CN106027193B - 用于网络授时系统的时钟同步方法、模块、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络授时技术领域，特别涉及一种用于网络授时系统的时钟同步方法、模块、设备和系统。目的是为了解决现有方案在多级级联时会出现时间差累积及同步精度不高的问题。本发明所述方法包括主端和从端，从端测量出来自主端的带有时间戳的网络数据与从端本地PTP计数时钟之间的相差t2＇，并记录从端Delay_Req报文的发送时间t3和Sync报文接收时间t2；主端测量出来自从端的带有时间戳的网络数据与主端本地PTP计数时钟之间的相差t4＇，并记录主端带有时间戳的本地网络数据发出的准确时间t1，从端根据测得的t1，t2，t2＇，t3，t4，t4＇计算时钟偏差和时钟延迟修正从端本地时钟，实现与主端的高精度同步。

Description

用于网络授时系统的时钟同步方法、模块、设备及系统

技术领域

本发明涉及网络授时技术领域，特别涉及一种用于网络授时系统的时钟同步方法、模块、设备及系统。

背景技术

IEEE 1588 PTP协议，全称是“IEEE 1588 Precision Clock SynchronizationProtocol，网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，简称PTP（Precision TimingProtocol，精密时间同步协议），具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。PTP的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步。同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录，并且对每一条信息增加一个“时间戳”。有了时间记录，接收端就可以计算出自己在网络中的时钟误差和时间延时。为了管理这些信息，PTP协议定义了4种多点传送的报文类型和管理报文，包括同步（Sync）报文，跟随（Follow_up）报文，延迟请求（Delay_Req）报文，延迟应答（Delay_Resp）报文。当前PTP授时主端/从端通过收发Sync报文、Follow_Up报文、Delay_Req报文、Delay_Resp报文交换数据，测得主端/从端时时间偏差和时间延迟，并进行补偿修正，从而达到主端/从端时间同步；采用125M时钟的时间戳，主端/从端点对点授时可以达到最高8ns的同步精度。但现有方案在多级级联时会出现时间差累积，限制了授时精度的提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有PTP授时精度有限和多级级联时差累积的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种用于网络授时系统的时钟同步方法，网络授时系统包括主端和从端；所述主端，用于提供带时间戳的本地网络数据，将带有时间戳的本地网络数据传递给所述从端，并记录时间t1，所述t1为所述主端带有时间戳的本地网络数据发出的准确时间；所述主端接收所述从端发送过来带时间戳的Delay_Req报文数据，记录时间t4，所述t4为所述主端接收到Delay_Req报文的时间，并将包含t4的Delay_Resp报文发送给所述从端；

所述从端，用于接收所述主端发送过来带时间戳的网络数据，记录时间t2，所述t2为所述从端接收所述主端发送过来带有时间戳的网络数据中Sync报文的时间；所述从端将本地带有时间戳的本地网络数据发送给所述主端，并记录时间t3，所述t3为所述从端带有时间戳的本地网络数据中Delay_Req报文的发送时间；

所述主端测量由所述从端发送过来的带有时间戳的网络数据帧头与本地PTP计数时钟之间的相位差，该相位差定义为t4＇，并计算t4＇＇= t4 + t4＇, 所述t4＇＇为所述主端接收所述从端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间，所述主端将t4＇＇发送给所述从端；

所述从端测量由所述主端发送过来的带有时间戳的网络数据帧头与本地PTP计数时钟之间的相位差t2＇，并计算t2＇＇= t2+ t2＇，所述t2＇＇为所述从端接收所述主端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间；

计算所述从端和所述主端之间的时钟偏差（（t2＇＇-t1）-(t4＇＇-t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇-t1）+(t4＇＇-t3)）/2，并修正所述从端本地时间。

更进一步，所述相位差t2＇和t4＇的测量过程包括如下步骤：

S1.所述主端以本地参考时钟作为频率源，生成带有时间戳的本地网络数据；

S2.所述主端以本地参考时钟作为频率源，进行PTP时间定时计数；

S3.所述从端以本地参考时钟或网络恢复时钟作为频率源，生成带有时间戳的本地网络数据；

S4.所述从端以本地参考时钟或网络恢复时钟作为频率源，进行PTP时间定时计数；

S5.所述主端将带有时间戳的本地网络数据通过以太网线缆发送给所述从端；

S6.所述从端将带有时间戳的本地网络数据通过以太网线缆发送给所述主端；

S7.所述主端测量本地PTP计数时钟与接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇；

S8.计算t4＇＇= t4 + t4＇；

S9.所述主端将t4＇＇发送给所述从端；

S10.所述从端测量本地PTP计数时钟与接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t2＇；

S11.所述从端计算t2＇＇= t2+ t2＇；

S12.所述从端计算时钟偏差（（t2＇＇-t1）-(t4＇＇-t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇-t1）+(t4＇＇-t3)）/2，并修正所述从端本地时间。

更进一步，步骤S9中t4＇＇通过Delay_Resp报文或独立数据位发送给所述从端。

更进一步，步骤S7中，采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量所述主端的本地PTP计数时钟与接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇，并包括如下步骤：

S71.将所述主端的本地PTP计数时钟传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S72.将接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据传递给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S73.高精度测量芯片或可编程逻辑芯片通过计算得到所述主端本地PTP计数时钟与接收的所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇。

更进一步，步骤S10中，采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量所述从端的本地PTP计数时钟与接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t2＇，并包括如下步骤：

S101.将所述从端的本地PTP计数时钟传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S102.将接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据传递给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S103.高精度测量芯片或可编程逻辑芯片通过计算得到所述从端本地PTP计数时钟与接收的所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t2＇。

本发明还提供一种用于网络授时系统的时钟同步设备，包括本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元、PHY（Physical Layer，物理层）接口控制单元，所述本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制，所述相差测量单元，用于测量相差t2＇或t4＇，所述主控制单元用于对PHY接口控制单元进行控制，并对接收或发送的带时间戳的网络数据进行处理，所述PHY接口控制单元，用于将主控制单元生成的数据转换成网络数据发送出去，并将网络数据转换成主控制单元能解算的数据。

更进一步，上述用于网络授时系统的时钟同步设备支持所述主端或所述从端工作模式。

本发明还提供一种用于网络授时系统的时钟同步模块，包括本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元、PHY接口控制单元，所述本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制，所述相差测量单元，用于测量相差t2＇或t4＇，所述主控制单元用于对PHY接口控制单元进行控制，并对接收或发送的带时间戳的网络数据进行处理，所述PHY接口控制单元，用于将主控制单元生成的数据转换成网络数据发送出去，并将网络数据转换成主控制单元能解算的数据。

更进一步，上述用于网络授时系统的时钟同步模块支持所述主端或所述从端工作模式。

本发明还提供一种网络授时系统，包括至少2台上述的用于网络授时系统的时钟同步设备或2块上述的用于网络授时系统的时钟同步模块。

更进一步，至少1台所述用于网络授时系统的时钟同步设备或1块所述用于网络授时系统的时钟同步模块配置为主端，至少1台所述用于网络授时系统的时钟同步设备或1块所述用于网络授时系统的时钟同步模块配置为从端。

更进一步，采用多级级联的方式完成授时，每一级都包含1台配置为主端的所述用于网络授时系统的时钟同步设备或1块配置为主端的所述用于网络授时系统的时钟同步模块和1台配置为从端的所述用于网络授时系统的时钟同步设备或1块配置为从端的所述用于网络授时系统的时钟同步模块。

本发明的有益效果是：采用本发明的测量PTP计数时钟与接收的带有时间戳的网络数据时差的方法，在多级级联时，可以测出级联引入的的时间误差，从而更精确的修正所述从端本地时间，提高所述从端与所述主端同步的精度；采用高精度时差测量芯片，进一步提高了所述从端与所述主端的同步精度，实现ps级的时间戳精度，从而实现亚ns级时间同步；同时，与以前的PTP授时方案硬件兼容，具备很好的适应性和可推广性。

附图说明

图1为本发明的网络授时系统的系统框图；

图2为现有网络授时系统采用PTP协议基于two step（双步）模式完成时钟同步原理图；

图3为现有网络授时系统采用PTP协议基于one step（单步）模式完成时钟同步原理图；

图4为本发明的网络授时系统的时钟同步原理图；

图5为采用本发明时钟同步方法的网络授时系统的时钟同步设备或模块的原理图；

图6为采用本发明的时钟同步设备或模块组成的网络授时系统。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

本发明为解决现有PTP授时方法授时精度有限和存在多级级联时差累积的问题，提供一种用于网络授时系统的时钟同步方法。图1为本发明的第一个实施例的系统框图，网络授时系统包括主端和从端，主端和从端通过PHY接口控制单元进行通信和交换带有时间戳的网络数据，主端包括主端本地参考时钟、主端时差测量以及主端PHY接口控制单元，从端包括从端本地参考时钟，从端时差测量以及从端PHY接口控制单元。如图1所示，网络授时系统使用时钟同步方法完成从端和主端之间时间的同步，该时钟同步方法，包括主端，以主端本地参考时钟作为频率源，生成主端带有时间戳的Sync报文和带有时间戳的本地网络数据，主端带有时间戳的的本地网络数据由主端PHY接口控制单元通过以太网线缆传送给从端，主端还包括时差测量，用于测量主端PHY接口控制单元内部PTP计数时钟和来自从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t4＇；还包括从端，从端以本地参考时钟或从端PHY接口控制单元从接收来自主端的带时间戳网络数据中恢复的时钟作为频率源，生成从端带有时间戳的本地网络数据，从端带有时间戳的本地网络数据由从端PHY接口控制单元通过以太网线缆传送给主端，从端还包括时差测量，用于测量从端PHY接口控制单元内部PTP计数时钟和来自主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t2＇。

图2为现有网络授时系统采用PTP协议基于two step模式完成时钟同步原理图。如图2所示，现有的PTP授时方法two step模式主端发送的网络数据中包含Sync报文、Follow_Up报文和Delay_Resp报文，Sync报文记录了报文自身预计发出时间，Follow_Up报文记录了Sync报文准确发出时间t1，Delay_Resp报文记录了Delay_Req报文的准确接收时间t4；从端发送的网络数据中包含Delay_Req报文，从端能测得Sync报文接收的时间t2，同时记录了Delay_Req报文的发出时间t3，从端根据t1，t2，t3，t4计算出从端跟主端的时钟偏差（（t2-t1）-(t4-t3)）/2和时钟延迟（（t2-t1）+(t4-t3)）/2，对从端进行时间修正，实现从端与主端同步。

图3为现有网络授时系统采用PTP协议基于one step模式完成时钟同步原理图。如图3所示，现有的PTP授时方法one step模式主端发送的网络数据中包含Sync报文、和Delay_Resp报文，Sync报文记录了报文自身准确发出时间t1，Delay_Resp报文记录了Delay_Req报文的准确接收时间t4；从端发送的网络数据中包含Delay_Req报文，从端能测得Sync报文接收的时间t2，同时记录了Delay_Req报文的发出时间t3，从端根据t1，t2，t3，t4计算出从端跟主端的时钟偏差（（t2-t1）-(t4-t3)）/2和时钟延迟（（t2-t1）+(t4-t3)）/2，对从端进行时间修正，实现从端与主端同步。

本发明的网络授时系统主端和从端采用时钟同步方法，在现有PTP授时方法的基础上，准确测得t2＇和t4＇，结合现有PTP授时方法记录的t2和t4计算出t2＇＇和t4＇＇，从而计算出更为准确的时钟偏差（（t2＇＇-t1）-(t4＇＇-t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇-t1）+(t4＇＇-t3)）/2，对从端本地时间进行修正，提高了从端与主端之间时间同步的精度。

图3为本发明的网络授时系统的时钟同步原理图。如图3所示，本发明在现有基于PTP协议授时方法的基础上，增加相差t2＇和t4＇的测量，过程如下：主端以本地参考时钟作为主端PTP定时时钟，提供给主端PHY接口控制单元，由主端PHY接口控制单元进行主端PTP时间定时计数，并生成主端本地带有时间戳的网络数据，同时主端PHY接口控制单元接收来自从端带有时间戳的网络数据，主端测量本地PTP计数时钟与来自从端带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t4＇，并计算t4＇＇= t4 + t4＇,t4＇＇为主端接收从端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间，其中，t4为主端接收到Delay_Req报文的时间，并将该t4＇＇通过Delay_Resp报文、PTP协议包保留字节或普通网络数据位的方式添加到主端本地网络数据中，并发送给从端；从端以本地参考时钟作为从端PTP定时时钟，提供给从端PHY接口控制单元，由从端PHY接口控制单元进行从端PTP时间定时计数，并生成从端本地带有时间戳的网络数据，同时接收来自主端带有时间戳的网络数据，从端测量本地PTP计数时钟与来自主端带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t2＇，并计算t2＇＇= t2+ t2＇，t2＇＇为从端接收主端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间，t2为从端接收Sync报文的时间，从端同时从来自主端的带时间戳的网络数据中获取主端带时间戳网络数据发出的时间t1和Delay_Req报文的发出时间t3，最终从端根据t1,t2＇＇,t3, t4＇＇测出更为准确的时钟偏差（（t2＇＇- t1）-( t4＇＇- t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇- t1）+( t4＇＇- t3)）/2，并用该时钟偏差和时钟延迟值对从端时钟进行补偿修正，从而实现从端与主端的高精度同步。现有PTP授时方法主端/从端仅通过收发Sync报文、Follow_Up报文、Delay_Req报文、Delay_Resp报文交换数据，测得主端/从端时钟偏差（（t2-t1）-(t4-t3)）/2和时钟延迟（（t2-t1）+(t4-t3)）/2进行补偿修正，存在无法消除网络数据在多级级联时引入的时间延迟问题。本发明提供的方法，在测得t1，t2，t3，t4的基础上，采用直接测量本地PTP计数时钟与带有时间戳的网络数据帧头相位差的方法，得到比t2和t4更为精确的t2＇＇和t4＇＇，直接测量包含网络信号在传输过程中因多级级联引入的时差在内的时间延迟，因此可以进一步提高PTP授时的精度。

主端可以采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量主端PTP计数时钟与来自从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t4＇。测量过程如下：将主端PTP计数时钟和来自从端的带有时间戳的网络数据分别传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片的测量通道，由高精度测量芯片或可编程逻辑芯片内部集成或编程实现的测量电路直接测量计算出主端PTP计数时钟与来自从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t4＇。采用芯片直接测量的方式，可以直接测得相差t4＇。由于芯片测量精度较高，可达ps级，因此，可以通过计算得到更为精确的t4＇＇= t4 + t4＇, t4＇＇为主端接收从端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间。获取更为准确的t4＇＇，为从端时间的精确修正提供了基础。

从端可以采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量从端PTP计数时钟与来自主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t2＇。测量过程如下：将从端PTP计数时钟和来自主端的带有时间戳的网络数据分别传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片的测量通道，由高精度测量芯片或可编程逻辑芯片内部集成或编程实现的测量电路直接测量计算出从端PTP计数时钟与来自主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相差t2＇。由于芯片测量精度较高，可达ps级，因此，可以通过计算得到更为精确的t2＇＇= t2 + t2＇, t2＇＇为从端接收主端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间，获取更为准确的t2＇＇，结合主端精确测量的t4＇＇，计算出更为准确的时钟偏差（（t2＇＇- t1）-( t4＇＇- t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇- t1）+( t4＇＇- t3)）/2，对从端本地时钟进行修正，从而进一步提高了授时精度。

对于上面描述的本发明的时钟同步方法，其可以通过时钟同步设备或者时钟同步模块的形式用于网络授时系统。

图4为采用本发明时钟同步方法的用于网络授时系统的时钟同步设备的原理图。如图4所示，时钟同步设备至少包括本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元、PHY物理接口控制单元。本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制；相差测量单元接收来自PHY接口控制单元的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据，测量相差t2＇或t4＇，并将测得的结果发送给PHY接口控制单元；主控制单元，对相差测量单元进行控制，控制相差测量单元的数据采集频率、速率和数量，对PHY接口控制单元进行控制，将需要传递的数据发送给PHY接口控制单元，同时接收PHY接口控制单元传送过来的网络数据，同时对本地参考时钟单元进行控制，在必要时，对本地参考时钟单元输出的参考时钟信号进行调节；PHY接口控制单元用于将主控制单元生成的数据转换成网络数据发送出去，并将网络数据转换成主控制单元能解算的数据并发送给主控制单元，同时将要进行相差测量的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据发送给相差测量单元，接收相差测量单元发送过来的测量结果。时钟同步设备，采用时钟同步方法进行PTP授时，时钟同步方法的实现主要由主控制单元和PHY接口控制单元完成，PHY接口控制单元支持IEEE 1588 PTP协议，由主控制单元对PHY接口控制单元进行控制，同时对PHY接口控制单元发送过来的数据进行处理，实现时钟同步方法中时钟偏差（（t2＇＇- t1）-( t4＇＇- t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇- t1）+( t4＇＇- t3)）/2的测量。除本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元和PHY接口控制单元外，时钟同步设备还包括显示单元、信号输入单元、信号输出单元、供电单元等；显示单元用于显示需要直观展示的信息，信号输入单元用于接收上一级精确的IRIG-B码、10MHz信号等参考信号，信号输出单元用于产生需要的时间码信号，包括pps信号、IRIG-B码信号、PTP网络授时信号、NTP网络授时信号等。时钟同步设备以时钟同步方法为核心，实现主端、从端设备之间高精度网络时间信号的传递。

此外，时钟同步设备，可以通过配置，设置成主端工作模式或从端工作模式。当时钟同步设备设置为主端工作模式时，作为时钟同步方法的主端，完成对从端的PTP授时；当时钟同步设备设置为从端工作模式时，作为时钟同步方法的从端，完成与主端之间时间的同步。主端和从端时钟同步设备硬件一致，降低了硬件维护和研制成本。

另外，本发明的时钟同步方法也可以用于网络授时系统的时钟同步模块，基本原理同样如图4所示。时钟同步模块至少包括本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元、PHY接口控制单元。本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制；相差测量单元接收来自PHY接口控制单元的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据，测量相差t2＇或t4＇，并将测得的结果发送给PHY接口控制单元；主控制单元，对相差测量单元进行控制，控制相差测量单元的数据采集频率、速率和数量，对PHY接口控制单元进行控制，将需要传递的数据发送给PHY接口控制单元，同时接收PHY接口控制单元传送过来的网络数据，同时对本地参考时钟单元进行控制，在必要时，对本地参考时钟单元输出的参考时钟信号进行调节；PHY接口控制单元用于将主控制单元生成的数据转换成网络数据发送出去，并将网络数据转换成主控制单元能解算的数据并发送给主控制单元，同时将要进行相差测量的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据发送给相差测量单元，接收相差测量单元发送过来的测量结果。时钟同步模块，采用时钟同步方法进行PTP授时，时钟同步方法的实现主要由主控制单元和PHY接口控制单元完成，PHY接口控制单元支持IEEE 1588 PTP协议,由主控制单元对PHY接口控制单元进行控制，同时对PHY接口控制单元发送过来的数据进行处理，实现时钟同步方法中时钟偏差（（t2＇＇- t1）-( t4＇＇- t3)）/2和时钟延迟（（t2＇＇- t1）+( t4＇＇- t3)）/2的测量。除本地参考时钟单元、相差测量单元、主控制单元和PHY接口控制单元外，时钟同步模块，信号输入单元、信号输出单元、供电单元等；信号输入单元用于接收上一级精确的IRIG-B码、10MHz信号等参考信号，信号输出单元用于产生需要的时间码信号，包括pps信号、IRIG-B码信号、PTP网络授时信号、NTP网络授时信号等。时钟同步模块以时钟同步方法为核心，实现主端、从端模块之间高精度网络时间信号的传递。与时钟同步设备相比，时钟同步模块集成度高，体积小，功能强大，降低了授时设备的研发周期、难度和成本。

此外，时钟同步模块，可以通过配置，设置成主端工作模式或从端工作模式。当时钟同步模块设置为主端工作模式时，作为时钟同步方法的主端，完成对从端的PTP授时；当时钟同步模块设置为从端工作模式时，作为时钟同步方法的从端，完成与主端之间时间的同步。主端和从端时钟同步模块硬件一致，降低了硬件维护和研制成本。

针对时钟同步方法的应用，本发明还提出了一种网络授时系统，该网络授时系统由至少2台时钟同步设备或2块时钟同步模块。

具体，网络授时系统中2台时钟同步设备或2块时钟同步模块，至少1台时钟同步设备或1块时钟同步模块配置为主端，至少1台时钟同步设备或1块时钟同步模块配置为从端，主端和从端之间采用时钟同步方法，实现从端与主端时间的同步。

具体，如图5所示，网络授时系统采用多级级联的方式完成授时，每一级可以认为是网络授时系统中的一个结点，每个结点都包含1台配置为主端的时钟同步设备或1块配置为主端的时钟同步模块和1台配置为从端的时钟同步设备或1块配置为从端的时钟同步模块，每个结点内部主端和从端采用时钟同步方法完成从端与主端时间同步；结点与结点之间也采用时钟同步方法，上一个结点的从端同时作为主端与下一结点相连接，下一个结点的主端同时作为从端与上一结点相连接,结点与结点之间也采用时钟同步方法完成下一结点与上一结点之间时间的同步。

本发明解决了PTP精确时钟同步协议中所存在的多级级联误差累积的问题，采用高精度测量芯片，直接精确测量主端和从端本地PTP计数时钟与接收的带时间戳的网络数据之间的相差t2＇和相差t4＇，从而为从端时间的精确修正提供了保障。采用本发明方法，能够实现亚纳秒级PTP授时精度，同时具备很好的兼容性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所述权利要求为准。

Claims (12)

1.一种用于网络授时系统的时钟同步方法，网络授时系统包括主端和从端；

所述主端，用于提供带时间戳的本地网络数据，将带有时间戳的本地网络数据传递给所述从端，并记录时间t1，所述t1为所述主端带有时间戳的本地网络数据发出的准确时间，所述主端接收所述从端发送过来带时间戳的Delay_Req报文数据，记录时间t4，所述t4为所述主端接收到Delay_Req报文的时间，并将包含t4的Delay_Resp报文发送给所述从端；

所述从端，用于接收所述主端发送过来带时间戳的网络数据，记录时间t2，所述t2为所述从端接收所述主端发送过来带有时间戳的网络数据中Sync报文的时间，所述从端将本地带有时间戳的本地网络数据发送给所述主端，并记录时间t3，所述t3为所述从端带有时间戳的本地网络数据中Delay_Req报文的发送时间；其特征在于，

所述主端测量由所述从端发送过来的带有时间戳的网络数据帧头与本地PTP计数时钟之间的相位差，该相位差定义为t4＇，并计算t4″＝t4+t4＇,所述t4″为所述主端接收所述从端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间，所述主端将t4″发送给所述从端；

所述从端测量由所述主端发送过来的带有时间戳的网络数据帧头与本地PTP计数时钟之间的相位差t2＇，并计算t2″＝t2+t2＇，所述t2″为所述从端接收所述主端发送过来的带有时间戳的网络数据的准确接收时间；

计算所述从端和所述主端之间的时钟偏差((t2″-t1)-(t4″-t3))/2和时钟延迟((t2″-t1)+(t4″-t3))/2，并修正所述从端本地时间，实现跟所述主端的高精度同步。

2.根据权利要求1所述的用于网络授时系统的时钟同步方法，其特征在于：相位差t2＇和t4＇的测量过程包括如下步骤：

S1.所述主端以本地参考时钟作为频率源，生成带有时间戳的本地网络数据；

S2.所述主端以本地参考时钟作为频率源，进行PTP时间定时计数；

S3.所述从端以本地参考时钟或网络恢复时钟作为频率源，生成带有时间戳的本地网络数据；

S4.所述从端以本地参考时钟或网络恢复时钟作为频率源，进行PTP时间定时计数；

S5.所述主端将带有时间戳的本地网络数据通过以太网线缆发送给所述从端；

S6.所述从端将带有时间戳的本地网络数据通过以太网线缆发送给所述主端；

S7.所述主端测量本地PTP计数时钟与接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇；

S8.计算t4″＝t4+t4＇；

S9.所述主端将t4″发送给所述从端；

S10.所述从端测量本地PTP计数时钟与接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t2＇；

S11.所述从端计算t2″＝t2+t2＇；

S12.所述从端计算时钟偏差((t2″-t1)-(t4″-t3))/2和时钟延迟((t2″-t1)+(t4″-t3))/2，并修正所述从端本地时间。

3.根据权利要求2所述的用于网络授时系统的时钟同步方法，其特征在于，步骤S9中t4″通过PTP协议的Delay_Resp报文、PTP协议包保留字节或普通网络数据位发送给所述从端。

4.根据权利要求2所述的用于网络授时系统的时钟同步方法，其特征在于，步骤S7中，采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量所述主端的本地PTP计数时钟与接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇，并包括如下步骤：

S71.将所述主端的本地PTP计数时钟传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S72.将接收的来自所述从端的带有时间戳的网络数据传递给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S73.高精度测量芯片或可编程逻辑芯片通过计算得到所述主端本地PTP计数时钟与接收的所述从端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t4＇。

5.根据权利要求2所述用于网络授时系统的时钟同步方法，其特征在于，步骤S10中，采用高精度测量芯片或可编程逻辑芯片测量所述从端的本地PTP计数时钟与接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的第相位差t2＇，并包括如下步骤：

S101.将所述从端的本地PTP计数时钟传送给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S102.将接收的来自所述主端的带有时间戳的网络数据传递给高精度测量芯片或可编程逻辑芯片；

S103.高精度测量芯片或可编程逻辑芯片通过计算得到所述从端本地PTP计数时钟与接收的所述主端的带有时间戳的网络数据帧头之间的相位差t2＇。

6.一种用于网络授时系统的时钟同步设备，其特征在于，包括本地参考时钟单元、相位差测量单元、主控制单元、PHY接口控制单元，所述本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制；所述相位差测量单元，用于接收来自PHY接口控制单元的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据，测量相位差t2＇或t4＇，并将测得的结果发送给PHY接口控制单元；所述主控制单元，用于对相位差测量单元进行控制，控制相位差测量单元的数据采集频率、速率和数量，对PHY接口控制单元进行控制，将需要传递的数据发送给PHY接口控制单元，同时接收PHY接口控制单元传送过来的网络数据，同时对本地参考时钟单元进行控制，在必要时，对本地参考时钟单元输出的参考时钟信号进行调节；所述PHY接口控制单元，用于将控制单元生成的数据转换成标准以太网数据发送出去，并将以太网数据转换成控制单元能解算的数据并发送给主控制单元，同时将要进行相位差测量的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据发送给相位差测量单元，接收相位差测量单元发送过来的测量结果。

7.根据权利要求6所述的用于网络授时系统的时钟同步设备，其特征在于，支持主端或从端工作模式。

8.一种用于网络授时系统的时钟同步模块，其特征在于，包括本地参考时钟单元、相位差测量单元、主控制单元、PHY接口控制单元，所述本地参考时钟单元给主控制单元和PHY接口控制单元提供时钟，同时接收主控制单元的频率调节控制；所述相位差测量单元，用于接收来自PHY接口控制单元的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据，测量相位差t2＇或t4＇，并将测得的结果发送给PHY接口控制单元；所述主控制单元，用于对相位差测量单元进行控制，控制相位差测量单元的数据采集频率、速率和数量，对PHY接口控制单元进行控制，将需要传递的数据发送给PHY接口控制单元，同时接收PHY接口控制单元传送过来的网络数据，同时对本地参考时钟单元进行控制，在必要时，对本地参考时钟单元输出的参考时钟信号进行调节；所述PHY接口控制单元，用于将控制单元生成的数据转换成标准以太网数据发送出去，并将以太网数据转换成控制单元能解算的数据并发送给主控制单元，同时将要进行相位差测量的PTP计数时钟和带有时间戳的网络数据发送给相位差测量单元，接收相位差测量单元发送过来的测量结果。

9.根据权利要求8所述的用于网络授时系统的时钟同步模块，其特征在于，支持主端或从端工作模式。

10.一种网络授时系统，其特征在于，包括至少2台如权利要求6所述的用于网络授时系统的时钟同步设备或2块如权利要求8所述的用于网络授时系统的时钟同步模块。

11.根据权利要求10所述一种网络授时系统，其特征在于，至少1台所述用于网络授时系统的时钟同步设备或1块所述用于网络授时系统的时钟同步模块配置为主端，至少1台所述用于网络授时系统的时钟同步设备或所述用于网络授时系统的时钟同步模块配置为从端。

12.根据权利要求10所述一种网络授时系统，其特征在于，采用多级级联的方式完成授时，每一级都包含1台配置为主端的所述用于网络授时系统的时钟同步设备或所述用于网络授时系统的时钟同步模块和1台配置为从端的所用于网络授时系统的述时钟同步设备或所述用于网络授时系统的时钟同步模块。