CN107425936B - 一种透明时钟测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透明时钟测量装置，包括测量节点，测量节点包括发送\接收调度模块，发送\接收调度模块与MAC模块和发送等待计时模块连接；发送等待计时模块与组帧模块连接，组帧模块与同步处理模块连接；固化排队模块、固化计算模块和同步处理模块顺序单向连接；其中组帧模块与MAC模块连接，固化排队模块与MAC模块连接；其中MAC模块与PHY模块双向连接。采用纯硬件设计能够实现纳秒级测量精度，提升网络时钟同步质量。

Description

一种透明时钟测量装置
技术领域
本发明属于透明时钟技术领域，涉及一种分布式网络时钟同步中透明时钟的测量技术；具体涉及一种透明时钟测量装置。
背景技术
透明时钟是时间触发以太网(简称TTE)中同步控制帧(简称PCF)自发送端启动发送到接收端完成固化的总延时，TTE采用的SAEAS6802时钟同步协议中定义了透明时钟的概念，但未说明其实现方法，透明时钟使同步节点能够在本地恢复网络远端节点的时钟，是网络时钟同步的重要参数，透明时钟的测量精度直接影响时钟同步质量。
目前透明时钟多依靠软件进行主从应答式测量，测量方式的实现可参见IEEE1588V2，软件测量精度较低，一般为微秒级，测量时需在两个节点间进行多次同步帧的通信，占用较多通信资源，测量开销较大。
发明内容
本发明提供了一种透明时钟测量装置，采用纯硬件设计能够实现纳秒级测量精度，提升网络时钟同步质量。
本发明的技术方案是：一种透明时钟测量装置，包括测量节点，测量节点包括发送\接收调度模块，发送\接收调度模块与MAC模块和发送等待计时模块连接；发送等待计时模块与组帧模块连接，组帧模块与同步处理模块连接；固化排队模块、固化计算模块和同步处理模块顺序单向连接；其中组帧模块与MAC模块连接，固化排队模块与MAC模块连接；其中MAC模块与PHY模块双向连接。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中同步处理模块在预定发送时刻启动组帧模块进行组帧，此时同步控制帧透明时钟域为静态发送延时值。
其中发送等待计数模块启动计数，并且发送\接收调度模块发送同步控制帧。
其中组帧模块获取发送等待计数模块的计数值，并且修改透明时钟域。
其中MAC模块解析同步控制帧并获取透明时钟域。
其中固化排队模块进行计数，直至固化计算模块空闲时，固化排队模块停止计数，得到计数值；该计数值与透明时钟域相加，得到最终透明时钟值。
其中将同步控制帧的有效信息和最终透明时钟值输入固化计算模块进行计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置为基于AS6802协议的透明时钟测量装置，通过硬件实现透明时钟的测量，精度可达纳秒级别，该装置能够用于交换式网络中，应用范围广，能够满足系统的不同要求；本发明中透明时钟的测量工作通过底层硬件完成，降低了用户的使用难度。
更进一步的，本发明中静态发送延时和动态发送延时由发送端通过硬件方式累加到同步控制帧的透明时钟域中，透明时钟域处于同步控制帧数据域的20字节至27字节，位于数据域中段，故当同步控制帧数据前沿进入MAC时，发送端得到当前的透明时钟值，能够及时修改透明时钟域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的测量模型图。
图中：1为发送节点；2为发送等待计数模块；3为MAC模块；4为PHY模块；5为中继节点；6为接收PHY节点；7为接收MAC；8为中继节点发送等待计数模块；9为发送MAC；10为发送PHY；11为接收节点；12为接收节点接收PHY；13为接收节点接收MAC；14为接收等待计数模块；15为测量节点；16为发送/接收调度模块；17为同步处理模块；18为组帧模块；19为固化计算模块；20为固化排队模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种透明时钟测量装置，如图1所示，包括测量节点15，测量节点15包括发送\接收调度模块16，发送\接收调度模块16与MAC模块3和发送等待计时模块2连接；发送等待计时模块2与组帧模块18连接，组帧模块18与同步处理模块17连接；固化排队模块20、固化计算模块19和同步处理模块17顺序单向连接；其中组帧模块18与MAC模块3连接，固化排队模块20与MAC模块3连接；其中MAC模块3与PHY模块4双向连接。
本发明的装置中增加了PCF发送等待计数机制，从预定发送时刻点开始启动PCF发送等待计数，到调度模块允许PCF发送，PCF有效数据开始输入MAC时停止计数，准确测算动态发送延时的长度，采用硬件实现测量精度可达到纳秒级别。
本发明中将接收延时定义为从同步控制帧第一个前导位进入MAC模块(离开PHY模块)到完成该同步控制帧固化计算之间的时长，可以分为两部分。第一部分为：静态接收延时，同步控制帧从第一个前导位进入MAC模块到完成同步控制帧解析的时长，确定采用的MAC模块的处理方式后，该部分时长为固定值。静态接收延时需测量同步控制帧进入MAC模块的数据前沿和离开MAC模块的数据前沿间的长度，测量后配置静态接收延时寄存器，将此值作为透明时钟测量过程中的固定参数；第二部分，动态接收延时，即同步控制帧解析完成到固化计算完成的时长，该部分时长取决于固化计算模块的工作情况，如模块忙碌则同步控制帧需要等待，该部分时长不定为动态接收延时，固化计算可参看SAE AS6802协议。
固化计算模块19提取当前本地时钟和透明时钟计算固化点，该模块忙碌时，新到的同步控制帧需排队等待固化计算，在此情况下，固化计算模块19提取的接收时刻相比实际接收时刻有所延迟，故透明时钟也需要相应延长。本发明在同步控制帧固化计算模块19中加入接收等待计数机制，从同步控制帧解析完成开始计数，到同步控制帧开始进行固化计算时停止计数，准确测算同步控制帧固化排队时长，即接收动态延时的长度，采用硬件实现测量精度可以达到纳秒级别。
本发明中继节点在接收同步控制帧过程中完成静态接收延时的测量，发送过程中完成动态发送延时、静态发送延时的测量。其中静态接收延时、静态发送延时测量方式与前文所述一致，动态发送延时测量时发送等待计数器启动时刻有所不同，计数器启动时刻为同步控制帧第一个前导位离开接收MAC的时刻点，停止时刻为该同步控制帧第一个前导位进入发送MAC的时刻点，计数器的时长准确测量出该同步控制帧在中继节点中的动态发送延时。具体的，将线延时定义为发送端PHY延时、接收端PHY延时和线缆传输延时的总和，采用确定的组网硬件和网络拓扑后，线延时固定，属于静态延时，通过示波器或其它工具测量帧数据进入发送PHY的数据前沿和离开接收PHY的数据前沿即可得到相邻节点之间的延时，完成测量后配置线延时寄存器，将此值作为透明时钟测量过程中的固定参数，线延时由PCF传输路径上的的每一级接收端进行累加计算。
本发明的具体实施例为，设计单跳网络透明时钟测量模型，如图2所示：包括发送节点1、中继节点5和接收节点11。发送节点1包括发送等待计数模块2、MAC模块3和PHY模块4；中继节点5包括接收PHY节点6、接收MAC7、中继节点发送等待计数模块8、发送MAC9和发送PHY10；接收节点11包括接收节点接收PHY12、接收节点接收MAC13和接收等待计数模块14。
具体的，其中同步控制帧在发送节点1处完成发送等待计数模块2的累加计数，并获取MAC模块3的配置值；在实际发送时刻更新同步控制帧透明时钟域；在中继节点5处完成组帧模块18的累加计数，获取PHY传输延时、线缆传输延时、静态接收延时、静态接收延时的配置值，提取同步控制帧中透明时钟域值，在实际发送时刻累加到原透明时钟域中；在接收节点11处完成对动态接收延时的累加计数，提取PHY传输延时、线缆传输延时、静态接收延时的配置值，提取同步控制帧中透明时钟域值，在实际固化计算点完成透明时钟值得最终累加计算。
单跳传输模型中同步控制帧透明时钟在发送节点1、中继节点5、接收节点11中完成发送节点的透明时钟域测量范围，中继节点透明时钟域测量范围，接收节点透明时钟域测量范围；透明时钟总长度为上述三个测量范围之和。
其中发送节点的透明时钟域测量范围为发送节点的动态发送延迟和发送节点的静态发送延时之和；其中中继节点透明时钟域测量范围为发送节点中PHY传输延时、发送节点和中继节点之间的线缆传输延时、中继节点的PHY传输延时、中继节点的静态接收延时、中继节点的动态发送延时和中继节点的静态发送延时之和；接收节点透明时钟域测量范围为中继节点的PHY传输延时、终结节点与接收节点之间的线缆传输延时、接收节点的PHY传输延时、接收节点的静态接收延时和接收节点的动态接收延时之和。
对于多跳网络模型来说，发送节点和接收节点的透明时钟测量方法不变，仅需要按跳数增加中继节点的测量次数即可。

Claims (7)

1.一种透明时钟测量装置，其特征在于，包括测量节点(15)，测量节点(15)包括发送\接收调度模块(16)，发送\接收调度模块(16)与MAC模块(3)和发送等待计时模块(2)连接；发送等待计时模块(2)与组帧模块(18)连接，组帧模块(18)与同步处理模块(17)连接；固化排队模块(20)、固化计算模块(19)和同步处理模块(17)顺序单向连接；
所述组帧模块(18)与MAC模块(3)连接，固化排队模块(20)与MAC模块(3)连接；
所述MAC模块(3)与PHY模块(4)双向连接。
2.根据权利要求1所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述同步处理模块(17)在预定发送时刻启动组帧模块(18)进行组帧，此时同步控制帧透明时钟域为静态发送延时值。
3.根据权利要求2所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述发送等待计数模块(2)启动计数，并且发送\接收调度模块(16)发送同步控制帧。
4.根据权利要求3所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述组帧模块(18)获取发送等待计数模块(2)的计数值，并且修改透明时钟域。
5.根据权利要求1所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述MAC模块(3)解析同步控制帧并获取透明时钟域。
6.根据权利要求5所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述固化排队模块(20)进行计数，直至固化计算模块(19)空闲时，固化排队模块(20)停止计数，得到计数值；该计数值与透明时钟域相加，得到最终透明时钟值。
7.根据权利要求6所述的透明时钟测量装置，其特征在于，所述同步控制帧解析完成后，固化排队模块(20)开始计数，同步控制帧开始进行固化计算时，固化排队模块(20)停止计数，得到计数值并发给固化计算模块(19)；固化计算模块(19)将计数值与透明时钟域相加得到最终透明时钟值。
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