CN102356595B - 通过处理分组延迟值补偿时钟频率和相位变化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述通过处理分组延迟值补偿电子部件的频率变化和相位变化的装置和方法。在一个实施例中，分组延迟确定模块基于与第一电子部件和第二电子部件相关的时间值确定分组延迟值。分组延迟选择模块基于第一电子部件的最大频率漂移选择分组延迟值的子集。统计参数确定模块基于分组延迟值的子集的多个部分评价第一和第二参数。确认模块在分组延迟值的子集的各部分包含至少两个分组延迟值的最小值时确认参数。如果参数均被确认，则调整模块基于参数补偿第一电子部件的频率变化和相位变化中的至少一个。

Description

通过处理分组延迟值补偿时钟频率和相位变化的装置和方法
技术领域
本发明一般涉及计算机网络中的分组业务的处理。更特别地，本发明针对通过处理分组延迟值补偿时钟频率和相位变化。
背景技术
近年来，对于包括伪线仿真(PWE)、IP语音(VoIP)、视频会议的计算机网络中的实时应用和服务以及诸如H.261、H.323和IPTV的广播、多播、选播的流式服务的传输的要求迅速增加。这些实时服务一般需要高度精确的定时，以确保高的服务质量。在基于诸如全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、WiMAX和长期演进(LTE)的技术的无线网络中的基站上也需要高度精确的定时。
为了确保高服务质量并有利于网络管理，希望消除诸如开关、路由器和基站的计算机网络设备之间的时钟不匹配。可通过提供诸如全球定位系统(GPS)基准的各节点上的高度精确定时基准或诸如Stratum2铷振荡器的低质量振荡器完成这一点，这里，在TelcordiaGR-1244-CORE中给定用于Stratum2时钟质量的规范。但是，同时，希望降低源自这些定时基准的每个节点部署的实际的成本。
为了降低每个节点的成本，希望在各客户机节点上使用诸如恒温晶体振荡器(OCXO)或温度控制振荡器(TCXO)的更便宜的振荡器。但是，OCXO和TCXO可能不能满足Stratum2时钟质量要求或者对于在ITU-TG.823SEC、3GPP和IEEE802.16e中限定的无线网络的相应的时钟质量要求。为了解决该问题，一个或多个时钟服务器可通过数据网络向各客户机节点提供定时。各时钟服务器可获得从诸如全球定位系统(GPS)或与锁定于GPS上的基本基准源的Stratum1基准导出的定时。
限制分组网络中的定时分布的精度的重要因素中的一种是在时钟服务器和客户机节点之间发送的定时分组经历的称为随时间的抖动或分组延迟变化(PDV)的网络延迟中的变化。抖动的主要来源是定时分组与其它的分组业务的多路传输。公共因特网上的定时分布协议网络时间协议版本4(NTPv4)的定时精度可处于10毫秒的量级；在局域网络中，NTPv4的定时精度可更好，在几百微秒的量级上。但是，对于Stratum2质量定时的分布来说，常规的NTPv4的定时精度看起来是不足的。
增强分组网络中的定时分布的精度的一种方法是，使用特定的方法以使影响在时钟服务器和客户机节点之间发送的定时分组的抖动最小化。为了满足上述的时钟质量要求，这些特定的方法一般必须超出简单地向由互联网工程任务组(IEFT)区分服务工作组限定的诸如加速转送(EF)的最高优先类型的服务分配定时分组。例子是在在2007年8月22日提交的Barryetal.“ApparatusandMethodofControlledDelayPacketForwarding，”美国序列No.11/843493中描述的受控延迟分组转送。但是，为了满足上述的时钟质量要求，通过定时分组穿过的各开关和/或路由器常常必须支持这些方法中的一种或多种。
因此，希望确定如何在不对于由在时钟服务器和客户机节点之间发送的定时分组穿过的各开关和/或路由器上强加特定的要求的情况下，增强分组网络中的定时分布的精度。特别地，希望确定如何通过在与定时分组相关的延迟值的客户机节点上的处理，实现精度的这种提高。
发明内容
描述通过处理分组延迟值补偿第一电子部件相对于第二电子部件的频率变化和相位变化中的至少一个的装置和方法。本发明的一个实施例包括分组延迟确定模块、分组延迟选择模块、统计参数确定模块、确认模块和调整模块。分组延迟确定模块基于与第一电子部件和第二电子部件相关的时间值确定多个分组延迟值中的每一个。分组延迟选择模块基于第一电子部件的最大频率漂移选择多个分组延迟值的子集。统计参数确定模块基于分组延迟值的子集的第一部分评价第一参数并且基于分组延迟值的子集的第二部分评价第二参数。确认模块在分组延迟值的子集的第一部分和第二部分中的每一个包含分组延迟值的最小数量时确认第一参数和第二参数，其中，最小数量至少为2。如果第一参数和第二参数均被确认，则调整模块基于第一参数和第二参数补偿第一电子部件的频率变化和相位变化中的至少一个。
本发明的另一实施例通过处理分组延迟值补偿第一电子部件相对于第二电子部件的频率变化。本实施例包括分组延迟确定模块、统计参数确定模块、定时分组损失检测模块、确认模块和调整模块。分组延迟确定模块基于与第一电子部件和第二电子部件相关的时间值确定多个分组延迟值中的每一个。统计参数确定模块评价分组延迟值的第一部分的第一最大值和分组延迟值的第二部分的第二最大值的，其中，分组延迟值的第一部分和第二部分中的每一个与时间窗口相关。定时分组损失检测模块基于时间窗口内的接收包含第一标识符的任何定时分组的失败检测包含第一标识符的第一定时分组的损失。当(1)分组延迟值的子集的第一部分和第二部分中的每一个包含分组延迟值的至少为2的最小数量；(2)第一最大值和第二最大值中的每一个处于最大延迟参数的容限内；并且(3)定时分组的最小数量被检测为时间窗口内的损失时，确认模块确认第一最大值和第二最大值。如果第一最大值和第二最大值均被确认，则调整模块基于第一参数和第二参数补偿第一电子部件的频率变化。
附图说明
为了更好地理解本发明的本质和目的，应参照结合附图给出的以下的详细的描述，其中，
图1示出根据本发明的一个实施例的包含向客户机设备提供定时信息的时间服务器的网络结构；
图2示出根据本发明一个实施例的包含被在时间服务器和客户机设备之间行进的定时分组穿过的开关设备的图1的网络结构的一部分；
图3示出根据本发明的一个实施例的包含用于基于定时分组延迟值的处理的时钟调整的模块的客户机设备的主要功能块的逻辑框图；
图4示出根据本发明的一个实施例的与处理定时分组延迟值以补偿电子部件的频率变化和相位变化的至少一个相关的操作。
图5示出根据本发明的一个实施例配置的装置。
图6示出根据本发明的另一实施例配置的装置。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个实施例的包括向客户机设备101、102、103、104和105提供定时信息的时间服务器100的网络结构。时间服务器100从主机时钟源110获得定时。时间服务器100可替代性地被称为时钟主机100。主机时钟源110可以是诸如从全球定位系统(GPS)导出的基本基准时钟的Stratum1基准的时钟源。客户机设备101、102、103、104和105分别包括并且获得来自本地客户机时钟111、112、113、114和115的定时。客户机设备101～105可替代性地被称为从属机101～105。网络管理系统130监视时间服务器100和客户机设备101～105。网络管理系统130可通过使用诸如简单网络管理协议(SNMP)的网络管理协议与时间服务器100和客户机设备101～105通信。网络管理系统130产生诸如定时基准、锁定损失和本地时钟进入延期的与定时有关的报警通知。
本地客户机时钟111～115至少部分地基于由时间服务器100提供的定时信息由客户机设备101～105调整。可以在时间服务器100和客户机设备101～105中的一个或多个之间行进的定时分组的形式提供定时信息。这些定时分组可穿过分组网络120、121、122、123、124、125和126中的一个或多个。
可通过使用诸如网络时间协议(NTP)或IEEE1588精确时间协议(PTP)的定时分布协议产生定时分组。在一个实施例中，各客户机设备101～105可创建发送到时间服务器100、然后通过时间服务器100返回各客户机设备101～105的定时分组。在另一实施例中，时间服务器100可创建发送到各客户机设备101～105的定时分组中的一种或多种类型，并且，各客户机设备可创建发送到时间服务器100的一种或多种其它类型的定时分组。
在图1中，定时信息可在多个路径上在时间服务器100和各客户机设备101～105之间行进。例如，在时间服务器100和客户机101之间行进的定时分组可一般穿过网络120。但是，这些定时分组当在时间服务器100和客户机101之间行进时也可穿过网络121、123、124和122。作为替代方案，这些定时分组当在时间服务器100和客户机101之间行进时也可穿过网络121、123、125、126和122。如果在网络120中存在失效，那么这些定时分组可采取这些替代性路径中的一个或多个，这防止这些定时分组穿过网络120。作为替代方案，响应来自网络管理系统130的配置命令，这些定时分组可采取这些路径中的一个或多个。
图2示出根据本发明的一个实施例的包含由在时间服务器100和客户机设备101、201之间行进的定时分组204A～204D穿过的开关设备200A～200N的图1的网络结构的一部分。可通过时间服务器100向客户机设备101和201中的每一个发送单一类型的定时分组204A。作为替代方案，可通过时间服务器100向客户机设备101和201发送多种类型的定时分组204A和204D。可通过时间服务器100向客户机设备101或向客户机设备201中任意一个发送各定时分组204A和204D。
根据本发明的一个实施例，客户机设备201包含基于分组延迟值的处理调整的客户机设备211。在各开关设备200上，定时分组204与在开关设备200之间行进的分组业务202竞争。分组业务202可包含数据分组和控制分组。定时分组204可被分配给类别比数据分组高的服务。例如，定时分组204可被分配给加速转送(EF)类别，而数据分组可被分配给由互联网工程任务组(IETF)区分服务工作组限定的确保转送(AF)和/或最佳努力(BE)类别。在本例子中，本领域技术人员可以理解，EF、AF和BE类别具有严格的优先关系。控制分组可被分配给EF类别或者优先级比EF类别高的先发优先类别。先发(pre-emptive)优先类别和EF类别也可具有严格的优先关系。控制分组可包含诸如通过网络120在不同的时间服务器和不同的客户机之间行进的定时分组的其它的定时分组。
即使定时分组204处于诸如EF的高优先类别中，由于在定时分组204之前由开关设备200传送的分组业务202，定时分组204可经受明显的高频率延迟变化或抖动。例如，如果当EF类别中的定时分组204变得准备好传送时AF或BE类别的数据分组的传送处于进行中，那么定时分组204一般必须等待进行中传送以在被传送之前完成。并且，如果当EF类别中的定时分组204变得准备好传送时控制分组的传送处于进行中，那么定时分组204也必须等待进行中传送以在被传送之前完成。定时分组204也可与EF类别中的其它定时分组交互作用。例如，如果在相同或类似的时间在网络中存在大量客户机传送定时分组，那么会出现这一点。这些类型的可变延迟是由定时分组204经受的抖动的主要来源。如果先发优先类别中的控制分组的突发在定时分组204之前被开关设备200传送，那么，尽管可通过监督和/或整形先发优先类别中的业务，控制附加的抖动增加，但是这可进一步增加由定时分组204经受的抖动。
如果由定时分组204经受的抖动足够大，那么定时分组204可从开关设备200中的缓冲器溢出并且丢失。即使由定时分组204经受的抖动不足够大以导致分组损失，抖动会使客户机101从定时分组204导出的定时的质量劣化。例如，如果定时分组204不由于分组业务202经受抖动，那么客户机101可清楚地看到由于主机时钟源110和客户机时钟111之间的频率和/或相位变化导致的小的定时分组延迟变化，从而使得客户机101能够调整客户机时钟111的频率和/或相位以与主机时钟源110对应。但是，由于分组业务202导致的抖动会混淆这些小的定时分组延迟变化。例如，由于分组业务202导致的抖动可处于微秒或毫秒的量级，而由于主机时钟源110和客户机时钟111之间的频率和/或相位变化导致的小的定时分组延迟变化可处于几十纳秒的量级。如果客户机101尝试直接使用被由于分组业务202导致的抖动破坏的时间信息以调整客户机时钟111，那么得到的由客户机时钟111提供的定时的质量不能满足诸如对于由TelcordiaGR-1244-CORE限定的Stratum2或对于由ITU-TG.823SEC、3GPP、IEEE802.16e(WiMAX)和其它公开无线标准限定的宏蜂窝和毫微微蜂窝中的基站的时钟质量要求。
根据本发明的一个实施例，客户机201可处理与定时分组204相关的分组延迟值。分组延迟值可被分成多个部分，其中，分组延迟值的各部分通过网络120、方向和时间周期(或时间窗口或观察窗口)与路径相关。例如，与由时间服务器100传送到客户机201的定时分组204A和204D相关的分组延迟值与穿过开关设备200A～200N的双向路径和对于客户机201的进入方向相关。与通过客户机201传送到时间服务器100的定时分组204C相关的分组延迟值与同一双向路径和来自客户机201的外出方向相关。通过其收集分组延迟值的一部分的时间窗口可以为从短至10秒的时间窗口到几十天的时间窗口的范围。
通过客户机201处理分组延迟值的一个目的是评价与分组延迟值的各部分对应的参数，这里，这些参数的值跨着分组延迟值的各部分是稳定的。特别地，为了稳定，这些参数的值应对于OCXO在约2微秒或更短的时间内(在+/-2微秒内)改变，并且对于TCXO在约20微秒或更短的时间内(在+/-20微秒内)改变。这些参数的变化包含客户机时钟211相对于主机时钟源110的变化和由于分组业务202跨着通过其收集分组延迟值的部分的时间窗口的量或加载的明显的变化。当稳定时，这些参数应主要由于客户机时钟211相对于主机时钟源110的变化改变，并且很少或者根本不由于因为分组业务202的变化由定时分组204经受的抖动改变。作为结果，当这些参数被客户机201用于调整客户机时钟211时，客户机时钟211的质量可提高。
从峰值使用小时期间的高加载到最低使用小时期间的轻加载，24小时周期上的分组业务202的加载的总变化可较大。对于各24小时周期，以上描述的参数一般是稳定的，但是对于整个24小时周期不是。可参照ITU-TG.8261的慢业务调制试验配置表征稳定性。在该试验情况下，对于五个开关设备200A～200E中的每一个的进入的分组业务202在12小时周期上从20％线性增加到80％，然后在随后的12小时周期上从80％线性减小到20％，然后重复。通过使用该试验配置，对于与小于50～60％的负载值对应的时间窗口，诸如在64或128秒间隔上测量的分组延迟值的一部分的最小值的参数会是稳定的，但是对于更大的负载值可能不是。对于大于50～60％的负载值，分组业务202中的变化的效果会导致对于OCXO超过+/-2微秒或更少或者对于TCXO超过+/-20微秒或更少的最小值的变化。另一方面，对于与大于50～60％的负载值对应的时间窗口，诸如在64或128秒间隔上测量的分组延迟值的一部分的最大值的参数会是稳定的。
参数稳定的各24小时周期的一部分可依赖于测量分组延迟值的一部分的时间窗口的长度。例如，与在64或128秒的时间窗口上测量的分组延迟值的第二部分的最小值相比，在几小时的时间窗口上测量的分组延迟值的第一部分的最小值可以是更稳定的。其原因在于，对于更长的测量周期，定时分组204更可能在不被分组业务202延迟的情况下穿过网络，或者与分组业务202对应的业务负载有时在测量周期内减小，使得最小值变得稳定。
在一个实施例中，这些参数可包含但不限于分组延迟值的一部分的最小值、平均值、中值、众值和最大值。这些参数也可与分组延迟值的一部分的概率分布函数的斜坡、峰值和谷底的位置对应。可通过斜坡的中点的位置或者通过斜坡什么时候与概率浓度阈值相交测量斜坡的位置。
通过客户机201处理分组延迟值的另一目的是减少由定时分组204经受的抖动的影响。在一个实施例中，可通过选择分组延迟值的子集以排除不能与客户机时钟211相对于时钟主机110的频率和/或相位变化对应的分组延迟值完成这一点。例如，可基于客户机时钟211的最大频率漂移选择分组延迟值的子集。最大频率漂移可与振荡器的最大输出频率fmax对应。各分组延迟值可与最大分组延迟阈值相比。在一个实施例中，可基于“金”测量的分组延迟值Tgolden确定从时间服务器100到客户机201的最大分组延迟阈值。当分组业务202的估计的加载较低时，Tgolden可以是在时间窗口期间测量的分组延迟值的一部分的最小值。然后，在测量Tgolden之后在时间间隔ΔT上测量的分组延迟值应不大于约Tgolden+ΔT＊(fmax/fserver-1)，这里，fserver是由客户机201确定的主机时钟源110的估计的频率。可基于Tgolden的更新的测量更新ΔT的值并因此更新最大分组延迟阈值的值。例如，OCXO可具有10个十亿(ppb)分之一的最大值(fmax/fserver-1)。在这种情况下，对于128秒的ΔT，然后，可以在1.28微秒上设定最大分组延迟阈值。作为替代方案，TCXO可具有100个十亿(ppb)之一的最大值(fmax/fserver-1)。在这种情况下，对于128秒的ΔT，然后，可以在12.8微秒上设定最大分组延迟阈值。
在一个实施例中，最大分组延迟阈值可基于客户机时钟211的估计的输出频率的历史减小。通过排除不能与客户机时钟211相对于主机时钟源110的频率和/或相位变化对应的分组延迟值，由定时分组204经受的抖动对于诸如平均值的参数的影响减小。作为结果，当这些参数被客户机201用于调整客户机时钟211时，客户机时钟211的质量可提高。
在一个实施例中，也可通过对与分组延迟值的各部分对应参数加权，减小由定时分组204经受的抖动的影响。例如，与从客户机201到时间服务器100的外出方向相比，网络可在从时间服务器100到客户机201的进入方向上经受更重的加载。因此，与与进入方向相关的分组延迟值的第二部分的最小值相比，与与外出方向相关的分组延迟值的第一部分对应的诸如最小值的参数是稳定的。在本例子中，与与进入方向相关的参数相比，与外出方向相关的参数可被赋予更高的权重。作为替代方案，对于诸如最大值的参数，与与外出方向相关的参数相比，与本例子中的进入方向相关的参数可被赋予更高的权重。权重可采取在包含0和1的0～1的范围中的任何值。客户机201可使用权重以排除与与路径、方向和/或时间窗口相关的分组延迟值的一个或多个部分对应的参数。例如，客户机201可通过对于与进入方向相关的所有参数赋予1的权重并且通过对于与外出方向相关的所有参数赋予0的权重仅使用与进入方向相关的参数。因此，通过使用权重以相对于不可靠的参数强调更可靠的参数，可以提高客户机时钟201的质量。
通过使用本发明的实施例，可基于定时分组204调整客户机时钟211以满足Stratum2、宏蜂窝或毫微微蜂窝时钟质量要求。作为结果，客户机时钟可以是不比铷振荡器昂贵的OCXO或TCXO。由定时分组204穿过的开关设备200也可以是常规的分组开关，并且不需要支持诸如受控延迟分组转送的分组抖动减少技术。
图3示出根据本发明的一个实施例的包含用于基于定时分组延迟值的处理进行时钟调整的模块300的客户机设备201的主功能块的逻辑框图。模块300补偿客户机时钟211相对于服务器时钟110的频率变化和/或相位变化。除了模块300，客户机设备201包含收发器302、定时分组产生器304、定时分组接收器306和客户机时钟211。收发器302传送和接收定时分组204、数据分组和控制分组。定时分组产生器304产生定时分组240C。定时分组产生器304可向分组延迟确定模块310提供定时分组204C的传送时间。定时分组产生器304也可向分组延迟选择模块312提供与传送的定时分组的至少一部分相关的路径、方向和时间信息。定时分组产生器304可在周期性或非周期性的基础上产生定时分组204C。作为替代方案，定时分组产生器304可被触发以基于从时间服务器100的定时分组204A的接收产生定时分组204C。定时分组接收器306接收定时分组204A。定时分组接收器306可向分组延迟确定模块310提供定时分组204A的接收时间。定时分组接收器也可向分组延迟确定模块310提供包含于定时分组204A的字段中的定时信息。例如，定时分组204A可包含由客户机设备201并且由时间服务器100插入的时间戳信息。定时分组接收器306也可向分组延迟选择模块312提供与接收的定时分组的至少一部分相关的路径、方向和时间信息。
在一个实施例中，定时分组204C通过客户机201创建。基于客户机时钟211由定时分组产生器304确定定时分组204C的传送时间。在时间服务器100上，作为定时分组204C中的字段，插入基于时钟主机110的定时分组204C的接收时间。定时分组204C然后被回送，并且作为定时分组204A被时间服务器100传送。基于时钟主机110的定时分组204A的传送时间也通过时间服务器100作为定时分组204A中的字段被插入。在客户机201上接收定时分组204A时，基于客户机时钟211由定时分组接收器306确定定时分组204A的接收时间。在本实施例中，不使用定时分组204D。
在另一实施例中，第一定时分组204A通过时间服务器100创建。基于时钟主机110的第一定时分组204A的传送时间通过时间服务器100作为第一定时分组204A中的字段被插入。在客户机201上接收第一定时分组204A时，基于客户机时钟211由定时分组接收器306确定第一定时分组204A的接收时间。第二定时分组204C通过客户机201创建。第二定时分组204C的传送时间基于客户机时钟211由定时分组产生器304确定，并且通过客户机201被插入为第二定时分组204C中的字段。在时间服务器100上接收第二定时分组204C时，第二定时分组204C的接收时间基于时钟主机110由时间服务器100确定。第三定时分组204D然后通过时间服务器100创建。时间服务器100插入第二定时分组204C的传送时间和接收时间作为第三定时分组204D中的字段。第三定时分组204D然后被发送到客户机201。
在一个实施例中，分组延迟确定模块310基于由定时分组产生器304和定时分组接收器306提供的时间值确定与定时分组204相关的分组延迟值。分组延迟选择模块312可选择由分组延迟确定模块310提供的分组延迟值的子集。分组延迟选择模块312还可使分组延迟值的多个部分与基于来自定时分组产生器304、定时分组接收器306、时间窗口确定模块316的输入的路径、方向和/或时间窗口相关联。统计参数确定模块314可基于由分组延迟选择模块312提供的分组延迟值的多个部分评价参数。时间窗口确定模块316确定诸如开始时间、停止时间和持续时间的时间窗口信息。时间窗口确定模块316可向分组延迟选择模块312以及向控制模块330提供时间窗口信息。控制模块330可使用该信息以控制通过定时分组产生器304的定时分组204C的产生。
在一个实施例中，权重确定模块326将对由统计参数确定模块314确定的参数加权。业务估计模块328基于由统计参数确定模块314确定的参数估计使定时分组204抖动的分组业务202的业务加载水平。业务加载估计可与路径、方向和/或时间窗口相关。
在一个实施例中，网络重新配置检测模块318基于由统计参数确定模块314提供的参数检测网络重新配置。
在一个实施例中，确认模块320确认由统计参数确定模块314产生的参数。作为替代方案，确认模块320可确认从由统计参数确定模块314提供的参数导出的其它参数。例如，如上所述，统计参数确定模块314可基于分组延迟值的第一部分确定第一参数，并且基于分组延迟值的第二部分确定第二参数。可诸如通过取得第一参数和第二参数之间的差值基于第一参数和第二参数导出时间偏移。可通过确认模块320确认该时间偏移。定时分组损失确定模块322检测包含诸如序列号的第一标识符的定时分组204的损失，并且可向确认模块320提供有关的信息。
在一个实施例中，调整模块324基于由确认模块320确认的参数补偿客户机时钟211相对于服务器时钟110的频率变化和相位变化中的至少一个。调整模块324可基于由权重确定模块326提供的权重加权参数。
在一个实施例中，控制模块330可从图3所示的子模块中的任一个配置、监视和/或收集数据。该信息可通过使用SNMP被传送给可进一步处理信息的网络管理系统。
图4示出根据本发明的一个实施例的与处理定时分组延迟值以补偿电子部件的频率变化和相位变化中的至少一个相关的操作。分组延迟确定模块310基于由定时分组产生器304和定时分组接收器306提供的时间值确定分组延迟值(块400)。可基于通过使用时钟主机110测量的第一时间值和通过使用客户机时钟211测量的第二时间值计算各分组延迟值。在一个实施例中，分组延迟确定模块310确定与各定时分组204相关的接收时间和传送时间之间的差值。如上所述，定时分组204C可在客户机201上产生并且在时间服务器100上回送。在这种情况下，可存在与外出方向(从客户机201到时间服务器100)相关的第一传送时间和第一接收时间和与进入方向(从时间服务器100到客户机201)相关的第二传送时间和第二接收时间。作为结果，可存在从与单个定时分组204C相关的接收时间和传送时间确定的多个分组延迟值。
在一个实施例中，分组延迟选择模块312然后基于客户机时钟211的最大频率漂移选择分组延迟值的子集(块402)。最大频率漂移可与诸如OCXO或TCXO的振荡器的最大输出频率对应，并且可依赖于应用。例如，OCXO可具有处于OCXO的中心频率的10ppb内的最大频率漂移，而TCXO可具有处于TCXO的中心频率的250ppb内的最大频率漂移。TCXO可适于具有宽松频率同步要求的应用，而OCXO可适于具有更严格频率同步要求的应用。如上所述，分组延迟选择模块312可选择分组延迟值的子集，以排除不能与客户机时钟211相对于时钟主机110的频率和/或相位变化对应的分组延迟值。例如，各分组延迟值可与基于最大频率漂移确定的最大分组延迟阈值相比。超出最大分组延迟阈值的各分组延迟值可被舍弃。分组延迟选择模块312可确定表示被选择为处于分组延迟值的子集中的分组延迟值的百分比的选择百分比。
分组延迟选择模块312可基于由统计参数确定模块314提供的时间信息确定最大分组延迟阈值。例如，统计参数确定模块314可提供Tgolden，在分组业务202的估计的加载较低的时间窗口内测量的分组延迟值的一部分的最小值。如上所述，分组延迟选择模块312然后可基于Tgolden确定最大分组延迟阈值。如上所述，统计参数确定模块314可在网络重新配置之后重新确定Tgolden。作为替代方案，如果对于例如32分钟的时间周期，分组延迟选择模块312没有选择分组延迟值，那么统计参数确定模块314可重新确定Tgolden。
在另一实施例中，分组延迟选择模块312可以不基于客户机时钟211的最大频率漂移选择分组延迟值的子集。例如，如果统计参数确定模块314确定分组延迟值的多个部分的最大值，那么可希望保存最大分组延迟值。这些分组延迟值可超过基于最大频率漂移确定的最大分组延迟阈值。在本实施例中，超出最大分组延迟阈值的分组延迟值不被舍弃。
在一个实施例，分组延迟选择模块312使时间窗口和方向与分组延迟值的子集的各部分相关联(块404)。分组延迟选择模块312也可使路径信息与分组延迟值的子集的各部分相关联。分组延迟选择模块312可从定时分组接收器模块306获得方向和/或路径信息。可基于定时分组204C中的字段和/或由控制模块330设定的配置信息获得方向和/或路径信息。时间窗口指的是测量分组延迟值的子集的一部分内的各值的时间周期。如上所述，时间窗口确定模块316可确定窗口的开始时间、停止时间和持续时间(或长度)。作为替代方案，可通过控制模块330确定窗口的开始时间并且可通过时间窗口确定模块316确定窗口长度。用于分组延迟值的子集的不同的部分的时间窗口可重叠，或者可以不重叠。时间窗口确定模块316可基于诸如基于先前的时间窗口的标准偏差、方差和/或高阶动差的由统计参数确定模块314评价的参数确定时间窗口的窗口长度。
在一个实施例中，块402可在块404前面。作为替代方案，块404可在块402前面。
统计参数确定模块314然后基于分组延迟值的子集的各部分确定要评价的参数(块406)。统计参数确定模块然后评价参数(块408)。如上所述，统计参数确定模块314可评价最小值、平均值、中值、众值和最大值中的至少一个。参数也可与分组延迟值的子集的一部分的概率分布函数的斜坡、峰值和谷底的位置对应。另外，统计参数确定模块314可评价分组延迟值的子集的各部分的标准偏差、方差和高阶动差中的至少一个。高阶动差可与和斜角/或峰度对应。标准偏差、方差和高阶动差是分组延迟值的子集的各部分的变化或差量的度量。例如，低标准偏差或方差可表示分组延迟值的子集的一部分由于分组业务202经受小的抖动，并且还表示分组业务202的加载水平较低。另一方面，高的标准偏差或方差可表示分组延迟值的子集的一部分由于分组业务202经受明显的抖动，并且也可表示分组业务202的加载水平较高。
如上所述，对于与不同范围的负载值对应的时间窗口，诸如分组延迟值的子集的一部分的最小值、平均值、中值、众值和最大值的参数可以是稳定的。例如，基于上述的ITU-TG.8261试验配置，对于与小于50～60％的负载值对应的时间窗口，诸如在64或128秒间隔上测量的分组延迟值的一部分的最小值的参数会是稳定的，但是对于更大的负载值可能不是。另一方面，对于与大于50～60％的负载值对应的时间窗口，诸如在64或128秒间隔上测量的分组延迟值的一部分的最大值的参数会是稳定的。有趣的是，对于与在比相同的时间间隔上测量的分组延迟值的一部分的最小值大的负载值的范围对应的时间窗口，在64或128秒间隔上测量的分组延迟值的一部分的中值可以是稳定的。
在一个实施例中，统计参数确定模块314确定哪个参数可能是稳定的，并且评价这些参数。统计参数确定模块314可对于分组延迟值的子集的各部分确定评价最小值、平均值、中值、众值和最大值中的至少一个和标准偏差、方差和高阶动差中的至少一个。可由统计参数确定模块314使用标准偏差、方差和高阶动差以选择评价和/或使用最小值、平均值、中值、众值和最大值中的哪一个。例如，低的标准偏差或方差可表示，作为最大值的替代，应使用最小值和/或平均值。作为替代方案，高的标准偏差或方差可表示，作为最小值和/或平均值的替代，应使用最大值。标准偏差方差或方差也可表示，作为最小值的替代，或者，除了最小值，应使用平均值。方差可被用权重、时间窗口长度、积分/观察时间的确定的一部分，并且/或者，可独立地通过调整模块324设定频率和相位校正的控制增益。
在一个实施例中，网络重新配置检测模块318基于由统计参数确定模块314评价的参数检测网络重新配置(块410)。网络重新配置可导致定时分组204路由和/或切换到具有不同的传播延迟特性的不同的网络路径上，这可导致与定时分组204相关的分组延迟值的突然漂移。例如，网络重新配置可导致处于客户机时钟211的正常期望漂移的范围外面的新的、稳定的最小值、平均值或最大值。可通过最小值、平均值、中值、众值和最大值中的至少一个的漂移(向上或向下)检测分组延迟值的漂移，这里，漂移的大小超过最小值阈值。最小值阈值的范围可以根据应用从约1微秒到约10微秒。分组延迟值的漂移可以是可被调整模块324补偿的相位变化(或相位偏移)。另一方面，作为分组业务202的加载的变化的结果，分组延迟值可突然漂移，这可明显地改变由定时分组204经受的抖动量。为了区分网络重新配置与分组业务202的加载的变化，标准偏差和方差中的至少一个应低于网络重新配置之前的分组延迟值的第一部分和网络重新配置之后的分组延迟值的第二部分的方差阈值。根据网络配置，小于20微秒的方差值可表示，分组延迟值的漂移不是由分组业务202的加载的变化导致的。
网络重新配置检测模块318可将检测的网络重新配置通知给统计参数确定模块314。例如，在来自存在网络重新配置检测模块的318的信号确认存在网络重新配置时，统计参数确定模块314可基于在网络重新配置之后测量的分组延迟值重新确定参数。
确认模块320然后确认由统计参数确定模块314评价的参数(块412)。当该部分至少包含分组延迟值的最小数量时，确认模块320可确认基于分组延迟值的子集的一部分评价的参数。分组延迟值的最小数量可以为包含1和16的1～16的范围。在一个实施例中，可基于分组延迟值的子集的一部分的标准偏差、方差和高阶动差中的至少一个增加分组延迟值的最小数量。例如，如果标准偏差或方差超出方差阈值，那么分组延迟值的最小数量可减小到1或者增加到如时间窗口中的延迟值的最大数量那样大。
对于一些参数类型，诸如当参数是与第一时间窗口相关的分组延迟值的子集的一部分的最大值时，确认模块320可基于附加准则确认参数。确认模块320可检查最大值是否稳定，即，是否处于最大延迟参数的容限内。可基于与第二时间窗口相关的分组延迟值的子集的先前部分的最大值设定最大值延迟参数。第二时间窗口可在第一时间窗口之前或者具有比第一时间窗口长的长度。容限可小于约3微秒(在+/-3微秒内)。确认模块320也可检查定时分组204的最小数量被检测为与分组延迟值的子集的一部分相关的时间窗口长度内的损失。该检查的原因是，定时分组损失可表示开关设备200中的缓冲器溢出，这可表示最大值将不进一步增加。可通过定时分组损失确定模块322确定定时分组损失。例如，可基于接收包含第一时间窗口内的标识符的任何定时分组的失败确定定时分组204的损失。标识符可以是序列号，并且，序列号可被存储于定时分组204内的字段内。另外，可从在时间窗口内接收少于期望数量的定时分组确定分组损失。
为了区分由于位误差导致的定时分组损失和由于缓冲器溢出导致的定时分组损失，定时分组损失的最小数量可具有大于1的值，诸如2、4或8。定时分组的最小数量也可根据评价最大值的时间窗口长度改变。
在一个实施例中，权重确定部件326可向由统计参数确定模块314评价的参数施加权重(块414)。如上所述，可由调整模块324使用权重以相对于较不可靠的参数强调更可靠的参数。调整模块324也可排除具有诸如零的权重的低权重的参数。调整模块324可使用权重以排除与与路径、方向和/或时间窗口相关的分组延迟值的一个或多个部分对应的参数。可基于由分组延迟选择模块312、统计参数确定模块314提供的参数和/或由业务估计模块328提供的业务加载估计确定加权。例如，可基于与与参数相关的分组延迟值的子集的选择相关的选择百分比和/或与参数相关的分组延迟值的子集的一部分的标准偏差、方差和高阶动差中的至少一个确定向参数施加的权重。
调整模块324然后基于确认的参数补偿客户机时钟211的频率变化和相位变化中的至少一个(块416)。本领域技术人员很熟悉，调整模块可包含锁相环和/或锁频环。在一个实施例中，调整模块324可基于第一参数和第二参数确定客户机时钟211相对于时钟主机110的频率变化，这里，第一参数和第二参数均基于与第一路径和进入方向(从时间服务器100到客户机201)相关的分组延迟值204被评价。也可分别基于与第一时间窗口和第二时间窗口相关的分组延迟值204的多个部分评价第一参数和第二参数。调整模块324然后可将客户机时钟211的频率锁定到时钟主机110的频率。但是，在没有附加的信息的情况下，调整模块324可能不能补偿可在时钟主机110和客户机时钟211之间保持的相位变化(在这种情况下，为恒定相位偏移)。
通过另外考虑均基于与第一路径的外出方向(从客户机201到时间服务器100)相关的分组延迟值204被评价的第三参数和第四参数，除了频率变化外，调整模块324可确定客户机时钟211相对于时钟主机110的相位变化。相位变化可以是与由网络重新配置检测模块318检测的网络重新配置相关的相位偏移。可分别基于与第一时间窗口和第二时间窗口相关的分组延迟值204的部分评价第三参数和第四参数。如果进入方向的第一路径的长度大致等于外出方向的第一路径的长度，那么调整模块324然后可基本上消除时钟主机110和客户机时钟211之间的恒定相位偏移。另一方面，如果进入方向的第一路径的长度与外出方向上的第一路径的长度不同，那么调整模块324可减少但不消除时钟主机110和客户机时钟211之间的恒定相位偏移。
调整模块324可补偿频率变化，但是，不补偿由于进入和外出方向的不相等的业务加载导致的相位变化。例如，当使用该参数以补偿频率变化时，权重确定模块326可向该参数应用第一权重，并且，当使用参数以补偿相位变化时，权重确定模块326可向该参数应用不同的第二权重。例如，如果与参数相关的分组延迟值的一部分的标准偏差或方差高于阈值，那么第一权重可以为正并且第二权重可以为零。这表示，调整模块324仅对于补偿频率变化使用参数。另一方面，如果与参数相关的分组延迟值的一部分的标准偏差或方差低于阈值，那么第一和第二权重可均为正，从而表示调整模块324使用该参数以补偿频率和相位变化。
图5示出根据本发明的一个实施例配置的装置500。装置500包含与总线506连接的中央处理单元(CPU)502。输入/输出装置504也与总线506连接，并且可包含键盘、鼠标和显示器等。表示用于基于定时分组延迟值的处理进行时钟调整的模块300的可执行程序510被存储于存储器508中。在图3和图4中描述模块300的操作。
图6示出根据本发明的另一实施例配置的装置600。装置600包含基于定时分组延迟值的处理实现用于时钟调整的模块300的操作的现场可编程门阵列(FPGA)和/或应用特定集成电路(ASIC)602。FPGA/ASIC602可由输入/输出装置604配置并且可提供到其的输出。
本领域技术人员可以理解，在本说明书中描述的实施例可通过使用包括但不限于分组的各种形式的网络业务，分布定时信息。例如，在本说明书中描述的实施例可通过使用单元或帧分布定时信息。
虽然以上了描述本发明的各种实施例，但是，应当理解，可作为例子而不是限制给出它们。计算机相关领域技术人员可以理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以在其中提出形式和细节的各种变化。例如，除了使用硬件(例如，在中央处理单元(“CPU”)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器芯、芯片上系统(“SOC”)或任何其它的器件内或与其耦合)，也可以在例如设置在被配置为存储软件的计算机可用(例如，可读)介质中的软件(例如，计算机可读代码、程序代码和/或以诸如源、对象或机器语言的任何形式设置的指令)中体现实现。这种软件可启用例如这里描述的装置和方法的功能、制造、建模、模拟、描述和/或试验。例如，可通过使用一般的编程语言(例如，C、C++)、包含VerilogHDL和VHDL等的硬件描述语言(HDL)或其它可用的程序实现它。可以在诸如半导体、磁盘或光盘(例如，CD-ROM、DVD-ROM等)的任何已知的计算机可用介质中设置这种软件。也可作为在计算机可用(例如，可读)传送介质(例如，载波或包含基于数字、光学或模拟的介质的任何其它的介质)中体现的计算机数据信号设置软件。本发明的实施例可包含通过提供描述装置的软件并随后在包含因特网和内联网的通信网络上传送作为计算机数据信号的软件，提供这里描述的装置的方法。
从以上可以看出，描述了用于通过处理分组延迟值，对时钟频率和相位变化进行补偿的装置和方法。出于解释的目的，以上的描述使用特定的术语以提供对于本发明的完整的理解。但应理解，在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明的实施例可以采取其它特定的形式。描述的实施例不是详尽无遗的或将本发明限于公开的精确的形式；很显然，鉴于以上的教导，许多的变更和变化是可能的。因此，在解释性、非限制性的所有方面考虑当前公开的实施例。为了最好地解释本发明的原理及其实际的应用，选择和描述实施例。由此它们使得本领域技术人员最好地利用地本发明和具有适于设想的特定的用途的各种变更方式的各种实施例。以下的权利要求和它们的等同物意在要限定本发明的范围。

Claims (36)

1.一种用于补偿的装置，包括:
分组延迟选择模块，被配置为选择多个分组延迟值的子集，所述多个分组延迟值与第一电子部件和第二电子部件相关；
统计参数确定模块，被配置为基于所述多个分组延迟值的子集确定统计参数类型，并被配置为基于所述多个分组延迟值的子集评价所述统计参数类型的参数的值；
调整模块，被配置为基于所述参数的值补偿所述第一电子部件的频率变化或相位变化中的至少一个。
2.根据权利要求1的装置，其中：
所述参数是第一参数；
所述统计参数类型是第一统计参数类型；以及
所述统计参数确定模块被配置为基于所述多个分组延迟值的子集，确定与所述第一统计参数类型不同的第二统计参数类型的第二参数的值。
3.根据权利要求2的装置，其中所述统计参数确定模块被配置为基于所述第二统计参数类型的第二参数的值，选择用于评价的所述第一统计参数类型的参数，其中所述第一统计参数类型是最小值、平均值、中值、众值或最大值中的一个，并且所述第二统计参数类型是标准偏差、方差或高阶动差中的一个。
4.根据权利要求3的装置，其中所述统计参数确定模块被配置为基于与分组延迟值的子集中的抖动相关的负载水平，确定所述第一统计参数类型的参数的稳定的可能性。
5.根据权利要求1的装置，还包括：
定时分组损失检测模块，所述定时分组损失检测模块被配置为基于在与所述多个分组延迟值相关的时间窗口内接收包含标识符的任何定时分组的失败，检测包含所述标识符的定时分组的损失；以及
确认模块，所述确认模块被配置为当最小数量的定时分组被检测为在时间窗口内损失时，确认所述参数。
6.根据权利要求1的装置，其中：
所述分组延迟选择模块被配置为基于所述电子部件的最大频率漂移选择多个分组延迟值的子集；以及
所述调整模块被配置为如果所述参数被确认则基于所述参数的值补偿第一电子部件的频率变化或相位变化中的至少一个。
7.根据权利要求6的装置，其中第一电子部件的最大频率漂移处于第一电子部件的中心频率的250ppb内。
8.根据权利要求2的装置，还包括确认模块，所述确认模块被配置为基于分组延迟值的最小数量确认第一参数并被配置为当第二参数的值超出第一变化阈值时使分组延迟值的最小数量增加。
9.根据权利要求1的装置，还包括业务估计模块，所述业务估计模块确定导致分组延迟值的子集的变化的分组业务的业务负载估计。
10.根据权利要求1的装置，其中，所述调整模块被配置为补偿第一电子部件的频率变化，而不补偿包含于相位变化中的相位偏移。
11.根据权利要求1的装置，其中，调整模块补偿第一电子部件的频率变化和相位变化二者。
12.根据权利要求1的装置，还包括时间窗口确定模块，所述时间窗口确定模块基于根据先前的时间窗口的标准偏差、方差和/或高阶动差，确定时间窗口的窗口长度。
13.根据权利要求1的装置，还包括权重确定模块，所述权重确定模块被配置为对参数进行加权，以使得调整模块基于所述参数的加权值补偿所述第一电子部件的频率变化或相位变化中的至少一个。
14.根据权利要求13的装置，其中，分组延迟选择模块被配置为基于被选择将要处于多个分组延迟值的子集中的多个分组延迟值的百分比，确定选择百分比。
15.根据权利要求14的装置，其中，权重确定模块被配置为基于选择百分比，确定向所述参数施加的权重。
16.根据权利要求15的装置，其中，当权重为零时，所述调整模块不使用所述参数。
17.根据权利要求1的装置，还包括网络重新配置检测模块，所述网络重新配置检测模块被配置为基于所述统计参数确定模块所评价的参数，检测网络重新配置。
18.一种用于补偿的装置，包括：
分组延迟值确定模块，被配置为基于与第一电子部件和第二电子部件相关的时间值确定多个分组延迟值；
统计参数确定模块，被配置为评价分组延迟值的第一部分的第一最大值和分组延迟值的第二部分的第二最大值，其中分组延迟值的第一部分和第二部分中的每个部分与时间窗口相关；
定时分组损失检测模块，被配置为基于在时间窗口内接收包含第一标识符的任何定时分组的失败检测包含第一标识符的第一定时分组的损失；
确认模块，被配置为当分组延迟值的子集的第一部分和第二部分每个都包含最小数量的分组延迟值，第一最大值和第二最大值中的每一个都处于最大延迟参数的容限内并且最小数量的定时分组被检测为在时间窗口内损失时确认第一最大值和第二最大值；以及
调整模块，如果第一最大值和第二最大值均被确认则所述调整模块基于第一参数和第二参数补偿第一电子部件的频率变化。
19.根据权利要求18的装置，其中，第一标识符是序列号。
20.根据权利要求18的装置，其中，定时分组的最小数量基于时间窗口的长度被确定。
21.根据权利要求18的装置，其中，定时分组的最小数量至少为2。
22.根据权利要求18的装置，其中，最大延迟参数基于分组延迟值的第三部分的第三最大值被确定。
23.根据权利要求22的装置，其中，分组延迟值的第三部分与时间窗口之前的时间周期相关并且比时间窗口的长度长。
24.根据权利要求18的装置，其中，容限小于3微秒的值。
25.一种用于补偿的装置，包括：
统计参数确定模块，被配置为基于多个分组延迟值选择统计参数类型并被配置为基于所述多个分组延迟值确定所述统计参数类型的参数的值，所述多个分组延迟值与时间窗口相关；以及
定时分组损失检测模块，被配置为基于在所述时间窗口内接收包含标识符的任何定时分组的失败，检测包含所述标识符的定时分组的损失；
确认模块，所述确认模块被配置为当最小数量的定时分组被检测为在时间窗口内损失时，确认所述参数；以及
调整模块，所述调整模块被配置为如果参数被确认，则基于所述参数的值补偿电子部件的频率变化。
26.根据权利要求25的装置，其中所述统计参数类型是平均值、中值、众值或最大值中的一个。
27.根据权利要求25的装置，其中：
所述参数是第一参数；
所述统计参数类型是第一统计参数类型；以及
所述统计参数确定模块被配置为基于所述多个分组延迟值的子集确定与所述第一统计参数类型不同的第二统计参数类型的第二参数的值。
28.根据权利要求27的装置，其中：
所述确认模块被配置为基于分组延迟值的最小数量确认所述参数；以及
所述确认模块被配置为当所述第二参数的值超出第一变化阈值时，增加分组延迟值的最小数量。
29.根据权利要求27的装置，其中所述第二统计参数类型是标准偏差、方差或高阶动差中的一个。
30.一种用于补偿的装置，其包括：
分组延迟选择模块，被配置为基于施加于多个分组延迟值的分组延迟标准选择所述多个分组延迟值的子集，所述多个分组延迟值与第一电子部件和第二电子部件相关；
统计参数确定模块，被配置为基于所述多个分组延迟值的子集确定统计参数类型的参数的值；
权重确定模块，被配置为基于所述多个分组延迟值确定与所述参数相关的权重，并被配置为对所述参数进行加权以获得所述参数的加权值；以及
调整模块，被配置为基于所述参数的加权值，补偿所述第一电子部件的频率变化或相位变化中的至少一个。
31.根据权利要求30的装置，其中：
所述分组延迟选择模块基于被选择将要处于多个分组延迟值的子集中的多个分组延迟值的百分比，确定选择百分比；以及
所述权重确定模块基于所述选择百分比，确定施加于所述参数的权重。
32.根据权利要求30的装置，其中；
所述参数是第一参数；
所述统计参数类型是第一统计参数类型；以及
所述统计参数确定模块被配置为基于所述多个分组延迟值的子集确定与所述第一统计参数类型不同的第二统计参数类型的第二参数的值。
33.根据权利要求32的装置，其中所述第二统计参数类型是标准偏差、方差或高阶动差中的一个。
34.根据权利要求30的装置，其中：
所述参数是第一参数；以及
权重确定模块被配置为基于所述统计参数确定模块所提供的第二参数，确定施加于所述第一参数的权重。
35.根据权利要求30的装置，其中在权重为零时，所述调整模块不使用所述参数。
36.根据权利要求30的装置，其中所述统计参数类型是最大值。
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