CN103259640B - 一种同步时间的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种同步时间的方法，该方法包括：在同步以太网中任一设备通过向其上游设备发送用于进行时间同步的roundtrip消息，并接收该上游设备返回的应答roundtrip消息，获得本设备相对于上游设备的时钟偏差，并通过该时钟偏差调整本地时间。基于同样的发明构思，本申请还提出一种设备，在保证PTP同步时间的精度的情况下，简化了同步以太网中的组网配置，以及同步时间过程。

Description

一种同步时间的方法和设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种同步时间的方法和设备。

背景技术

在电信服务提供商网络向下一代网络的演进中，以太网将逐步取代准同步数字体系(Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH)以及同步光网络(Synchronous OpticalNetwork，SONET)/同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)传输网。因此，在一些要求严格同步的应用，如包括无线基站以及时分复用(Time DivisionMultiplexing，TDM)电路仿真服务(Circuit Emulation Services，CES)的设备中，电信服务提供商将面临如何通过以太网传输高品质时钟同步的挑战。国际电信联盟-电信标准部(International Telecommunication Union Telecommunication，ITU-T)的标准解决办法是同步以太网(SyncE)。

在SyncE中，以太网采用与SONET/SDH相同的方式，通过高品质、可跟踪一级基准时钟信号同步其位时钟。2006年，国际电信联盟在其G.8261中描述了SyncE概念。2007年，在G.8262中对SyncE性能要求进行了标准化，规定了同步以太网网络设备中使用的时钟的最低性能要求。随后的G.8264中规定了用于传输同步状态信息(Synchronization Status Marker，SSM)的以太网同步消息通道(Ethernet SynchronousMessage Channel，ESMC)，以及协议报文格式ESMC PDU。

ESMC是一个点对点的逻辑通道，在通道内发送特定的PDU报文用于传递信号质量的时钟质量级别(Quality Level，QL)，网元设备根据G.781定义的时钟选择算法选择一个最优时钟源作为系统的时钟输入。

同步以太网只支持频率同步，即时钟同步，不支持时间同步，即相位同步。在以太网中同步时间主要通过IEEE 1588PTP协议实现。将应用了精确时间协议(PrecisionTime Protocol，PTP)的网络称为PTP域。PTP域内有且只有一个同步时钟，域内的所有设备都与该时钟保持同步。

PTP域中所有的时钟节点都按一定层次组织在一起，整个域的参考时间就是最优时钟(Grandmaster Clock，GM)，即最高层次的时钟的时间。通过各时钟节点间PTP协议报文的交互，最优时钟的时间最终将被同步到整个PTP域中，因此也称其为时钟源。

最优时钟可以通过手工配置静态指定，也可以通过最佳主时钟(Best Master Clock，BMC)协议动态选举，动态选举的过程如下：

各时钟节点之间通过交互的通告(Announce)报文中所携带的最优时钟优先级、时间等级、时间精度等信息，最终选出一个节点作为PTP域的最优时钟，与此同时，各节点之间的主从关系以及各节点上的主从端口也确定了下来。通过这个过程，整个PTP域中建立起了一棵无环路、全连通，并以最优时钟为根的生成树。

此后，主节点会定期发送Announce报文给从节点，如果在一段时间内，从节点没有收到主节点发来的Announce报文，便认为该主节点失效，于是重新进行最优时钟的选择。

在以太网中，PTP同步的基本原理如下：主、从时钟之间交互同步报文并记录报文的收发时间，通过计算报文往返的时间差来计算主、从时钟之间的往返总延时，如果网络是对称的，即两个方向的传输延时相同，则往返总延时的一半就是单向延时，这个单向延时便是主、从时钟之间的时钟偏差，从时钟按照该偏差来调整本地时间，就可以实现其与主时钟的同步。

PTP同步和同步以太网同时使用的时候，一般使用同步以太网同步时钟，PTP同步时间，因为同步以太网是通过硬件同步时钟，精度要比PTP同步时钟的精度高。

由上可见，实现同步以太网中的时间同步，需要在以太网设备上同时配置PTP和同步以太网特性，但是PTP需要计算网络拓扑和端口角色状态，占用的网络资源和CPU资源都比较多，实现困难，并且PTP和同步以太网存在配合问题。因此现有以太网中实现时间同步的方法，组网配置，以及实现时间同步过程复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种种同步时间的方法和设备，在保证PTP同步时间的精度的情况下，简化了同步以太网中的组网配置，以及同步时间过程。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种同步时间的方法，应用于同步以太网中，该同步以太网中的任一设备根据以太网同步消息通道ESMC报文中携带的时钟质量等级QL选中最优时钟源，建立同步层次关系，包括：

该设备通过接收上游设备发送ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送环回roundtrip消息，并记录发送该roundtrip消息的时间T1；

该设备在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4；该应答的roundtrip消息携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3；

该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

一种设备，可应用于同步以太网中的网络设备，根据ESMC报文中携带的时钟质量等级QL选中最优时钟源，建立同步层次关系，该设备包括：发送单元、记录单元、接收单元和处理单元；

所述发送单元，用于通过接收上游设备发送以太网同步消息通道ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送环回roundtrip消息；

所述记录单元，用于所述发送单元向上游设备发送roundtrip消息时，记录发送该roundtrip消息的时间T1；当所述接收单元接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4；

所述接收单元，用于接收上游设备应答的roundtrip消息；

所述处理单元，用于所述接收单元在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，该应答的roundtrip消息携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3；根据所述记录单元记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

综上所述，本申请通过在同步以太网中设备通过向其上游设备发送用于进行时间同步的roundtrip消息，并接收该上游设备返回的应答roundtrip消息，获得本设备相对于上游设备的时钟偏差，并通过该时钟偏差调整本地时间。通过该方法，在保证PTP同步时间的精度的情况下，简化了同步以太网中的组网配置，以及同步时间过程。

附图说明

图1为同步以太网组网接收示意图；

图2为本发明具体实施例中同步时间的方法流程示意图；

图3为本发明具体实施例中应用于上述技术的设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

本发明实施例中提出一种同步时间的方法，应用于同步以太网中，该同步以太网中的任一设备根据ESMC报文中携带的时钟QL选中最优时钟源，建立同步层次关系。在同步以太网中设备通过向其上游设备发送用于进行时间同步的roundtrip消息，并接收该上游设备返回的应答roundtrip消息，获得本设备相对于上游设备的时钟偏差，并通过该时钟偏差调整本地时间。通过该方法，在保证PTP同步时间的精度的情况下，简化了同步以太网中的组网配置，以及同步时间过程。

该同步以太网中如果设备之间有多个同步以太接口作为整个系统的时钟输入接口，设备的时钟模块会选择一个最优的时钟输入作为整个系统的时钟输入，其他的时钟输入作为备份时钟输入，同时通过这些接口向对端设备同步本设备的时钟。

参见图1，图1为同步以太网组网接收示意图。图1中设备1和设备2中配置了时间和时钟同步供给单元，用于给下游设备提供时钟和时间信息。

设备3接收到设备1和设备2发送的ESMC报文，由于设备1的时钟QL为1，设备2的时钟QL为3，设备1的精度要比设备2的精度高。因此，根据ESMC报文中携带的时钟QL的值，确定设备1作为整个系统的时钟输入源。

同时，设备3向设备1发送时钟QL值为DNU的ESMC报文，用于通知设备1不要将这个时钟作为候选时钟，避免出现时间同步的循环情况；设备3向设备2发送时钟QL值为1的ESMC报文；设备3向设备4发送时钟QL值为1的ESMC报文，通知设备2和设备4本地建立同步层次关系后的时钟QL值。

设备4接收到设备3同步的时钟QL值后，确定该时钟QL值1小于本地的时钟QL值6，向设备3发送时钟QL值为DNU的ESMC报文。

至此，该同步以太网的同步层次关系建立完成。按建立的同步层次关系，对于设备1来说，设备3是设备1的下游设备；对于设备3来说，设备1为设备3的上游设备，设备4为设备3的下游设备。

在同步以太网中的同步层次建立完成后，下面结合附图，详细说明本发明具体实施例中如何实现时间同步的。

参见图2，图2为本发明具体实施例中同步时间的方法流程示意图。具体步骤为：

步骤201，同步以太网中的任一设备通过接收上游设备发送ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送roundtrip消息，并记录发送该roundtrip消息的时间T1。

本步骤中的roundtrip消息包含roundtrip TLV。参见表1，表1为roundtrip TLV包含的内容。

表1

表1中类型(Type)的内容为0x02，为新增的ITU-T subtype，用于标识该roundtrip消息用来进行时间同步。现有实现中ITU-T subtype为0x01，表示该TLV为时钟QL TLV。

表1中的值(Value)中包含3个字段，在字段序列号标识(Sequence Id)中填充的内容用于标识不同周期内发送的roundtrip消息。入时间戳(IngressTimeStamp)用于携带接收roundtrip消息的时间；出时间戳(Egress TimeStamp)用于携带发送roundtrip消息的时间。

roundtrip消息由下游设备发起，并且只在最优输入时钟源输入的接口发送。在发送该消息时在Sequence Id中携带一个值，如2，表示第二个周期发送roundtrip消息。由于本设备需要同步时间，因此在主动发送的roundtrip消息中的IngressTimeStamp字段和Ingress TimeStamp中可以不填充信息，也可以填充任何信息，上游设备，不需要获知这两个字段中的信息。

设备发送roundtrip消息的周期根据实际需要进行配置，如每秒发送8个不同Sequence Id的roundtrip消息。

上游设备接收到下游设备发送的roundtrip消息时，记录接收roundtrip消息的时间T2，并向下游设备返回应答的roundtrip消息，且在该返回的应答roundtrip消息中携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3。

步骤202，该设备在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4。

步骤203，该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

本步骤中该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，包括：

该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3计算同该上游设备传输报文的路径延迟Tdelay＝[(T4-T1)–(T3-T2)]/2，根据T3和T4，以及计算的Tdelay，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为T4-(T3+Tdelay)＝[(T4–T3)-(T2–T1)]/2。

该设备在计算Tdelay时，为了防止某次计算的结果引起同步时钟的震荡，该设备通过预设计算因子将当前周期以及当前周期之前的多个周期内计算的Tdelay进行累加后的值，作为当前周期内计算的Tdelay的值。

假设该次计算的是第N周期的Tdelay，预设计算因子为δ，则

Tdelay(N)＝δ*Tdelay(N)+(1-δ)*Tdelay(N-1)。δ值可以根据具体使用情况设置，如δ设置为0.8。

该设备通过向下游设备发送ESMC报文的接口，接收到该下游设备发送的roundtrip消息时，记录接收该roundtrip消息的时间，并通过接收该roundtrip消息的接口向该下游设备返回应答的roundtrip消息，使该下游设备根据该应答的roundtrip消息计算该下游设备相对于本设备的时钟偏差，并通过计算的时钟偏差调整该下游设备的本地时间，向该下游设备应答的roundtrip消息携带发送该应答的roundtrip消息的时间和记录接收该下游设备发送的roundtrip消息的时间。

仍然以图1为例，详细说明本发明具体实施例中同步时间的过程。

设备3向设备1主动发送roundtrip消息，且该roundtrip消息中携带的字段Sequence Id中的值为1，并在本地记录发送该roundtrip消息的时间T5。设备3向设备1发送roundtrip消息通过设备3接收设备1发送的ESMC报文的接口发送。

设备1接收到设备3发送的发送的roundtrip消息时，记录接收该roundtrip消息的时间T6，并通过接收roundtrip消息的端口向设备3返回应答的roundtrip消息，并在该消息的Ingress TimeStamp字段中携带T6，在Egress TimeStamp字段中携带返回的应答roundtrip消息的时间T7。

设备1接收到设备3返回的应答roundtrip消息时，且确定该roundtrip消息携带的字段Sequence Id中的值为1，记录接收该应答roundtrip消息的时间T8。同记录的T5，以及报文中携带的T6和T7计算设备3同设备1传输报文的路径延迟Tdelay＝[(T8-T5)–(T7-T6)]/2，根据T8和T7，以及计算的Tdelay，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为T8-(T7+Tdelay)＝[(T8–T7)-(T6–T5)]/2。设备3通过该时钟偏差调整本地时间

设备3接收到设备4发送的roundtrip消息时，对该roundtrip消息进行应答，使设备4计算同设备3之间传输报文的路径时延，以及设备4相对于设备3的时钟偏差offset，并通过该时钟偏差调整本地时间，这里不再详细描述具体过程。

本发明具体实施例中基于同样的发明构思，还提出一种设备，可应用为同步以太网中的网络设备，根据ESMC报文中携带的时钟QL选中最优时钟源，建立同步层次关系。参见图3，图3为本发明具体实施例中应用于上述技术的设备的结构示意图。该设备包括：发送单元301、记录单元302、接收单元303和处理单元304。

发送单元301，用于通过接收上游设备发送ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送环回roundtrip消息；

记录单元302，用于发送单元301向上游设备发送roundtrip消息时，记录发送该roundtrip消息的时间T1；当接收单元303接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4；

接收单元303，用于接收上游设备应答的roundtrip消息；

处理单元304，用于接收单元303在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，该应答的roundtrip消息携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3；根据记录单元302记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

较佳地，

处理单元304，用于根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3计算同该上游设备传输报文的路径延迟Tdelay＝[(T4-T1)–(T3-T2)]/2，根据T3和T4，以及计算的Tdelay，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为T4-(T3+Tdelay)。

较佳地，

处理单元304，用于通过预设计算因子将当前周期以及当前周期之前的多个周期内计算的Tdelay进行累加后的值，作为当前周期内计算的Tdelay的值。

较佳地，

接收单元303，进一步用于接收下游设备发送的roundtrip消息；

处理单元304，进一步用于当接收单元303通过向下游设备发送ESMC报文的接口，接收到该下游设备发送的roundtrip消息时，记录接收该roundtrip消息的时间，并通过接收该roundtrip消息的接口向该下游设备返回应答的roundtrip消息，使该下游设备根据该应答的roundtrip消息计算该下游设备相对于本设备的时钟偏差，并通过计算的时钟偏差调整该下游设备的本地时间，向该下游设备应答的roundtrip消息携带发送该应答的roundtrip消息的时间和记录接收该下游设备发送的roundtrip消息的时间。

较佳地，

所述roundtrip消息的消息类型为新增ITU-T subtype，用于标识该roundtrip消息用来进行时间同步；所述roundtrip消息中携带的序列号用于标识不同周期内发送的roundtrip消息。

上述实施例的单元可以集成于一体，也可以分离部署；可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

综上所述，本发明具体实施例中在同步以太网中设备通过向其上游设备发送用于进行时间同步的roundtrip消息，并接收该上游设备返回的应答roundtrip消息，获得本设备相对于上游设备的时钟偏差，并通过该时钟偏差调整本地时间。通过该方法，在保证PTP同步时间的精度的情况下，简化了同步以太网中的组网配置，以及同步时间过程。

本发明具体实施例在计算时间同步时，过程相对于PTP更加简单有效，占用的网络带宽资源和CPU计算资源更低。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步时间的方法，应用于同步以太网中，该同步以太网中的任一设备根据以太网同步消息通道ESMC报文中携带的时钟质量等级QL选中最优时钟源，建立同步层次关系，其特征在于，包括：

该设备通过接收上游设备发送ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送环回roundtrip消息，并记录发送该roundtrip消息的时间T1；

该设备在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4；该应答的roundtrip消息携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3；

该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，包括：

该设备根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3计算同该上游设备传输报文的路径延迟Tdelay＝[(T4-T1)–(T3-T2)]/2，根据T3和T4，以及计算的Tdelay，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为T4-(T3+Tdelay)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算Tdelay时，所述方法进一步包括：

该设备通过预设计算因子将当前周期以及当前周期之前的多个周期内计算的Tdelay进行累加后的值，作为当前周期内计算的Tdelay的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

该设备通过向下游设备发送ESMC报文的接口，接收到该下游设备发送的roundtrip消息时，记录接收该roundtrip消息的时间，并通过接收该roundtrip消息的接口向该下游设备返回应答的roundtrip消息，使该下游设备根据该应答的roundtrip消息计算该下游设备相对于本设备的时钟偏差，并通过计算的时钟偏差调整该下游设备的本地时间，向该下游设备应答的roundtrip消息携带发送该应答的roundtrip消息的时间和记录接收该下游设备发送的roundtrip消息的时间。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，

所述roundtrip消息的消息类型为新增国际电信联盟-电信标准部子类型ITU-T subtype，用于标识该roundtrip消息用来进行时间同步；所述roundtrip消息中携带的序列号用于标识不同周期内发送的roundtrip消息。

6.一种同步时间的设备，可应用于同步以太网中的网络设备，根据ESMC报文中携带的时钟质量等级QL选中最优时钟源，建立同步层次关系，其特征在于，该设备包括：发送单元、记录单元、接收单元和处理单元；

所述发送单元，用于通过接收上游设备发送以太网同步消息通道ESMC报文的接口，周期地向上游设备发送环回roundtrip消息；

所述记录单元，用于所述发送单元向上游设备发送roundtrip消息时，记录发送该roundtrip消息的时间T1；当所述接收单元接收到上游设备应答的roundtrip消息时，记录接收该应答的roundtrip消息的时间T4；

所述接收单元，用于接收上游设备应答的roundtrip消息；

所述处理单元，用于所述接收单元在该周期内接收到上游设备应答的roundtrip消息时，该应答的roundtrip消息携带该上游设备接收本设备发送的roundtrip消息的时间T2，和该上游设备发送应答roundtrip消息的时间T3；根据所述记录单元记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为[(T4–T3)-(T2–T1)]/2，并通过该时钟偏差调整本地时间。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述处理单元，用于根据本地记录的T1、T4，以及应答的roundtrip消息中携带的T2和T3计算同该上游设备传输报文的路径延迟Tdelay＝[(T4-T1)–(T3-T2)]/2，根据T3和T4，以及计算的Tdelay，获得本设备相对于该上游设备的时钟偏差offset为T4-(T3+Tdelay)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述处理单元，用于通过预设计算因子将当前周期以及当前周期之前的多个周期内计算的Tdelay进行累加后的值，作为当前周期内计算的Tdelay的值。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述接收单元，进一步用于接收下游设备发送的roundtrip消息；

所述处理单元，进一步用于当所述接收单元通过向下游设备发送ESMC报文的接口，接收到该下游设备发送的roundtrip消息时，记录接收该roundtrip消息的时间，并通过接收该roundtrip消息的接口向该下游设备返回应答的roundtrip消息，使该下游设备根据该应答的roundtrip消息计算该下游设备相对于本设备的时钟偏差，并通过计算的时钟偏差调整该下游设备的本地时间，向该下游设备应答的roundtrip消息携带发送该应答的roundtrip消息的时间和记录接收该下游设备发送的roundtrip消息的时间。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的设备，其特征在于，

所述roundtrip消息的消息类型为新增国际电信联盟-电信标准部子类型ITU-T subtype，用于标识该roundtrip消息用来进行时间同步；所述roundtrip消息中携带的序列号用于标识不同周期内发送的roundtrip消息。