CN102801487A - 用于控制频率同步的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于控制频率同步的方法和设备。一种用于控制频率同步的设备，包括：处理器（101），该处理器（101）用于基于接收到的定时消息来控制频率控制时钟信号，以在频率控制时钟信号与基准时钟信号之间实现频率锁定。为了找出已经经历了类似的传输延迟并且从而适用于频率控制的这样的定时消息的目的，处理器被配置成：基于定时消息来控制相位控制时钟信号，以在相位控制时钟信号与基准时钟信号之间实现相位锁定，并且基于与该相位控制相关的相位误差指示符来选择要用于频率控制的定时消息。因此，相位控制时钟信号是用于执行频率控制的辅助时钟信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制频率同步的方法和控制设备。而且，本发明涉及用于控制频率同步的计算机程序。而且，本发明涉及数据传输网络的网络元件，例如，路由器或交换机。
背景技术
数据传输网络包括经由网络元件之间的数据传输链路彼此进行通信的网络元件，诸如，路由器、交换机以及终端设备。在许多数据传输网络中，需要在数据传输网络的各种网络元件当时的时钟信号之间实现同步。网络元件可以被配置成构成主从对，以在数据传输网络内分配定时信息。每个从网络元件控制其时钟信号发生器，使得基于从主网络元件传输到从网络元件的定时消息在从网络元件中重新生成相应的主网络元件当时的基准时钟信号。定时消息可以是例如数据分组或数据帧的协议数据单元“PDU”所包含的时间戳。每个时间戳都指示出与考虑中的时间戳相关的相应协议数据单元的传输时刻的瞬时时间值，其中，该时间值基于在主网络元件处可用的基准时钟信号。该定时消息还能够是定时分组或帧，该定时分组或帧被传送，使得当以在主网络元件处可用的基准时钟信号来进行测量时，两个连续的定时分组或帧的传输时刻之间的时间间隔是恒定的或者以其他方式是已知的。指示一个或多个定时消息的传输时刻的一个或多个时间戳还能够在该一个或多个定时消息之后传送的一个或多个数据分组或帧中进行传送。
在许多情况下，网络元件之间的同步被实现为相位同步，其中，基于根据基准时钟信号传送的定时消息的接收时刻来形成相位误差指示符，并且根据相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以便于在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定。然而，相位控制时钟信号易受定时消息的传输延迟变化而导致的干扰的影响。因此，该方法的缺点在于，其趋于会对某些传输延迟变化特征过度反应。例如，24小时网络加载模式和/或延迟变化中的大的改变可能在某些技术中造成问题，诸如，非对称数字订户回路“ADSL”、微波无线电以及千兆无源光网络“GOPN”。
结合特定应用，例如，移动第三代“移动3G”以及后续的长期演进“LTE”技术，不存在相位误差累积限制，因此相位同步不是绝对的要求，而频率同步就足够了。另一方面，现代的恒温晶振器“OCXO”能够产生稳定的时钟信号，并且OCXO的性价比也持续改善。因此，作为使用易受传输延迟变化导致的干扰影响的相位同步的替代，可以通过使用高品质OCXO以及与足够大的更新间隔的频率同步来实现可以减少传输延迟变化的不利影响的更好结果。
利用下列符号和假定来说明与频率同步相关的挑战。假定从时钟信号的频率fs为fm+εfm，其中，fm是基准时钟信号的频率，并且ε是相对频率误差。而且，假定当以基准时钟信号测量的时间tm为零时，以从时钟信号测量的时间ts为θ。因此，如果假定相对频率误差ε随时间推移而不变，得到：
ts=(1+ε)tm+θ （1）
当tm=Tm1时，从主网络元件传送第一定时消息TM1。当以基准时钟信号测量时，TM1经历d1的传输延迟。因此，当tm=Tm1+d1时，TM1到达从元件。基于等式（1），此时ts=(1+ε)(Tm1+d1)+θ。因此，当以从时钟信号测量时，到达从元件的时间是Ts1=(1+ε)(Tm1+d1)+θ。当tm=Tm2时，从主网络元件传送第二定时消息TM2。当以基准时钟信号测量时，TM2经历d2的传输延迟。因此，当以从时钟信号测量时，到达从元件的时间是Ts2=(1+ε)(Tm2+d2)+θ。
在TM1和TM2的传输时刻之间的以基准时钟信号所测量的时间间隔是Tm2-Tm1。在TM1和TM2的接收时刻之间，以从时钟信号测量的时间间隔是：
Ts2–Ts1=(1+ε)(Tm2+d2)+θ–((1+ε)(Tm1+d1)+θ)=
(1+ε)(Tm2–Tm1)+(1+ε)(d2–d1)
（2）
因为值Tm1和Tm2能够作为时间戳从主网络元件传输到从网络元件，所以从网络元件知道Tm2-Tm1，或者如果以恒定或其他预定速率传送定时消息，则从网络元件能够形成对于值Tm1和Tm2的估计，并且当计算Tm2-Tm1的差时，估计值的未知恒定部分被对消。因此，从网络元件能够计算以下量：
(Ts2–Ts1)–(Tm2–Tm1)=ε(Tm2–Tm1)+(d2–d1)+ε(d2–d1)（3）
如果ε(Tm2–Tm1)>>(d2–d1)+ε(d2–d1)，则该量可以用于调整从时钟信号的频率。相对频率误差可以是例如10-8…10-7，并且Tm2–Tm1可以是例如大约3×104s。因此，ε(Tm2–Tm1)可以是3×10-4…10-3s。将定时消息TM1和TM2选择为应当是下述定时消息：使得传输延迟之间的差d2-d1的绝对值最大为例如ε(Tm2–Tm1)的绝对值的大约三分之一，即│d2–d1│<10-4…10-3s。因此，定时消息TM1和TM2应当是两个这样的消息，其经历了从主网络元件至从网络元件的基本上类似的传输延迟。基于频率控制的从时钟信号的延迟估计值不适用于找出经历了基本上类似的传输延迟的定时消息，因为例如基于用于TM1和TM2所经历的延迟的从时钟信号的估计值为：
Ts1-Tm1=d1+εd1+εTm1+θ，并且
Ts2-Tm2=d2+εd2+εTm2+θ （4）
其中，以从时钟信号测量Ts1和Ts2。因此，估计的延迟包括与在相应的定时消息TM1和TM2的传输时刻当时的时间Tm1和Tm2成比例的累积误差分量εTm1和εTm2。
US2009052431公开了一种方法，其中，已经历了基本上类似的传输延迟的两个定时消息被选择为，在第一时间窗口内接收到的定时消息中的具有最小估计传输延迟的第一定时消息、以及在第二时间窗口内接收的定时消息中的具有最小估计传输延迟的第二定时消息。该方法是基于下述假定：从主网络元件到从网络元件的最小传输延迟随时间推移而保持不变。然而，该假定例如在主网络元件和从网络元件之间的路由状况已经发生变化的情况下无效。用于频率控制的定时消息之间的时间段可以是24小时或更多，并且上述类型的改变在这样的长时间段中是可能的。
发明内容
下文提出了简化的发明内容，以提供对于本发明的各种实施例的一些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛综述。该发明内容既不意在标识本发明的重要或关键要素，也不意在描述本发明的范围。下面的的发明内容仅以简化的形式呈现了本发明的一些原理，作为对于本发明的示例性实施例的更具体描述的序言。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制频率同步的新的方法。该方法包括：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符，该接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号，以便于在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间实现频率锁定。
其中，为了形成频率误差指示符中的每一个的目的，该方法包括：计算第一量，该第一量是在已经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，该第二量是在这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算在第一量和第二量之间的差，并且其中，为了找出已经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，该方法包括：
-基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示符，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个都是在各自的定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差。
-利用相位指示符来控制相位控制时钟信号，以实现在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间的相位锁定，以及
-基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息。
作为上述相位锁定的推论，在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间的相位误差的累积是有限的，而如果小频率误差长时间不改变其符号，即使频率误差很小，在频率控制时钟信号中的无限相位误差也是可能的。因此，当基于与相位控制时钟信号的相位误差指示符，搜索已经历了基本上类似的传输延迟的定时消息时，利用先前呈现的等式（4）说明的类似误差累积不会发生。然而，相位误差指示符可以与相应的估计传输延迟相差未知的恒量，但是在搜索到已经历了彼此类似的传输延迟的这样的定时消息时这并不重要。
例如，每个定时消息的基准时刻可以是与该定时消息相关的恒定相位偏移和接收到的时间戳值的和。如果定时消息以恒定或其他预定速率进行传送，则能够本地形成定时消息的基准时刻，使得基准时刻是以相等或其他预定间隔而分隔开的值。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制频率同步的新的控制设备。该控制设备包括处理器，该处理器被配置成：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符，接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号，以实现在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间的频率锁定。
其中，为了形成频率误差指示符中的每一个的目的，处理器被配置成：计算第一量，该第一量是已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，该第二量是这两个定时消息的基准时刻之间差；以及计算在第一量和第二量之间的差，并且其中，为了找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，该处理器被配置成：
-基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示符，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个都是在相应定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差，
-利用相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定，以及
-基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息。
根据本发明的第三方面，提供了一种新的网络元件。该网络元件包括：
-至少一个进入端口，该至少一个进入端口用于接收定时消息，
-可控时钟信号发生器，该可控时钟信号发生器用于产生第一可控时钟信号和第二可控时钟信号，网络元件被配置为根据第一可控时钟信号来进行操作，以及
-根据本发明的实施例的控制设备，该控制设备用于控制时钟信号发生器，使得第一可控时钟信号是频率控制时钟信号，并且第二可控时钟信号是相位控制时钟信号。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制频率同步的新的计算机程序。该计算机程序包括计算机可执行指令，该计算机可执行令指令用于控制可编程处理器以：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符，接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号，以在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间实现频率锁定，
其中，计算机程序包括用于为了形成频率误差指示符中的每一个的目的而控制可编程处理器进行下述步骤的计算机可执行指令：计算第一量，该第一量是在已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，该第二量是在这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算在第一量和第二量之间的差，并且其中，计算机程序包括用于为了找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的而控制可编程处理器进行下述步骤的计算机可执行指令：
-基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示符，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个是在各个定时消息的接收时刻的第二值和该定时消息的基准时刻之间的差，
-利用相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定，以及
-基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息。
根据本发明的计算机程序产品包括用根据本发明的计算机程序编码的非易失性计算机可读介质，例如，光盘（“CD”）。
在所附从属权利要求中描述了本发明的多个示例性实施例。
当结合附图阅读时，从下面的对特定示例性实施例的描述中，将最好地理解与构造和操作方法相关的本发明的各个示例性实施例及其其他目的和优点。
在本文中，动词“包括”用作开放式限定，其既不排除也不要求还存在未列举的特征。除非明确说明，在从属权利要求中所列举的特征是可彼此自由组合的。
附图说明
以下参考附图来更详细地解释本发明的示例性实施例及其优势，在附图中：
图1示出了用于控制频率同步的包括设置有根据本发明的实施例的控制设备的网络元件的示例性数据传输系统的示意图，以及
图2示出了用于控制频率同步的根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了包括网络元件100和网络元件130的示例性数据传输系统的示意图。网络元件100和130经由数据传输网络150而彼此连接，该数据传输网络150可以包括经由数据传输链路彼此互连的若干其他网络元件。例如，每个网络元件可以是因特网协议（“IP”）路由器、以太网交换机和/或多协议标签交换（“MPLS”）交换机。网络元件130作为主网络元件进行操作，并且被配置成将定时消息传送到作为从网络元件进行操作的网络元件100。网络元件130包括时钟信号发生器115，该时钟信号发生器115被配置成生成基准时钟信号116。网络元件130包括计数器117，该计数器117被配置成生成表示网络元件130当时的时钟时间的信号118。网络元件130被配置成，根据基准时钟信号116来传送定时消息。网络元件130包括处理系统119，该处理系统119用于执行与使用的例如IP、以太网和/或MPLS的数据传输协议相关的控制和转发平面操作。此外，网络元件130包括至少一个外出端口121，并且有利地，包括用于连接到数据传输网络150的至少一个进入端口120。网络元件100包括可控时钟信号发生器103，该可控时钟信号发生器103用于生成可控时钟信号。网络元件100包括计数器111，该计数器111被配置成生成表示在网络元件100当时的时钟时间的信号112。网络元件100包括处理系统113，该处理系统113用于执行与所使用的数据传输协议相关的控制和转发平面操作。此外，网络元件100包括至少一个进入端口102，并且有利地，包括用于连接到数据传输网络150的至少一个出口端口114。
网络元件100包括用于控制时钟信号发生器103的根据本发明的实施例的控制设备104。控制设备104包括处理器101，该处理器101被配置成基于在进入端口102处接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符。接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号105的时间值，该频率控制时钟信号105是由可控时钟信号发生器103生成的第一可控时钟信号。上述接收时刻的第一值是在定时消息的接收时间处的信号112的瞬时值。处理器101被配置成，利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号105，以在基准时钟信号116和频率控制时钟信号105之间实现频率锁定。
为了形成频率误差指示符中的每一个的目的，处理器101被配置成计算第一量Ts2–Ts1，该第一量Ts2–Ts1是在已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差。处理器101被配置成计算第二量T’s2–T’s1，该第二量T’s2–T’s1是在这两个定时消息的基准时刻之间的差。处理器101被进一步配置成计算在第一量和第二量之间的差(Ts2–Ts1)–(T’s2–T’s1)。每个定时消息的基准时刻可以是恒定相位偏移与指示该定时消息的传输时刻的时间戳值的和。该时间戳值基于基准时钟信号116，并且已经将其从网络元件130传输到网络元件100。恒定相位偏移可以为正、负或零。不论恒定相位偏移如何，基准时刻的差都等于相应时间戳值的差。在网络元件130以恒定或其他预定速率传送定时消息的情况下，处理器101可以被配置成本地形成基准时刻，使得基准时刻是以相等或其他已知间隔而分隔开的值。这些本地形成的基准时刻与关于基准时钟信号116的定时消息的传输时刻相对应，除了所述基准时刻具有相对于所述传输时刻的未知恒定相移。然而，该未知恒定相移在上述基准时刻的差T’s2-T’s1中不起作用。
上述差（Ts2–Ts1）–（T’s2–T’s1）指示出在频率控制时钟信号105和基准时钟信号116之间的频率差，因为Ts2–Ts1是以频率控制的时钟信号105测量的第一时间间隔的长度，并且T’s2–T’s1是以基准时钟信号116测量的第二时间间隔的长度，并且第一时间间隔和第二时间间隔的实际时间长度基本上相等，因为上述两个定时消息都经历了从网络元件130至网络元件100的基本上类似的传输延迟。处理器101被配置成利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号105，以在基准时钟信号116和频率控制时钟信号105之间实现频率锁定。
处理器101被配置成，基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示符。接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号106的时间值，该相位控制时钟信号106是由可控时钟信号发生器103生成的第二可控时钟信号。上述接收时刻的第二值是在定时消息的接收时间处的信号122的瞬时值。信号122是由相位控制时钟信号106驱动的计数器123的输出信号。相位误差指示符中的每一个都是在各自定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差。每个定时消息的基准时刻可以是恒定相位偏移和指示该定时消息的传输时刻的时间戳的和，该时间戳值已经从网络元件130传输到网络元件100。在由网络元件130以恒定或其他预定速率传送定时消息的情况下，处理器101可以被配置成本地形成基准时刻，使得基准时刻是以相等或其他已知间隔而分隔开的值。用于形成在相位控制中的相位误差指示符的基准时刻可以是相同的或者以与用于形成频率控制中的频率误差指示符相同的方式来形成，或者用于相位控制的基准时刻可以以与用于频率控制的那些不同的方式来形成。处理器101被配置成以相位误差指示符来控制相位控制时钟信号106，以在基准时钟信号116和相位控制时钟信号106之间实现相位锁定，而且为了找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息。在实践中，该选择可以被实现为例如使得将第一定时消息的相位误差指示符存储到存储器中，并且在已经经过了期望的时间段之后，将此后接收到的第二定时消息的相位误差指示符与存储的相位误差指示符逐个进行比较。如果在存储的相位误差指示符和第二定时消息中的一个的相位误差指示符之间的差低于预定容限，则可以认为这两个定时消息是已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息。还能够将在第一时间窗口内接收到的定时消息的第一相位误差指示符存储在存储器中，将在相对于第一时间窗口晚了期望时间量的第二时间窗口内接收到的定时消息的第二相位误差指示符存储在存储器中，并且选择两个相位误差指示符使得其中一个来自第一相位误差指示符，另一个是来自第二相位误差指示符，并且这两个相位误差指示符之间的差尽可能地小。相位误差指示符可能与相应的估计传输延迟相差未知的恒量，但是当搜索已经经历了类似传输延迟的这样的定时消息时这并不重要。相位控制时钟信号106可以被视为辅助时钟信号，该辅助时钟信号用于找出其传输延迟具有基本上相同的时间长度的这样的定时消息。
在图1中所示的示例性情况下，可控时钟信号发生器103包括振荡器107、用于从振荡器的输出信号110产生频率控制时钟信号的第一数字可控分频器108以及用于从振荡器的输出信号产生相位控制时钟信号106的第二数字可控分频器109。振荡器107优选地是能够产生稳定的时钟信号的恒温控制晶振器“OCXO”。数字可控分频器108和109可以是例如能够产生分频比为N+δ的分数N/N+1分频器，其中，取决于控制信号125或126，δ可以是从零至一。当使用稳定的OCXO时，在频率控制时钟信号105的频率控制中的轮询和更新间隔可以很大。在用于频率控制的两个定时消息之间的时间段甚至可以是24小时或更多。然而，该时间间隔涉及用于稳定性检查目的的若干中间轮询。例如，针对由于OXCO老化而导致的频率漂移，在频率控制中的频率改变速率Hz/sec被优选地限制为由制造商所指定的最大值的两倍。得到的封闭频率控制回路的增益和参数被有利地选择为使得控制回路存在高阻尼，即，在阶跃响应中不存在超调。相位控制时钟信号106的相位控制的更新间隔优选地明显更短，例如，与频率控制相比的短了数十、数百或甚至数千的系数。相位控制回路应当充分响应，以追踪延迟的趋势。适当的带宽可以是大约1mHz，即几分钟的时间恒量。相位控制回路带宽应当被选择为最小化温度瞬态的影响。有利地，频率控制回路应当能够应对表示日常加载配置文件的12至24小时的时段。频率控制回路和相位控制回路的时间恒量的比率非常大，例如，24小时:5分钟，即大约300。该时间恒量比率优选地至少为10，并且更优选地至少为100。
可控时钟信号发生器103还能够包括用于产生频率控制时钟信号105的第一可控振荡器以及用于产生相位控制时钟信号106的第二可控振荡器。第一和第二可控振荡器可以是例如电压控制振荡器“VCO”。
网络元件100可以包括用于从生成频率控制时钟信号105，即从可控时钟信号发生器103，对量124进行测量的装置，该量124指示出频率控制时钟信号105的稳定性。网络元件100可以包括，例如，用于测量振荡器107的内部和/或环境温度的温度传感器。作为与振荡器的内部和/或环境温度相关的信息补充或替代，例如，测量到的量124可以包含例如与振荡器的电源电压和/或电流消耗的波动相关的信息。结合特定类型的振荡器，电流消耗的变化可以指示出振荡器的温度已经变化的风险。
在根据本发明的实施例的控制设备中，处理器101被配置成监视在频率控制时钟信号105和相位控制时钟信号106之间的偏差。在本发明的实施例中，为了监视该偏差的目的，处理器被配置成计算确定频率控制时钟信号的频率的第一控制信号125与确定相位控制时钟信号的频率的第二控制信号126之间的差。在本发明的另一实施例中，为了监视偏差，处理器被配置成将频率控制时钟信号105的瞬时相位与相位控制时钟信号106的瞬时相位作比较。处理器101被配置成，基于测量到的量124来检测趋于会造成频率控制时钟信号105的频率漂移的本地环境的变化。例如，振荡器107的内部和/或环境温度的变化是在频率控制时钟信号中的可能频率漂移的指示。处理器101有利地被配置成，响应于所监视到的在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差以及所检测到的本地环境的变化两者都示出了确认频率控制时钟信号的频率漂移的相关性的情况，即，测量到的量124和监视到的偏差明确地指示出振荡器107的操作的变化的情况，利用或基于相位控制时钟信号106来替换或校正频率控制时钟信号105。因此，相位控制时钟信号106可以同与例如温度变化的环境中的可能改变相关的信息一起使用，用于改善频率控制时钟信号105的质量。相位控制时钟信号不必用于校正或替换频率控制时钟信号的示例性情况是其中已经检测到快速传输延迟变化的情况。传输延迟变化降低了相位控制时钟信号的质量，并且因此利用或基于相位控制时钟信号来替换或校正频率控制时钟信号是不明智的。相位控制时钟信号不必用于校正或替换频率控制时钟信号的另一示例性情况是其中在频率和相位控制时钟信号之间的相位差的改变速率高得无法由测量到的温度变化来解释的情况。这指示出了存在降低相位控制时钟信号的质量的传输延迟变化噪声，并且因此，利用或基于该相位控制时钟信号来替换或校正频率控制时钟信号是不明智的。然而，如果基准时钟信号116的频率已经改变，基准时钟信号和频率控制时钟信号会仍然继续偏离，在该情况下，相位控制时钟信号有利地用于在新情况下实现收敛。在网络元件100的正常操作期间，除了使用相位控制时钟信号来替换或校正频率控制时钟信号之外，在启动阶段期间并且在主网络元件已经改变的情况下，相位控制时钟信号可以在网络元件100的操作的开始用于提供初始同步。
在根据本发明的实施例的控制设备中，为了校正频率控制时钟信号105的目的，处理器101被配置成，以基于振荡器107的内部和/或环境温度的测量到的变化所选择的预先存储值来将频率控制时钟信号的频率改变成相位控制时钟信号的106的频率。因此，所测量到的温度确定了频率调整的幅度，并且相位控制时钟信号确定了频率调整的方向，即，增加或减少频率控制时钟信号的频率。在操作的开始，预先存储值可以基于制造商的振荡器规格。然后，可以基于测量到的振荡器的内部和/或环境温度以及相应的频率调节来调整预先存储值，其中相应的频率调节是根据相位控制时钟信号要对频率控制时钟信号所作出的调节。当调整预先存储的值时，有利地使用用于去除干扰的适当滤波或其他方法。
在图1中所示的示例性情况下，控制设备104是网络元件100的一部分。控制设备还能够是连接到网络元件的独立装置。控制设备的处理器101可以包括一个或多个可编程处理器单元、诸如专用集成电路“ASIC”的一个或多个专用硬件电路、诸如现场可编程门阵列“FPGA”的一个或多个现场可编程逻辑电路、或其组合。
图2示出了用于控制频率同步的根据本发明的实施例的方法的流程图。该方法包括：
-在阶段201，基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息来形成相位误差指示符，
-在阶段202，利用相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定，
-在阶段203，基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息，以找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息，
-在阶段204，借助于两个定时消息来形成频率误差指示符，以及
-在阶段205，利用相位误差指示符来控制频率控制时钟信号，以在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间实现频率锁定。
该方法包括，为了形成频率误差指示符，计算第一量，该第一量是上述两个定时消息的接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，该第二量是在这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算第一量和第二量之间的差。这两个定时消息的接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值。
基于接收到的定时消息的接收时刻的第二值来形成上述相位误差指示符，其中，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个都是在各自定时消息的接收时刻的第二值和该定时消息的基准时刻之间的差。
在根据本发明的实施例的方法中，恒定相位偏移以及与每个定时消息相关的时间戳值的和是该定时消息的基准时刻。
在根据本发明的实施例的方法中，定时消息的基准时刻是以相等或其他已知间隔而分隔开的值，使得在任何两个相继的基准时刻之间的差是恒定的或以其他方式是已知的。
根据本发明的实施例的方法进一步包括：
-监视频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差，
-基于从生成频率控制时钟信号的系统所测量到的量来检测趋于会导致频率控制时钟信号的频率漂移的环境的变化，以及
-响应于所监视到的在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差以及所检测到的环境变化均示出了确认频率控制时钟信号的频率漂移的相关性的情况，利用或基于相位控制时钟信号来替换或校正频率控制时钟信号。
在根据本发明的实施例的方法中，从生成频率控制时钟信号的系统所测量到的量至少指示出生成频率控制时钟信号的系统振荡器的内部和/或环境温度。
在根据本发明的实施例的方法中，从生成频率控制时钟信号的系统所测量到的量至少指示出生成频率控制时钟信号的系统的振荡器的电源电压的变化。
在根据本发明的实施例的方法中，从生成频率控制时钟信号的系统所测量到的量至少指示出生成频率控制时钟信号的系统振荡器的电流消耗的变化。
为了监视在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差的目的，根据本发明的实施例的方法包括：计算确定相位控制时钟信号的频率的第一控制信号与确定频率控制时钟信号的频率的第二控制信号之间的差。
为了监视在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差的目的，根据本发明的实施例的方法包括：将相位控制时钟信号的相位与频率控制时钟信号的相位作比较。
为了校正频率控制时钟信号，根据本发明的实施例的方法包括：以基于测量到的振荡器的内部和/或环境温度的变化所选择的预先存储值来将频率控制时钟信号的频率改变成相位控制时钟信号的频率。
根据本发明的实施例的计算机程序，包括用于控制频率同步的软件模块。该软件模块包括用于控制可编程处理器进行下述步骤的计算机可执行指令：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符，接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号，以在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间实现频率锁定，
其中，软件模块包括用于为了形成频率误差指示符中的每一个的目的而控制可编程处理器进行下述步骤的计算机可执行指令：计算第一量，该第一量是在已经经历基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间差；计算第二量，该第二量是在这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算在第一量和第二量之间的差，并且其中，软件包括用于为了找出已经经历基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的而控制可编程处理器进行下述步骤的计算机可执行指令：
-基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个都是在各自定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差，
-利用相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定，以及
-基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息。
软件模块可以是例如以适当的编程语言生成的子例程和函数。
根据本发明的实施例的计算机程序产品包括用上述软件模块编码的非易失性计算机可读介质，例如，光盘（“CD”）。
根据本发明的实施例的信号被编码为承载限定了根据本发明的实施例的计算机程序的信息。
根据本发明的实施例的用于控制频率同步的控制设备包括：
-用于基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符的装置，接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-用于利用频率误差指示符来控制频率控制时钟信号以在基准时钟信号和频率控制时钟信号之间实现频率锁定的装置，
其中，为了形成频率误差指示符中的每一个，该控制设备进一步包括：
-（i）用于计算第一量的装置，该第一量是已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差，
-（ii）用于计算第二量的装置，该第二量是在这两个定时消息的基准时刻之间的差，以及
-（iii）用于计算在第一量和第二量之间的差的装置，并且
其中，为了找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，该控制设备进一步包括：
-（i）用于基于定时消息的接收时刻的第二值来形成相位误差指示符的装置，接收时刻的第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且相位误差指示符中的每一个都是各自定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差，
-（ii）用于利用相位误差指示符来控制相位控制时钟信号，以在基准时钟信号和相位控制时钟信号之间实现相位锁定的装置，以及
-（iii）用于基于接收到的定时消息的相位误差指示符来从接收到的定时消息中选择两个定时消息的装置。
控制设备可以，例如但并非必须，进一步包括：
-用于监视在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差的装置，
-用于基于从生成频率控制时钟信号的系统所测量到的量来检测趋于会导致频率控制时钟信号的频率漂移的装置，以及
-用于响应于所监视到的在频率控制时钟信号和相位控制时钟信号之间的偏差和所检测到的环境的变化两者均示出了确认频率控制时钟信号的频率漂移的情况、利用或基于相位控制时钟信号来替换或校正频率控制时钟信号的装置。
上文描述中提供的特定实施例不应被解释为限制性的。因此，本发明不仅限于上文描述的实施例，许多变体是可能的。
Claims (21)
1.一种用于控制频率同步的控制设备（104），所述控制设备包括处理器（101），所述处理器（101）被配置成：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成频率误差指示符，所述接收时刻的所述第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用所述频率误差指示符来控制所述频率控制时钟信号，以在所述基准时钟信号和所述频率控制时钟信号之间实现频率锁定，
其中，为了形成所述频率误差指示符中的每一个的目的，所述处理器被配置成：计算第一量，所述第一量是已经经历基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的所述接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，所述第二量是这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算所述第一量和所述第二量之间的差，其特征在于，为了找出已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，所述处理器被配置成：
-基于所述定时消息的所述接收时刻的第二值来形成相位误差指示符，所述接收时刻的所述第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且所述相位误差指示符中的每一个都是各自定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差，
-利用所述相位误差指示符来控制所述相位控制时钟信号，以在所述基准时钟信号与所述相位控制时钟信号之间实现相位锁定，以及
-基于所接收到的定时消息的所述相位误差指示符来从所述接收到的定时消息中选择所述两个定时消息。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述处理器被进一步配置成：
-监视在所述频率控制时钟信号与所述相位控制时钟信号之间的偏差，
-基于从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量来检测趋于会导致所述频率控制时钟信号频率漂移的环境变化，以及
-响应于所监视到的在所述频率控制时钟信号和所述相位控制时钟信号之间的偏差以及所检测到的环境变化两者均示出了确认所述频率控制时钟信号的频率漂移的相关性的情况，利用或基于所述相位控制时钟信号来替换或校正所述频率控制时钟信号。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，恒定相位偏移以及与每个定时消息相关的时间戳值的和是该定时消息的基准时刻。
4.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述定时消息的所述基准时刻是以相等间隔而分隔开的值，使得任何两个相继的基准时刻之间的差是恒定的。
5.根据权利要求2-4中的任何一项所述的控制设备，其中，从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量至少指示出：生成所述频率控制时钟信号的所述系统的振荡器的内部和/或环境温度。
6.根据权利要求2-5中的任何一项所述的控制设备，其中，从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量指示出下述项中的至少一个：生成所述频率控制时钟信号的所述系统的振荡器的电源电压的变化、所述振荡器的电流消耗的变化。
7.根据权利要求2-6中的任何一项所述的控制设备，其中，为了监视所述频率控制时钟信号和所述相位控制时钟信号之间的所述偏差的目的，所述处理器被配置成：计算确定所述相位控制时钟信号的频率的第一控制信号与确定所述频率控制时钟信号的频率的第二控制信号之间的差。
8.根据权利要求2-7中的任何一项所述的控制设备，其中，为了监视所述频率控制时钟信号与所述相位控制时钟信号之间的所述偏差的目的，所述处理器被配置成：将所述相位控制时钟信号的相位与所述频率控制时钟信号的相位作比较。
9.根据权利要求5-8中的任何一项所述的控制设备，其中，为了校正所述频率控制时钟信号的目的，所述处理器被配置成：以基于测量到的所述振荡器的内部和/或环境温度的变化所选择的预先存储值，来将所述频率控制时钟信号的频率改变为所述相位控制时钟信号的频率。
10.一种网络元件（100）包括：
-至少一个进入端口（102），所述至少一个进入端口（102）用于接收定时消息，以及
-可控时钟信号发生器（103），所述可控时钟信号发生器（103）用于产生第一可控时钟信号和第二可控时钟信号，所述网络元件被配置为根据所述第一可控时钟信号来进行操作，
其特征在于，所述网络元件进一步包括根据权利要求1-9中的任何一项所述的控制设备（104），用于控制所述时钟信号发生器，使得所述第一可控时钟信号是所述频率控制时钟信号（105），而所述第二可控时钟信号是所述相位控制时钟信号（106）。
11.根据权利要求10所述的网络元件，其中，所述可控时钟信号发生器包括振荡器（107）、以及用于根据所述振荡器的输出信号（110）产生所述频率控制时钟信号的第一数字可控分频器（108）和用于根据所述振荡器的所述输出信号产生所述相位控制时钟信号的第二数字可控分频器（109）。
12.根据权利要求10或11所述的网络元件，其中，所述网络元件是下述项中的至少一个：因特网协议（“IP”）路由器、以太网交换机、多协议标签交换（“MPLS”）交换机。
13.一种用于控制频率同步的方法，所述方法包括：
-基于根据基准时钟信号传送的接收到的定时消息的接收时刻的第一值来形成（204）频率误差指示符，所述接收时刻的第一值被表达为基于频率控制时钟信号的时间值，以及
-利用所述频率误差指示符来控制（205）所述频率控制时钟信号，以在所述基准时钟信号与所述频率控制时钟信号之间实现频率锁定，其中，为了形成所述频率误差指示符中的每一个的目的，所述方法包括：计算第一量，所述第一量是已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的接收时刻的第一值之间的差；计算第二量，所述第二量是这两个定时消息的基准时刻之间的差；以及计算所述第一量和所述第二量之间的差，其特征在于，为了找到已经经历了基本上类似的传输延迟的两个这样的定时消息的目的，所述方法包括：
-基于所述定时消息的所述接收时刻的第二值来形成（201）相位误差指示符，所述接收时刻的所述第二值被表达为基于相位控制时钟信号的时间值，并且所述相位误差指示符中的每一个都是在各自定时消息的接收时刻的第二值与该定时消息的基准时刻之间的差，
-利用所述相位误差指示符来控制（202）所述相位控制时钟信号，以在所述基准时钟信号与所述相位控制时钟信号之间实现相位锁定，以及
-基于所接收到的定时消息的所述相位误差指示符来从所述接收到的定时消息中选择（203）所述两个定时消息。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
-监视所述频率控制时钟信号与所述相位控制时钟信号之间的偏差，
-基于从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量来检测趋于会导致所述频率控制时钟信号的频率漂移的环境变化，以及
-响应于所监视到的在所述频率控制时钟信号和所述相位控制时钟信号之间的偏差以及所检测到的环境变化两者均示出了确认所述频率控制时钟信号的频率漂移的相关性的情况，利用或基于所述相位控制时钟信号来替换或校正所述频率控制时钟信号。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，恒定相位偏移以及与每个定时消息相关的时间戳值的和是该定时消息的基准时刻。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述定时消息的所述基准时刻是以相等间隔而分隔开的值，使得在任何两个相继的基准时刻之间的差是恒定的。
17.根据权利要求14-16中的任何一项所述的方法，其中，从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量至少指示出：生成所述频率控制时钟信号的所述系统的振荡器的内部和/或环境温度。
18.根据权利要求14-17中的任何一项所述的方法，其中，从生成所述频率控制时钟信号的系统所测量到的量指示出下述项中的至少一个：生成所述频率控制时钟信号的所述系统的振荡器的电源电压的变化、所述振荡器的电流消耗的变化。
19.根据权利要求14-18中的任何一项所述的方法，其中，为了监视所述频率控制时钟信号与所述相位控制时钟信号之间的偏差的目的，所述方法包括：计算确定所述相位控制时钟的频率的第一控制信号与确定所述频率控制时钟信号的频率第二控制信号之间的差。
20.根据权利要求14-19中的任何一项所述的方法，其中，为了监视所述频率控制时钟信号与所述相位控制时钟信号之间的所述偏差的目的，所述方法包括：将所述相位控制时钟信号的相位与所述频率控制时钟信号的相位作比较。
21.根据权利要求17-20中的任何一项所述的方法，其中，为了校正所述频率控制时钟信号的目的，所述方法包括：以基于所测量到的所述振荡器的内部和/或环境温度的变化所选择的预先存储值，来将所述频率控制时钟信号的频率改变为所述相位控制时钟信号的频率。
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