CN111385048B - 一种时间同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种时间同步方法及系统；上述时间同步方法，包括：时钟主设备向时钟从设备发送携带第一时间戳的第一时间报文；时钟主设备从时钟从设备接收携带第二时间戳和第三时间戳的第二时间报文，并将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文；时钟主设备复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备发送第三时间报文。本申请可以实现多设备间快速有效的高精度时间同步。

Description

一种时间同步方法及系统

技术领域

本申请实施例涉及但不限于通信技术领域，尤指一种时间同步方法及系统。

背景技术

在第五代移动通信技术(5G，Fifth-Generation)网络通信中，对网络时间同步的要求变得很高，比如，承载网的单个节点设备同步精度将达到纳秒级。而且，承载网络中多台设备通过集群、多虚一等技术方法来提高容量和速度，并作为网络中的单个节点时，需要提供高精度的时间同步。

发明内容

本申请实施例提供一种时间同步方法及系统，可以实现多设备间快速有效的高精度时间同步。

一方面，本申请实施例提供一种时间同步方法，包括：时钟主设备向时钟从设备发送第一时间报文；时钟主设备从时钟从设备接收携带第二时间戳和第三时间戳的第二时间报文，并将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文；时钟主设备复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备发送第三时间报文；其中，第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；第二时间戳用于指示时钟从设备接收到第一时间报文的时刻，第三时间戳用于指示时钟从设备发送第二时间报文的时刻。

另一方面，本申请实施例提供一种时间同步方法，包括：时钟从设备从时钟主设备接收携带第一时间戳的第一时间报文，并将第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入第一时间报文；时钟从设备复制第一时间报文生成第二时间报文，向时钟主设备发送第二时间报文，并将第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入第二时间报文；时钟从设备从时钟主设备接收第三时间报文，并根据从第三时间报文获取的第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，计算时钟从设备与时钟主设备之间的时间偏差；时钟从设备根据时间偏差，调整自身的时间；其中，第一时间戳用于指示时钟主设备发送第一时间报文的时刻；第四时间戳用于指示时钟主设备接收到第二时间报文的时刻。

另一方面，本申请实施例提供一种时间同步系统，包括：时钟主设备以及时钟从设备；时钟主设备适于向时钟从设备发送第一时间报文，所述第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；时钟从设备适于将第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入第一时间报文，复制第一时间报文生成第二时间报文，向时钟主设备发送第二时间报文，并将第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入第二时间报文；时钟主设备还适于将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文，复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备发送第三时间报文；时钟从设备还适于接收第三时间报文，根据从第三时间报文获取的第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，计算时钟从设备与时钟主设备之间的时间偏差；根据时间偏差，调整自身的时间。

另一方面，本申请实施例提供一种时间主设备，包括：第一存储器和第一处理器，所述第一存储器适于存储时间同步程序，所述时间同步程序被所述第一处理器执行时实现上述时间主设备侧的时间同步方法。

另一方面，本申请实施例提供一种时间从设备，包括：第二存储器和第二处理器，所述第二存储器适于存储时间同步程序，所述时间同步程序被所述第二处理器执行时实现上述时间从设备侧的时间同步方法。

另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读介质，存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现上述时间主设备侧的时间同步方法的步骤。

另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读介质，存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现上述时间从设备侧的时间同步方法的步骤。

在本申请实施例中，通过时钟主设备和时钟从设备之间的时间报文的交互，将第一至第四时间戳携带在时间报文中，从而方便时钟从设备收集多个时间戳，便于直接获得同一组时间戳，从而实现设备间快速有效的高精度时间同步。

本申请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，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为主从时钟通过1588协议进行报文交互的示意图；

图2为本申请实施例提供的时间同步系统的一种交互示意图；

图3为本申请实施例提供的时间报文的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的时间同步系统的一种交互流程图；

图5为本申请实施例提供的时间同步系统的一种示意图；

图6为本申请实施例提供的时间同步系统的另一种示意图；

图7为本申请实施例提供的一种时间同步方法的流程图；

图8为本申请实施例提供的另一种时间同步方法的流程图；

图9为本申请实施例提供的一种应用组网示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种应用组网示意图；

图11为本申请实施例提供的一种时钟主设备的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种时钟从设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。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任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

多个物理设备间可以通过GPS(Global Positioning System，全球定位系统)输入输出端口(串行口1PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)+TOD(Time Of Day，时间信息))来传递时钟时间，此实现方式简单且成本低廉。目前的设备上一般均存在此端口，通过网线即可完成组网互联。然而，该方案已不能满足5G时代的高精度时间同步要求。如RJ45接口传输422差分电平的1PPS，仅器件输出延时就会达20至30纳秒(ns)，加上线缆和接收延时，时间同步精度将完全无法保证。即使加入延时补偿和校准，最理想情况下时间同步也会是几十纳秒级。而且，通过上述方式进行的组网繁复，每根互联线均需要单独测量时延，不利于后续更新维护。

另外，可以通过网络接口运行精确时间同步协议(IEEE 1588)来完成时间同步。图1为主从时钟通过1588协议进行报文交互的示意图。如图1所示，主时钟向从时钟发送同步(Sync)报文，其中可以携带主时钟发送同步报文的时间戳T1；从时钟接收到同步报文后，可以从同步报文中得到时间戳T1，并记录该同步报文的到达时间戳T2；从时钟可以发送延时请求(Delayreq)报文，并记录该延时请求报文的发送时间戳T3；主时钟接收到延时请求报文后，记录该延时请求报文的到达时间戳T4，并将时间戳T4携带在延时响应(Delayresp)报文中发送给从时钟；从时钟可以从延时响应报文中得到时间戳T4，并根据得到的时间戳T1至T4计算时间偏差，进而调整时间，以实现和主时钟同步。然而，采用1588协议进行报文交互的过程中，时间戳T1至T4需要由从时钟进行收集，收集步骤较繁琐，而且，从时钟需要通过比对报文的1588数据集才能获得属于同一组的四个时间戳。

而且，采用IEEE 1588完成时间同步时，设备的物理端口上都需要运行一套完整的1588协议，这将会占用较多的资源，实现成本较高。此外，针对多个设备组成的集群，由于在网络中该集群属于单个时钟节点，若在该集群内通过运行1588协议进行多个设备的时间同步，将会出现与该集群对外呈现的1588端口冲突的情况。比如，集群中会有多个主(master)和从(slave)端口，从而造成主从逻辑关系复杂和混乱，不利于管理。

本申请实施例提供一种时间同步方法及系统，可以实现多设备间快速有效的高精度时间同步，而且极大地降低设备间时间同步的实现复杂度和成本，多设备可以简单灵活组网，易于管理，从而满足多设备的集群系统在5G时代超高精度的时间同步要求。

本申请实施例提供一种时间同步系统，包括：时钟主设备和时钟从设备；其中，时钟主设备适于向时钟从设备发送第一时间报文，第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；时钟从设备适于将第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入第一时间报文，复制第一时间报文生成第二时间报文，向时钟主设备发送第二时间报文，并将第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入第二时间报文；时钟主设备还适于将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文，复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备发送第三时间报文；时钟从设备还适于接收第三时间报文，根据从第三时间报文获取的第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，计算时钟从设备与时钟主设备之间的时间偏差；根据时间偏差，调整自身的时间。如此一来，时钟主设备和时钟从设备之间可以通过交互携带第一至第四时间戳的时间报文，实现快速有效的高精度时间同步。

图2为本申请实施例提供的时间同步系统的交互示意图。如图2所示，本实施例提供的时间同步系统的交互过程包括以下步骤：

步骤201、时钟主设备发出第一时间报文，并在第一时间报文出端口时记录精确的第一时间戳T1，将第一时间戳T1放在第一时间报文的第一时间戳字段中。

步骤202、时钟从设备在第一时间报文入端口时记录精确的第二时间戳T2，并将第二时间戳T2放在第一时间报文的第二时间戳字段中；时钟从设备复制第一时间报文生成第二时间报文，并将第二时间报文发送出去，在第二时间报文出端口时记录精确的第三时间戳T3，将第三时间戳T3放在第二时间报文的第三时间戳字段中。

步骤203、时钟主设备在第二时间报文入端口时记录精确的第四时间戳T4，将第四时间戳T4放在第二时间报文的第四时间戳字段中；时钟主设备复制第二时间报文生成第三时间报文，并将第三时间报文发送出去。

步骤204、时钟从设备从收到的第三时间报文中获取第一时间戳T1、第二时间戳T2、第三时间戳T3及第四时间戳T4，并计算时钟主设备和时钟从设备之间的时间偏差。

步骤205、时钟从设备根据算出的时间偏差调整自身的时间，完成与时钟主设备之间的时间同步。

在一示例性实施例中，为了传递高精度的时间戳，第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳和第四时间戳均可以包括：秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特。比如，任一时间戳的格式可以为48比特(bit)秒+32bit纳秒+16bit亚纳秒，其中，1纳秒等于0x10000。

图3为本申请实施例中的时间报文的结构示意图。本实施例中，第一时间报文、第二时间报文以及第三时间报文的报文格式可以一致。如图3所示，时间报文可以包括以下字段：报文头、收端口号、发端口号、时间报文类型(比如，第一时间报文、第二时间报文或第三时间报文)、第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳、第四时间戳。通过本实施例定义的时间报文的格式可以简化收发包处理。

图4为本申请实施例提供的时间同步系统的一种交互流程图。如图4所示，本示例性实施例提供的时间同步系统的交互过程包括以下步骤：

步骤401、各个设备确认端口连接关系；其中，每个设备(作为发送端)均会通过自己的端口发送携带端口信息的第一时间报文；每个设备(作为接收端)收到发送端的第一时间报文后提取其中携带的端口信息，得到对端的端口信息，并确定端口连接关系。其中，可以通过软件管理分配各个设备之间的时钟主从同步关系。本示例性实施例中，设备的端口可以为以太网光口。

本示例性实施例中，多个设备通过端口互联时，在初始状态并不清楚主从关系及端口互联关系。在本步骤中，为了便于时钟组网的管理，在第一时间报文中可以定义端口信息字段，在各个设备的端口连接后，可以互相发送携带端口信息的第一时间报文；接收端可以从第一时间报文提取出对端的端口信息，这样在组网时端口连线不受限制，可随意选择端口连接。上层软件可根据端口连接关系分配时钟主从的同步关系。然而，本申请对此并不限定。在其他实现方式中，可以省去本步骤，通过人工方式确认端口连接关系。

步骤402、时钟主设备发出第一时间报文，在第一时间报文出端口时记录精确的第一时间戳T1，并将第一时间戳T1放在第一时间报文的第一时间戳字段中。

在本示例性实施例中，在步骤401中确认时钟的主从关系后，由时钟主设备发送第一时间报文，本步骤的第一时间报文与步骤401中的第一时间报文的格式可以一致，可简化发包。

在一示例性实施方式中，为了获得高精度的时间戳，在第一时间报文出端口时，可以获取第一时间报文的帧起始定界符(SFD，Start of Frame Delimiter)到达SERDES(串行收发器)的并行数据入口处的时间戳，并对获取的时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，从而得到高精度的第一时间戳T1。

步骤403、时钟从设备在第一时间报文入端口时记录精确的第二时间戳T2，将第二时间戳T2放在第一时间报文的第二时间戳字段中；时钟从设备复制第一时间报文生成第二时间报文，并将第二时间报文发送出去，在第二时间报文出端口时记录精确的第三时间戳T3，将第三时间戳T3放在第二时间报文的第三时间戳字段中。

在本步骤中，时钟从设备在记录第一时间报文的入端口的精确第二时间戳T2时，需识别到并推算第一时间报文的帧起始定界符(SFD)到达SERDES的并行数据出口处的时间戳，并给该时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，从而得到精确的第二时间戳T2。其中，第二时间戳T2不用存储在时钟从设备，而是直接加入第一时间报文的第二时间戳字段中。

本步骤中，时钟从设备复制第一时间报文生成第二时间报文，并将第二时间报文发送出去，在第二时间报文出端口时记录精确的第三时间戳T3，将第三时间戳放在第二时间报文的第三时间戳字段中。此时，时钟从设备发出的第二时间报文中包含T1、T2、T3三个时间戳。

在一示例性实施方式中，为了获得高精度的时间戳，在第二时间报文出端口时，可以获取第二时间报文的帧起始定界符(SFD)到达SERDES的并行数据入口处的时间戳，并对获取的时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，从而得到高精度的第三时间戳T3。

步骤404、时钟主设备在第二时间报文入端口时记录精确的第四时间戳T4，将第四时间戳T4放在第二时间报文的第四时间戳字段中；时钟主设备复制第二时间报文生成第三时间报文，并将第三时间报文发送出去。此时，时钟主设备发出的第三时间报文中包含T1、T2、T3、T4四个时间戳。

在一示例性实施例中，时钟从设备在记录第二时间报文的入端口的精确第四时间戳T4时，需识别到并推算第二时间报文的帧起始定界符(SFD)到达SERDES的并行数据出口处的时间戳，并给该时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，从而得到精确的第四时间戳T4。其中，第四时间戳T4不用存储在时钟主设备端，而是直接加入第二时间报文的第四时间戳字段中。

步骤405、时钟从设备在收到的第三时间报文中获取T1、T2、T3、T4四个时间戳，计算时钟主从设备之间的时间偏差和路径时延。示例性地，时钟从设备可以根据时间戳T1至T4直接计算时钟主从设备之间的时间偏差，或者，时钟从设备可以根据时间戳T1至T4计算时钟主从设备之间的路径时延，根据路径时延计算时间偏差。本申请对此并不限定。

本步骤中，通过第三时间报文获取的T1、T2、T3、T4为同一组时间戳，可以避免时间戳分别存储在时钟主设备和时钟从设备，时钟从设备需要进行识别关键字段匹配为同一组时间戳的过程，节省了存储和运算逻辑资源。

本步骤中，由时间戳T1至T4可通过下面的式子计算出时间偏差和路径时延：

offset＝(T2-T1-T4+T3)/2；

pathdelay＝(T2-T1+T4-T3)/2；

其中，offset为时间偏差，pathdelay为路径时延。

步骤406、时钟从设备根据算出的时间偏差调整自身的时间，完成时间同步。

本示例性实施例中，按照上述步骤完成的时间同步精度可达ns级及以下。

图5为本申请实施例提供的时间同步系统的一种示意图。如图5所示，本实施例提供的时间同步系统包括：时钟主设备50和时钟从设备52；其中，时钟主设备50可以包括第一时间报文处理模块502及第三时间报文处理模块503；第一时间报文处理模块502和第三时间报文处理模块503用于处理时钟主设备端的报文收发和记录时间戳。其中，第一时间报文处理模块502可以适于控制时钟主设备50发出第一时间报文，并将第一时间报文出端口时记录的第一时间戳放入第一时间报文；第三时间报文处理模块503可以适于将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文，复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备52发送第三时间报文。

如图5所示，时钟从设备52可以包括第二时间报文处理模块522、时间同步计算模块523及时间同步调整模块524。第二时间报文处理模块522用于处理时钟从设备端的报文收发和时间戳记录，时间同步计算模块523用于时钟从设备端的时间偏差计算，时间同步调整模块524用于时钟从设备端的时间调整。其中，第二时间报文处理模块522，适于将第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入第一时间报文，复制第一时间报文生成第二时间报文，向时钟主设备50发送第二时间报文，并将第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入第二时间报文。时间同步计算模块523，适于根据从第三时间报文获取的第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，计算时钟从设备52与时钟主设备50之间的时间偏差。时间同步调整模块524，适于根据时间偏差，调整时钟从设备52的时间。

关于本实施例提供的时间同步系统的处理流程可以参照图2和图4对应的实施例，故于此不再赘述。

图6为本申请实施例提供的时间同步系统的一种示意图。如图6所示，相较于图5所示的时间同步系统，本实施例提供的时间同步系统中，时钟主设备52还可以包括：第一端口关系处理模块601，适于发送携带端口信息的第一时间报文；以及，从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取端口信息，并根据端口信息，确定时钟主设备50的端口连接关系。如图6所示，时钟主设备52还可以包括：第二端口关系处理模块621，适于发送携带端口信息的第一时间报文；以及，从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取端口信息，并根据端口信息，确定时钟从设备52的端口连接关系。

关于本实施例提供的时间同步系统的相关说明可以参照图5所示实施例的描述，故于此不再赘述。

图7为本申请实施例提供的一种时间同步方法的流程图。如图7所示，本实施例提供的时间同步方法，包括：

步骤701、时钟主设备向时钟从设备发送第一时间报文，第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；

步骤702、时钟主设备从时钟从设备接收携带第二时间戳和第三时间戳的第二时间报文，并将第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入第二时间报文；其中，第二时间戳用于指示时钟从设备接收到第一时间报文的时刻，第三时间戳用于指示时钟从设备发送第二时间报文的时刻；

步骤703、时钟主设备复制第二时间报文生成第三时间报文，并向时钟从设备发送第三时间报文。

本实施例中，时钟主设备发送的第三时间报文可以携带第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳及第四时间戳。

在一示例性实施例中，第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳均可以包括秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特，从而实现高精度时间信息的传递。

在一示例性实施例中，步骤701之前，本实施例的时间同步方法还可以包括：时钟主设备发送携带端口信息的第一时间报文；时钟主设备从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取端口信息，并根据端口信息，确定端口连接关系。其中，时钟主设备与其他设备之间可以通过传递端口信息，来确定端口连接关系，以便于上层软件通过端口连接关系分配时钟主从的同步关系。

在一示例性实施例中，本实施例的时间同步方法还可以包括：通过以下方式确定第一时间戳：确定第一时间报文的帧起始定界符(SFD)到达SERDES的并行数据入口处的时间戳，给该时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，得到第一时间戳。如此，可以获得高精度的时间戳。

在一示例性实施例中，本实施例的时间同步方法还可以包括：通过以下方式确定第四时间戳：确定第二时间报文的SFD到达SERDES的并行数据出口处的时间戳，给该时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，得到第四时间戳。如此，可以获得高精度的时间戳。

在一示例性实施例中，时钟主设备和时钟从设备属于同一个集群系统。其中，同一个集群系统内的多个设备采用本实施例的时间同步方法后，可以实现集群系统的高精度时间同步，而且集群组网简单灵活，易于管理。

图8为本申请实施例提供的一种时间同步方法的流程图。如图8所示，本实施例提供的时间同步方法，包括：

步骤801、时钟从设备从时钟主设备接收携带第一时间戳的第一时间报文，并将第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入第一时间报文；其中，第一时间戳用于指示时钟主设备发送第一时间报文的时刻；

步骤802、时钟从设备复制第一时间报文生成第二时间报文，向时钟主设备发送第二时间报文，并将第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入第二时间报文；

步骤803、时钟从设备从时钟主设备接收第三时间报文，并根据从第三时间报文获取的第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳，计算时钟从设备与时钟主设备之间的时间偏差；其中，第四时间戳用于指示时钟主设备接收到第二时间报文的时刻；

步骤804、时钟从设备根据时间偏差，调整自身的时间。

在一示例性实施例中，第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳以及第四时间戳均可以包括秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特。

在一示例性实施例中，步骤801之前，本实施例的时间同步方法还可以包括：时钟从设备发送携带端口信息的第一时间报文；时钟从设备从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取端口信息，并根据端口信息，确定端口连接关系。其中，时钟从设备与其他设备之间可以通过传递端口信息，来确定端口连接关系，以便于上层软件通过端口连接关系分配时钟主从的同步关系。

在一示例性实施例中，本实施例的时间同步方法还可以包括：通过以下方式确定第二时间戳：确定第一时间报文的SFD到达SERDES的并行数据出口处的时间戳，给该时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，得到第二时间戳。

在一示例性实施例中，本实施例的时间同步方法还可以包括：通过以下方式确定第三时间戳：确定第二时间报文的SFD到达SERDES的并行数据入口处的时间戳，给该时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，得到第三时间戳。

在一示例性实施例中，时钟主设备和时钟从设备属于同一个集群系统。其中，同一个集群系统内的多个设备采用本实施例的时间同步方法后，可以实现集群系统的高精度时间同步，而且集群组网简单灵活，易于管理。

图9为本申请实施例提供的一种应用组网示意图。其中，说明本实施例提供的时间同步方法在集群系统中的一种应用方式。

本示例性实施例中，以包括两个中心框(物理设备)和多个业务框(物理设备)的典型的集群系统为例进行说明。由于多个分离的设备在组成集群后对外需呈现为一个单独的时间节点，因此集群内各框间必须保证时间同步。本实施例中，中心框1与中心框2、各个中心框与业务框间均通过本实施例提供的时间同步方法相连，其中，中心框1与中心框2互为备份。

如图9所示，本实施例中的时间同步过程包括以下步骤：

步骤901、GPS或者1588时间从中心框1输入，中心框1作为集群系统的时间源，需同步到中心框2及业务框1至n，n为大于1的整数。

步骤902、各个中心框及各个业务框(作为发送端)均发送第一时间报文，其中包含端口信息。各个中心框及业务框(作为接收端)收到第一时间报文后提取其中携带的端口信息，根据提取的端口信息，得到自己的端口连接关系。由软件管理分配时钟主从的同步关系。根据本示例的应用场景，可以选择中心框1作为时钟主设备，其余框(中心框2及业务框1至n)作为时钟从设备。

中心框1与其余框(中心框2及业务框1至n)之间分别进行时间同步处理过程，使得其余框均与中心框1实现时间同步。下面以中心框1与业务框1之间的时间同步过程为例进行说明。

步骤903、中心框1向业务框1发送第一时间报文，并在出端口时记录精确的第一时间戳T1，放在第一时间报文的第一时间戳字段中。

步骤904、业务框1在第一时间报文入端口时记录精确的第二时间戳T2，放在第一时间报文的第二时间戳字段中。业务框1可以复制第一时间报文生成第二时间报文，并发送出去，在出端口时记录精确的第三时间戳T3，将第三时间戳T3放在第二时间报文的第三时间戳字段中。

步骤905、中心框1在第二时间报文入端口时记录精确的第四时间戳T4，并将第四时间戳T4放在第二时间报文的第四时间戳字段中；复制第二时间报文生成第三时间报文，并发送出去。

步骤906、业务框1在收到的第三时间报文中获取四个时间戳T1、T2、T3、T4，计算主从设备(即中心框1与业务框1之间)的时间偏差和路径时延。

步骤907、业务框1根据算出的时间偏差调整自身的时间，完成和中心框1之间的时间同步。

步骤908、完成中心框1与中心框2，以及中心框1与其他业务框之间的时间同步。其中，关于中心框1与中心框2，以及中心框1与其他业务框之间的时间同步过程可以参照步骤903至步骤907，故于此不再赘述。

步骤909、各个业务框可提供多个1588的主(MASTER)端口同步下游的从(SLAVE)设备。

在本实施例的集群系统中，在集群系统内部的设备之间可以采用本实施例提供的时间同步方法实现高精度的时间同步，集群系统对外可以采用1588协议进行时间同步，从而避免集群系统内外均采用1588协议进行时间同步时存在的冲突情况，便于管理。

图10为本申请实施例提供的一种应用组网示意图。本示例性实施例中，以包括两个中心框和多个业务框的典型的集群系统为例进行说明。由于多个分离的设备在组成集群后对外需呈现为一个单独的时间节点，因此集群内各框间必须保证时间同步。本实施例中，中心框1与中心框2、各个中心框与业务框间均通过本实施例提供的时间同步方法相连，其中，中心框1与中心框2互为备份。

如图10所示，本实施例中的时间同步过程包括以下步骤：

步骤1001、GPS或者1588时间从业务框1输入，业务框1作为集群系统的时间源，需同步到中心框1、中心框2及其他业务框(比如，业务框2至n，其中，n为大于1的整数)。

步骤1002、各个中心框及各个业务框(作为发送端)均发送第一时间报文，其中包含端口信息。各个中心框及业务框(作为接收端)收到第一时间报文后提取其中携带的端口信息，根据提取的端口新，得到自己的端口连接关系。由软件管理分配时钟主从同步关系。根据本示例的应用场景，可以选择业务框1作为时钟主设备，中心框1作为时钟从设备；同时中心框1又作为时钟主设备，中心框2及其余业务框2至业务框n为时钟从设备。

下面以业务框1与中心框1之间的时间同步过程为例进行说明。

步骤1003、业务框1向中心框1发送第一时间报文，在出端口时记录精确的第一时间戳T1，放在第一时间报文的第一时间戳字段中。

步骤1004、中心框1在第一时间报文入端口时记录精确的第二时间戳T2，放在第一时间报文的第二时间戳字段中。中心框1可以复制第一时间报文生成第二时间报文，并发送出去，在出端口时记录精确的第三时间戳T3，将第三时间戳T3放在第二时间报文的第三时间戳字段中。

步骤1005、业务框1在第二时间报文入端口时记录精确的第四时间戳T4，将第四时间戳T4放在第二时间报文的第四时间戳字段中，并复制第二时间报文生成第三时间报文，并发送出去。

步骤1006、中心框1在收到的第三时间报文中获取四个时间戳T1、T2、T3、T4，计算主从设备(即业务框1与中心框1之间)的时间偏差和路径时延。

步骤1007、中心框1根据算出的时间偏差调整自身的时间，完成和业务框1之间的时间同步。

步骤1008、完成中心框1与中心框2、中心框1分别与业务框2至业务框n之间的时间同步。关于本步骤的相关描述可以参照图9所示实施例的说明，故于此不再赘述。

步骤1009、各个业务框可提供多个1588的MASTER端口同步下游的SLAVE设备。

在本实施例的集群系统中，在集群系统内部的设备之间可以采用本实施例提供的时间同步方法实现高精度的时间同步，集群系统对外可以采用1588协议进行时间同步，从而避免集群系统内外均采用1588协议进行时间同步时存在的冲突情况，便于管理。

图11为本申请实施例提供的一种时钟主设备的示意图。如图11所示，本实施例提供的时钟主设备1100，包括：第一存储器1101和第一处理器1102；第一存储器1101适于存储时间同步程序，该时间同步程序被第一处理器1102执行时可以实现图7所示的时间同步方法的步骤。

需要说明的是，图11中所示的时钟主设备1100的结构并不构成对时钟主设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者提供不同的部件布置。

示例性地，第一处理器1102可以包括程序处理模块(例如，微处理器(MCU，Microcontroller Unit)、可编程逻辑器件(FPGA，Field Programmable Gate Array)、或者具有报文处理功能的IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片等)和时间戳处理模块(例如，FPGA、或者具有时间戳处理功能的IC芯片等)。然而，本申请对此并不限定。例如，第一处理器1102可以包括具有报文处理和时间戳处理功能的FPGA或IC芯片。

其中，第一存储器1101可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本实施例中的时间同步方法对应的程序指令或模块，第一处理器1102通过运行存储在第一存储器1101内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，比如实现本实施例提供的时间同步方法。第一存储器1101可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些示例中，第一存储器1101可包括相对于第一处理器1102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

图12为本申请实施例提供的一种时钟从设备的示意图。如图12所示，本实施例提供的时钟从设备1200，包括：第二存储器1201和第二处理器1202；第二存储器1201适于存储时间同步程序，该时间同步程序被第二处理器1202执行时可以实现图8所示的时间同步方法的步骤。

关于第二存储器1201和第二处理器1202的相关说明可以参照上述第一存储器1101和第一处理器1102的说明，故于此不再赘述。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读介质，存储有时间同步程序，该时间同步程序被处理器执行时实现上述时间同步方法的步骤，比如图7或图8所示的时间同步方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (21)

1.一种时间同步方法，应用于时钟主设备，包括：

向时钟从设备发送第一时间报文，所述第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；

从所述时钟从设备接收携带第二时间戳和第三时间戳的第二时间报文，并将所述第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入所述第二时间报文；其中，所述第二时间戳用于指示所述时钟从设备接收到第一时间报文的时刻，所述第三时间戳用于指示所述时钟从设备发送所述第二时间报文的时刻；所述第二时间报文为所述时钟从设备将所述第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入所述第一时间报文，复制第一时间报文生成；

复制所述第二时间报文生成第三时间报文，并向所述时钟从设备发送所述第三时间报文；

所述方法还包括：通过以下方式确定所述第一时间戳：

获取所述第一时间报文的帧起始定界符SFD到达串行收发器SERDES的并行数据入口处的时间戳，给获取的时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，得到所述第一时间戳。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳均包括秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向时钟从设备发送第一时间报文之前，所述方法还包括：

发送携带端口信息的第一时间报文；

从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取所述端口信息，并根据所述端口信息，确定端口连接关系。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下方式确定所述第四时间戳：

获取所述第二时间报文的帧起始定界符SFD到达串行收发器SERDES的并行数据出口处的时间戳，给获取的时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，得到所述第四时间戳。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述时钟主设备和所述时钟从设备属于同一个集群系统。

6.一种时间同步方法，应用于时钟从设备，包括：

从时钟主设备接收携带第一时间戳的第一时间报文，并将所述第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入所述第一时间报文；所述第一时间戳用于指示所述时钟主设备发送所述第一时间报文的时刻；

复制所述第一时间报文生成第二时间报文，向所述时钟主设备发送所述第二时间报文，并将所述第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入所述第二时间报文；

从所述时钟主设备接收第三时间报文，并根据从所述第三时间报文获取的所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及第四时间戳，计算所述时钟从设备与所述时钟主设备之间的时间偏差；其中，所述第三时间报文为所述时钟主设备复制所述第二时间报文生成；所述第四时间戳用于指示所述时钟主设备接收到所述第二时间报文的时刻；

根据所述时间偏差，调整自身的时间；

所述方法还包括：通过以下方式确定所述第二时间戳：

获取所述第一时间报文的帧起始定界符SFD到达串行收发器SERDES的并行数据出口处的时间戳，给获取的时间戳补偿SERDES接收端的所有延时，得到所述第二时间戳。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳均包括秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从时钟主设备接收携带第一时间戳的第一时间报文之前，所述方法还包括：

发送携带端口信息的第一时间报文；

从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取所述端口信息，并根据所述端口信息，确定端口连接关系。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过以下方式确定所述第三时间戳：

获取所述第二时间报文的帧起始定界符SFD到达串行收发器SERDES的并行数据入口处的时间戳，给获取的时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，得到所述第三时间戳。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述时钟从设备和所述时钟主设备属于同一个集群系统。

11.一种时间同步系统，其特征在于，包括：时钟主设备以及时钟从设备；

所述时钟主设备适于向所述时钟从设备发送第一时间报文，所述第一时间报文携带出端口时记录的第一时间戳；

所述时钟从设备适于将所述第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入所述第一时间报文，复制所述第一时间报文生成第二时间报文，向所述时钟主设备发送所述第二时间报文，并将所述第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入所述第二时间报文；

所述时钟主设备还适于将所述第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入所述第二时间报文，复制所述第二时间报文生成第三时间报文，并向所述时钟从设备发送所述第三时间报文；

所述时钟从设备还适于接收所述第三时间报文，根据从所述第三时间报文获取的所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳，计算所述时钟从设备与所述时钟主设备之间的时间偏差；根据所述时间偏差，调整自身的时间；

通过以下方式确定所述第一时间戳或所述第二时间戳：

获取所述第一时间报文的帧起始定界符SFD到达串行收发器SERDES的并行数据入口处的时间戳，给获取的时间戳补偿SERDES发送端的所有延时，得到所述第一时间戳或所述第二时间戳。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述时钟主设备包括：

第一时间报文处理模块，适于控制所述时钟主设备发出所述第一时间报文，并将所述第一时间报文出端口时记录的第一时间戳放入所述第一时间报文；

第三时间报文处理模块，适于将所述第二时间报文入端口时记录的第四时间戳放入所述第二时间报文，复制所述第二时间报文生成第三时间报文，并向所述时钟从设备发送所述第三时间报文。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述时钟主设备还包括：第一端口关系处理模块，适于发送携带端口信息的第一时间报文；从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取所述端口信息，并根据所述端口信息，确定所述时钟主设备的端口连接关系。

14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述时钟从设备包括：

第二时间报文处理模块，适于将所述第一时间报文入端口时记录的第二时间戳放入所述第一时间报文，复制所述第一时间报文生成第二时间报文，向所述时钟主设备发送所述第二时间报文，并将所述第二时间报文出端口时记录的第三时间戳放入所述第二时间报文；

时间同步计算模块，适于根据从所述第三时间报文获取的所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳，计算所述时钟从设备与所述时钟主设备之间的时间偏差；

时间同步调整模块，适于根据所述时间偏差，调整所述时钟从设备的时间。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述时钟从设备还包括：

第二端口关系处理模块，适于发送携带端口信息的第一时间报文；从接收到的携带端口信息的第一时间报文中提取所述端口信息，并根据所述端口信息，确定所述时钟从设备的端口连接关系。

16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一时间戳、所述第二时间戳、所述第三时间戳以及所述第四时间戳均包括秒比特、纳秒比特以及亚纳秒比特。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述时钟主设备和所述时钟从设备属于同一个集群系统。

18.一种时间主设备，其特征在于，包括：第一存储器和第一处理器，所述第一存储器适于存储时间同步程序，所述时间同步程序被所述第一处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的时间同步方法。

19.一种时间从设备，其特征在于，包括：第二存储器和第二处理器，所述第二存储器适于存储时间同步程序，所述时间同步程序被所述第二处理器执行时实现如权利要求6至10中任一项所述的时间同步方法。

20.一种计算机可读介质，其特征在于，存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的时间同步方法的步骤。

21.一种计算机可读介质，其特征在于，存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现如权利要求6至10中任一项所述的时间同步方法的步骤。

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