CN102546142B - 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

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

透明时钟的频率同步方法以及同步报文的存储转发方法

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：

$\frac{f_t}{f_m}=\frac{{<\mathrm{syncEgressTime}>}_1+{<\mathrm{delay}>}_1-{<\mathrm{syncEgressTime}>}_0-{<\mathrm{delay}>}_0}{{<\mathrm{syncIngressTime}>}_1-{<\mathrm{syncIngressTime}>}_0}$

其中f_m为主时钟频率，f_t为透明时钟频率。

所述步骤(6)通过如下方式修正驻留时间：

$<\mathrm{corrcetedResidenceTime}>=<\mathrm{residenceTime}>\&times;\frac{f_t}{f_m},$

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：

$\frac{f_t}{f_m}=\frac{{<\mathrm{syncEgressTime}>}_1+{<\mathrm{delay}>}_1-{<\mathrm{syncEgressTime}>}_0-{<\mathrm{delay}>}_0}{{<\mathrm{syncIngressTime}>}_1-{<\mathrm{syncIngressTime}>}_0}$

其中f_m为主时钟频率，f_t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：

$<\mathrm{corrcetedResidenceTime}>=<\mathrm{residenceTime}>\&times;\frac{f_t}{f_m}$

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IEEE1588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报文的接收、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IEEE1588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透明时钟的频率同步方法，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透明时钟的频率同步方法，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：

$\frac{f_t}{f_m}=\frac{<syncEgressTime{>}_1+<delay{>}_1-<syncEgressTime{>}_0-<delay{>}_0}{<syncIngressTime{>}_1-<syncIngressTime{>}_0},$

其中f_m为主时钟频率，f_t为透明时钟频率。

6.根据权利要求5所述的IEEE1588透明时钟的频率同步方法，其特征在于，所述步骤(6)通过如下方式修正驻留时间：

$<corrceted\mathrm{Re}sidenceTime>=<residenceTime)\&times;\frac{f_t}{f_m},$

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，所述转发方法在通过权利要求1-6中任一项所述的频率同步方法进行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)透明时钟接收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。