CN116112113A - 一种双时间平面同步增强架构实现的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及时间同步领域，特别是涉及一种双时间平面同步增强架构实现的方法和系统。主要包括：1588域中的时间主同步平面跟踪上游基准主时间作为主平面时间信息，并将主平面时间信息传送给时间辅助同步平面；系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，通过无延时模式将时钟调整信息传送给时间主同步平面，并将辅助平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点；时间主同步平面根据时钟调整信息对主平面时间信息进行修正。本发明可以提供多个独立时钟源，提升时钟信号的准确性和稳定性。

Description

一种双时间平面同步增强架构实现的方法和系统

【技术领域】

本发明涉及时间同步领域，特别是涉及一种双时间平面同步增强架构实现的方法和系统。

【背景技术】

高精度时间同步是5G承载的关键需求之一。根据不同技术实现或业务场景，需要提供不同的同步精度。5G同步需求主要体现在三个方面：基本业务时间同步需求，协同业务时间同步需求和新业务同步需求。业界采用的主流时间同步技术是基IEEE1588协议来实现，且普遍采用的边界时钟(boundary clock，简写为BC)和普通时钟(ordinary clocks，简写为OC)模型来构架系统。对于BC和OC构架的同步网络，采用的是逐跳跟踪的方式向下游传递时钟信息。节点的同步构架一般是基于物理层频率同步的单一时间平面同步构架方案。

1588协议采用主从同步系统，节点的同步构架通常采用的基于物理层频率同步的单一时间平面同步构架方案，存在以下技术问题。1、仅适用单一时间源跟踪，时间同步的稳定性和可靠性不佳；2、无法感知自身同步输出结果，应用中存在无效输出情况，影响下游同步和同步应用；3、存在时间源或同步路径切换保持时间长，时间性能难以保证。

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决现有时钟同步系统中的缺陷，是本技术领域待解决的问题。

【发明内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了单一时间跟踪源时间同步稳定性和可靠性不佳的问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种双时间平面同步增强架构实现的方法，具体为：1588域中的时间主同步平面跟踪上游基准主时间作为主平面时间信息，并将主平面时间信息传送给时间辅助同步平面；系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，通过无延时模式将时钟调整信息传送给时间主同步平面，并将辅助平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点，其中，时钟调整信息包括状态分析信息和/或相位调整信息；时间主同步平面根据时钟调整信息对主平面时间信息进行修正，并将修正后的主平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点。

优选的，所述对基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，具体包括：时间辅助同步平面的每个节点定时向相邻节点发送同步时间报文消息，同时触发本地系统域时间产生同步时间戳信息，每个节点在接收到相邻节点的同步时间报文消息时，将同步时间报文中的同步时间戳信息作为第一时间戳信息，并触发本地系统域时间产生第二时间戳信息；每个节点向相邻节点发送延时请求信息，同时触发本地系统域时钟产生第三时间戳信息，相邻节点在接收到延时请求消息时触发本地系统与时钟生成第四时间戳，并将第四时间戳通过延时相应报文返回延时请求信息的发送者；获取每组对应的第一时间戳信息和第二时间戳信息之差，以及每组对应的第三时间戳信息和第四时间戳信息之差，将两组时间戳之差的平均值作为本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值，根据偏差值对辅助平面时间信息进行校准。

优选的，所述系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，还包括：当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数为0时，使用本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值作为辅助平面时间信息；当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数不为0时，使用上游节点系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值，与本地系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值的和，作为辅助平面时间信息。

优选的，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，具体包括：时间辅助同步平面中每个节点向相邻节点发送的时间通过消息中携带时间源ID；当节点已在其它端口接收到携带同样时间源ID的时间通告消息时，将携带同样时间源ID的时间通告信息进行跳数比较，选择跳数最小的时间通告信息中的时间信息关联接收端口进行使用；若在不同端口接收到跳数相同的时间通告信息，选择优先级高的端口接收到的时间通告信息关联接收端口进行使用。

优选的，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，还包括：时间辅助同步平面将接收到的主平面时间信息与自身时间信息进行对比，获取主平面时间信息与自身时间信息的偏差值作为时钟调整信息，其中，时钟调整信息包含状态分析信息、相位调整信息和频率信息中任一项或多项。

优选的，还包括透传时钟域，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，具体包括：透传时钟域维护自身的透传时钟信息，透传时间域和物理端口关联；时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口；透传时间域根据同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳，对同步消息中的时间信息进行修正。

另一方面，本发明提供了一种双时间平面同步增强架构实现的系统，具体为：在1588域中建立时间主同步平面，时间主同步平面通过PTP(Sl ave)端口跟踪上有基准主时间信息，通过PTP(Master)端口向下游节点传送时间信息，通过时间信息通道向时间辅助同步平面发送主平面时间信息；在系统时钟域中建立时间辅助同步平面，时间辅助平面通过PTP端口跟踪上游节点时间信息，通过PTP端口向下游节点传送时间信息，通过层间数据通道向时间主同步平面发送时钟调整信息。

优选的，还包括：在系统时钟域中建立物理层时钟，通过线路接口跟踪上游基准时钟频率信息，并向下游节点、时间主同步平面和时间辅助同步平面发送基准时钟频率信息。

优选的，还包括透传时钟域，具体的：透传时钟域与物理端口关联，透传时钟域的域入口和域出口包含透传时戳单元，以便于获取同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳；时间主同步平面接收到的同步消息经透传时钟域转发至1588域的时间统统同步模块；时间辅助同步平面收到的同步消息经透传时钟域转发至系统时钟域的时间偏差测算模块；时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：通过双时间平面的设置，可以提供第二个稳定准确的独立时钟源，并使得时间主同步平面不仅能按照1588协议根据上游的基准主时间和物理层时钟频率进行校准，还能够根据时间辅助同步平面提供的时钟调整信息进行校准，能够有效监测时间主同步平面的同步输出性能，并在时间主同步平面的时钟信号缺失时作为备份时钟源，提升时间同步可靠性。使用双平面的方式还可以增强系统时间同步的稳定性，在时间主同步平面使用的上游基准主时间的时间源丢失或切换过程中，可以对其时间输出进行保持性能修正，提升切换和保持性能。使用双时间平面的架构，能够同时对多个基准时间源进行观测，并提供多个独立时钟源，能够提升时钟信号的准确性和稳定性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双时间平面同步增强架构实现的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种双时间平面同步增强架构实现的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种双时间平面同步增强架构实现的系统架构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种双时间平面同步增强架构实现的系统架构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种双时间平面同步增强架构实现的系统架构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种双时间平面同步增强架构实现的辅助平面同步校准过程数据流示意图；

图7为本发明实施例提供的辅助平面同步校准过程实例使用的网络拓扑示意图。

【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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

同步系统在实现BC/OC节点时，常用的单时间同步平面构架，包含时间同步平面和物理层时钟。属于系统钟域的物理层时钟通过线路接口跟踪上游基准主时钟(primaryreference clock，简写为PRC)频率信息，并通过线路接口向下游发送，也为时间同步平面提供频率参考。时间同步平面则通过高精度时间同步协议(Precision Time Protocol，简写为PTP)端口的从端口(Slave)跟踪上游基准主时间(primary reference time clock，简写为PRTC)信息，提供给具体应用，并通过PTP端口的主端口(Master)向下游节点传送时间信息。在本实施例提供的方法中，将现有的时间同步平面作为时间主同步平面，保留现有的时间同步校准方式，并另外增加时间辅助同步平面作为第二校准时间源，增加时间同步的精确性和稳定性。

如图1所示，本发明实施例提供的双时间平面同步增强架构实现的方法具体步骤如下。

步骤101：1588域中的时间主同步平面跟踪上游基准主时间作为主平面时间信息，并将主平面时间信息传送给时间辅助同步平面。

本实施例提供的方案中，为了保留现有的时间同步方式，将时间主同步平面设置在1588域。时间主同步平面通过PTP端口(Slave)跟踪上游基准主时间信息，主时钟周期性发布PTP时间同步及时间信息，时间主同步平面从PTP(Slave)端口接收基准主时钟发来的时间戳信息，根据此信息计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，从而使设备时间保持与主设备时间一致的频率和相位。时间主同步平面根据基准主时钟进行同步后，再将自身时钟提供给具体应用，并通过PTP端口(Master)向下游节点传送时间信息，作为应用和下游节点的时钟使用。

与现有技术中时间平面仅通过基准主时钟进行校准的方式相比，本实施例中的时间主同步平面还接受时间辅助同步平面的同步校准信息，因此需要将与基准主时钟跟踪同步后的时间信息通过时间信息通道传送给时间辅助同步平面，用于性能对比分析。

步骤102：系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，通过无延时模式将时钟调整信息传送给时间主同步平面，并将辅助平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点。

本实施例中，时间辅助同步平面作为第二时钟源，需要具备较高的稳定性和同步精度，因此可以引入系统域时钟作为时间辅助同步平面，以提供时间同步的频率基础。时间辅助同步平面利用系统时钟维护一个自由振荡时间，并对所在域内的基准时钟源进行观测，从而获取精确的时钟信号，该时间与系统外时间无相关性，可以作为独立的时钟源使用，并通过PTP端口与上下游节点进行同步信息交互，使得各节点的时钟保持同步，避免因不同节点间的时钟不同步导致校准信息错误。本实施例中，为了提高时钟的精确度并避免基准时间源不可用，对多个基准时间源进行观测，每个基准时间源通过时间源ID(clockID)进行区分。

时间辅助同步平面为时间主同步平面提供同步增强功能，为时间主同步平面提供时钟调整信息。时间辅助同步平面将接收到的主平面时间信息与自身时间信息进行对比，获取主平面时间信息与自身时间信息的偏差值作为时钟调整信息，其中，时钟调整信息包含状态分析信息、相位调整信息、频率信息中任一项或多项。时钟调整信息通过层间数据通道传送给时间主同步平面，对其同步状态和结果进行修正。

在具体实施过程中，时间辅助同步平面的辅助平面时间信息也可以作为同步管控系统的时钟数据来源之一，为本节点的应用或下游节点提供独立的时间信息。时间辅助同步平面的时间信息传递为无延时模式，不受传统最佳主时钟(best master clock，简写为BMC)算法跟踪确立和同步调整等延时影响，下游节点能够快速获取时间信息，避免因时延影响同步精度。

步骤103：时间主同步平面根据时钟调整信息对主平面时间信息进行修正，并将修正后的主平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点。

时间主同步平面接收到时间辅助同步平面节点发送的时钟调整信息后，根据调整信息中计算时间主同步平面与基准主时钟之间的偏差值，以及相位调整信息，对自身时钟进行同步校准修正。修正后的主平面时间信息与基准主时钟完全同步，可以发送至具体应用作为时钟信号使用，并发送至下游节点作为下游节点的时钟参考值。另一方面，为了简化计算和控制，节省系统资源，当主同步平面与基准主时钟之间的偏差值小于可接受的误差范围时，说明时间主同步平面的时间信息准确可用。此时，时间辅助同步平面不需发送时钟调整信息给时间主同步平面，时间主同步平面也无需进行时间信息的修正，可以直接将原始的主平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点。

经过本实施例中提供的步骤101-步骤103后，即通过上游的基准主时钟和时间辅助同步平面对时间主同步平面进行双重校准，避免现有技术中单一时间跟踪源的不足。在实际使用中，时间辅助同步平面既可以作为独立的时钟源存在，又可以为时间主同步平面的时间信号提供了监控、校准及备份。当时间主同步平面的时钟信号稳定准确时，双时间平面的架构可以通过两个时间平面提供两独立准确的时钟源信号源；当时间主同步平面的时钟信号出现偏差或错误时，可以通过时间辅助平面发出的时钟调整信息进行校准修正；当时间主同步平面的时钟信号缺失时，依然可以使用时间辅助同步平面的时间信息代替时间主同步平面的时间信息持续提供稳定精确的时钟源，而无需额外进行调整。

为了进一步提高时间同步的稳定性和精度，在具体实施中，还可以使用系统钟域的物理层时钟为时间主同步平面和时间辅助同步平面提供时钟频率参考。物理层时钟通过线路接口跟踪上游基准主时钟频率信息，并通过线路接口向下游发送。同时提供频率参考给时间主同步平面和时间辅助同步平面使用，物理层时钟以上游PRC作为基准，下游的主同步平面和辅助同步平面以物理层时钟为参考频率。

在具体实施场景中，由于使用了时间主同步平面和时间辅助同步平面双重时间源提供时钟信号，因此，在其中一个时间源能够正常使用时，另一个时间源作为辅助校准。当时间主同步平面能够正常提供时钟信号时，辅助时间同步平面数据主要用于监测和校准，在时间主同步平面同步过程中分配的权重较小，用于平滑小的波动，增强稳定性，以及保持过程中的性能优化。在某些场景中，时间主同步平面的时钟信号出现丢失等异常情况，或处于切换过程中，将时间辅助同步平面的信号提供给具体应用和下游节点进行使用，以保证异常或切换时的时钟性能。在具体实施中，当时间辅助同步平面的信号出现异常时，数据不会传给时间主同步平面进行同步校准，以避免因异常信号导致的同步错误。

进一步的，在两个时间同步平面出现异常情况的场景中，时间源丢失或同步路径中断这类情况较容易被识别，而性能劣化的判断较为困难。进行部署时，所有时间源会采用相同的时间基准，例如协调世界时(Univers al Time Coordinated，简写为UTC)，由时间辅助同步平面通过对多个时间源基准进行同时观测来进行异常分析。在多源部署环境下，异常会造成多源观测时的偏差结果离散，因此异常情况能够准确被判别，也就避免了异常数据对主平面同步的影响。当识别出异常时，在输出时钟信号的同时还可以触发同步失效告警，并向下游节点发送，在下游节点重新建立正确的时钟信号，避免跟踪错误的时钟信号。

在本方案的具体实施过程中，两个时间同步平面都需要通过PTP端口与外部交互PTP消息。但是，在大多数具体实施场景中，两个时间同步平面的作为PTP端口的物理端口是共用的。由于时间主同步平面与时间辅助同步平面分别属于1588域和系统钟域，不同平面的报文所触发的时间戳需要对应。如果在物理层端口进行区分，硬件很难实现，因而需要对时间戳的处理采用新的技术方案，以下提供两种可用的实现方案。

(1)双时间域+透传时钟(Transparent Clock，简写为TC)域方案。

在双时间平面构建的1588域和系统钟域之外，还构建一个透传时钟域，将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，透传时钟域维护自身的透传时钟信息，时间可以与1588域和系统钟域无关，也可以来自于系统钟域。

透传时间域和物理端口关联，时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口。双时间平面的同步消息都需要经过TC域收发，不同时间平面的同步消息通过域号(Domain)来区分。时间主同步平面接收的同步消息(DomainN)经过TC域后只会转发到1588域的PTP同步模块，而时间辅助同步平面接收的同步消息(Doma inM)经过TC域后只会转发到系统钟域的偏差处理时间偏差测算模块。通过TC域的单向转发，实现不同时间平面同步消息的区分。

进一步，1588域和系统钟域均为BC时钟，其时间戳单元设置在系统内部，与各自对应的域的时钟关联，因此接收或发送同步消息都能够准确进行时间戳处理。但是，由于BC时间戳是基于系统域时间产生的，该时间与时间主同步平面的1588域时间存在偏差，也意味着1588域用于同步计算的时间戳并不准确，需要进行差值修正。在本实施例提供的方案中，该差值可以由辅助同步平面通过比对主同步平面发送来的时间消息获得。另一方面，双时间平面都只与TC域进行数据交互，主辅平面的同步事件报文通过TC域时都需要对同步事件报文通过TC域时转发的时延进行修正，对于TC域的同步消息在系统内转发的延时，透传时间域根据同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳，对同步消息中的时间信息进行修正，经过TC域的时间报文进行修正后再向外部发送时钟同步信号，使得内部的转发过程不会对同步造成影响。

(2)双时间平面时间戳差值修正方案。

在双时间平面构建时，将PTP端口的时间戳单元与1588域和系统钟域的其中一个绑定。实际实施中，由于系统钟域相对稳定无调整，一般绑定系统钟域时钟，以降低设计难度。

以绑定系统钟域为例进行说明，双时间平面的同步消息都需要经过系统钟域收发。不同时间平面的同步消息通过域号(Domain)来区分。时间主同步平面接收的同步消息(DomainN)经过转发，到1588域的PTP同步模块处理，而时间辅助同步平面接收的同步消息(DomainM)经过则转发到系统钟域的偏差处理时间偏差测算模块处理。两个平面发送方向的同步消息均经过转发到物理端口发送，经由同样的BC时间戳单元处理。

进一步的，由于1588域同步消息的时间戳是不准确的，偏差取决于1588域与系统钟域的时间偏差，可以参考透传方案中提供的差值计算方式计算用于修正的差值。1588域的PTP同步模块对于接收到的时间戳加上修正值进行修正。另一方面，对于发送方向，则将修正值在事件消息发送时写入消息的修正域中进行预修正，使得物理接口发送出的时间报文能够携带准确的时间戳信息。

上述两种方案都为可行的时间戳修正方案，在实际实施中，可以任选其一进行实施，也可以根据具体的场景需要参考以上方案进行调整或扩展。方案(1)由于时间戳处理的层级多，实现的精度低于方案(2)，但对接口芯片的跟踪速度要求要较低。方案(2)时间戳处理的层级相对较少，实现的精度要高于方案(1)，但需要接口芯片具备较快的跟踪同步能力。

在本实施例提供的双时间平面架构中，时间辅助同步平面作为一个独立的时间信号源，需要通过区别于时间主同步平面且更为稳定的系统时钟域获取自身的时间信号，即通过观测系统时钟域中的基准时间源信号获取自身时间信息。在具体实施过程中，如图2所示，时间辅助同步平面对基准时间源进行观测的具体过程如下。

步骤201：时间辅助同步平面的每个节点定时向相邻节点发送同步时间报文消息，同时触发本地系统域时间产生同步时间戳信息。每个节点在接收到相邻节点的同步时间报文消息时，将同步时间报文中的同步时间戳信息作为第一时间戳信息，并触发本地系统域时间产生第二时间戳信息。

相邻节点的时间辅助同步平面之间通过PTP端口相连接后，每个节点都定期发送同步报文(Sync)消息，本实施例中的同步报文在相邻节点间双向交互的，每个节点都接收相邻节点的同步报文，并向相邻节点发送同步报文。每个节点发送同步报文消息时触发本地系统域时间产生同步时间戳信息t1_L，t1_L时间戳信息可以通过同步报文或同步跟随报文(Follow-up)传送给相邻节点，对于相邻节点，同步报文中的同步时间戳信息t1_L即为第一时间戳信息t1_N。同时，每个节点也会接收相邻节点发送来的同步报文消息，触发生成本地系统钟域时间产生的第二时间戳信息t2_L，与相邻节点发送来的第一时间戳信息t1_N配对存储(t1_N,t2_L)。

步骤202：每个节点定向相邻节点发送延时请求信息，同时触发本地系统域时钟产生第三时间戳信息，相邻节点在接收到延时请求消息时触发本地系统与时钟生成第四时间戳，并将第四时间戳通过延时相应报文返回延时请求信息的发送者。

每个节点都会定期通过PTP端口发送延时请求(Delay-Req)消息，触发生成本地系统域时间产生的第三时间戳信息t3_L。t3_L时间戳信息在本地留存。同时，本地节点也会接收相邻节点发送来的延时请求消息，将接收时触发生成本地系统钟域时间产生的时间戳信息t4_L，并将t4_L通过延时响应报文发送给相邻节点，对于相邻节点，延时响应报文中的时间戳信息t4_L即为第四时间戳信息t4_N。相应的邻节点也会完成相同的响应动作，通过延时响应报文发送来第四时间戳信息t4_N，与本地留存的时间戳信息t3_L配对存储(t3_L,t4_N)。

步骤203：获取每组对应的第一时间戳信息和第二时间戳信息之差，以及每组对应的第三时间戳信息和第四时间戳信息之差，将两组时间戳之差的平均值作为本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值，根据偏差值对辅助平面时间信息进行校准。

利用PTP的测量原理，节点可以采用公式1计算出本地系统钟域时间与相邻节点系统钟域时间的偏差值。

通过步骤201-步骤203，时间辅助同步平面可以通过计算出的偏差值调整自身时钟，获取到与基准时间源同步的时钟信号，为外部应用、下游节点、以及时间主同步平面提供更精确稳定的时钟信号。

进一步的，在同步组网中，基准时间源设备会通过PTP端口与辅助时间同步平面的节点连接，基准时间源发出的通告消息中跳数信息(StepsRe moved)为零值。当相邻节点收到跳数为零值的通告消息时，意味着接收消息的PTP端口相连接的设备为基准时间源设备，该节点会工作于主时钟状态。当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数为0时，使用本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值作为辅助平面时间信息。同时，与基准时间源设备连接的节点还会向上下游节点发送通告消息(Announce)，通告消息中携带该基准时间源的信息。基准时间源信息的携带方式可以利用标准通告报文中的空闲字段，或是采用类型—长度—值(Tag Length Value，简写为TLV)格式。

与基准时间源设备不相连的节点时间偏差值需要与PTP端口关联，可以记为T_{LNoffset-nodeNum-protNum},其中nodeNum为节点号，portNum为端口号。而该端口测算的TLNoffset值，也等于该节点的本地系统钟域时间与该基准时间源设备的参考时间的偏差值，即T_{LSoffset-clockID-nodeNum}＝T_{LNoffset-nodeNum-protNum},其中，clockID为每个节点本身时钟的时间源ID，no deNum为节点号，T_{LSoffset-clockID-nodeNum}信息会通过通告消息携带，发送到下游节点。

由于延时和收发处理的误差等原因，距离基准时间源设备越远的节点所接收到基准时间源信息误差越大。在步骤201-步骤203中，每个节点存储的偏差数据是与相邻节点一一对应的，对于远离基准时间源设备的节点，偏差值可能误差越大。当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数不为0时，使用上游节点系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值，与本地系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值的和，作为辅助平面时间信息。对于没有直接与基准时间源设备的相连的节点，在收到相邻节点发送来的通告消息时，可以从中取得上游节点的T_{LSoffset-clockID-nodeNum}，在本节点中以T_{RX-LSoffset-clockID-nodeNum}表示。将T_{RX-LSoffset-clockID-nodeNum}加上对应端口测算的T_{LNoffset-nodeNum-protNum}，即可得到该节点本地系统钟域时间与clockID所在节点对应的基准时间源的偏差值T_{LSoffset-clockID-nodeNum}。具体的，可以使用公式2进行计算。

T_{LSoffset-clockID-nodeNum}＝T_{RX-LSoffset-clockID-nodeNum}+T_{LNoffset-nodeNum-protNum} (公式2)

T_{LSoffset-clockID-nodeNum}同样会通过通告消息携带，发送到下游节点。下游节点的根据偏差值对本地时钟信息进行修正。

在上述过程中，由于网络拓扑的原因，每个节点可能会有多个上游节点或多个下游节点，因此可能会收到多个通告消息，每个节点对于接收的基准时间源的通告消息，会按一定规则进行处理和转发。节点由PTP端口收到相邻设备发来的通告消息都携带有时间源的clockID，由于不同clockID的通告消息的传递相互独立，当该节点没有在其它端口接收到携带相同cl ockID通告消息时，则记录信息后，将通告消息跳数信息加1，并携带节点本地系统钟域时间与该基准时间源设备的参考时间的偏差值T_{LSoffset-clockID-nodeNum}，从PTP端口发送。为了产生同步环，接收到的通告信息由除了接收端口外的其它PTP端口发出。

进一步的，当节点已在其它端口接收到携带同样时间源ID的时间通告消息时，由于同步链路经过的跳数越小，理论上链路带来的误差就会越小，因此优先选择跳数最少的通告消息进行使用。将携带同样时间源ID的时间通告信息进行跳数比较，选择跳数最小的时间通告信息中的时间信息关联接收端口进行使用。若在不同端口接收到跳数相同的时间通告信息，选择优先级高的端口接收到的时间通告信息关联接收端口进行使用。将通告消息关联接收端口进行存储后，将通告消息跳数信息加1，并携带本节点T_{LSoffset-clockID-nodeNum}信息，从除了该接收端口外的其它PTP端口发送。为了避免与基准时间源设备的时间信息冲突，不向相邻连接了基准时间源设备的端口发送通告消息。在实际实施中，端口优先级根据端口号或端口关联的业务等实际场景需要进行排序。

在本实施例提供的方法中，由于时间辅助同步平面中不同clockID的通告消息的传递相互独立，无论在同步网中部署了多少个基准时间源设备，每个节点都能够观测到多有基准时间源设备的时间信息，并测算出本地系统钟域时间与每个基准时间源设备参考时间的偏差，因此可以同时观测到本节点系统域时间与网络中存在的多个时间源时间的偏差值。为了进一步提高同步校准的精度，避免基准时间源或传输链路的误差，可以将各节点存留的偏差值通过加权平均取得一个基准偏差，用于后续的测量。距离基准时间源跳数越少的节点存留的偏差值准确性越高，因此权值越大。

本实施例提供的双时间平面同步增强架构实现的方法，采用了时间主同步平面和时间辅助同步平面的双时间平面同步构架，时间辅助同步平面通过与自身的基准时间源通过通告信息进行同步，提供了稳定准确的第二个时钟信号源，并为时间主同步平面的时间同步提供偏差调整数据，增强同步的稳定性。在时间主同步平面时间源丢失或切换过程中，提供时间输出性能修正或备份时钟信号源，无硬件跟踪调整，去BMC算法，并可以实现同时观测多个基准时间源。同时，通过时间辅助同步平面与时间主同步平面时钟的对比，可以实现对主时间同步平面的输出性能监测和异常处理机制。

实施例2：

在上述实施例1提供的双时间平面同步增强架构实现的方法的基础上，本发明还提供了一种可用于实现上述方法的双时间平面同步增强架构实现的系统，如图3所示，是本发明实施例的系统架构示意图。

在1588域中建立时间主同步平面，时间主同步平面通过PTP(Slave)端口跟踪上有基准主时间信息，通过PTP(Master)端口向下游节点传送时间信息，通过时间信息通道向时间辅助同步平面发送主平面时间信息；

时间主同步平面属于1588域，通过PTP端口(Slave)跟踪上游基准主时间信息，提供给具体应用，并通过PTP端口(Master)向下游节点传送时间信息。时间主同步平面通过PTP端口(Master)跟踪上游节点，即跟踪到PRTC的时间信息，并在本地恢复出与PRTC一致的时间信息。具体实施中，时间信息通道可以是物理信号(例如：1PPS)，也可以是数据通道(PTP端口)，根据系统实现的难易程度而定。

在系统时钟域中建立时间辅助同步平面，时间辅助平面通过PTP端口跟踪上游节点时间信息，通过PTP端口向下游节点传送时间信息，通过层间数据通道向时间主同步平面发送时钟调整信息。

时间辅助同步平面属于系统钟域，利用系统时钟维护一个自由振荡时间，并通过PTP端口与上下游节点进行同步信息交互。时间辅助同步平面为时间主同步平面提供同步增强功能，不直接对外部应用提供时间服务。其交互的数据和同步计算方案根据实施例1中提供的方法进行实现。时间辅助平面可以通过时间主平面通过时间消息通道传送来的时间信息进行对比测量，得出与时间主平面的时间偏差值，再通过层间数据通道传送给时间主同步平面的PTP同步模块。

在具体实施过程中，时间同步平面可以仅依靠PTP实现时间跟踪。为了时间获取系统钟域的频率参考，为时间同步带来更高的稳定性和同步精度，还可以再引入系统域时钟中的物理层时钟作为时间同步的频率基础。在系统时钟域中建立物理层时钟，通过线路接口跟踪上游基准时钟频率信息，并向下游节点、时间主同步平面和时间辅助同步平面发送基准时钟频率信息。物理层时钟同属于系统钟域的物理层时钟，保持通过线路接口跟踪上游基准主时钟(PRC)频率信息。除了通过线路接口向下游发送。同时提供频率参考给时间主同步平面和时间辅助同步平面使用。

两个时间同步平面都需要通过PTP端口与外部交互PTP消息，为了解决某些场景中两个时间同步平面的作为PTP端口物理端口共用的问题，基于实施例1中提供的实现方案，本实施例中提供了相应的系统结构。

(1)如图4所示，使用双时间域+透传时钟域方案。

透传时钟域与物理端口关联，透传时钟域的域入口和域出口包含透传时戳单元，以便于获取同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳。时间主同步平面接收到的同步消息经透传时钟域转发至1588域的时间统统同步模块。时间辅助同步平面收到的同步消息经透传时钟域转发至系统时钟域的时间偏差测算模块。时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口。时间偏差测算模块一方面用于辅助同步平面通过时间戳信息测算本节点时钟与基准时间源的时间偏差；另一方面可以对1588域的时间与系统钟域时间之间的偏差进行对比测量。

(2)如图5所示，使用双时间平面时间戳差值修正方案。

在系统时钟域建立BC时戳处理单元，时间主同步平面和时间辅助同步平面接收到的同步消息到达物理端口时，分别经由相同的BC时戳处理单元处理，以便于1588域和系统钟域的时间偏差进行修正。

上述两种方案都为可行的时间戳修正方案，在实际实施中，可以任选其一进行实施，也可以根据具体的场景需要参考以上方案进行调整或扩展。本实施例提供的双时间平面同步增强架构实现的系统，结合实施例1提供的方法，能够有效监测主时间同步层的同步输出性能，提升时间同步可靠性。在输出异常时，能够触发同步失效告警，并向下游节点发送，避免错误跟踪。另一方面，在时间主同步层时间源丢失或切换过程中，可以对其时间输出进行保持性能修正，提升切换和保持性能。第三方面，能够同时对多个基准时间源进行观测，能够提升同步和判决的准确性。其观测数据也是同步管控系统重要的数量来源。

实施例3：

基于实施例1提供的双时间平面同步增强架构实现的方法以及实施例2提供的双时间平面同步增强架构实现的系统，在不同的具体应用场景中，还可以根据使用需求或实际场景的不同进行补充和调整。

如图2所示，以下简单列举一些可用的技术方案，下述技术方案，在不存在冲突的情况下，可以选择一个或多个技术方案，与实施例1或实施例2中的技术方案进行组合使用，或进行合理的调整和扩展。

(1)多源观测。由于时间辅助同步平面能够对同步网中所有接入的基准时间源的时间进行观测，而基准时间源的时间均为UTC时间，当观测的各基准时间之间有较大偏差时，则说明由基准时间源设备的输出存在异常，或是同步链路中存在异常。结合网络级节点观测信息分析，能够很容易判断故障原因。同步网中接入的基准时间源设备越多，对于异常的分析越准确。如果对多个基准时间的观测值取加权平均作为辅助平面与UTC时间的偏差，将进一步提升观测结果的精度和稳定性。

(2)时间主同步平面输出时间性能监测。时间辅助同步平面利用对基准时间源时间的观测结果，可以实现对时间主同步平面通过时间信息通道输送来的时间同步信息进行监测。对于时间主同步平面，自身无法检测同步上游节点后向下游节点发送的时间信息是否正常。当上游异常的时间信号传递到下游，会大面积影响下游区域的同步。通过时间辅助同步平面的监测，当出现大于门限的偏差，即可通过层间数据通道通知时间主同步平面，停止向下游输送时间信息，并发出告警信息。

(3)时间同步性能增强。时间辅助同步平面通过层间信息通道，实时反馈时间主同步平面与观测到的基准时间的偏差值。在跟踪正常时，偏差值按照一定权重计入时间主平面的偏差调整，能够增强时间输出的稳定性和同步系统的鲁棒性。在出现异常情况时，时间主同步平面进行基准时间源切换或同步路径切换，由于BMC算法为慢协议，1588域会出现较长时间的保持，切换保持期间的时间输出很容易漂移或者发生跳变。而时间辅助平面由于其观测机制，仅需要从加权平均计算中删除无法观测的基准时间即可，切换时间很短。在时间辅助平面能够观测到基准时间到情况下，其输送给时间主平面的偏差信息可以分配更多的权重，对时间输出进行调整，以增强保持期间的时间性能。

在某个具体实施场景中，如图6所示，时间辅助同步平面的同步校准方法如下。

在图7示例的网络拓扑中，设置了PRTC-1～PRTC-n共n个基准时间源，节点1、节点2…节点n共n个同步节点，每个同步节点均采用实施例2中的系统架构，并执行实施例1中提供的同步方法。

上电完成后，物理层时钟锁定。节点1与节点2、节点2与下游节点相互启动邻节点系统钟域偏差测量机制，根据步骤201-步骤203的方法测量本节点与相邻节点之间系统钟域时间的偏差。假设节点1测得与节点2系统钟域时间偏差T_LSoffset-2-1为2000ns，相应的节点2测得与节点1系统钟域时间偏差T_LSoffset-1-2应该为-2000ns。

节点1也会测试系统钟域时间与相连的PRTC-1的基准时间的偏差，假设偏差值T_LNoffset-1-1为3000ns。通过PRTC-1发送的通告消息，节点1能够判断相邻的是基准时间源设备。

节点1将接收到的PRTC-1的通告消息跳数加1，并通过TLV携带本节点系统钟域时间与PRTC-1的基准时间的偏差值T_LNoffset-1-13000ns,发送给下游的节点2。

节点2接收到上游的通告消息，取得偏差值T_LNoffset-1-13000ns，结合本节点与相邻节点1的系统域时间偏差值T_LSoffset-2-1-2000ns，可以测算出本节点系统域时间与PRTC-1基准时间的偏差值T_LNoffset-2-1为3000ns-2000ns＝1000ns。

节点2将也将接收到的源头为PRTC-1的通告消息跳数再加1，并通过TLV携带本节点系统钟域时间与PRTC-1的基准时间的偏差值T_LNoffset-2-11000ns，发送给下游的节点3。

节点3采用相同的计算方法，取得自己系统域时间与PRTC-1基准时间的偏差值。也采用相同的方式向下游转源头为PRTC-1的通告报文。依次将偏差值在相邻节点间传送，直至发送到所有节点。此时网络中所有同步节点均测算出自身系统域时间与PRTC-1基准时间的偏差值。

网络中其它基准主时间设备源(PRTC-2～PRTC-n)的信息，也按照相同的方式在网络中独立传递，直到全部同步节点均测算出自身系统域时间与全部基准主时间设备的时间偏差。由于时间源均是溯源UTC时间，所以正常情况下对于一个节点的辅助同步平面，观测到的与时间源PRTC-1～PR TC-n的偏差值之间的差异应该很小，可以采用标准差来分析。在实际场景中，根据实际的测试值，在无异常的情况下，各节点的偏差值均在1000ns左右。

通过上述过程，可以看到，对于时间辅助同步平面中的每个节点，都可以使用同步网络中的所有时间源进行同步校准，因此可以获取到精确稳定的时间信号。

进一步的，在某个具体实施场景中，以节点2为观察节点说明同步网络异常情况的判断过程。当PRTC-1异常输出降质信息，经过节点1转发后，被节点2接收。节点2根据标准差识别出降质信息后，将PRTC-1的观测数据从均值计算中剔除，并将该异常信息通告给后续节点。如果PRTC-1异常停止发送信息，或者是节点1与节点2之间的同步链路异常中断，造成节点2接收不到PRTC-1的时间信息。当超过接收超时判决门限时，节点2会清除PRTC-1相关的信息。若由于PRTC-1输出性能异常导致时间信息与UT C时间偏差过大，例如节点2观测的观测结果中PRTC-1偏差值T_LNoffset-2-1为20000ns，而其它时间源的偏差结果仍为1000ns左右，按照标准规定的同步网络限值设定判决门限，即可判出PRTC-1性能异常，并对出现异常的时间源进行定位。

根据上述实例可知，实施例1和实施例2中提供的方案能够为时间主同步平面的时间同步提供偏差调整数据，增强同步的稳定性。在时间主同步平面时间源丢失或切换过程中，提供时间输出性能修正，无硬件跟踪调整，去BMC算法，并可以实现同时观测多个基准时间源。同时，通过时间辅助同步平面与时间主同步平面时钟的对比，可以实现对主时间同步平面的输出性能监测和异常处理机制。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于：

1588域中的时间主同步平面跟踪上游基准主时间作为主平面时间信息，并将主平面时间信息传送给时间辅助同步平面；

系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，通过无延时模式将时钟调整信息传送给时间主同步平面，并将辅助平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点，其中，时钟调整信息包括状态分析信息和/或相位调整信息；

时间主同步平面根据时钟调整信息对主平面时间信息进行修正，并将修正后的主平面时间信息发送至本节点的应用和下游节点。

2.根据权利要求1所述的双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于，所述对基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，具体包括：

时间辅助同步平面的每个节点定时向相邻节点发送同步时间报文消息，同时触发本地系统域时间产生同步时间戳信息，每个节点在接收到相邻节点的同步时间报文消息时，将同步时间报文中的同步时间戳信息作为第一时间戳信息，并触发本地系统域时间产生第二时间戳信息；

每个节点向相邻节点发送延时请求信息，同时触发本地系统域时钟产生第三时间戳信息，相邻节点在接收到延时请求消息时触发本地系统与时钟生成第四时间戳，并将第四时间戳通过延时相应报文返回延时请求信息的发送者；

获取每组对应的第一时间戳信息和第二时间戳信息之差，以及每组对应的第三时间戳信息和第四时间戳信息之差，将两组时间戳之差的平均值作为本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值，根据偏差值对辅助平面时间信息进行校准。

3.根据权利要求2所述的双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于，所述系统时钟域中的时间辅助同步平面对至少一个基准时间源进行观测以获取辅助平面时间信息，还包括：

当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数为0时，使用本地系统时钟域时间与相邻节点系统时钟域时间的偏差值作为辅助平面时间信息；

当时间辅助同步平面的节点与基准时间源之间的跳数不为0时，使用上游节点系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值，与本地系统时钟域时间和相邻节点系统时钟域时间的偏差值的和，作为辅助平面时间信息。

4.根据权利要求2所述的双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，具体包括：

时间辅助同步平面中每个节点向相邻节点发送的时间通过消息中携带时间源ID；

当节点已在其它端口接收到携带同样时间源ID的时间通告消息时，将携带同样时间源ID的时间通告信息进行跳数比较，选择跳数最小的时间通告信息中的时间信息关联接收端口进行使用；

若在不同端口接收到跳数相同的时间通告信息，选择优先级高的端口接收到的时间通告信息关联接收端口进行使用。

5.根据权利要求1所述的双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，还包括：

时间辅助同步平面将接收到的主平面时间信息与自身时间信息进行对比，获取主平面时间信息与自身时间信息的偏差值作为时钟调整信息，其中，时钟调整信息包含状态分析信息、相位调整信息和频率信息中任一项或多项。

6.根据权利要求1所述的双时间平面同步增强架构实现的方法，其特征在于，还包括透传时钟域，所述将辅助平面时间信息与主平面时间信息进行对比形成时钟调整信息，具体包括：

透传时钟域维护自身的透传时钟信息，透传时间域和物理端口关联；

时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口；

透传时间域根据同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳，对同步消息中的时间信息进行修正。

7.一种双时间平面同步增强架构实现的系统，其特征在于，具体包括：

在1588域中建立时间主同步平面，时间主同步平面通过PTP(Slave)端口跟踪上有基准主时间信息，通过PTP(Master)端口向下游节点传送时间信息，通过时间信息通道向时间辅助同步平面发送主平面时间信息；

在系统时钟域中建立时间辅助同步平面，时间辅助平面通过PTP端口跟踪上游节点时间信息，通过PTP端口向下游节点传送时间信息，通过层间数据通道向时间主同步平面发送时钟调整信息。

8.根据权利要求7所述的双时间平面同步增强架构实现的系统，其特征在于，还包括：

在系统时钟域中建立物理层时钟，通过线路接口跟踪上游基准时钟频率信息，并向下游节点、时间主同步平面和时间辅助同步平面发送基准时钟频率信息。

9.根据权利要求7所述的双时间平面同步增强架构实现的系统，其特征在于，还包括透传时钟域，具体的：

透传时钟域与物理端口关联，透传时钟域的域入口和域出口包含透传时戳单元，以便于获取同步消息经过域入口的时间戳和经过域出口的时间戳；

时间主同步平面接收到的同步消息经透传时钟域转发至1588域的时间统统同步模块；

时间辅助同步平面收到的同步消息经透传时钟域转发至系统时钟域的时间偏差测算模块；

时间主同步平面和时间辅助同步平面发送方向的同步消息经透传时间域发送至相应的物理端口。

10.根据权利要求7所述的双时间平面同步增强架构实现的系统，其特征在于，系统时钟域中包含BC时戳处理单元，具体的：

时间主同步平面和时间辅助同步平面接收到的同步消息到达物理端口时，分别经由相同的BC时戳处理单元处理，以便于1588域和系统钟域的时间偏差进行修正。

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