CN105323054A - 时钟同步方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种时钟同步方法及装置，其中，该方法包括：物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；所述物理侧设备向所述待同步设备发送所述同步报文。采用本发明提供的上述技术方案，解决了现有技术中时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，规避CPU架构限制带来的负载用户容量不足情况，最大程度利用以太网的带宽资源。

Description

时钟同步方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种时钟同步方法及装置。
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(IEEE1588PrecisionClockSynchronizationProtocol)，简称PTP(即PrecisionTimingProtocol)。通过同步信号周期性对网络中所有节点的时钟进行同步，使基于以太网的系统达到精确同步，实现各个系统之间的同步。同步精度可以达到微秒级甚至更低。
IEEE1588时钟同步通常是利用GNSS或BITS时钟作为时钟源，通过BSC/RNC为基站提供频率和相位同步。这解决了传统的无线业务GNSS频率同步和相位同步授时方式存在成本高、天线架设不便等问题。
IEEE1588同步技术的精确度与1588报文携带时间戳信息紧密相关，时间戳信息越接近真实发送时间，其同步精度越高。IEEE1588协议(IEEESTD1588-2008)给出了时间戳的应用示例，如图表1所示。报文组帧在以太网架构的应用层完成，可以在应用层、媒体接入控制(MediaAccessControl，简称为MAC)层(可以理解为数据链路层)、物理PHY层任意一点完成打1588报文的时间戳添加，推荐在PHY层通过硬件辅助功能协助完成应用层发出报文的时间戳更新，其中，图1中的OS可以理解为操作系统OperatingSystem的缩写。
图1为根据现有技术中1588报文时间戳处理示意图，根据图1的应用架构，基站控制器(BaseStationController，简称为BSC)/无线网络控制器(RadioNetworkController，简称为RNC)等系统的CPU完成1588报文的接收和发送处理，通过可编程逻辑或者PHY等硬件辅助完成1588报文时间戳更新(如图2所示)，从而达到整个以太网系统的时间同步。
BSC/RNC的CPU在接收和发送报文时，需要软件中断来驱动完成。受限于CPU处理系统的这种架构，作为1588master时钟的BSC/RNC负载用户容量有限。目前现有的IEEE1588同步技术，BSC/RNC能够负载的用户容量只有几十个，即便是专业的高性能的IEEE1588同步服务器，用户负载也很难达到1000个以上。
BSC/RNC系统的1588master时钟负载用户容量受限问题在femto/微基站的大规模组网应用上显得尤为突出，无法大容量集中授时导致现有的femto/微基站组网方案无法最大程度地降低授时成本。
针对相关技术中，时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中，时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，尚未提出有效的解决方案的问题，本发明提供了一种时钟同步方法及装置，以至少解决上述问题。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种时钟同步方法，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；所述物理侧设备向所述待同步设备发送所述同步报文。
优选地，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文包括：物理层设备生成初始报文；所述物理层设备获取用于同步的基准时间，并根据所述基准时间确定所述初始报文的时间戳；在所述初始报文中添加所述时间戳，得到所述同步报文。
优选地，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文之后还包括：所述物理层设备根据所述同步报文生成响应报文，其中，所述响应报文用于通知所述待同步设备所述物理层设备已经受理其要进行时钟同步的请求。
优选地，在所述初始报文中添加所述时间戳，得到所述同步报文，包括：所述物理层设备在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和所述初始报文的优先级；在判定所述初始报文的优先级高于所述信令报文的优先级后，在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
优选地，所述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定所述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统GNSS、大楼综合定时系统BITS。
优选地，所述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：所述物理层设备接收扩展板从所述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
为了达到上述目的，根据本发明的再一个方面，还提供了一种时钟同步装置，应用于物理层设备，包括：获取模块，用于获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；发送模块，用于向所述待同步设备发送所述同步报文。
优选地，所述获取模块包括：生成单元，用于生成初始报文；获取单元，用于获取用于同步的基准时间，并根据所述基准时间确定所述初始报文的时间戳；添加单元，用于在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
优选地，所述添加单元，包括：判断子单元，用于在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和所述初始报文的优先级；确定子单元，用于在判定所述初始报文的优先级高于所述信令报文的优先级后，在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
优选地，所述获取单元，用于获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定所述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统GNSS、大楼综合定时系统BITS。
优选地，所述获取单元还用于接收扩展板从所述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
通过本发明，采用通过物理层设备而不通过CPU获取到待同步设备进行时钟同步的同步报文的技术方案，解决了现有技术中时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，规避CPU架构限制带来的负载用户容量不足情况，最大程度利用以太网的带宽资源。
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不当限定。在附图中：
图1为根据现有技术中1588报文产生和时间戳处理示意图；
图2为根据现有设备中1588报文产生和时间戳处理过程示意图；
图3为根据本发明实施例的时钟同步方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的报文产生和时间戳处理过程示意图一；
图5为根据本发明实施例的报文产生和时间戳处理过程示意图二；
图6为根据本发明实施例的多通道设计示意图；
图7为根据本发明实施例的单板扩展应用设计示意图；
图8为根据本发明实施例的物理层设备接收和发送报文的处理示意图；
图9为根据本发明实施例的时钟同步装置的结构框图；
图10为根据本发明实施例的时钟同步装置的再一结构框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
本发明实施例提供了一种时钟同步方法，如图3所示，图3为根据本发明实施例的时钟同步方法的流程图，包括(步骤S302-步骤S304)：
步骤S302：物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；
步骤S304：物理侧设备向上述待同步设备发送上述同步报文。
通过上述各个步骤，采用通过物理层设备而不通过CPU获取到待同步设备进行时钟同步的同步报文的技术方案，解决了现有技术中时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，规避CPU架构限制带来的负载用户容量不足情况，最大程度利用以太网的带宽资源。
在步骤S302中，即物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文包括：物理层设备生成初始报文；上述物理层设备获取用于同步的基准时间，并根据上述基准时间确定上述初始报文的时间戳；在上述初始报文中添加上述时间戳，得到上述同步报文。
可选地，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文之后还包括：物理层设备根据所述同步报文生成响应报文，其中，上述响应报文用于通知待同步设备物理层设备已经受理其要进行时钟同步的请求。
在具体实施过程中，上述初始报文中添加上述时间戳，得到上述同步报文，包括：上述物理层设备在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和上述初始报文的优先级；在判定上述第二同步报文的优先级高于上述信令报文的优先级后，在上述初始报文中添加上述时间戳确定同步报文。
可选地，上述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定上述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称为GNSS)、大楼综合定时系统(BuildingIntegratedTimingSystem，简称为BITS)。
在本发明实施例的一个可选实施例中，上述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：上述物理层设备接收扩展板从上述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
为了更好的理解上述时钟同步的工作流程图，以下结合图4-图7进行说明：
第一步：如图4所示，优化IEEE1588协议示例的报文处理和时间戳应用结构，在物理层PHY层(A点)通过可编程逻辑的硬件辅助功能完成1588报文的接收、发送处理以及时间戳的更新。如图5所示，而在应用层(applicationlayer，即图4中的C点)不对1588报文做任何处理，仅完成系统的建链和通信功能，BSC/RNC的IEEE1588master时钟系统能负载的用户容量由以太网带宽而不是CPU处理能力来决定；
第二步：基于CPU仅处理少量信令报文的优势，利用CPU资源支持多通道的IEEE1588功能，多条通道的信令报文通过交换汇聚给CPU进行建链和通信，BSC/RNC系统的IEEE1588master时钟系统的负载用户容量增加多倍，如图6所示；
第三步：通过机框内走线将标准时间从主备时钟板传递给扩展板，提供单板扩展及通道扩展功能，供接入大容量的用户，如图7所示，其中，图7中的FAN可以理解为一种或多种接口的集合，但不限于此。
下面对本发明实施例中物理层设备的工作流程以及内部架构进行进一步的解析，在本发明的一个优选实施例中可以为可编程逻辑，如图8所示:
1、1588报文组帧模块11用于产生相应的1588报文，同时根据接收报文处理模块16提取到的1588报文信息，对应回复回应报文。
2、信令报文缓存模块12用来缓存CPU回复的来自接收报文处理模块16接收的信令报文，供发送报文仲裁模块13仲裁发送。
3、发送报文仲裁模块13用于根据优先级等信息，对1588报文组帧模块11和信令报文缓存模块12的报文进行仲裁，按照优先级完成报文的发送。
4、基准时间模块14用于通过本地时钟及时钟源(GNSS或BITS等)完成1588基准时间的产生，并将基准时间提供给发送报文处理模块15，作为1588事件报文的时间戳信息，完成发送。
5、发送报文处理模块15用于完成对当前发送报文的解析，并提取1588报文的信息。根据1588基准时间模块14提供的时间戳信息，完成当前1588报文时间戳的更新等功能。
6、接收报文处理模块16用于完成对当前接收报文的解析，并提取1588报文信息。将提取的1588报文信息作为待回复的报文的基本信息，供1588报文组帧模块11组帧。
在图8提供的优选实施例中，通过交换模块完成N条以太网通道和CPU连接，构成各通道和CPU的建链和通信；每条通道接收的信令报文通过交换模块汇聚后的由CPU处理，CPU响应的信令报文通过交换模块分发给各个通道。
在本发明优选实施例的另一个优选实施例中，主时钟板利用GNSS或BITS时钟和本地的高精度时钟，产生精准1588时间，通过机框内部走线，将1588精准时间传递给扩展板。并通过各个通道的以太网接口，作为IEEE1588master时钟给接入系统的用户授时。
在本优选实施例中，备时钟板通过各个通道的以太网接口，作为IEEE1588master时钟给接入系统的用户授时。并在主时钟板出现功能异常时，给扩展板提供精准1588时间，扩展板在负载用户较多时候，提供授时功能。扩展板只提供单板扩展和通道扩展功能，扩展板需要的1588精准时间由主时钟板或者备时钟板通过机框走线传递获取。扩展板可以灵活应用选择是否配置，配置多少块以及使用什么样机框配置。
综上所述，本发明实施例提供的上述技术方案，1588报文从PHY层直接完成接收和发送处理，避免了应用层报文组帧到PHY层打时间戳可能出现的阻塞及时延等因素。同时，相较CPU依靠中断驱动接收发送报文方式，可编程逻辑高频率精准的定时方式使得发包间隔更精确，进一步优化了IEEE1588同步性能。
实际上，本发明实施例提供的上述时钟同步的技术方案最终实现了负载用户量的大大增多，本发明实施例提供的上述技术方案：通过BSC/RNC系统的硬件辅助功能的可编程逻辑器件取代CPU处理1588报文，解决了CPU架构设计带来的负载用户容量限制的问题，从而完全由系统的以太网带宽来决定负载用户容量。经过多通道扩展设计及机框的单板扩展设计，大大提升BSC/RNC的IEEE1588master时钟系统的负载用户容量。下面分别从10M/100M/1000M/10G几种以太网接口描述具体的实施用例：
1.若系统间的接口为1000M以太网接口：单通道链路带宽为1000Mbps。在1588oneway模式下，数据带宽用来发送1588sync报文和announce报文。若将每条链路的带宽1％作为信令报文建链和通信专用，则1588报文可供利用的带宽为990Mbps。若使用MAC报文(sync包长64byte，announce包长82byte，response包长72byte，包间隔12byte)承载1588信息，在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：990000000/((76+94)*128*8)＝5687；在1588twoway模式下，除了发送sync、announce报文，还需要回复response报文。在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：990000000/((76+94+84)*128*8)＝3806。由于通道可以扩展多路(如常见的8通道、4通道、12通道、16通道等)，加上机框的扩展能力(标准的1U机框扩展4块单板，2U机框扩展8块单板，3U机框扩展12块单板)，本发明的装置在1000M以太网接口系统中，能够负载的用户容量达到几十万甚至上百万；
2.若系统间的接口为100M以太网接口：单通道链路带宽为100Mbps。在1588oneway模式下，数据带宽用来发送1588sync报文和announce报文。若将每条链路的带宽1％作为信令报文建链和通信专用，则1588报文可供利用的带宽为99Mbps。若使用MAC报文(sync包长64byte，announce包长82byte，response包长72byte，包间隔12byte)承载1588信息，在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：99000000/((76+94)*128*8)＝568；在1588twoway模式下，除了发送sync、announce报文，还需要回复response报文。在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：99000000/((76+94+84)*128*8)＝380。由于通道可以扩展多路(如常见的8通道、4通道、12通道、16通道等)，加上机框的扩展能力(标准的1U机框扩展4块单板，2U机框扩展8块单板，3U机框扩展12块单板)，本发明的装置在100M以太网接口系统中，能够负载的用户容量达到几万甚至十万以上；
3.若系统间的接口为10M以太网接口：则单通道链路带宽为10Mbps。在1588oneway模式下，数据带宽用来发送1588sync报文和announce报文即可。若将每条链路的带宽1％作为信令报文建链和通信专用，则1588报文可供利用的带宽为9.9Mbps。若使用MAC报文(sync包长64byte，announce包长82byte，response包长72byte，包间隔12byte)承载1588信息，在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：9900000/((76+94)*128*8)＝56；在1588twoway模式下，除了发送sync、announce报文，还需要回复response报文。在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：9900000/((76+94+84)*128*8)＝38。由于通道可以扩展多路(如常见的8通道、4通道、12通道、16通道等)，加上机框的扩展能力(标准的1U机框扩展4块单板，2U机框扩展8块单板，3U机框扩展12块单板)，本发明的装置在10M以太网接口系统中，能够负载的用户容量达到数千甚至上万；
4.若系统间的接口为10G以太网接口：则单通道链路带宽为10Gbps。在1588oneway模式下，数据带宽用来发送1588sync报文和announce报文即可。若将每条链路的带宽1％作为信令报文建链和通信专用，则1588报文可供利用的带宽为9.9Gbps。若使用MAC报文(sync包长64byte，announce包长82byte，response包长72byte，包间隔12byte)承载1588信息，在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：9900000000/((76+94)*128*8)＝56870；在1588twoway模式下，除了发送sync、announce报文，还需要回复response报文。在1588V2协议定义最小发包间隔条件下(每秒128包)，单通道可以负载用户数为：9900000000/((76+94+84)*128*8)＝38062。由于通道可以扩展多路(如常见的8通道、4通道、12通道、16通道等)，加上机框的扩展能力(标准的1U机框扩展4块单板，2U机框扩展8块单板，3U机框扩展12块单板)，本发明的装置在10G以太网接口系统中，能够负载的用户容量达到几百万甚至上千万。
在本实施例中还提供了一种时钟同步装置，应用于物理层设备，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“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装置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9为根据本发明实施例的时钟同步装置的结构框图。如图9所示，该装置包括：
获取模块92，用于获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；
发送模块94，与获取模块92连接，用于向上述待同步设备发送上述同步报文。
其中，如图10所示，获取模块92包括：生成单元922，用于生成初始报文；获取单元924，与生成单元922连接，用于获取用于同步的基准时间，并根据上述基准时间确定上述初始报文的时间戳；添加单元926，与获取单元924连接，用于在上述初始报文中添加上述时间戳确定同步报文。
本发明实施例对上述技术方案的进一步改进在于，添加单元926，包括：判断子单元9262，用于在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和上述初始报文的优先级；确定子单元9264，与判断子单元9262连接，用于在判定上述第二同步报文的优先级高于上述信令报文的优先级后，在上述初始报文中添加上述时间戳确定同步报文。
可选地，获取单元924，用于获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定上述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统GNSS、大楼综合定时系统BITS。
可选地，获取单元924，还用于接收扩展板从上述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
通过上述各个模块的综合作用，采用通过物理层设备而不通过CPU获取到待同步设备进行时钟同步的同步报文的技术方案，解决了现有技术中时钟同步方法导致的负载的用户容量很少以及同步成本高的问题，规避CPU架构限制带来的负载用户容量不足情况，最大程度利用以太网的带宽资源。
本发明实施例提出的一种提时钟同步方法和装置，属于全新的架构，分别从一个通道，通道间交换，机框内单板扩展，全方面提高系统负载用户容量，同时可编程逻辑精准的定时方式，避免了应用层发包间隔不够精准，以及从应用层到PHY层的报文阻塞及延时问题，进一步优化了1588同步性能。本发明实施例适用于一切通过IEEE1588master时钟授时的系统。
综上所述，本发明实施例实现了以下有益效果：1.分别从1588收发包处理架构、多通道汇聚及机框的单板扩展3个方面提升IEEE1588master时钟的负载用户容量；2.优化BSC/RNC的1588同步性能。
在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。
在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (11)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，包括：
物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；
所述物理侧设备向所述待同步设备发送所述同步报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文包括：
物理层设备生成初始报文；
所述物理层设备获取用于同步的基准时间，并根据所述基准时间确定所述初始报文的时间戳；
在所述初始报文中添加所述时间戳，得到所述同步报文。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，物理层设备获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文之后还包括：
所述物理层设备根据所述同步报文生成响应报文，其中，所述响应报文用于通知所述待同步设备所述物理层设备已经受理其要进行时钟同步的请求。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述初始报文中添加所述时间戳，得到所述同步报文，包括：
所述物理层设备在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和所述初始报文的优先级；
在判定所述初始报文的优先级高于所述信令报文的优先级后，在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定所述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统GNSS、大楼综合定时系统BITS。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物理层设备获取用于同步的基准时间包括：所述物理层设备接收扩展板从所述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
7.一种时钟同步装置，应用于物理层设备，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取用于待同步设备进行时钟同步的同步报文；
发送模块，用于向所述待同步设备发送所述同步报文。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
生成单元，用于生成初始报文；
获取单元，用于获取用于同步的基准时间，并根据所述基准时间确定所述初始报文的时间戳；
添加单元，用于在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述添加单元，包括：
判断子单元，用于在所述初始报文和所述信令报文同时到达时，判断来自中央处理器CPU的信令报文和所述初始报文的优先级；
确定子单元，用于在判定所述初始报文的优先级高于所述信令报文的优先级后，在所述初始报文中添加所述时间戳确定同步报文。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述获取单元，用于获取用于同步的基准时间包括：根据以下至少之一确定所述基准时间：本地时钟源、全球卫星导航系统GNSS、大楼综合定时系统BITS。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取单元还用于接收扩展板从所述物理层设备的主时钟获取的基准时间。
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