同步。

首先对堆叠系统内部的GM选举和同步生成树的建立过程进行描述。堆叠系统内部的GM选举和同步生成树的建立通过内部通告报文进行。为了将内部PTP报文和外部PTP报文进行区分，可以利用PTP报文中的预留字段携带该PTP报文是否为内部PTP报文的信息。

在堆叠系统内部进行GM选举时，如果该堆叠系统在外部PTP网络中被选举为GM，则堆叠系统没有slave业务端口，则各成员设备通过发送携带本地的内部时钟优先级的内部通告报文进行GM选举和同步生成树的建立。如果堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则堆叠系统上必定存在slave业务端口，由于该slave业务端口所在的成员设备通过外部PTP网络的时间同步，因此，在堆叠系统内部，将slave业务端口所在的成员设备作为精确时钟进行堆叠系统内部的时间同步，这就需要将该slave业务端口所在的成员设备选举为GM。

以上堆叠系统内部选举GM和同步生成树的具体过程可以为：堆叠系统内部的各成员设备也存在各自的时钟优先级，在此称为内部时钟优先级，该内部时钟优先级可以是根据各成员设备的编号或者MAC地址生成，各成员设备的内部时钟优先级不同。为了进一步将是否具有slave业务端口作为选举GM的因素之一，在此，可以增加另一个选举参数，在此称为附加优先级，初始配置所有成员设备的附加优先级均相同，假设都初始配置成10。一旦某个成员设备上存在slave业务端口，则该成员设备的附加优先级被设置成高于初始配置的一个预设值，例如设置成100。

各成员设备在堆叠系统中通过堆叠端口发送内部通告报文，该内部通告报文中包含该成员设备的内部时钟优先级和附加优先级，并在初始都记录自身为堆叠设备内部的GM。各成员设备在堆叠系统内部执行的GM选举和同步生成树建立的过程可以如图4所示，包括以下步骤：

步骤401：各成员设备在初始状态下记录自身的内部时钟优先级和附加优先级。

步骤402：成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与本地记录的附加优先级进行比较，如果内部通告报文携带的附加优先级高，则执行步骤403；如果本地记录的附加优先级高，则执行步骤404；如果一样高，则执行步骤405。

步骤403：利用内部通告报文中携带的附加优先级更新本地记录的附加优先级，执行步骤407。

步骤404：丢弃该内部通告报文，待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤402。

步骤405：将该内部通告报文中携带的时钟优先级与本地记录的内部时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤406；如果本地记录的内部时钟优先级高，则执行步骤404。

步骤406：利用内部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的内部时钟优先级。

步骤407：更新该成员设备为堆叠系统内部的非GM；如果该成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的slave堆叠端口设置为master堆叠端口，将收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口；如果存在下一跳成员设备，则堆叠端口将该内部通告报文转发给下一跳成员设备。待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤402。

经过上述图4所示流程，完成各成员设备堆叠端口的角色设置从而形成同步生成树，最终不存在slave堆叠端口的成员设备作为GM。图5为一个堆叠系统内部建立的同步生成树的实例图。

堆叠系统内部的同步生成树建立完成后，GM通过master堆叠端口发送携带本地时钟信息的内部同步报文来完成堆叠系统内部各成员设备的时间同步。该同步过程与PTP中规定的同步过程基本相同，如图6所示，可以具体包括：

步骤601：在堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过master堆叠端口发送携带本地时钟信息的内部同步报文。

步骤602：堆叠系统内部的非GM成员设备通过slave堆叠端口接收到内部同步报文后，利用内部同步报文中携带的时钟信息对本地时钟进行修正，如果存在master堆叠端口，则将携带时钟修正信息的内部同步报文通过master堆叠端口转发。

在各成员设备之间也会通过堆叠端口互发内部PTP报文来计算传输延迟，当接收到内部同步报文后，利用发送该内部同步报文的上一跳成员设备之间的传输延迟和内部同步报文中携带的时钟信息对本地时钟进行修正。其中，可以利用请求应答(Req_Resp)机制或端延迟(Peer_Delay)来计算两成员设备之间的传输延迟。

另外，如果采用Req_Resp机制，则在修正内部同步报文中携带的时钟信息时，可以将修正后的本地时钟更新同步报文中携带的时钟信息。如果采用Peer_Delay机制，则在修正内部同步报文中携带的时钟信息时，由于此时的内部同步报文中包含源时钟信息和延迟信息，因此，利用发送该内部同步报文的上一跳成员设备之间的传输延迟、在该成员设备的滞留延迟和内部同步报文中携带的延迟信息之和，来更新同步报文中携带的延迟信息。

在本发明涉及的外部同步报文和内部同步报文可以为时钟同步(Sync)报文，或者紧随(Follow_Up)报文。

以上是对本发明所提供的方法进行的详细描述，下面对本发明所提供的堆叠系统和成员设备进行详细描述。

本发明所提供的堆叠系统包含两个以上成员设备，该堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立。

堆叠系统中各成员设备通过堆叠端口发送内部通告报文在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则将slave业务端口所在的成员设备选举为GM。

在堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过在堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文，将本地时钟同步到堆叠系统中的其它成员设备。

堆叠系统中各成员设备的结构可以如图7所示，包括：内部PTP处理单元710和内部时间同步单元720。

内部PTP处理单元710，用于通过成员设备的堆叠端口发送内部通告报文，在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，当堆叠系统在外部PTP网络被选举为非GM时，如果该成员设备存在slave业务端口，则将成员设备选举为堆叠系统内部的GM。

内部时间同步单元720，用于在成员设备被选举为堆叠系统内部的GM时，在堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文；在成员设备为堆叠系统内部的非GM时，利用堆叠系统内部建立的同步生成树上发送的内部同步报文进行该成员设备的本地时钟同步。

另外，为了完成堆叠系统在外部PTP网络中的GM选举和同步生成树的建立，成员设备还可以包括外部PTP处理单元730，该外部PTP处理单元730可以具体包括：外部优先级记录模块731、外部GM记录模块732、外部通告处理模块733、外部比较处理模块734和业务端口设置模块735。

外部优先级记录模块731，用于在初始状态下记录堆叠系统的外部时钟优先级；接收到更新通知后，利用外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级。

外部GM记录模块732，用于在初始状态下记录堆叠系统为外部PTP网络的GM；接收到更新通知后，记录堆叠系统为外部PTP网络的非GM。

外部通告处理模块733，用于通过该成员设备的业务端口发送携带堆叠系统外部时钟优先级的外部通告报文；通过该成员设备的业务端口收到外部通告报文后，将该外部通告报文发送给外部比较处理模块734；接收到转发通知后，将外部通告报文通过该成员设备的其它业务端口继续转发；接收到丢弃通知后，丢弃外部通告报文。

外部比较处理模块734，用于将接收到的外部通告报文中携带的时钟优先级与外部优先级记录模块731记录的外部时钟优先级进行比较，如果外部通告报文中携带的时钟优先级高，则向外部GM记录模块732发送更新通知，向业务端口设置模块735发送设置通知，向外部优先级记录模块731发送更新通知，向外部通告报文处理单元733发送转发通知；如果外部优先级记录模块731记录的外部时钟优先级高，则向外部通告报文处理单元733发送丢弃通知。

业务端口设置模块735，用于接收到设置通知后，如果该堆叠系统已经存在slave业务端口，则将已经存在的slave业务端口设置为master业务端口，并且接收到设置通知后，将该成员设备收到外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口。

为了实现堆叠设备在外部PTP网络中的时间同步，成员设备还包括外部同步处理单元740，该外部同步处理单元740可以具体包括：外部同步处理模块741、外部时钟修正模块742和外部同步转发模块743。

外部同步处理模块741，用于通过slave业务端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部时钟修正模块742；通过堆叠端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块743。

外部时钟修正模块742，用于利用接收到的外部同步报文携带的时钟信息修正该成员设备的本地时钟，并修正该外部同步报文中携带的时钟信息后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块743。

外部同步转发模块743，用于如果存在下一跳成员设备，则将接收到的外部同步报文通过堆叠端口转发给下一跳成员设备，如果存在master业务端口，则同时通过master业务端口转发接收到的外部同步报文。

其中，成员设备中的内部PTP处理单元710可以具体包括：内部优先级记录模块711、内部GM记录模块712、内部通告处理模块713、内部比较处理模块714和堆叠端口设置模块715。

内部优先级记录模块711，用于在初始状态记录成员设备的内部时钟优先级和附加优先级，如果成员设备存在slave业务端口，则将记录的附加优先级设置成高于初始附加优先级；利用内部比较处理模块714发送来的附加优先级更新记录的附加优先级；利用内部比较处理模块714发送来的时钟优先级更新记录的内部时钟优先级。

内部GM记录模块712，用于在初始状态记录成员设备为堆叠系统内部的GM；接收到更新通知后，更新成员设备为堆叠系统内部的非GM。

内部通告处理模块713，用于通过堆叠端口发送包含内部优先级记录模块711在初始状态记录的内部时钟优先级和附加优先级的内部通告报文；接收到转发通知后，如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将内部通告报文转发给下一跳成员设备；接收到丢弃通知后，丢弃内部通告报文。

内部比较处理模块714，用于在成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与内部优先级记录单元711记录的附加优先级进行比较；如果内部通告报文携带的附加优先级高，则将内部通告报文携带的附加优先级发送给内部优先级记录模块711，向内部GM记录模块712发送更新通知，向堆叠端口设置模块715发送设置通知；向内部通告处理模块714发送转发通知；如果内部优先级记录模块711记录的附加优先级高，则向内部通告处理模块713发送丢弃通知；如果一样高，进一步将内部通告报文中携带的时钟优先级与内部优先级记录模块711记录的时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，将内部通告报文携带的时钟优先级发送给内部优先级记录模块711，向内部GM记录模块712发送更新通知，向堆叠端口设置模块715发送设置通知；向内部通告处理模块713发送转发通知；如果内部优先级记录模块711记录的内部时钟优先级高，则向内部通告处理模块713发送丢弃通知。

堆叠端口设置模块715，用于接收到设置通知后，如果成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的slave堆叠端口设置为master堆叠端口，并在接收到设置通知后，将收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口。

另外，内部时间同步单元720可以具体包括：内部同步处理模块721和内部时钟修正模块722。

内部同步处理模块721，在成员设备被选举为堆叠系统内部的GM时，通过master堆叠端口发送携带成员设备的本地时钟信息的内部同步报文；在成员设备被选举为堆叠系统内部的非GM时，将通过该成员设备的slave堆叠端口接收到的内部同步报文发送给内部时钟修正模块722；如果成员设备存在master堆叠端口，则将内部时钟修正模块722发送来的内部同步报文通过该成员设备的master堆叠端口转发。

内部时钟修正模块722，用于利用接收到的内部同步报文中携带的时钟信息对该成员设备的本地时钟进行修正，并修正内部同步报文中携带的时钟信息后，将内部同步报文发送给内部同步处理模块721。

由以上描述可以看出，本发明中的堆叠系统在外部PTP网络中作为一个逻辑设备参与GM选举和同步生成树的建立，以保证外部PTP网络时间同步的正常进行。并且在堆叠系统内部，根据外部PTP网络中堆叠系统被选举的角色确定堆叠系统内部的GM，通过内部通告报文在堆叠系统内部建立同步生成树，并在内部建立的同步生成树上发送内部同步报文来进行堆叠系统内部的时间同步。通过外部PTP网络和堆叠系统内部PTP网络相互耦合又独立运行的方式，实现了堆叠系统的精确时间同步，且不影响外部PTP网络中其它网络设备的时间同步。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种堆叠系统的时间同步方法，应用于包含两个以上成员设备的堆叠系统，该堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部精确时间协议PTP网络的源时钟GM选举和同步生成树的建立；其特征在于，该方法包括：

A、所述堆叠系统中的各成员设备通过堆叠端口发送携带本地的内部时钟优先级的内部通告报文在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若所述堆叠系统在外部PTP网络中被选举为非GM，则将所述堆叠系统中slave业务端口所在的成员设备选举为GM；

B、在所述堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过在所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文，将所述被选举为GM的成员设备的本地时钟同步到所述堆叠系统中的其它成员设备；

其中，所述步骤B具体包括：

B1、在所述堆叠系统内部被选举为GM的成员设备通过该成员设备的master堆叠端口发送携带该成员设备的本地时钟信息的内部同步报文；

B2、所述堆叠系统内部的非GM成员设备通过该成员设备的slave堆叠端口接收到内部同步报文后，利用内部同步报文中携带的时钟信息对该成员设备的本地时钟进行修正，如果该成员设备存在master堆叠端口，则修正内部同步报文中携带的时钟信息后，通过该成员设备的master堆叠端口转发该内部同步报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠系统在初始状态下记录所述堆叠系统的外部时钟优先级，记录该堆叠系统为外部PTP网络中的GM，并通过业务端口发送携带该外部时钟优先级的外部通告报文；

所述堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立具体包括：

F1、所述堆叠系统通过业务端口接收到外部通告报文后，将该外部通告报文中携带的时钟优先级与所述堆叠系统记录的所述外部时钟优先级进行比较，如果所述外部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤F2；如果所述堆叠系统记录的所述外部时钟优先级高，则执行步骤F3；

F2、更新该堆叠系统为所述外部PTP网络的非GM，如果该堆叠系统已经存在slave业务端口，则将已经存在的所述slave业务端口设置为master业务端口；将收到所述外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口，利用所述外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级，并通过其它业务端口继续转发该外部通告报文；待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤F1；

F3、丢弃外部通告报文，待再次通过业务端口接收到外部通告报文后，转至步骤F1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述堆叠系统被选举为外部PTP网络的GM，则所述堆叠系统以该堆叠系统的本地时钟为准确时钟，通过master业务端口发送携带该堆叠系统的本地时钟信息的外部同步报文；

如果所述堆叠系统被选举为外部PTP网络的非GM，则所述堆叠系统通过slave业务端口接收到外部同步报文后，处理该外部同步报文，如果存在master业务端口，则通过该master业务端口转发处理后的外部同步报文。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，堆叠系统中各成员设备对外部同步报文的处理具体包括：

如果所述堆叠系统中的成员设备通过slave业务端口接收到外部同步报文，则执行步骤G1；如果堆叠系统中的成员设备通过堆叠端口接收到外部同步报文，执行步骤G2；

G1、利用该外部同步报文携带的时钟信息修正该成员设备的本地时钟，并修正该外部同步报文中携带的时钟信息；

G2、如果存在下一跳成员设备，则通过接收到该外部同步报文的成员设备的堆叠端口转发该外部同步报文给所述下一跳成员设备，如果存在master业务端口，则同时通过该master业务端口转发该外部同步报文。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠系统中各成员设备初始记录自身的内部时钟优先级和附加优先级，记录自身为所述堆叠系统内部的GM，并通过自身的堆叠端口发送包含内部时钟优先级和附加优先级的内部通告报文；其中各成员设备初始的附加优先级相同，存在外部PTP网络的slave业务端口的成员设备的附加优先级被设置成高于所述初始的附加优先级；

所述步骤A具体包括：

A1、成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与该成员设备本地记录的附加优先级进行比较，如果内部通告报文携带的附加优先级高，则执行步骤A2；如果该成员设备本地记录的附加优先级高，则执行步骤A3；如果一样高，则执行步骤A4；

A2、利用内部通告报文中携带的附加优先级更新该成员设备本地记录的附加优先级，执行步骤A6；

A3、丢弃内部通告报文，待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤A1；

A4、将内部通告报文中携带的时钟优先级与该成员设备本地记录的时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，则执行步骤A5；如果该成员设备本地记录的内部时钟优先级高，则执行步骤A3；

A5、利用内部通告报文中携带的时钟优先级更新该成员设备本地记录的内部时钟优先级，执行步骤A6；

A6、更新该成员设备为堆叠系统内部的非GM；如果该成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的所述slave堆叠端口设置为master堆叠端口，将该成员设备中收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口；如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将所述内部通告报文转发给下一跳成员设备；待再次通过堆叠端口接收到内部通告报文后，转至步骤A1。

6.根据权利要求1至5任一权项所述的方法，其特征在于，通告报文和同步报文属于PTP报文；所述堆叠系统中的成员设备通过PTP报文中是否携带指示内部PTP报文的信息，来识别接收到的PTP报文是否为内部PTP报文。

7.一种堆叠系统中的成员设备，所述堆叠系统作为一个逻辑设备参与外部PTP网络的GM选举和同步生成树的建立；其特征在于，该成员设备包括：

内部PTP处理单元，用于通过所述成员设备的堆叠端口发送携带本地的内部时钟优先级的内部通告报文，在堆叠系统内部选举GM和建立同步生成树；其中，若所述堆叠系统在外部PTP网络被选举为非GM，如果所述成员设备存在slave业务端口，则将所述成员设备选举为所述堆叠系统内部的GM；

内部时间同步单元，用于在所述成员设备被选举为所述堆叠系统内部的GM时，在所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送内部同步报文；在所述成员设备为所述堆叠系统内部的非GM时，利用所述堆叠系统内部建立的同步生成树上发送的内部同步报文进行所述成员设备的本地时钟同步；

其中，所述内部时间同步单元具体包括：

内部同步处理模块，在所述成员设备被选举为堆叠系统内部的GM时，通过master堆叠端口发送携带所述成员设备的本地时钟信息的内部同步报文；在所述成员设备被选举为堆叠系统内部的非GM时，将通过所述成员设备的slave堆叠端口接收到的内部同步报文发送给内部时钟修正模块；如果所述成员设备存在master堆叠端口，则将内部时钟修正模块发送来的内部同步报文通过所述成员设备的master堆叠端口转发；

内部时钟修正模块，用于利用接收到的内部同步报文中携带的时钟信息对所述成员设备的本地时钟进行修正，并修正内部同步报文中携带的时钟信息后，将内部同步报文发送给所述内部同步处理模块。

8.根据权利要求7所述的成员设备，其特征在于，所述成员设备还包括外部PTP处理单元，该外部PTP处理单元具体包括：

外部优先级记录模块，用于在初始状态下记录所述堆叠系统的外部时钟优先级；接收到更新通知后，利用外部通告报文中携带的时钟优先级更新本地记录的外部时钟优先级；

外部GM记录模块，用于在初始状态下记录所述堆叠系统为外部PTP网络的GM；接收到更新通知后，记录所述堆叠系统为外部PTP网络的非GM；

外部通告处理模块，用于通过所述成员设备的业务端口发送携带所述堆叠系统外部时钟优先级的外部通告报文；通过所述成员设备的业务端口收到外部通告报文后，将该外部通告报文发送给外部比较处理模块；接收到转发通知后，将所述外部通告报文通过所述成员设备的其它业务端口继续转发；接收到丢弃通知后，丢弃所述外部通告报文；

外部比较处理模块，用于将接收到的外部通告报文中携带的时钟优先级与所述外部优先级记录模块记录的外部时钟优先级进行比较，如果外部通告报文中携带的时钟优先级高，则向所述外部GM记录模块发送更新通知，向业务端口设置模块发送设置通知，向所述外部优先级记录模块发送更新通知，向所述外部通告报文处理单元发送转发通知；如果所述外部优先级记录模块记录的外部时钟优先级高，则向所述外部通告报文处理单元发送丢弃通知；

业务端口设置模块，用于接收到所述设置通知后，如果该堆叠系统已经存在slave业务端口，则将已经存在的slave业务端口设置为master业务端口，并且接收到所述设置通知后，将所述成员设备收到外部通告报文的业务端口设置为slave业务端口。

9.根据权利要求7所述的成员设备，其特征在于，所述成员设备还包括外部同步处理单元，该外部同步处理单元具体包括：

外部同步处理模块，用于通过slave业务端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部时钟修正模块；通过堆叠端口接收到外部同步报文后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块；

外部时钟修正模块，用于利用接收到的外部同步报文携带的时钟信息修正所述成员设备的本地时钟，并修正该外部同步报文中携带的时钟信息后，将该外部同步报文发送给外部同步转发模块；

外部同步转发模块，用于如果存在下一跳成员设备，则将接收到的外部同步报文通过堆叠端口转发给下一跳成员设备，如果存在master业务端口，则同时通过master业务端口转发接收到的外部同步报文。

10.根据权利要求7所述的成员设备，其特征在于，所述内部PTP处理单元具体包括：

内部优先级记录模块，用于在初始状态记录所述成员设备的内部时钟优先级和附加优先级，如果所述成员设备存在slave业务端口，则将记录的附加优先级设置成高于初始附加优先级；利用内部比较处理模块发送来的附加优先级更新记录的附加优先级；利用内部比较处理模块发送来的时钟优先级更新记录的内部时钟优先级；

内部GM记录模块，用于在初始状态记录所述成员设备为堆叠系统内部的GM；接收到更新通知后，更新所述成员设备为堆叠系统内部的非GM；

内部通告处理模块，用于通过堆叠端口发送包含所述内部优先级记录模块在初始状态记录的内部时钟优先级和附加优先级的内部通告报文；接收到转发通知后，如果存在下一跳成员设备，则通过堆叠端口将所述内部通告报文转发给下一跳成员设备；接收到丢弃通知后，丢弃所述内部通告报文；

内部比较处理模块，用于在所述成员设备通过堆叠端口接收到内部通告报文后，将该内部通告报文中携带的附加优先级与本地记录的附加优先级进行比较；如果内部通告报文携带的附加优先级高，则将内部通告报文携带的附加优先级发送给所述内部优先级记录模块，向所述内部GM记录模块发送更新通知，向堆叠端口设置模块发送设置通知；向所述内部通告处理模块发送转发通知；如果所述内部优先级记录模块记录的附加优先级高，则向所述内部通告处理模块发送丢弃通知；如果一样高，进一步将内部通告报文中携带的时钟优先级与所述内部优先级记录模块记录的时钟优先级进行比较，如果内部通告报文中携带的时钟优先级高，将内部通告报文携带的时钟优先级发送给所述内部优先级记录模块，向所述内部GM记录模块发送更新通知，向堆叠端口设置模块发送设置通知；向所述内部通告处理模块发送转发通知；如果所述内部优先级记录模块记录的内部时钟优先级高，则向所述内部通告处理模块发送丢弃通知；

堆叠端口设置模块，用于接收到设置通知后，如果所述成员设备已经存在slave堆叠端口，则将已经存在的slave堆叠端口设置为master堆叠端口，并在接收到设置通知后，将收到内部通告报文的堆叠端口设置为slave堆叠端口。

11.一种堆叠系统，其特征在于，该堆叠系统包含两个以上如权利要求7至10任一权项所述的成员设备。

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