CN116941197A - 计算机和无线电接入网络中的稳健时间分配与同步 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过以下操作来实现网络中的多个节点之间的同步的系统、方法和节点：将多个节点的GPS时钟的时间进行比较以确定在彼此的容差内的准确时钟；调整优先级；以及如果某个节点的本地时钟的优先级为低，则选择远程GPS时钟以用作该节点的GPS时钟的定时参考。

Description

计算机和无线电接入网络中的稳健时间分配与同步
技术领域
本发明涉及信号传输领域。更具体地，所提出的技术涉及用于在网络内分配确切的时间、用于在网络中提供稳健和确切同步的方法和节点。本披露内容提供了用于实现网络中的节点之间的稳健GPS辅助同步的方法，比如用于5G网络。本发明涉及用于通过以下操作来实现网络中的多个节点之间的同步的系统、方法和节点：将多个节点的GPS时钟的时间进行比较以确定在彼此的容差内的准确时钟；调整优先级；以及如果某个节点的本地时钟的优先级为低，则选择远程GPS时钟以用作该节点的GPS时钟的定时参考。
背景技术
网络同步(即，网络中的节点之间的同步)对于网络的功能至关重要。例如，基于分组的网络需要节点之间的频率和时间同步(相位对准)以成功地进行分组传递，其中，运营商可以向其客户提供同步服务。
基于网络的方法中的网络同步任务包括将来自主参考时钟(PRC)的参考信号分配给所有需要同步的网络元件。用于在网络中传播参考信号的方法通常是主从方法，即其中从时钟必须从属于稳定性更高(或相等)的时钟的层级模型。同步信息经由同步网络连接通过网络进行传输。同步网络连接通常是单向的，并且通常是点对多点的。可以使用集中式定时网络架构或分布式定时网络架构(例如，GPS)。
同步测量可以包括考虑到参考信号的相位测量、相位偏差以及对相位时间间隔误差、分数频率偏移、最大时间间隔误差(MTIE)和时间偏差(TDEV)的分析。
时间传递(相对和绝对)描述了用于比较从一个位置到另一个位置的时间和频率测量值的机制。时间传递是其中多个站点共享一个精确参考时间的方案。已经开发了多种技术，通常将参考时钟同步从一个点传递到另一个点，通常是长距离传递。时间传递可以用于网络中的不同实体或节点之间的时间同步，这对于网络的功能是至关重要的。
用于在不利用GPS的情况下对网络节点进行时间同步的技术包括例如网络时间协议(NTP)，该网络时间协议可以用于使用时间戳将网络节点的时钟同步到主节点或参考时钟。精确时间协议(PTP)是用于在整个计算机网络中同步时钟的协议，也称为IEEE 1588。有五种基本类型的PTP设备(“时钟”)；普通时钟(主或从)、边界时钟(“主和从”)、端到端透明时钟、对等透明时钟和管理节点。所有五种类型都实施PTP协议的一个或多个方面。透明时钟在PTP消息通过设备时对其进行修改。消息中的时间戳针对遍历网络装备所花费的时间进行校正。该方案通过补偿跨网络的输送可变性来提高分配准确度。
作为基于网络的方法的替代方案，也可以使用全球定位系统(GPS)例如通过在发射器站点安装GPS接收器来实现同步。然而，GPS接收器可能很容易被有意或无意地干扰，或者由于比如装备故障等其他原因而出现故障。
对于远程通信，比如在无线电信网络中，网络节点需要彼此同步，此后终端同步到相应的网络节点。在用于实现5G通信的无线电接入技术新无线电(NR)的实施方式中，终端将连接到几个基站或网络节点以实现通信。因此，对不同基站之间的网络同步的需求已经增加。
5G在速度和时延方面的要求需要确切的定时，其中，PTP和NTP可能是不够的。GPS将提供所需的准确度，但由于其易受干涉或干扰而可能不可靠。因此，需要用于5G网络中的网络同步的增强方法。
发明内容
本披露内容的目的是提供旨在单独地或以任何组合的方式减轻、缓解或消除本领域中的上述缺陷和缺点的方法、节点和系统。该目的是通过在第一节点中用于实现网络中的节点之间的同步的方法来达成，该方法包括：从多个远程节点中的每一个接收该远程节点的GPS时钟的远程时间的指示；将这些接收到的远程时间与第一节点中的本地GPS时钟的本地时间进行比较以识别在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组；确定与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组；以及如果该第一节点的GPS时钟不在该准确时钟组内，则将该本地GPS时钟的优先级降低到低优先级以选择远程GPS时钟作为定时参考。
远程GPS时钟选自所确定的准确时钟组，并且通过使第一节点的本地GPS时钟与所选择的GPS时钟同步来用作第一节点的本地GPS时钟的定时参考。因此，本地时钟从属于远程GPS而不是本地GPS。在同步之后，当再次确定本地GPS时钟属于准确时钟组时可以提高本地GPS时钟的优先级。如果该比较确定第一节点的GPS时钟在准确时钟组内，则将本地时钟的优先级设置为高，并且将由第一节点的本地GPS时钟的本地GPS接收器提供的时间用作或维持为用于要同步的本地GPS时钟的定时参考。
在其他实施例中，如果该方法是在作为用于实现该多个节点之间的同步的中心节点的第一节点中执行的，则该方法包括：在该中心节点中将这些接收到的远程时间进行比较以识别在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组；确定与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组；向该多个节点中对应的时钟不是该准确时钟子组的一部分的每个节点发送指示该节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为低的消息；以及向该多个节点中对应的时钟是该准确时钟子组的一部分的每个节点发送指示该节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为高的消息。已经接收到降低其优先级的指示的远程节点然后可以执行基于远程时钟的优先级和距离来选择要使用的远程时钟作为定时参考的方法。
根据一些方面，提供了一种第一节点，该第一节点包括被配置用于实现网络中的节点之间的稳健GPS同步的处理电路系统，该节点包括通信接口、内部时钟、GPS接收器、以及包括存储器和处理器的被配置为使该节点执行上述方法的处理电路系统。
在其他实施例中，提供了一种包括网络和多个节点的系统，该系统被配置为使所有节点单独地执行如上文针对第一节点所描述的方法。
在又一方面，提供了一种在包括节点网络的系统中执行的方法，该方法实现所述系统的网络中的多个节点之间的同步，该多个节点中的每一个连接到本地GPS时钟，该方法包括：由该网络的区域中的多个节点执行上文针对该第一节点所描述的方法，以用于识别不准确的本地GPS时钟，并且实现所述不准确时钟的时钟恢复以获得同步。
在一些方面，该第一节点选自由5G基站、g节点B(gNode B)、5G小小区、e节点B(eNode B)、节点B(Node B)、数字电视发射器、智能电网中的供电站、数据通信装备和数据终端装备组成的组。在其他方面，提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序，该计算机程序代码当在网络节点中执行时使该网络节点执行上述方法。在又另一方面，提供了一种包含计算机程序的载体，其中，该载体是电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质之一。
当研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求时，本发明的进一步的目的、特征和优点将变得清楚。本领域的技术人员认识到，可以组合本发明的不同特征来产生除了下文中描述的实施例之外的实施例。
附图说明
本发明的上述以及另外的目的、特征和优点将通过参考附图对本发明的优选实施例进行的以下说明性且非限制性的详细描述而更好地得到理解，其中，相同的附图标记将用于相似的元件，在附图中：
图1图示了在分组交换网络(100)上的时间传递。
图2是使用PTP消息的时钟同步的图示，包括四个时间戳在参考时钟与要同步的时钟之间的交换。
图3A图示了直接经由GPS对时钟(40)进行的基于GPS的同步，并且图3B图示了经由GPS卫星(30)对基站(50)进行的同步，以及分布式时钟(40)的后续时间分配。
图4、5图示了使用分布式方法的本发明的实施例。
图5图示了使用集中式方法的本发明的实施例。
图6是本发明的节点的框图。
图7示出了用于使用分布式方法(A)或集中式方法(B)来设置本发明的优先级的示例性过程的流程图。
图8示出了用于基于图7的方法来选择要与之同步的时钟的示例性过程的流程图。
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明必要的部件，其中，可以省略或仅建议其他部件。
具体实施方式
预期第五代移动技术(5G)将在智能网络通信环境中连接人、物、数据、应用、交通系统以及城市。它应当更快地传送大量的数据，可靠地连接极其大量的设备，并且以最小的延迟处理非常大量的数据。5G技术将支持比如智能家居和建筑、智能城市、3D视频、云上工作和娱乐、远程医疗服务、虚拟和增强现实以及用于工业自动化的大规模机器对机器通信等应用。这些新功能和新服务需要部署先进移动服务的新方式，以及使5G技术在工业环境中通过机器对机器通信、物联网(IoT)或与网联车辆协同工作的新方法。
当被部署时，5G网络应当提供更快的速度和更大的容量来支持大规模的机器对机器通信，并且为时间关键型应用程序提供低时延(延迟)、高可靠性的服务。覆盖给定区域将需要基站数量显著增加，这将增加基础设施的复杂性，包括需要在比如红绿灯、灯柱、电线杆和电源等街道设施上部署无线电装备。
由于5G的速度和容量要求并且对于资源和频谱管理以及无缝切换，准确定时变得更加重要。此外，在5G无线电接入网络(RAN)中，设备或站将同时由一个以上的基站提供服务，而不同相邻基站(eNB、gNB、小区等)之间的同步时间将变得越来越重要。因此，如本披露内容中所呈现的，已经开发了用于5G网络中的同步和时间传递的增强方法。
下文将参考附图更全面地描述本披露内容的各方面。然而，本文所披露的装置和方法可以以许多不同的形式来实现并且不应被解释为局限于本文所阐述的方面。在全文中，附图中相同的附图标记指代相同的元件。
本文所使用的术语仅出于描述本披露内容的特定方面的目的，并不旨在限制本披露内容。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
在一些实施例中，使用非限制性术语“节点”或“网络节点”。应理解，该术语是指可以通过网络发送和/或接收信息(比如数据和控制信息)的任何类型的节点。在适用的情况下，节点有时也可以称为“站”或“基站”。该节点也可以被称为“站点”，或者存在于某个站点处。物理节点通常是附接到网络的电子设备，并且能够通过通信信道创建、接收或发射信息。该节点可以是5G无线通信网络中的节点，比如5G网络节点、5G宏小区(例如，gNB)或5G小区。网络节点也可以是用于5G通信的4G扇区基站(例如，eNB)。该节点可以是机器对机器(M2M)通信中的节点，例如，用于实现大规模MTC和物联网(IoT)应用的机器类型通信(MTC)节点，或者在例如车联万物(V2X)应用中用于实现超可靠低时延通信(URLLC)的节点。该节点还可以是用于增强型5G移动宽带(eMBB)应用的节点，提供比以前的移动宽带应用显著地更快的数据速度和更大的容量。新的应用将包括家庭固定无线互联网接入、无需广播车的户外广播应用、以及为移动中的人员提供更大的连接性。本发明的节点也可以是电视发射器，涵盖数据通信装备(DCE)，比如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；或者数据终端装备(DTE)，比如数字电话手机、打印机或主计算机。在另一个示例中，节点可以是连接到比如局域网(LAN)、广域网(WAN)或因特网等网络的计算机终端。
如本文所使用的术语“设备”、“终端”、“移动站”或“用户设备UE”通常是指由比如基站等另一节点服务的设备。该设备不一定需要是移动的，除非被称为移动站。该设备还可以涉及如上文所描述的由另一节点服务的节点。
术语“网络”是指网络节点可以通过其进行通信的任何类型的网络，比如无线电通信网络(RAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)或互联网。RAN可以是用于例如通过实施NR来实现5G的无线通信网络。例如，该网络可以被称为互联网协议(IP)网络，即使用IP来在例如可以在互联网网络、LAN和企业网络中实施的一个或多个计算机之间发送和接收消息的通信网络。该网络可以服务于5G或在单频网络(SFN)操作中操作的数字电视(DTV)分配网络。
“定时恢复”或“时钟恢复”意指从调制后的波形以符号速率或符号速率的倍数恢复时钟。需要该时钟将连续时间接收到的信号转换为数据符号的离散时间序列。在数字数据的串行通信中，时钟恢复是从串行数据流中提取定时信息以允许接收电路解码已发射的符号的过程。通过修改已发射的数据来加快从数据流的时钟恢复。在串行通信信道不将时钟信号与数据流一起发射的任何情况下，必须使用来自数据流的定时信息在接收器处重新生成时钟。时钟恢复是系统通过电线、光纤或无线电进行通信的常见组成部分。
术语“GPS时钟”是指节点、站或设备中的本地时钟，该时钟由本地GPS接收器从GPS系统的卫星接收到的时间信息控制。有时，通用术语“时钟”用于描述GPS时钟。就某个节点或站来说，“本地时钟”是指存在于所述节点或站中/处的时钟。就某个节点来说，“远程时钟”意指不存在于所述节点中/处但存在于远离所述节点/站的另一个节点/站处的时钟。“高质量时钟”意指具有较低内在定时误差并且能够在GPS连接丢失时保持时间而不会开始漂移的时钟，比如原子钟。较低质量时钟通常是较便宜的晶体时钟，当例如GPS连接或其他时间参考连接丢失时晶体时钟将开始漂移。对于GNSS，铷原子钟通常被用作高质量时钟。时钟可能示出错误时间或正确时间。示出错误时间的时钟还可以被称为不准确的或不正确的，比如不准确的或不正确的时钟。示出正确时间的时钟还可以被称为准确的或正确的，比如准确的或正确的时钟。
如本文所使用的“容差”、“容差范围”或“容差水平”意指对于裁定时钟示出“相同”时间是可接受的两个时钟之间的最大时间偏差，并且用于将时钟放置在被比较时钟组的子组内，该子组由示出相同时间的时钟组成(时钟与所有其他成员之间的偏差应在容差范围内)。将要被选择的时钟识别为在具有例如100ns的容差时示出相同时间的一个示例是首先识别具有更低容差(比如，20ns)的一组时钟。可以识别/选择这些时钟，并且可以计算它们的平均时间。基于所述平均时间，将设置+-50ns的容差，以用于识别在容差内示出相同时间的其余时钟。容差通常由应用程序设置/配置，其中，某个应用程序与某个容差有关联。容差对于站可以是已知的，比如存储在站的存储器中。容差也可以是预定的，或者可以通过站使用比如机器学习等人工智能来学习。因此，在彼此的容差范围内的时间是指不会彼此偏离从而超过容差范围的时间，即，容差范围内的两个时间之间可能的最大偏差是容差范围值。
具有彼此相比较在容差内的时间的时钟被放置在被认为示出相同时间的被比较时钟的子组内，并且该子组被视为示出准确时间的时钟。如果形成几个时钟子组，每个子组包括在彼此的容差内但不在其他子组的容差内的时钟，则最大的子组(包括最大数量的时钟)被确定为示出正确的时间。替代性地，包括最高质量时钟的子组被选择作为准确时钟组。所有时钟都从属于GPS，但保持状态(hold over)在更高质量时钟中更好。因此，如果一个组包括原子钟，则可以选择该组。可以选择包括铯原子钟的组而不是包括铷原子钟的组。本领域的技术人员知道哪种类型的时钟比其他类型的时钟更准确，并且将知道如何基于质量进行选择。当基于包括最高质量时钟来选择组时，可以围绕所述时钟设置容差，例如，具有100ns的容差将意味着与所述高质量时钟相差+/-50ns。在最大组与具有最高质量时钟的组之间进行选择可以取决于要同步的时钟与相应组之间的距离差，并且还取决于相应组中的时钟的质量差。
本披露内容的GPS时钟可以与“优先级”有关联，该“优先级”是指时钟的临时属性。GPS时钟在同步到其本地GPS接收器时最初将具有高优先级。当执行该方法时，本地第一节点将识别其自身的时钟在容差内或在容差外。如果在容差内，则提高或维持(如果已经为高)时钟的优先级。如果发现在容差外，则将降低优先级，并且将使用远程时钟作为同步源。在下一次比较中，如果发现本地GPS接收器的时间在容差内，则再次提高优先级，并且本地时钟切换回使用本地GPS接收器作为同步源。因此，当发现本地GPS接收器的时间不准确时，优先级可以是“高”和“低”，但也可以是“中”，但例如基于距离或质量，其他远程时钟中的任何一个都不被视为更好的。时钟的质量也可能影响优先级。在选择同步源时，优先级和距离一起被加权。这意味着，即使节点位于更大的距离处，其仍可以选择更高质量的时钟。在一个实施例中的第一步骤中，优先级可以被确定为高或低，其中，高指示“使用”或“可以被使用”，而低指示“不使用”。通常，确定其具有高优先级的时钟将保持其时间，而确定其具有低优先级(不在容差内)的时钟将在具有高优先级(被确定为在容差范围内)的时钟中寻找要与其同步的时钟。在下一步骤中，其他时钟的质量和跳数将影响所挑选的其他时钟。
当选择要使用准确组内的哪个时钟来进行时间分配/同步/时钟或定时恢复时，通常会选择最接近或最准确的时钟。“最接近”意指时钟在距被恢复的时钟的最少跳数内。“最准确”意指时钟是最高质量时钟，比如，与不太准确的晶体时钟相比的铷时钟，或者如果所有时钟具有相同质量，则是指在准确组内最接近平均时间的时钟。通常，首先选择准确组中最接近的时钟，并且如果几个时钟具有相同的距离，则选择最准确的时钟。替代性地，如果最接近的时钟是低质量时钟，并且更远的地方有高质量时钟可用，则选择将基于折衷方案，即比较时钟的距离和质量，以基于对时钟质量的了解和用于计算时间分配误差的算法来决定哪个时钟用作定时参考是优选的。本领域的技术人员将知道如何比较跳数和时钟质量以确定要使用的优选时钟。如果几个时钟具有相同的距离和相同的准确度(几个最准确的时钟)，则在这些时钟之间随机选择要用于定时恢复的时钟。
术语“IEEE 1588”和“精确时间协议(PTP)”在本文中可以互换使用，并且是指用于在整个网络中同步时钟的协议。
网络延迟是电信网络的设计和性能特性。它指定了数据位跨网络从一个通信端点行进到另一个通信端点的时延。它通常是以一秒的倍数或分数来测量的。延迟可能略有不同，这取决于特定通信端点对的位置。
在计算机网络中，分组延迟变化(PDV)是流中所选择的包之间的端到端单向延迟的差异，其中，任何丢失包都被忽略。这种效应有时被称为分组抖动。因此，PDV涉及在例如已发射的分组流(比如块)中的不同(所选择的)分组的各个延迟之间的变化。流量的增加会增加抖动。
在电信中，往返延迟(RTD)或往返时间(RTT)是发送信号所花费的时间长度加上接收该信号的确认所花费的时间长度。该时间延迟包括两个通信端点之间的路径的传播时间。在计算机网络的上下文中，信号通常是分组，并且RTT也被称为ping时间。互联网用户可以通过使用ping命令来确定RTT。端到端延迟是信号在一个方向上行进所花费的时间长度，并且通常近似为RTT的一半。
时间(相对和绝对)和频率传递描述了用于比较从一个位置到另一个位置的时间和频率测量值的机制。可以使用物理层选项(SONET/SDH、SDSL、GPON、同步以太网)或基于分组的选项(SAToP、CESoPSN、NTP、PTP)来执行频率传递。使用基于分组的选项有几个益处，比如灵活性、理论简单、以及适用于频率和时间两者，而缺点是网络和网络流量的复杂性，这使得现实生活实施不如理想的理论案例那么容易。
图1图示了在分组交换网络PSN(100)上的时间传递。来自参考时钟40的信号用于从信号到分组的生成，作为分组传输在分组网络100上进行传递，并且从分组到信号进行恢复以用于被恢复时钟50的恢复。
时间传递是其中多个站点共享一个精确参考时间的方案。在单向时间传递系统中，一端在某一通信信道上将其当前时间发射给一个或多个接收器。单向系统的优点在于，它们在技术上可以很简单并且服务于许多接收器，因为发射器不知道接收器。单向时间传递系统的主要缺点是，除了在一些先进的系统中，通信信道的传播延迟仍然没有得到补偿。
在双向时间传递系统中，两个对等设备将不仅发射而且还将接收彼此的消息，因此执行两次单向时间传递，以确定远程时钟与本地时钟之间的差异。这些时间差的总和就是两个节点之间的往返延迟。通常假设该延迟在对等设备之间的方向之间均匀分布。在这种假设下，往返延迟的一半就是要补偿的传播延迟。缺点是必须测量双向传播延迟并将其用于计算延迟校正。为了计算延迟并确定补偿，需要提供比如时间戳、时间差测量、校正因子以及双向时间传递中涉及的节点之间的各种统计信息等信息。
基于时间的通信是一种将活跃数据通信信道用作双向时间传递工具的技术。在活跃数据传递信道(用于数据通信的信道)的背景中提供了精确定时。这允许通信链路的两端精确同步，而无需部署独立的定时系统。双向时间传递机制是比如网络时间协议(NTP)和IEEE 1588、精确时间协议(PTP)等所有分组时间传递协议的基础。它们通常假设路径对称性和路径一致性，尽管IEEE 1588有不对称校正的概念。然而，校正值不是动态测量的——它们需要静态地配置。
NTP标准采用响应于各个请求而为比如网络中的计算机等客户端供应当前协调世界时或UTC信息的服务器。尽管硬件可以向网络中的许多不同服务器请求当前时间，但由于系统滞后和时延等因素，一些设备提供比其他设备更准确的数据。
这些网络中的计时服务器被布置在不同的阶层(也被称为层)中。最准确的设备存在于层次0中，并且它们包括原子钟、无线电钟和其他高精度时钟，比如在NIST实验室和GPS卫星中发现的时钟。层次1服务器(也称为主时间服务器)直接连接到层次0设备以及其同级对等设备。
IEEE 1588中定义的PTP有助于NTP缺乏足够准确度的应用。通过利用基于硬件的时间戳，它提供了更准确的同步。IEEE 1588/PTP是在基于分组的网络上分配频率、相位和时间的协议，并且已成为高准确度时间分布的标准。遵循特定网络架构的指导原则允许以一微秒的准确度输送时间。对于使用时分双工技术和/或高级LTE功能的移动基站并且在用于智能电子设备对准的电力行业中，需要这种准确度水平。更宽松的架构仍然可以实现100微秒或更好的准确度，这可以大大增强事件日志记录和网络单向延迟测量的有用性。另外地，1588已被用于提供用于T1/E1端口或用于移动基站频率对准的频率参考。这在传送网络不提供物理层同步服务的环境中是有用的。
PTP使用四个时间戳在参考时钟(主端口)与要同步的时钟(从端口)之间的交换，如图2中所图示的。主设备(60)发送包含何时向从设备(70)发射(t1)同步消息的时间戳的PTP同步消息(同步(t1))。在两步主时钟中，在Follow_Up消息(可选后续(t1))中发送t1时间戳。从设备记录其接收同步消息的时间(t2)。在接收到同步消息之后的某个时刻，从设备向主设备发送Delay_Req消息(Delay_req(t3))。从设备在本地记录Delay_Req消息的传输时间(t3)。主设备记录其接收Delay_Req消息的时间(t4)，并且在Delay_Resp消息(Delay_Resp(t4))中将该时间戳发送回到从设备。
如果两个方向上的延迟实际上是不同的，则它将在与主设备的偏移中引入误差。如果这种不对称性是已知的，则IEEE 1588标准包括补偿这种不对称性的程序，但如果这种不对称性未得补偿，则它确实会引入时间误差。
PTP用于为需要比NTS更高精度的本地系统同步网络中的时钟，但PTP无法在每个节点中提供GPS接收器。PTP准确度在很大程度上取决于来自时钟源(层次“跳数”时钟)的跳数。由于竞争的流量和不确定的延迟变化，它在大型设备中难以具有良好的准确度。
全球定位系统GPS使用原子钟进行同步。原子钟是锁定到原子标准的时钟，这些时钟是比在例如PTP中使用的一般主时钟更加稳定的计时器，并且这些时钟具有在时间源与使用GPS的时钟之间的直接链路。例如，铷钟、铯钟和氢原子钟都非常准确。然而，原子钟本身并不保证与其他时钟的可追溯性和同步。这就是GPS的作用所在。GPS系统由特殊轨道卫星的固定星座组成，每个卫星都携带稳定的层次0原子钟硬件、先进的位置跟踪电路系统和不断广播其位置和时钟时间的发射器。
GNSS或全球导航卫星系统是从其高轨道发送位置和定时数据的一组人造卫星的通用名称。GPS只是可以提供这种数据的众多不同卫星组之一。GPS(或GNSS)卫星包括三个或四个原子钟，这些原子钟被监测并被控制为高度同步的并且可追溯到国家和国际标准(被称为UTC)。因此，为了时间同步，接收由本地主时钟、时间服务器或主参考处理的GPS信号，并且将该GPS信号传递(分布)到“从设备”和其他设备、系统或网络，因此它们的“本地时钟”同样与UTC同步。典型的准确度的范围是从优于1微秒到几毫秒，这取决于同步协议。与GPS同步的过程可以在不需要本地原子钟的情况下提供原子钟的准确度。尽管如此，有时还是期望将本地原子钟作为GPS丢失的长期备份解决方案，无论是在与天气有关的停机、GPS干涉还是其他场景的情况下。
GPS卫星具有可以保持非常精确的时间的原子钟，但为GPS接收器配备原子钟是不可行的。GPS芯片组是接收GPS信号并对其进行解码的主集成电路(IC)。它需要外部外围设备来工作，比如外部电源、时钟、天线、低噪声放大器(以达到更佳灵敏度)等。另一方面，GPS模块以完整的封装出现，不需要任何其他外部电路系统来进行GPS接收。它上面可能包含天线或可能不包含天线。对于使用GPS的基站，外部天线安装在面向天空的基地收发站(BTS)箱外。天线连接到安装在BTS箱内的GPS模块。GPS模块使用接口(例如，通用异步接收器-发射器接口)连接到BTS的处理单元(例如，FPGA、CPLD或其他基带处理器)。在图3A和图3B中示出了GPS同步的示例。图3A图示了直接经由GPS卫星(30)对时钟(40)进行基于GPS的同步，其中，时钟(40)包括它们自身的GPC接收器。图3B图示了基站的同步，基站(50)从GPS卫星(30)接收GPS信号，并且将GPS获取的时间分布给分布式时钟(40)。基站包括GPS接收器和GPS同步时钟，该GPS同步时钟被用作主时钟以将其时间分布给从时钟(40)。
GPS时钟同步消除了手动设置时钟(易出错的过程)以建立对国家和国际标准的可追溯性的需要，因此即使不同的事件由不同的时钟添加时间戳时也可以将这些不同的事件关联起来。益处是众多的，并且包括合法验证的时间戳、法规遵从性、网络安全以及运行效率。
许多应用的运行需要同步。其通常用于例如5G移动网络中，其中，设备能够同时与多个基站通信。在可靠性和准确度方面的要求在很大程度上取决于应用。例如，单频电视分配需要1微秒的准确度，而5G移动可能需要低至100ns的准确度，这取决于应用。
在比如5G基站站点等远程站点上，基本上有两种获得时间和同步的方式。第一种方式是使用从GPS卫星接收时间的GPS接收器。由于精确定时和与时钟源的直接连接性，GPS同步提供了很高的准确度。然而，由于信号微弱，系统很敏感，这些信号可能会被有意篡改(人们扰乱或干扰GPS信号)或无意篡改(打雷、大气问题等)。GPS连接可能会丢失或中断，因此系统在运行时是准确的，但缺乏稳健性。
在5G基站站点获得时间和同步的第二种方式是使用基于网络的时间分配，例如，使用双向时间传递(比如IEEE 1588/PTP)将时间和同步从一个站点分布到另一个站点。基于网络的分配通常是从一个或几个中心站点到大量目的地站点进行的。与GPS相比较，在空中或有线地进行节点对节点的通信使通信更加安全和稳健。此外，通过几个路径的网络，可以实施冗余。然而，随着时钟源的跳数的增加，准确度会因由于抖动(因为其他流量)而通过的跳数变得更低。不对称延迟也影响准确度。对于许多应用来说，准确度还不够好。例如，协调多点(CoPM)5G需要100ns的准确度，这很难在几跳内达到。
因此，这两个系统都有其益处和缺点。分布时间和频率的两种主要方式中的每一种具有其益处、GPS的准确度和基于网络的时间分配的稳健性。如5G节点和电视发射器等大多数装备已经内置了GPS接收器，使GPS的使用成本低廉。两个系统通常都有保持时钟，以应对较短的停机时间。保持时钟越稳定，节点可以管理停机的时间就越多。在基于网络的同步分配设备中，有一个或几个时钟源，它们具有稳定的内部时钟，并且从属于GPS系统，使这些时钟绝对同步。
鉴于上述已识别的问题，本发明的目的是提供一种稳健且准确的同步方法，其允许GPS的准确度以及基于网络的时间分配(比如，PTP)的稳健性。通过实施几个5G站点(全部或大多数具有GPS同步时钟(连接到本地GPS接收器的时钟))将它们的时钟进行比较以确定准确的时间的方法，可以减轻现有技术的缺点。
在基于网络的时间分配系统中，有几个GPS同步时钟可用，并且使用哪个时钟作为源的选择通常基于优先级，并且在装备或网络故障的情况下，选择另一个源。当可运行时，GPS同步是非常准确的，然而，GPS定时可能被扭曲、干扰或操控，在这种情况下，使用GPS定时将提供错误的时间。因此，GPS同步缺乏稳健性。
本披露内容的发明的基本概念是增加基于GPS的同步分配的稳健性，并利用在某一类型的装备(如5G基站)中所有或大多数站都具有GPS时钟，即，连接到本地GPC接收器/天线的时钟。如果本地GPS定时失败或不再可靠，则通过使用来自其他站(例如，基站)的远程GPS定时来实现这一点。本披露内容的方法首先识别用于同步的本地GPS的问题，并且通过禁用本地GPS以及使用另一个GPS来处理该问题。装备或网络错误的处理是以与基于正常网络的网络分配相同的方式执行的。然而，这需要确定哪些当前GPS定时是正确的或错误的，比如确定当前本地GPS定时是错误的，以及知道哪个远程GPS定时是准确的并且应该被选择用于定时恢复。
因此，棘手的部分是识别GPS时钟例如是否被操控或干扰，并且示出了错误的时间。为了能够确定GPS时钟是否示出了错误的时间，并且确定区域中的哪些相邻GPS时钟示出了正确的时间，本披露内容提出了解决方案，其中，主要想法是使包括GPS时钟的GPS时钟/设备监测区域中的GPS时钟并且将区域中的GPS时钟与它们自身的GPS时钟进行比较。其他GPS时钟的监测通常通过使用比如IEEE 1588等时间传递协议来完成，该时间传递协议具有与正监测的GPS时钟中的每一个的会话，并且将时钟彼此进行比较以及与本地时钟进行比较。时间传递协议(例如，IEEE 1588会话)可以在有线网络上运行，或者在站之间的5G或其他无线网络上运行。
例如，网络节点通过时间传递从多个远程GPS时钟接收远程GPS时钟处的时间。在接收节点处，将远程时钟和本地GPS时钟进行比较。如果系统在正常运行，则所有远程时钟和本地时钟应在容差范围(比如100ns，如果这是系统运行的时间容差)内。在这种情况下，所有站都应将其本地GPS时钟设置为最高优先级，这意味着所有站都使用其本地时钟，因此，接收节点将继续使用其本地GPS时钟。然而，如果存在一些本地或远程时钟超出了容差范围，则这些时钟将被相应站检测到。因此，在这种情况下，本地站将其时钟与其他时钟进行比较，确定其时钟是否准确，并且相应地根据所述确定采取行动。如果检测到本地时钟在容差范围之外，则站应接着降低其GPS时钟的优先级，以选择远程时钟，例如使用IEEE PTP。因此，如果接收节点确定其本地时钟落在容差范围之外，则它将降低其本地时钟的优先级并且确定使用远程时钟作为临时主时钟用于其本地时钟，即，它将从属于远程时钟直到本地时钟被再次确定为准确的，即，直到本地时钟的新评估确定其处于容差范围内，在这种情况下，再次将优先级提高到高。接收节点的本地时钟将调整到哪个远程时钟取决于远程节点的远程时钟之间的比较、识别准确时钟组、以及在其中选择最接近或最高质量时钟，或者这些各项的组合。通常，准确时钟应当在所确定的准确时钟组中的所有其他时钟的容差范围内。替代性地，更可靠的站可以决定哪些时钟应该属于容差内的时钟组。容差范围或水平通常按应用需求设置，比如对于CoMP为100ns并且对于DVT为1μs。
因此，与其他GPS时钟相比较，接收节点可以检测到其本地GPS时钟在容差范围之外，并且因此通过降低本地时钟的优先级来确定使用远程时钟作为定时参考。使用哪个远程时钟作为定时参考可以由其他时钟的优先级来确定。首先通过在比较中识别在容差范围之外的所有远程时钟或者使用优先级(如果它们已经执行了该方法并且被确定在容差范围以外，则它们将把它们的优先级降低到低)来将这些远程时钟移除，并且然后再比较剩余的远程时钟以确立哪些具有高优先级、哪一个最接近于本地时钟和/或哪一个是高质量时钟。使用哪个远程时钟的选择可以是本地的，或者可以指示本地站降低(或提高)优先级，并且IEEE 1588将执行该选择。
通过识别在时钟容差内(即，使它们的时钟时间在预定义的容差范围内)的足够大量的GPS站(具有时钟和相关联的GPS接收器的节点/站)来进行确定，比如，识别和选择群体内哪些GPS时钟被认为是足够正确的。在该所识别的组之外具有GPS接收器的所有时钟应降低其优先级以便不被选择。如果要比较的总组是例如50个站点(位于不同站点处的具有GPS时钟的50个节点/站)，并且存在严重的干扰，则其可能仅是具有在容差内的时钟的10个站点(节点/站)的组。然后，这10个站将维持高优先级，并且将用于同步其他站。不需要整组的大多数时钟是“正确的”(在容差范围内)，只有在给定容差内的足够大的时钟组(例如，50个中的10个)就足以执行本披露内容的方法。最小组在解决方案中是可配置的。假设不同站中错误的时钟不是共同错误，而是分散在正确时钟组的容差外。因此，将可以识别一个、或者可能的两个或三个组，这些组包括在彼此的容差范围内的时钟。最大的组通常被选择为准确的组，替代性地，代替选择最大的组，可以选择在组内具有最低容差或包括最高质量时钟(一个这样的时钟就足够了)的组。如果最大准确组中的时钟数量将是非常少，则系统中的GPS将可能会以某种方式出现故障，在这种情况下，可以使用保持或同步到最近的高质量时钟。在这种情况下，也可以接着使用中等优先级，这意味着当涉及从属于时钟的其他时钟时，该时钟是“低优先级”的，但在确定组隶属关系时仍然可以使用。
该系统还依赖于组中的站点相距的跳数不太多，因此通常从接近于执行该方法的节点的区域中选择，使得随着距离的增加而增加的基于网络的时间分配的不准确度不会影响系统的性能或准确度，并且因此影响确定哪些时钟是错误的可能性。例如，在实践中，在组中的站点之间或者在执行该方法的站点与其他被比较的站点之间，可能没有多于例如2至5个(比如2至3个)切换跳。
在正常运行中，所有节点或站都将使用其内置的GPS时钟。在发现其本地GPS时钟在“正确组”外(即在容差范围外)的情况下，具有不准确时钟的节点/站将使用例如PTP从具有准确GPS时钟的最近节点/站接收时钟。
站将定期将其GPS时钟与其他站的时钟组进行比较，以查看它们是否仍然准确，即，每个站(节点)将其本地时钟与远程时钟组进行比较以确定本地时钟是否仍在所设置的容差范围内。如果不在容差范围内，则节点/站将降低其自身时钟的优先级。
在一个实施例中，也可以在一个中心节点中进行比较，中心节点从其他节点/站获得相应时间并且决定哪些时间在“正确时间”组内，即，在容差范围内。组外的站将被指示降低其优先级，这将导致从具有更高优先级的时钟选择新的时间，优选地，正确组内的时钟在跳数或延迟方面最接近，或者所述组内的最高质量时钟。
因此，本发明依赖于GPS作为同步源，并且使用具有多个同步源的PTP来在站点之间分布时钟，并且具有拥有相同优先级的许多时钟，在GPS时钟大集合之间比较GPS时间，并且在所述集合或组内识别示出容差范围内的相同时间的时钟子集或子组。所述子集外的时钟被认为是不准确的，即，示出错误的时间。通过降低不准确时钟的优先级，将时钟从高优先级时钟子集排除。该方法是连续执行的，其中，连续比较不同源(节点/站/站点)的时钟，以连续调适优先级。
替代性地或另外地，还可以使用人工智能(AI)或机器学习(ML)来识别并且了解到：某些时钟存在重复问题，并且可能基于历史信息被从正确时钟组移除，或被更仔细地监测。这可对防止重复的大气问题或电机的重复干扰等造成的行为是有用的。通过监测优先级的变化，它可能能够识别和调适重复出现的模式，并且识别例如干扰等重复出现的问题。因此，可以使用AI将一个或多个GPS从要使用的高优先级GPS集合中“预先排除”。在一个地区，例如一个城市，将同时使用多个GPS，从而减少到时钟源的跳数。不准确的GPS将被排除。
本发明的系统以及在其中执行的节点和方法主要旨在用于5G网络或类似网络中的稳健时钟分配，但是可以应用于具有拥有GPS时钟的节点(本地GPS接收器)的任何网络。5G网络通常取决于确切的时间，这既是由于对时延计时的要求，也是由于在RAN中使用多个基站，其中，多个基站同时连接到终端、设备、用户装备(UE)或移动站。UE可以同时由多个基站提供服务，可能是5G基站和LTE基站两者(比如gNB、eNB或NB)以及用于大规模MTC(智能设备、建筑物、仪表)或关键MTC(流量控制、工业控制或远程手术)的5G小区或节点。5G具有不同的操作模式，其中，最苛刻的操作模式之一(5G CoPM)是CoMP和MIMO(多输入多输出)的组合，即，使用几个天线的多个接入点，这需要100ns的时钟/定时准确度。
因此，本披露内容的概念是通过识别由于某些干扰(干涉或干扰或类似)而当前不准确的GPS时钟并且将它们同步到当前被识别为准确的GPS时钟来提供稳健GPS同步方法。本发明的方法减轻了GPS系统的脆弱性，同时维持没有干扰的GPS时钟的准确定时的益处。因此，实现了用于在具有本地GPS接收器的网络中的节点之间进行稳健GPS同步的方法。
系统基本上有两种运行机制：
第一种是使用双向传递机制将本地时钟与组/系统中的其他站/网络节点中的时钟进行比较的系统和方法。该组/系统可以包括特定跳数(比如本地时钟的一跳或两跳)或者在预定物理区域内的所有时钟。该组也可以是预先配置的组。与该站和组中的其他站建立双向时间传递。站(节点)的时间被检索和比较，以鉴于容差定义哪些时钟与准确时钟组在一起以及哪些时钟没有与准确时钟组在一起。容差通常由应用设置，并且对于站来说可能是已知的(比如存储在站的存储器中)。时钟的比较、正确组的识别以及本地时钟是否在所述正确组内的识别可以在中心节点中或由每个站来完成。在中心节点/站的情况下，中央站通知站它是属于准确时钟组还是属于不准确时钟组。然后，站根据来自中心节点的指令设置优先级。优先级可以在时钟被确定为不属于准确时钟组的情况下被设置为低，并且在时钟被确定属于准确时钟组的情况下被设置为高(或维持为高)。如果被指示将优先级设置为低，则被指示的站还将在准确时钟(高优先级时钟)组中选择远程时钟，例如，基于该远程时钟的距离和质量，该站会将其自身本地时钟的时间调整到该远程时钟。如果被指示将优先级设置为高，则被指示的站将保持本地时钟的时间，直到进行下一次比较为止。在下一次比较中，先前被确定为低优先级的时钟可以被假设具有高优先级，直到再次被确定为低为止。
在所有站都确定其自身的时钟状态的情况下；每个站从区域、组或系统中的其他节点接收远程时间，其中，该组/系统可以包括在预定物理区域内在特定跳数内的所有时钟，或者是预先配置的组，并且在本地决定它属于准确时钟组还是属于不准确时钟组。决定哪些节点具有准确时钟是通过以下方式来执行的：查看远程站的时间和当前节点的本地时间；以及找到在容差范围内时间相同并且因此被决定为是准确的(属于准确时钟组)的组。如果来自远程站的不同时间的信息没有同时到达，则在移位中，本地时钟将作为不被相锁到其他时钟源的自由运行时钟来运行，并且本地时钟用于解释先前接收到的时钟。这是基于本地时钟通过对时间进行“死计数”来执行的。执行该方法、鉴于远程时钟检查本地时钟的准确度的频率取决于内部时钟的容差、质量和稳定性以及运行的应用的要求。通常，远程站的检查是在PTP算法的水平上进行的，该PTP算法在每1至2秒一次的范围内。
第二种运行机制是基于优先级、质量、跳数等选择时钟的时间分配系统，如IEEE1588。该系统以以下模式运行：1)默认本地时钟具有最高优先级；2)在组(或子区域)内，可以存在同时活动的几个主设备；3)如果本地时钟不合格(与其他时钟相比较被确定为不准确)则使用哪个时钟是由时间分配协议决定的。基本上，将选择具有最佳质量的最接近时钟(跳数最少)。
现在将参照在本发明的系统中实施的各种实施例来描述本发明。
图4描绘了根据实施例的本发明的总体概述。在示出分布式系统的所描绘的示例中，根据本发明的方法同步站组，这些站被命名为站1至站7，并且每个站分别具有相关的GPS时钟GPS1至GPS7。X表示连接一些节点的相应交换机。该组中的每个站都会执行检查是否可以信任其内部时钟，例如，其与本地时钟的GPS连接是否起作用。该方法是从站7的角度来例示的。具有时钟GPS7的站7与组中的其他站(节点)具有双向时间传递连接性。该站接收来自远程(REM)站1至6(REM1至REM6)的时间，添加GPS7的本地时钟，并且将所有时钟进行比较，其中，站1至6(GPS1至GSP6)的时钟/时间当在站7处接收时被称为(REM1到REM6)。在本示例中，可以看出，REM1、REM3、REM4和REM6(下划线)在00:00:10的容差内具有相同的时间，这然后被认为是正确的时间，即，时钟GPS1、GPS3、GPS4和GPS6被确定为属于准确时钟组。当与该组的其他时钟的时间进行比较时，时间GPS7、REM2、REM5不在00:00:10的容差范围内，并且然后被认为是不准确的，并且时钟GPS7、GPS2和GPS5被确定为属于不准确时钟组。由于GPS7是不准确的，因此它被站7指派低优先级。REM2和REM5也将分别被站2和站5指派低优先级，即，站将其自身的时钟优先级设置为低(通过在站中执行该方法，或者通过由执行该方法的中心节点指示)。
用于定义具有准确GPS时钟(即，具有最高优先级)的站组并且随后将用于同步/时钟恢复的容差范围或间隔基本上是由站执行/在站内执行的应用所需的容差。例如，如果系统用于5G CoPM，其中，准确度为100ns，则定义准确时钟组的容差间隔为100ns。如果是比如SFN DVB-T等数字地面电视(DTT)，其中，准确度为1us，则容差间隔被设置为1us。
图5描绘了根据实施例的本发明的总体概述。在集中式系统中，如图5中所描绘的，与图4中的示例类似地执行该方法，即中心站点从组中的各站接收信息并将这些站进行比较。中心站点(中心节点)决定站1至6中哪些具有在该组的容差内的时钟(因此属于准确时钟组)以及哪些在容差范围外(不属于准确时钟组)。对于被分类为具有不属于准确时钟组的时钟的站，中心节点发送指令以降低其相应时钟的优先级。
分布式和集中式系统中的计算是频繁执行的，例如，以每秒一次的间隔。可以增加频率以减少停机时间，但随着消息的增多，网络和站的处理负担可能会显著增加。因此，可以基于网络中的业务负载来调适频率。
通过识别时钟在给定容差内的站组来执行哪些站被认为是“准确的”(示出准确的时间)以及哪些站是“不准确的”的决定。在实际设备中，可能存在可以在容差内形成的几个组。在这种情况下，如果识别出多个组，则可以在选择最大组的意义上使用仲裁。注意，不需要所选择的组包括评估的原始组/区域中的大多数GPS(大多数可能在容差外)。替代性地，可以使用几种质量的时钟，并且然后选择在该组内具有高质量时钟的组作为准确时钟组。然后，可以选择该组作为具有处于最高优先级的GPS时钟并且在选择要调整的时钟时被所有站使用的组。
图6图示了本发明的网络节点(20)的框图。网络节点包括通信接口21(例如，无线电通信接口或无线电电路系统或网络接口)21，该通信接口被配置为在网络内接收和发射任何形式的通信或控制信号，例如以用于将节点连接到比如主节点或从节点等至少一个相邻节点，并且用于通过传送链路发送和接收数据。应当理解，根据一些方面，包括通信接口21作为任何数量的收发、接收和/或发射单元或电路系统。应当进一步理解，通信接口21可以是例如本领域已知的任何输入/输出通信端口的形式。它可以包括RF电路系统和基带处理电路系统(未示出)。
节点进一步包括处理电路22系统，该处理电路系统包括存储器23和处理器24、被配置为执行本发明的方法。根据一些方面的节点20进一步包括与通信接口/无线电电路系统21通信的至少一个存储器单元或电路23。存储器23可以例如被配置为存储接收到的或已发射的数据和/或可执行的程序指令。存储器23例如被配置为存储任何形式的上下文数据。存储器23可以例如是任何合适类型的计算机可读存储器，并且可以例如是易失性和/或非易失性类型。存储器可以例如记录接收到的时间戳或容差范围。网络节点20进一步包括被配置为使网络节点20执行本发明的方法的处理电路系统22。
处理电路系统22是例如任何合适类型的计算单元，例如微处理器、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA或专用集成电路ASIC或任何其他形式的电路系统。应当理解，处理电路系统不需要被设置为单个单元，而是根据一些方面被设置为任何数量的单元或电路系统。因此，处理电路系统可以包括用于存储计算机程序的存储器23、以及处理器24，该处理器被配置为执行计算机程序的方法。
根据一些方面，控制器CTL或处理电路系统22能够执行计算机程序代码。该计算机程序例如被存储在存储器MEM 23中。存储器23可以是读写存储器RAM和只读存储器ROM的任何组合。在一些情况中，存储器23还包括永久存储装置，例如，该永久存储装置可以是磁存储器、光存储器或固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个或其组合。应当理解，处理电路系统不需要被设置为单个单元，而是根据一些方面被设置为任何数量的单元或电路系统。
该节点可以包括内部时钟25，并且可以能够提供和存储与所述内部时钟相关的时间戳，并且存储与其他节点相关的时间戳。该节点还包括或连接到GPS接收器26(未示出)。
现在将参考图7和图8更详细地描述根据第一和第二实施例提出的方法。应当理解，图7和图8包括用实线边框图示的一些操作和模块以及用虚线边框图示的一些操作和模块。用实线边框图示的操作和模块是包括在最广泛的示例实施例中的操作。用虚线边框图示的操作和模块是示例实施例，这些示例实施例可以包括在更广泛的示例实施例的操作和模块中或者是其一部分，或者是除了更广泛的示例实施例的操作和模块之外可以采用的进一步的实施例。应当理解，不需要按顺序执行操作，并且包括步骤A和步骤B的方法涵盖了不同的实施例。此外，应当理解，并非所有操作都需要执行。
图7图示了一种用于设置多个GPS时钟的优先级以实现网络中的节点之间的稳健和确切同步的方法，该方法包括：从多个远程节点中的每一个接收(S1)远程节点的GPS时钟的远程时间的指示。该方法可以在本地节点中执行以在集中式节点内进行同步。在要同步的本地第一节点中执行的方法(方法A)的情况下，即，在该第一节点是包括要与多个节点同步的本地GPS时钟的节点的条件下，将这些接收到的远程时间与第一节点中的本地GPS时钟的本地时间进行比较(S2A)，以识别出在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组，并且确定(S3A)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组。在该第一节点的GPS时钟不在该准确时钟组内的条件下，将本地GPS时钟的优先级降低或设置(S4A1)为低优先级以选择远程GPS时钟作为定时参考，或者在第一节点的GPS时钟在准确时钟组内的条件下，将本地时钟的优先级设置或保持(S4A2)至/处于高。
在要用于同步其他节点的集中式第一节点中执行的方法(方法B)的情况下，即，在第一节点是用于实现多个节点之间的同步的中心节点的条件下，在中心节点中将这些接收到的远程时间进行比较(S2B)以识别在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组，确定(S3B)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组，向多个节点中对应时钟不是该准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B1)指示节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为低的消息；并且向多个节点中对应时钟是准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B2)指示节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为高的消息。
图8图示了用于选择要同步到的时钟以实现网络中的节点之间的稳健和确切同步的方法，该方法包括：在第一节点的GPS时钟不在准确时钟组内的条件下，选择(S5A1)所确定的准确时钟组中的远程时钟作为第一节点的本地GPS时钟的定时参考；将第一节点的本地GPS时钟同步(S6A)到所选择的时钟；以及可选地提高(S7A)本地GPS时钟的优先级。在选择远程时钟之后可以将本地时钟的优先级重置为高，或者将该优先级提高到中等，使得它可以在下一次时钟比较中使用，但不用于要从属的另一个时钟。替代性地，可以刚好在下一次比较之前或在下一次比较时或者在下一次比较已经确定时钟在准确时钟组中之后，将优先级提高到高。在第一节点的GPS时钟在准确时钟组内的条件下，该方法包括：将本地时钟的优先级设置(S4A2)为高；以及使用或选择(S5A2)由该第一节点的本地GPS接收器提供的时间用于该要同步的本地GPS时钟。该方法可以作为方法A的延续在本地第一节点中执行，或者在方法B已经在集中式节点中执行的情况下，第一节点是用于实现多个节点之间的同步的中心节点，图8的方法随后可以在多个节点中的任何(或所有)节点中执行，这些节点已经从中心节点接收到降低其优先级(即，搜索要从属的远程时钟)的指示。已经接收到保持优先级或将优先级设置为高的指示的节点将接着保持其本地时钟与本地GPS的同步。接收到降低优先级的指示可以触发在接收节点中执行图8的方法。在另一选项中，接收到降低优先级的指示可以触发图7的完整方法A以及图8的方法。在一个实施例中，在中心节点向多个节点中对应时钟不是准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B1)指示节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为低的消息时，可以在每个接收节点中执行如下方法：接收消息节点应将其本地GPS时钟的优先级设置为低，以及在多个节点中的每个节点中选择(S5B1)高优先级的远程时钟作为用于要同步的本地GPS时钟的定时参考。在另一实施例中，在中心节点向多个节点中对应时钟是准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B2)指示节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为高的消息时，可以在每一个接收节点中执行如下方法：接收消息节点应将其本地GPS时钟的优先级设置为高，以及在多个节点中的每个节点中使用或选择(S5B2)由本地GPS接收器提供的时间作为用于要同步的本地GPS时钟的定时参考。
上述方法A也可以包括：作为第一步骤，从多个远程节点中的每一个接收(S0A)与远程节点的本地GPS时钟有关的优先级，其中，这些优先级是由每个节点基于本地GPS时钟是否示出正确时间的评估来设置的。
在上述图7的方法中，从多个远程节点中的每一个接收(S1)远程节点的本地GPS时钟的远程时间包括：向多个远程节点发送(S1a)包括本地时间戳t1的信号，时间戳t1与相对于第一节点中的本地时钟而言发送信号时第一节点中的时间有关；从多个节点中的每一个接收(S1b)第二时间戳t2，时间戳t2相对于远程节点中的本地时钟而言在远程节点中接收信号时远程节点中的时间有关；对于多个远程节点中的每一个，基于这些时间戳t1、t2和第一节点与远程节点之间的平均延迟来确定(S1c)远程时间。
此外，将这些时间进行比较(S2)，这些时间是(S2A)远程时间和本地时间或者是(S2B)这些远程时间，以识别在彼此的预定容差范围内的一个或多个时间子组包括：将这些时间中的每个时间与其他时间中的每个时间进行比较，以确定所述时间是否在其他时间的容差范围内，并且将在彼此的容差范围内的所有时间分组为所识别的子组。更进一步地，确定(S3)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组包括：在识别出一个子组的条件下，将所识别的GPS时钟子组确定(S31)为属于准确时钟组；在识别出多于一个子组的条件下，确定(S321)所识别的包含最大数量的GPS时钟的GPS时钟子组属于准确时钟组；或者确定(S322)所识别的包含最高质量的时钟的GPS时钟子组属于准确时钟组。
此外，在上述方法中，选择(S5A1)所确定的准确时钟组中的远程时钟作为第一节点的本地GPS时钟的定时参考包括：在组包括高质量时钟的条件下，选择(S5A11)高质量时钟作为第一节点的本地GPS时钟的定时参考；在组不包括高质量时钟的条件下，选择(S5A121)所识别的子组中在跳数或物理距离方面在距离上最接近第一节点的本地GPS时钟的远程时钟作为第一节点的本地GPS时钟的定时参考；在多于一个时钟在第一节点的时钟的相等距离内的条件下，选择(S5A122)所识别的子组中在距离上最接近第一节点的GPS时钟并且具有最高优先级的GPS时钟作为第一节点的本地GPS时钟的定时参考。
在该方法的一些方面，容差范围是基于第一节点或要同步的多个节点当前正在执行的应用的要求来设置的。容差范围可以基于在节点中运行的应用程序来预先确定，其中，节点可以知道比如存储在节点的存储器中的每个应用程序的要求。
第一节点(20)选自由5G基站、g节点B、5G小小区、e节点B、节点B、数字电视发射器、智能电网中的供电站、数据通信装备和数据终端装备组成的组。
在一个方面，提供了一种第一节点(20)，该第一节点包括被配置用于实现网络(100)中的节点之间的稳健GPS同步的处理电路系统(22)，该节点(20)包括通信接口(21)、内部时钟(25)、GPS接收器(26)，处理电路系统(22)包括存储器(23)和处理器(24)，该处理电路被配置为使该节点(20)执行上述方法。
进一步提供了一种在包括节点网络的系统中执行的方法，用于实现在所述系统的网络中的多个节点之间的同步，该多个节点中的每一个连接到本地GPS时钟，该方法包括：由该网络的区域中的多个节点执行上述方法中的任一方法，以用于识别不准确的本地GPS时钟，并且实现所述不准确时钟的时钟恢复以获得同步。
在另一方面提供了一种包括网络(100)和多个节点(20)的系统，该系统被配置为使这些节点(20)执行上述方法中的任一方法。
根据一些方面，本披露内容涉及一种包括计算机程序代码的计算机程序，该计算机程序代码在执行时使网络节点执行上文和下文描述的方法。在其他方面，本披露内容涉及一种包含计算机程序的载体，其中，该载体是电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质之一。
因此，本披露内容的内容实现用于网络中多个节点的同步，该同步由于GPS时钟的使用而是确切的，并且由于本披露内容中提供的恢复方法而是稳健的。
在附图和说明书中，已经披露了本披露内容的所披露示例性方面。然而，在基本上不脱离本披露内容的原理的情况下，可以对这些方面进行许多变化和修改。因此，本披露内容应被视为说明性的而非限制性的，并且不限于上面讨论的特定方面。因此，尽管采用了特定术语，但这些术语仅以一般性和描述性意义使用而不是用于限制的目的。
出于说明的目的已经呈现了本文所提供的示例实施方案的描述。该描述并非旨在穷举或将示例实施方案限制为所披露的精确形式，并且根据上述教导修改和变化是可能的或者可以从对所提供的实施方案的各种替代方案的实践中获得。选择和描述本文所讨论的示例是为了解释各种示例实施方案的原理和性质及其实际应用，以使得本领域的技术人员能够以各种方式利用示例实施方案并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。本文所描述的实施例的特征可以在方法、节点、网络和系统的所有可能的组合中进行组合。应当理解，本文所呈现的示例实施方案可以以彼此的任何组合来实践。
应当注意，词语“包括(comprising)”并不一定排除所列元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在，并且元件之前的词语“一个(a)”或“一个(an)”并不排除多个这样的元件的存在。应当进一步注意，任何附图标记都不限制权利要求的范围，并且几个“装置”、“单元”或“节点”可以由同一项硬件来表示。
在本发明的所有实施例中，一个共同的方面是，该方法包括将区域中的GPS时钟组或GPS时钟集合进行比较，并且基于容差来确定哪些时钟是准确的以及哪些不是准确的、哪些信息可以用于网络中的节点的时钟恢复和同步。
尽管已经关于披露某些节点和网络的实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，可以基于本披露内容将本发明的同步应用于能够访问GPS时钟的任何网络，即使在本披露内容中没有具体披露。在一些实施例中，参与本发明的方法的大多数但不是所有时钟需要是GPS链接的。
本领域的技术人员认识到，本发明决不会局限于上述实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，本发明的实施例可以基于5G RAN以外的其他网络技术。

Claims (14)

1.一种在第一节点中使用以实现网络中的节点之间的同步的方法，所述方法包括：
从多个远程节点中的每一个接收(S1)该远程节点的GPS时钟的远程时间的指示；
在所述第一节点是包括要与所述多个节点同步的本地GPS时钟的节点的条件下，将所述接收到的远程时间与所述第一节点中的本地GPS时钟的本地时间进行比较(S2A)，以识别在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组；
确定(S3A)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组；
在所述第一节点的GPS时钟不在所述准确时钟组内的条件下，将所述本地GPS时钟的优先级降低(S4A1)到低优先级以选择远程GPS时钟作为定时参考；
选择(S5A1)所确定的准确时钟组中的远程时钟或者具有高优先级的远程时钟作为所述第一节点的本地GPS时钟的定时参考；
使所述第一节点的本地GPS时钟与所选择的时钟同步(S6A)；
在所述第一节点的GPS时钟在所述准确时钟组内的条件下；将所述本地时钟的优先级设置(S4A2)为高，并且
将由所述第一节点的本地GPS接收器提供的时间用于(S5A2)要同步的所述本地GPS时钟；
在所述第一节点是用于实现该多个节点之间的同步的中心节点的条件下，
在所述中心节点中将所述接收到的远程时间进行比较(S2B)以识别在彼此的容差范围内的一个或多个时间子组；
确定(S3B)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组；
向所述多个节点中对应的时钟不是该准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B1)指示所述节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为低的消息；以及
向所述多个节点中对应的时钟是所述准确时钟子组的一部分的每个节点发送(S4B2)指示所述节点应当将其本地GPS时钟的优先级设置为高的消息。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
从多个远程节点中的每一个接收(S0A)与所述远程节点的本地GPS时钟有关的优先级，其中所述优先级是由每个节点基于所述本地GPS时钟是否示出正确时间的评估来设置的。
3.根据权利要求1至2所述的方法，其中，从多个远程节点中的每一个接收(S1)所述远程节点的本地GPS时钟的远程时间包括：
向所述多个远程节点发送(S1a)包括本地时间戳t1的信号，所述时间戳t1与相对于所述第一节点中的本地时钟而言发送所述信号时所述第一节点中的时间有关；
从所述多个节点中的每一个接收(S1b)第二时间戳t2，所述时间戳t2与相对于所述远程节点中的本地时钟而言在所述远程节点中接收到所述信号时所述远程节点中的时间有关；
对于所述多个远程节点中的每一个，基于所述时间戳t1、t2和所述第一节点与所述远程节点之间的平均延迟来确定(S1c)远程时间。
4.根据权利要求1至3所述的方法，其中，将所述时间进行比较(S2)，所述时间是(S2A)所述远程时间和所述本地时间或者是(S2B)所述远程时间，以识别在彼此的预定容差范围内的一个或多个时间子组包括：
将所述时间中的每个时间与其他时间中的每个时间进行比较，以确定所述时间是否在该其他时间的容差范围内，并且将在彼此的容差范围内的所有时间分组为所识别的子组。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定(S3)与所识别的时间子组相对应的GPS时钟子组属于准确时钟组包括：
在识别出一个子组的条件下，
将所识别的GPS时钟子组确定(S31)为属于准确时钟组；
在识别出多于一个子组的条件下，
确定(S321)所识别的包含最大数量的GPS时钟的GPS时钟子组属于准确时钟组；或者
确定(S322)所识别的包含最高质量的时钟的GPS时钟子组属于准确时钟组。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，选择(S5A1)所确定的准确时钟组中的远程时钟作为所述第一节点的本地GPS时钟的定时参考包括：
在该组包括高质量时钟的条件下，
选择(S5A11)所述高质量时钟作为所述第一节点的本地GPS时钟的定时参考；
在该组不包括高质量时钟的条件下，
选择(S5A121)所识别的子组中在跳数或物理距离方面在距离上最接近所述第一节点的本地GPS时钟的远程时钟作为所述第一节点的本地GPS时钟的定时参考；
在多于一个时钟在所述第一节点的时钟的相等距离内的条件下，
选择(S5A122)所识别的子组中在距离上最接近所述第一节点的GPS时钟并且具有最高优先级的GPS时钟作为所述第一节点的本地GPS时钟的定时参考。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述容差范围是基于所述第一节点或要同步的所述多个节点当前正在执行的应用的要求来设置的。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述容差范围是预先配置的、经由中心节点接收的、使用人工智能获取的或经由查找表确定的。
9.根据权利要求1至8所述的方法，其中，所述第一节点选自由5G基站、g节点B、5G小小区、e节点B、节点B、数字电视发射器、智能电网中的供电站、数据通信装备和数据终端装备组成的组。
10.一种第一节点(20)，包括被配置用于实现网络(100)中的节点之间的稳健GPS同步的处理电路系统(22)，所述第一节点(20)包括：
通信接口(21)；
内部时钟(25)；
GPS接收器(26)；
处理电路系统(22)，所述处理电路系统包括存储器(23)和处理器(24)，所述处理电路系统被配置为使所述第一节点(20)执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.一种在包括节点网络的系统中执行的方法，用于实现所述系统的网络中的多个节点之间的同步，所述多个节点中的每一个连接到本地GPS时钟，所述方法包括：
由所述网络的区域中的所述多个节点执行如权利要求1至9所述的方法，以用于识别不准确的本地GPS时钟，并且实现所述不准确时钟的时钟恢复以获得同步。
12.一种包括网络(100)和多个节点(20)的系统，所述系统被配置为使所述多个节点(20)执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
13.一种包括计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序代码在网络节点中被执行时使所述网络节点执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
14.一种包含如权利要求13所述的计算机程序的载体，其中，所述载体是电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质之一。
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