CN106936528A - 对基于网络的定时系统中的内部不对称延迟的自适应补偿 - Google Patents

Abstract

本发明公开对基于网络的定时系统中的内部不对称延迟的自适应补偿。本发明的实施例包括基于网络的定时仪器，其具有与从设备通信的主单元和内部交换机。主单元包括定时补偿器。内部交换机通过内部网络耦合到主单元并且还被耦合到在基于网络的定时仪器外部的外部网络。内部交换机被构造成向主单元提供内部网络和外部网络的速度信息，并且主单元的定时补偿器基于由内部交换机提供的速度信息而被修改。主单元还可以基于由主单元发送的消息的消息长度来修改定时补偿器。而且内部交换机可以被构造成向主单元提供传入和/或传出消息滞留时间信息，并且主单元可以基于这样的滞留时间信息来修改定时补偿器。相同技术可以应用于基于网络的定时仪器的从节点。

Description

对基于网络的定时系统中的内部不对称延迟的自适应补偿

技术领域

本公开一般涉及基于网络的时间分配设备，并且更特别地涉及用于对基于网络的定时系统中的不对称延迟进行补偿的系统。

背景技术

通信网络可以包括在发送节点和接收节点之间的网络交换机。网络交换机将业务（traffic）引导到网络上的被寻址的节点，这通过减小向网络的所有节点广播业务的需要而节省网络业务。在操作中，许多网络交换机使用“存储和转发”技术，其在消息被发送到期望的目的地地址之前接收由多个数据包形成的整个消息。

网络延迟变化是在通信网络上分配时间中的主要困难中的一个。网络延迟变化的一个类型是消息传播的一个方向比对另一个的变化。这通常被称作网络延迟不对称。

存在可以引起延迟不对称的若干机制，但它们中的一个是交换机的两个端口上的速率失配。交换机的“存储和转发”机制要求在输出转发过程开始之前将整个消息存储在交换机缓冲器中。滞留时间是从消息的第一网络包被接收到交换机中时直到相同消息的第一包被从交换机发送的时间。换言之，交换机的滞留时间一般是用来以交换机的输入速率存储消息数据的时间。如果消息以缓慢速度输入到交换机并且以高速度输出，则由于交换机在将整个消息发送出之前对其进行缓冲的事实，从第一包被接收的时间直到第一包退出的延迟相对长，并且由于缓慢的网络速度，消息缓慢地加载到交换机中。相反地，如果消息以快的速度输入到交换机并且以缓慢的速度输出，则从第一包被接收的时间直到第一包退出的延迟相对短，因为交换机以较高的网络速度相对快速地接收了整个消息。因此，当在交换机的输入端口和输出端口处的速率不同时，交换机的滞留时间随着行进的方向而变化。

在包括不同的通信速度的网络中，定时准确性因为交换机操作的方式而相对于相同速度的网络受损害（suffer）。诸如精确时间协议（IEEE 1588-2002（v1）或IEEE 1588-2008（v2））的某些定时协议不计及不对称延迟，并且替代地在延迟计算中通过假定两个方向是相等的而有效地使用两个延迟的平均。

滞留时间变化，即交换机接收和缓冲消息所花费的时间，是两个网络速率和消息长度的函数。诸如透明交换机的某些交换机向接收设备报告滞留时间信息，因此接收机可以在它的速度确定中计及滞留时间。然而，透明交换机是昂贵的并且不普遍地可用在所有网络上，并且因此难以准确地检测和测量混合速度网络中的不对称延迟。

本发明的实施例致力于现有技术的这些和其他限制。

发明内容

本发明的实施例包括基于网络的定时仪器，其具有主单元和内部交换机。主单元包括定时补偿器。内部交换机通过内部网络耦合到主单元并且还被耦合到在基于网络的定时仪器外部的外部网络。内部交换机被构造（structure）成向主单元提供内部网络的速度信息和外部网络的速度信息，并且主单元的定时补偿器基于由内部交换机提供的速度信息而被修改。主单元还可以基于由主单元发送的消息的消息长度来修改定时补偿器。并且内部交换机可以被构造成向主单元提供传入和/或传出消息滞留时间信息，并且主单元可以基于这样的滞留时间信息来修改定时补偿器。

调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法包括从内部交换机得到外部网络的速度信息并且基于来自内部交换机的速度信息并且基于内部网络的速度来调整基于网络的定时设备的定时补偿。其他方法包括基于从内部交换机得到的滞留时间信息来调整基于网络的定时设备的定时补偿。

附图说明

参考本发明的实施例，其示例可能在附图中被图示。意图这些图是说明性的，不是限制性的。尽管在这些实施例的上下文中描述了本发明，但是应该理解，不意图该描述将本发明的范围限于这些特定实施例。

图1是图示根据本发明的实施例的包括合并的内部交换机的定时仪器的部分的框图。

图2是图示根据本发明的实施例的用于基于结合图1的内部交换机确定的通信速率来设置各种定时补偿的操作的示例流程图。

图3是图示根据本发明的实施例的用于基于结合图1的内部交换机的时间测量来补偿主部件的时基的操作的示例流程图。

具体实施方式

以下详细描述将指一个或多个实施例，但本发明不限于这样的实施例。相反，意图所呈现的详细描述和（一个或多个）任何实施例仅是说明性的。本领域那些技术人员将容易地领会，出于解释目的提供了本文中关于图给出的详细描述，因为本发明延伸超出这些被限制的实施例。

贯穿本描述和权利要求使用某些术语以指特定的系统部件。在以下讨论中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式被使用，并且因此应该被解释成意味着“包括但不限于……”。诸如“被耦合到”和“被连接到”等的短语在本文中被用来描述两个设备、元件和/或部件之间的连接并且被意图（除非被另外具体地约束）意味着在适当的情况下例如经由一个或多个介入元件或部件或者经由无线或其他连接而物理地、光学地和/或电气地直接耦合到一起或间接耦合到一起。术语“系统”广泛地指两个或更多部件的集合并且可以被用来指总系统（例如，通信系统、接收系统、测试系统、计算机系统或这样的设备/系统的网络）、被作为较大系统的部分提供的子系统，和/或关于这样的系统或子系统的操作的过程或方法。

图1是图示根据本发明的实施例的包括合并的内部交换机的定时仪器100的一部分的框图。仪器100包括网络上的主节点110，其被内部地连接到被合并到测量仪器100中的交换机120。交换机120可以针对网络速度的多个组合并且针对通过其的通信消息的各种长度而被表征。该表征允许仪器100提供具有校正的时间戳的消息，所述时间戳允许从设备140调整它的时钟以匹配主设备110中的时钟到高度的准确性。

内部交换机120在端口A处通过以例如100 Mbps的本地通信速度操作的内部网络112耦合到网络主节点110。内部交换机通过外部网络132耦合到外部交换机130，所述外部网络132可以以若干速度中的一个例如10 Mbps、100 Mbps或1000 Mbps操作。当然，其他网络速度是可能的并且本发明不限于在任何特定的网络速度上操作。从交换机120到外部网络132的通信通过端口B发生。外部交换机130通过另一网络142耦合到从设备140，所述另一网络142优选地以外部网络132的速度操作。在操作中，主设备110通过经由内部交换机120和外部交换机130向从设备140发送由许多包形成的通信消息而与从设备140通信。从设备140向主设备110传送消息。

在第一实施例中，主设备110以常规的方式诸如通过从交换机120中的寄存器或存储在所述交换机120中的文件直接读取网络链路速度来检测网络132的速度。从交换机120到主设备100的速率信息的传送可以通过内部网络112或经由分离的通信链路122发生。该网络速度然后可以被用来直接地设置针对主设备110中的网络速度的校正因数，如下面参考图2描述的那样。例如，主设备110可以在网络132正在以100 Mbps的本地内部网络速度操作时设置零时间校正因数，在网络132正在比内部网络更快速地操作（诸如1000 Mbps）时设置缩短的校正，并且在网络正在比内部网络更缓慢地操作（诸如10 Mbps）时设置延长的校正。主设备110然后可以在对到和来自从设备140的消息加时间戳时使用该校正因数。

图2是图示根据本发明的实施例的用以基于由图1的内部交换机检测的通信速率来设置各种定时补偿的操作的示例流程图。流程200在操作210中开始并且进行到操作212，其中主设备110确定网络132的速度。如上面描述的那样，主设备110可以通过查询被附接到网络132的交换机120而进行该操作。

接下来，在操作215中，主设备110使用来自交换机120的信息来确定网络132是否正在以定时仪器100内部的本地速率操作，所述本地速率在该示例中是100 Mbps。如果网络132正在以将主设备110耦合到交换机120的本地网络速率操作，则在操作220中将校正因数设置在0处。

如果代替地交换机120报告网络132没有正在以它的本地速率操作，则流程200在操作230中确定网络132是否正在以例如1000 Mbps的另一速率操作。如果网络132以特定速率操作，则流程200退出操作230到另一查询操作240，所述另一查询操作240确定哪个长度消息正在由主设备110发送。如果主设备110正在发送短消息，诸如在长度上为86字节，则主设备110将定时校正设置在诸如-3 μs的第一设定处。如果代替地主设备正在发送长消息，诸如在长度上为106字节，则主设备110将定时校正设置在诸如-3.5 μs的另一设定处。可能存在多于仅两个不同的消息长度，在该情况下查询操作240将包括多于两个比较。在这样的情况下，每个消息长度可以以具体检测到的速度接收具体针对消息长度的特定校正设定。或者，在其他实施例中，例如当定时仪器100总是发送和接收相同大小消息时，则根本不执行消息长度查询240。在这样的情况下，诸如-3 μs的预确定的静态校正被设置为仅通过网络的速度而被确定。

如果网络132没有正在以前两个检测到的速度中的任一个操作，则查询操作250检查来看它是否正在以例如10 Mbps的第三速度操作。再次，如果网络132正在以检测到的速度操作，则将由主设备110发送的消息长度可以被用来确定特定的定时校准设定。例如，如果消息长度是短消息长度，诸如86字节，则定时校正因数被设置在例如+30 μs处。相反地，如果消息长度是长消息长度，诸如106字节，则定时校正因数被设置在例如+32 μs处。并且，如上面那样，在其中定时仪器100总是发送和接收相同大小消息的情况下，则定时校正被设置成预确定的静态校正，诸如+30 μs。

因此，通过使用该操作方法，主设备110的时基可以被预校正以对正向和反向消息滞留时间中的任何差异进行补偿。在一个实施例中，校正被确定成是正向和反向滞留时间中的不对称的一半。

对使用基于网络132的速度的固定校正值的替代是交换机120测量在每个消息进入和离开交换机时的时间。利用该信息，主设备可以直接计算不对称，然后做出针对这样的不对称的补偿。

图3是图示根据本发明的实施例的用以基于通过图1的内部交换机120的时间测量来补偿主部件的时基的操作的示例流程图。流程300在操作305处开始，其中内部交换机120捕捉在来自主设备110的消息在端口A处进入内部交换机时的时间戳。内部交换机120还捕捉在相同消息在端口B处离开内部交换机120时的时间戳。如上面描述的那样，交换机120在将消息发送到外部网络之前存储组成消息的所有包。在操作315中，使用时间戳数据，可以通过比较两个时间戳值来确定传出消息的滞留时间。该比较可以发生在交换机120或主设备110中。

为了测量传入消息的滞留时间，反过来使用传入消息来捕捉相同数据。更详细地，在操作320中，从从设备140或被连接的网络上的其他节点发送到主设备110的消息在其在端口B处进入内部交换机120时被加时间戳。如上面那样，内部交换机120在将消息发送到主设备110之前等待直到整个消息被接收。在操作325中，内部交换机120还在其将消息发送到主设备110时对时间加时间戳。并且如上面描述那样，在操作330中，主设备110或内部交换机120或结合操作的两者比较返回消息的两个时间戳以确定针对返回消息的滞留时间。

使用在正向和返回方向两者上的滞留时间，如上面参考操作315、330描述的那样，在操作335中，主设备110可以确定传出和传入消息的滞留时间的不对称。在可选的操作340中，过程305-335中的任何或全部可以被重复一次或多次以减小来自噪声或潜在地虚假的数据的影响。

一旦由主设备110确定了不对称滞留时间数据，就可以由主设备110诸如通过对主设备的时基补偿与该确定相关的值来执行在主设备110或设备100中的其他地方中的任何定时校正。

尽管上面关于主设备110参考内部交换机120描述了定时校正，但是还可以利用被耦合到从设备140的（未画出的）另一交换机在从设备140上执行自适应补偿。以那种方式，可以在网络的两端上对任何网络延迟或失配进行补偿，这给基于网络的定时系统提供精确受控的且可预测的定时。

对本领域技术人员将很好理解的是，本发明不限于任何特定标准，而是可适用于具有类似架构的系统而不脱离发明范围。

已经出于清楚和理解的目的描述了前述描述。鉴于对本文中描述的实施例的种种置换，意图本描述仅是说明性的并且不应该被理解为限制本发明的范围。尽管已经出于说明的目的图示和描述了本发明的具体实施例，但是可以做出各种修改而不脱离本发明的精神和范围。因此，除了如由所附权利要求书限制之外，本发明不应该被限制。

Claims (22)

1.一种基于网络的定时仪器，包括：

主单元，被耦合到内部网络并且被构造成生成消息并且对所述消息加时间戳，主单元包括定时补偿器；以及

内部交换机，被通过内部网络耦合到主单元并且被耦合到在基于网络的定时仪器外部的外部网络，内部交换机被构造成向主单元提供内部网络的速度信息和外部网络的速度信息。

2.根据权利要求1所述的基于网络的定时仪器，其中主单元被构造成基于由内部交换机提供的速度信息来修改主单元的定时补偿器。

3.根据权利要求1所述的基于网络的定时仪器，其中主单元被构造成基于由内部交换机提供的速度信息并且基于由主单元发送的消息的消息长度信息来修改主单元的定时补偿器。

4.根据权利要求1所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被构造成向主单元提供消息滞留时间信息。

5.根据权利要求4所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被构造成通过提供当由主单元生成的消息中的一个进入内部交换机时的时间戳数据和当由主单元生成的消息中的一个退出内部交换机时的时间戳数据来生成针对传出消息的消息滞留时间信息。

6.根据权利要求5所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被进一步构造成通过提供当去往主单元的消息从外部网络进入内部交换机时的时间戳数据和当去往主单元的消息退出内部交换机时的时间戳数据来生成针对传入消息的消息滞留时间信息。

7.根据权利要求6所述的基于网络的定时仪器，其中主单元被构造成基于针对传出消息的消息滞留时间信息和针对传入消息的消息滞留时间信息来修改主单元的定时补偿器。

8.根据权利要求1所述的基于网络的定时仪器，其中如果内部网络的速度匹配外部网络的速度，则主单元不进行定时补偿。

9.一种基于网络的定时仪器，包括：

从单元，其被耦合到内部网络并且被构造成生成消息并且对所述消息加时间戳，从单元包括定时补偿器；以及

内部交换机，被通过内部网络耦合到从单元并且被耦合到在基于网络的定时仪器外部的外部网络，内部交换机被构造成向从单元提供内部网络的速度信息和外部网络的速度信息。

10.根据权利要求9所述的基于网络的定时仪器，其中从单元被构造成基于由内部交换机提供的速度信息来修改从单元的定时补偿器。

11.根据权利要求9所述的基于网络的定时仪器，其中从单元被构造成基于由内部交换机提供的速度信息并且基于由从单元发送的消息的消息长度信息来修改从单元的定时补偿器。

12.根据权利要求9所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被构造成向从单元提供消息滞留时间信息。

13.根据权利要求12所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被构造成通过提供当由从单元生成的消息中的一个进入内部交换机时的时间戳数据和当由从单元生成的消息中的一个退出内部交换机时的时间戳数据来生成针对传出消息的消息滞留时间信息。

14.根据权利要求13所述的基于网络的定时仪器，其中内部交换机被进一步构造成通过提供当去往从单元的消息从外部网络进入内部交换机时的时间戳数据和当去往从单元的消息退出内部交换机时的时间戳数据来生成针对传入消息的消息滞留时间信息。

15.根据权利要求14所述的基于网络的定时仪器，其中从单元被构造成基于针对传出消息的消息滞留时间信息和针对传入消息的消息滞留时间信息来修改从单元的定时补偿器。

16.根据权利要求9所述的基于网络的定时仪器，其中如果内部网络的速度匹配外部网络的速度，则从单元不进行定时补偿。

17.一种用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，基于网络的定时设备包括内部网络并被耦合到外部网络，基于网络的定时设备包括内部交换机，该方法包括：

从内部交换机得到外部网络的速度信息；以及

基于来自内部交换机的速度信息并且基于内部网络的速度来调整基于网络的定时设备的定时补偿。

18.根据权利要求17所述的用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，进一步包括基于由主单元生成的消息的长度来调整基于网络的定时设备的定时补偿。

19.根据权利要求17所述的用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，进一步包括：

通过将当由消息发送单元生成的消息进入内部交换机时的第一传出时间戳数据与当由消息发送单元生成的消息退出内部交换机时的第二传出时间戳数据比较来生成传出滞留时间信息；以及

通过将当由消息发送单元生成的消息进入内部交换机时的第一传入时间戳数据与当由消息发送单元生成的消息退出内部交换机时的第二传入时间戳数据比较来生成传入滞留时间信息。

20.根据权利要求17所述的用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，进一步包括基于传出滞留时间信息和传入滞留时间信息来调整基于网络的定时设备的定时补偿。

21.根据权利要求17所述的用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，其中调整基于网络的定时设备的定时补偿包括调整主单元中的定时补偿。

22.根据权利要求17所述的用于调整基于网络的定时设备的网络定时补偿的方法，其中调整基于网络的定时设备的定时补偿包括调整从单元中的定时补偿。