CN104683055B - 时间同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法及装置，包括：接收用户输入的同步节点数量及分布信息，根据该信息将时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网；将第一时间同步网作为第一同步区，将第二时间同步网划分为至少两个第二同步区；在每一第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联且通过第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联；对每一第二同步区中的同步节点划分层级；根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点与优先级的映射关系，生成同步节点的优先级坐标；根据最佳主时钟算法和优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

Description

时间同步方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时间同步方法及装置。

背景技术

工业现场控制的规模的扩大和自动化程度的提高对监控和控制的同步性和实时性提出了越来越高的要求。针对设备之间的时钟同步问题，美国电气与电子工程师协会(IEEE)发布了IEEE1588，1588作为一种高精度的时间同步的实现技术，在电信领域受到广泛关注，其中1588v2规范(又称为精确时间协议，Precision Time Protocol，简称为PTP)中的一些特性是基于电信网络环境的需求而开发的，例如，增加了边界时钟(BoundaryClock，简称为BC)和透明时钟(Transparent Clock，简称为TC)类型，在大规模组网时能有效减少网络延迟带来的同步精度下降，同时增加了PTP网络的扩展性和组网的灵活性；1588v2还支持单播通信模式以及单播协商机制，为1588v2的应用从本地局域网环境向广域网环境的扩展提供了条件；此外1588v2具有很好的PTP时钟协议容错能力，还可以通过最佳主时钟算法(Best Master Clock，简称为BMC)实现PTP网络的最佳选源机制及保护和配置，保证PTP系统的稳定可靠运行。

目前PTP技术作为全球定位系统(Global Positioning System，简称为GPS)的一种替代方案用以解决3G/4G基站的时间同步问题，已经在电信运营商(如中国移动)的城域网中得到了试点应用；在电力系统中部分地市也组建了PTP时间同步试验网，为变电站内的被授时设备提供高精度的时间同步信号。虽然利用PTP技术已经可以组建时间同步网进行时间传送，可以为网络末端的被授时设备提供亚微秒量级的时间同步信号，但目前所应用到的网络规模仅限于局域网和地市级的城域网，所部署的时间源头数量十分有限，而且各个时间同步网络相互隔离和相对孤立的，并没有形成一张同步网。

随着时间同步需求的不断增大以及对网络健壮性安全性要求的日益提高，利用PTP技术进行组网必然要面临大规模网络应用的挑战。最为突出的问题为随着网络规模的扩大，时间同步设备数量的增多，目前PTP自身的技术缺陷如选源算法中优先级数量的瓶颈问题将会凸显，从而影响到PTP技术的推广和组网应用，而目前还并没有大规模组网解决方案。

IEEE1588v2(以下称PTP技术)的关键技术之一：最佳主时钟算法(BMC)的设计目的在于解决同一时间域中最佳时间源和路由选择问题。BMC算法包括：数据集比较算法和端口状态决策算法，其中，数据集比较算法用于决策两个时钟端口中哪一个较好。在IEEE1588规范中详细规定了数据集比较算法的流程，在PTP子域中每个时钟独立运行BMC算法。在BMC算法的数据集比较部分，涉及多种选源参数，例如，clockIdentity(时钟标识)、clockclass(时钟等级)、priority1(优先级1)、accuracy(时钟精度)、OffsetscaledLogVariance(时钟偏差标准差值)和priority2(优先级2)，并规定了各个选源参数的数据类型及取值范围，其中，PTP设备的优先级1取值范围均为0～255，数值越小表示优先级越高；PTP设备的优先级2取值范围均为0～255，数值越小表示优先级越高。在BMC算法中，时钟源的选择需要由数据集中的参数进行比较，如先判断优先级1，如优先级1相同，继续比较时钟精度和时钟偏差值，再比较优先级2的大小，最终判决中同一时间域中的最佳时间源头。需特别指出的是，在PTP中对参数的取值范围作了具体规定，其中优先级1和优先级2的取值范围均为0～255，这也是PTP在大规模组网应用中会遇到的数量瓶颈的根本原因。

目前PTP技术仅限于在局域网和城域网中应用，组网网络规模比较有限，典型组网应用图1所示。在目前的组网规划中，需要考虑时间源头的选择和同步路由的组织，具体包括：

1)目前PTP时间同步网一般采用两级结构，分为一级PTP主时钟和二级PTP从时钟；

2)一级PTP主时钟设备中有GPS/北斗和高精度原子钟两个源头，以保证时钟源头的可靠性；

3)目前PTP时间同步网一般部署两个一级PTP主时钟源，一主一备，分别部署在两个异地站点，提高同步网的源头可靠性；

4)二级PTP从时钟根据BMC算法中的各个时钟设备的优先级高低，最终跟踪到一级PTP主时钟(主用)，当一级PTP主时钟(主用)降质后，由BMC算法中的clockclass进行判决，切换至一级PTP主时钟(备用)；

5)为了组网灵活并考虑到实际工程中的资源受限情况，允许二级PTP从时钟进行级联，如图1中站点1的从时钟通过PTP级联可跟踪站点2的从时钟，同样需要BMC算法中的优先级参数进行判决。

由于目前的PTP同步网组网规模有限，网络层级比较单一，因此所有的PTP设备中priority1一般设置为固定值(如priority1＝1)，而由priority2的大小代表PTP同步网中的时钟跟踪关系。这种配置方式快速方便，也便于推广，但是该优先级规划方法在大规模网络应用中会遇到优先级数量的瓶颈，难以进行推广应用。此处“大规模”时间同步网络是指同步节点众多，覆盖范围广的广域网络，并且是一张时间同步网，在PTP中属于同一时间域。

以组建全国时间同步网为例，利用PTP进行大规模组网，假设需遵从以下原则：

1)将全国时间同步网分为两个层面：省际时间同步网和省级时间同步网；

2)省际时间同步网和省级时间同步网共用基准源头。基准源头部署于全国省级行政区层面，每个省级行政区设2个基准源头，其中1个为自主源头，即在同步设备中配置铯钟，另一个为非自主源头，未配铯钟需要溯源至自主源头以提高同步网的可靠性；

3)省级时间同步网的同步节点分别设置在地级行政区、县级行政区和城域网层面。考虑到提高同步网的安全可靠性，省级时间同步网在地级、县级和市县级城域网层面的同步时钟最终需溯源至省际层面的第一基准时钟和第二基准时钟，考虑到我国幅员辽阔、同步链路较长、同步节点多的特点，允许第一基准时钟同步节点、第二基准时钟同步节点、地级行政层面的同步节点、县级行政层面的同步节点和市县级城域网内的同步节点采用自下而上的方式进行级联。

根据以上原则组建时间同步网时，除了第一基准时钟外，其余所有的同步节点既即是主时钟节点，又是从时钟节点。而在组建大规模时间同步网中，首先要解决的是选源问题，其次是同步节点的路由组织问题。PTP技术中通过BMC算法实现选源，关键在于为同一时间域中的每个同步节点分配优先级1和优先级2；路由组织也是在规划出同步节点的选源关系确定后通过BMC算法的端口状态判决机制或人工规划的方式得以实现。

在此基础上，同步节点的优先级分配实现方案如下：首先对同步网进行分层，考虑到为防止出现高层级时钟“倒跟”低层级时钟的情况，这里priority1指同步网络层级，priority2代表同一层级下的同步节点编号。将priority1和priority2编为二维坐标，表示为(Pr1，Pr2)，则每个同步节点可分配唯一的优先级坐标，根据坐标的排列次序又可形成优先级矩阵表，如表1所示。

表1 优先级矩阵表

对于组建全国时间同步网，目前中国的行政区域包括33个省级行政区(含香港和澳门2个特别行政区)、333个地级行政区和2861个县级行政区，按照上述方法进行优先级分配，组建时间同步网，会存在优先级2数量的瓶颈问题，如图2中粗线部分所示，对于地级行政区节点或县级行政区节点，全国只可用256个，显然优先级2的数量不够用。在省际同步网层面，以省行政区为单位分别设置第一基准时钟和第二基准时钟，第一基准时钟需要priority2共33<256，第二基准时钟需要priority2共33<256，均不会出现priority2的数量瓶颈问题。但是在地级行政区层面，以每个地级行政区内设置1个同步节点考虑的话，也需要priority2共333-66＝267>256，而在县级行政区层面，该问题更为突出，需要priority2共2861>>256。由于在BMC算法中规定优先级2数量不能超过256，在大规模的PTP组建一张时间同步网，必须为每个同步节点分配优先级1和优先级2，在很大程度上会出现图2中的典型情况，即优先级2数量会严重不足，而优先级1的利用率却不高，不能按照预期组网，且不能有效进行时间同步。

发明内容

本发明提供了一种时间同步方法及装置，以至少解决组建大规模时间同步网时，存在PTP设备优先级数量瓶颈，不能有效进行时间同步的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种时间同步方法，包括：接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息，根据所述数量及分布信息将所述时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网；将所述第一时间同步网作为第一同步区，将所述第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一所述第二同步区包括至少两个同步节点；在每一所述第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将所述第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过所述第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联；对每一所述第二同步区中的同步节点划分层级，其中所述同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点；根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，并根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标；根据最佳主时钟算法和所述同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

在一个实施例中，根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系包括：根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号；根据所述同步节点的编号确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，其中，所述第一优先级是所述同步节点在整个时间同步网中的层级，所述第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

在一个实施例中，根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号包括：根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M；k表示同步节点序号，1≤k≤255。

在一个实施例中，按照以下公式确定所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

在一个实施例中，按照以下公式确定所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

在一个实施例中，根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标包括：根据所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

在一个实施例中，在每一所述第二同步区中，所述第一同步节点为第一层级，所述第二同步节点为第二层级。

根据本发明的另一个方面，提供了一种时间同步装置，包括：接收模块，用于接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息；第一划分模块，用于根据所述数量及分布信息将所述时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网；第二划分模块，用于将所述第一时间同步网作为第一同步区，将所述第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一所述第二同步区包括至少两个同步节点；级联模块，用于在每一所述第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将所述第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过所述第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联；第三划分模块，用于对每一所述第二同步区中的同步节点划分层级，其中所述同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点；确定模块，用于根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，并根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标；时间同步模块，用于根据最佳主时钟算法和所述同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

在一个实施例中，所述确定模块包括：第一确定单元，用于根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号；第二确定单元，用于根据所述同步节点的编号确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，其中，所述第一优先级是所述同步节点在整个时间同步网中的层级，所述第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

在一个实施例中，所述第一确定单元，具体用于根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M；k表示同步节点序号，1≤k≤255。

在一个实施例中，所述第二确定单元，具体用于按照以下公式确定所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

在一个实施例中，所述第二确定单元，具体用于按照以下公式确定所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

在一个实施例中，所述确定模块还包括：第三确定单元，用于根据所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

在一个实施例中，在每一所述第二同步区中，所述第一同步节点为第一层级，所述第二同步节点为第二层级。

通过本发明的时间同步方法及装置，根据同步节点的数量及分布信息对时间同步网进行分层、分区和分级，在分层分区分级的基础上对同步节点进行编号，并计算得到同步节点与BMC算法中优先级1和优先级2的映射关系，进而得到同步节点的优先级坐标，根据BMC算法和优先级坐标进行选源和时间同步。由此，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行时间同步。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是现有技术的典型PTP组网应用示意图；

图2是现有技术的大规模PTP组网优先级数量瓶颈示意图；

图3是本发明实施例的时间同步方法的流程图；

图4是本发明实施例的同步节点的优先级确定的具体实现流程图；

图5是本发明实施例的同步节点编号示意图；

图6是本发明实施例的时间同步置的结构框图；

图7是本发明具体实施例的大规模PTP组网的同步节点编号示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种时间同步方法。在实际应用中，可以在该方法的基础上，组建大规模的时间同步网，充分利用优先级，且不会发生冲突，提高组网的灵活性，可以有效进行时间同步。

图3是本发明实施例的时间同步方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S301，接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息，根据数量及分布信息将时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网。即对大规模的时间同步网进行分层，例如，组建大规模的全国时间同步网，可以分为省际时间同步网和省级时间同步网。

步骤S302，将第一时间同步网作为第一同步区，将第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一第二同步区均包括至少两个同步节点。即对时间同步网进行分区，例如，将省际时间同步网作为独立的同步区，将省级时间同步网划分为N个同步区，省级时间同步网中的省市作为同步节点。在实际应用中，可以根据具体情况进行同步区的划分，例如，将每个省作为一个同步区；或者，对于面积较大的省，考虑到只划分一个同步区，链路过长，同步性能很难控制，可以将面积较大的省划分为多个同步区，例如，新疆可分为南疆和北疆，作为两个同步区，内蒙古东西狭长，可分为蒙东和蒙西，作为两个同步区。

步骤S303，在每一第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联。

步骤S304，对每一第二同步区中的同步节点划分层级。第一同步节点为第一层级，第二同步节点为第二层级，非第一层级的同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点。例如，第三层级的同步节点可以级联至第一层级的同步节点和/或第二层级的同步节点。

步骤S305，根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点与第一优先级的映射关系以及同步节点与第二优先级的映射关系，并根据映射关系生成同步节点的优先级坐标。

步骤S306，根据最佳主时钟算法和同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。具体的选源及时间同步可以采用现有技术实现，此处不再赘述。

在现有的PTP技术中优先级1和优先级2的数量均不能超过256，而在组建一张大规模的时间同步网中，为了解决选源问题，必须要为每个同步节点分配优先级，而在进行优先级分配过程中，会遇到优先级数量的限制问题。

通过本发明实施例的时间同步方法，根据同步节点的数量及分布信息对时间同步网进行分层、分区和分级，在分层分区分级的基础上对同步节点进行编号，并计算得到同步节点与BMC算法中优先级1和优先级2的映射关系，进而得到同步节点的优先级坐标，根据BMC算法和优先级坐标进行选源和时间同步。由此，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行时间同步。

在一个实施例中，步骤S305中根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点与第一优先级的映射关系以及同步节点与第二优先级的映射关系可以包括：根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点的编号；根据同步节点的编号确定同步节点与第一优先级的映射关系以及同步节点与第二优先级的映射关系，其中，第一优先级是同步节点在整个时间同步网中的层级，第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

本实施例中，对同步节点进行编号，根据编号确定与优先级的映射关系，可以保证映射的准确和唯一，避免优先级分配发生冲突。

优选的，根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M；k表示同步节点序号，1≤k≤255。M为层级数，例如，可以为6个层级，其中设置有第一基准时钟的第一同步节点作为第一层级，设置有第二基准时钟的第二同步节点作为第二层级，其余的同步节点可以根据地域情况等作为第三层级或其他层级。

在一个实施例中，按照以下公式确定同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

在一个实施例中，按照以下公式确定同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

根据以上两个公式，计算得到量化的Pr1(i,j,k)和Pr2(i,j,k)，根据映射关系生成同步节点的优先级坐标包括：根据同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

根据计算得到的优先级坐标可以进行准确的优先级分配，不会出现优先级数量不够或冲突的情况。

对于全国同步时间网，其同步节点的优先级确定的具体实现流程如图4所示，包括以下步骤：

1、网络规模初始化，确定大规模网络中同步节点的总数量和分布情况。具体的，可以根据用户(可以是工作人员)输入的信息确定。

2、同步网分层，将同步网分为两层，分别为省际同步网和省级同步网。

3、同步网分区：将省际同步网作为一个独立的同步区，省级同步网划分为N个同步区，将同步区定义为Z_i，i＝0，1，…，N，其中Z₀表示省际网同步区，Z_i(i≠0)表示省级同步网的第i个同步区。

4、同步区内基准源头的设置：在每个省级同步区中设置两个基准源头，其中在第一级中设置第一基准时钟(自主时钟)，在第二级中设置第二基准时钟(非自主时钟)，第一基准时钟和第二基准时钟不但是省级同步区的基准时钟，同时也是省际同步区的基准时钟，因此省际同步区中共有N个第一基准时钟和N个第二基准时钟。

5、同步区分级并确定级联关系：省际同步区分为6级，最多可级联5次；省级同步区也分为6级，其中第二基准时钟不但要级联本同步区内的第一基准时钟，还要与邻近同步区内的第一基准时钟进行级联，除此之外，省级同步区的同步节点最多还可级联4次，例如，第4级的同步节点可以级联至其上层级的同步节点(即第1级同步节点、第2级同步节点和第3级同步节点)中的至少一个，其中第3至6级的同步节点不能与其他同步区的同步节点进行级联(即不跨省级联)。

6、同步节点编号：将每一个同步节点进行编号如下：n(i，j，k)，其中，i表示同步区编号，0≤i≤N；j表示同步层级编号，1≤j≤6；k表示同步节点序号，1≤k≤255。由此，n(i，j，k)代表第i个同步区第j层级的第k个同步节点。同步节点编号示意图如图5所示。

7、确定同步节点编号n(i，j，k)与优先级1的映射关系Pr1(i,j,k)，具体计算公式如上所述。

8、确定同步节点编号n(i，j，k)与优先级2的映射关系Pr2(i,j,k)，具体计算公式如上所述。

9、得到同步节点n(i，j，k)的优先级1和优先级2，并组成优先级坐标为(Pr1，Pr2)完成优先级规划。

需要说明的是，在上述方法中，PTP报文中的其他参数，如Clockclass和ClockID等，仍然要在同步节点内终结处理并转发至下游节点。根据同步节点的优先级配置判决出同步网中的同步节点跟踪关系，并根据BMC算法的选源部分判断出同步节点的跟踪关系，再通过自动转发或人工规划的方法规划出同步节点的路由，完成PTP时间同步网的组网规划。

由此可见，在每个同步区中优先级2最多可设255个同步节点，如果设置同步区的数量为N，那么每一级最多均可设置255×N个同步节点，因此在大规模网络中无论是同步节点总数量还是每一级的部署数量上均具有相应的富余度，而在一定的富余度的基础上，可增设的同步节点一方面可作为备用，用以增加网络的可靠性，另一方面也便于同步网的升级和扩容。并且，在此基础上，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行选源和时间同步。省际同步网中，同步节点可以跨省组网，省级同步网内的同步节点不能跨省，只能在其同步区内即省内组网，组网的含义就是靠优先级1进行级联，优先级1编号大的需跟踪优先级1编号小的节点。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种时间同步装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于时间同步装置解决问题的原理与时间同步方法相似，因此时间同步装置的实施可以参见时间同步方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是本发明实施例的时间同步装置的结构框图，如图6所示，该装置包括：接收模块60、第一划分模块61、第二划分模块62、设置模块63、第三划分模块64、确定模块65和时间同步模块66。下面对该结构进行具体说明。

接收模块60，用于接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息。

第一划分模块61，连接至接收模块60，用于根据上述数量及分布信息将时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网。

第二划分模块62，连接至第一划分模块61，用于将第一时间同步网作为第一同步区，将第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一个第二同步区均包括至少两个同步节点。

级联模块63，连接至第二划分模块62，用于在每一第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联。

第三划分模块64，连接至级联模块63，用于对每一第二同步区中的同步节点划分层级，其中同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点。在每个第二同步区中，第一同步节点为第一层级，第二同步节点为第二层级。

确定模块65，连接至第三划分模块64，用于根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点与第一优先级的映射关系以及同步节点与第二优先级的映射关系，并根据映射关系生成同步节点的优先级坐标。

时间同步模块66，连接至确定模块65，用于根据最佳主时钟算法和同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

通过本发明实施例的时间同步装置，根据同步节点的数量及分布信息对时间同步网进行分层、分区和分级，在分层分区分级的基础上对同步节点进行编号，并计算得到同步节点与BMC算法中优先级1和优先级2的映射关系，进而得到同步节点的优先级坐标，根据BMC算法和优先级坐标进行选源和时间同步。由此，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行时间同步。

确定模块65包括：第一确定单元，用于根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点的编号；第二确定单元，连接至第一确定单元，用于根据同步节点的编号确定同步节点与第一优先级的映射关系以及同步节点与第二优先级的映射关系，其中，第一优先级是同步节点在整个时间同步网中的层级，第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

第一确定单元，具体用于根据同步节点所属的第二同步区和层级确定同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M；k表示同步节点序号，1≤k≤255。

第二确定单元，具体用于按照以下公式确定同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

第二确定单元，具体用于按照以下公式确定同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

确定模块65还包括：第三确定单元，连接至第二确定单元，用于根据同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

在每个同步区中优先级2最多可设255个同步节点，如果设置同步区的数量为N，那么每一级最多均可设置255×N个同步节点，因此在大规模网络中无论是同步节点总数量还是每一级的部署数量上均具有相应的富余度，而在一定的富余度的基础上，可增设的同步节点一方面可作为备用，用以增加网络的可靠性，另一方面也便于同步网的升级和扩容。并且，在此基础上，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行选源和时间同步。

当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。该装置还可以仅包括：划分模块和确定模块，划分模块执行与接收、划分相关的功能，确定模块执行与设置、确定、生成相关的功能，只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。

为了对上述时间同步方法及装置进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

以组建全国时间同步网为例，具体实施方式如下：

1)网络规模初始化：目前中国的行政区域划分为33个省级行政区(包含香港和澳门2个特别行政区)，333个地级行政区和2861个县级行政区，按照此网络规模进行优先级规划。

2)同步区分层：分为省际时间同步网层和省级时间同步网层。

3)同步网分区：以行政区为单位进行同步区的划分，共有1个省际同步区和33个省级同步区，记为Z₀，Z₁，…，Z₃₃。

4)设置基准时钟：每个同步区分设1个第一基准时钟和1个第二基准时钟，将第一基准时钟设置在每个省的省会，第二基准时钟设置在每个省的重要地市，以河北省为例，将第一基准时钟设置于省会石家庄，第二基准时钟设置于重要地市保定。由此可确定33个第一基准时钟和33个第二基准时钟的具体部署位置。

5)同步网分级：省级同步网中，每个省的第1级同步节点只有1个，为省内第一基准时钟；第2级同步节点也只有1个，为省内第二基准时钟；第3级同步节点设置在各个地市，第4级同步节点设置在各个县级市，第5、6级考虑到市/县级城域网时间同步具体需求增设同步节点，其中第3至6级同步节点不能与其他同步区的同步节点进行级联。省际同步网中，第1级均为第一基准时钟共33个，第二级均为第二基准时钟共33个，第二基准时钟除了上联至本省的第一基准时钟外，还需要上联至邻近省的第一基准时钟，第3至6级同步节点根据省际同步网的建设需求进行增设。

6)同步节点编号：根据前述实施例描述的编号方式生成全国同步节点的编号，如图7所示。

7)根据同步节点的编号对优先级1和优先级2进行映射，为每个同步节点分配优先级1和优先级2。

以河北省同步网为例，第一基准源头石家庄的优先级坐标为(1，1)，第二基准保定的优先级坐标为(34，1)，第3级的地级市唐山、邯郸、秦皇岛的优先级坐标分别为(67，1)、(67，2)和(67，3)，第4级的县级市赵县、魏县、昌黎县的优先级坐标为(68，1)、(68，2)和(68，3)，第5，6级根据市/县级城域网的建设需要增设同步节点，优先级生成方式以此类推。

按照上述步骤生成的优先级矩阵表如表2所示。

表2 大规模时间同步网的优先级矩阵表

综上所述，本发明实施例的时间同步方法及装置，利用PTP技术进行优先级复用，对同步网进行分层、分区和分级，在分层分区分级的基础上对同步节点进行编号，并计算得到同步节点与BMC算法中优先级1、优先级2的映射关系，进而得到同步节点的优先级坐标。由此，可对优先级2进行复用，又可有效利用优先级1，避免了PTP大规模组网中的优先级数量瓶颈问题，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行时间同步。

将大规模网络视为一张同步网，同时划分多个同步区；省级同步网和省际同步网共用基准源头；不同同步区的第一基准时钟和第二基准时钟在省际同步网上进行连接；同一同步区的第3至6级同步节点只能与本同步区的同步节点进行级联，不允许与其他同步区的同步节点进行级联；同步区之间的优先级2可以复用；同一同步区内的同步节点通过优先级1进行级联。

在现有的PTP技术中优先级1和优先级2的数量均不能超过256，而在组建一张大规模的时间同步网中，为了解决选源问题，必须要为每个同步节点分配优先级，而在进行优先级分配过程中，会遇到优先级数量的限制，因此在本发明中利用了BMC算法的参数和选源规则，有效可行地进行优先级复用，在保证同一张大网的前提下，突破了实际组网中遇到的优先级数量瓶颈的限制。

以全国同步网组件为例，按照现有的方法无法在地市级解决优先级2数量最多为256的瓶颈，而通过本发明实施例划分33个同步区后，每个省的地级市不超过30个，地级县也不超过255个，因此可充分利用优先级2的资源且不存在数量瓶颈，且提高了同步组网的灵活性。省际同步网和省级同步网的组网特点不同，省际同步网的链路长需跨省连接，但节点少，一般为省会、重要地级市等大的节点，对应每个省不会超过10个，因此整个省际同步网的规模不会超过400个，因此在这个层面来说优先级2的数量是完全足够的。省级同步网的链路短不能跨省，但节点多。

在每个同步区中优先级2最多可设255个同步节点，如果设置同步区的数量为N，那么每一级最多均可设置255×N个同步节点，因此在大规模网络中无论是同步节点总数量还是每一级的部署数量上均具有相应的富余度，而在一定的富余度的基础上，可增设的同步节点一方面可作为备用，用以增加网络的可靠性，另一方面也便于同步网的升级和扩容。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种时间同步方法，其特征在于，包括：

接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息，根据所述数量及分布信息将所述时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网；

将所述第一时间同步网作为第一同步区，将所述第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一所述第二同步区包括至少两个同步节点；

在每一所述第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将所述第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过所述第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联；

对每一所述第二同步区中的同步节点划分层级，其中所述同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点；

根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，并根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标；

根据最佳主时钟算法和所述同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系包括：

根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号；

根据所述同步节点的编号确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，其中，所述第一优先级是所述同步节点在整个时间同步网中的层级，所述第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号包括：

根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M，M为层级数；k表示同步节点序号，1≤k≤255。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照以下公式确定所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照以下公式确定所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标包括：

根据所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在每一所述第二同步区中，所述第一同步节点为第一层级，所述第二同步节点为第二层级。

8.一种时间同步装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收用户输入的时间同步网中同步节点的数量及分布信息；

第一划分模块，用于根据所述数量及分布信息将所述时间同步网划分为第一时间同步网和第二时间同步网；

第二划分模块，用于将所述第一时间同步网作为第一同步区，将所述第二时间同步网划分为至少两个第二同步区，其中每一所述第二同步区包括至少两个同步节点；

级联模块，用于在每一所述第二同步区中的第一同步节点设置第一基准时钟，第二同步节点设置第二基准时钟，将所述第二基准时钟与其所属的第二同步区内的第一基准时钟级联，且通过所述第一时间同步网与相邻第二同步区的第一基准时钟级联；

第三划分模块，用于对每一所述第二同步区中的同步节点划分层级，其中所述同步节点级联至其所属的第二同步区内的上层级的至少一个同步节点；

确定模块，用于根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，并根据所述映射关系生成所述同步节点的优先级坐标；

时间同步模块，用于根据最佳主时钟算法和所述同步节点的优先级坐标，选择最佳时间源并进行时间同步。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号；

第二确定单元，用于根据所述同步节点的编号确定所述同步节点与第一优先级的映射关系以及所述同步节点与第二优先级的映射关系，其中，所述第一优先级是所述同步节点在整个时间同步网中的层级，所述第二优先级是同一层级下的同步节点编号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元，具体用于根据同步节点所属的第二同步区和层级确定所述同步节点的编号n(i，j，k)，其中，i表示同步区的编号，0≤i≤N，0表示第一同步区，N为第二同步区的个数；j表示同步节点层级的编号，1≤j≤M，M为层级数；k表示同步节点序号，1≤k≤255。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于按照以下公式确定所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)：

当i＝0时，

当1≤i≤N时，

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元，具体用于按照以下公式确定所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)：

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块还包括：

第三确定单元，用于根据所述同步节点与第一优先级的映射关系Pr1(i,j,k)以及所述同步节点与第二优先级的映射关系Pr2(i,j,k)，生成同步节点n(i，j，k)的优先级坐标为(Pr1，Pr2)。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置，其特征在于，在每一所述第二同步区中，所述第一同步节点为第一层级，所述第二同步节点为第二层级。