CN103580846A - 一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统，解决现有主、从交换机穿越非基于1588协议的交换机进行时钟同步精度不高的问题，该方法从时钟接收主时钟发送多个含有每个第一发送时间信息的Sync报文，确定每个第一接收时间信息，向主时钟发送多个含有每个第二发送时间信息的Delay-Req报文，接收主时钟返回的对应的多个含有每个第二接收时间信息的Delay-Resp报文，根据上述接收时间和发送时间，确定链路延时并进行时钟同步。本发明实施例中每个时钟同步报文发送多个，多个时钟同步报文在交换机的出端口总会存在不受存储/转发机制的报文，从而可以有效的降低时延的抖动，提高时钟同步的精度。
Description
技术领域
本发明涉及工业以太网技术领域，尤其涉及一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统。
背景技术
随着工业技术的不断发展，对时钟同步的要求也越来越高，尤其是在分布式控制系统中，对时钟同步已经提出了微妙级的要求。在IEEE1588标准中定义了在工业自动化系统中的精确同步时钟协议（Precision Time Protocol，PTP），该协议使用时间戳来同步时钟。采用该协议在进行时钟同步时，在网络通信的过程中，同步控制信号可能会有一定的波动，但该方法达到的精度可以使该协议适用于以太网系统中。通过采用该协议以太网、TCP/IP协议以及基于以太网的各种现场总线不需要大的改动，就可以运行高精度的时钟同步机制。基于PTP协议的系统即PTP系统由一个或多个PTP子域系统组成，每个子域系统都包括一个或多个相互通信的时钟。一个简单的PTP子域系统包括一个主时钟和多个从时钟，当存在多个主时钟时，可以通过选举的方式决定出一个主时钟。
图1为基于IEEE1588协议的交换机主、从时钟进行同步的示意图，在该图中，主时钟可以对从时钟进行授时，从而可以使主时钟和从时钟保持精确的同步。
图2为主、从时钟穿越非基于IEEE1588协议的交换机（非1588协议的交换机）进行时钟同步的结构示意图，在现有技术中基于IEEE1588协议的交换机非常的少，而对于非基于IEEE1588协议的交换机其基于队列和存储/转发机制进行工作，因此队列中一个最长的数据包可能给后续数据包带来122us的延迟，而在大负载情况下，队列中的数据包是随机的，可能包括不止一个长数据包。同时，基于PTP协议进行时钟同步的精度取决于双向完全对称的延迟，但在大负载的情况下，在队列中数据包是随机的，并且随着网络流量的增加，时钟同步报文排队的几率也越来越大，完全对称几乎是不可能的。
即使采用数据包优先的原则，即基于IEEE802.D/p也不能解决上述问题，这是因为，在接收到时钟同步报文时，可能当前至少有一个数据包正在发送，而且也很可能是个最长数据包，此时将会带来122us的传输时间抖动。而实际上采用优先级调度机制后，在同步报文之前的可能会有2到8个数据包，这意味着在大负载情况下延迟时间的抖动将会在360us到1ms之间。因此，在主从时钟穿越非基于IEEE1588协议的交换机在进行时钟同步时，基本无法保证1us的对时精度。
发明内容
本发明实施例提供一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统，用以解决现有技术主、从交换机穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，因为队列和存储/转发机制导致的对时精度不高的问题。
本发明实施例提供了一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法，所述方法包括：
A、在每个时钟同步周期内，主时钟按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N，N为大于1的整数；
B、从时钟接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N；
C、主时钟针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N；
D、从时钟接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N；
E、从时钟根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步；
F、从时钟根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定主时钟到从时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
本发明实施例提供了一种跨非1588网络传输精密时钟报文的系统，所述系统包括：
主时钟，用于在每个时钟同步周期内，按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N；针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N，N为大于1的整数；
从时钟，用于接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N；接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N；根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步；根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定主时钟到从时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
本发明实施例提供一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统，该方法包括：从时钟接收主时钟发送多个含有每个第一发送时间信息的Sync报文，并确定每个第一接收时间信息，向主时钟发送多个含有每个第二发送时间信息的Delay-Req报文，并接收主时钟返回的对应的多个含有每个第二接收时间信息的Delay-Resp报文，根据上述接收时间和发送时间，确定链路延时并进行时钟同步。由于在本发明实施例中主、从时钟之间在穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，每个时钟同步报文时发送多个，即使非基于IEEE1588协议的交换机基于队列和存储/转发机制，但是多个时钟同步报文在交换机的出端口的不排队的情况下，总会存在不受存储/转发机制的报文，从而可以有效的降低时延的抖动，提高时钟同步的精度。
附图说明
图1为基于IEEE1588协议的交换机主、从时钟进行同步的示意图；
图2为主、从交换机穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文的过程示意图；
图4为本发明实施例提供的主时钟与从时钟之间的时钟同步过程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文的具体过程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明为了在主、从交换机穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，提高对时的精度，提供了一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法及系统。
下面结合说明书附图，对本发明进行详细说明。
图3为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文的过程示意图，该过程包括以下步骤：
S301：在每个时钟同步周期内，主时钟按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N，N为大于1的整数。
具体的，在本发明实施例中采用一步法进行时钟同步，其中，每个时钟同步周期是指主时钟与从时钟之间完成一轮Sync报文、Delay-Req报文和Delay-Resp报文的交互之后，完成主时钟对从时钟的时间和频率同步的过程。
本发明实施例中为了有效的减小穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行对时时，引起的精度低的问题，主时钟在向从时钟发送Sync报文时，发送多个，例如可以为512个，或128个，或1000个等。并且主时钟每向从时钟发送一个Sync报文，都会在该Sync报文中携带发送该Sync报文的发送时间信息（T11、T12、……、T1N），以便从时钟准确对时。
S302：从时钟接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N。
该多个含有每个发送时间信息的Sync报文穿越非基于IEEE1588协议的交换机到达从时钟，从时钟根据接收到每个Sync报文的时间，确定与每个Sync报文对应的每个接收时间信息（T21、T22、……、T2N）。
例如，接收到含有发送时间信息为A的Sync报文的时间为B，则与该Sync报文对应的接收时间信息为B。
当从时钟接收到主时钟发送的多个Sync报文时，为了响应主时钟，该从时钟向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文。并且，在本发明实施例中，可以当从时钟接收到主时钟发送的一个Sync报文时，向主时钟返回一个含有该Delay-Req报文发送时间信息（T31、T32、……、T3N）的Delay-Req报文。当然为了提高时钟同步的效率，当从时钟接收到一个到达的Sync报文时，可以根据设置的报文数量，向主时钟返回含该Delay-Req报文发送时间信息（T31、T32、……、T3N）的多个Delay-Req报文，其中该设置的报文数量与主时钟设置的发送Sync报文的数量相同。
S303：主时钟针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N。
当主时钟接收到从时钟发送的每个含有该Delay-Req报文发送时间信息的Delay-Req报文后，确定接收到每个Delay-Req报文的时间信息，将该每个时间信息确定为该每个Delay-Req报文的接收时间信息（T41、T42、……、T4N），将每个Delay-Req报文的接收时间信息包含在对应的每个Delay-Resp报文中发送给从时钟，其中所述每个Delay-Resp报文中还包括主时钟发送该Delay-Resp报文的发送时间信息（T51、T52、……、T5N）。
S304：从时钟接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N。
当从时钟接收到主时钟发送的每个Delay-Resp报文后，确定接收到每个Delay-Resp报文的时间信心，将该每个时间信息确定为每个Delay-Resp报文的接收时间信息（T61、T62、……、T6N），并获取该接收到的每个Delay-Resp报文中携带的含有主时钟接收所述每个Delay-Req报文的接收时间信息（T41、T42、……、T4N）和主时钟发送每个Delay-Resp报文的发送时间信息（T51、T52、……、T5N）。
S305：从时钟根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步。
具体的，从时钟可以根据与主时钟之间交互的每个Sync报文，确定每个Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，从而可以确定主时钟到从时钟的链路的每个待选第一延时，之后，从时钟还可以根据与主时钟之间交互的Delay-Req报文包含的该的发送时间信息T31、T32、……、T3N和Delay-Resp报文包含的该Delay-Req报文对应的接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的链路的每个待选第二延时。当确定了每个待选第一延时和每个待选第二延时后，可以在待选第一延时中任意选择一个作为第一延时，也可以在待选第一延时中选择一个最小值作为第一延时，或者还可以将每个待选第一延时的平均值作为第一延时，相应的确定第二延时的方法相同。
根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时钟同步。
当确定了第一延时和第二延时后，即可以根据第一延时和第二延时确定链路的平均延时，从而可以根据该平均延时进行时钟同步。
当选择每个待选第一延时的最小值作为第一延时时，可以认为该时钟同步报文在经过非基于IEEE1588的交换机时没有在队列中等待，且交换机当前没有发送其他报文时对应的延时，从而可以保证时钟同步的精度。
S306：从时钟根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定主时钟到从时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
具体的，从时钟根据与主时钟之间交互的每个Sync报文，确定每个Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，从而可以确定主时钟到从时钟的链路的每个待选第一延时，之后，从时钟根据与主时钟之间交互的每个Delay-Resp报文，确定每个Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，从而可以确定主时钟到从时钟的链路的每个待选第三延时，当确定了每个待选第一延时和每个待选第三延时后，可以在待选第一延时中任意选择一个作为第一延时，也可以在待选第一延时中选择一个最小值作为第一延时，或者还可以将每个待选第一延时的平均值作为第一延时，相应的确定第三延时的方法相同。
根据所述第一延时和第三延时，确定主时钟与从时钟之间对应的第一频率补偿值和第二频率补偿值，根据频率反算算法，确定主时钟与从时钟的频率补偿值，并根据所述频率补偿值对从时钟进行频率同步。
当选择每个待选第一延时的最小值作为第一延时时，可以认为该时钟同步报文在经过非基于IEEE1588的交换机时没有在队列中等待，且交换机当前没有发送其他报文时对应的延时，从而可以保证时钟同步的精度。
由于在本发明实施例中主、从时钟之间在穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，每个时钟同步报文时发送多个，即使非基于IEEE1588协议的交换机基于队列和存储/转发机制，但是多个时钟同步报文在交换机的出端口的不排队的情况下，总会存在不受存储/转发机制的报文，从而可以有效的降低时延的抖动，提高时钟同步的精度。
在本发明实施例中由于主时钟和从时钟在进行时钟同步时，时钟同步报文要穿过非基于IEEE1588协议的交换机，如果时钟同步报文在该交换机的发送端口不排队的情况下，报文转发的延时的抖动会比较小，可以控制在200ns内，因此在本发明实施例中采用发送大量时钟同步报文的方式，从而确定主、从时钟之间的链路延时。
为了减少时钟同步报文的发送数量，提高时钟同步的效率，在本发明实施例中采用一步法进行时钟同步。由于在本发明实施例中每个报文发送多个，主时钟和从时钟在每个时钟同步周期内发送的每种报文的数量可以预先设置。例如对于主时钟，其每秒钟可以发送128到2000个Sync报文，具体的在每个时钟同步周期内发送Sync报文的数量可以进行设置，同样，从时钟发送的时钟同步报文的数量也可以预先设置。为了保证时钟同步的准确性，可以在每个报文中携带顺序标识信息，由主、从时钟的发送端口在进行发送时，将该顺序标识信息添加到每个报文中。
图4为本发明实施例提供的主时钟与从时钟之间的时钟同步过程示意图，现结合图4对本发明实施例中的时钟同步过程进行说明。
具体的，主时钟根据自身设置的时钟同步报文的发送数量，发送对应数量的多个Sync报文（S1、S2、……、SN），并且在发送每个Sync报文时，根据该Sync报文的发送时间，将每个发送时间信息（T11、T12、……、T1N）包含在Sync报文中，并且根据该Sync报文的发送顺序，将顺序标识信息添加到该Sync报文中。主时钟在发送每个Sync报文时，可以按照固定的时间间隔发送，也可以任意发送，只要在每个Sync报文中包含当前时刻的发送时间信息以及顺序标识信息即可。例如，每个时钟同步周期内，主时钟发送512个Sync报文，主时钟向从时钟发送的每个Sync报文的顺序标识信息可以预先约定，Sync报文的顺序标识信息可以从1开始，一直到512标识主时钟发送的每个Sync报文。
当从时钟接收到主时钟发送的Sync报文时，可以根据接收到每个Sync报文的时间，记录每个Sync报文的收时间信息（T21、T22、……、T2N）。由于在每个Sync报文中携带送时间信息及顺序标识信息，因此从时钟可以对Sync报文进行区别，并且确定每个Sync报文的接收时间，从而可以确定每个Sync报文的接收时间信息。
从时钟接收到主时钟发送的每个Sync报文时，可以相应的向主时钟返回Delay-Req报文，其中在该Delay-Req报文中包含发送该报文的发送时间信息（T31、T32、……、T3N）。另外，在本发明实施例中为了进一步提高时钟同步的效率，向主时钟发送对应的多个含有发送时间信息（T31、T32、……、T3N）的Delay-Req报文包括：
当接收到所述主时钟发送的第一个Sync报文时，向主时钟发送对应的多个含有发送时间信息的Delay-Req报文。
即，当从时钟接收到主时钟发送的Sync报文时，由于在从时钟中保存有需要发送的Delay-Req报文的数量SN，因此为了提高时钟同步的效率，该从时钟即可向主时钟返回对应的多个含有每个发送时间信息（T31、T32、……、T3N）的Delay-Req报文，而无需接收到每个Sync报文再进行每个Delay-Req报文的发送。另外，在该实施例中当从时钟发送该多个Delay-Req报文时，也是可以按照固定的时间间隔来发送，也可以任意发送，只要保证发送该多个Delay-Req报文即可。
从时钟在向主时钟发送每个Delay-Req报文时，该每个Delay-Req报文中包含当前发送该报文的发送时间信息（T31、T32、……、T3N），并且，为了进一步的标识该Delay-Req报文的发送顺序，可以在每个Delay-Req报文中携带该报文的顺序标识信息。同样的，例如，每个时钟同步周期内，主时钟发送512个Sync报文，从时钟向主时钟发送的每个Delay-Req报文的顺序标识可以预先约定，Delay-Req报文的顺序标识信息可以从1开始，一直到512标识从时钟发送的每个Delay-Req报文。
主时钟在接收到从时钟发送每个Delay-Req报文时，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息（T41、T42、……、T4N），并针对接收到的每个Delay-Req报文，主时钟向从时钟返回对应的Delay-Resp报文，其中，每个Delay-Resp报文中携带主时钟接收到该Delay-Resp报文的接收时间信息（T41、T42、……、T4N）和主时钟发送该Delay-Resp报文的发送时间信息（T51、T52、……、T5N）。另外，为了减少时钟同步报文对主时钟CPU的冲击，在本发明实施例中主时钟采用硬件打时间戳的方法，所述方法包括：
主时钟包含FPGA芯片，所述主时钟接收到每个Delay-Req报文，记录接收时间信息T4i，并立即转发Delay-Resp报文Si，其中该Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T5i与T4i相等，i为位于1和N之间的整数。
即，主时钟接收到每个Delay-Req报文后，FPGA芯片通过直接打时间戳的方式，记录当前时间然后立即回复Delay-Resp报文，由于是硬件打时间戳的方式，因此，接收Delay-Req报文的时间与发送Delay-Resp报文的时间相同，从而减少了大量Delay-Req报文对主时钟CPU的冲击。另外，为了进一步提高主时钟对从时钟的时钟同步精度，避免因更高级的主时钟对主时钟进行同时产生的抖动，从而引起的主时钟与从时钟之间同步精度降低的问题，所述方法还包括：
在当前时钟同步周期内，当所述主时钟确定自身的时钟发生变化时，所述主时钟停止与所述从时钟之间的时钟同步操作，并重新与所述从时钟进行步骤A及后续步骤，其中所述主时钟自身的时钟发生变化包括，所述主时钟接收到GPS或完成与其他更高级别的主时钟的时钟同步操作。
具体的，主时钟在收到GPS信号或其他更高级别的主时钟的时钟同步报文对自身的时钟进行调整，导致主时钟自身的时钟发生变化时，主时钟停止当前与从时钟之间的时钟同步操作，即，在当前的时钟同步周期内，当主时钟正在向从时钟发送第Si个Sync报文时，主时钟在完成自身的时钟调整后，停止下一个序号为Si+1的Sync报文的发送，重新发送序号为S1的Sync报文启动新的一个时钟同步周期，相应的当主时钟接收从时钟发送的Delay-Req报文或者主时钟向从时钟发送Delay-Resp报文时，采用的方法相同。
图5为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文的具体过程示意图，该过程包括以下步骤：
S501：主时钟根据预先设置的时钟同步报文的发送数量，向从时钟发送该对应数量的多个Sync报文，并且根据每个Sync报文的发送时间，在每个Sync报文中包含对应的发送时间信息T1x。
S502：从时钟判断在该时钟同步周期内是否接收到第一个Sync报文，当判断结果为是时，进行步骤S503，否则，进行步骤S502。
S503：从时钟根据预先设置的时钟同步报文的发送数量，向主时钟发送对应数量的多个Delay-Req报文，并根据发送每个Delay-Req报文的发送时间，每个Delay-Req报文中包含对应的发送时间信息T3y。
S504：从时钟根据接收到每个Sync报文的时间，确定接收该每个Sync报文的接收时间信息T2x。从时钟根据确定的每个接收时间信息T2i，以及对应的每个发送时间信息T1x，确定主时钟到从时钟的第一延时。
S505：主时钟根据接收到每个Delay-Req报文的时间，确定接收时间信息T4y，并将接收时间信息包含在对应的每个Delay-Resp报文中，将该Delay-Resp报文发送给从时钟，并包含该Delay-Resp报文的发送时间信息T5z。
S506：从时钟根据接收到的每个Delay-Resp报文的时间，确定每个Delay-Resp报文的接收时间信息T6z，获取每个Delay-Resp报文中包含的时间信息T5z和T4y，根据每个Delay-Req报文的接收时间信息T4y及对应的发送时间信息T3y，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据每个Delay-Resp报文的接收时间信息T6z及对应的发送时间信息T5z，确定主时钟到从时钟的第三延时。
S507：从时钟根据计算的第一延时和第二延时的平均值，确定链路延时，根据确定的该链路延时进行时间同步。
S508：从时钟根据主时钟到从时钟的第一延时及第三延时，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值和二频率补偿值。
S509：从时钟根据第一频率补偿值及二频率补偿值，通过频率反算算法计算主时钟与从时钟的频率补偿值，并根据所述频率补偿值进行频率同步。
具体的，在本发明实施例中可以设置时钟同步的时间长度，即设置调整时间窗的大小，在该调整时间窗内，通过一步法进行时钟同步，例如该调整时间窗的大小为2秒钟，在该调整时间窗内主时钟发送512个Sync报文，从时钟发送512个Delay-Req报文，主时钟回应512个Delay-Resp报文。在每个调整时间窗内，主时钟和从时钟发送的时钟同步报文中携带顺序标识信息，该顺序标识信息为1～512的整数。
主时钟在向从时钟发送第一个Sync报文时，根据发送该Sync报文的时间，在该Sync报文中包含发送时间信息T11，并且由主时钟的发送端口在该Sync报文中添加顺序标识信息S1，之后主时钟发送第二个Sync报文，在该报文中包含有发送该第二个Sync报文的发送时间信息T12，及该报文的顺序标识信息S2，之后以此类推，主时钟完成512个Sync报文的发送。
从时钟接收到主时钟发送的Sync报文后，识别该报文中携带的顺序标识信息，当识别该报文的顺序标识信息为S1时，确定新的时钟同步周期到来。从时钟根据接收该Sync报文的接收时间信息T21，及该第一个Sync报文中包含的发送时间信息T11，确定主时钟到从时钟的第一个待选第一延时，将当前的待选第一延时保存为第一延时，之后根据接收第二个Sync报文的接收时间信息T22，及该Sync报文中包含的发送时间信息T12，确定第二个待选第一延时。判断该第二个待选第一延时是否小于保存的该第一延时，当该第二个待选第一延时小于该第一延时时，采用该第二个待选第一延时更新该第一延时，否则，保持该第一延时不变。之后，采用相同的方法，确定每个Sync报文的待选第一延时，并判断是否对该第一延时进行更新。
当从时钟接收到每个Sync报文时，从时钟生成Delay-Req报文，根据该调整时间窗内该Delay-Req报文的生成顺序，在该Req报文中携带对应的顺序标识信息，并根据发送该Delay-Req报文的时间，将该发送时间信息（T21、T22、……、T2N）包含在Delay-Req报文中。或者为了提高时钟同步的效率，在本发明实施例中该从时钟接收到第一个Sync报文时，向主时钟发送512个Delay-Req报文，根据发送每个Delay-Req报文的时间，在每个Delay-Req报文中包含发送时间信息（T31、T32、……、T3N），并且从时钟的发送端口在每个Delay-Req报文中添加顺序标识信息1～512。
由于主时钟不需要从从时钟获取任何信息，因此主时钟接收到的每个Delay-Req报文不上CPU进行处理，直接由主时钟的FPGA向从时钟回复对应的Delay-Resp报文，并根据回复每个Delay-Resp报文的时间，将接收时间信息（T41、T42、……、T4N）包含在该Delay-Resp报文中，并根据回复每个Delay-Resp报文的顺序，在该Delay-Resp报文中携带对应的顺序标识信息。
从时钟接收到主时钟发送的Delay-Resp报文后，识别该报文中携带的顺序标识信息，当识别该报文的顺序标识信息为S1时，确定新的时钟同步周期到来。从时钟根据识别到的该Delay-Resp报文包含的接收时间信息T41，及发送对应顺序标识信息的Delay-Req报文的发送时间信息T31，确定从时钟到主时钟的第一个待选第二延时，将当前的待选第二延时保存为第二延时，之后根据接收到的第二个Delay-Resp报文携带的接收时间信息T42，及发送第二个Delay-Req报文的发送时间信息T32，确定第二个待选第二延时。判断该第二个待选第二延时是否小于保存的该第二延时，当该第二个待选第二延时小于该第二延时时，采用该第二个待选第二延时更新该第二延时，否则，保持该第二延时不变。之后，采用相同的方法，根据接收到的每个Delay-Resp报文识别每个Delay-Req报文的接收时间信息，确定每个Delay-Req报文的待选第二延时，并判断是否对该第二延时进行更新。
从时钟根据确定的第一延时和第二延时，确定第一延时和第二延时的平均值，根据该平均值进行时钟同步。
从时钟接收到主时钟发送的Delay-Resp报文后，识别该报文中携带的顺序标识信息，当识别该报文的顺序标识信息为S1时，确定新的时钟同步周期到来。从时钟根据接收该Delay-Resp报文的接收时间信息T61，及该第一个Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T51，确定主时钟到从时钟的第一个待选第三延时，将当前的待选第三延时保存为第三延时，之后根据接收第二个Delay-Resp报文的接收时间信息T62，及该Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T52，确定主时钟到从时钟的第二个待选第三延时。判断该第二个待选第三延时是否小于保存的该第三延时，当该第二个待选第三延时小于该第三延时时，采用该第二个待选第三延时更新该第三延时，否则，保持该第三延时不变。之后，采用相同的方法，确定每个Delay-Resp报文的待选第三延时，并判断是否对该第三延时进行更新。
由于在本发明实施例中主、从时钟之间在穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，每个时钟同步报文时发送多个，即使非基于IEEE1588协议的交换机基于队列和存储/转发机制，但是多个时钟同步报文在交换机的出端口的不排队的情况下，总会存在不受存储/转发机制的报文，从而可以有效的降低时延的抖动，提高时钟同步的精度。
图6为本发明实施例提供的一种跨非1588网络传输精密时钟报文系统的结构示意图，所述系统包括：
主时钟61，用于在每个时钟同步周期内，按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N；针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N，N为大于1的整数；
从时钟62，用于接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N；接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N；根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步；根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定从时钟到主时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
所述主时钟61，具体用于包含FPGA芯片，接收到每个Delay-Req报文，记录接收时间信息T4i，并立即转发Delay-Resp报文Si，其中该Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T5i与T4i相等，i为位于1和N之间的整数。
所述主时钟61，还用于在当前时钟同步周期内，确定自身的时钟发生变化时，停止与所述从时钟之间的时钟同步操作，并重新开始与所述从时钟进行时钟同步操作，其中所述主时钟自身的时钟发生变化包括，所述主时钟接收到GPS或完成与其他更高级别的主时钟的时钟同步操作。
所述从时钟62，具体用于根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；选择待选第一延时的最小值作为主时钟到从时钟的第一延时；根据每个接收时间信息T41、T42、……、T4N与对应的每个发送时间信息T31、T32、……、T3N的差，确定从时钟到主时钟的每个待选第二延时；选择待选第二延时的最小值作为从时钟到主时钟的第二延时。
所述从时钟62，具体用于根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；选择待选第一延时的最小值对应的Sync报文Si，提取该Sync报文Si的发送时间信息T1i和接收时间信息T2i，并确定第一频率补偿值；根据每个接收时间信息T61、T62、……、T6N与对应的每个发送时间信息T51、T52、……、T5N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第三延时；选择待选第三延时的最小值对应的Delay-Resp报文Sj，提取该Delay-Resp报文Sj的发送时间信息T5j和接收时间信息T6j，并确定第二频率补偿值，i为位于1和N之间的整数。
本发明实施例提供一种基于1588协议的时钟同步方法、系统及装置，该方法包括：从时钟接收主时钟发送多个含有每个第一发送时间信息的Sync报文，并确定每个第一接收时间信息，向主时钟发送多个含有每个第二发送时间信息的Delay-Req报文，并接收主时钟返回的对应的多个含有每个第二接收时间信息的Delay-Resp报文，根据上述接收时间和发送时间，确定链路延时并进行时钟同步。由于在本发明实施例中主、从时钟之间在穿越非基于IEEE1588协议的交换机进行时钟同步时，每个时钟同步报文时发送多个，即使非基于IEEE1588协议的交换机基于队列和存储/转发机制，但是多个时钟同步报文在交换机的出端口的不排队的情况下，总会存在不受存储/转发机制的报文，从而可以有效的降低时延的抖动，提高时钟同步的精度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种跨非1588网络传输精密时钟报文的方法，其特征在于，所述方法包括：
A、在每个时钟同步周期内，主时钟按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N，N为大于1的整数；
B、从时钟接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N；
C、主时钟针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N；
D、从时钟接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N；
E、从时钟根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步；
F、从时钟根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定主时钟到从时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主时钟包含FPGA芯片，所述主时钟接收到每个Delay-Req报文，记录接收时间信息T4i，并立即转发Delay-Resp报文Si，其中该Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T5i与T4i相等，i为位于1和N之间的整数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在当前时钟同步周期内，当所述主时钟确定自身的时钟发生变化时，所述主时钟停止与所述从时钟之间的时钟同步操作，并重新与所述从时钟进行步骤A及后续步骤，其中所述主时钟自身的时钟发生变化包括，所述主时钟接收到GPS或完成与其他更高级别的主时钟的时钟同步操作。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定主时钟到从时钟的第一延时包括：
根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；
选择待选第一延时的最小值作为主时钟到从时钟的第一延时；
其中，确定从时钟到主时钟的第二延时包括：
根据每个接收时间信息T41、T42、……、T4N与对应的每个发送时间信息T31、T32、……、T3N的差，确定从时钟到主时钟的每个待选第二延时；
选择待选第二延时的最小值作为从时钟到主时钟的第二延时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值包括：
根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；
选择待选第一延时的最小值对应的Sync报文Si，提取该Sync报文Si的发送时间信息T1i和接收时间信息T2i，并确定第一频率补偿值，i为位于1和N之间的整数；
其中，确定从时钟到主时钟的第二频率补偿值包括：
根据每个接收时间信息T61、T62、……、T6N与对应的每个发送时间信息T51、T52、……、T5N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第三延时；
选择待选第三延时的最小值对应的Delay-Resp报文Sj，提取该Delay-Resp报文Sj的发送时间信息T5j和接收时间信息T6j，并确定第二频率补偿值。
6.一种跨非1588网络传输精密时钟报文的系统，其特征在于，所述系统包括：
主时钟，用于在每个时钟同步周期内，按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Sync报文S1、S2、……、SN，其中每个Sync报文中含有Sync报文的发送时间信息T11、T12、……、T1N；针对接收到的每个Delay-Req报文，记录接收到每个Delay-Req报文的接收时间信息T41、T42、……、T4N，并向按照设定的时间间隔向从时钟发送多个Delay-Resp报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Resp报文中包含Delay-Resp报文的发送时间信息T51、T52、……、T5N，N为大于1的整数；
从时钟，用于接收主时钟发送的每个Sync报文，记录接收每个Sync报文的接收时间信息T21、T22、……、T2N，从时钟在接收到主时钟发送的第一个Sync报文S1时，按照设定的时间间隔向主时钟发送对应的多个Delay-Req报文S1、S2、……、SN，其中每个Delay-Req报文中包含该Delay-Req报文的发送时间信息T31、T32、……、T3N；接收主时钟发送的每个Delay-Resp报文，记录接收每个Delay-Resp报文的接收时间信息T61、T62、……、T6N；根据每个发送时间信息T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一延时，以及根据每个发送时间信息T31、T32、……、T3N和对应的每个接收时间信息T41、T42、……、T4N，确定从时钟到主时钟的第二延时，根据所述第一延时和第二延时，确定链路延时并进行时间同步；根据每个发送时间T11、T12、……、T1N和对应的每个接收时间信息T21、T22、……、T2N，确定主时钟到从时钟的第一频率补偿值，以及根据每个发送时间信息T51、T52、……、T5N和对应的每个接收时间信息T61、T62、……、T6N，确定主时钟到从时钟的第二频率补偿值，根据所述第一频率补偿值和第二频率补偿值，确定主时钟与从时钟的频率补偿值并进行频率同步。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主时钟，具体用于包含FPGA芯片，接收到每个Delay-Req报文，记录接收时间信息T4i，并立即转发Delay-Resp报文Si，其中该Delay-Resp报文中包含的发送时间信息T5i与T4i相等，i为位于1和N之间的整数。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主时钟，还用于在当前时钟同步周期内，确定自身的时钟发生变化时，停止与所述从时钟之间的时钟同步操作，并重新开始与所述从时钟进行时钟同步操作，其中所述主时钟自身的时钟发生变化包括，所述主时钟接收到GPS或完成与其他更高级别的主时钟的时钟同步操作。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述从时钟，具体用于根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；选择待选第一延时的最小值作为主时钟到从时钟的第一延时；根据每个接收时间信息T41、T42、……、T4N与对应的每个发送时间信息T31、T32、……、T3N的差，确定从时钟到主时钟的每个待选第二延时；选择待选第二延时的最小值作为从时钟到主时钟的第二延时。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述从时钟，具体用于根据每个接收时间信息T21、T22、……、T2N与对应的每个发送时间信息T11、T12、……、T1N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第一延时；选择待选第一延时的最小值对应的Sync报文Si，提取该Sync报文Si的发送时间信息T1i和接收时间信息T2i，并确定第一频率补偿值；根据每个接收时间信息T61、T62、……、T6N与对应的每个发送时间信息T51、T52、……、T5N的差，确定主时钟到从时钟的每个待选第三延时；选择待选第三延时的最小值对应的Delay-Resp报文Sj，提取该Delay-Resp报文Sj的发送时间信息T5j和接收时间信息T6j，并确定第二频率补偿值，i为位于1和N之间的整数。
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