CN102577194A - 不访问实时时间而根据网络设备中驻留时间的实时数值的测量和调整 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在分布式网络中同步时钟的系统和方法。简单的每秒一个脉冲的定时脉冲被路由到每个网络设备中的时间加戳单元并且被用于测量网络元件内依赖于通信量的同步包驻留延迟。同步消息被更新以反映测出的驻留时间，从而创建透明时钟，它们能够容易地跨越网络被同步。简单的定时脉冲架构允许对新设计和现有硬件的改进都容易地应用本方法。

Description

不访问实时时间而根据网络设备中驻留时间的实时数值的测量和调整
相关申请
本申请依照35U.S.C.§119(e)要求2009年8月25日提交的61/236,799号美国临时申请的权益。
技术领域
本发明涉及在分布式网络元件之间同步时钟的领域，更确切地说，涉及不访问实时时钟而通过测量网络元件中包驻留时间调整包时间戳。
背景技术
使构成网络的若干元件同步对实现良好网络性能至关重要。在基础层面上，使分布式时钟同步需要从主时钟向遍及网络的许多从时钟分发定时信息。实践中使用了许多方案。例如，每个网络元件都可以包括其自身的实时时钟，经由同步信号使其与主参考同步。为了确保足够高的频率准确度和稳定性以及足够低的相位噪声，可以使用专用的电子电路产生和分发这些主时钟同步信号。例如，IRIG-B协议使用了专用的同轴电缆和时钟驱动器，这些专用的同轴电缆和时钟驱动器独立于任何网络数据连接而分发时钟，并且能够达到几微秒的同步准确度。
这种分发式方案的缺点是专用的时钟管理和分发硬件仅仅执行这种单一功能，并且消耗了网络运行资源和成本的重要部分。这已经驱使业界趋向使用共享资源、基于包的以太网传输机制使网络元件同步的定时同步方法，比如网络时间协议(NTP)。这样的基于包的同步方案消除了在各个网络节点对昂贵的精密振荡器或GPS接收电路的需要，并且进一步允许共享硬件资源，因为时间包和数据包能够共享同一物理网络。但是以太网是固有地异步的协议，所以使用它作为精密定时控制的基础造成很大的挑战。实际上，NTP倾向于依赖通信量的等待时间和时间抖动，这趋向将其准确度限制到几微秒。
精确时间协议(PTP)IEEE-1588标准已经形成为解决与网络元件的基于包的时间同步相关联的许多担忧的协议。PTP解决时间包和数据包通信量穿过集线器、交换机、电缆和构成网络的其他硬件运动时引起的时间传输等待时间。时间加戳单元或TSU被使用在以太网媒体访问控制(MAC)或类似控制与物理层(PHY)收发机之间，以便对定时包的到达和离开都进行检测并用精确的时间戳将其标记。PTP协议的一种可能的实施已由Semtech公司开发并被称为“ToPSync”。ToPSync使用了被分发到与各种网络节点相关联的多个从时钟的主时钟定时参考。包被加盖时间戳并从主时钟发送到从时钟。接着，从时钟又将时间加戳的包发回到主时钟。时钟恢复算法再建主时钟时间基准以使得遍布网络分发的同步信号同步，并且滤除传输网络中固有的大多数噪声和差分传播延迟。IEEE-1588 PTP对频率和相位都能够同步，并且因此对频分双工(FDD)和时分双工(TDD)系统都能够支持。典型的操作涉及包的“三元组”，包括从主时钟向从时钟发送的同步消息、继之以从从时钟向主时钟发送的延迟请求消息，然后是从主时钟返回到从时钟的延迟响应消息。频率对齐仅仅要求同步广播，但是相位对齐还要求延迟请求和响应消息。
虽然精确时间加戳消除了网络内很大程度的定时不确定性和偏差，但是经由网络元件(比如交换机和路由器)的包延迟变化由于在前向和反向定时路径中引入依赖于负载的延迟和不对称，可能降低定时性能。解决这个问题的方法是使用透明时钟，它们本质上是若干交换机，通过保持跟踪包在被传递前在交换机内花费的“驻留时间”，补偿其自身的排队延迟。为了补偿排队延迟，可以利用测量的驻留时间更新或以其他方式补充定时包中的精确时间戳。
不过，透明时钟的实施非常复杂。在所有网络元件一般都需要准确的日内时间(ToD)，但是并非总能够得到。1588包入口所对应的时间戳必须穿过系统，并且必须可在入口端口用于进行计算。并且通过跟踪包通过网络，每个出口包都必须与其入口时间戳再结合。不仅如此，往往期望将PTP改进到不容易升级以支持这种功能的现有的传统系统上。所以，提供将克服这些挑战的实施PTP透明时钟的简单的系统会很有用。
发明内容
本发明以对新设计和改进设计都容易应用的方式提供了在分布式网络中实施PTP透明时钟的系统和方法。使用专用的脉冲分发网络，将名义上每秒一个脉冲(1-pps)的定时信号从定时脉冲发生器路由到每个网络元件。使每个网络元件处的本地振荡器锁定到这个1-pps参考，使得所述1-pps参考向与每个网络元件相关联的本地时钟提供准确度和稳定性。
在根据本发明的定时同步系统的第一个实施例中，主定时单元被配置为以已知速率或时间间隔广播同步消息。每条同步消息都包括反映在所述主定时单元处测量的瞬间时间值的主时间戳。所述同步消息在与分布式网络元件连接的网络数据路径上被广播到所述分布式网络元件。所连接的网络元件每一个都包括必要的通信硬件，这可以包括物理层(PHY)、媒体访问控制(MAC)以及时间加戳单元。每个时间加戳单元进一步被配置为包括被连接到与所述网络数据路径分离的定时脉冲网络的定时脉冲输入。定时脉冲发生器产生1-pps定时脉冲，它在所述定时脉冲网络上分发，使得每个时间加戳单元接收所述1-pps定时脉冲。每个时间加戳单元都包括被锁定到所述1-pps定时脉冲并驱动本地从定时时钟的本地振荡器。所述本地从定时时钟可以实施为数控振荡器。当从所述主定时单元接收同步消息时，每个网络元件的时间加戳单元便测量所述同步包的到达时间，然后将其传递到所述网络元件的核心上。当所述同步包离开所述网络元件的所述核心时，所述时间加戳单元测量所述同步包的离开时间。以这种方式，所述时间加戳单元测量所述同步包在所述网络元件内的驻留时间，例如从入口MAC到出口MAC，这可以取决于网络负载水平而变化。所述时间加戳单元然后使用这个驻留时间测量结果更新在所述同步包中记录的时间值，从而为了在所述网络元件内的可变延迟而校正它。虽然以上将所述定时脉冲参考描述为1-pps的参考信号，但是应当认识到，也可以使用其他的脉冲频率并且它们仍然落入本发明的范围和实质内。类似地，尽管所述同步广播消息被描述为由规律地发送，但是可以使用任何间隔并且将仍然落入本发明的范围和实质内。
在某些实施例中，所述从定时单元还可以产生延迟请求包以发送回所述主定时单元。所述延迟请求包包括本地测量的所述同步包的到达时间。所述主定时单元从而能够测量所述主参考与所述网络元件之间的定时差异，该差异包括传播延迟和任何时钟偏移。所述主定时单元然后可以向报告测量的延迟的所述网络元件发送回延迟响应包。所述网络元件然后能够校正其本地时钟相位以补偿这种相位差。在采用延迟请求和响应消息的情况下本发明的操作是相同的。特别地，正如本发明用于校正从所述主定时单元到达的同步消息的驻留时间，本发明也用于校正从所述从定时单元发送回所述主定时单元的延迟请求包的驻留时间。
在根据本发明的时钟同步系统的某些实施例中，所述主时钟可以自由运行。在若干替代实施例中，所述主时钟可以被锁相到协调世界时(UTC)参考、国际原子时(TIA)定时参考、从全球定位卫星(GPS)系统导出的定时参考或者任何其他时间参考源。
在根据本发明的时钟同步系统的某些实施例中，构成所述网络的若干网络元件可以包括以太网路由器、集线器、交换机或本领域公知的其他功能网络元件。这样的设备可能具有依赖于网络通信量或其他变量的包驻留延迟。
在根据本发明的时钟同步系统的其他实施例中，所述定时脉冲发生器包括可变相位延迟元件。在一个实施例中，所述可编程的相位延迟元件能够被编程为调整所述定时脉冲相位+/-16ns或更多。当然，其他可编程相位延迟也是可能的并将同样地落入本发明的范围和实质内。所述可编程延迟允许补偿所述定时脉冲发生器与所述分布式网络元件内的所述时间加戳单元之间的路由延迟。
本领域技术人员将理解所公开的本发明的其他益处和应用，并且这些同样将落入本发明的范围和实质内。以下参考附图更全面地介绍本发明，以下首先简要介绍它们。
附图说明
图1是典型的包交换网络的框图，使用了IEEE-1588协议的时间同步；
图2a描绘了主从节点之间同步包的典型交换；
图2b描绘了包括可选跟随消息的同步包交换协议的替代实施例；
图3a和图3b描绘了PTP定时包通过网络元件的运动，展示了根据本发明实施例而需要驻留时间测量；
图4展示了一个提议解决方案，用于从普通路由器或具有硬件和软件复杂的缺点的其他网络设备创建PTP透明时钟；
图5展示了根据本发明实施例的简单解决方案，用于提供准确的驻留时间测量；
图6a和图6b展示了根据本发明实施例，如何能够利用增加增强的时间加戳，将现有的交换机设计转换为透明时钟；
图7a和图7b展示了根据本发明实施例，如何能够利用增加增强的时间加戳，将现有的交换机设计转换为边界时钟；
图8a和图8b展示了根据本发明实施例，如何能够利用增加增强的时间加戳，消除由软件路由器引入的包延迟变化；
图9是流程图，描述了根据本发明实施例改进传统硬件以并入增强的时间加戳的示范过程；
图10是流程图，描述了根据本发明实施例的示范过程，用于接收定时包并对其加盖时间戳以补偿包延迟变化。
具体实施方式
本发明提供了改进包交换网络中PTP时间恢复的装置和方法，其能够容易地应用到现有的以太网网络。图1描绘了使用IEEE-1588在包网络上提供包同步的典型系统。主单元102可以实施为被配置为担当主设备的ToPSync单元。因此，它可以从传递精确真实时间的协调世界时(UTC)参考110接收输入。UTC单元110可以包括全球定位系统(GPS)接收器或类似设备。主定时单元具有由其自己的本地振荡器112驱动的内部时基。主单元使其时基与UTC参考110对准，使得使其产生经由包网络104分发到一个或多个从设备106和108的时间加戳的时间同步包。在一种实施中，主单元可以是ToPSync模块。然而，本发明同样适用于IEEE-1588PTP的其他实施。时基对准可以通过使用例如数控振荡器数字地完成。也可以使用本领域公知的时基对准的其他方法。从设备106和108可以包括被配置为以从模式运算的ToPSync模块，或者可以包括符合IEEE-1588的定时模块的其他实施。因此，它们包括本地时间加戳器，本地时间加戳利用以基于其自己的本机振荡器114和116的本地时间对接收的包加盖时间戳。根据以下进一步讨论的算法，从单元106、108能够使用本地数控振荡器和滤波器将本地时间与主参考同步。一旦同步，从设备可以把UTC时间118、120传递给其他单元，或者有可能例如用作另外子网络(未显示)的主设备。
虽然已经参考UTC时间源描述了前面的系统，但是应当认识到，所述UTC仅仅是能够使用本发明传送的一个示范时间初相(timeepoch)。传送任何起点的时间或频率参考的系统都同样将落入本发明的范围和实质内。这样的时间初相的其他实例包括国际原子时(TAI)，以及来自全球定位卫星系统(GPS)的时间参考，或者本领域公知的任何其他时间源。在根据本发明的其他实施例中，主定时单元可以简单地自由运行，与外部时间源不连接。所有这样的实施例都将落入本发明的范围和实质内。
在根据本发明的实施例中，同步算法通常如图2a所示进行。主单元202以近似规则的时间表发出同步消息206。例如，如图2所示，以已知时间间隔发送同步消息206、212和214。选定的具体间隔对本发明不重要。同样不必须的是所述间隔是规则的。从设备204接收时间加戳的同步消息206并可以向主设备202发回延迟请求包208。然后主设备以延迟响应包210响应。同步消息的接收允许从设备将其本地时基与主时钟的频率对准，并且附加的延迟请求和响应包允许从设备进一步将本地时钟相位与主时钟对准，以完成同步。换言之，同步消息足以进行主从单元之间的频率对准，但是为了实现相位同步，还需要延迟请求和延迟响应消息。
图2b是根据本发明的同步算法的替代实施例，增加了可选的跟随消息220、222或224。这种跟随消息可以用于传送与同步消息相关联的时间戳，使得同步消息自身未必包括时间戳。
图1、图2a和图2b所示系统的困难在于网络元件，比如路由器、交换机、集线器等，可能将延迟引入到系统中。这些延迟往往依赖于网络通信量水平，因为若干包可能在某网络元件内排队，而其他包正被发送。最终延迟可能引入不容易补偿的大同步误差。图3a是展示这种现象的示意框图。在网络区段302中，定时包306进入网络元件304，网络元件304可以包括路由器、交换机、集线器或其他设备。网络元件304具有未知并可变的延迟310，该延迟依赖于当前包通信量和排队量。当定时包308从网络元件304出现时，其时间戳是不准确的，因为在网络元件304内增加了未知延迟量310。
图3b描绘了对这种系统的改进，其通过准确地测量定时包在网络元件内驻留的时间而实现。定时包324进入网络元件322并加盖延迟值n。内部时钟328测量该包保持在网络元件内的时间，在这个实例中测量为3个定时单位。从网络元件322退出时，定时包326被加盖更新的延迟n+3，从而补偿了测出的延迟并维持了良好的定时准确度。在IEEE-1588系统中，这就是被称为“透明时钟”的功能，它把包驻留时间添加到被称为“校正字段”的数据字段中的值上。然后由从设备使用该校正字段校正在从设备定时算法内处理之前感知的包延迟。
在实践中，使用这样的透明时钟方案可能是挑战，尤其是在期望更新具有可能不支持准确测量网络元件内驻留时间的硬件的传统系统时。某些研究人员已经建议了“蜘蛛透明时钟”，它们是横跨现有网络元件以便提供所需的定时测量能力的设备。参见例如Eidson等的ISPCS 2008IEEE Symposium on Precision Clock Synchronization forMeasurement，Control，and Communication，Ann Arbor，Michigan，September 22-26，2008。图4展示了这样的“蜘蛛”的实例。普通8端口的传统路由器或网桥404没有测量包驻留时间的能力。因此，穿过该网桥的包416将经历未补偿的延迟，这将降低其时间戳的准确度。蜘蛛设备402被插在四个网桥端口周围，使得包414将首先穿过入口时间戳端口422，再在端口406进入网桥。包414在端口408离开网桥后，将穿过出口时间戳端口424。所述蜘蛛包括定时器420，它测量从蜘蛛入口端口422到出口端口424的渡越时间，允许包的校正字段被准确地更新。
这种系统的缺点在于需要包括定时校正的全部数据包路由的入口点和出口点都必须连接到公共的间隔定时器。这要求涉及数据、硬件和软件的复杂同步过程。
根据本发明的实施例，图5呈现了克服这些困难从传统设备创建透明时钟的新颖而简单的方法。典型的线卡502包括连接到以太网506的PHY 504层，以及作为到交换机、集线器或用于处理数据包的其他网络设备的入口点的MAC 508。在PHY 504和MAC 508之间的每个网络端口都安装了增强的时间加戳和校正电路510，以启用根据本发明的定时补偿。这样的增强的时间加戳电路的一种实施被称为ToPStamp。不过，本发明不限于该特定实施。所有增强的时间加戳设备共享每秒1个脉冲(1-pps)的定时信号，该信号可以由增强的时间加戳主设备或由任何其他源产生。PHY中固有的晶体512可以提供振荡器参考，并且1-pps的定时信号提供了准确度和定时精度。这样的系统的主要优点在于不需要数据传递；所有定时信息都在现有的PTP定时包中携带。所要求的只是1-pps参考与系统中所有增强的时间加戳设备的简单互连518。1-pps在端口514进入线卡502并在端口516离开。这就消除了建立和配置问题，并提供了完全自主的透明时钟能力。
1-pps参考能够来源于早先提到的增强的时间加戳主设备。作为替代，可以使其与已经存在的内部时基同步。这种系统支持所有IEEE-1588PTP包协议，并且能够执行一步“实时(on the fly)”时间加戳(见图2a，要素206)或包括使用随后消息的两步同步(图2b，要素206、220、212、222、214和224)。该系统还是自配置的，并且该1-pps参考能够偏移可编程的延迟，以便补偿PPS参考514与系统中所有增强的时间加戳设备510之间的路由延迟。在一个实施例中，延迟可编程为+/-16ns，但是其他可编程延迟也是可能的。利用这样的系统，能够以优于10ns的准确度测量驻留时间。
图6a和图6b进一步展示了根据本发明的实施例，如何使用增强的时间加戳创建透明时钟。图6a展示了典型的网络交换机。例如，包可以到达PHY 606并被路由到网络交换机602的MAC 604。包可能经历穿过网络交换机602的未知延迟，再经由MAC 610和PHY 608出去。图6b展示了根据本发明的实施例，校正了这种网络交换机可变延迟。增强的时间加戳模块612和614被放置在MAC与PHY之间(即PHY 606与MAC 604之间以及MAC 610和PHY 608之间)。在包进入时，到达PHY 606的包首先被增强的时间加戳单元612标注了时间戳。包然后在网络元件602核心内经历了某个未知的延迟。包从MAC 610出来后，增强的时间加戳单元614检查该包以查看它是否已经加盖入口处的时间值。如果是这样，增强的时间加戳单元614能够考虑到通过网络元件602的延迟，计算新的时间戳。然后它去除入口时间戳并用考虑了该延迟的新时间戳代替它，再将该包传递到网络端口的PHY 608上。因此，根据本发明的实施例，添加增强的时间加戳单元612和614将图6a的网络交换机转换为图6b的透明时钟交换机。
图7a和图7b类似地展示了根据本发明实施例，如何将图7a中描绘的标准网络交换机转换为边界时钟。在图7a中，标准的网络交换机包括连接到网络端口的PHY层706和708。在其之间是交换机自身的核心702，其中MAC 704和710将交换机702连接到PHY层706和708。
图7b展示了根据本发明实施例，如何通过添加增强的时间加戳和IEEE-1588PTP硬件，将这种交换机转换为边界时钟。IEEE-1588PTP元件716提供了本地时钟功能，并且还向在PHY与MAC层之间放置的增强的时间加戳单元712和714提供1PPS信号718。因此，当包流过网络端口往返IEEE-1588PTP元件716时，增强的时间加戳设备712和714允许IEEE-1588PTP元件716补偿包往返网络元件核心702传输中的延迟。这就减轻了网络元件内包延迟变化。
图8a和图8b展示了如何使用增强的时间加戳改进网络元件的定时性能的另一个实例。图8a描绘了由耦接到微处理器806的软件808操作的网络路由器802。尽管IEEE-1588PTP元件810能够提供准确的时间戳，但是软件路由器可能在系统中引入某种幅度的增加的包延迟变化。不过，在图8b中，在PHY 804与路由器802的MAC层之间放置了增强的时间加戳单元812。因此，当包流过网络端口往返IEEE-1588PTP元件810时，增强的时间加戳单元812能够补偿包经由路由器元件802传输中的延迟。这显著改善了包延迟变化并使得软件路由器运行时仿佛它是硬件路由器。虽然这种应用与透明时钟的创建相似，但是在这种情况下的增强的时间加戳元件812测量包在端口与IEEE-1588PTP元件810之间传输所花费的时间。这允许同步系统位置的灵活性，使得甚至由对于PTP性能一般非常糟糕的基于软件的过程再次路由的包也能够使它们的延迟得到补偿以降低包延迟变化。
图9是流程图，描绘了根据本发明的实施例，利用增强的时间加戳改进传统设备的示范方法。在步骤902，通过使用增强的时间加戳设备或现有的定时参考创建了主参考以为系统提供1-pps精度的定时参考，正如早先讨论。在步骤904，修改系统的线卡以便在PHY层与交换机、路由器或该线卡上安装的其他网络设备的MAC之间插入增强的时间加戳电路。下一步，在步骤906向增强的时间加戳设备路由1-pps主参考以便为系统提供定时精度。在步骤908，已经在线卡上的本地振荡器，或作为替代，新的晶体振荡器电路，被路由到增强的时间加戳设备。然后步骤910检查系统中是否存在其他线卡或网络设备。如果有，过程返回步骤904，并且修改系统中的剩余线卡以加入增强的时间加戳电路，直到全部线卡修改完。
图10描述了根据本发明实施例已经被设计或修改为包括增强的时间加戳元件的线卡操作。在步骤1002，使用业内熟知的方法使(由耦接到增强的时间加戳设备的本地振荡器驱动的)内部时基与1-pps主参考同步。在步骤1004，系统检查定时包是否已经到达了网络端口并已经被增强的时间加戳设备检测到。如果没有，过程返回步骤1002，而当定时包到达时，过程进至步骤1006。在步骤1006，增强的时间加戳设备判断该包是进入包还是外出包，也就是，该包是从PHY移动到网络元件的核心(进入)还是从网络元件的核心出来到PHY和网络端口(外出)。如果包是进入包，过程进至步骤1008，并且进入时间戳被简单地附加到该包。过程然后进至步骤1010，将包传送到MAC、交换机或其他网络元件。过程然后回到步骤1002并继续使本地振荡器与1-pps参考保持同步。如果在步骤1006检测到的包是外出包，过程进至步骤1012，在此过程判断包是否经由配备有增强的时间加戳设备的端口实际上进入了网络设备，以及它是否因此具有附带的进入时间戳。如果没有，过程进至步骤1014，该包被简单地传递给PHY和网络端口而不改变，在此之后过程返回步骤1002。如果包确实有进入戳，过程进至步骤1016。在步骤1016，进入时间戳与当前时间进行对比以计算表示包在网络元件或正测量的无论什么可变路径元件内的驻留时间的时间校正值。然后去除进入时间戳，并在包中插入新的校正的时间戳，并且过程进至步骤1018。在步骤1018，具有修改后时间戳的包沿着PHY和网络节点传递，然后过程返回步骤1002。
总之，呈现了在网络系统中实施透明PTP时钟的简单、成本效果合算的方法，它仅仅需要1-pps参考的简单有线互连。本系统不需要设置和配置，并且排除了在驻留时间测量过程中涉及硬件、软件和包数据的复杂度。本领域技术人员将很可能认识到本发明的进一步优点，并且应当认识到在本发明的范围和实质内可以作出多种修改、适应以及其替代实施例。本发明仅仅由以下权利要求书界定。

Claims (26)

1.一种使分布式网络内时钟同步的系统，包括：
主定时单元，被配置为以已知时间间隔广播同步消息，所述同步消息包括反映在所述主定时单元处测量的瞬间时间值的主时间戳；
网络数据路径，连接到所述主定时单元并提供所述同步消息的数据路径；
至少一个网络设备，连接到所述网络数据路径并适于接收所述同步消息，所述网络设备包括：
网络核心元件；以及
时间加戳单元；
时间脉冲发生器，被配置为输出周期定时脉冲；以及
时间脉冲分发网络，将所述时间脉冲发生器连接到所述至少一个网络设备的所述时间加戳单元；其中，
时间脉冲网络与所述网络数据路径分离；
所述时间加戳单元进一步包括基于本地振荡器的时基，所述本地振荡器被锁定到所述时间脉冲发生器的所述周期定时脉冲并用于驱动本地从时钟；以及
所述时间加戳单元进一步适于：
利用所述本地从时钟测量所述网络核心元件处所述同步消息到达与所述同步消息从所述网络核心元件离开之间的时间间隔，以便计算所述同步消息在所述网络核心元件内的驻留时间；以及
更新所述同步消息以向所述主时间戳添加对应于所述网络核心元件内驻留时间的时间偏移。
2.根据权利要求1的时钟同步系统，其中：
所述至少一个网络设备进一步被配置为当从所述主定时单元接收所述同步消息时经由所述网络数据路径向所述主定时单元发送回延迟请求包，其中，所述延迟请求包包括反映当延迟请求消息离开所述至少一个网络设备时由所述本地从时钟测量的时间的时间戳；
所述主定时单元进一步被配置为向所述至少一个网络设备发送回延迟响应包，延迟响应包包括反映所述延迟请求包到达所述主定时单元的时间的时间戳；以及
所述至少一个网络设备进一步被配置为计算来自所述主定时单元的所述同步消息的传输时间，以及对所述本地从时钟进行相移以补偿所述同步消息的传输时间。
3.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，所述本地从时钟被实施为由所述本地振荡器驱动的数控振荡器。
4.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，使所述主定时单元与协调世界时(UTC)定时参考同步。
5.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，使所述主定时单元与国际原子时(TIA)定时参考同步。
6.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，使所述主定时单元与从全球定位卫星(GPS)接收器得到的定时参考同步。
7.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，来自所述时间脉冲发生器的所述周期定时脉冲具有大约1Hz的频率。
8.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，连续同步消息之间的所述已知时间间隔是规则间隔。
9.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，所述网络核心元件是网络路由器、网络集线器、网络交换机、网络端口与定时同步电路之间的网络路径以及所述定时同步电路与网络元件之间的网络路径之一。
10.根据权利要求9的时钟同步系统，其中，所述定时同步电路包括ToPSync电路。
11.根据权利要求1的时钟同步系统，其中，所述时间脉冲发生器进一步适于包括可编程相位偏移以补偿在所述时间脉冲发生器与所述至少一个网络元件之间的路由延迟。
12.根据权利要求11的时钟同步系统，其中，所述可编程相位偏移能够从-16ns到+16ns变化。
13.一种在分布式网络系统中使网络元件之中时钟同步的方法，包括：
使主定时参考锁相到外部时间源；
在所述主定时参考处周期地准备包括来自所述主定时参考的时间戳的同步数据包；
在数据网络上向所述分布式网络系统的至少一个网络元件周期地广播所述同步数据包；
以规则间隔产生定时脉冲；
在与所述数据网络分离的定时脉冲网络上向所述分布式网络系统的所述网络元件至少其一路由所述定时脉冲；
使在所述至少一个网络元件处的本地从振荡器锁定到经由所述定时脉冲网络到达的所述定时脉冲；
利用所述本地从振荡器测量经由所述数据网络到达的所述同步数据包的到达时间和离开时间；
计算所述同步数据包在所述至少一个网络元件内的驻留时间；
修改所述同步数据包以添加与所述同步数据包在所述至少一个网络元件内的所述驻留时间对应的时间值。
14.根据权利要求13的同步方法，其中，使主定时参考锁相到外部时间源的步骤进一步包括使所述主定时参考锁定到协调世界时(UTC)的源。
15.根据权利要求13的同步方法，其中，使主定时参考锁相到外部时间源的步骤进一步包括使所述主定时参考锁定到国际原子时(TIA)的源。
16.根据权利要求13的同步方法，其中，使主定时参考锁相到外部时间源的步骤进一步包括使所述主定时参考锁定到从全球定位卫星(GPS)系统导出的时间参考。
17.根据权利要求13的同步方法，其中，周期地准备和广播同步数据包的步骤进一步包括以规则间隔准备和广播同步数据包。
18.根据权利要求13的同步方法，进一步包括：
当从所述主定时参考接收所述同步数据包时在所述至少一个网络元件处产生延迟请求包，其中，所述延迟请求包包括反映在所述至少一个网络元件处测量的时间的时间戳；
向所述主定时参考发送回所述延迟请求包；
在所述主定时参考处准备延迟响应包，所述延迟响应包包括反映所述延迟请求包到达所述主定时参考的时间的时间戳；
向所述至少一个网络元件发送回所述延迟响应包；
计算所述同步数据包的传输时间；以及
在所述至少一个网络元件处调整被锁定到所述本地振荡器的本地时钟以补偿所计算的传输时间。
19.根据权利要求13的同步方法，其中，提供适于以规则间隔产生定时脉冲的时间脉冲发生器的步骤进一步包括以约每秒一个脉冲的速率产生定时脉冲。
20.根据权利要求13的同步方法，其中，提供适于以规则间隔产生定时脉冲的时间脉冲发生器的步骤进一步包括提供可调整的相位延迟电路以允许所述定时脉冲的相位被选择性地调整。
21.根据权利要求20的同步方法，其中，所述定时脉冲的所述相位能够从-16ns到+16ns被选择性地调整。
22.一种在包括本地时钟、分布式定时参考和时间加戳电路的分布式网络系统中补偿可变包延迟的方法，包括以下步骤：
使所述本地时钟与所述分布式定时参考同步；
在所述时间加戳电路处检测定时包；
判断所述定时包是进入定时包还是外出定时包；
当所述定时包是进入定时包时，向所述定时包附加进入时间戳；
当所述定时包是外出定时包时，执行以下步骤：
判断所述定时包是否包括进入时间戳；以及
当所述定时包包括进入时间戳时，执行以下步骤：
根据所述进入时间戳计算定时校正值；以及
以基于所述定时校正值的校正后时间戳替换所述进入时间戳。
23.根据权利要求22的补偿可变包延迟的方法，其中，判断所述定时包是进入定时包还是外出定时包的步骤进一步包括以下步骤：
判断所述定时包是否在从PHY到网络元件的MAC的路由中；以及
判断所述定时包是否在从网络元件的MAC到PHY的路由中。
24.根据权利要求22的补偿可变包延迟的方法，其中，判断所述定时包是进入定时包还是外出定时包的步骤进一步包括以下步骤：
判断所述定时包是否在从PHY到定时同步元件的路由中；以及
判断所述定时包是否在从定时同步元件到网络元件的路由中。
25.根据权利要求24的补偿可变包延迟的方法，其中，所述定时同步元件包括ToPSync设备。
26.根据权利要求22的补偿可变包延迟的方法，其中，使所述本地时钟与所述分布式定时参考同步的步骤进一步包括以下步骤：
提供驱动数控振荡器作为所述本地时钟运行的本地振荡器；
对所述数控振荡器与所述分布式定时参考之间的频率和相位进行滤波以产生数字校正值；
以所述数字校正值更新所述数控振荡器。
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