CN104184534A - 精确ieee1588协议的透明时钟路径延迟的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其先通过运行IEEE1588时间同步机制，采用P2P透明时钟机制，得到四个时间戳，再利用时钟同步算法计算出路径延迟值，使用设置阈值法，将路径延迟值与阈值相比较：若小于规定阈值，保存并进入下一次时钟同步，当他们的偏差值大于预先设定的阈值时，进行PID反馈调节，然后再次比较，若还是大于阈值，则认为是错误的，舍弃。若小于规定阈值，则保存并进去下一组同步。本发明能够解决了现有IEEE1588v2时间同步时路径偏差值不稳定而影响同步精度的问题。

Description

精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法。

背景技术

IEEE1588的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”。IEEE1588v2协议是IEEE协会在2008年颁布的时间同步标准(2002年颁布的版本通常称为第一版本)。虽然目前的IEEE1588v2协议提供了几种时钟同步模式，且理论上可以达到亚微秒的同步精准。国内从事IEEE1588研究的大多处于理论研究阶段，但是真正投入使用实现高精度时钟同步的装置并不多，大多是基于第一版本的同步，第一版本对网络的延迟抖动处理得不是很理想，协议报文在穿越网络各层，MAC层、PHY层、到达应用层时，会有路径延迟，有时候会出现网络报文堵塞，网络不通，这时会产生网络延迟抖动，影响了传输的精度和准确性。另外，在多层次的时钟同步中，也会带来累计误差，由于这些问题，使得利用IEEE1588v2协议来实现分布式测试网络的时钟同步还存在一定的难度。

发明内容

本发明所要解决的是现有IEEE1588协议在时间同步时路径偏差值不稳定影响同步精度的问题，而提供一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，包括如下步骤：

步骤1、请求者和响应者均运行IEEE1588协议，进入透明时钟的模式。

步骤2、根据设置的报文发送间隔，在请求者和响应者之间发送协议消息报文，得到4个消息时间戳。即

步骤2.1、请求者发送Pdelay_Req报文给响应者，请求者记下当前发送的消息时间戳T1。

步骤2.2、响应者接受请求者发送的Pdelay_Req报文，响应者记下当前接收到的消息时间戳T2。

步骤2.3、响应者接受到Pdelay_Req报文后，马上向请求者发送Pdelay_Resp报文，响应者记录下发送Pdelay_Resp报文的消息时间戳T3。

步骤2.4、请求者接受到响应者发送的Pdelay_Resp报文，请求者记录下当前消息时间戳T4。

步骤3、请求者根据上述所获得的4个消息时间戳T1～T4，计算路径延迟Q1，其中Q1＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2。

步骤4、请求者判断计算得出的路径延迟Q1是否大于预先设置的阈值。如果路径延迟Q1小于阈值，则保存路径延迟Q1，结束本次同步测量，并等待下次同步测量。如果路径延迟Q1大于阈值，则采用PID反馈调节补偿，进行反馈补偿后会得到一个新的路径延迟Q2，并将新的路径延迟Q2与阈值进行比较。如果新的路径延迟Q2小于阈值，则保存新的路径延迟Q2，结束本次同步测量，等待下次同步测量。如果新的路径延迟Q2大于阈值，则舍弃当前测量的所有时间戳，终止本次同步测量。

在步骤1之前，还进一步包括，在主钟发出同步消息之前，请求者和响应者的主钟将以太网收发器的时钟与时间源的时钟同步。

在步骤1中，进入的可以是E2E透明时钟模式，也可以进入P2P透明时钟模式，但为了更好地保证同步的精度，进入的最好是P2P透明时钟模式。

在步骤2中，设定的报文发送间隔为2N秒，其中N为大于等于零的整数。

所述N的取值范围介于0～6之间。

在步骤2中，还进一步包括，步骤2.5、响应者先根据消息时间戳T2和T3计算周转时间T3-T2。再根据响应者的时钟类型将周转时间T3-T2加载到相应的报文中，并发送给请求者。即

如果响应者是单步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之前，将周转时间T3-T2加到Pdelay_Resp报文的修正域中，并且对校验和或Pdelay_Resp报文的其他内容相关字段做任何需要的校正。

如果响应者是双步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之后，响应者紧接着发送一个Pdelay_Resp_Follow_Up报文，该Pdelay_Resp_Follow_Up报文中会携带有周转时间T3-T2。

在步骤4中，设定的阈值介于100ns～500ns之间。

本发明先通过运行IEEE1588时间同步机制，采用P2P透明时钟机制，得到四个时间戳，再利用时钟同步算法计算出路径延迟值，使用设置阈值法，将路径延迟值与阈值相比较：若小于规定阈值，保存并进入下一次时钟同步，当他们的偏差值大于预先设定的阈值时，进行PID反馈调节，然后再次比较，若还是大于阈值，则认为是错误的，舍弃。若小于规定阈值，则保存并进去下一组同步。与现有技术相比，本发明通过将计算测出的路径延迟值与阈值相比较，然后利用PID反馈控制，从而解决了现有IEEE1588v2时间同步时路径偏差值不稳定而影响同步精度的问题。

附图说明

图1是IEEE1588的P2P透明时钟同步原理图。

图2是一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法的流程图。

图3是一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的装置的模块示意图。

图4是一种提供的IEEE1588v2协议的软件架构图。

具体实施方式

一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，如图1和图2所示，包括如下步骤：

步骤1、在主钟发出同步消息之前，请求者和响应者的主钟将以太网收发器的时钟与时间源的时钟同步。

步骤2、运行IEEE1588协议，进入P2P透明时钟的模式。

步骤3、在软件的网络层传递Pdelay_Req、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up这三个报文消息，并通过传递报文消息，在网络层得到4个消息时间戳。即

步骤3.1、设置发送Pdelay_Req报文的间隔时间。在本发明优选实施例中，上述间隔时间设为2N秒，即2秒、或4秒、或8秒、……、或64秒。

步骤3.1、请求者发送Pdelay_Req报文给响应者，请求者记下当前发送的消息时间戳T1。

步骤3.2、响应者接受请求者发送的Pdelay_Req报文，响应者记下当前接收到的消息时间戳T2。

步骤3.3、响应者接受到Pdelay_Req报文后，马上向请求者发送Pdelay_Resp报文，响应者记录下发送Pdelay_Resp报文的消息时间戳T3。

步骤3.4、请求者接受到响应者发送的Pdelay_Resp报文，请求者记录下当前消息时间戳T4。

步骤3.5、响应者先根据消息时间戳T2和T3计算周转时间T3-T2，并将周转时间T3-T2的值放到correctionField中。再根据响应者的时钟类型(单步时钟或双步时钟)将周转时间T3-T2加载到相应的报文中，并发送给请求者。即

如果响应者是单步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之前，将周转时间T3-T2加到Pdelay_Resp报文的修正域中，并且对校验和或Pdelay_Resp报文的其他内容相关字段做任何需要的校正。

如果响应者是双步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之后，响应者紧接着发送一个Pdelay_Resp_Follow_Up报文，该Pdelay_Resp_Follow_Up报文中会携带有周转时间T3-T2。

步骤4、请求者根据Pdelay_Resp报文或Pdelay_Resp_Follow_Up报文中所携带的周转时间T3-T2计算路径延迟Q1，其中Q1＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2。

步骤5、请求者判断计算得出的路径延迟Q1是否大于预先设置的阈值。如果路径延迟Q1小于阈值，则保存路径延迟Q1，结束本次同步测量，并等待下次同步测量。如果路径延迟Q1大于阈值，则采用PID反馈调节补偿，进行反馈补偿后会得到一个新的路径延迟Q2，并将新的路径延迟Q2与阈值进行比较。如果新的路径延迟Q2小于阈值，则保存新的路径延迟Q2，结束本次同步测量，等待下次同步测量。如果新的路径延迟Q2大于阈值，则舍弃当前测量的所有消息时间戳，终止本次同步测量。

基于上述方法所涉及的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的装置，如图3所示，其主要由初始化模块、运行模块、检测模块、提取模块、同步模块、比较模块和反馈模块组成。其中

初始化模块，用于上电时，初始化各芯片，为接下来的IEEE1588协议同步做好准备。

运行模块，运行IEEE1588协议，进入P2P透明时钟模式，并根据设置的报文发送时间间隔，发送协议消息报文。

检测模块，当消息来临时，判断是否PTP报文消息。即：在网络端口检测报文类型，当检测到Pdelay_Req、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up这3个报文消息时，则接受并保存。如果检测到的不是Pdelay_Req、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up这3个报文消息时，则舍弃。

提取模块，当检测到所需报文并保存时，提取报文中所含的时间戳信息以及correctionField信息。

同步模块，收到报文时间戳信息，计算出路径延迟Q1，其中路径延迟Q1的计算公式为Q1＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2。

比较模块，将计算得出的路径延迟Q1与预先设定的阈值相比较。

反馈模块，若是路径延迟Q1大于阈值，则进入PID反馈补偿，获得一个新的路径延迟Q2，以调整时钟的路径延迟。

图4是本发明提供的IEEE1588v2协议的软件架构图。

protocol.c是整个协议的核心部分，通过它控制整个协议的运行，bmc.c是实现最佳主时钟算法，net.c是整个的协议的网络控制方面，msg.c是整个协议的消息包模块，servo.c是整个协议的核心同步算法。protocol.c规定了协议的九种转换状态，控制整个协议的运行，各个端口的转换，控制协议的九种报文的切换，本发明主要使用了Pdelay_Req、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up三种报文来实现了P2P透明时钟，达到了本发明的要求。

servo.c控制整个算法，通过接收四个时间戳信息T1、T2、T3、T4，然后通过路径延迟等于((T4-T1)-(T3-T2))/2，得出路径延迟值，将路径延迟值与预先设置的阈值进行比较，若是小于阈值，则保存路径延迟值，等待进入下一次同步测量。若是路径延迟值大于阈值，则进行PID反馈补偿，反馈补偿后得到的数值再与阈值进行比较，若是补偿后的值Q2小于阈值，则保存数据，等待进去下一次同步测量流程，若是Q2大于阈值，则舍弃，终止本次同步测量。

Claims (7)

1.一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1、请求者和响应者均运行IEEE1588协议，进入透明时钟的模式；

步骤2、根据设置的报文发送间隔，在请求者和响应者之间发送协议消息报文，得到4个消息时间戳；即

步骤2.1、请求者发送Pdelay_Req报文给响应者，请求者记下当前发送的消息时间戳T1；

步骤2.2、响应者接受请求者发送的Pdelay_Req报文，响应者记下当前接收到的消息时间戳T2；

步骤2.3、响应者接受到Pdelay_Req报文后，马上向请求者发送Pdelay_Resp报文，响应者记录下发送Pdelay_Resp报文的消息时间戳T3；

步骤2.4、请求者接受到响应者发送的Pdelay_Resp报文，请求者记录下当前消息时间戳T4；

步骤3、请求者根据上述所获得的4个消息时间戳T1～T4，计算路径延迟Q1，其中Q1＝[(T4-T1)-(T3-T2)]/2；

步骤4、请求者判断计算得出的路径延迟Q1是否大于预先设置的阈值；如果路径延迟Q1小于阈值，则保存路径延迟Q1，结束本次同步测量，并等待下次同步测量；如果路径延迟Q1大于阈值，则采用PID反馈调节补偿，进行反馈补偿后会得到一个新的路径延迟Q2，并将新的路径延迟Q2与阈值进行比较；如果新的路径延迟Q2小于阈值，则保存新的路径延迟Q2，结束本次同步测量，等待下次同步测量；如果新的路径延迟Q2大于阈值，则舍弃当前测量的所有时间戳，终止本次同步测量。

2.根据权利要求1所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，在步骤1之前，还进一步包括，在主钟发出同步消息之前，请求者和响应者的主钟将以太网收发器的时钟与时间源的时钟同步。

3.根据权利要求1所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，在步骤1中，进入的是P2P透明时钟的模式。

4.根据权利要求1所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，在步骤2中，设定的报文发送间隔为2N秒，其中N为大于等于零的整数。

5.根据权利要求4所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，所述N的取值范围介于0～6之间。

6.根据权利要求1所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，在步骤2中，还进一步包括，步骤2.5、响应者先根据消息时间戳T2和T3计算周转时间T3-T2；再根据响应者的时钟类型将周转时间T3-T2加载到相应的报文中，并发送给请求者；即

如果响应者是单步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之前，将周转时间T3-T2加到Pdelay_Resp报文的修正域中，并且对校验和或Pdelay_Resp报文的其他内容相关字段做任何需要的校正；

如果响应者是双步时钟，则响应者在发送Pdelay_Resp报文之后，响应者紧接着发送一个Pdelay_Resp_Follow_Up报文，该Pdelay_Resp_Follow_Up报文中会携带有周转时间T3-T2。

7.根据权利要求1所述的一种精确IEEE1588协议的透明时钟路径延迟的方法，其特征是，在步骤4中，设定的阈值介于100ns～500ns之间。