CN105594146B - 用于补偿路径不对称的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具体参照时间和频率同步来补偿路径不对称的方法和设备。本发明具有执行例如利用IEEE 1588精密时间协议(PTP)的分组网络上的时间和频率同步的特定应用。通常，时间服务器(主)和客户端(从)之间的通信路径延迟利用该路径上的正向延迟和反向延迟相同的假定来估计。结果，这些延迟之间的差异(延迟不对称)可以导致在估计从时钟相对于主设备时钟的偏移方面的误差。本发明的实施方式提供了用于补偿当定时协议消息在正向和反向路径中经历相异排队延迟时出现的路径延迟不对称的技术和设备。

Description

用于补偿路径不对称的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于估计并补偿路径不对称的方法和设备。特别但非排它地涉及估计并补偿在执行利用例如IEEE 1588精密时间协议的分组网络上的时间和频率同步时的路径不对称。

背景技术

利用诸如IEEE 1588 PTP的协议和精心设计的从(slave)时钟恢复机制的定时传递(timing transfer)可以在亚微秒区和下级区中提供时间同步。然而，这通常是利用从主设备至从设备的时延等于从从设备至主设备的时延这样的重要假定来进行的。

在真实生活中，通信路径并不是完美对称的，主要是因为相异的正向和反向物理链路延迟和排队延迟。即使在物理链路延迟是已知的并且在时钟同步期间得到适当补偿的情况下，当定时消息穿过分组网络并且被排队以转发时，仍可以存在可改变的排队延迟。网络设备(交换机、路由器等)中的分组的处理和缓存在穿越该分组网络的分组的等待时间中引入了变化。这主要发生在没有来自网络的任何形式的定时辅助来帮助减轻该可变排队延迟的影响的情况下以端至端方式进行定时传递的时候。

该“延迟不对称”已经成为时钟同步方面的主要挑战。使用诸如边界时钟(BC)和透明时钟(TC)的网络定时支持机制可以消除在下列情况[1][2][3]中出现的延迟不对称:

·在正向和反向路径上的相异和可变排队延迟(主要归因于两个通信方向上的不同通信载荷)

·因在每一个方向上定时分组采用不同路由造成的不对称。这种情况利用对等(peer-to-peer)TC来适当处理。端至端TC不会解决这种不对称。

注意，为了实现，BC和TC必须从定时基准源至从时钟以逐节点(逐跳)为基础来实现。

然而，即使这些定时支持机制也不能够校正因网络部件之间的相异物理链路而造成的延迟不对称。这种不对称因正向和反向路径以同一线缆中的光纤对或铜线对实现而出现，其中一对中的每一个光纤都具有不同的长度。这些光纤或铜线对可以具有显著到足以产生延迟差异的不同长度和不同电气或光学特性。对时间准确度的这种影响可以是每米2.5ns的数量级，其中100米长度引入250ns的误差。如果这种差异未被适当补偿，则即使使用BC，也可以在一系列BC上累积静态时间误差。在多个光纤链路上，该累积时间误差可以变得足够显著，以致超出某些应用(如移动网络中的那些)所要求的非常严格的容差。

上述机制还不能够校正由单个节点内部的定时分配所产生的延迟不对称。这些时间误差归因于当将时间基准是从节点中的集中式模块(例如，系统卡)分配给节点中的其它模块(例如，线卡)时的各种内部不对称延迟。这些时间误差例如因底板迹线的长度、连接器以及各种逻辑功能而出现。如今，用于解决物理链路不对称和节点内部不对称的最佳方式是人工校准链路和内部定时路径。在用于光纤链路不对称补偿的自动化机制方面的关注正日益增长，而且这些正在研究中。

IEEE 1588 PTP消息流

IEEE 1588v2 PTP定义了用于以亚微秒级准确度从主设备向一个或更多个从设备传送频率、相位以及日时信息的基于分组的同步协议。PTP依靠使用从主时钟向一个或更多个从时钟发送的具有准确时间戳的分组(按纳秒级粒度)，以允许将它们同步(按频率或时间或两者)至主时钟。同步信息是按照层级分发的，GrandMaster时钟(超级主时钟)位于该层级的根部。该GrandMaster时钟向一个或更多个从设备提供时间基准。这些从设备又可以充当用于从设备的另一分级层的主设备。

主设备与从设备之间的PTP消息交换过程(即，PTP延迟请求/延迟响应流)在图1中进行了例示并且在下面加以描述。

IEEE 1588 PTP考虑到两种不同类型的加时间戳方法，一步或两步。一步时钟即时更新事件消息(Sync和Delay_Req)内的时间信息，而两步时钟在一般消息(Follow_Up和Delay_Resp)中传输分组的精确时间戳。Sync消息由主设备1发送至其从设备3，而且包含其传输的精确时间，或者跟随着包含该时间的Follow_Up消息。在两步的普通或边界时钟中，Follow_Up消息发送针对特定Sync消息的离开时间戳的值。图1例示了针对两步时钟的同步消息交换的基本模式。主设备1通过分组网络2向从设备3发送Sync消息，并且标注发送Sync消息的时间T₁。从设备接收Sync消息并且标注接收时间T₂。主设备1通过两种方式之一向从设备3输送时间戳T₁：1)将该时间戳T₁嵌入Sync消息中。为了最高的准确度和精度，这需要某类硬件处理(即，硬件加时间戳)。2)将时间戳T₁嵌入被发送到从设备的Follow_Up消息(如图1所示)。接下来，从设备3向主设备1发送Delay_Req消息，并且标注发送Delay-Req的时间T₃。主设备接收Delay_Req消息并且标注接收时间T₄。主设备1通过将时间戳T₄嵌入Delay_Resp消息中向从设备3发送时间戳T4。

在该PTP信息交换结束时，从设备3处理全部四个时间戳{T₁、T₂、T₃、T₄}。这些时间戳可以被用于计算从设备的时钟5相对于主时钟4的偏移以及这两个时钟之间的消息平均传播时间。对偏移和传播时间的计算假定主至从传播时间和从至主传播时间相等，即，存在对称的通信路径。时钟频率随着时间改变，因而需要周期性的消息交换。因为这些时钟变化缓慢改变，所以信息交换之间的时段通常大约为几毫秒至几秒钟。

本发明的目的是提供用于在不利用像BS和TC的联网定时支持机制的情况下，补偿因通信路径上的正向和反向中的不相等排队延迟而产生的不对称的机制。补偿队列诱发的不对称可以消除时钟误差的主要来源，特别是在定时消息穿越分组系统中的排队系统时。

端至端时间传递是时钟同步方面的最具挑战性的问题，但也向网络运营商提供了具有吸引力的益处。本发明的另一目的是提供向网络提供透明度的方法和设备，其中定时消息可以跨越不同类型网络(以太网、MPLS、SONET分组、帧中继等)。

发明内容

因此，在最广泛的方面，本发明的方法通过主设备与从设备，基于发送定时消息与接收该定时消息之间的间隔来提供对相应设备之间的通信中的不对称延迟的估计。

本发明的第一方面提供了一种估计通过网络连接的主设备和从设备之间的通信中的不对称延迟的方法，该方法包括以下步骤：从所述主设备向所述从设备发送第一定时消息和第二定时消息以及作为根据主时钟发送所述第一消息和所述第二消息的时间的相应第一时间戳和第二时间戳；将根据从时钟在所述从设备处接收所述第一消息和所述第二消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；从所述从设备向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，并且将根据所述从时钟发送所述第三消息和所述第四消息的时间记录为的第五时间戳和第六时间戳；将根据所述主时钟在所述主设备处接收所述第三消息和所述第四消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳；从所述主设备向所述从设备发送所述第七时间戳和所述第八时间戳；根据所述第一至第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔之差；维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之差；根据所述第五至第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔之差；维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述总和；估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；以及将反向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小反向延迟之差。

优选地，所述定时消息是根据IEEE 1588 PTP的消息。例如，所述第一和第二消息可以是Sync消息，而所述第三和第四消息可以是Delay_Req消息。

本发明的方法可以使用一步或两步时钟机制以在主设备与从设备之间传递时间戳。在一步时钟机制中，所述第一和第二时间戳可以作为嵌入所述第一和第二消息本身中的时间戳来发送。在两步时钟机制中，所述第一和第二时间戳由所述主设备记录并且在单独的定时消息中发送至所述从设备。

该方面所述的方法在希望没有来自该网络的定时支持的情况下，通过分组网络按端至端方式从主时钟向从时钟传递定时信号和同步的时候被优选地采用。队列诱发的不对称是主时钟与从时钟之间的时间误差的主要来源。

该方法的步骤在希望将从时钟同步至主时钟时重复，优选地连续重复。

通过单独地估计每一个方向的排队延迟，本方面所述的方法可以允许补偿队列诱发的不对称，这可以消除时钟误差的主要来源，特别是在定时消息穿越分组系统中的排队系统时。

本方面所述的方法还可以被用于允许对网络的透明度，其中定时消息可以跨越不同类型网络(以太网、MPLS、SONET分组、帧中继等)。

仅端节点参与时间传递，并因此本方法对于中间传输网络来说是透明的。在中间分组网络中不需要专门的控制或处理机制，并且传统的异步以太网设备不需要升级或更新。而且，在网络设备中不需要硬件修改。

优选地，计算所述正向位移因子和所述反向位移因子的步骤考虑到从时钟与主时钟相比的估计偏斜(skew)。从时钟与主时钟相比的任何偏斜可以将误差引入所述估计中，因而优选对所述偏斜进行解释。所述偏斜可以根据较早时间的从时钟的同步而获知。

在本方面的某些实施方式中，估计所述最小延迟的步骤涉及确定自开始交换所述定时消息起在相应方向上定时消息所经历的最小总延迟。有关每一个消息的相应延迟容易从该方面所述方法中使用的所述时间戳来计算。在该实施方式中，假定由于所述物理链路导致的延迟可以被确定为由在运送中具有所述最小总延迟的消息所经历的延迟(即，未经历排队延迟)。虽然该估计对于所述方法的最先几个迭代来说可能不精确，但其最终会安定下来并且提供由于所述物理链路导致的延迟的准确估计。

在本方面的另一些实施方式中，估计所述最小延迟的步骤涉及确定在开始交换所述定时消息之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。如在前述实施方式中，由所述物理链路引起的延迟可以被确定为定时消息所经历的最小延迟。然而，在某些情况下，从设备与主设备之间的物理链路的性质可以随着时间而改变，因而希望周期性地“刷新”用于估计所述物理链路延迟的采样组，并因此将用于估计最小延迟的采样限制为所讨论的定时消息交换之前的特定时段。

优选地，该方面所述的方法形成了更大方法的一部分，该更大方法包括以下步骤：利用所计算的延迟来估计从时钟与主时钟相比的偏斜和偏移。更优选地，该方法还包括以下步骤：利用所估计的偏斜和偏移，将从时钟同步至主时钟。

诸如IEEE 1588精确时间协议(PTP)和网络时间协议(NTP)的定时协议需要对时间服务器(主)与客户端(从)之间的通信路径延迟的准确测量。因而在正常情况下，利用该路径上的正向延迟和反向延迟相同的假定来估计单向延迟。正向延迟与反向延迟之间的任何差异(已知为延迟不对称)在估计从时钟相对于主时钟的偏移方面产生误差。因此，该方面所述的方法可以减小或消除这种误差。

出于估计从时钟的偏斜和偏移的目的。可假定主设备与从设备之间的物理链路是对称的。另选地，任何物理链路不对称都可以在时钟同步期间单独校准并补偿。

本方面所述的方法可以包括上述优选和可选特征中的一些的任何组合、全部，或者不包括它们。

上述方面所述的方法优选地利用根据本发明第二方面的从设备或者根据本发明第三方面的系统来实现，如下所述，但不需要这样。

本发明的另一些方面包括用于在计算机系统上运行的、执行上述方面的包括那些方面的优选和可选特征中的一些、全部，或者不包括它们的所述方法的计算机，。

在最广泛方面，根据本发明所述的从设备被设置成与主设备交换定时消息并且基于主设备与从设备发送定时消息与接收该定时消息之间的间隔来估计相应设备之间的通信中的不对称延迟。

本发明的第二方面提供了一种从设备，该从设备通过网络连接至具有主时钟的主设备，其中，所述从设备包括：从时钟；以及处理器，其中：所述从设备被设置成：接收从所述主设备发送的第一定时消息和第二定时消息以及作为根据所述主时钟发送所述第一消息和所述第二消息的时间的相应第一时间戳和第二时间戳，并且将根据从时钟接收所述第一消息和所述第二消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，使所述主设备记录根据所述主时钟接收所述第三消息和所述第四消息的时间；将根据所述从时钟发送所述第三消息和所述第四消息的时间记录为第五时间戳和第六时间戳；以及从所述主设备接收所记录的接收所述第三消息和第四消息的时间作为第七时间戳和第八时间戳；并且所述处理器被设置成：根据所述第一至第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔之差；维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之差；根据所述第五至第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔之差；维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述总和；估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；以及将反向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小反向延迟之差。

优选地，所述定时消息是根据IEEE 1588 PTP的消息。例如，所述第一和第二消息可以是Sync消息，而所述第三和第四消息可以是Delay_Req消息。

该方面所述的从设备可以使用一步或两步时钟机制以在主设备与从设备之间传递时间戳。在一步时钟机制中，所述第一和第二时间戳可以作为嵌入所述第一和第二消息本身中的时间戳来接收。在两步时钟机制中，所述第一和第二时间戳由所述主设备记录并且在单独的定时消息中由所述从设备接收。

该方面所述的从设备在没有来自网络的定时支持的情况下希望通过分组网络按端至端方式从主时钟向从时钟传递定时信号和同步的时候被优选地采用。队列诱发的不对称是主时钟与从时钟之间的时间误差的主要来源。

该方面所述的从设备的处理器优选地连续操作，如在希望将从时钟同步至主时钟的时段期间所述那样。

通过单独地估计每一个方向的排队延迟，本方面所述的从设备可以考虑到补偿队列诱发的不对称，这可以消除时钟误差的主要来源，特别是在定时消息穿越分组系统中的排队系统时。

本方面所述的从设备还可以允许对网络的透明度，其中定时消息可以跨越不同类型网络(以太网、MPLS、SONET分组、帧中继等)。

仅端节点参与时间传递，因此所述从设备用于估计排队延迟的操作对于中间传输网络来说是透明的。在中间分组网络中不需要专门的控制或处理机制，并且传统的异步以太网设备不需要升级或更新。而且，在网络设备中不需要硬件修改。

优选地，在计算所述正向和反向位移因子时，所述处理器考虑到从时钟与主时钟相比的估计偏斜。从时钟与主时钟相比的任何偏斜可以将误差引入所述估计中，因而优选对所述偏斜进行解释。所述偏斜可以根据较早时间的从时钟的同步而获知。

在本方面的某些实施方式中，对所述最小延迟的估计可以涉及确定自开始交换所述定时消息起，定时消息在相应方向上经历的最小总延迟。有关每一个消息的相应延迟容易根据在该方面所述方法中使用的所述时间戳来计算。在该实施方式中，假定由所述物理链路引起的延迟可以被确定为由在运送中具有所述最小总延迟的消息所经历的延迟(即，未经历排队延迟)。虽然该估计对于所述方法的最先几个迭代来说可能不精确，但其最终会安定下来并且提供对由所述物理链路引起的延迟的准确估计。

在本方面的另一些实施方式中，对所述最小延迟的估计可以涉及确定在开始交换所述定时消息之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。如在前述实施方式中，由所述物理链路引起的延迟可以被确定为定时消息所经历的最小延迟。然而，在某些情况下，从设备与主设备之间的物理链路的性质可以随着时间而改变，因而希望周期性地“刷新”用于估计所述物理链路延迟的采样组，并因此将用于估计最小延迟的采样限制为在所讨论中的定时消息交换之前的特定时段。

优选地，该方面所述的从设备还被设置成利用所计算的延迟来估计从时钟与主时钟相比的偏斜和偏移。更优选地，所述从设备还被设置成利用所估计的偏斜和偏移将从时钟同步至主时钟。

该方面所述的从设备优选地通过执行根据上述第一方面所述的方法来操作。

本方面所述的从设备可以包括上述优选和可选特征中的一些的任何组合、全部，或者不包括它们。

在最广泛的方面，本发明的系统通过主设备与从设备，基于发送定时消息与接收该定时消息之间的间隔来提供相应设备之间的通信中的不对称延迟的估计。

本发明的第三方面提供了一种用于估计通过网络连接的主设备和从设备之间的通信中的不对称延迟的系统，该系统包括：具有主时钟的所述主设备；具有从时钟和处理器的所述从设备；以及连接所述主设备和所述从设备的网络，其中：所述主设备被设置成向所述从设备发送第一定时消息和第二定时消息以及作为根据主时钟发送所述第一消息和所述第二消息的时间的相应第一时间戳和第二时间戳，所述从设备被设置成将根据从时钟接收所述第一消息和所述第二消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；所述从设备被设置成向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，并且记录根据从时钟发送所述第三消息和所述第四消息的时间作为第五时间戳和第六时间戳；以及所述主设备被设置成将根据主时钟接收所述第三消息和所述第四消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳，并且将那些时间戳发送至所述从设备；而且还在其中：所述从设备中的所述处理器被设置成：根据所述第一至第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔之间的差；维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之差；根据所述第五至第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息与所述第四定时消息之间的间隔之间的差；维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的所述定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述总和；估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；以及将反向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小反向延迟之差。

优选地，所述定时消息是根据IEEE 1588 PTP的消息。例如，所述第一和第二消息可以是Sync消息，而所述第三和第四消息可以是Delay_Req消息。

该方面所述的系统可以使用一步或两步时钟机制以在主设备与从设备之间传递时间戳。在一步时钟机制中，所述第一和第二时间戳可以由所述主设备来记录并且作为时间戳嵌入所述第一和第二消息本身中。在两步时钟机制中，所述第一和第二时间戳由所述主设备记录并且在单独的定时消息中发送。

该方面所述的系统在没有来自网络的定时支持的情况下希望通过分组网络按端至端方式从主时钟向从时钟传递定时信号和同步化的时候被优选地采用。队列诱发的不对称是主时钟与从时钟之间的时间误差的主要来源。

该方面所述的系统的处理器优选地连续操作，如在希望将从时钟同步至主时钟的时段期间所述那样。

通过单独地估计每一个方向的排队延迟，本方面所述的系统可以考虑到补偿队列诱发的不对称，这可以消除时钟误差的主要来源，特别是在定时消息穿越分组系统中的排队系统时。

本方面所述的系统还可以允许对网络的透明度，其中定时消息可以跨越不同类型网络(以太网、MPLS、SONET分组、帧中继等)。

仅端节点参与时间传递，因此所述从设备用于估计排队延迟的操作对于中间传输网络来说是透明的。在中间分组网络中不需要专门的控制或处理机制，并且传统的异步以太网设备不需要升级或更新。而且，在网络设备中不需要硬件修改。

优选地，在计算所述正向和反向位移因子时，所述处理器考虑到从时钟与主时钟相比的估计偏斜。从时钟与主时钟相比的任何偏斜可以将误差引入所述估计中，因而优选地解释所述偏斜。所述偏斜可以根据较早时间从时钟的同步而获知。

在本方面的某些实施方式中，估计所述最小延迟可以涉及确定自开始交换所述定时消息起定时消息在相应方向经历的最小总延迟。有关每一个消息的响应延迟容易根据在该方面所述方法中使用的所述时间戳来计算。在该实施方式中，假定由所述物理链路引起的延迟可以被确定为由在运送中具有所述最小总延迟的消息所经历的延迟(即，未经历排队延迟)。虽然该估计对于所述方法的最先几个迭代来说可能不精确，但其最终会安定下来并且提供对由所述物理链路引起的延迟的准确估计。

在本方面的另一些实施方式中，估计所述最小延迟可以涉及确定在开始交换所述定时消息之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。如在前述实施方式中，由所述物理链路引起的延迟可以被确定为定时消息所经历的最小延迟。然而，在某些情况下，从设备与主设备之间的物理链路的性质可以随着时间而改变，因而希望周期性地“刷新”用于估计所述物理链路延迟的采样组，并因此将用于估计最小延迟的采样限制为所讨论中的定时消息交换之前的特定时段。

优选地，该方面所述的系统中的从设备还被设置成利用所计算的延迟来估计从时钟与主时钟相比的偏斜和偏移。更优选地，所述从设备还被设置成利用所估计的偏斜和偏移将从时钟同步至主时钟。

该方面所述的系统优选地通过执行根据上述第一方面所述的方法来操作。

本方面所述的系统可以包括上述优选和可选特征中的一些的任何组合、全部，或者不包括它们。

附图说明

下面参照附图，通过示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中：

图1示出了在IEEE 1588 PTP下并且已经描述的两步时钟同步方法中的消息序列；

图2示出了在具有和没有偏移的情况下主时钟与从时钟之间的关系；

图3例示了可能存在于主设备与从设备之间的通信上的路径延迟；以及

图4示意性地示出了消息抵达时间间的分组延迟变化的影响。

具体实施方式

基本时钟模型

为了考虑同步问题，可定义针对该问题的广义时钟偏移和偏斜方程。假定在任何特定时刻，具有时间线S(t)的主(服务器)时钟4与具有时间线C(t)的从(客户端)时钟5之间的关系的瞬时图可以用图2中描绘的公知简单的偏斜时钟模型来描述并且用方程来描述，

S(t)＝(1+α)C(t)+θ， (1)

其中，偏斜α是大约百万分之几的极小量。该快照是这两个时钟对准(未对准)到何种程度的瞬时图。图2例示了θ和α对该对准的影响。

上述方程可以被扩展成说明主时钟4和从时钟5通过具有延迟的通信链路来交换消息的情况。首先，假定从主设备向从设备行进的第n个Sync消息经历固定的物理链路(或传播)延迟d_f加可变的累积排队(或随机)延迟q_f，n(参见图3)。类似地，假定从从设备3向主设备1发送的第n个Delay_Req消息经历固定的延迟dr加可变的累积排队延迟q_r，n。当两个方向上的固定延迟分量和/或排队延迟分量不相等时，存在不对称路径。假定物理链路不对称被人工校准并补偿，但队列诱发的不对称可以利用如下实施方式中所述的技术来补偿。

主设备1和从设备3利用图1所述的延迟请求延迟响应机制来交换消息。对于以时间戳T_1，n∈S(t)离开主设备1并且在经历了延迟d_f和q_f，n之后以时间戳T_2，n∈C(t)抵达从设备的第n个Sync消息来说，上述的简单偏斜时钟模型可以被扩展以说明行进时间，以获取下面的表达式

(T_1，n+d_f+q_f，n)＝(1+α)T_2，n+θ， (2)

对于以时间戳T_3，n∈C(t)离开从设备并且在经历了延迟d_r和q_r，n之后以时间戳T_4，n∈S(t)抵达主设备的第n个Delay_Req消息来说，获得下面的表达式

(T_4，n-d_r-q_r，n)＝(1+α)T_3，n+θ， (3)

这里的关键假定是，在如此小的时段上出现消息交换，以致偏移θ可以被假定成在该时段上恒定。下面描述利用Sync和Delay_Req消息交换来计算队列诱发的偏移θ_q的技术。

补偿队列诱发的路径不对称

将方程(2)和(3)相加并且重排提供针对总时钟偏移θ的公式，如

其中，

·θ_raw＝[(T_1，n+T_4，n)-(1+α)(T_2，n+T_3，n)]/2是系统中没有任何不对称时的原始偏移或真实偏移，

·θ_prop＝(d_f-d_r)/2是因物理链路(或传播)延迟中的不对称而造成的偏移补偿，以及

·θ_queue＝(q_f，n-q_r，n)/2是因排队延迟中的不对称而造成的偏移补偿。

该原始偏移θ_raw是在时钟同步期间通常计算的最简单量，因为该系统被假定成为平均意义上的对称(该路径上的两个方向上的平均延迟被假定成相等)。偏移θ_prop可以如在ITU-T Rec G.8271[3]中描述地确定并且与原始偏移θ_raw相加。下面，本发明的实施方式阐述一种用于计算作为在时钟同步期间经常忽略的量的偏移θ_queue的新技术。

该偏移θ_queue通常因假定该路径上的两个方向上的平均延迟相等而被忽略。然而，利用下面的实施方式，不需要这种假定，因为现在可以准确地计算θ_queue。

偏移θ_queue可以通过检查PTP消息(Sync和Delay_Req消息)的离开和抵达模式来计算。网络设备(交换机、路由器等)中的分组的处理和缓存在穿越该分组网络的分组的延迟中引入了变化。分组网络中固有的分组延迟变化(PDV)是主要的时钟噪声源。该延迟的可变性性质可以导致可以产生偏移θ_queue的额外不对称。为例示这个，对图4所示Sync消息从主设备离开并且在从设备处抵达进行分析。ε被定义为超过Sync消息因网络中的排队而经历的固定传播d_f的额外延迟。γ被定义为超过Delay_Req消息因网络中的排队而经历的固定传播d_r的额外延迟。还定义了下列术语：

·ΔT_f，n＝T_1，n-T_1，n-1是主设备处的第n个Sync消息的离开间时间

·ΔR_f，n＝T_2，n-T_2，n-1是从设备处的第n个Sync消息的抵达间时间

·ΔT_r，n＝T_3，n-T_3，n-1是从设备处的第n个Delay_Req消息的离开间时间

·ΔR_r，n＝T_4，n-T_4，n-1是主设备处的第n个Delay_Req消息的抵达间时间

如图4所示，消息以明确定义的间隔离开，而取决于该消息所经历的排队延迟ε(或γ)以收缩、扩展或相同的间隔抵达。例如，对于Sync消息来说，差异ε_n-ε_n-1定义了位移因子，该位移因子支配ΔR_f，n在ΔT_f，n上扩展或收缩多少。类似的观察适用于Delay_Req消息传递。根据图4可以看出，ΔR_f，n根据ε_n-ε_n-1的符号而相对于ΔT_f，n收缩扩展或收缩。.如果位移因子ε_n-ε_n-1＜0，则ΔR_f，n收缩，而如果位移因子ε_n-ε_n-1＞0，则扩展。该理想或希望的行为是在位移因子为ε_n-ε_n-1＝0的时候(即，ΔR_f，n-ΔT_f，n＝0)。

ΔR_f，n相对于理想ΔT_f，n在随着时间的偏差(位移)累积地贡献于从设备处的恢复时钟中的偏差(即，时间偏差或偏移)。理想的ΔT_f，n由主设备设置，并在任何时间点相对于理想的累积偏离ΔR_f，n变换成恢复的时钟中的误差或噪声项，并且该噪声或误差项是队列诱发的。应注意到，对于Sync消息传递来说，ΔR_f，n-ΔT_f，n是位移因子ε_n-ε_n-1＝D_ε，n的测量。

ΔR_f，n-ΔT_f，n＝ε_n-ε_n-1＝D_ε，n (5)

如果d_ftotal，n＝T_2，n-T_1，n被定义为在时间n从主设备至从设备的总正向延迟，则上面的表达式可以被书写为

对于Delay_Req消息来说，ΔR_r，n-ΔT_r，n是对应位移因子γ_n-γ_n-1＝D_γ，n的测量。

ΔR_r，n-ΔT_r，n＝γ_n-γ_n-1＝D_γ，n (7)

与上述类似，如果d_rtotal，n＝T_4，n-T_3，n被定义为在时间n从从设备至主设备的总反向延迟，则上面的表达式可以被书写为

这些位移因子可以利用在延迟请求消息交换过程期间捕捉到的时间戳来计算。

频率偏移(或偏斜)在计算位移因子和队列诱发的时间偏移时必须加以考虑。对于具有根据(1)描述的时钟模型并且在时间n具有已知偏斜α_n的系统来说，校正了偏斜的位移因子可以计算如下

D_{skew，ε，n}＝(1+α_n)ΔR_f，n-ΔT_f，n＝(1+α_n)[T_2，n-T_2，n-1]-[T_1，n-T_1，n-1] (9)

D_{skew，γ，n}＝ΔR_r，n-(1+α_n)ΔT_r，n＝[T_4，n-T_4，n-1]-(1+α_n)[T_3，n-T_3，n-1] (10)

D_{skew，ε，n}和D_{skew，γ，n}分别是总正向和反向延迟之差的简单的偏斜校正版本。在没有偏斜(α_n＝0)的系统中，D_{skew，ε，n}＝D_ε，n并且D_{skew，γ，n}＝D_γ，n。

位移的累积和如下地获取

D_fsum，n＝D_fsum，n-1+D_ε，n＝D_fsum，n-1+(d_ftotal，n-d_ftotal，n-1)＝d_ftotal，n (11)

D_rsum，n＝D_rsum，n-1+D_γ，n＝D_rsum，n-1+(d_rtotal，n-d_rtotal，n-1)＝d_rtotal，n (12)

假定D_fsum，0＝D_rsum，0＝0并且d_ftotal，0＝d_rtotal，0＝0。D_ε，n(或D_γ，n)的和给出在时间n的总正向(或反向)延迟。已知该路径上的最小正向延迟d_{f min}和最小反向延迟d_{r min}、上面分别针对路径上的正向和反向定义的排队延迟q_f，n和q_r，n可以获取如下

q_f，n＝D_fsum，n-d_{f min}＝d_ftotal，n-d_{f min} (13)

q_r，n＝D_rsum，n-d_{r min}＝d_rtotal，n-d_{r min} (14)

估计d_{f min}和d_{r min}的最简单方式分别用于维持D_fsum，n和D_rsum，n的N个采样的窗口，并且选择具有最小值的采样。利用时间n处已知的q_f，n和q_r，n，可以计算因队列诱发的不对称而造成的偏移θ_queue＝(q_f，n-q_r，n)/2。接着，可以在(4)中使用该偏移，以获取对主设备与从设备之间的时钟偏移的更准确估计。

时钟同步方面的应用

接下来，对本发明的实施方式进行描述，该实施方式使用时钟偏移和偏斜估计技术并且示出了如何在时钟同步中应用队列诱发不对称的补偿。

该实施方式的偏移和偏斜估计使用基于Kalman滤波器技术。Kalman滤波器允许使用对在时间上观测的过程的测量(包含噪声和其它不准确性)，并且生成趋于更接近该测量的真实值和它们的关联计算值的值(估计)。Kalman滤波器通过预测值、估计该预测值的不确定性并且计算该预测值和测量值的加权平均值来生成对测量的真实值和它们的关联计算值的估计。

为了使用Kalman滤波器(以在仅给出一系列噪声观测的情况下估计过程的内部状态)，该过程必须根据Kalman滤波器的框架来建模。因此，建立通过下列方程对描述的状态空间模型；

状态方程：X_n＝A_nX_n-1+w_n， (15)

测量方程：y_n＝D_nX_n+v_n， (16)

其中，n是非负时间系数，A_n是已知M乘M状态转换矩阵，X_n是M维状态(或参数)矢量，w_n是M维处理噪声矢量(其被假定成由具有方差w_n～N(0，Q_n)的零均值多元正态分布得出)，y_n是所述测量，D_n是已知1×M维测量矩阵(其将真正的状态空间映射到测量空间中)，v_n是测量噪声(其被假定为具有方差v_n～N(0，R_n)的零均值高斯白噪声)，而T表示转置矩阵。在该模型中，假定初始状态和每一个步骤处的噪声矢量{X₀，w₁，…，w_n，v₁，…，v_n}相互独立。

下面使用的表示法表示在给定观测的时间n直至并且包括时间m处对X的估计。Kalman滤波器方程最经常被概念化为两个独特阶段：如下所述的预测和更新。

预测阶段：

该预测阶段使用来自先前时间步骤的状态估计来生成在当前时间步骤对该状态的估计。

·预测(先验)的状态估计：

该预测的状态估计还已知为先验状态估计，因为尽管其是当前时间步骤对该状态的估计，但其不包括来自当前时间步骤的观测信息。

·预测(先验)的估计方差：

更新阶段：

在该更新阶段，当前的先验预测与当前的观测信息相结合以精炼状态估计。该改进的估计被称作后验状态估计。

·革新或测量残差：

·革新(残差)方差：

·最佳Kalman增益：

·更新(后验)的状态估计：

这是在给定观测的时间n直至并包括时间m处的后验的状态估计。上述方程中的第二项被称作校正项，并且其表示用以校正因我们的测量而造成的传播状态估计的量。检查Kalman增益方程示出了，如果测量噪声较大，则R_n较大，使得K_n较小，并且在计算下一个时不会对测量y给予更多可信度。另一方面，如果测量噪声较小，则R_n较小，使得K_n较大，并且在计算下一个时将对该测量给予大量可信度。

·更新(后验)的估计方差：

P_n，n＝(I-K_nD_n)P_n，n-1 (23)

这是后验误差方差矩阵(对状态估计的估计准确度的测量)。

通常，这两个阶段交替，并且该预测提出(advance)该状态直到下一个安排的观测，而该更新并入该观测。Kalman滤波器的实际实现需要取得对噪声方差矩阵Q_n和R_n的良好估计。

测量方程

假定从主设备向从设备行进的Sync消息经历固定延迟d和可变(随机)延迟ε。类似地，假定从从设备向主设备发送的Delay_Req消息经历固定延迟d和可变(随机)延迟γ。还假定两个方向上的固定延迟分量相等(对称的通信路径)，但消息经历诸如排队延迟的可变延迟。变量θ_n和α_n是在第n个Sync消息交换期间的偏移和偏斜。

基于上述定义并且添加上面的方程(2)和(3)，该测量方程获取为

该测量方程可以被重写为

其中，n是非负时间系数，y_n＝(T_1，n-T_2，n)+(T_4，n-T_3，n)是标量，

D_n＝[2(T_2，n+T_3，n)]是矢量，是矢量，而v_n＝(γ_n-ε_n)是测量噪声。第n个采样间隔被采用为发生第n个Sync消息和第n个Delay_Req消息交换的时段。

状态(过程)方程

下面，导出时钟(过程)模型参数A和w_n。提供了导出A矩阵的两个另选方式。

模型A

在该模型中，针对时钟的过程动态被表达为

模型A中的A矩阵简单地是单位矩阵，

该模型假定偏移和偏斜相当恒定，并且整个系统行为受控于测量过程，考虑到振荡器的噪声容限比测量噪声小几个数量级，该假定是公平的。应注意到，v_n＝(γ_n-ε_n)比w_θ，n和w_α，n大许多级。

模型B

模型B中的A矩阵可以获取如下。两个点T_1，n与T_1，n-1之间的时钟偏斜可以在给出两个时钟偏移θ_n和θ_n-1的情况下估计为

因而，在说明过程噪声的同时，可以将对时钟的过程动态表达为

其中，是过程噪声矢量，其被假定成为从具有方差的零均值正态分布产生。

该系统可以用下面的双态动态模型来描述

其中，A_n是已知2乘2状态转换矩阵。

如果Sync消息之间的时间是固定的，则ΔT_n＝(T_1，n-T_1，n-1)＝Δt是常数项，而A矩阵变为

模型A与模型B之间的偏斜计算和关系

这部分考虑了上述两个模型怎样相关，并且解释了两个模型如何可以在时钟同步中使用。特别关注的是两个模型中的偏斜项之间的关系。在方程(9)和(10)中的位移因子计算方面以及在方程(4)中的偏移计算方面需要所述偏斜。

为帮助使两个模型中的偏斜相关，假定具有零延迟的系统。如果偏移θ_A和偏斜α_A根据模型A是常数，则利用(2)，获取了下面的关系

T_1，n＝(1+α_A)T_2，n+θ_A (32)

T_1，n-1＝(1+α_A)R_2，n-1+θ_A (33)

从(32)减去(33)，并且重排，模型A提供

利用(2)，导出模型B的下列表达式

T_1，n＝(1+α_B)T_2，n+θ_n (35)

T_1，n-1＝(1+α_B)T_2，n-1+θ_n-1 (36)

θ_n＝θ_n-1+α_B(T_1，n-T_1，n-1) (37)

将(37)代入(35)，得到

T_1，n＝(1+α_B)T_2，n+θ_n-1+α_B(T_1，n-T_1，n-1) (38)

从(38)减去(36)，并且重排，提供了

下面，将(34)中的α_A代入(39)中提供了使这两个模型中的偏斜相关的表达式

对于存在可忽略的PDV或没有PDV的情况来说，假定ΔT_f，n≈ΔR_f，n，其给出

α_A＝2α_B (41)

即使PDV存在于该系统中，该关系也已经经由仿真广泛地加以验证，并且已经示出保持为真。

在使用模型A时，可以直接在(9)、(10)以及(4)中使用αA，而在使用模型B时，必须使用两倍的α_B。

应注意到，来自两个模型的估计偏移和时滞在被用于根据方程(1)导出主设备(服务器)时间时产生相同结果。

上述实施方式的系统和方法除了所述结构性组件和用户交互作用以外，还可以在计算机系统(特别是计算机硬件或者计算机软件)中实现。

术语“计算机系统”包括用于具体实施系统或者执行根据上述实施方式的方法的硬件、软件以及数据存储设备。例如，计算机系统可以包括中央处理单元(CPU)、输入设备、输出设备以及数据存储部。优选地，该计算机系统具有用于提供可视输出显示的监视器(例如，在商业过程的设计中)。数据存储部可以包括RAM、磁盘驱动器或其它计算机可读介质。该计算机系统可以包括通过网络连接的单个计算设备，并且能够通过该网络彼此通信。

上述实施方式的方法可以被提供为计算机程序或者提供为承载计算机程序的计算机程序产品或者计算机可读介质，该计算机程序被设置成当在计算机上运行时执行上述方法。

术语“计算机可读介质”包括但不限于可以直接通过计算机或计算机系统读取和存取的任何非暂时媒介或介质。该介质可以包括但不限于诸如软盘、硬盘存储介质以及磁带的磁存储介质；诸如光盘或CD-ROM的光学存储介质；诸如存储器(包括RAM、ROM以及闪速存储器)的电存储介质；以及诸如磁性/光学存储介质的上述的混合和组合。

虽然本发明已经结合上述示例性实施方式进行了描述，但本领域技术人员在得到本公开时将清楚许多等同修改例和变型例。因此，上面阐述的本发明的示例性实施方式被视为示例性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所述实施方式进行各种改变。

具体地，尽管上述实施方式的方法已经被描述为在所述实施方式的系统上实现，但本发明的方法和系统不需要彼此结合来实现，而可以分别在另选系统上或利用另选方法来实现。

参考文献

[1]、M.Ouellette，Kuiwen Ji，Song Liu，and Han Li，“Using IEEE 1588andboundary clocks for clock synchronization in telecom networks，”IEEECommun.Mag.，Feb.2011，pp.164-171.

[2]、M.Ouellette，G.Garner，and S.Jobert“S.Simulations of a chain ofTelecom Boundary Clocks combined with Synchronous Ethernet for phase/timetransfer”2011International IEEE Symposium on Precision Clock Synchronizationfor Measurement Control and Communication(ISPCS)，12-16Sept.2011，pp.105-113

[3]、ITU-T Recommendation G.8271/Y.1366，Time and phase synchronizationaspects of packet networks，Feb.2012.

上面引用的所有参考通过引用并入于此。

Claims (18)

1.一种对由网络连接的主设备和从设备之间的通信中的不对称延迟进行估计的方法，该方法包括以下步骤：

从所述主设备向所述从设备发送第一定时消息和第二定时消息以及相应的第一时间戳和第二时间戳，所述第一时间戳和所述第二时间戳是根据主时钟发送所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间；

将根据从时钟在所述从设备处接收所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；

从所述从设备向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，并且将根据所述从时钟发送所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间记录为第五时间戳和第六时间戳；

将根据所述主时钟在所述主设备处接收所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳；

从所述主设备向所述从设备发送所述第七时间戳和所述第八时间戳；

从所述第一时间戳至所述第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息和发送所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息和接收所述第二定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；

估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；

将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之间的差；

从所述第五时间戳至所述第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息和发送所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息和接收所述第四定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述反向位移因子自预定时间点起的所述总和；

估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；

将反向排队延迟估计为所估计的总反向延迟与所估计的最小反向延迟之间的差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述正向位移因子的步骤和计算所述反向位移因子的步骤考虑到所述从时钟与所述主时钟相比的估计偏斜。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估计最小延迟的步骤涉及确定自定时消息的交换开始起，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估计最小延迟的步骤涉及确定在定时消息的交换之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

5.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：利用所计算的延迟，估计所述从时钟与所述主时钟相比的偏斜和偏移。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：利用所述估计的偏斜和偏移，将所述从时钟同步至所述主时钟。

7.一种从设备，所述从设备通过网络连接至具有主时钟的主设备，其中，所述从设备包括：

从时钟；以及

处理器，其中：

所述从设备被设置成：

接收从所述主设备发送的第一定时消息和第二定时消息以及作为根据主时钟发送所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间的相应的第一时间戳和第二时间戳，并且将根据所述从时钟接收所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；

向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，以使所述主设备记录根据所述主时钟接收所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间；

将根据所述从时钟发送所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间记录为第五时间戳和第六时间戳；以及

从所述主设备接收所记录的接收所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间作为第七时间戳和第八时间戳；

所述处理器被设置成：

从所述第一时间戳至所述第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息和发送所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息和接收所述第二定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；

估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；

将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之间的差；

从所述第五时间戳至所述第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息和发送所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息和接收所述第四定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述反向位移因子自预定时间点起的所述总和；

估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；

将反向排队延迟估计为所估计的总反向延迟与所估计的最小反向延迟之间的差。

8.根据权利要求7所述的从设备，其中，所述处理器被设置成在计算所述正向位移因子和所述反向位移因子时，考虑所述从时钟与所述主时钟相比的估计偏斜。

9.根据权利要求7或8所述的从设备，其中，当估计最小延迟时，所述处理器还被设置成确定自定时消息的交换开始起，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

10.根据权利要求7或8所述的从设备，其中，当估计最小延迟时，所述处理器还被设置成确定在定时消息的交换之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

11.根据权利要求7或8所述的从设备，其中，所述处理器还被设置成利用所计算的延迟来估计所述从时钟与所述主时钟相比的偏斜和偏移。

12.根据权利要求11所述的从设备，所述从设备还被设置成利用所述估计的偏斜和偏移，将所述从时钟同步至所述主时钟。

13.一种对由网络连接的主设备和从设备之间的通信中的不对称延迟进行估计的系统，该系统包括：

具有主时钟的所述主设备；

具有从时钟和处理器的所述从设备；以及

连接所述主设备和所述从设备的网络，

其中：

所述主设备被设置成向所述从设备发送第一定时消息和第二定时消息以及相应的第一时间戳和第二时间戳，所述第一时间戳和所述第二时间戳是根据所述主时钟发送所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间，

所述从设备被设置成将根据所述从时钟接收所述第一定时消息和所述第二定时消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；

所述从设备被设置成向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，并且将根据所述从时钟发送所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间记录为第五时间戳和第六时间戳；以及

所述主设备被设置成将根据所述主时钟接收所述第三定时消息和所述第四定时消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳，并且将所述第七时间戳和所述第八时间戳发送至所述从设备；

而且进一步，其中：

所述从设备中的所述处理器被设置成：

从所述第一时间戳至所述第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息和发送所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息和接收所述第二定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；

估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；

将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之间的差；

从所述第五时间戳至所述第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息和发送所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息和接收所述第四定时消息之间的间隔之间的差；

维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；

将从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述反向位移因子自预定时间点起的所述总和；

估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；

将反向排队延迟估计为所估计的总反向延迟与所估计的最小反向延迟之间的差。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器被设置成在计算所述正向位移因子和所述反向位移因子时，考虑所述从时钟与所述主时钟相比的估计偏斜。

15.根据权利要求13或14所述的系统，其中，当估计最小延迟时，所述处理器还被设置成确定自定时消息的交换开始起，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

16.根据权利要求13或14所述的系统，其中，当估计最小延迟时，所述处理器还被设置成确定在定时消息的交换之前的预定时段内，定时消息在相应方向上经历的最小延迟。

17.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述处理器还被设置成利用所计算的延迟来估计所述从时钟与所述主时钟相比的偏斜和偏移。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述从设备还被设置成利用所述估计的偏斜和偏移，将所述从时钟同步至所述主时钟。