CN102769504B - 一种1588系统及其实现同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种1588系统实现同步的方法，包括：主时钟获取时间戳；主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步；本发明还提供一种1588系统。根据本发明的技术方案，能够提高基于1588系统的全网时钟同步的精度。

Description

一种1588系统及其实现同步的方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种1588系统及其实现同步的方法。

背景技术

目前，基于IEEE 1588协议实现时钟同步时，都是由主时钟(master)下发时间戳给从时钟(slave)，在从时钟中配置同步算法，由从时钟计算主从时间差(offset)。如果要实现高精度的时钟同步，则需要将从时钟的一部分软件资源和硬件资源分出来用于实现高精度的时钟同步，而从时钟在网络节点中还有其他的重要功能，因此，提高了从时钟的设计难度，不利于1588系统的普及推广。此外，目前各个厂商的从时钟的同步算法各不相同，因此虽然主时钟将时间戳下发到从时钟，但是利用不同的同步算法的从时钟计算出的主从时间差差别较大，导致全网的时钟同步精度较低，目前也没有解决该问题的具体技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种1588系统及其实现同步的方法，能够提高基于1588系统的全网时钟同步的精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种1588系统实现同步的方法，包括：

主时钟获取时间戳；

主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步。

上述方法中，所述主时钟获取时间戳为：

主时钟利用广播方式发送宣告报文给从时钟，通知从时钟主时钟的存在；

从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟；

主时钟收到从时钟发送的sync报文后，记录当前的时间戳t2，本地保存时间戳t1和时间戳t2；

主时钟发送延迟请求delay_req消息给从时钟，记录并保存当前的时间戳t3；

从时钟收到delay_req消息后，记录当前的时间戳t4，并将时间戳t4通过延迟响应delay_resp消息发送给主时钟；

主时钟收解析所述delay_resp消息，得到时间戳t4。

上述方法中，所述从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟为：

从时钟利用所述sync报文携带时间戳t1，将所述sync报文发送给主时钟；

或，从时钟先向主时钟发送所述sync报文，再向主时钟发送跟随follow_up报文，由所述follow_up报文携带时间戳t1。

上述方法中，所述从时钟利用sync报文携带时间戳t1为：所述sync报文中的原始时间戳origin timestamp字段用于携带时间戳t1。

上述方法中，

所述sync报文还包括新增字段；

所述新增字段包括协议版本号、表示从时钟是否支持频率调整的控制的值、以及表示从时钟是否支持相位调整的控制的值。

上述方法中，所述主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差为：

主时钟根据获取的时间戳t1、t2、t3和t4，并利用公式offset＝((t2-t1)-(t4-t3))/2，计算主从时间差offset。

上述方法中，所述根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值为：

主时钟利用预先配置的同步算法，并根据计算出的主从时间差offset、以及所述sync报文中携带的是否支持频率调整的控制和是否支持相位调整的控制，计算从时钟进行时钟同步时，需要调整的频率的控制值和/或需要调整的相位的控制值。

上述方法中，所述将计算出的控制值发送给从时钟为：

主时钟通过result报文并利用单播方式，将计算出的调整的频率的控制值和/或相位的控制值发送给从时钟。

上述方法中，

所述result报文包括四个字段；

所述四个字段中的第一字段为PTP报文头；

所述四个字段中第二字段包括协议版本号、表示从时钟是否支持频率调整的控制的值、以及表示从时钟是否支持相位调整的控制的值；

所述四个字段中第三字段为调整的频率的控制值；

所述四个字段中第四字段为调整的相位的控制值。

上述方法中，所述从时钟进行时钟同步为：

从时钟收到result报文后，对所述result报文进行解析，根据解析后得到的调整的频率的控制值和/或相位的控制值，进行自身的时钟控制。

本发明还提供一种1588系统，包括：主时钟和从时钟；其中，

主时钟，用于获取时间戳；还用于根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟；

从时钟，用于进行时钟同步。

本发明提供的1588系统及其实现同步的方法，主时钟获取时间戳；主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步，如此，由全网的主时钟进行控制值的计算，全网的各个从时钟仅需要根据主时钟计算的控制值进行时钟同步的控制，既能够实现全网的时钟同步，又能够提高时钟同步的精度，同时降低了全网从时钟的实现难度。

附图说明

图1是本发明1588系统实现同步的方法的流程示意图；

图2是本发明步骤101的具体实现方法的流程示意图；

图3是本发明步骤102的具体实现方法的流程示意图；

图4是本发明主时钟计算控制值的示例图；

图5是本发明主时钟计算调整的频率的控制值的示例图；

图6是本发明主时钟计算调整的相位/频率的控制值的示例图；

图7是本发明主时钟进行同步跟踪的示例图；

图8是本发明1588系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：主时钟获取时间戳；主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步。

下面通过附图及具体实施例对本发明再做进一步的详细说明。

本发明提供一种1588系统实现同步的方法，图1是本发明1588系统实现同步的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，主时钟获取时间戳。

步骤102，主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据该主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步。

图2是本发明步骤101的具体实现方法的流程示意图，是主时钟获取时间戳的具体实现方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，主时钟利用广播方式发送宣告(anounce)报文给从时钟，用于通知从时钟主时钟的存在；其中，由于本发明应用于1588系统，因此所述anounce报文的报文头为1588协议中规定的报文头，该报文头如表1所示：

表1

本发明中，对表1中的message type字段进行修改，增加了结果result字段，在message type字段中增加result字段，用于增加一个新的报文类型，以便后续步骤中主时钟利用新的报文将控制值发送给从时钟；修改后的message type字段如表2所示：

表2

步骤202，从时钟收到anounce报文后，向主时钟发送请求时间戳(sync)报文，并将时间戳t1发送给主时钟；其中，从时钟将时间戳t1发送给主时钟可以是一步式发送或两步式发送；如果是一步式发送，从时钟利用sync报文携带时间戳t1，将sync报文发送给主时钟；如果是两步式发送，从时钟先向主时钟发送sync报文，然后再向主时钟发送跟随follow_up报文，由follow_up报文中携带时间戳t1；

本发明中sync报文的报文头如表1所示，sync报文的字段定义如表3所示：

表3

本发明中对sync报文进行扩展，增加了一个字段，如表3中的最后一个字段，该字段中version为协议版本号，占4bit，0用于占位，rate用于表示从时钟是否支持频率调整的控制，rate的值为1表示支持，rate的值为0表示不支持，phase用于表示从时钟是否支持相位调整的控制，phase的值为1表示支持，phase的值为0表示不支持；从时钟采用一步式发送将时间戳t1发送给主时钟，即从时钟利用sync报文携带时间戳t1发送给主时钟时，如表3所示，sync报文中的origin timestamp字段用于携带时间戳t1。

步骤203，主时钟收到从时钟发送的sync报文后，记录当前的时间戳t2，并从sync报文或follow_up报文中解析出时间戳t1，主时钟本地保存时间戳t1和时间戳t2。

步骤204，主时钟发送延迟请求(delay_req)消息给从时钟，记录并保存当前的时间戳t3。

步骤205，从时钟收到delay_req消息后，记录当前的时间戳t4，并将时间戳t4通过延迟响应(delay_resp)消息发送给主时钟。

步骤206，主时钟收到delay_resp消息后，解析该delay_resp消息，得到时间戳t4，至此，主时钟获取到计算主从时间差所需要的全部时间戳t1、t2、t3和t4。

图3是本发明步骤102的具体实现方法的流程示意图，是主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据该主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步的具体实现方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤301，主时钟根据获取的时间戳t1、t2、t3和t4，并利用IEEE 1588协议中规定的公式offset＝((t2-t1)-(t4-t3))/2，计算主从时间差offset。

步骤302，预先在主时钟配置同步算法，该同步算法可以是PID控制算法、卡尔曼滤波算法等；如图4所示，主时钟利用配置的同步算法，并根据计算出的主从时间差offset，以及之前从时钟发送的sync报文中携带的是否支持频率调整的控制(rate)和是否支持相位调整的控制(phase)，计算从时钟进行时钟同步时，需要调整的频率的控制值和/或需要调整的相位的控制值。

步骤303，主时钟通过result报文并利用单播方式，将计算出的调整的频率的控制值和/或相位的控制值发送给从时钟，其中，所述result报文为本发明相比于现有技术新增加的报文，该result报文的报文头如表1所示，result报文的字段定义如表4所示：

表4

表4中的第二个字段中，version为协议版本号，占4bit，0用于占位，rate用于表示从时钟是否支持频率调整的控制，rate的值为1表示支持，rate的值为0表示不支持，phase用于表示从时钟是否支持相位调整的控制，phase的值为1表示支持，phase的值为0表示不支持，所述result报文中的rate和phase的值，根据sync报文中的是否支持频率调整的控制和是否支持相位调整的控制而确定；rate adjust字段携带调整的频率的控制值，单位为单位时间内主从时间差offset的变化率，该字段中最高位是符号位，符号位为1时，表示调整的频率的控制值为负数，符号位为0时，表示调整的频率的控制值为正数，该字段剩余的低9位为调整的频率的控制值；phase adjust字段携带调整的相位的控制值，单位为ns，该字段中最高位是符号位，符号位为1时，表示调整的相位的控制值为负数，符号位为0时，表示调整的相位的控制值为正数，该字段剩余的低9位为调整的相位的控制值。

计算和发送控制值时存在以下四种情况：

第一种，从时钟只支持频率调整时，如图5所示，从时钟向主时钟发送若干sync即时消息，Tm1、Tm2、......、Tmi为从时钟发出sync即时消息时记录的时间戳，Tt1、Tt2、......、Tti为主时钟收到sync即时消息时记录的时间戳，利用公式((Tt2-Tt1)-(Tm2-Tm1)/(Tm2-Tm1))计算调整的频率的控制值，将该计算出的调整的频率的控制值写到result报文中，并将result报文中的rate的值置为1；

第二种，从时钟只支持相位调整时，由于从时钟有获取调整的相位的控制值的其他方法或不进行频率的同步，因此不计算调整的相位的控制值，直接将计算出的主从时间差offset写到result报文中，并将result报文中的phase的值置为1；

第三种，从时钟同时支持频率调整和相位调整时，如图6所示，主时钟决定每次是频率调整还是相位调整，主要包括三个过程：相位调整、频率调整和同步跟踪，其中相位调整的过程同第二种情况，频率调整的过程同第一种情况，同步跟踪的过程如图7所示，可以利用PID控制算法或卡尔曼滤波(Kalmanfilter)算法计算调整的频率的控制值；其中，PID控制算法的公式可以是调整的频率的控制值＝∑(offset×K1+offset’×K2)；

第四种，从时钟不支持频率调整且不支持相位调整时，表示从时钟不具备时钟同步的功能，这里不需要计算控制值。

步骤304，从时钟收到result报文后，对该result报文进行解析，根据解析后得到的调整的频率的控制值和/或相位的控制值，进行自身的时钟控制，实现时钟同步；如此，由全网的主时钟进行控制值的计算，全网的各个从时钟仅需要根据主时钟计算的控制值进行时钟同步的控制，既能够实现全网的时钟同步，又能够提高时钟同步的精度。

为实现上述方法，本发明还提供一种1588系统，图8是本发明实现1588系统的结构示意图，如图8所示，该系统包括：主时钟80和从时钟81；其中，

主时钟80，用于获取时间戳；还用于根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟81；

从时钟81，用于进行时钟同步。

具体的，所述主时钟80获取时间戳为：主时钟利用广播方式发送宣告报文给从时钟，通知从时钟主时钟的存在；从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟；主时钟收到从时钟发送的sync报文后，记录当前的时间戳t2，本地保存时间戳t1和时间戳t2；主时钟发送延迟请求delay_req消息给从时钟，记录并保存当前的时间戳t3；从时钟收到delay_req消息后，记录当前的时间戳t4，并将时间戳t4通过延迟响应delay_resp消息发送给主时钟；主时钟收解析所述delay_resp消息，得到时间戳t4。

所述主时钟80根据获取的时间戳计算主从时间差为：主时钟根据获取的时间戳t1、t2、t3和t4，并利用公式offset＝((t2-t1)-(t4-t3))/2，计算主从时间差offset。

所述主时钟80根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值为：主时钟利用预先配置的同步算法，并根据计算出的主从时间差offset、以及所述sync报文中携带的是否支持频率调整的控制和是否支持相位调整的控制，计算从时钟进行时钟同步时，需要调整的频率的控制值和/或需要调整的相位的控制值。

所述主时钟80将计算出的控制值发送给从时钟81为：主时钟通过result报文并利用单播方式，将计算出的调整的频率的控制值和/或相位的控制值发送给从时钟。

所述从时钟81进行时钟同步为：从时钟收到result报文后，对所述result报文进行解析，根据解析后得到的调整的频率的控制值和/或相位的控制值，进行自身的时钟控制。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种1588系统实现同步的方法，其特征在于，该方法包括：

主时钟获取时间戳；

主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟，从时钟进行时钟同步；

所述主时钟获取时间戳包括：

从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟；

主时钟收到从时钟发送的sync报文后，记录当前的时间戳t2，本地保存时间戳t1和时间戳t2；

主时钟发送延迟请求delay_req消息给从时钟，记录并保存当前的时间戳t3；

从时钟收到delay_req消息后，记录当前的时间戳t4，并将时间戳t4通过延迟响应delay_resp消息发送给主时钟；

主时钟收解析所述delay_resp消息，得到时间戳t4。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主时钟获取时间戳还包括：

在从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文之前，主时钟利用广播方式发送宣告报文给从时钟，通知从时钟主时钟的存在。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟为：

从时钟利用所述sync报文携带时间戳t1，将所述sync报文发送给主时钟；

或，从时钟先向主时钟发送所述sync报文，再向主时钟发送跟随follow_up报文，由所述follow_up报文携带时间戳t1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从时钟利用sync报文携带时间戳t1为：所述sync报文中的原始时间戳origin timestamp字段用于携带时间戳t1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述sync报文还包括新增字段；

所述新增字段包括协议版本号、表示从时钟是否支持频率调整的控制的值、以及表示从时钟是否支持相位调整的控制的值。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主时钟根据获取的时间戳计算主从时间差为：

主时钟根据获取的时间戳t1、t2、t3和t4，并利用公式offset＝((t2-t1)-(t4-t3))/2，计算主从时间差offset。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值为：

主时钟利用预先配置的同步算法，并根据计算出的主从时间差offset、以及所述sync报文中携带的是否支持频率调整的控制和是否支持相位调整的控制，计算从时钟进行时钟同步时，需要调整的频率的控制值和/或需要调整的相位的控制值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将计算出的控制值发送给从时钟为：

主时钟通过result报文并利用单播方式，将计算出的调整的频率的控制值和/或相位的控制值发送给从时钟。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述result报文包括四个字段；

所述四个字段中的第一字段为PTP报文头；

所述四个字段中第二字段包括协议版本号、表示从时钟是否支持频率调整的控制的值、以及表示从时钟是否支持相位调整的控制的值；

所述四个字段中第三字段为调整的频率的控制值；

所述四个字段中第四字段为调整的相位的控制值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述从时钟进行时钟同步为：

从时钟收到result报文后，对所述result报文进行解析，根据解析后得到的调整的频率的控制值和/或相位的控制值，进行自身的时钟控制。

11.一种1588系统，其特征在于，该系统包括：主时钟和从时钟；其中，

主时钟，用于获取时间戳；还用于根据获取的时间戳计算主从时间差，并根据所述主从时间差和配置的同步算法计算调整的频率的控制值和/或相位的控制值，将计算出的控制值发送给从时钟；

所述获取时间戳包括：

从时钟向主时钟发送请求时间戳sync报文，并将时间戳t1发送给主时钟；

主时钟收到从时钟发送的sync报文后，记录当前的时间戳t2，本地保存时间戳t1和时间戳t2；

主时钟发送延迟请求delay_req消息给从时钟，记录并保存当前的时间戳t3；

从时钟收到delay_req消息后，记录当前的时间戳t4，并将时间戳t4通过延迟响应delay_resp消息发送给主时钟；

主时钟收解析所述delay_resp消息，得到时间戳t4；

从时钟，用于进行时钟同步。