CN104145435B - 使用精确时间协议的频率分配 - Google Patents

Abstract

一种数据网络节点配置成用于作为时间传递边界时钟来工作，并且具有至少一个时间传递从网络接口和若干时间传递主接口，所有这些接口配置成用于根据时间传递协议来工作。数据网络节点还包括时钟源接口以及实时时钟(RTC)电路，该同步时钟源接口配置用于连接到远程节点所提供的同步时钟源。该RTC电路提供用于经由第二网络端口发送的时间传递消息的时刻数据，并且选择性地以第一模式工作，其中该RTC频率由来自时钟源接口的时钟信号来驱动；以第二模式工作，其中该RTC频率由时间传递从接口接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动；以及以第三模式工作，其中该RTC频率由来自本地时钟源的本地时钟信号来驱动。

Description

使用精确时间协议的频率分配

背景技术

本发明一般涉及用于在计算机网络中同步时钟频率的系统。

如标题为“用于联网测量和控制系统的精确时钟同步协议的标准”的IEEE-1588-2008标准所定义的精确时间协议(PTP)能够实现数据分组网络上时钟的精确同步。概括地说，PTP用于将“超级主”时钟的精确时刻分配给从时钟。这使用PTP分组的交换来完成，该PTP分组包括内部所携带的时间戳。从时钟估算这些时间戳以考虑端到端延迟，并且能够使用所得到的定时信息在一些情况中以亚微秒的精度来获取与超级主对齐的本地时刻。

IEEE 1588标准描述用于时钟分配的分层主从架构。在此架构中，“普通时钟”是具有单个网络连接的设备。普通时钟可以是同步基准源，在此情况中，它称为“主时钟”。备选地，普通时钟可以是同步基准的目标，在此情况中，称它为“从时钟”。相反，“边界时钟”具有多个网络连接，并且能够将同步从一个网段传递到另一个网段。系统中的根定时基准称为“超级主时钟”。超级主时钟将时间同步信息传送到位于其网段上的从时钟。这些从时钟可以包括一个或多个边界时钟，其随后能够将同步的时间传递到以边界时钟为主时钟的其它时钟。

PTP还能够用于在网络上传递频率基准，即在超级主时钟与一个或多个从时钟之中执行频率同步以及时间同步。频率同步有必要支持例如诸如同步以太网(Sync-E)或同步光网络/同步数字层次(SONET/SDH)之类的同步接口。2010年10月发布的国际电信联盟(ITU)建议ITU-T G.8265.1/Y.1365.1(下文简称为G.8265.1)包含“简要描述”的描述，该“简要描述”的描述与IEEE 1588兼容以用于无需来自网络的定时支持的频率分配。

用于频率同步的PTP的使用对于电信提供商来说是具有吸引力的，因为这使得移动回传能够支持UMTS-FDD RAN和3G RBS。但是，根据PTP简要描述G.8265.1，需要PTP超级主普通时钟(GMOC)来提供这种频率分配。在大多数情况中，需要全球定位系统(GPS)接收器作为这个GMOC的初级基准时钟输入。另外，仅从普通时钟(SOOC)独立地处理两个或更多个GMOC，并且不允许GMOC间通信以用于同步和冗余控制。在此简要描述中也不允许边界时钟。

因此，需要用于频率分配的改进的技术。

发明内容

虽然在ITU的电信标准化部门(ITU-T)中正在讨论用于频率分配的边界时钟支持，但是当前讨论集中在用于扇出的边界时钟的使用。在当前讨论的提议中仍需要GMOC，并且要求GPS接收器作为初级基准时钟输入。

本发明的若干实施例通过选择地使用称为“Sync-E同步”的机制解决这些问题。根据当前ITU-T标准化活动，能够使用Sync-E(或诸如SONET/SDH之类的其它同步源)作为用于PTP时钟的物理层时钟输入以提供更好的相位分配。但是，目前的方法要求在PTP网络的所有PTP时钟上的Sync-E支持。另一方面，在本发明的一些实施例中，Sync-E同步机制用于以仅在一个PTP网络入口要求Sync-E(或其它同步源)输入的方式的跨PTP网络的频率分配。不需要GPS或其它要求GMCO的初级基准时钟。在本发明的若干实施例中，提供用于PTP主时钟和网络路径保护的完善的时钟冗余模型。

本发明的实施例包括具有至少一个时间传递从网络接口和若干时间传递主接口的数据网络节点，所有这些接口配置成用于根据时间传递协议来工作。数据网络节点还包括同步时钟源接口以及实时时钟(RTC)电路，该同步时钟源接口配置用于连接到远程节点所提供的同步时钟源。该RTC电路配置成提供用于经由第二网络端口发送的时间传递消息的时刻数据，并且选择性地以第一模式工作，其中该RTC频率由来自时钟源接口的时钟信号来驱动；以第二模式工作，其中该RTC频率由时间传递从接口接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动；以及以第三模式工作，其中该RTC频率由来自本地时钟源的本地时钟信号来驱动。

该示例数据网络接口还包括连接到网络端口和RTC电路的控制电路。该控制电路(在一些实施例中包括耦合到存储器的微处理器)配置成管理PTP过程并且处理与可从同步时钟接口和时间传递从接口获得的频率同步信息有关的多种情况。相应地，在若干实施例中，控制电路配置成确定时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量的同步信号以及从网络端口是否正在接收具有指示为真的频率可追踪性标志的时间传递消息。在一些情况中，估计接收的同步信号是否具有至少预定质量包括：简单地确定数据网络节点是否已接收到与同步信号对应的“不使用”指示，而在其他情况中，将与该同步信号关联的显性质量等级与阈值质量等级比较。

该控制电路还配置成控制RTC电路在时钟源接口正在接收具有至少预定质量的同步源信号间隔期间以第一模式工作。该控制电路控制RTC电路以在第一网络端口正在接收具有指示为真的频率可追踪性标志的时间传递消息以及时钟源接口没有在接收具有至少预定质量的同步源信号的第二间隔期间以第二模式工作，以及在该时钟源接口没有在接收具有至少预定质量的同步源信号以及该第一网络端口没有在接收具有指示为真的频率可追踪性标志的时间传递消息间隔期间以第三模式工作。最后，当RTC电路以第一模式工作时以及当RTC电路以第二模式工作以及时间传递消息中接收的可追踪性指示指示为真时，控制电路还将经由第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示为真的第一值，以及在以下情况中将其设为指示为假的第二值：(a)当RTC电路正在以第三模式工作时；以及(b)当RTC电路正在以第二模式工作并且时间传递消息中接收的可追踪性指示指示为假时。

在一些实施例中，由数据网络节点400支持的时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008所规定的精确时钟同步协议，并且还可以与G8265.1相符。但是，在其他实施例中，控制电路460代之以适合支持不同的时间传递协议，或IEEE 1588协议的修改版本。同样地，在一些实施例中，时钟源接口450是配置成作为同步以太网从时钟工作的同步以太网接口，但是在其他一些实施例中，时钟源接口450是同步光联网(SONET)接口或同步数字分层(SDH)接口，或者某种其它同步接口。

上文所讨论的工作间隔不一定表示节点的所有工作间隔。例如在一些实施例中，控制电路还配置成控制RTC电路以在紧随重新建立先前丢失的同步源信号之后的去抖动(debounce)间隔期间以第二模式工作。

在若干实施例中，该控制电路还配置成控制RTC电路当同步信号可用时在数据网络节点没有在接收时间传递消息的间隔期间通过使用来自时钟源接口的同步信号来更新时刻，以及当来自时钟源接口的时钟信号不可用时通过使用本地时钟信号来更新时刻。

在一些实施例中，上文描述的数据网络节点能够选择地以BC-S或BC-P模式工作。因此，在一些实施例中，控制电路还配置成响应于外部提供的配置命令，禁用时间传递从接口并以初级边界时钟模式工作。当以初级边界时钟模式工作时，该控制电路配置成控制RTC电路在时钟源接口正在接收同步源信号的第四间隔期间以第一模式工作，以及在时钟源接口没有在接收同步源信号的第五间隔期间以第三模式工作，并且在该RTC电路以第一模式工作时将经由主网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示为真的第一值，否则将其设为指示为假的第二值。在这些实施例中，该控制电路还配置成在BC-P模式工作时，将经由主网络端口发送的每个通告消息中的超级主时钟ID字段和发送时钟ID字段设为相同的值。

下文还详细地描述仅从普通时钟实施例，并且将详细地描述上文概述的所有数据网络节点对应的方法。

当然，本发明不限于上文概述的特征和优点。实际上，本领域的技术人员在阅读下文详细描述以及参见附图时将领会到附加的特征和优点。

附图说明

图1是示出利用精确时间协议标准的网络的若干组件的示意图。

图2示出常规电信模型中多个超级主普通时钟与从时钟之间的关系。

图3是网络的示意图，在该网络中根据本发明的技术同步时钟频率。

图4是示出根据本发明一些实施例的示例网络节点的一些组件的框图。

图5是示出用于运行网络节点的示例方法的过程流程图。

图6是示出用于选择主时钟的示例方法的过程流程图。

图7是示出配置成用于作为从时钟工作的数据网络节点的一些组件的框图。

具体实施方式

下文将参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例的例子。但是，本发明可以采用许多不同的形式来实施，而不应理解为局限于本文阐述的实施例。还应该注意，这些实施例并非互相排斥的。因此，可以设想来自一个实施例中的组件或特征将存在于或用于另一个实施例中，其中，此类包含是合适的。

仅出于图示和解释的目的，本文中在使用精确时间协议(PTP)的网络节点的场景中描述了本发明的若干实施例。但是将能理解，本发明不限于这些实施例，并且可以与其它时间传递协议结合来实现，而无论这些协议是否与IEEE 1588-2008标准相关。

同样地，下文中在诸如回传应用之类的电信环境中描述本发明的实施例。具体地说，下文讨论的诸如静态BMCA、单播传输等之类的多个PTP相关的概念遵循ITU-T G.8265.1电信简要描述。但是，本发明同样地不限于这些实施例，并且不一定限于电信应用或与ITU-T G.8265.1简要描述相符的应用。

图1是示出利用PTP标准的网络的若干组件的示意图。该图示出PTP架构的分层特性。超级主普通时钟110位于分层的顶层，用作网络的初级基准。超级主普通时钟110典型地耦合到GPS接收器，该GPS接收器提供高度精确的时刻，并且还可以提供高度精确的频率基准。

在常规PTP架构中，超级主普通时钟110用作边界时钟120的主时钟，而边界时钟120又用作一个或多个从时钟130的主时钟。可以使用由IEEE 1588规范所定义的特殊时间戳消息的交换，将精确的时刻从超级主普通时钟110传递到边界时钟120，然后传递到每个从时钟130。

旨在增补IEEE 1588规范以解决电信网络中实现的ITU-T G.8265.1简要描述仅解决IEEE 1588中定义的普通时钟，并且将边界时钟视为“超范围”。G.8265.1简要描述的确允许用于多个主时钟，每个主时钟是根据IEEE 1588规范的超级主普通时钟。图2示出常规电信模型中多个超级主普通时钟与从时钟之间的关系。每个从时钟220可以通过使用跨网络210同时运行的若干独立普通时钟实例来“监听”多个主时钟110。每个主时钟110属于不同的PTP域，并且由此从时钟220中的每个从普通时钟实例仅属于单个域。G.8265.1简要描述描述用于从时钟的时钟主选择过程，其中，从时钟通常选择具有如主时钟发送的通告消息所携带的clockClass属性所指示的最高质量等级的主时钟。

按照IEEE-1588 2008的定义，GMOC具有单个从端口。G.8265.1简要描述没有解决边界时钟，并且仅描述用于频率分配的多播操作。在本发明的若干实施例中，使用内部具有伪GMOC实例的边界时钟来同时支持扇出和冗余。

图3是网络300的示意图，在网络300中根据本发明的技术同步时钟频率。网络300中的最终频率基准是Sync-E源设备310，其通过Sync-E频分来向每个边界时钟320和330提供同步时钟信号。(本领域技术人员将领会到，在网络300的备选实施例中，图3中的Sync-E链路可以替换为SONET/SDH链路。)

出现在图3的左上方和右上方的边界时钟320以“次级”模式工作，并且由此在附图中标识为BC-S <1>和BC-S <2>。边界时钟330以“初级”模式工作，并由此在附图中标识为BC-P。但是，如下文详述，在一些实施例中，这些边界时钟可能具有相同的物理结构，但是以不同的模式工作。

边界时钟320和330的每一个配置成使用PTP通过非Sync-E网络340将时间和频率分配到一个或多个从设备。例如在图3中，边界时钟330可以将时间和频率传递到PTP边界时钟350和多个从普通时钟360。边界时钟350可以进一步将PTP时间和频率传递到一个或多个从边界时钟360。更进一步说，边界时钟350和从普通时钟360可以各进一步使用Sync-E频率分配将频率传递到一个或多个Sync-E目标设备370。因此，图3示出可以跨非Sync-E网络340将可追踪到原始Sync-E源的频率同步传递到多个PTP设备以及耦合到这些PTP设备的Sync-E目标设备。

如上文所指出，边界时钟320和330可以具有相同的物理结构，使得任一节点能够以多种模式工作。在本发明的一些实施例中，在边界时钟中的伪超级主普通时钟实例是在初始化期间对该边界时钟实例化的。存在这种GMOC运行时的两种不同模式，可选择性地配置为：初级模式和次级模式。在图3以及下文讨论中，“BC-P”是指初级模式的这种边界时钟，而“BC-S”是指次级模式的边界时钟。

对于根据本发明的若干实施例的BC-P，所有PTP端口是主端口。因为不可从从端口或从所耦合的GPS接收器获得时刻，所以在将超级主普通时钟实例化之后可以选择任意的时刻。该边界时钟包括使用Sync-E源(或其它同步源)作为本地时钟频率基准的输入的PTP本地时钟。(这对比于PTP从时钟的正常情况：其中PTP本地时钟使用从所接收的PTP时间戳导出的频率作为输入频率源)。由实时时钟(RTC)保持的时刻也需要由相同的输入时钟源来驱动。

BC-P的所有主端口将表现为用于实现网络上的单播或多播传输支持的正常边界时钟主端口以用于PTP客户端来与之同步。该表现与ITU-T G.8265.1超级主普通时钟情况所描述的那些表现类似，只是存在若干例外。首先，BC-P可以具有多于一个的PTP主端口，相比之下，如IEEE-1588 2008中所规定常规超级主普通时钟仅允许一个主端口。其次，BC-P中的PTP本地时钟直接从同步物理时钟源导出，而不一定由GPS接收器等等来导出。不要求用于BC-P的时刻输入。但是，一个可选特征是将允许时刻在实例化期间同步到诸如NTP或另一个PTP服务器之类的另一个已知的时间源。第三，虽然BC-P作为边界时钟来运行，但是从下游PTP时钟的角度来看，看上去与常规超级主普通时钟没有区别。例如，在发送到下游PTP时钟的通告消息中，超级主时钟ID与发送时钟ID是相同的。BC-P的主端口能够支持单播协商，静态单播或甚至多播。

BC-P的使用的附加要求是：每个PTP域的网络中仅允许一个这种BC-P。如图3所示，BC-P节点连同若干BC-S节点形成用于在整个数据网络分配同步时钟源频率的边界时钟集群。

从BC-P向下游发送的通告消息中使用的时钟类由预先配置的映射表导出。这类映射表的一个例子在G.8265.1的标题为“质量等级与PTP clockClass值的映射”的表1中所描述。从BC-P发送的通用PTP消息报头的flagField中的frequencyTraceable位设为真。

以次级模式工作的边界时钟具有与BC-P不同的若干特征。例如，对于BC-S，并非所有PTP端口都是主端口。相反地，一个或多个PTP端口被配置从端口模式。如果配置多个从端口，则将使用主时钟选择算法选择这些从端口之一作为活动从端口。(下文描述示例算法)。该从端口随后接收应该最终由PTP域的BC-P导出的PTP主基准源。在这类BMCA指定和BC-P同步之前，BC-S的所有主端口应该为被动状态，使得主端口不通过PTP消息与网络交互。给定PTP域中的所有BC-S必须使用与作为BC-P所使用的相同的Sync-E(或其它类型的同步源)。

然后BC-S提供两个主要功能。首先，BC-S提供用于诸如图3中的时钟350和360之类的下游PTP时钟的冗余保护。其次，BC-S还提供扇出以用于更好的下游PTP时钟的可扩展性。BC-S需要处于反转模式(参见G.8265.1中定义的逻辑)以支持时钟和路径冗余。理论上，网络能够支持与运营商期望的一样多的BC-S。但是，在实际的实现中，一到四个之间的BC-S应该足够达到冗余的目的。

上文描述的边界时钟和网络架构的一个优点是用于冗余的支持。如果BC-S失去与BC-P的PTP连接或经受来自BC-P的过多的PTSF，但是Sync-E(或其它指定的同步源)没有问题，则该BC-S将切换到部分保持状态，其中，由PTP本地时钟更新时刻，并且仍由该Sync-E(或其它同步源)时钟来驱动PTP本地时钟。由于实际的物理时钟源没有改变，因此用于外发PTP消息的时钟类可以保持相同。如果重建BC-P PTP连接，则可以实现可选超时以用于去抖动控制。在此去抖动之后，BC-S应该再次同步回BC-P以用于时刻。

如果BC-S失去Sync-E(或其它指定同步源)输入，但是PTP连接没有问题，则该BC-S将切换为使用PTP时间戳驱动机制以用于本地时钟频率基准输入。但是，在完成此操作的时间间隔期间，将从主端口发送的消息的PTP消息报头的flagField中的frequencyTraceable位设为与BC-S从端口处接收的消息中的frequencyTraceable位匹配。此外，在一些实施例中，可以生成警报以警告运营商时钟源中断。如果恢复Sync-E(或其它指定同步源)输入，则可以实现可选超时以用于去抖动控制。在此去抖动之后，BC-S应该再次同步回源。frequencyTraceable位可恢复为真，并且还可以清除任何之前生成的警报。

BC-P行为是不同的。如果BC-P失去Sync-E(或其它指定的同步源)输入，则RTC应该以保持模式工作，其中，它尝试基于与从同步源信号的先前历史导出的本地时钟有关的信息来维持稳定的频率，并且应该将外发PTP消息中通用PTP消息报头的flagField中的frequencyTraceable位设为假。其逻辑类似于BC-S失去Sync-E的情况。如果BC-S检测到从BC-P接收的PTP消息具有设为假的flagField中的frequencyTraceable位，则它将以与失去BC-P PTP连接时所采用的相同的方式表现。

如果BC-S同时失去至BC-P的PTP连接和Sync-E(或其它指定同步源)输入，则该BC-S将切换到完全保持状态，将外发PTP消息中的frequencyTraceable 位设为假，并且将从其主端口发送的通告消息中的时钟类值降低为PTP简要描述特性“SSM质量等级与PTP时钟类的映射”中所规定的预定义的值。例如，在G.781选项II的G.8265.1的情况中，如果PTP本地时钟保持是基于Stratum 3的，则值为102(QL-ST3，SSM-QL=0x0A，参见G.8265.1)或如果原始Sync-E SSM-QL低于/等于(0x0A，QL-ST3)，则值为110(QL_DUS)。

对于BC-S或BC-P的从时钟可以是边界时钟或仅从普通时钟。为了冗余，从时钟可以追踪多个BS-S，并且也可能追踪BC-P。如图3所示，从时钟能够处于没有由BC-P所使用的原始源的Sync-E的网络中。

应该相对于IEEE 1588和G.8265.1中所规定的那些修改此从的最佳主时钟算法。具体来说，如果具有至少预定质量等级的同步时钟信号不可用，则时钟选择算法应该使用flagField中的frequencyTraceable位作为初级选择标准，然后是时钟质量(clockClass)来用于在PTP主之间进行选择。下文是按优先级顺序的参数列表以说明可以如何实现BMCA选择标准。当然，其他优先级顺序也是可能的。首先，所选择的主应该不没有分组定时信号失效(PTSF)。其次，所接收的通告消息中的flagField中的frequencyTraceable位是真。第三，具有较佳时钟类的主应该优先设置。第四是对于每个追踪主基准的本地管理的优先级级别(BC-S/BC-P或BC)。第五是其他决断标准(tie-breaker)。

将BC-P和BC-S一起使用来进行频率分配的一个原因是为了以从时钟角度看，在初级基准源丢失的情况下使得主时钟基准源切换平滑。但是，如果PTP网络中的从时钟能够追踪具有相同频率源但相位源不同(例如开始的本地自由运行时钟)的PTP主基准源，且利用平滑频率过渡切换PTP源，则无需BC-S PTP时钟，并且可以利用多个BC-P来支持此类主基准源冗余性。

上文描述的机制提供通过分组网络进行准同步频率分配的有利方法。此方法提供相对于现有PTP技术的若干优点。首先，上文描述的技术得到频率分配的边界时钟支持，具有更好的可伸缩性。其次，无需GPS接收器等来配备超级主普通时钟以用于频率分配。第三，所描述的系统提供用于主时钟和路径保护的受控冗余性。最后，该系统在通过PTP协议恢复的频率的质量上提供下游客户端从时钟透明性。

图4是图示根据本发明一些实施例的示例数据网络节点400的一些组件的框图。数据网络节点400包括同步时钟源接口450，同步时钟源接口450配置成用于连接到远程节点提供的同步时钟源。数据网络节点400还包括至少一个时间传递从网络接口410和若干时间传递主接口420，所有这些接口配置成用于根据时间传递协议来工作。实时时钟(RTC)电路440配置成提供经由第二网络端口发送的时间传递消息的时刻数据以及选择性地以第一模式工作，其中RTC 440的频率由来自时钟源接口450的时钟信号来驱动；以第二模式工作，其中RTC 440的频率由时间传递从接口410接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动；以及以第三模式工作，其中RTC 440的频率由来自本地时钟源445的本地时钟信号来驱动。

本领域技术人员将认识到PTP节点中的RTC需要两种输入用于正常工作：电频率时钟基准和每个第二边界的时刻对齐。前者可以从Sync-E(或其他同步源)输入或本地时钟晶体振荡器445获取。可以通过PTP消息从主基准时钟获得时刻对齐，或可以任意地在没有PTP主基准的节点中保存时刻对齐。

当RTC使用有效的Sync-E源作为电频率基准时，本地时钟是利用Sync-E信令中指定的指定时钟质量，即使用SSM消息来可追踪的。在此情况中，PTP基准仅用于恢复本地时钟的时刻信息。从时钟质量的角度来看，这对于频率分配是最佳情况。在PTP场景中，此模式也称为混合模式或Sync-E谐振。从本地时钟的角度来看，如果时刻没有在哪里被用到，则PTP时钟是无用的，因为该频率已经仅由电基准时钟来控制。在此情况中支持PTP的原因是将频率信息作为输入基准进一步分配到没有Sync-E源的下游时钟。

但是，如果没有同步电频率基准可用或如果没有满足最小阈值质量的同步源基准可用，则可以使用PTP基准来兼顾地提供电时钟基准(通过专用电路以驱动本地振荡器来获得电频率基准)以及时刻基准。在此情况中，由于算法精度/响应问题和噪声，电时钟基准可能不如真实同步源好。

根据本发明的一些实施例，则数据网络节点400还包括控制电路460以及RTC电路440，控制电路460连接到网络端口410和420。控制电路460(在图示的实施例中包括耦合到存储器470的微处理器465)(例如利用存储器470中存储的计算机程序指令)配置成管理PTP过程，并处理有关可从同步时钟接口和时间传递从接口获得的频率同步信息的多种情况。在若干实施例中，控制电路460配置成确定时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量等级的同步信号以及从网络端口是否正在接收具有频率可追踪性标志指示真的时间传递消息。在一些情况中，确定接收的同步源信号是否具有至少预定质量等级可以与确定数据网络节点400是否接收到与同步源信号对应的“不使用指示”一样简单。在其他实施例中，将与同步源信号对应的质量等级与阈值质量等级比较以确定它是否足够好以供使用。在又一些情况中，将与同步源信号对应的质量等级与节点的从端口上接收的PTP消息的质量等级比较，以确定该同步源信号是否应该比PTP消息有利。

控制电路460还配置成控制RTC电路440在时钟源接口正在接收具有至少所确定的质量等级的同步源信号间隔期间以第一模式工作。(在一些实施例中，RTC电路440在接收的同步信号的质量高于与经由从网络端口(如果存在的话)接收的时间传递消息关联的质量等级间隔期间以第一模式工作。)控制电路440控制RTC电路440以在第一网络端口正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息以及时钟源接口没有在接收具有至少所确定的质量等级的同步源信号的第二间隔期间以第二模式工作，以及在该时钟源接口没有在接收具有至少预定质量等级的同步源信号以及该第一网络端口没有在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息间隔期间以第三模式工作。控制电路460还在RTC电路以第一模式工作时以及当RTC电路440以第二模式工作以及时间传递消息中接收的可追踪性指示指示真时，将经由第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及在如下两种情况的每一种情况下将其设为第二值指示假：首先，当RTC电路正在以第三模式工作时，以及其次，当RTC电路以第二模式工作且时间传递消息中接收的可追踪性指示指示假时。

在一些实施例中，数据网络节点400支持的时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008所规定的精确时钟同步协议，并且还可以与G8265.1相符。但是，在其他实施例中，控制电路460代之以调适成支持不同的时间传递协议，或IEEE 1588协议的修改版本。同样地，在一些实施例中，时钟源接口450是配置成作为同步以太网从时钟工作的同步以太网接口，但是在其他一些实施例中，时钟源接口450是同步光联网(SONET)接口或同步数字分层(SDH)接口，或某种其他同步接口。

数据网络节点400的上文描述中详细描述的工作间隔不一定表示节点的所有工作间隔。在一些实施例中，例如，采用去抖动间隔来避免在工作模式之间来回快速地切换。由此，在一些实施例中，控制电路460还配置成控制RTC电路440以在紧随重新建立先前丢失的同步源信号之后的去抖动间隔期间以第二模式工作。

在若干实施例中，控制电路460还配置成控制RTC电路440以在同步信号可用时，在数据网络节点400没有在接收时间传递消息的间隔期间，使用来自时钟源接口450的同步信号更新时刻，以及在来自时钟源接口450的时钟信号不可用时使用本地时钟信号445来更新时刻。在这些实施例的其中一些中，此更新可以基于本地时钟信号445与同步信号之间先前观察到的差和/或本地时钟信号445与从时间传递时间戳导出的频率之间的先前观察到的差来反映校准因子的应用。

正如上文提到的，数据网络节点400中的控制电路400在RTC电路440以第一模式工作时以及当RTC电路440以第二模式工作以及时间传递消息中接收的可追踪性指示指示真时，将经由主网络端口420发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及在RTC电路以第三模式工作时以及当RTC电路以第二模式工作且时间传递消息中接收的可追踪性指示指示假时，将其设为第二值指示假。在一些实施例中，控制电路460还配置成设置经由主网络端口420发送的时间传递消息的外发时钟类字段，其中该外发时钟类字段基于RTC 440以第一模式工作时的同步时钟信号的时钟质量，基于以第二模式工作时来自所接收的时间传递消息的进入时钟类字段，以及基于以第三模式工作时本地时钟445的质量。

在一些实施例中，数据网络节点400能够以BC-S或BC-P模式选择性地工作。相应地，在一些实施例中，控制电路460还配置成响应外部提供的配置命令，禁用时间传递从接口410并以初级边界时钟模式工作。当以初级边界时钟模式工作时，控制电路460配置成控制RTC电路440在时钟源接口450正在接收同步源信号的第四间隔期间以第一模式工作，以及在时钟源接口450没有在接收同步源信号的第五间隔中以第三模式工作，并且在RTC电路440以第一模式工作时将经由主网络端口420发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，否则将其设为指示假的第二值。在这些实施例中，控制电路460还配置成在BC-P模式工作时，将经由主网络端口420发送的每个通告消息中的超级主时钟ID字段和发送时钟ID字段设为相同的值。

图5是图示用于运行数据网络节点的示例方法的过程流程图。应该认识到，图示的方法可以在类似图4所示的数据网络节点400的节点中实现。相应地，图5的方法的一些可能变化直接对应于早前论述的数据网络节点400的若干变化。

正如框510处见到的，图示的过程开始于确定时钟源接口是否正在接收同步信号。如果情况如此，则评估质量等级(Sync QL)，如框图520中所示，以确定它是否至少处于预定质量等级(Q_Min)。如果情况不是如此，或如果完全没有同步信号可用，则过程接着确定是否正在接收有效的PTP消息，这包括确定第一网络端口是否正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息，如框530所示。应该注意，在Sync-E中，每个同步信号的质量是带内携带的。ITU定义的映射确定如何将Sync-E/SDH时钟质量映射到PTP时钟类以用于电信应用。正如早前提到的，在本发明的一些实施例中，确定同步源信号是否具有至少最小质量等级可以与确定是否接收到与同步源信号对应的“不使用指示”一样简单。在其他实施例中，可以将显性同步源质量等级与阈值质量等级比较，或与可用的PTP主基准的质量等级，如最佳可用PTP主基准比较，以确定同步信号源是否具有足够的时钟质量。

根据哪些频率源可用(以及，在一些情况中，根据它们的相对质量)，该方法接着控制RTC电路以三种模式之一来工作。如框550所示，第一模式用在时钟源接口正在接收同步源信号且该同步信号的质量满足或超过至少预定质量等级的第一间隔期间。在此模式中，使用同步信号 - 由此RTC频率由来自时钟源接口的时钟信号来驱动。在此模式中，向下游发送的时间传递消息包括设为真的可追踪性指示。如框570所示，第二模式用在第一网络端口正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息且没有在接收必要质量的同步信号的第二间隔期间t。在此模式中，经由从网络端口接收的时间传递消息用于导出节点的频率源 - 由此，RTC频率由时间传递从接口接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动。在此模式中，下游时间传递消息包含设为与节点的从端口接收的时间传递消息中的可追踪性指示匹配的可追踪性指示。最后，如框540所示，第三模式用在时钟源接口没有在接收具有必要质量的同步源信号以及第一网络端口没有在接收具有频率可追踪性标志指示真的时间传递消息的第三间隔期间。在此模式中，RTC由本地时钟信号来驱动，以及将下游发送的时间传递消息中的可追踪性指示设为假。

在一些实施例中，附图中图示的方法中所使用的时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008所规定的精确时钟同步协议，但是在其他实施例中，也可以是另一种协议。同样地，在一些实施例中，导出同步信号所用的时钟源接口是配置成作为同步以太网从时钟工作的同步以太网接口，但是在其他实施例中，可以是同步光联网(SONET)接口或同步数字分层(SDH)接口，或在又一些实施例中，可以是又一种同步接口。

在一些实施例中，上文描述的方法还可以包括控制RTC电路以在紧随重新建立先前丢失的同步源信号之后的去抖动间隔期间以第二模式工作。同样地，这些方法的一些实施例还可以包括，控制控制RTC电路以在同步信号可用时，在数据网络节点没有在接收时间传递消息的间隔期间，使用来自时钟源接口的同步信号来更新时刻，以及在来自时钟源接口的时钟信号不可用时使用本地时钟信号来更新时刻。这些和其他实施例还可以包括，设置经由主网络端口发送的时间传递消息的外发时钟类字段，其中该外发时钟类字段在RTC以第一模式工作时基于同步时钟信号的时钟质量，在以第二模式工作时基于来自所接收的时间传递消息的进入时钟类字段，以及在RTC以第三模式工作时基于本地时钟的质量。

在图5所示的方法的另一个扩展中，采取步骤以将节点从BC-S工作切换到BC-P。由此，一些方法还包括响应外部提供的配置命令，禁用时间传递从接口并以初级边界时钟模式工作。这些方法还包括，当节点以初级边界时钟模式工作时，控制RTC电路在时钟源接口正在接收同步源信号的第四间隔期间以第一模式工作，以及在时钟源接口没有在接收同步源信号的第五间隔中以第三模式工作，并且在该RTC电路以第一模式工作时将经由主网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，否则将其设为指示假的第二值。在一些实施例中，这些方法还包括将经由主网络端口发送的每个通告消息中的超级主时钟ID字段和发送时钟ID字段设为相同的值。

图6是图示用于选择主时钟的示例方法的过程流程图，该示例方法可以在例如数据网络节点中实现，且该数据网络节点具有配置成用于根据精确时间传递协议作为时间传递从接口工作的至少一个网络端口，以及配置成基于该数据网络节点接收的时间传递消息来追踪时刻的实时时钟(RTC)电路。

正如框610所示，该方法包括，基于从主基准源接收的时间传递消息中的频率可追踪性字段值和时钟类字段值，选择经由至少一个网络端口追踪的两个或更多个主基准源之一作为时间传递数据的源，其中所述选择将频率可追踪性字段值设为优先于时钟类字段值。如框620所示，该方法接着控制RTC电路以基于从所选主基准源接收的时间传递消息来追踪时刻，同时忽略从其他主基准源接收的时间传递消息。

再一次，在一些实施例中，该时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008所规定的精确时钟同步协议，但是在其他实施例中，也可以根据另一种标准或根据IEEE 1588标准的修改。在若干实施例中，选择主基准源之一还基于每个主基准源的分组定时信号失效指示的数量或连接到每个网络端口的主基准的类型或二者兼有。

图7图示示例数据网络节点700，其配置成用于作为PTP从来工作以及执行图7所示的方法或其变化。数据网络节点700包括两个网络端口710，每个网络端口各配置成用于根据精确时间传递协议作为时间传递从接口来工作。当然，其他实施例可以包括多于两个的时间传递从接口，并且其他实施例可以包括多于两个网络端口710或甚至单个网络端口710，因为单个网络端口可以配置成追踪多个时间传递主基准。数据网络节点还包括实时时钟(RTC)电路720，实时时钟(RTC)电路720配置成基于数据网络节点接收的时间传递消息来追踪时刻。最后，数据网络节点包括控制电路730，控制电路730连接到网络端口710和RTC电路720，并且配置成基于网络端口710处从主基准源接收的时间传递消息中的频率可追踪性字段值和时钟类字段值，选择两个或更多个主基准源之一作为时间传递数据的源。此选择将频率可追踪性字段值设为优先于时钟类字段值。控制电路730(在图7所示的实施例中包括耦合到存储器750的微处理器740)还(例如使用存储在存储器750中的程序指令)调适成控制RTC电路720以基于从所选主基准源接收的时间传递消息来追踪时刻，同时忽略从其他主基准源接收的时间传递消息。

正如熟悉网络设备设计的技术人员容易理解的，可以使用数字逻辑和/或一个或多个微控制器、微处理器或其他数字硬件来实现本文描述的数据网络节点，如图4的示例网络节点400和图7的示例网络节点700的若干多种功能块。若干图示的功能可以一起在如单个专用集成电路(ASIC)中或在其之间具有适合的硬件和/或软件接口的两个或更多个分开的装置中来实现。再者，数据网络节点的若干功能元件可以使用专用硬件来提供，而其他功能元件利用执行软件的硬件与适合的软件或固件关联来提供。由此，如本文所使用的术语“处理器”或“控制器”并非排他性地指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括且不限于数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、用于存储软件和/或程序或应用数据的随机存取存储器和非易失性存储器。还可以包括常规和/或定制的其他硬件。网络设备的设计人员将认识到这些设计选择中固有存在的成本、性能和维护方面的平衡。

鉴于本发明的这些和其他变化和扩充，应该认识到前文描述和附图表示本文教导的用于数据网络节点中管理时间传递协议的方法和设备的非限制性示例。因此，本文讲解的创新性设备和技术不受限于前文的描述和附图。相反，本发明实际仅由所附权利要求及其合法的等效物限定。

Claims (24)

1.一种数据网络节点，其包括：

时钟源接口，所述时钟源接口配置成用于连接到从远程节点提供的同步时钟源；

第一和第二网络端口，所述第一和第二网络端口配置成用于根据精确时间传递协议分别作为时间传递从接口和时间传递主接口来工作；

实时时钟(RTC)电路，所述实时时钟(RTC)电路配置成提供经由所述第二网络端口发送的时间传递消息的时刻数据，以及选择性地以第一模式工作，其中所述RTC频率由来自所述时钟源接口的时钟信号来驱动；以第二模式工作，其中所述RTC频率由从所述时间传递从接口接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动；以及以第三模式工作，其中所述RTC频率由本地时钟信号来驱动；以及

控制电路，所述控制电路连接到所述网络端口和所述RTC电路且配置成：

确定所述时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量等级的同步信号以及所述第一网络端口是否正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息；

控制所述RTC电路在所述时钟源接口正在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第一间隔期间以所述第一模式工作，在所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量的同步源信号以及所述第一网络端口在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息的第二间隔期间以所述第二模式工作，以及在所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量的同步源信号以及所述第一网络端口没有在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息的第三间隔期间以所述第三模式工作；以及

在所述RTC电路正在以所述第一模式工作时以及在所述RTC电路正在以所述第二模式工作以及所述时间传递消息中接收的可追踪性指示指示真时，将经由所述第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及在如下情况下时将其设为指示假的第二值：(a)当所述RTC电路正在以所述第三模式工作时；以及(b)当所述RTC电路正在以所述第二模式工作且所述时间传递消息中接收的所述可追踪性指示指示假时。

2.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008(IEEE 1588)所规定的精确时钟同步协议。

3.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述时钟源接口是配置成作为同步以太网从时钟工作的同步以太网接口。

4.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述时钟源接口包括同步光联网(SONET)接口或同步数字分层(SDH)接口。

5.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述控制电路还配置成控制所述RTC电路以在紧随重新建立先前丢失的同步源信号之后的去抖动间隔期间以所述第二模式工作。

6.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述控制电路还配置成控制所述RTC电路以在所述同步信号可用且具有至少所述预定质量等级时，在所述数据网络节点没有在接收时间传递消息的间隔期间使用来自所述时钟源接口的所述同步信号来更新时刻，以及在来自所述时钟源接口的所述同步信号不可用或没有至少所述预定质量等级时使用所述本地时钟信号来更新时刻。

7.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述控制电路还配置成设置经由所述第二网络端口发送的时间传递消息的外发时钟类字段，其中所述外发时钟类字段在所述控制电路正在以所述第一模式工作时基于所述同步时钟信号的时钟质量，在正在以所述第二模式工作时基于来自所接收的时间传递消息的进入时钟类字段，以及在正在以所述第三模式工作时基于所述本地时钟的质量。

8.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述控制电路配置成通过以下方式来确定所述时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量等级的同步信号：确定所述数据网络节点是否接收到与所述同步信号关联的“不使用”指示。

9.如权利要求1所述的数据网络节点，其中所述控制电路配置成通过以下方式来确定所述时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量等级的同步信号：确定与所接收的同步信号关联的质量等级是否大于或等于所述第一网络端口处接收的时间传递消息关联的质量等级。

10.如权利要求2所述的数据网络节点，其中所述控制电路还配置成：

响应外部提供的配置命令，禁用所述时间传递从接口并以初级边界时钟模式工作；以及

当以初级边界时钟模式工作时，配置成：

控制所述RTC电路在所述时钟源接口正在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第四间隔期间以所述第一模式工作，以及在所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第五间隔期间以所述第三模式工作；

在所述RTC电路正在以所述第一模式工作时，将经由所述第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及否则，将其设为指示假的第二值；

将经由所述第二网络端口发送的每个通告消息中的超级主时钟ID字段和发送时钟ID字段设为相同的值。

11.一种数据网络节点，其包括：

一个或多个网络端口，所述一个或多个网络端口配置成用于根据精确时间传递协议作为时间传递从接口来工作；

实时时钟(RTC)电路，所述实时时钟(RTC)电路配置成基于所述数据网络节点接收的时间传递消息来追踪时刻；以及

控制电路，所述控制电路连接到所述网络端口和所述RTC电路且配置成：

选择两个或更多个主基准源之一作为时间传递数据的源，所述选择基于所述一个或多个网络端口处从所述主基准源接收的时间传递消息中的频率可追踪性字段值和时钟类字段值，其中所述选择将所述频率可追踪性字段值设为优先于所述时钟类字段值；以及

控制所述RTC电路以基于从所选主基准源接收的时间传递消息来追踪时刻，同时忽略从其他主基准源接收的时间传递消息。

12.如权利要求11所述的数据网络节点，其中所述时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008(IEEE 1588)所规定的精确时钟同步协议。

13.如权利要求11所述的数据网络节点，其中所述选择还基于每个所述主基准源的分组定时信号失效指示的数量或主基准的类型或二者兼有。

14.数据网络节点中的一种方法，所述数据网络节点具有配置成用于连接到从远程节点提供的同步时钟源的时钟源接口、配置成用于根据精确时间传递协议分别作为时间传递从接口和时间传递主接口来工作的第一和第二网络端口、以及配置成提供经由所述第二网络端口发送的时间传递消息的时刻数据以及选择性地以第一模式工作、以第二模式工作以及以第三模式工作的实时时钟(RTC)电路，在所述第一模式中所述RTC频率由来自所述时钟源接口的时钟信号来驱动；在所述第二模式中所述RTC频率由从所述时间传递从接口接收的时间传递消息导出的时钟信号来驱动；以及在所述第三模式中所述RTC频率由本地时钟信号来驱动；所述方法包括：

确定所述时钟源接口是否正在接收具有至少预定质量等级的同步信号以及所述第一网络端口是否正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息；

控制所述RTC电路在所述时钟源接口正在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第一间隔期间以所述第一模式工作，在所述第一网络端口正在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息以及所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第二间隔期间以所述第二模式工作，以及在所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号以及所述第一网络端口没有在接收具有指示真的频率可追踪性标志的时间传递消息的第三间隔中以所述第三模式工作；以及

在所述RTC电路正在以所述第一模式工作时以及在所述RTC电路正在以所述第二模式工作以及所述时间传递消息中接收的可追踪性指示指示真时，将经由所述第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及在如下情况下时将其设为指示假的第二值：(a)当所述RTC电路正在以所述第三模式工作时；以及(b)当所述RTC电路正在以所述第二模式工作且所述时间传递消息中接收的所述可追踪性指示指示假时。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008(IEEE1588)所规定的精确时钟同步协议。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述时钟源接口是配置成作为同步以太网从时钟工作的同步以太网接口。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述时钟源接口包括同步光联网(SONET)接口或同步数字分层(SDH)接口。

18.如权利要求14所述的方法，还包括控制所述RTC电路以在紧随重新建立先前丢失的同步源信号之后的去抖动间隔期间以所述第二模式工作。

19.如权利要求14所述的方法，还包括控制所述RTC电路以在所述同步信号可用且具有至少所述预定质量等级时，在所述数据网络节点没有在接收时间传递消息的间隔期间使用来自所述时钟源接口的所述同步信号来更新时刻，以及在来自所述时钟源接口的所述时钟信号不可用或没有至少所述预定质量等级时使用所述本地时钟信号来更新时刻。

20.如权利要求14所述的方法，还包括设置经由所述第二网络端口发送的时间传递消息的外发时钟类字段，其中所述外发时钟类字段在所述控制电路正在以所述第一模式工作时基于所述同步时钟信号的时钟质量，在正在以所述第二模式工作时基于来自所接收的时间传递消息的进入时钟类字段，以及在正在以所述第三模式工作时基于所述本地时钟的质量。

21.如权利要求15所述的方法，还包括

响应外部提供的配置命令，禁用所述时间传递从接口并以初级边界时钟模式工作；以及当以所述初级边界时钟模式工作时：

控制所述RTC电路在所述时钟源接口正在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第四间隔期间以所述第一模式工作，以及在所述时钟源接口没有在接收具有至少所述预定质量等级的同步源信号的第五间隔期间以所述第三模式工作；

在所述RTC电路正在以所述第一模式工作时，将经由所述第二网络端口发送的时间传递消息中的频率可追踪性标志设为指示真的第一值，以及否则，将其设为指示假的第二值；

将经由所述第二网络端口发送的每个通告消息中的超级主时钟ID字段和发送时钟ID字段设为相同的值。

22.数据网络节点中的一种方法，所述数据网络节点具有配置成用于根据精确时间传递协议作为时间传递从接口工作的一个或多个网络端口，以及配置成基于所述数据网络节点接收的时间传递消息来追踪时刻的实时时钟(RTC)电路，所述方法包括：

选择两个或更多个主基准源之一作为时间传递数据的源，所述选择基于所述一个或多个网络端口处从所述主基准源接收的时间传递消息中的频率可追踪性字段值和时钟类字段值，其中所述选择将频率可追踪性字段值设为优先于时钟类字段值；以及

控制所述RTC电路以基于从所选主基准源接收的时间传递消息来追踪时刻，同时忽略从其他主基准源接收的时间传递消息。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述时间传递协议遵从IEEE标准1588-2008(IEEE1588)所规定的精确时钟同步协议。

24.如权利要求22所述的方法，其中所述选择还基于每个所述主基准源的分组定时信号失效指示的数量或主基准的类型或二者兼有。