CN112039621A - 一种时间同步方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种时间同步方法和系统，所述方法包括：从设备通过与主设备发送同步Sync报文的路径相同的路径向主设备发送路径时延测量请求报文Delay_Req报文；所述从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。该方法能够提高IEEE 1588协议的同步精度。

Description

一种时间同步方法和系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种时间同步方法和系统。
背景技术
随着信息科学技术的高速发展，高精度时间及频率同步在各领域技术发展中的地位日趋重要。诸多技术方向的加速发展对高精度同步技术均提出了更高的要求。如目前5G移动通信技术中基于CoMP、MIMO、CA等增强技术的基站协同业务，在时间同步方面提出了分别为65ns/130ns/260ns/3us等的同步需求；采用基站定位的OTDOA(Observed TimeDifference of Arrival)技术，如定位精度在米级，提出了优于3ns的相对同步需求。随着通信技术及相关业务的发展，出现几十纳秒甚至亚纳秒级的超高精度同步需求是可预见的，时间精度量级的提高对通信领域中同步技术的研究提出巨大挑战。
虽然5G时间同步传送方法并不排斥直接基于GNSS通过同步传送接口(例如，1PPS+ToD)向移动末端应用系统(End Application，指RU，gNB，或者是CU/DU等)直接提供时间信息，但是越来越多的研究将基于IEEE 1588协议的时间同步传递方式看作是未来5G组网时间同步最主要的方式之一。
IEEE 1588协议是网络测量和控制系统的精密时钟同步协议，其同步算法是基于通信来回路径时延对称的假设，但是在现实网络中这个假设往往是不满足的，大大限制了该协议的应用。因为IEEE 1588协议报文在网络中传播的链路时延包含两部分：协议栈时延和网络时延。网络时延又可以分为传输时延和转发时延。由于在现有的分组网中协议栈时延和传输时延一般是对称的，主要存在网络排队转发时延引起的不对称问题。因此，现有基于IEEE1588协议的时钟同步技术方案不能进行精准的时间同步。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种时间同步方法和系统，能够提高IEEE 1588协议的同步精度。
为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：
在一个实施例中，提供了一种时间同步方法，所述方法包括：
从设备通过与主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文；
所述从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
在另一个实施例中，提供了一种时间同步系统，所述系统包括：主设备和从设备；
所述主设备，向所述从设备发送Sync报文；
所述从设备，通过与所述主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文；根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
由上面的技术方案可见，上述实施例中从设备发送的Delay_Req报文沿着Sync报文所经路径原路返回，在保证来回路径时延一致的条件下获取主从时间偏差，进行从时钟时间同步。该时间同步方案能够提高IEEE 1588协议的同步精度。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：
图1为本申请实施例中时间同步系统示意图；
图2为本申请实施例中时间同步方法流程示意图；
图3为本申请实施例中获取主从时间偏差流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本申请实施例中提供一种时间同步系统，从设备发送的路径时延测量请求报文(Delay_Req)报文沿着同步(Sync)报文所经路径原路返回，在保证来回路径时延一致的条件下获取主从时间偏差，进行从时钟时间同步。该时间同步方案能够提高IEEE 1588协议的同步精度，即提高了从设备时钟同步的精确度。
参见图1，图1为本申请实施例中时间同步系统示意图。在图1中给出了一种系统示意图，针对图1中的中间网络结构中的节点的个数和连接方式不进行限制，对应实际网络结构即可。
图1中的主设备向所述从设备发送Sync报文；
从设备通过与所述主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文。
从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
本申请实施例中从设备通过与所述主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文，可以通过如下方式实现，但不限于如下方式：
主设备在向所述从设备发送Sync报文时，在所述Sync报文中携带所经路由节点的IP地址；
从设备接收到所述主设备发送的所述Sync报文时，根据所述Sync报文携带的所经路由节点的IP地址向主设备发送Delay_Req报文。
也就是说在Sync报文发送的时候开启路径记录功能，在Delay_Req报文发送的时候开启源站选路功能，结合图1，具体实现过程如下：
当主设备(Master)发出Sync报文经过Node S节点时，假设有多条路径可选，包括Node 1～n，此时Sync报文会自动选择路径。假设选择了Node m路径，再由Node E到达从设备(Slave)，其中，1≤m≤n。
为了保证Slave发送的报文能原路返回，在Sync报文发送时开启路径记录功能，则Sync报文在发送过程中会记录下经过的每个节点的IP地址。当Slave收到报文后根据需要发起Delay_Req，这时Delay_Req报文开启源站选路功能，在Slave端读取最近收到的Sync报文中记录的路径，并将记录的沿路节点IP地址写入即将发送的Delay_Req报文中，则Delay_Req报文根据写入的IP地址按原路返回到Master端。从而完成了整个路径原路返回的过程。
本方案中使用的记录路由和源站选路功能即IP报文的-R和-G选项功能。当发送端发出数据报文时，在报文中设置IP-R选项。这样，每个处理该数据报文的路由器都会把它自己的IP地址放入报文的选项字段中。当数据报文到达目的端时，目的端将IP地址清单复制到返回报文的源站路由-G选项字段中。这样，数据报文会根据源站路由的IP地址按顺序进行原路返回到发送端。这个过程从源端主机生成-R选项，中间路由器对-R和-G选项的处理，所有这些都是选项功能。只有将接收到的IP清单复制到返回的IP报文中需要另加处理。
通过上述保持一致的路径的报文发送，能够获取收发Sync报文和Delay_Req报文的时间，获取主从时间偏差的方式可以有多种实现方式，本申请实施例给出两种但不限于如下两种实现方式：
在获取主从时间偏差之前，先获取收发Sync报文和Delay_Req报文的时间，本申请实施例中获取收发Sync报文和Delay_Req报文的时间同IEEE 1588协议实现，具体过程如下：
主设备在发送Sync报文时，携带发送Sync报文的时间戳t1；
从设备在接收Sync报文时，记录接收该Sync报文的时间戳t2；
从设备在发送Delay_Req报文，记录发送时间t3，在发送的Delay_Req报文中携带或不携带t3均可；
主设备在接收到Delay_Req报文时，记录接收Delay_Req报文的时间t4，并通过响应报文将t4发送给从设备；
从设备接收到主设备发送的携带t4的响应报文时，获得t4，至此，获取了同一条路径上Sync报文和Delay_Req报文的收发时间。
下面给出获取主从时间偏差的实现方式：
第一种，按照IEEE 1588协议实现：
主从时间偏差为：
((t2-t1)-(t4-t3))/2。
第二种：
从设备计算预设周期内同一条路径上Sync报文和Delay_Req报文的时延。
假设同一条路径上Sync报文或Delay_Req报文共n条，则第i条Sync报文的时延记为τsync[i]，第i条Delay_Req报文的时延记为τDelay_Req[i]；其中，1≤i≤n。
获取与该路径上Sync报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Sync报文的时延，并计算Sync报文时延平均值；
确定计算的n条Sync报文的时延中与τSmin的差值小于△τ的所有Sync报文的时延，计算与τSmin差值小于△τ的所有Sync报文的时延的平均值，记为
Figure BDA0002083797140000051
获取与该路径上Delay_Req报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Delay_Req报文的时延，并计算Delay_Req报文时延平均值；
确定计算的n条Delay_Req报文的时延中与τDmin的差值小于△τ的所有Delay_Req报文的时延，计算与τDmin差值小于△τ的所有Delay_Req报文的时延的平均值，记为
Figure BDA0002083797140000052
将Sync报文时延平均值与Delay_Req报文时延平均值的差值的1/2作为主从时间偏差。
主从时间偏差为
Figure BDA0002083797140000053
其中，τSmin为该路径上Sync报文的最小时延；τDmin为该路径上Delay_Req报文的最小时延；△τ为预设差值。
下面给出确定该路径上Sync报文的最小时延，以及Delay_Req报文的最小时延的过程：
从设备确定当前预设周期是否为第一个周期，如果是，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延作为该路径上Sync报文的最小时延；将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延；否则，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Sync报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Sync报文的最小时延，将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Delay_Req报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延。
也就是说，在首个预设周期(第一个预设周期)内，通过该周期内的每个路径上Sync报文的时延确定该路径上Sync报文的最小时延，即将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延作为该路径上Sync报文的最小时延；通过该周期内的每个路径上Delay_Req报文的时延确定该路径上Delay_Req报文的最小时延，即将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延。
在首个预设周期之外的预设周期，相当于使用所有预设周期中该路径上Sync报文的时延中值最小的时延作为当前周期该路径上Sync报文的最小时延；使用所有预设周期中该路径上Delay_Req报文的时延中值最小的时延作为当前周期该路径上Delay_Req报文的最小时延。
若当前预设周期之前的预设周期中不存在该路径对应的Sync报文和Delay_Req报文的时延，则将当前预设周期作为针对该路径的第一预设周期。
如图1所示，主设备和从设备之间可能存在多条路径，由于网络状况，或者路径选择规则会导致在一个周期内通过多条路径收发Sync报文和Delay_Req报文的情况发生，该种情况发生时，使用一个周期内收发Sync报文和Delay_Req报文条数最多的路径上的报文收发时间，来确定主从时间偏差，具体如下：
当预设周期内存在多条路径上的Sync报文和Delay_Req报文时，使用报文条数最多的路径对应的Sync报文和Delay_Req报文对应的收发时间确定主从时间偏差。
上述这种最小时延报文选择算法，筛选出路径时延最小的报文，并使用在预设差值范围内的时延，来计算主从时间偏差的方法，能够从根本上消除网络拥塞情况下来回路径时延不一致的问题；提高了IEEE 1588协议的同步精度，以满足诸多领域对高精度同步技术的需求。
基于同样的发明构思，本申请实施例中还提供一种时间同步方法。参见图2，图2为本申请实施例中时间同步方法流程示意图。具体步骤为：
步骤201，从设备通过与主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文。
步骤202，该从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
其中，从设备通过与主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文，包括：
所述主设备在向所述从设备发送Sync报文时，在所述Sync报文中携带所经路由节点的IP地址；
所述从设备接收到所述主设备发送的所述Sync报文时，根据所述Sync报文携带的所经路由节点的IP地址向主设备发送Delay_Req报文。
参见图3，图3为本申请实施例中获取主从时间偏差流程示意图。具体步骤为：
步骤301，从设备计算预设周期内同一条路径上Sync报文和Delay_Req报文的时延。
步骤302，获取与该路径上Sync报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Sync报文的时延，并计算Sync报文时延平均值。
本步骤中该路径上Sync报文的最小时延的确定包括：
从设备确定当前预设周期是否为第一个周期，如果是，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延作为该路径上Sync报文的最小时延；否则，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Sync报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Sync报文的最小时延。
步骤303，获取与该路径上Delay_Req报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Delay_Req报文的时延，并计算Delay_Req报文时延平均值。
本步骤中该路径上Delay_Req报文的最小时延的确定包括：
从设备确定当前预设周期是否为第一个周期，如果是，将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延；否则，将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Delay_Req报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延。
步骤302和步骤303的执行不分先后顺序。
步骤304，将Sync报文时延平均值与Delay_Req报文时延平均值的差值的1/2作为主从时间偏差。
其中，当预设周期内存在多条路径上的Sync报文和Delay_Req报文时，使用报文条数最多的路径对应的Sync报文和Delay_Req报文对应的收发时间确定主从时间偏差。
综上所述，本申请针对IEEE 1588协议中由于网络拥塞导致的来回路径时延不对称问题提出了解决算法。首先提出了报文原路返回方案，保证了来回路径时延一致的充分条件。其次提出了最小时延报文选择算法，筛选出路径时延最小的报文，进而从根本上消除了网络拥塞情况下来回路径时延的不一致的问题。提高了IEEE 1588协议的同步精度，以满足诸多领域对高精度同步技术的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种时间同步方法，其特征在于，所述方法包括：
从设备通过与主设备发送同步Sync报文的路径相同的路径向主设备发送路径时延测量请求报文Delay_Req报文；
所述从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从设备通过与主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送Delay_Req报文，包括：
所述主设备在向所述从设备发送Sync报文时，在所述Sync报文中携带所经路由节点的IP地址；
所述从设备接收到所述主设备发送的所述Sync报文时，根据所述Sync报文携带的所经路由节点的IP地址向主设备发送Delay_Req报文。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述从设备根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，包括：
计算预设周期内同一条路径上Sync报文和Delay_Req报文的时延；
获取与该路径上Sync报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Sync报文的时延，并计算Sync报文时延平均值；
获取与该路径上Delay_Req报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Delay_Req报文的时延，并计算Delay_Req报文时延平均值；
将Sync报文时延平均值与Delay_Req报文时延平均值的差值的1/2作为主从时间偏差。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定该路径上Sync报文的最小时延，以及Delay_Req报文的最小时延，包括：
从设备确定当前预设周期是否为第一个周期，如果是，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延作为该路径上Sync报文的最小时延；将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延；否则，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Sync报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Sync报文的最小时延，将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Delay_Req报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
当预设周期内存在多条路径上的Sync报文和Delay_Req报文时，使用报文条数最多的路径对应的Sync报文和Delay_Req报文对应的收发时间确定主从时间偏差。
6.一种时间同步系统，其特征在于，所述系统包括：主设备和从设备；
所述主设备，向所述从设备发送同步Sync报文；
所述从设备，通过与所述主设备发送Sync报文的路径相同的路径向主设备发送路径时延测量请求报文Delay_Req报文；根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差，并使用所述主从时间偏差对从时钟进行时间同步。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述主设备，在向所述从设备发送Sync报文时，在所述Sync报文中携带所经路由节点的IP地址；
所述从设备，接收到所述主设备发送的所述Sync报文时，根据所述Sync报文携带的所经路由节点的IP地址向主设备发送Delay_Req报文。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，
所述从设备，具体用于根据相同路径的Sync报文和Delay_Req报文的收发时间获取主从时间偏差时，计算预设周期内同一条路径上Sync报文和Delay_Req报文的时延；获取与该路径上Sync报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Sync报文的时延，并计算Sync报文时延平均值；获取与该路径上Delay_Req报文的最小时延的差值小于预设差值的所有Delay_Req报文的时延，并计算Delay_Req报文时延平均值；将Sync报文时延平均值与Delay_Req报文时延平均值的差值的1/2作为主从时间偏差。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述从设备，具体用于确定该路径上Sync报文的最小时延，以及Delay_Req报文的最小时延时，包括：确定该路径上Sync报文的最小时延，以及Delay_Req报文的最小时延，包括：确定当前预设周期是否为第一个周期，如果是，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延作为该路径上Sync报文的最小时延；将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延；否则，将当前预设周期内该路径上Sync报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Sync报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Sync报文的最小时延，将当前预设周期内该路径上Delay_Req报文的最小时延与上一预设周期确定的该路径上Delay_Req报文的最小时延中值小的时延作为该路径上Delay_Req报文的最小时延。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
所述从设备，进一步用于当预设周期内存在多条路径上的Sync报文和Delay_Req报文时，使用报文条数最多的路径对应的Sync报文和Delay_Req报文对应的收发时间确定主从时间偏差。
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