CN114362873A - Ptp时钟同步的优化方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTP时钟同步的优化方法及应用,该方法包括以下步骤:第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,所述Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文;以及所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商或主从维护。该方法能够通过对PTP协议报文的种类进行删减、对协议报文的字段进行优化更新、丰富复用协议报文,从而可以实现减少协议报文交互、降低CPU使用率的效果、降低CPU功耗,为嵌入式网络设备节省资源以保证其他业务的正常运行。
Description
技术领域
本发明是关于通信领域,特别是关于一种PTP时钟同步的优化方法及应用。
背景技术
随着网络技术的不断发展,对于网络中的时间同步要求也越来越高。网络时间同步方案方法多种多样,包括常见的GPS、NTP、SyncE等。但是各方案都有着各自的优缺点,如GPS同步精度高,但是设备安装、维护成本高;NTP同步精度低,不能满足对同步精度要求较高的场景,如测量仪器、工业控制,以及现在比较火的无人驾驶、远程手术、5G技术等;SyncE只能用于频率同步,无法同步时间。
PTP是可以进行时间同步和频率同步的高精度时间同步协议,对应于IEEE 1588标准。其中Version 1版本于2002年发布,Version 2版本于2008年发布,Version 2相较于Version 1版本做了些优化、改善,提高了同步的精度。其中一项是提高了PTP协议报文的发送频率,单种报文的发送频率最高能达到1000个每秒,而PTP同步协议中涉及多种同步报文,如Announce报文用于协商主从关系,Sync、Follow Up报文用于计算主从设备之间的时间差,Delay Request和Delay Response报文用于计算路径延迟,PDelay Request和PDelayResponse报文也可以用于计算路径延迟等等。如此一系列报文下来,在高频率同步场景下,CPU每秒要收发、处理上千个报文,并要根据协议中的相关算法计算出时间差、路径延迟,将其下给时钟板或芯片。如此大的报文量、计算量,会使CPU使用率过高,甚至影响其他业务的正常工作。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PTP时钟同步的优化方法及应用,解决PTP时间同步过程中,报文交互导致CPU使用率高的问题。
为实现上述目的,本发明的实施例提供了一种PTP时钟同步的优化方法。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述方法包括:第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,所述Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文;以及所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商或主从维护。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一设备根据所述Sync报文中的扩展信息进行主从协商,包括:所述第一设备获取所述Sync报文中的Announce报文内容;根据所述Announce报文内容判断所述第二设备的优先级是否低于自身;若是,丢弃所述Sync报文;若否,所述第一设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一设备根据所述Sync报文进行主从维护,包括:所述第一设备根据BMC算法判断当前主设备上保存的GM设备和所述第二设备是否为同一设备;若是,所述第一设备获取所述Sync报文中的时间戳信息计算主从设备之间的时间差,并更新所述Announce报文超时的定时器;若否,所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息,包括:所述第一设备判断发送所述Sync报文的第二设备的优先级是否高于所述GM设备;若是,将所述GM设备更换为所述发送Sync报文的第二设备;若否,丢弃所述Sync报文。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述方法还包括:将Sync报文的Flags与所述Announce报文的Flags进行或运算,并将结果存储至所述Sync报文的Flags。
在本发明的另一个方面当中,提供了一种PTP时钟同步的优化装置,其包括接收模块和维护模块。
接收模块,用于供第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,所述Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文。
维护模块,用于供所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商或主从维护。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述维护模块还用于:所述第一设备获取所述Sync报文中的Announce报文内容;根据所述Announce报文内容判断所述第二设备的优先级是否低于自身;若是,丢弃所述Sync报文;若否,所述第一设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述维护模块还用于:所述第一设备根据BMC算法判断当前主设备上保存的GM设备和所述第二设备是否为同一设备;若是,所述第一设备获取所述Sync报文中的时间戳信息计算主从设备之间的时间差,并更新所述Announce报文超时的定时器;若否,所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息。
在本发明的一个或多个实施方式中,所述维护模块还用于:所述第一设备判断发送所述Sync报文的第二设备的优先级是否高于所述GM设备;若是,将所述GM设备更换为所述发送Sync报文的第二设备;若否,丢弃所述Sync报文。
在本发明的另一个方面当中,提供了一种电子设备,包括:至少一个处理器;以及存储器,所述存储器存储指令,当所述指令被所述至少一个处理器执行时,使得所述至少一个处理器执行如上所述的PTP时钟同步的优化方法。
在本发明的另一个方面当中,提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的PTP时钟同步的优化方法的步骤。
与现有技术相比,根据本发明实施方式的PTP时钟同步的优化方法及应用,其能够通过对PTP协议报文的种类进行删减、对协议报文的字段进行优化更新、丰富复用协议报文,从而可以实现减少协议报文交互、降低CPU使用率的效果、降低CPU功耗,为嵌入式网络设备节省资源以保证其他业务的正常运行。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的PTP时钟同步的优化方法的流程图;
图2是根据本发明一实施方式的PTP协议定义的TLV类型图;
图3是根据本发明一实施方式的PTP时钟同步的优化方法的具体流程图;
图4是根据本发明一实施方式的PTP时钟同步的优化装置的结构图;
图5是根据本发明一实施方式的PTP时钟同步的优化的计算设备的硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
实施例1
如图1至图3所示,介绍本发明的一个实施例中PTP时钟同步的优化方法,该方法包括如下步骤。
在步骤S101中,第一设备接收第二设备发送的Sync报文。
PTP协议中定义的报文主要有:
Announce报文,由主设备持续发送,用于两台设备时间同步初期协商建立主从关系,以及时间同步过程中从设备确认主设备是否仍然存在的验证标记,如果在n个Announce报文发送周期结束后(通常n取4),仍未收到Announce报文,此时认为主设备故障或者不存在,不能正常为从设备提供时钟信息,各从设备通过协商重新选举出新的主设备,由新的主设备为网络中的第二设备提供时钟信息。
Sync报文,由主设备持续发送,在One-step模式下,该报文携带报文发送的时间戳;在Two-step模式下,该报文的发送时间戳由后续的Follow Up报文携带,FollowUp报文也是由主设备发送,且和Sync报文一一对应。
在本实施例中,Announce报文如下:
Precision Time Protocol(IEEE1588)
0000....=transport Specific:0x0
....1011=message Id:Announce Message(0xb)
....0010=versionPTP:2
Message Length:64
SubdomainNumber:0
flags:0x0008
correction:0.000000 nanoseconds
Clock Identity:0xd0f144fffe893700
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Sequence Id:17
control:OtherMessage(5)
log Message Period:1
origin Timestamp(seconds):0
origin Timestamp(nanoseconds):0
origin Current UTC Offset:37
priority1:100
grandmaster Clock Class:248
grandmaster Clock Accuracy:Accuracy Unknown(0xfe)
grandmaster Clock Variance:61536
priority2:128
grandmaster Clock Identity:0xd0f144fffe893700
local steps Removed:0
Time Source:INTERNAL_OSCILLATOR(0xa0)
Sync报文如下:
Precision Time Protocol(IEEE1588)
0000....=transport Specific:0x0
....0000=message ld:Sync Message(0x0)
....0010=versionPTP:2
Message Length:44
subdomain Number:0
flags:0x0200
correction:0.000000 nanoseconds
Clock Identity:Oxd0f144fffe893700
Source Port ID:1
Sequence Id:35
control:Sync Message(0)
log Message Period:0
origin Timestamp(seconds):0
origin Timestamp(nanoseconds):0
通过对比Announce报文和Sync报文的相关字段,可以得知Announce报文和Sync报文的相关字段并无需要注意的互斥内容,可以共同存在。因此,将Announce报文的内容扩展至Sync报文中,使Sync报文在提供时间信息的基础上同时具有主从协商、维持主从关系的作用。
根据预留的TLV类型将Announce报文的内容扩展至Sync报文中,TLV是一种可变的格式,意为:Type类型,Lenght长度,Value值。Type代表该字段是关于标签和编码格式的信息;Length代表该字段是定义数值的长度;Value代表字段表示实际的数值。
在本实施例中,Type为0x5000,Length为扩展字段内容的长度,Value为从Announce报文中摘取的内容,具体扩展后的报文内容如下:
将Announce报文的内容扩展至Sync报文,还需要修改部分字段的内容,如:message Length字段和Flags字段。Message Length字段在Sync报文扩展后需要相应的增加,增加大小为24。Flags字段,由于该字段每一位都标识不同的意义,因此可以将Announce报文中的Flags内容与Sync报文的Flags内容进行或运算。
在本实施例中,第一设备接收到的第二设备发送的Sync报文是具有Announce报文内容的扩展后的Sync报文。
为了保证较高的同步精度,将Sync报文的发送频率配置的较高;为了在GM设备不能正常工作时,能够快速的感知且重新计算并切换到另一台GM设备,将Announce报文的发送频率也配置的较高。如发送频率都设置为1000pps,设备工作在One-step模式下,Sync报文和Announce报文每秒有2000个报文从主设备发往从设备,通过报文的优化重组,每秒可以减少处理1000个报文;如果设备工作在Two-step模式下,每秒有3000个报文从主设备发往从设备,同样的通过报文的优化重组,每秒可以少处理1000个报文。
在步骤S102中,第一设备根据自身的主从状态,利用Sync报文中的Announce报文内容,与第二设备进行主从协商或主从维护。
在本实施例中,第一设备和第二设备进行时钟同步,由于第一设备的优先级高于第二设备,按照PTP协议的BMC算法,第一设备最终应为主设备。
BMC算法,即最佳主时钟算法,每台设备独立计算自身的主、从状态。设备之间并不通过协商决定主时钟和从时钟,而是通过运算结果决定主时钟和从时钟。
在第一设备和第二设备刚使能PTP时均为主设备,相互发送Sync报文。
在第一设备收到Sync报文时,由于第一设备是主设备,不处理Sync报文的原有字段,根据message Length的长度解析剩余字段,发现携带有0x5000的扩展字段,根据扩展字段中的时钟信息可以判断出第二设备的优先级比第一设备低,因此将该Sync报文丢弃。
在第二设备收到Sync报文时,由于此时第二设备也是主设备,不处理Sync报文的原有字段,根据message Length的长度解析Sync报文的剩余字段,发现携带有0x5000的扩展字段,根据扩展字段中的时钟信息可以判断出第一设备的优先级比第二设备高,第二设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
PTP域中所有的时钟节点都按一定层次组织在一起,整个域的参考时间就是最优时钟(Grandmaster Clock,GM),即最高层次的时钟。通过各时钟节点间PTP协议报文的交互,最优时钟的时间最终将被同步到整个PTP域中,因此也称其为时钟源。
最优时钟可以通过手工配置静态指定,也可以通过BMC(Best Master Clock,最佳主时钟)协议动态选举,动态选举的过程如下:
在第二设备再次接收到第一设备发送的Sync报文时,由于第二设备处于从设备状态,解析Sync报文的原有字段内容,获取时间戳信息,计算主从设备之间的时间差值,并解析Sync报文的剩余字段,发现携带有0x5000的扩展字段,将扩展字段中的设备信息(第一设备)与当前设备上保存的Grand Master设备使用BMC算法进行比较。
若扩展字段中的设备与当前设备上保存的Grand Master设备是同一个设备,将时间差值设置到时钟板或者芯片中,并更新原Announce报文超时的定时器,使定时器不会超时,实现原Sync报文的时间同步和原Announce报文的主、从状态维护。若扩展字段中的设备与当前设备上保存的Grand Master设备不是同一个设备,则比较该报文中的设备信息与当前存储的主设备信息,选取最优的时钟源进行同步,并更新本地主设备信息。
如图4所示,介绍根据本发明具体实施方式的PTP时钟同步的优化装置。
在本发明的实施方式中,PTP时钟同步的优化装置包括接收模块401和维护模块402。
接收模块401,用于供第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文。
维护模块402,用于供第一设备根据自身的主从状态,利用Sync报文中的Announce报文内容,与第二设备进行主从协商或主从维护。
维护模块402还用于:第一设备获取Sync报文中的Announce报文内容;根据Announce报文内容判断第二设备的优先级是否低于自身;若是,丢弃Sync报文;若否,第一设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
维护模块402还用于:第一设备根据BMC算法判断当前主设备上保存的GM设备和第二设备是否为同一设备;若是,第一设备获取Sync报文中的时间戳信息计算主从设备之间的时间差,并更新Announce报文超时的定时器;若否,第一设备将Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新主设备信息。
维护模块402还用于:第一设备判断发送Sync报文的第二设备的优先级是否高于GM设备;若是,将GM设备更换为发送Sync报文的第二设备;若否,丢弃Sync报文。
图5示出了根据本说明书的实施例的用于PTP时钟同步的优化的计算设备50的硬件结构图。如图5所示,计算设备50可以包括至少一个处理器501、存储器502(例如非易失性存储器)、内存503和通信接口504,并且至少一个处理器501、存储器502、内存503和通信接口504经由总线505连接在一起。至少一个处理器501执行在存储器502中存储或编码的至少一个计算机可读指令。
应该理解,在存储器502中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器501进行本说明书的各个实施例中以上结合图1-5描述的各种操作和功能。
在本说明书的实施例中,计算设备50可以包括但不限于:个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动计算设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴计算设备、消费电子设备等等。
根据一个实施例,提供了一种比如机器可读介质的程序产品。机器可读介质可以具有指令(即,上述以软件形式实现的元素),该指令当被机器执行时,使得机器执行本说明书的各个实施例中以上结合图1-5描述的各种操作和功能。具体地,可以提供配有可读存储介质的系统或者装置,在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码,且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。
根据本发明实施方式的PTP时钟同步的优化方法及应用,其能够通过对PTP协议报文的种类进行删减、对协议报文的字段进行优化更新、丰富复用协议报文,从而可以实现减少协议报文交互、降低CPU使用率的效果、降低CPU功耗,为嵌入式网络设备节省资源以保证其他业务的正常运行。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (11)
1.一种PTP时钟同步的优化方法,其特征在于,所述方法包括:
第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,所述Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文;以及
所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商或主从维护。
2.如权利要求1所述的PTP时钟同步的优化方法,其特征在于,所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商,包括:
所述第一设备获取所述Sync报文中的Announce报文内容;
根据所述Announce报文内容判断所述第二设备的优先级是否低于自身;若是,
丢弃所述Sync报文;若否,
所述第一设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
3.如权利要求1所述的PTP时钟同步的优化方法,其特征在于,所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从维护,包括:
所述第一设备根据BMC算法判断当前主设备上保存的GM设备和所述第二设备是否为同一设备;若是,
所述第一设备获取所述Sync报文中的时间戳信息计算主从设备之间的时间差,并更新所述Announce报文超时的定时器;若否,
所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息。
4.如权利要求3所述的PTP时钟同步的优化方法,其特征在于,所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息,包括:
所述第一设备判断发送所述Sync报文的第二设备的优先级是否高于所述GM设备;若是,
将所述GM设备更换为所述发送Sync报文的第二设备;若否,
丢弃所述Sync报文。
5.如权利要求1所述的PTP时钟同步的优化方法,其特征在于,所述方法还包括:
将Sync报文的Flags与所述Announce报文的Flags进行或运算,并将结果存储至所述Sync报文的Flags。
6.一种PTP时钟同步的优化装置,其特征在于,所述装置包括:
接收模块,用于供第一设备接收第二设备发送的Sync报文,其中,所述Sync报文为携带Announce报文内容的TLV扩展报文;
维护模块,用于供所述第一设备根据自身的主从状态,利用所述Sync报文中的Announce报文内容,与所述第二设备进行主从协商或主从维护。
7.如权利要求6所述的PTP时钟同步的优化装置,其特征在于,所述维护模块还用于:
所述第一设备获取所述Sync报文中的Announce报文内容;
根据所述Announce报文内容判断所述第二设备的优先级是否低于自身;若是,
丢弃所述Sync报文;若否,
所述第一设备切换为从设备,并停止发送Sync报文。
8.如权利要求6所述的PTP时钟同步的优化装置,其特征在于,所述维护模块还用于:
所述第一设备根据BMC算法判断当前主设备上保存的GM设备和所述第二设备是否为同一设备;若是,
所述第一设备获取所述Sync报文中的时间戳信息计算主从设备之间的时间差,并更新所述Announce报文超时的定时器;若否,
所述第一设备将所述Sync报文中的设备信息与当前主设备信息进行比较,获取最优的时钟源信息进行同步,并更新所述主设备信息。
9.如权利要求8所述的PTP时钟同步的优化装置,其特征在于,所述维护模块还用于:
所述第一设备判断发送所述Sync报文的第二设备的优先级是否高于所述GM设备;若是,
将所述GM设备更换为所述发送Sync报文的第二设备;若否,
丢弃所述Sync报文。
10.一种电子设备,其特征在于,包括:
至少一个处理器;以及
存储器,所述存储器存储指令,当所述指令被所述至少一个处理器执行时,使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的PTP时钟同步的优化方法。
11.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的PTP时钟同步的优化方法的步骤。
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- 2021-12-30 CN CN202111667009.4A patent/CN114362873B/zh active Active
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