CN115567139A - 一种面向5g与tsn融合的跨网时间同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，属于跨网时间同步领域，包括以下步骤：TSN交换机向NW‑TT发送同步消息；NW‑TT记录入口时间戳，并计算与TSN交换机的链路延迟和时钟频率偏移；NW‑TT根据标准将计算的结果和入口时间戳填入gPTP消息修正字段中；UPF通过将gPTP消息传递给UE；UE将gPTP消息转发给DS‑TT；DS‑TT在将消息向TSN设备转发前，创建出口时间戳，计算gPTP消息在5G系统中的停留时间；DS‑TT将5GS内的停留时间转换为TSN时基的时间，并将gPTP消息发送给TSN设备；TSN设备进行时间同步。
Description
技术领域
本发明属于跨网时间同步领域，涉及一种面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法。
背景技术
工业界和学术界的当前趋势是努力统一通信技术，以开发能够服务于各种实时和非实时应用的单一技术。行业和标准化组织讨论的解决新要求的解决方案是时间敏感网络(Time-SensitiveNetworking,TSN)。TSN是一套IEEE802.1标准，它采用以太网来实现实时功能。无线技术与工业4.0的目标相一致，将成为未来大规模工业通信不可或缺的方面。第五代蜂窝网络技术(5G)是一种很有前途的技术，可以解决有线网络中缺乏移动性和可扩展性等问题。,第三代合作伙伴计划(3GPP)团体致力于使得5G实时功能够适用于工业应用。其中，一个关键方面是与TSN的无缝集成，以建立融合的5G-TSN网络。
3GPP标准和IEEE标准分别对5G和TSN的集成进行了深入分析，将5G作为TSN逻辑桥与TSN集成是可行的。TSN逻辑桥通过使用专用TSN转换器(TTs)隐藏5G复杂性，实现了5G与TSN的无缝集成。这些转换器为TSN网络提供了符合TSN的接口。一个关键特性是支持IEEE802.1AS的通用精确时间协议(gPTP)同步。从架构的角度来看，作为TSN逻辑桥的5G-TSN集成被彻底定义。
时钟同步是指将系统中设备的时钟与某一特定的时间信息源之间的偏差限定在一定范围之内的过程，是分布式系统中尤为重要的技术，其目的是通过确保任意两个节点之间的有限最大偏移来建立具有预定义精度的全局时间概念。特别是在工业控制网络中，网络中的许多基本操作如对象跟踪、确定性调度以及资源管理等都离不开时钟同步，这意味着网络中的所有节点需要共享一个统一的时间尺度。
然而，5GS作为TSN逻辑桥引入的网络端TSN转换器(NW-TT)和设备端TSN转换器(DS-TT)为时间同步增添了更多不确定性。与TSN网桥有线连接不同，DS-TT与NW-TT无线连接，因此对于gPTP消息，无法精确计算DS-TT和NW-TT之间的频率偏移。因此，业界渴望了解5G系统内部的时间同步精度，以评估TSN端站的整体时间精度性能。研究能否满足TSN同步要求很重要，特别是对于闭环运动控制的情况，它的时间精度严格到最高1us。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于以5G-TSN跨网时间同步架构作为研究对象，通过对整个5G-TSN网络时间同步性能的分析，考虑NW-TT、DS-TT和5G主时钟频率偏移的必要性，提出一种面向5G-TSN的跨网时间同步方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，包括以下步骤：
S1：以TSN交换机为主时钟，TSN交换机向NW-TT发送同步消息；
S2：NW-TT收到同步消息后记录入口时间戳TSi，并计算与TSN交换机之间的链路延迟和时钟频率偏移；
S3：NW-TT根据标准将计算的结果和入口时间戳TSi填入gPTP消息修正字段中；
S4：UPF通过PDU会话将gPTP消息传递给UE；
S5：UE将gPTP消息转发给DS-TT；
S6：DS-TT在将消息向TSN设备转发前，创建出口时间戳TSe，并计算gPTP消息在5G系统中的停留时间；
S7：DS-TT将5GS内的停留时间转换为TSN时基的时间；
S8：DS-TT将gPTP消息发送给TSN设备；
S9：TSN设备接收到gPTP消息后，进行时间同步。
进一步，以TSN交换机为主时钟，TSN交换机时钟模型建模为：
TMC(t)＝t (1)
其中t为TSN交换机的当前时间，TMC(t)为TSN交换机产生的时间戳；
5G时钟域的时钟模型建模为：
T5G(t)＝α5Gt+β5G (2)
式中，α5G表示5GS的时钟频率偏移，β5G表示5GS的时钟相位偏移，T5G(t)为5G系统产生的时间戳。
进一步，步骤S2中所述NW-TT与TSN交换机的链路延迟和时钟频率偏移计算如下：
通过定时消息发送机制计算时钟频率偏移：TSN交换机向NW-TT发送两个同步消息并记录两个发送的时间戳TMC(t11)和TMC(t13)；NW-TT记录两个同步消息的接收时间戳T5G(t12)和T5G(t14)，结合式(1)和式(2)得到：
TMC(t11)＝t11 (3)
T5G(t12)＝α5Gt12+β5G (4)
TMC(t13)＝t13 (5)
T5G(t14)＝α5Gt14+β5G (6)
式中t11、t12、t13和t14分别表示时间戳TMC(t11)、T5G(t12)、TMC(t13)和T5G(t14)对应TSN交换机的当前时间；
在TSN桥和NW-TT之间的链路延迟d1不发生变化的情况下，且在NW-TT接收到时间戳T5G(t12)和T5G(t14)时，在TSN交换机对应的时间戳为TMC(t12)和TMC(t14)，TSN交换机侧的时间戳关系表示为：
TMC(t12)＝TMC(t11)+d1 (7)
TMC(t14)＝TMC(t13)+d1 (8)
TSN桥与NW-TT之间的相对时钟频率偏移的估计值
表示为：
4个时间戳的关系如下：
T5G(t21)＝α5Gt21+β5G (10)
TMC(t22)＝t22 (11)
TMC(t23)＝t23 (12)
T5G(t24)＝α5Gt24+β5G (13)
式中t21、t22、t23和t24分别时间戳T5G(t21)、TMC(t22)、TMC(t23)和T5G(t24)对应TSN交换机的当前时间；
TSN交换机侧的时间戳关系表示为：
TMC(t22)＝TMC(t21)+d1 (14)
TMC(t23)＝TMC(t24)-d1 (15)
TSN交换机和NW-TT之间链路延迟的估计值表示为：
TSN设备的时钟模型建模为：
TD(t)＝αDt+βD (17)
式中，αD表示TSN设备的时钟频率偏移，βD表示TSN设备的时钟相位偏移，TD(t)为TSN产生的时间戳；
DS-TT与TSN设备之间的相对时钟频率偏移表示为：
DS-TT与TSN设备之间链路延迟的估计值
表示为：
进一步，步骤S6中，gPTP消息在5G系统中的停留时间为：
D5G＝TSe-TSi (20)。
更进一步，步骤S7所述DS-TT将5GS内的停留时间转换为TSN时基的时间，表示为：
其中TMC(t4)为在TSN设备接收到同步消息时对应的TSN交换机的时间戳，TMC(t1)为TSN交换机向TSN设备发送时间同步信息的发送时刻；
则TSN交换机到TSN设备之间的频率偏移
为：
TSN设备和TSN交换机之间的相位偏移
为：
TSN设备与TSN交换机之间的链路延迟Toffset表示为：
Toffset＝TD(t4)-TD(t1) (26)
式中，TD(t4)为TSN设备接收到的时间戳，TD(t1)为TSN设备在接收到时间同步信息后通过公式计算所得出，表示TSN交换机向TSN设备发送时间同步信息时TSN设备的时间戳。
进一步，通过卡尔曼滤波算法对链路延迟和时钟偏移进行滤波，具体包括：
A1：给定初始状态，即n＝0时刻的始终偏差、频率偏移值和协方差；
A2：由递推公式得到第n+1个周期的先验状态预测、先验估计协方差：
P(n+1|n)＝AP(n|n)AT+Q (32)
式中，，X(n+1|n)为(n+1)T0时刻的先验状态预测，P(n+1|n)为先验估计方差，(n|n)为nT0时刻后验状态预测，P(n|n)为后验估计协方差，初始状态
P(n|n)不为0；
为第n个周期的控制量，是过程噪声协方差矩阵，且有
A3：根据先验协方差更新第n+1时刻的卡尔曼增益：
K(n+1)＝P(n+1|n)HT[HP(n+1|n)HT+R]-1 (33)
式中K(n+1)表示第n+1个周期的卡尔曼增益，R取决于与测量设备相关的测量噪声协方差；
A4：根据下式更新状态方程，获得第n+1个周期的后验状态预测和后验估计协方差，完成一次滤波过程：
P(n+1|n+1)＝(I-K(n+1)H)P(m+1|n) (34)
X(n+1|n+1)＝X(n+1|n)+K(n+1)(Y(n+1)-HX(n+1|n)) (35)
式中，X(n+1|n+1)表示第n+1个周期后验状态预测，P(n+1|n+1)是后验估计协方差。
本发明的有益效果在于：本发明考虑了NW-TT、DS-TT和5G主时钟频率偏移的必要性，减少了在时间同步过程中出现的由不稳定因素引起的误差，对于工厂复杂网络跨网时间同步具有一定实际意义。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为5G-TSN跨网网络架构图；
图2为跨网时间同步方法示意图；
图3为5G-TSN跨网时间同步流程图；
图4为定时消息发送机制示意图；
图5为对等延迟机制示意图；
图6为定时消息发送机制示意图；
图7为对等延迟机制示意图；
图8为5G-TSN跨网时间信息传递示意图；
图9为卡尔曼滤波流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，5G整个网络包括终端、无线、承载和核心网，5G在TSN中作为一个逻辑网桥。TSN与5G网络之间通过TSN转换器功能进行用户面和控制面的转换和互通。5G TSN转换器包括设备侧TSN转换器(DS-TT)和网络侧TSN转换器(NW-TT)。5G网络对TSN是透明性的，通过DS-TT和NW-TT提供TSN入口和出口端口。
TSN逻辑桥作为TSN网络的标准TSN桥梁出现。DS-TT和NW-TT是隐藏5GS复杂性的TSN逻辑桥的端口。因此，NW-TT和DS-TT必须采用TSN桥进出口操作来实现TSN网络。在5GS内，UE通过协议数据单元(PDU)会话接收服务，PDU会话是UE和数据网络之间的逻辑连接。在UE连接到网络时始终创建至少一个默认会话，至少使用一个UPF进行部署对于为给定的PDU会话提供服务是必不可少的。
时钟同步是确定性通信的前提。基于5G-TSN集成网络架构，可以得到一个简单的5G-TSN集成网络时钟同步模型，跨网时间同步算法如图2所示。作为透明时钟的TSN逻辑桥不会与外部主时钟同步，但它会将gPTP消息从NW-TT发送到DS-TT，并使用5GS时基进行校正。
5G网络和工业互联网有各自的主时钟(GM)。5G网络中的各网元设备，包括用户设备(UE)、5G基站(gNB)、UPF、NW-TT和DS-TT与5G主时钟同步。整个端到端的5G系统可视为IEEE 802.1AS“时间感知系统”，只有NW-TT和DS-TT需要支持IEEE802.1AS协议，并与工业互联网进行时钟同步，执行与IEEE 802.1AS相关的所有功能，例如gPTP、时间戳、最佳主时钟算法(BMCA)、比率(rateRatio)等。因此，DS-TT和NW-TT需要同时支持5G网络和工业互联网两种时钟，并需要计算两种时钟的偏差。
5G与TSN融合跨网时间同步具体过程，如图3所示，其中以TSN交换机为主时钟。首先，TSN交换机向NW-TT发送同步消息，NW-TT收到同步消息后记录入口时间戳TSi，并计算与TSN交换机之间的链路延迟和时钟频率偏移，再将计算的结果和入口时间戳TSi按照3GPPTS23.501标准填入gPTP消息修正字段中。然后UPF通过PDU会话将gPTP消息传递给UE。UE将gPTP消息转发给DS-TT。DS-TT在将消息向TSN设备转发前，创建出口时间戳TSe，并计算gPTP消息在5G系统中的停留时间。最后，DS-TT将gPTP消息发送给TSN设备，TSN设备完成时间同步。
对于TSN，NW-TT和DS-TT都采用边界时钟行为。它们与TSN主时钟同步并参与延迟测量。根据图2可知，5G-TSN集成网络分为5G时钟域和TSN时钟域。5G时钟域和TSN时钟域同步主要分为两个部分：TSN交换机与NW-TT之间和TSN设备与DS-TT之间的同步。
在TSN时钟域同步过程中，把TSN交换机作为主时钟，其时钟模型可以建模为：
TMC(t)＝t (1)
其中t为TSN交换机的当前时间,TMC(t)为TSN交换机产生的时间戳。
作为一个完整的时钟域，5G系统必须实现端到端的时钟同步。5G基站应与TSN主时钟共享统一的时间参考，例如卫星时间服务或协调的通用时间。5G核心网络基于IEEE1588v2协议，通过载波网络实现与基站的时钟同步。UE可以基于定时消息交换技术与基站保持同步。因此，5G时钟域的时钟模型可以建模为：
T5G(t)＝α5Gt+β5G (2)
式中，α5G表示5GS的时钟频率偏移，β5G表示5GS的时钟相位偏移，T5G(t)为5G系统产生的时间戳。
考虑到TSN交换机与NW-TT，TSN设备与DS-TT之间的同步过程相似。在此就以TSN交换机与NW-TT之间的时钟同步为例。计算TSN交换机与NW-TT的时钟频率偏移和链路延迟。
首先，通过定时消息发送机制计算时钟频率偏移，如图4所示。TSN交换机向NW-TT发送两个同步消息并记录两个发送的时间戳TMC(t11)和TMC(t13)。NW-TT记录两个同步消息的接收时间戳T5G(t12)和T5G(t14)。结合式(1)和式(2)可以得到：
TMC(t11)＝t11 (3)
T5G(t12)＝α5Gt12+β5G (4)
TMC(t13)＝t13 (5)
T5G(t14)＝α5Gt14+β5G (6)
上述式中t11、t12、t13和t14分别表示时间戳TMC(t11)、T5G(t12)、TMC(t13)和T5G(t14)对应TSN交换机的当前时间。
假设TSN桥和NW-TT之间的链路延迟d1在短时间内不会变化，且在NW-TT接收到时间戳T5G(t12)和T5G(t14)时，在TSN交换机对应的时间戳为TMC(t12)和TMC(t14)。那么TSN交换机侧的时间戳关系可以用下式表示：
TMC(t12)＝TMC(t11)+d1 (7)
TMC(t14)＝TMC(t13)+d1 (8)
联立公式(3)至公式(8)可以得到TSN桥与NW-TT之间的相对时钟频率偏移的估计值
可以表示为：
然后，通过对等延迟机制计算链路延迟d1,如图5所示。由此，得到的4个时间戳的关系如下：
T5G(t21)＝α5Gt21+β5G (10)
TMC(t22)＝t22 (11)
TMC(t23)＝t23 (12)
T5G(t24)＝α5Gt24+β5G (13)
上述式中t21、t22、t23和t24分别时间戳T5G(t21)、TMC(t22)、TMC(t23)和T5G(t24)对应TSN交换机的当前时间。
考虑到有线网络拓扑结构的相对稳定，在NW-TT接收到时间戳T5G(t21)和T5G(t24)时，在TSN交换机对应的时间戳为TMC(t21)和TMC(t24)。那么TSN交换机侧的时间戳关系可以用下式表示：
TMC(t22)＝TMC(t21)+d1 (14)
TMC(t23)＝TMC(t24)-d1 (15)
联立公式(10)至公式(15)，TSN交换机和NW-TT之间链路延迟的估计值可以表示为：
相似的，TSN设备的时钟模型可以建模为：
TD(t)＝αDt+βD (17)
式中，αD表示TSN设备的时钟频率偏移，βD表示TSN设备的时钟相位偏移，TD(t)为TSN产生的时间戳。
那么，如图6所示，DS-TT与TSN设备之间的相对时钟频率偏移可以表示为：
如图7所示，DS-TT与TSN设备之间链路延迟的估计值
可以表示为：
如图8所示，TSN交换机通过5G逻辑桥将定时消息传输到TSN设备，以完成TSN交换机和TSN设备之间的时钟同步。作为透明时钟的5G系统仅负责转发定时消息。
在这个过程中，TSN交换机在TMC(t1)时刻向TSN设备发送时间同步信息，在信息进入NW-TT时，记录时间戳TSi，在同步消息从DS-TT发出时，记录时间戳TSe并计算同步消息在5GS中的停留时间D5G，其计算公式为：
D5G＝TSe-TSi (20)
在TSN设备接收到同步消息的时间记为TD(t4)，而对应的TSN交换机的时间戳为TMC(t4)。因此，可以得到TSN交换机从发送时间同步消息到TSN设备接收到时间同步消息之间的路径误差。由于gPTP消息在5GS中的停留时间和
都是使用5G时钟域中的时间计算的，需要将其转换为TSN时钟域的时间，其表达式如下：
进而可以得到TSN交换机到TSN设备之间的频率偏移
为：
通过公式(1)和公式(17)可以的得到：
TMC(t1)＝t1 (23)
TD(t4)＝αDt4+βD (24)
上述式中t1和t4分别表示时间戳TMC(t1)和TD(t4)对应TSN交换机的当前时间。
联立公式(21)、公式(23)和公式(24)可以得到TSN设备和TSN交换机之间的相位偏移
为：
TSN设备与TSN交换机之间的链路延迟Toffset可以表示为：
Toffset＝TD(t4)-TD(t1) (26)
式中，TD(t4)为TSN设备接收到的时间戳，TD(t1)为TSN设备在接收到时间同步信息后通过公式计算所得出。
在时钟同步的实际过程中，由于同步信息报文的交换过程中存在其他不确定性的因素，特别的在5GS内部时间传递的不确定性的因素，对时钟偏差和时钟漂移的测量精度造成影响，因此考虑引入卡尔曼滤波算法，进一步提高时钟同步的精确度。
在周期性时间同步算法中，结合同步过程误差，由周期性采样离散化可以得到第n+1个周期的TSN设备与TSN交换机之间的链路延迟Toffset(n+1)与时钟频率偏移
分别可以表示为：
式中Toffset(n)为第n个周期的TSN设备与TSN交换机之间的链路延迟，
为第n个周期的TSN设备与TSN交换机之间的时钟频率偏移。
为第n周期经过算法计算得出的相位偏移估计值，T为每个周期的时间间隔，为固定值。wT(n)和wα(n)分别表示同步过程中产生的路径偏移噪声误差与频率偏移噪声误差，一般设两者为互不相关的高斯白噪声，相应的噪声方差分别记为
联立公式(22)、公式(26)和公式(27)可以得到状态转移方程：
X(n+1)＝AX(n)+BU(n)+W(n) (29)
式中
为状态转移矩阵，T为每个周期的时间间隔。
为控制矩阵，
为第n时刻由两个计算变量值组成的状态输入向量：链路延迟与时钟频率偏移。
为修正值，
为噪声误差。通过计算可以得到观测方程：
U(n)＝XH(n)+V(n) (30)
式中
为测量系统的参数矩阵，V(n)为测量噪声，服从V(0，R)的正态分布，且与W(n)相互独立。
在得到时钟模型的状态空间方程后，可对其进行滤波。滤波主要有预测和更新两个步骤，具体计算过程如下。
(1)对第n+1个周期的状态预测：
P(n+1|n)＝AP(n|n)AT+Q (32)
公式(31)和公式(32)中，X(n+1|n)为(n+1)T0时刻的先验状态预测，P(n+1|n)为先验估计方差。P(n+1|n)是根据前次迭代结果得出的不可靠预测，是状态更新方程中的输入量，并不是滤波的结果。X(n|n)为nT0时刻后验状态预测，P(n|n)为后验估计协方差。初始状态
P(n|n)不为0即可。
为第n个周期的控制量。Q是过程噪声协方差矩阵，且有
(2)对第n+1个周期的状态更新：
K(n+1)＝P(n+1|n)HT[HP(n+1|n)HT+R]-1 (33)
P(n+1|n+1)＝(I-K(n+1)H)P(m+1|n) (34)
X(n+1|n+1)＝X(n+1|n)+K(n+1)(Y(n+1)-HX(n+1|n)) (35)
式中，K(n+1)表示第n+1个周期的卡尔曼增益，R取决于与测量设备相关的测量噪声协方差。式中，X(n+1|n+1)表示第n+1个周期后验状态预测，P(n+1|n+1)是后验估计协方差。
通过公式(22)、公式(25)和公式(26)得到的计算结果，在第n个同步周期进行计算值和观测值赋值，令Toffset(n)＝Toffset，
结合公式(29)至公式(34)更新参数，由公式(35)得到当前时刻的路径延迟和频率偏移加以修正。
卡尔曼滤波具体流程如图9所示，卡尔曼滤波的具体步骤是先给定初始状态，即n＝0时刻的始终偏差、频率偏移值和协方差；再由递推公式(31)和公式(32)，得到第n+1个周期的先验状态预测、先验估计协方差；然后根据先验协方差更新第n+1时刻的卡尔曼增益，卡尔曼增益决定了第n+1个周期的先验状态预测和nT0时刻的后验状态预测的权重；最后根据公式(34)和公式(35)更新状态方程，获得第n+1个周期的后验状态预测和后验估计协方差，完成一次滤波过程。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：以TSN交换机为主时钟，TSN交换机向NW-TT发送同步消息；
S2：NW-TT收到同步消息后记录入口时间戳TSi，并计算与TSN交换机之间的链路延迟和时钟频率偏移；
S3：NW-TT根据标准将计算的结果和入口时间戳TSi填入gPTP消息修正字段中；
S4：UPF通过PDU会话将gPTP消息传递给UE；
S5：UE将gPTP消息转发给DS-TT；
S6：DS-TT在将消息向TSN设备转发前，创建出口时间戳TSe，并计算gPTP消息在5G系统中的停留时间；
S7：DS-TT将5GS内的停留时间转换为TSN时基的时间；
S8：DS-TT将gPTP消息发送给TSN设备；
S9：TSN设备接收到gPTP消息后，进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：以TSN交换机为主时钟，TSN交换机时钟模型建模为：
TMC(t)＝t (1)
其中t为TSN交换机的当前时间，TMC(t)为TSN交换机产生的时间戳；
5G时钟域的时钟模型建模为：
T5G(t)＝α5Gt+β5G (2)
式中，α5G表示5GS的时钟频率偏移，β5G表示5GS的时钟相位偏移，T5G(t)为5G系统产生的时间戳。
3.根据权利要求1所述的面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S2中所述NW-TT与TSN交换机的链路延迟和时钟频率偏移计算如下：
通过定时消息发送机制计算时钟频率偏移：TSN交换机向NW-TT发送两个同步消息并记录两个发送的时间戳TMC(t11)和TMC(t13)；NW-TT记录两个同步消息的接收时间戳T5G(t12)和T5G(t14)，结合式(1)和式(2)得到：
TMC(t11)＝t11 (3)
T5G(t12)＝α5Gt12+β5G (4)
TMC(t13)＝t13 (5)
T5G(t14)＝α5Gt14+β5G (6)
式中t11、t12、t13和t14分别表示时间戳TMC(t11)、T5G(t12)、TMC(t13)和T5G(t14)对应TSN交换机的当前时间；
在TSN桥和NW-TT之间的链路延迟d1不发生变化的情况下，且在NW-TT接收到时间戳T5G(t12)和T5G(t14)时，在TSN交换机对应的时间戳为TMC(t12)和TMC(t14)，TSN交换机侧的时间戳关系表示为：
TMC(t12)＝TMC(t11)+d1 (7)
TMC(t14)＝TMC(t13)+d1 (8)
TSN桥与NW-TT之间的相对时钟频率偏移的估计值
表示为：
四个时间戳的关系如下：
T5G(t21)＝α5Gt21+β5G (10)
TMC(t22)＝t22 (11)
TMC(t23)＝t23 (12)
T5G(t24)＝α5Gt24+β5G (13)
式中t21、t22、t23和t24分别时间戳T5G(t21)、TMC(t22)、TMC(t23)和T5G(t24)对应TSN交换机的当前时间；
TSN交换机侧的时间戳关系表示为：
TMC(t22)＝TMC(t21)+d1 (14)
TMC(t23)＝TMC(t24)-d1 (15)
TSN交换机和NW-TT之间链路延迟的估计值表示为：
TSN设备的时钟模型建模为：
TD(t)＝αDt+βD (17)
式中，αD表示TSN设备的时钟频率偏移，βD表示TSN设备的时钟相位偏移，TD(t)为TSN产生的时间戳；
DS-TT与TSN设备之间的相对时钟频率偏移表示为：
DS-TT与TSN设备之间链路延迟的估计值
表示为：
4.根据权利要求1所述的面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S6中，gPTP消息在5G系统中的停留时间为：
D5G＝TSe-TSi (20)。
5.根据权利要求3所述的面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：步骤S7所述DS-TT将5GS内的停留时间转换为TSN时基的时间，表示为：
其中TMC(t4)为在TSN设备接收到同步消息时对应的TSN交换机的时间戳，TMC(t1)为TSN交换机向TSN设备发送时间同步信息的发送时刻；
则TSN交换机到TSN设备之间的频率偏移
为：
TSN设备和TSN交换机之间的相位偏移
为：
TSN设备与TSN交换机之间的链路延迟Toffset表示为：
Toffset＝TD(t4)-TD(t1) (26)
式中，TD(t4)为TSN设备接收到的时间戳，TD(t1)为TSN设备在接收到时间同步信息后通过公式计算所得出，表示TSN交换机向TSN设备发送时间同步信息时TSN设备的时间戳。
6.根据权利要求1所述的面向5G与TSN融合的跨网时间同步方法，其特征在于：通过卡尔曼滤波算法对链路延迟和时钟偏移进行滤波，具体包括：
A1：给定初始状态，即n＝0时刻的始终偏差、频率偏移值和协方差；
A2：由递推公式得到第n+1个周期的先验状态预测、先验估计协方差：
P(n+1|n)＝AP(n|n)AT+Q (32)
式中，，X(n+1|n)为(n+1)T0时刻的先验状态预测，P(n+1|n)为先验估计方差，(n|n)为nT0时刻后验状态预测，P(n|n)为后验估计协方差，初始状态
P(n|n)不为0；
为第n个周期的控制量，是过程噪声协方差矩阵，且有
A3：根据先验协方差更新第n+1时刻的卡尔曼增益：
K(n+1)＝P(n+1|n)HT[HP(n+1|n)HT+R]-1 (33)
式中K(n+1)表示第n+1个周期的卡尔曼增益，R取决于与测量设备相关的测量噪声协方差；
A4：根据下式更新状态方程，获得第n+1个周期的后验状态预测和后验估计协方差，完成一次滤波过程：
P(n+1|n+1)＝(I-K(n+1)H)P(m+1|n) (34)
X(n+1|n+1)＝X(n+1|n)+K(n+1)(Y(n+1)-HX(n+1|n)) (35)
式中，X(n+1|n+1)表示第n+1个周期后验状态预测，P(n+1|n+1)是后验估计协方差。
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