CN111682920B - 一种用于ntp授时的协议转换装置 - Google Patents

一种用于ntp授时的协议转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于NTP授时的协议转换装置，它在实现MAC帧与HDLC帧之间协议转换的基础上，针对识别出的NTP报文，通过计算NTP报文的驻留时间来修改NTP报文的发送时戳，消除了协议转换过程中引入的时延抖动对NTP授时精度的影响。利用本发明实现的装置具有接口标准、应用简单、不影响NTP授时精度等特点，特别适用于在E1口、K口等低速信道上实现端到端NTP授时应用。

Description

一种用于NTP授时的协议转换装置
技术领域
本发明属于时频领域，具体地说是一种用于NTP授时的协议转换装置。
背景技术
NTP协议作为一种在以太网上传输时间的协议，已经得到了广泛的应用。NTP客户端通过定期与NTP服务器交互NTP报文，来更新本地时间，从而达到与NTP服务器时间同步的目的。NTP通常以MAC帧的形式在以太网上进行传输，当NTP客户端与NTP服务器之间为E1口、K口等低速传输信道时，需要通过转换装置实现接口协议的转换。由于接口速率不匹配以及以太网的突发特性，传统的协议转换方法会引入较大的链路时延抖动，直接表现为链路双向时延的不对称，这种不对称性甚至能够达到几十毫秒乃至上百毫秒，从而严重降低了NTP客户端的同步精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出了一种用于NTP授时的协议转换装置。利用该装置，在实现以太网协议与HDLC协议转换的同时，通过计算NTP报文的驻留时间并更新NTP报文内的发送时戳，消除了协议转换过程中引入的时延抖动对授时精度的影响，可以满足在低速信道上实现端到端NTP授时的应用需求及授时精度。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于NTP授时的协议转换装置，包括MAC/HDLC转换单元A、HDLC/MAC转换单元B和计时单元C；MAC/HDLC转换单元A用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；HDLC/MAC转换单元B用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧发往以太网口；计时单元C为循环时间计时器，用于为MAC/HDLC转换单元A和HDLC/MAC转换单元B提供时间戳。
其中，所述MAC/HDLC转换单元A包括NTP报文接收单元A-1、非NTP报文接收单元A-2、NTP报文缓存单元A-3、非NTP报文缓存单元A-4、仲裁单元A-5、HDLC成帧单元A-6、上行时戳提取单元A-7、上行驻留时间计算单元A-8和上行时戳产生单元A-9；
NTP报文接收单元A-1用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为NTP报文，将其写入NTP报文缓存单元A-3，同时向上行时戳提取单元A-7和上行驻留时间计算单元A-8发送通告消息；若为非NTP报文，将其丢弃；
非NTP报文接收单元A-2用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为非NTP报文，将其写入非NTP报文缓存单元A-4；若为NTP报文，将其丢弃；
NTP报文缓存单元A-3用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元A-5发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，将净荷为NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元A-6；
非NTP报文缓存单元A-4用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元A-5发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，将净荷为非NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元A-6；
仲裁单元A-5用于对来自NTP报文缓存单元A-3和非NTP报文缓存单元A-4的仲裁请求消息进行仲裁，优先处理来自NTP报文缓存单元A-3的仲裁请求消息，然后将仲裁结果通过仲裁授权消息发送给NTP报文缓存单元A-3、非NTP报文缓存单元A-4和HDLC成帧单元A-6；
HDLC成帧单元A-6用于接收到仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，根据其包含的仲裁结果，接收来自NTP报文缓存单元A-3的MAC帧或来自非NTP报文缓存单元A-4的MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述上行驻留时间计算单元A-8发送通告消息，并将NTP报文中原发送时戳T1替换为来自所述上行时戳产生单元A-9的新发送时戳T4，并更新MAC帧中相应校验和的值；同时将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；
上行时戳提取单元A-7用于接收到来自所述NTP报文接收单元A-1的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1；
上行驻留时间计算单元A-8用于接收到来自所述NTP报文接收单元A-1的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的到达时间T2；接收到来自所述HDLC成帧单元A-6的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的离开时间T3，并计算得到驻留时间△T＝T3-T2，并将驻留时间△T发送给所述上行时戳产生单元A-9；
上行时戳产生单元A-9用于接收来自所述上行时戳提取单元A-7的发送时戳T1，以及来自所述上行驻留时间计算单元A-8的驻留时间△T，计算得到新发送时戳T4＝T1+△T，并将T4发送给所述HDLC成帧单元A-6。
其中，所述HDLC/MAC转换单元B包括HDLC解帧单元B-1、报文缓存单元B-2、MAC帧发送单元B-3、下行时戳提取单元B-4、下行驻留时间计算单元B-5和下行时戳产生单元B-6；
HDLC解帧单元B-1用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，将MAC帧写入报文缓存单元B-2，同时识别MAC帧的净荷是否为NTP报文，若为NTP报文，向所述下行时戳提取单元B-4和所述下行驻留时间计算单元B-5发送通告消息；
报文缓存单元B-2用于在检测到一个完整的MAC帧被缓存后，向所述MAC帧发送单元B-3发送请求消息；
MAC帧发送单元B-3用于接收到来自报文缓存单元B-2的请求消息后，从报文缓存单元B-2中读取MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述下行驻留时间计算单元B-5发送通告消息，然后将NTP报文中原发送时戳T1′替换为来自所述下行时戳产生单元B-6的新发送时戳T4′，并更新MAC帧中相应校验和的值，同时将MAC帧发往以太网口；
下行时戳提取单元B-4用于接收到来自所述HDLC解帧单元B-1的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1′；
下行驻留时间计算单元B-5用于接收到来自所述HDLC解帧单元B-1的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的到达时间T2′；接收到来自所述MAC帧发送单元B-3的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的离开时间T3′，然后计算得到驻留时间△T′＝T3′-T2′，并将驻留时间△T′发送给所述下行时戳产生单元B-6；
下行时戳产生单元B-6用于接收来自所述下行时戳提取单元B-4的发送时戳T1′，以及来自所述下行驻留时间计算单元B-5的驻留时间△T′，计算得到新发送时戳T4′＝T1′+△T′，并将T4′发送给所述MAC帧发送单元B-3。
本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1本发明可以满足在E1口、K口等低速信道上实现端到端NTP授时的应用需求。
2本发明在满足1的应用需求的同时，通过计算NTP报文的驻留时间来修订NTP报文的发送时戳，消除了协议转换引入的时延抖动对NTP授时精度的影响。
附图说明
图1为本发明实施例中的内部逻辑功能组成结构示意图。
图2为本发明实施例中的MAC/HDLC转换单元内部逻辑功能组成示意图。
图3为本发明实施例中的HDLC/MAC转换单元内部逻辑功能组成示意图。
具体实施方式
以下将结合附图1-3，对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种用于NTP授时的协议转换装置，包括MAC/HDLC转换单元A、HDLC/MAC转换单元B和计时单元C；MAC/HDLC转换单元A用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；HDLC/MAC转换单元B用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧发往以太网口；计时单元C为循环时间计时器，用于为MAC/HDLC转换单元A和HDLC/MAC转换单元B提供时间戳。
MAC/HDLC转换单元数据处理单元组成示意图如图2所示，MAC/HDLC转换单元A包括NTP报文接收单元A-1、非NTP报文接收单元A-2、NTP报文缓存单元A-3、非NTP报文缓存单元A-4、仲裁单元A-5、HDLC成帧单元A-6、上行时戳提取单元A-7、上行驻留时间计算单元A-8和上行时戳产生单元A-9；
NTP报文接收单元A-1用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为NTP报文，将其写入NTP报文缓存单元A-3，同时向上行时戳提取单元A-7和上行驻留时间计算单元A-8发送通告消息；若为非NTP报文，将其丢弃；
非NTP报文接收单元A-2用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为非NTP报文，将其写入非NTP报文缓存单元A-4；若为NTP报文，将其丢弃；
NTP报文缓存单元A-3用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元A-5发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，将净荷为NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元A-6；
非NTP报文缓存单元A-4用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元A-5发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，将净荷为非NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元A-6；
仲裁单元A-5用于对来自NTP报文缓存单元A-3和非NTP报文缓存单元A-4的仲裁请求消息进行仲裁，优先处理来自NTP报文缓存单元A-3的仲裁请求消息，然后将仲裁结果通过仲裁授权消息发送给NTP报文缓存单元A-3、非NTP报文缓存单元A-4和HDLC成帧单元A-6；
HDLC成帧单元A-6用于接收到仲裁单元A-5的仲裁授权消息后，根据其包含的仲裁结果，接收来自NTP报文缓存单元A-3的MAC帧或来自非NTP报文缓存单元A-4的MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述上行驻留时间计算单元A-8发送通告消息，并将NTP报文中原发送时戳T1替换为来自所述上行时戳产生单元A-9的新发送时戳T4，并更新MAC帧中相应校验和的值；同时将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；
上行时戳提取单元A-7用于接收到来自所述NTP报文接收单元A-1的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1；
上行驻留时间计算单元A-8用于接收到来自所述NTP报文接收单元A-1的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的到达时间T2；接收到来自所述HDLC成帧单元A-6的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的离开时间T3，并计算得到驻留时间△T＝T3-T2，并将驻留时间△T发送给所述上行时戳产生单元A-9；
上行时戳产生单元A-9用于接收来自所述上行时戳提取单元A-7的发送时戳T1，以及来自所述上行驻留时间计算单元A-8的驻留时间△T，计算得到新发送时戳T4＝T1+△T，并将T4发送给所述HDLC成帧单元A-6。
HDLC/MAC转换单元组成示意图如图3所示，HDLC/MAC转换单元B包括HDLC解帧单元B-1、报文缓存单元B-2、MAC帧发送单元B-3、下行时戳提取单元B-4、下行驻留时间计算单元B-5和下行时戳产生单元B-6；
HDLC解帧单元B-1用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，将MAC帧写入报文缓存单元B-2，同时识别MAC帧的净荷是否为NTP报文，若为NTP报文，向所述下行时戳提取单元B-4和所述下行驻留时间计算单元B-5发送通告消息；
报文缓存单元B-2用于在检测到一个完整的MAC帧被缓存后，向所述MAC帧发送单元B-3发送请求消息；
MAC帧发送单元B-3用于接收到来自报文缓存单元B-2的请求消息后，从报文缓存单元B-2中读取MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述下行驻留时间计算单元B-5发送通告消息，然后将NTP报文中原发送时戳T1′替换为来自所述下行时戳产生单元B-6的新发送时戳T4′，并更新MAC帧中相应校验和的值，同时将MAC帧发往以太网口；
下行时戳提取单元B-4用于接收到来自所述HDLC解帧单元B-1的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1′；
下行驻留时间计算单元B-5用于接收到来自所述HDLC解帧单元B-1的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的到达时间T2′；接收到来自所述MAC帧发送单元B-3的通告消息后，从计时单元C获取该NTP报文的离开时间T3′，然后计算得到驻留时间△T′＝T3′-T2′，并将驻留时间△T′发送给所述下行时戳产生单元B-6；
下行时戳产生单元B-6用于接收来自所述下行时戳提取单元B-4的发送时戳T1′，以及来自所述下行驻留时间计算单元B-5的驻留时间△T′，计算得到新发送时戳T4′＝T1′+△T′，并将T4′发送给所述MAC帧发送单元B-3。

Claims (2)

1.一种用于NTP授时的协议转换装置，其特征在于，包括MAC/HDLC转换单元(A)、HDLC/MAC转换单元(B)和计时单元(C)；MAC/HDLC转换单元(A)用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；HDLC/MAC转换单元(B)用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，识别其净荷，并计算NTP报文驻留时间以及进行发送时戳处理，然后将MAC帧发往以太网口；计时单元(C)为循环时间计时器，用于为MAC/HDLC转换单元(A)和HDLC/MAC转换单元(B)提供时间戳；
其中，所述MAC/HDLC转换单元(A)包括NTP报文接收单元(A-1)、非NTP报文接收单元(A-2)、NTP报文缓存单元(A-3)、非NTP报文缓存单元(A-4)、仲裁单元(A-5)、HDLC成帧单元(A-6)、上行时戳提取单元(A-7)、上行驻留时间计算单元(A-8)和上行时戳产生单元(A-9)；
NTP报文接收单元(A-1)用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为NTP报文，将其写入NTP报文缓存单元(A-3)，同时向上行时戳提取单元(A-7)和上行驻留时间计算单元(A-8)发送通告消息；若为非NTP报文，将其丢弃；
非NTP报文接收单元(A-2)用于接收来自以太网口的MAC帧，识别其净荷，若净荷为非NTP报文，将其写入非NTP报文缓存单元(A-4)；若为NTP报文，将其丢弃；
NTP报文缓存单元(A-3)用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元(A-5)发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元(A-5)的仲裁授权消息后，将净荷为NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元(A-6)；
非NTP报文缓存单元(A-4)用于根据当前缓存区的状态，向仲裁单元(A-5)发送仲裁请求消息，当接收到来自仲裁单元(A-5)的仲裁授权消息后，将净荷为非NTP报文的MAC帧发往HDLC成帧单元(A-6)；
仲裁单元(A-5)用于对来自NTP报文缓存单元(A-3)和非NTP报文缓存单元(A-4)的仲裁请求消息进行仲裁，优先处理来自NTP报文缓存单元(A-3)的仲裁请求消息，然后将仲裁结果通过仲裁授权消息发送给NTP报文缓存单元(A-3)、非NTP报文缓存单元(A-4)和HDLC成帧单元(A-6)；
HDLC成帧单元(A-6)用于接收到仲裁单元(A-5)的仲裁授权消息后，根据其包含的仲裁结果，接收来自NTP报文缓存单元(A-3)的MAC帧或来自非NTP报文缓存单元(A-4)的MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述上行驻留时间计算单元(A-8)发送通告消息，并将NTP报文中原发送时戳T1替换为来自所述上行时戳产生单元(A-9)的新发送时戳T4，并更新MAC帧中相应校验和的值；同时将MAC帧封装为HDLC帧后发往链路；
上行时戳提取单元(A-7)用于接收到来自所述NTP报文接收单元(A-1)的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1；
上行驻留时间计算单元(A-8)用于接收到来自所述NTP报文接收单元(A-1)的通告消息后，从计时单元(C)获取该NTP报文的到达时间T2；接收到来自所述HDLC成帧单元(A-6)的通告消息后，从计时单元(C)获取该NTP报文的离开时间T3，并计算得到驻留时间△T＝T3-T2，并将驻留时间△T发送给所述上行时戳产生单元(A-9)；
上行时戳产生单元(A-9)用于接收来自所述上行时戳提取单元(A-7)的发送时戳T1，以及来自所述上行驻留时间计算单元(A-8)的驻留时间△T，计算得到新发送时戳T4＝T1+△T，并将T4发送给所述HDLC成帧单元(A-6)。
2.根据权利要求1所述的用于NTP授时的协议转换装置，其特征在于，所述HDLC/MAC转换单元(B)包括HDLC解帧单元(B-1)、报文缓存单元(B-2)、MAC帧发送单元(B-3)、下行时戳提取单元(B-4)、下行驻留时间计算单元(B-5)和下行时戳产生单元(B-6)；
HDLC解帧单元(B-1)用于从链路接收HDLC帧，进行解帧后得到MAC帧，将MAC帧写入报文缓存单元(B-2)，同时识别MAC帧的净荷是否为NTP报文，若为NTP报文，向所述下行时戳提取单元(B-4)和所述下行驻留时间计算单元(B-5)发送通告消息；
报文缓存单元(B-2)用于在检测到一个完整的MAC帧被缓存后，向所述MAC帧发送单元(B-3)发送请求消息；
MAC帧发送单元(B-3)用于接收到来自报文缓存单元(B-2)的请求消息后，从报文缓存单元(B-2)中读取MAC帧，对于净荷为NTP报文的MAC帧，向所述下行驻留时间计算单元(B-5)发送通告消息，然后将NTP报文中原发送时戳T1′替换为来自所述下行时戳产生单元(B-6)的新发送时戳T4′，并更新MAC帧中相应校验和的值，同时将MAC帧发往以太网口；
下行时戳提取单元(B-4)用于接收到来自所述HDLC解帧单元(B-1)的通告消息后，从NTP报文中提取出NTP报文的发送时戳T1′；
下行驻留时间计算单元(B-5)用于接收到来自所述HDLC解帧单元(B-1)的通告消息后，从计时单元(C)获取该NTP报文的到达时间T2′；接收到来自所述MAC帧发送单元(B-3)的通告消息后，从计时单元(C)获取该NTP报文的离开时间T3′，然后计算得到驻留时间△T′＝T3′-T2′，并将驻留时间△T′发送给所述下行时戳产生单元(B-6)；
下行时戳产生单元(B-6)用于接收来自所述下行时戳提取单元(B-4)的发送时戳T1′，以及来自所述下行驻留时间计算单元(B-5)的驻留时间△T′，计算得到新发送时戳T4′＝T1′+△T′，并将T4′发送给所述MAC帧发送单元(B-3)。
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