CN102291232B - 一种时钟同步方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时钟同步方法及装置，包括：从时钟设备同时与多个时钟源设备进行协议报文的交互，根据与多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与多个时钟源设备的锁定；从时钟设备从多个时钟源设备中选择主用时钟源，采用与主用时钟源的时间和频率偏差修正自身的时间和频率。本发明在发现时钟源设备后立即开始锁定，而不是等到切换后才开始锁定时钟源设备，使从时钟设备同时锁定多路时钟源设备，当发生时钟源设备切换的时候，切换到当前已经锁定的时钟源设备上，能够最大程度的保证切换期间的时间和频率的同步精度，加快时钟源设备切换速度，提高切换性能。
Description
技术领域
本发明涉及1588时钟同步协议，尤其涉及一种时钟同步方法及装置。
背景技术
精确时钟同步协议(Precision Time Protocol，PTP)IEEESTD1588是在时间和频率同步控制领域中的重要技术之一。1588协议规定了从时钟设备同时记录五个有效时钟源设备为备选源。通过最佳时钟算法(Best Master Clock Algorithm，BMC)选出其中最好的一个优选源作为当前系统的主用时钟源，从时钟设备与优选源进行协议交互，计算出时间和频率偏差并修正从时钟设备的时间和频率。当优选源失效时，切换到备选源中按BMC算法计算得出的次优先源，再重新开始协议交互，进行计算和同步。
在实际的网络应用上存在以下问题：从时钟设备按照协议跟随优选源时，需要累积一段时间的PDV(网络延迟抖动)变化数据，才能正确计算并滤除当前链路的PDV。由于链路不同各个备选源与从时钟设备之间的PDV会有较大的差别。一旦发生链路切换，原来累积的PDV变化数据不能适用新的链路，这时计算出的PDV是不正确的，需要重新累积PDV变化数据计算PDV。这就需要消耗较多的时间才能使从时钟设备正确跟随新的时钟源，计算出准确的PDV，从而计算出时间和频率偏差。在采用不同的滤波方式和PDV的变化情况不同时，累积PDV变化数据的时间甚至长达几分钟到几十分钟。
从发生链路切换到重新锁定时钟源这段时间内，从时钟设备输出的时间和频率的抖动都比锁定情况下有较大偏差，频率和时间同步性能较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种时钟同步方法及装置，能够在当前 时钟源失效时，立即准确的跟踪新的时钟源。
为解决上述技术问题，本发明的一种时钟同步方法，包括：
从时钟设备同时与多个时钟源设备进行协议报文的交互，根据与所述多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所述多个时钟源设备的锁定；
所述从时钟设备从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源，采用与所述主用时钟源的时间和频率偏差修正自身的时间和频率。
进一步地，所述从时钟设备从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源包括：
所述从时钟设备在未锁定所述多个时钟源设备的任意之一时，从所述多个时钟源设备中选择出优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，还包括：
所述从时钟设备在已锁定一时钟源设备，并且发现有优先级更高的时钟源设备时，选择将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者等待与所述优先级更高的时钟源设备锁定后，将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，还包括：
所述从时钟设备在已锁定一时钟源设备，并且发现优先级比所述主用时钟源低的时钟源设备时，计算与所发现的时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所发现的时钟源设备的锁定。
进一步地，还包括：
所述从时钟设备在发现所述主用时钟源失效时，从所述多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与所述次高优先级的时钟源设备已锁定时，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，还包括：
所述从时钟设备在与所述次高优先级的时钟源设备未锁定时，选择已锁定的时钟源设备中优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者，将 所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，一种时钟同步装置，包括：报文交互单元、偏差计算单元、主用时钟源选择单元和时间修正单元，其中：
所述报文交互单元，用于与多个时钟源设备进行协议报文的交互；
所述偏差计算单元，用于根据所述报文交互单元与所述多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所述多个时钟源设备的锁定；
所述主用时钟源选择单元，用于从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源；
所述时间修正单元，用于采用与所述主用时钟源的时间和频率偏差修正时间和频率。
进一步地，所述主用时钟源选择单元在所述偏差计算单元未锁定所述多个时钟源设备的任意之一时，从所述多个时钟源设备中选择出优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，所述主用时钟源选择单元在所述偏差计算单元已锁定一时钟源设备，并且发现有优先级更高的时钟源设备时，选择将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者等待与所述优先级更高的时钟源设备锁定后，将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
进一步地，所述主用时钟源选择单元在发现所述主用时钟源失效时，从所述多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与所述次高优先级的时钟源设备未锁定时，选择已锁定的时钟源设备中优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源；在与所述次高优先级的时钟源设备已锁定时，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
综上所述，本发明在发现时钟源设备后立即开始锁定，而不是等到切换后才开始锁定时钟源设备，使从时钟设备同时锁定多路时钟源设备，只使用与优选源的时间和频率偏差进行本设备时间和频率的修正，当发生时钟源设备切换的时候，尽量切换到当前已经锁定的时钟源设备上，本发明不但缩短 了切换时间，而且能够最大程度的保证切换期间的时间和频率的同步精度，加快时钟源设备切换速度，提高切换性能。
附图说明
图1是现有技术中的主从时钟设备的同步示意图；
图2是本发明实施方式的主从时钟设备的同步示意图；
图3是本发明实施方式时钟同步方法中进行时钟源加入的流程；
图4是本发明实施方式时钟同步方法中进行时钟源失效切换的流程；
图5是本发明实施方式时钟同步装置的架构图。
具体实施方式
本实施方式中从时钟设备同时与多个时钟源设备进行协议报文交互，同时计算多个时钟源设备对应链路的PDV(网络延迟抖动)，进而计算与多个时钟源设备的时间和频率偏差。当发生时钟源切换时，采用新链路的时间和频率偏差来修正从时钟设备的时间和频率。
本实施方式的时钟同步方法，包括：
步骤一：从时钟设备发现时钟源设备加入到网络中，建立与时钟源设备的链接，进行协议通讯，计算PDV并进一步计算时间和频率偏差，从而与多个时钟源设备建立链接并计算出时间和频率偏差；
步骤二：在从时钟设备当前没有锁定任何时钟源设备时，从时钟设备通过BMC算法选择优先级最高的时钟源设备作为主用时钟源，采用与主用时钟源的时间和频率偏差修正自身的时间和频率；
步骤三：在从时钟设备已经锁定一路时钟源设备，而新的时钟源设备优先级还不如当前的主用时钟源高时，也计算新的时钟源设备的时间和频率偏差，而不进行切换；
步骤四：在从时钟设备已经锁定一路时钟源设备，并且新的时钟源设备具有更高的优先级时，用户可以选择立即切换或暂时不进行切换，而等待该 新的更高优先级的时钟源设备锁定后再进行切换；
步骤五：在当前时钟源设备失效时，如果BMC算法计算的次高优先级时钟源已经锁定，则从时钟设备立即切换到该次优选时钟源设备，采用与该时钟源设备的时间和频率偏差修正自身的时间和频率；
步骤六：在当前时钟源设备失效时，如果BMC算法计算的次高优先级时钟源设备未锁定，则可以根据用户设置来选择切换到未锁定的次高优先级时钟源设备还是切换到当前已锁定的时钟源设备中优先级最高的一个；
当然，也可以允许用户随时通过手动操作立即执行时钟源设备切换或不考虑锁定状态直接指定主用时钟源。
下面结合附图对本实施方式的时钟同步方法在一个拥有两个备用时钟源的网络上的实现过程进行说明。
如图1所示，在现有的主备时钟源网络中，1588从时钟设备同时发现1588时钟源1、源2和源3。1588从时钟设备根据BMC算法决定使用哪个时钟源作为主用时钟源，其他时钟源设备则自动成为备用时钟源，假定1588时钟源1的优先级最高，则从时钟设备选择源1作为主用时钟源后只锁定源1。当源1失效时再去锁定备用源中优先级较高的那个。重新锁定的过程需要消耗一段时间并且短期内性能较差。
如图2所示，本实施方式中从时钟设备同时锁定时钟源1、源2和源3，但仅采用与源1的时间和频率偏差修正自身的时间和频率。当发生切换时，如切换到源2，则改变输出为源2链路计算出的时间和频率偏差，而不再有重新锁定的过程。
如图3所示，本实施方式在网络中加入新的时钟源时按以下步骤进行：
步骤301：1588从时钟设备发现时钟源1，开始锁定时钟源1，输出时钟源1的时间和频率；
步骤302：1588从时钟设备发现时钟源2，开始锁定时钟源2，暂不切换输出；
步骤303：1588时钟源设备判断时钟源2的优先级是否大于源1的优先 级，如果小于，则执行步骤304；否则，执行步骤305；
步骤304：从时钟设备继续输出源1的时间和频率，不切换，计算与时钟源2的时间和频率偏差，结束；
步骤305：从时钟设备判定时钟源1是否已锁定，如果未锁定，则执行步骤306；否则，执行步骤307；
步骤306：从时钟设备切换到输出时钟源2的时间和频率，结束；
步骤307：从时钟设备判断用户是否设置优先使用锁定时钟源，如果用户设置优先使用锁定时钟源，则执行步骤308；否则，执行步骤309；
步骤308：从时钟设备暂不进行切换，等待时钟源2锁定后再切换到输出时钟源2的时间和频率；
步骤309：从时钟设备立即切换输出时钟源2链路的时间和频率。
按以上步骤进行源选择，当网络中加入时钟源2时，1588从时钟设备就能够正确进行加入切换操作。
如图4所示，当网络中原有的时钟源失效时按以下步骤进行：
步骤401：1588从时钟设备发现时钟源1、2和3，锁定时钟源1、2和3，假设优先级(1＞2＞3)，此时从时钟设备输出与时钟源1交互计算得到的时间和频率；
步骤402：1588从时钟设备发现时钟源1失效，则判定时钟源2是否锁定；
步骤403：如果时钟源2已锁定，则切换输出源2的时间和频率；
步骤404：如果时钟源2未锁定，则判断用户是否设置优先使用锁定时钟源；
步骤405：如果用户未设置优先使用锁定时钟源，则切换到输出时钟源2的时间和频率；
步骤406：如果用户设置优先使用锁定时钟源，则判定时钟源3是否锁定；
步骤407：如果时钟源3已锁定，则切换输出时钟源3时间和频率；
步骤408：如果时钟源3未锁定，这时已经没有其他锁定时钟源，则切换到优先级最高的有效时钟源，即输出时钟源2的时间和频率。
按以上步骤进行源选择，当网络中优选时钟源1失效时，1588从时钟设备就能够正确进行失效切换操作。
图5所示为本实施方式的时钟同步装置，包括：报文交互单元、偏差计算单元、主用时钟源选择单元和时间修正单元，其中：
报文交互单元，用于与多个时钟源设备进行协议报文的交互；
偏差计算单元，用于根据报文交互单元与多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与多个时钟源设备的锁定；
主用时钟源选择单元，用于从多个时钟源设备中选择主用时钟源；
时间修正单元，用于采用与主用时钟源的时间和频率偏差修正时间和频率。
主用时钟源选择单元在偏差计算单元未锁定多个时钟源设备的任意之一时，从多个时钟源设备中选择出优先级最高的时钟源设备作为主用时钟源。
主用时钟源选择单元在偏差计算单元已锁定一时钟源设备，并且发现有优先级更高的时钟源设备时，选择将优先级更高的时钟源设备作为主用时钟源；或者等待与优先级更高的时钟源设备锁定后，将优先级更高的时钟源设备作为主用时钟源。
主用时钟源选择单元在发现主用时钟源失效时，从多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与次高优先级的时钟源设备未锁定时，选择已锁定的时钟源设备中优先级最高的时钟源设备作为主用时钟源；或者，将次高优先级的时钟源设备作为主用时钟源；在与次高优先级的时钟源设备已锁定时，将次高优先级的时钟源设备作为主用时钟源。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (9)
1.一种时钟同步方法，其特征在于，包括：
从时钟设备同时与多个时钟源设备进行协议报文的交互，根据与所述多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所述多个时钟源设备的锁定；
所述从时钟设备从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源，采用与所述主用时钟源的时间和频率偏差修正自身的时间和频率；
所述从时钟设备在发现所述主用时钟源失效时，从所述多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与所述次高优先级的时钟源设备已锁定时，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从时钟设备从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源包括：
所述从时钟设备在未锁定所述多个时钟源设备的任意之一时，从所述多个时钟源设备中选择出优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述从时钟设备在已锁定一时钟源设备，并且发现有优先级更高的时钟源设备时，选择将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者等待与所述优先级更高的时钟源设备锁定后，将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
所述从时钟设备在已锁定一时钟源设备，并且发现优先级比所述主用时钟源低的时钟源设备时，计算与所发现的时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所发现的时钟源设备的锁定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述从时钟设备在与所述次高优先级的时钟源设备未锁定时，选择已锁定的时钟源设备中优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
6.一种时钟同步装置，其特征在于，包括：报文交互单元、偏差计算单元、主用时钟源选择单元和时间修正单元，其中：
所述报文交互单元，用于与多个时钟源设备进行协议报文的交互；
所述偏差计算单元，用于根据所述报文交互单元与所述多个时钟源设备的协议报文的交互，分别计算与每个时钟源设备的时间和频率偏差，进行与所述多个时钟源设备的锁定；
所述主用时钟源选择单元，用于从所述多个时钟源设备中选择主用时钟源，所述主用时钟源选择单元在发现所述主用时钟源失效时，从所述多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与所述次高优先级的时钟源设备已锁定时，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源；
所述时间修正单元，用于采用与所述主用时钟源的时间和频率偏差修正时间和频率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述主用时钟源选择单元在所述偏差计算单元未锁定所述多个时钟源设备的任意之一时，从所述多个时钟源设备中选择出优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述主用时钟源选择单元在所述偏差计算单元已锁定一时钟源设备，并且发现有优先级更高的时钟源设备时，选择将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者等待与所述优先级更高的时钟源设备锁定后，将所述优先级更高的时钟源设备作为所述主用时钟源。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述主用时钟源选择单元在发现所述主用时钟源失效时，从所述多个时钟源设备中选择次高优先级的时钟源设备，在与所述次高优先级的时钟源设备未锁定时，选择已锁定的时钟源设备中优先级最高的时钟源设备作为所述主用时钟源；或者，将所述次高优先级的时钟源设备作为所述主用时钟源。
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