CN102215101B

CN102215101B - 一种时钟同步方法及设备

Info

Publication number: CN102215101B
Application number: CN201110143932.8A
Authority: CN
Inventors: 赵洪广; 瞿艳霞; 宋玲玲
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102215101A; WO2012163172A1

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法及设备，用以在PTP时间同步网络中，减少各设备进行通信端口状态倒换的时间，保障PTP时间同步网络的稳定。其中，所述时间同步方法，包括：BC设备接收携带有GM标识信息的announce报文；确定当前时刻父辈announce报文中的GM的标识信息与上一时刻父辈announce报文中的GM的标识信息不同时，控制自身中当前时刻处于非Master状态的通信端口直接倒换为Master状态；确定当前时刻父辈announce报文携带的GM的标识信息与上一时刻父辈announce报文携带的GM的标识信息相同时，控制自身中当前非Master状态端口进入Pre-master状态。

Description

一种时钟同步方法及设备

技术领域

本发明涉及同步通信网络技术，尤其涉及一种时钟同步方法及设备。

背景技术

在通信网络中，时间同步网是必不可少的一个组成部分，不同的业务对时间同步有着不同的要求。其中，最严格的需求来源于无线通信网络，无线技术的发展越来越多地对无线通信网络提出高精度时间同步的要求。随着3G网络的高速发展，作为无线通信网络的基础网络的承载网已经开始由传统的电路交换向分组交换演进，在分组网络中实现对频率同步信号和时间同步信号的传送，有两类可行的技术：一是基于物理层的同步技术，如ITU-T G.8261的同步以太网(syncE)技术；二是基于分组包的同步技术，例如IEEE 1588 V2。syncE只能支持频率同步信号的传送，不支持时间同步信号的传送，所以单纯的syncE方案只适用于不需要时间同步要求的场景；IEEE 1588V2是一种精确时间同步协议，简称PTP(Precision Time Protocol)，PTP可以同时实现频率同步和时间同步，同步精度高，可达亚微秒级，理论上可以满足无线通信网络对时间同步的要求。因此，PTP时间同步协议在通讯网络中得到越来越多的重视和广泛的应用，国内外运营商不断的使用PTP协议进行时间同步，逐步替换使用全球定位系统(GPS，Global Positioning System)，进行时间同步的方式。

使用IEEE 1588V2进行频率同步时虽然可以独立于syncE实现频率同步，但相对于syncE，PTP有较长的收敛时间。因此，现有技术提出了时间同步以太网的解决方案，即syncE与PTP的组合模式，先使用syncE实现高精度的频率同步，在此基础上，用PTP来实现时间同步，同步以太网的使用有力地保证了PTP协议的收敛时间。在这种应用的场景下，不需要通过发送快速频率的报文来实现频率同步，只需要通过发送慢速报文计算出相邻设备间的时间偏差加以校正即可，这实质上简化了PTP的用途，抛开较复杂的频率同步的功能，只是用了其时间同步的功能；时间同步不同于频率同步，不需要高频率报文来侦测频率，在syncE频率同步的基础上，只要无线通信网络的分组时延偏差(PDV，Package Delay Deviation)侦测正常，时间同步只需要1-2个交互就可以把偏差校正回正常范围内。

PTP时间同步网中，接入点设备时钟为网外的标准时钟源，PTP时间同步网内的其它设备时钟与接入点设备时钟保持一致。接入点设备时钟也称为主时钟或者祖母时钟。PTP时间同步网络中的时钟按工作模式分为普通时钟(OC，Ordinary Clock)和边界时钟(BC，Boundary Clock)，在OC工作模式下的设备称为OC设备，只有一个通信端口；在BC工作模式下的设备称为BC设备，有一个以上通信端口。BC设备和OC设备的通信端口具备端口状态，通信端口状态包括：主状态(Master，M)、从状态(Slave，S)和被动状态(Passive，P)等，端口状态为Master的通信端口简称为Master端口，Master端口通过announce报文向下游设备传递祖母时钟信息；Slave端口根据接收到的announce报文与祖母时钟保持一致。为了保证PTP时间同步网络的稳定性，组网时通常会设置两个接入点设备，一个为主接入点设备，一个为备用接入点设备，主接入点设备的时钟为主祖母时钟，备用接入点的时钟为备用祖母时钟，其中，主祖母时钟的优先级高于备用祖母时钟。如图1所示，为PTP时间同步网络一种可能的拓扑结构示意图，其中OC1设备时钟为PTP时间同步网络的主祖母时钟，OC2设备时钟为PTP时间同步网络的备用祖母时钟。在主祖母时钟正常工作时，时钟源为主祖母时钟，OC1设备通过announce报文将自身的时钟信息传递给BC1设备，BC1设备根据接收到的announce报文调整自身的时钟与OC1设备一致，并通过announce报文将自身的时钟信息传递给BC2设备，BC1设备称为BC2设备的上游设备，BC2设备称为BC1设备的下游设备，依次类推，直至完成整个时间同步网络设备的时间同步。当时间同步网络结构为非线性结构时，由于announce报文为广播发送，因此，任意一个BC设备可能接收到多个上游设备发送的announce报文，若当前时刻BC设备接收到多个announce报文，BC设备从接收到announce报文中选择时钟等级最优的设备时钟跟踪，该被选中的设备称为BC设备的父辈。当时间同步网络为线性网络时，上游设备即为其父辈。此时，如图1所示的实线方向为announce报文的传递方向，实线箭头处端口状态为Slave，实线箭尾处端口状态为Master；当主祖母时钟丢失或者主祖母时钟质量变差时，时钟源将倒换为备用祖母时钟，如图1所示，OC2设备按照虚线方向传递announce报文，此时，对于每一个BC设备来说，端口状态将发生倒换，即原Master端口状态倒换为Slave状态，原Slave端口状态倒换为Master状态，图1中虚线箭头处端口状态为Slave，虚线箭尾处端口状态为Master。在Slave端口状态倒换为Master状态的过程中，为了防止PTP时间同步网络中存在环，在Slave端口状态倒换为Master状态之前，加入了一个pre-Master状态，即在BC设备接收到announce报文后，不是立即进行端口状态倒换，而是经过一定时长的等待后，再进行端口状态倒换。由于Pre-Master状态的存在，使得PTP时间同步网络中，各设备在进行通信端口状态倒换时，耗时过长，不利于PTP时间同步网络的稳定。

发明内容

本发明实施例提供一种时钟同步方法及设备，用以在PTP时间同步网络中，减少各设备进行通信端口状态倒换的时间，保障PTP时间同步网络的稳定。

本发明实施例提供一种时钟同步方法，包括：

BC设备接收携带有祖母时钟GM的标识信息的announce报文；

所述BC设备确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制自身中当前时刻处于非Master状态的通信端口直接倒换为主Master状态。

本发明实施例提供一种时钟同步设备，包括：

接收模块，用于接收携带有祖母时钟GM的标识信息的announce报文；

第一倒换模块，用于在确认本设备在当前时刻需要进行通信端口状态倒换时，且确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制本设备中当前时刻处于非Master状态的通信端口直接倒换为主Master状态。

本发明实施例提供的时钟同步方法及装置，BC设备根据当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息，确定出若当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，则控制当前状态为非Master状态的通信端口跳过pre-Master状态，直接倒换为Master状态，这是因为若BC设备在当前时刻接收到的announce报文中携带的GM标识信息与上一时刻接收到的announce报文中携带的GM标识信息不同时，说明原GM信息已经从当前网络中清除，因此，不经过pre-Master状态的等待，也不会引入环，这样，便减少了PTP时间同步网络在进行BC设备的通信端口状态倒换的时间，保障了PTP时间同步网络的稳定。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为现有技术中，为PTP时间同步网络一种可能的拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例中，时间同步方法实施流程示意图；

图3为本发明实施例中，时间同步设备一种可能的结构示意图。

具体实施方式

为了解决PTP时间同步网络中，各设备在进行通信端口状态倒换时，耗时过长，不利于PTP时间同步网络稳定的问题，本发明实施例提供一种时钟同步方法及设备。

本发明实施例提供的时钟同步方法及设备适用于PTP时间同步网络的拓扑结构为线性的情况，也适用于PTP时间同步网络的拓扑结构为非线性时的一个网络片段。为了便于描述，本发明实施例中以PTP时间同步网络的拓扑结构为线性为例进行说明。

发明人发现：在PTP时间同步网络中，在当前链路发生故障，发生故障处的设备无法将announce报文向下游设备传递时，将引起网络拓扑结构的变化，例如，图1中的BC2设备和BC3设备之间的链路出现故障，BC3设备无法接收到BC2设备传递的announce报文，从而无法获得GN的时钟信息，此时，BC3设备认为GM丢失，并向自身的下游设备BC4、BC5、BC6和BC7传递GM丢失消息，以及通过启动BMC算法重新选择GM，选择出的GM为当前网络中时钟质量最好的设备，此时，图1中的OC2设备时钟被选择为GM。选择出的OC2设备通过向与自身连接的BC7设备发送announce消息，传递自身的时钟信息，使得BC7与自己的时钟保持一致。此时，BC7设备将进入通信端口状态倒换阶段，由于BC7为原来网络拓扑结构中的末端设备，因此，BC7设备的通信端口状态为Slave。对于BC7来说，需要将将当前的Slave端口状态倒换为Master状态。若当前链路中存在环路，则BC7可能在当前时刻仍然接收到上游设备发送的announce消息，在该announce消息中携带的是原来的GM的标识信息，但实际上由于链路故障该GM已经失效，可能导致BC7跟踪错误的GM。为了解决上述问题，在BC7处于Slave状态的通信端口进行状态倒换时，加入了pre-Master状态进行过渡，以避免网络中存在环，即当BC7进行通信端口状态倒换时，Slave状态不是立即倒换为Master状态，而是先进入pre-Master状态，pre-Master状态持续一定的时长后，再进入Master状态。PTP协议规定pre-Master状态时长按照如下公式确定：T＝n₁*t₁其中，t₁为announce报文发送间隔时长，n₁按照如下方式确定：当发送announce报文的设备为主GM设备或者备用GM设备时，即为OC设备时，n₁＝0；当发送announce报文的设备为中间设备，即为BC设备时，n₁＝r+1，r为发送announce报文的设备到主GM设备或者备用GM设备的跳数。例如，对于图1中的BC3设备来说，当主GM倒换为备用GM后，其pre-Master状态时长为：T＝(3+1)*t₁。

如图1所示的PTP时间同步网络，共有7台BC设备，假设announce报文发送间隔为2s，在最极端的情况下，若每台设备均进行通信端口状态倒换时，则每个设备都需要首先进入pre-Master状态，则在整个同步时间网络进行通信端口状态倒换过程中，pre-Master状态消耗的时间为：[(1+1)+(2+1)+(3+1)+......+(7+1)]*2s＝70s。这样，使得时间同步网络达到稳定需要的等待时间过长。

基于此，本发明实施例提供了一种时钟同步方法及设备。以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图2所示，为本发明实施例提供的时钟同步方法实施流程示意图，包括如下步骤：

S201、BC(边界时钟)设备接收携带有GM(祖母时钟)的标识信息的announce报文；

具体实施中，BC设备接收上游设备发送的announce报文，该announce报文中携带有GM的标识信息。

S202、BC设备确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制自身中当前时刻处于非Master(主)状态的通信端口由非Master状态直接倒换为Master状态。

具体的，当BC设备检测到当前GM丢失，或者所述BC设备在检测到自身所在网络的拓扑结构改变时，确认自身需要进行通信端口状态倒换。另外，当BC设备感知到当前GM设备时钟质量变差时，也可以确认自身需要进行通信端口状态倒换。

具体的，本发明实施例涉及的非Master状态包括但不限于：Slave状态、Passive状态和监听状态等。

具体的，当BC设备确定接收到的父辈announce报文中携带的GM设备的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM设备的标识信息不同，说明当前的局部网络中原来的GM设备的标识信息已经被清除，此时，可以控制自身中处于非Master状态的通信端口可以立即倒换为Master状态，以及控制自身中处于Master状态的通信端口由Master状态倒换为Slave状态。

具体实施中，时间同步方法，还可以包括：

若BC设备确定当前时刻接收到的父辈announce报文携带的GM信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息相同时，控制自身中当前时刻处于非Master状态的通信端口进入Pre-master状态。

具体实施中，时钟同步方法，还包括：

BC设备检测处于Pre-master状态的通信端口处于Pre-master状态的时长是否到达设定值；以及

在到达设定值时，BC设备控制自身中当前时刻处于pre-Master状态的通信端口由pre-Master状态倒换为Master状态。

本发明实施例中，设定值可以按照如下方式确定：T＝(n+1)*t，其中：T为pre-Master状态时长；n为BC设备到时钟源设备的跳数；t为announce报文发送的时间间隔。

应当理解，本发明实施例提供的时钟同步方法也可以包括当PTP网络中的GM设备的端口进入Master状态时，由于GM设备跟踪PTP时间同步网络外的时钟源，因此，无需经过pre-Master状态。

本发明实施中，由于BC设备在确认自身需要进行通信端口状态倒换时，判断当前接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，说明上一时刻的GM信息在当前的局部网络中已经被清除，此时即使不加入中间过渡的pre-Master状态，也不会导致BC设备跟踪错误的时钟源，因此，进行通信端口状态倒换时，可以跳过中间过渡的pre-Master状态。由于跳过了中间过渡的pre-Master状态，从而在PTP时间同步网络中，减少了各设备进行通信端口状态倒换的时间，从而减少了PTP时间同步网络达到稳定的时间，保障PTP时间同步网络的稳定。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种时间同步设备，由于该时间同步设备解决问题的原理与时间同步方法相似，因此该设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图3所示，为本发明实施提供的时间同步设备一种可能的结构示意图，包括：

接收模块301，用于接收携带有祖母时钟GM标识信息的announce报文；

第一倒换模块302，用于在确认本设备在当前时刻需要进行通信端口状态倒换时，且确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制本设备中当前时刻处于非Master状态的通信端口直接倒换为Master状态。

具体的，第一倒换模块302可以用于在检测到本设备当前GM丢失时，或者在检测到本设备所在网络的拓扑结构改变时，确认本设备需要进行通信端口状态倒换。另外，当第一倒换模块302感知到当前GM设备时钟质量变差时，也可以确认本设备需要进行通信端口状态倒换。

具体实施中，时间同步设备，还可以包括：

预倒换模块，用于在当前时刻接收到的父辈announce报文携带的GM信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息相同时，控制自身中当前时刻处于非Master状态的通信端口进入Pre-master状态。

具体实施中，时间同步设备，还可以包括：

检测模块，用于检测处于Pre-master状态的通信端口处于Pre-master状态的时长是否到达设定值；

第二倒换模块，用于在检测到Pre-master状态的时长到达设定值时，控制本设备中当前时刻处于pre-Master状态的通信端口由pre-Master状态倒换为Master状态。

具体的，检测模块可以按照如下方式确定pre-Master状态时长的设定值：T＝(n+1)*t，其中：T为pre-Master状态时长；n为BC设备到时钟源设备的跳数；t为announce报文发送的时间间隔。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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

1.一种时钟同步方法，其特征在于，包括：

边界时钟BC设备接收携带有祖母时钟GM标识信息的announce报文；

所述BC设备确认自身在当前时刻需要进行通信端口状态倒换，且确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制自身中当前时刻处于非主Master状态的通信端口直接倒换为Master状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述BC设备确定当前时刻接收到的父辈announce报文携带的GM信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息相同时，控制自身中当前时刻处于非Master状态的通信端口进入Pre-master状态。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述BC设备检测处于Pre-master状态的通信端口处于Pre-master状态的时长是否到达设定值；以及

在到达设定值时，所述BC设备控制自身中当前时刻处于pre-Master状态的通信端口由pre-Master状态倒换为Master状态。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定值按照如下方式确定：T＝(n+1)*t，

其中：

T为pre-Master状态时长；

n为所述BC设备到时钟源设备的跳数；

t为announce报文发送的时间间隔。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，BC设备确认自身需要进行通信端口状态倒换，具体包括：

所述BC设备在检测到当前GM丢失，或者所述BC设备在检测到自身所在网络的拓扑结构改变时，确认自身需要进行通信端口状态倒换。

6.一种时钟同步设备，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收携带有祖母时钟GM标识信息的announce报文；

第一倒换模块，用于在确认本设备在当前时刻需要进行通信端口状态倒换时，且确定当前时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息与上一时刻接收到的父辈announce报文中携带的GM的标识信息不同时，控制本设备中当前时刻处于非主Master状态的通信端口直接倒换为主Master状态。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括：

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：

第二倒换模块，用于在Pre-master状态的时长到达设定值时，控制本设备中当前时刻处于pre-Master状态的通信端口由pre-Master状态倒换为Master状态。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，

所述检测模块，具体用于按照如下方式确定pre-Master状态时长的设定值：T＝(n+1)*t，

其中：

T为pre-Master状态时长；

n为边界时钟BC设备到时钟源设备的跳数；

t为announce报文发送的时间间隔。

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述第一倒换模块，具体用于在检测到本设备当前GM丢失，或者在检测到本设备所在网络的拓扑结构改变时，确认本设备需要进行通信端口状态倒换。