CN102546142A - 透明时钟的频率同步方法以及同步报文的存储转发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了IEEE1588透明时钟的频率同步方法以及同步报文的存储转发方式,其中频率同步方法包括步骤:(1)主时钟周期性的发送Sync报文,透明时钟被动的接收并转发Sync报文;(2)透明时钟记录Sync报文到达透明时钟的接收时间戳,以及Sync报文离开主时钟的发送时间戳;(3)透明时钟同样记录下一个Sync报文的发送时间戳和接收时间戳;(4)分别获取主时钟与透明时钟上经过一个Sync报文发送间隔的时间;(5)通过时间比值,获得主时钟与透明时钟之间时钟晶振频率的比值;(6)利用时钟晶振频率的比值修正驻留时间。该方法能够提高透明时钟计算驻留时间的精度。同时,在频率同步的前提下,同步报文的转发采用存储转发方式,严格保证Sync报文与FollowUp报文的顺序转发。
Description
技术领域
本发明涉及IEEE1588V2透明时钟技术,具体涉及一种IEEE1588V2透明时钟频率同步技术。
背景技术
透明时钟(TC)是IEEE1588v2时钟同步网络的重要组成部分,可以有效防止级联拓扑结构中的误差累计。考虑到交换设备的处理延时以及物理链路的不对称性,同步报文经过网络交换必然引入误差。透明时钟通过计算并修正报文经过设备引起的延时(称为驻留时间),将每一个交换机表现为“导线”,从而有效减少网络交换引入的误差。
实际上不同设备的时钟晶振频率本身必然存在微小的误差,假设该误差为0.02%,驻留时间为1ms,那么就会引入200ns的误差,而IEEE1588v2的同步精度同样为ns级,该误差影响巨大。
现有技术中使用FollowUp报文来记录Sync报文经过透明时钟的驻留时间,相对Sync的直接转发,FollowUp报文需要更长的处理时间。
参见图1,当FollowUp1到达从时钟时,Sync2也已经到达从时钟,Sync与FollowUp序列号不一致,从时钟可能无法正常计算偏移值。
由此,在多级透明时钟级联的拓扑结构中,FollowUp报文滞后于Sync报文的时间越累积越长,最终将造成从时钟上Sync报文与FollowUp报文序列号不匹配。
公开号为CN101834712A,公开日为2010年09月15日的专利申请公开了一种利用IEEE1588协议实现精确时间同步的方法。该技术方案针对从时钟,通过从时钟计算时间误差并自我补偿,使得从时钟在较短时间内,在时钟频率上和时钟时间上都可以锁定主时钟。该技术中频率波动将非常大,属于一种“粗调”。在实际的应用中,时钟的频率参数往往是一样的,比如都是125MHZ,即便是这样,不同的时钟之间,频率仍然存在微小误差,并且该误差足以影响到ns级的应用,因此,这种“粗调”的技术方案在实际应用中效果不佳。
发明内容
本发明针对透明时钟与主时钟频率不一致,导致驻留时间的计算结果存在误差,最终影响从时钟同步精度的问题,而提供一种时钟频率同步方法,该方法能够提高透明时钟修正的驻留时间的精度。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
(1)主时钟周期性的发送Sync报文,透明时钟被动的接收并转发Sync报文;
(2)透明时钟接收到Sync报文时,记录其到达透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>0,接收到相应的FollowUp报文后,读取Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>0,同时计算Sync报文自离开主时钟至到达当前透明时钟的传输延时<delay>0;
(3)当透明时钟接收到第2个Sync报文时,同样记录其发送时间戳<syncEgressTS>1和接收时间戳<syncIngressTS>1,同时计算Sync报文的传输延时<delay>1;
(4)分别获取主时钟与透明时钟上经过一个Sync报文发送间隔的时间;
(5)通过时间比值,获得主时钟与透明时钟之间时钟晶振频率的比值,
(6)利用时钟晶振频率的比值修正驻留时间。
基于目前的硬件条件,IEEE1588设备通常都支持双步模式,即主时钟发送Sync报文之后,通过FollowUp报文传递其发送时间戳。发送时间戳<syncEgressTS>就记录在FollowUp报文中的preciseOriginTimestamp域内。
因此,上述步骤(2)中获取Sync报文的接受、发送时间戳的过程如下:
透明时钟接收到Sync报文时,从硬件中读取并记录透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>;接收到相应的FollowUp报文后,从该FollowUp报文的preciseOriginTimestamp域中读取并记录Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>。所述步骤(2)中报文传输延时<delay>的计算时,在P2P模式下,<delay>=<meanPathDelay>+FollowUp报文的修正域,
其中,<meanPathDelay>为当前端口与其相连PTP端口之间的链路延时,<delay>值包含链路延时和驻留时间两部分;
在E2E模式下,<delay>=FollowUp报文的修正域,此时透明时钟只负责修正报文经过设备的驻留时间,无需考虑链路延时。
所述步骤(4)中,获取主时钟与透明时钟上经过的时间的过程如下:
透明时钟上经过的时间为<syncIngressTime>1-<syncIngressTime>0,同一段时间内,主时钟上流逝的时间为<syncEgressTime>1+<delay>1-<syncEgressTime>0-<delay>0。
所述步骤(5)中时钟晶振频率比值的通过如下公式计算得到:
其中fm为主时钟频率,ft为透明时钟频率。
所述步骤(6)通过如下方式修正驻留时间:
其中,<residenceTime>为透明时钟计算的驻留时间,<correctedResidenceTime>为使用频率比修正后获得的准确驻留时间。
同时,本发明还针对在多级级联的拓扑结构中,容易产生FollowUp报文与Sync报文的序列号不匹配的问题,而提供一种同步报文转发方法,该方法严格保证Sync报文与FollowUp报文的顺序转发。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
同步报文转发方法,该转发方法在频率同步的前提下实施,所述转发方法为存储转发的方式,包括如下步骤:
(1.1)透明时钟接受Sync报文;
(1.2)等待接收相应的FollowUp报文;
(1.3)收到相应的FollowUp报文,转发该Sync报文。
根据上述技术方案得到的同步方法进行频率同步的计算时,经过频率同步可以去除百纳秒级的抖动,使得最终的同步结果维持在100ns以内,作用明显,极大的提高透明时钟修正的驻留时间的精度。
同时,本发明提供的报文转发方法将Sync报文由直接转发改为存储转发,在频率已经同步的前提下,驻留时间的延长并不会引入明显的抖动。更为重要的是,Sync与FollowUp的一致性可以保证从时钟上的相关计算顺利进行。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为现有技术中报文转发示意图。
图2为本发明中同步方法的流程图。
图3为本发明中报文转发的流程图。
图4为本发明中报文转发的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
为了提高透明时钟计算驻留时间的精度,本发明提供一种IEEE1588透明时钟的频率同步方法,该方法包括如下步骤(参见图2):
(1)主时钟周期性的发送Sync报文,透明时钟被动的接收并转发Sync报文;
(2)透明时钟接收到Sync报文时,从硬件中读取并记录透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>0。接收到相应的FollowUp报文后,从该FollowUp报文的preciseOriginTimestamp域中读取并记录Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>0。同时计算Sync报文自离开主时钟至到达当前透明时钟的传输延时<delay>0。
报文传输延时<delay>的计算,在P2P、E2E两种模式下有所不同。
P2P模式下,<delay>=<meanPathDelay>+FollowUp报文的修正域。<delay>值包含链路延时和驻留时间两部分。每一个PTP端口在P2P模式下都计算并保存自己的<meanPathDelay>(即当前端口与其相连PTP端口之间的链路延时)。倘若透明时钟与主时钟直连,只需考虑端口本身的<meanPathDelay>,FollowUp报文的修正域为0;倘若是多级透明时钟级联,上连透明时钟的链路延时以及驻留时间均被累积在FollowUp报文的修正域内,再加上当前PTP端口的<meanPathDelay>,即Sync报文从主时钟端口到达当前透明时钟端口的总延时。
E2E模式下,<delay>=FollowUp报文的修正域。此时透明时钟只负责修正报文经过设备的驻留时间,无需考虑链路延时;
(3)当透明时钟接收到第2个Sync报文时,从硬件中读取并记录透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>1,接受到相应的FollowUp报文后,从该FollowUp报文的preciseOriginTimestamp域中读取并记录Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>1,同时计算Sync报文的传输延时<delay>1;
(4)分别获取主时钟与透明时钟上经过一个Sync报文发送间隔的时间,透明时钟上经过的时间Tt=<syncIngressTime>1-<syncIngressTime>0,同一段时间内,主时钟上流逝的时间Tm=<syncEgressTime>1+<delay>1-<syncEgressTime>0-<delay>0;
(5)根据频率与时间成反比,通过计算同一段时间内主时钟与从时钟流逝时间的比值,就可以估算出主时钟与透明时钟之间的时钟晶振频率之比:
其中fm为主时钟频率,ft为透明时钟频率;
(6)利用时钟晶振频率的比值修正驻留时间:
其中,<residenceTime>为透明时钟计算的驻留时间,<correctedResidenceTime>为使用频率比修正后获得的准确驻留时间。
作为本发明的第二个目的,本发明还提供一种同步报文的转发模式,用于解决在多级级联的拓扑结构中,容易产生FollowUp报文与Sync报文的序列号不匹配的问题。
该同步报文的转发模式为存储转发模式,其在频率同步的情况下实施,包括如下步骤:
(1.1)透明时钟接受Sync报文;
(1.2)等待接收相应的Fo11owUp报文;
(1.3)收到相应的FollowUp报文,转发该Sync报文。
基于上述方案,本发明中的存储转发模式实施如下(如图3所示):
首先,透明时钟等待接受Sync报文,在确认收到Sync报文之后,并不立即转发,而是记录存储起来。
接着,待FollowUp报文到达,在确认收到FollowUp报文时,封装、发送Sync报文。
最后,在获取Sync发送时间戳后,发送FollowUp报文,完成一次完整的Sync/FollowUp转发。
参见图4,本发明中的存储转发模式,由于需要等待相应的FollowUp报文,Sync报文的驻留时间变长,但在从时钟Sync报文与FollowUp报文序列号一致。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.IEEE1588透明时钟的频率同步方法,其特征在于,所述同步方法包括如下步骤:
(1)主时钟周期性的发送Sync报文,透明时钟被动的接收并转发Sync报文;
(2)透明时钟接收到Sync报文时,记录其到达透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>0,接收到相应的FollowUp报文后,读取Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>0,同时计算Sync报文自离开主时钟至到达当前透明时钟的传输延时<delay>0;
(3)当透明时钟接收到第2个Sync报文时,同样记录其发送时间戳<syncEgressTS>1和接收时间戳<syncIngressTS>1,同时计算Sync报文的传输延时<delay>1;
(4)分别获取主时钟与透明时钟上经过一个Sync报文发送间隔的时间;
(5)通过时间比值,获得主时钟与透明时钟之间时钟晶振频率的比值;
(6)利用时钟晶振频率的比值修正驻留时间。
2.根据权利要求1所述的IEEEl588透明时钟的频率同步方法,其特征在于,所述步骤(2)中获取Sync报文的接受、发送时间戳的过程如下:
透明时钟接收到Sync报文时,从硬件中读取并记录透明时钟的接收时间戳<syncIngressTS>;接收到相应的FollowUp报文后,从该FollowUp报文的preciseOriginTimestamp域中读取并记录Sync报文的发送时间戳<syncEgressTS>。
3.根据权利要求1所述的IEEEl588透明时钟的频率同步方法,其特征在于,所述步骤(2)中报文传输延时<delay>的计算时,
在P2P模式下,<delay>=<meanPathDelay>+FollowUp报文的修正域,
其中,<meanPathDelay>为当前端口与其相连PTP端口之间的链路延时,<delay>值包含链路延时和驻留时间两部分;
在E2E模式下,<delay>=FollowUp报文的修正域,此时透明时钟只负责修正报文经过设备的驻留时间。
4.根据权利要求1所述的IEEE1588透明时钟的同步方法,其特征在于,所述步骤(4)中获取主时钟与透明时钟上经过的时间的过程如下:
透明时钟上流逝的时间为
<syncIngressTime>1-<syncIngressTime>0,同一段时间内,主时钟上流逝的时间为<syncEgressTime>1+<delay>1-<syncEgressTime>0-<delay>0。
5.根据权利要求1所述的IEEE1588透明时钟的同步方法,其特征在于,所述步骤(5)中时钟晶振频率比值的通过如下公式计算得到:
其中fm为主时钟频率,ft为透明时钟频率。
6.根据权利要求1所述的IEEE1588透明时钟的同步方法,其特征在于,所述步骤(6)通过如下方式修正驻留时间:
其中,<residenceTime>为透明时钟计算的驻留时间,<correctedResidenceTime>为使用频率比修正后获得的准确驻留时间。
7.同步报文转发方法,其特征在于,所述转发方法在频率同步的前提下实施,所述转发方法为存储转发的方式,包括如下步骤:
(1.1)透明时钟接受Sync报文;
(1.2)等待接收相应的FollowUp报文;
(1.3)收到相应的FollowUp报文,转发该Sync报文。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |