CN1525704A

CN1525704A - 分组网中的同步时钟恢复方法和系统

Info

Publication number: CN1525704A
Application number: CNA031468764A
Authority: CN
Inventors: 强宋; 宋强; 秦柯; 矫立国
Original assignee: SHENZHEN GREENNET COMMUNICATION TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: Shenzhen New Greennet Technologies Co ltd; Shenzhen Xin'aoke Cable Co ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: CN1262092C

Abstract

本发明公开一种分组网中的同步时钟恢复方法和系统，通过增加自适应时钟调整算法模块，配合基准时标处理模块和高精度晶振，先恢复出一个同步基准钟以此替代ATM系统中的公共网络时钟，从而就可以参照采用同步剩余时标法，恢复出同步业务时钟。本发明可在IP/Ethernet网络上传送TDM实时业务，可实现TDMoIP/EloEthernet，实现传统的电路业务和分组业务在接入网的真正融合，使当前廉价的IP网络可同时承载话音、租用线、会议电视等电路业务，降低了运营成本，保护了用户现有设备的投资。为实现接入网和城域网的TDM+IP融合起到关键的作用，可广泛应用于IP接入网的业务综合及升级改造。

Description

分组网中的同步时钟恢复方法和系统

技术领域：

本发明涉及一种应用在无连接的异步不定长分组网上中、特别是IP网/Ethernet网中的同步时钟恢复方法和系统。

背景技术：

在同步、准同步数字系列(SDH、PDH)中，广泛使用模拟或数字锁相环技术进行同步时钟的恢复，以便从传输码流中准确无误地恢复出业务数据。但是其前提条件是远端能提供或传送同步/准同步时钟信息，以便收端从码流中提取和恢复时钟。

而这样的方法和系统在IP/Ethernet网上是行不通的，因为在IP/Ethernet网传送的码流中不存在所需的同步/准同步信息。反之在IP网上，TDM业务的连续比特流信息经过IP层的分组封装、解封及网络的排队、交换过程后，其连续性和周期性受到破坏，产生了包延时抖动(PDV，packet delay variable)现象，这会产生大范围的分组时延、漂移和抖动，并由此而造成数据恢复时的误码、失步、滑码等现象。

与IP/Ethernet网相似，ATM网也是一种异步的分组网，对在ATM网上传送TDM信号，ITU-T标准I.363对源钟频率恢复方法作了规定和推荐：即在有公共网络时钟(例如SDH的155Mb/s)传输的情况下，规定采用同步剩余时标法，即Synchronous residual time stamp method(SRTS)；在无网钟传输的情况下(例如在异步的不同网间传输时)，推荐采用自适应时钟恢复方法(Adaptive clock method)，但只提供了后者的慨念，未规定具体方法。

因IP/Ethernet无通用的公共网络时钟，无法参照采用同步剩余时标法SRTS，只可能采用类似的自适应时钟恢复方法。但与IP/Ethernet网不同的是，ATM是面向连接的、固定长度的、短信元分组；因而其信元传输的分组时延、漂移和抖动相对IP/Ethernet网来要小得多。经试验证明，直接移用原用于ATM网的自适应时钟恢复方法对IP/Ethernet网也是行不通的。

目前还没有一种已知的、公开的、或已发布的专利技术，能在IP/Ethernet网上传输TDM/E1信号时用来恢复同步时钟信号。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种能应用在无连接的异步不定长分组网上，能适应大范围分组时延、漂移和抖动的同步时钟恢复方法和系统。

为实现上述目的，本发明提出的同步时钟恢复方法包括如下步骤：1)发送端产生基准钟的时间标签并打包发送；2)发送端产生业务钟的同步剩余时间标签，并打包发送；3)收端接收到上述两种时标数据包后，进行解包提取时钟信息；4)将提取的基准钟时间标签进行自适应时钟调整运算，并利用调整信号恢复出同步基准时钟；5)以恢复出的同步基准时钟代替参考网钟，利用提取的业务钟同步剩余时间标签，进行同步剩余时标运算，恢复出业务接收同步时钟。

本发明提出的同步时钟恢复系统包括高精度晶振、基准钟时标处理模块、业务钟同步剩余时标处理模块，其特征是：还包括自适应时钟调整算法模块和时标打包解包模块；所述高精度晶振与基准钟时标处理模块和自适应时钟调整算法模块相连；基准钟时标处理模块分别与高精度晶振、业务钟同步剩余时标处理模块、时标打包解包模块相连；时标打包解包模块还分别与业务钟同步剩余时标处理模块、自适应时钟调整算法模块相连。

由于采用了以上的方案，本发明通过增加自适应时钟调整算法模块，配合基准时标处理模块和高精度晶振，先恢复出一个同步基准钟，以此替代ATM系统中的公共网络时钟，从而就可以参照采用同步剩余时标法SRTS，恢复出同步业务时钟。本发明可在IP/Ethernet网络上传送TDM实时业务，可实现TDMoIP/EloEthernet，实现传统的电路业务和分组业务在接入网的真正融合，使当前廉价的IP网络可同时承载话音、租用线、会议电视等电路业务，降低了运营成本，保护了用户现有设备的投资。该发明为实现接入网和城域网的TDM+IP融合起到关键的作用，它是低成本实现TDMoIP的核心技术，可广泛应用于IP接入网的业务综合及升级改造。

附图说明：

图1是本发明示意图。

图2是本发明实施例示意图。

图3是打包部分逻辑框图。

图4是解包部分逻辑框图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明的同步时钟恢复方法和系统可用图1的技术方案来说明，它包括五个模块：高精度晶振a、MCU自适应时钟调整算法模块b、基准钟时标处理模块c、业务钟同步剩余时标处理模块d、时标打包/解包模块e。分别说明如下：

a、设置于系统两端设备上的高精度的晶振a，用作本端的参考基准时钟，并送给MCU自适应时钟调整算法模块b和基准钟时标处理模块c进行时标处理。它经过基准钟时标处理模块c处理后用作业务钟同步剩余时标处理模块d的同步剩余时标法的参考网钟。

b、MCU自适应时钟调整算法模块：通过对基准钟时标进行过滤和统计平均，提取本地高精度晶振与远端高精度晶振的频率误差，输出调整控制信号，送给(c)的数字锁相环(DPLL)进行调整。本模块由MCU单片机的软件实现。其实现方式可以有多种，例如：

接收端将收到的数据放入一个缓冲区，数据进入这个缓冲区的快慢取决于发送端的时钟频率。接收端用一定的时钟频率读取缓冲区中的数据，并持续测量缓冲区中接收到的数据的充盈状况。当数据填充量接近缓冲区的下限时，说明本地时钟快于发送端发送时钟，因此应降低本地时钟频率；当数据填充量接近缓冲区的上限时，说明本地时钟低于发送端发送时钟，因此应增加本地时钟频率。这样，通过保持接收到的数据在数据缓冲区的中间位置来调整接收时钟频率使之接近发送时钟频率。

C、基准钟时标处理模块：核心为一个窄带数字锁相环(DPLL)，接收MCU软件模块输出的调整脉冲，进行基准钟频率和相位的精细调整，得到一个与远端同步的高精度基准时钟(频率误差小于1ppm)。数字锁相环(DPLL)是一种可以根据所给的数字信号调整输出时钟频率的装置。

D、业务钟同步剩余时标处理模块：本模块完成本地业务时钟与远端业务时钟的同步，基本方法类似于ATM网络的同步剩余时标法(SRTS)，不同的只是利用本地/同步基准钟作为参考网钟来得到同步剩余时标。

E、时标打包/解包模块：将基准钟的时标和业务钟的时标封装成IP/UDP包进行发送和接收。详见图3和图4。

本系统的软件主要是在MCU自适应时钟调整算法模块b中，包括三个模块：①时标采集过滤；②统计计算平均值；③生成调整信号。采集实际上是搜集时标；统计计算平均值是因为调整DPLL需要有一个时间间隔，在这个时间间隔内统计该段时间内的时标；调整信号就是通过调整DPLL的压控晶振的电压，然后控制其时钟输出频率。

其处理过程如下：

1、局端由(c)产生基准钟的时间标签送给(e)进行时标打包发送；同时，由(d)产生业务钟的同步剩余时间标签，送交(e)进行时标打包发送，最终都作为含有时钟信息的IP包送交系统发往远端。

2、远端的(e)接收到局端的两种时标IP包后，进行解包提取时钟信息。其中基准钟接收时标送往(b)进行自适应时钟调整运算，并送回调整信号控制(c)的数字锁相环(DPLL)，以恢复出同步基准时钟。

3、(d)利用(c)恢复出的同步基准时钟，和(e)送来的业务钟接收时标，进行同步剩余时标运算，并控制其DPLL数字锁相环恢复出业务接收同步时钟。

4、而且，为了在接收端能进行精细的双向相位调整，得到稳定的同步接收时钟，收端恢复出的同步时钟再产生收端时标，送回局端；局端进行再次的时标运算和处理，得到进一步的调整信息送回收端。

图2为一种具有E1电路仿真接口的全业务以太网交换机示意图，它是一种具有E1电路交换和传输功能的以太网交换机。它的8E1电路仿真卡上就采用了本发明的方法和系统。在实例图2中，自适应时钟调整算法模块(b)由一片51系列单片机W78LE58P和外围电路组成，除了完成本系统的自适应时钟调整算法模块功能外，还需完成8E1电路仿真卡的其它控制和管理功能。高精度晶振(a)是一个具有温度补偿和高短时稳定度的高精度晶体振荡器。基准钟时标处理模块(c)、业务钟同步剩余时标处理模块(d)、时标打包/解包模块(e)以及(c)(d)中的两个数字锁相环(DPLL)，都是用一片FPGA门阵列芯片XC2S300E来完成的。当然它还要完成仿真卡的其它仿真电路功能。

本实例的设备由于采用了本发明的方法和系统，因而具有在低成本的接入网中将多个E1实时业务和IP以太网业务统一接入、交换、传输的能力，可以在廉价的IP接入网中实现TDMoIP、EloEthernet，实现宽带、窄带业务的统一接入。

综上所述，本发明采用一种双重双向时标处理、控制和锁相环系统：先用一种独特的自适应时钟调整算法，进行参考基准时钟恢复；再利用恢复的基准时钟和同步剩余时标统计算法，完成业务时钟恢复及相位调整；最终进行双向相位调整恢复出精确的同步业务时钟。

本发明的方法和系统可应用于在IP/Ethernet网络上传送TDM业务的时钟恢复，即TDMoIP/TDMoEthernet，包括：具有EloIP仿真接口的全业务以太网交换机、以太复用器(TDMoIP网关)、基于IP的全业务光端机(全业务光MODEM)等类型的产品。本发明为实现接入网和城域网的TDM+IP融合起到关键的作用，它是低成本实现TDMoIP的核心技术，可广泛应用于IP接入网的业务综合及升级改造。

Claims

1、一种分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是包括如下步骤：

1)发送端产生基准钟的时间标签并打包发送；

2)发送端产生业务钟的同步剩余时间标签，并打包发送；

3)收端接收到上述两种时标数据包后，进行解包提取时钟信息；

4)将提取的基准钟时间标签进行自适应时钟调整运算，并利用调整信号恢复出同步基准时钟；

5)以恢复出的同步基准时钟代替参考网钟，利用提取的业务钟同步剩余时间标签，进行同步剩余时标运算，恢复出业务接收同步时钟。

2、如权利要求1所述的分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是：其中步骤4)中利用调整信号恢复出同步基准时钟的方法是将调整信号送到数字锁相环(DPLL)，对数字锁相环(DPLL)进行控制以恢复出同步基准时钟；其中步骤5)中恢复出业务接收时钟的方法是将运算后的信号送到数字锁相环(DPLL)，利用数字锁相环(DPLL)恢复出业务接收同步时钟。

3、如权利要求1或2所述的分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是：其中步骤4)中自适应时钟调整运算包括如下步骤：通过对提取的基准钟时标进行过滤和统计平均，提取本地高精度晶振与远端高精度晶振的频率误差，输出调整控制信号。

4、如权利要求1或2所述的分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是：其中步骤4)中自适应时钟调整运算包括如下步骤：接收端将收到的数据放入一个缓冲区，数据进入这个缓冲区的快慢取决于发送端的时钟频率；接收端用一定的时钟频率读取缓冲区中的数据，并持续测量缓冲区中接收到的数据的充盈状况；当数据填充量接近缓冲区的下限时，说明本地时钟快于发送端发送时钟，因此应降低本地时钟频率；当数据填充量接近缓冲区的上限时，说明本地时钟低于发送端发送时钟，因此应增加本地时钟频率；这样，通过保持接收到的数据在数据缓冲区的中间位置来调整接收时钟频率使之接近发送时钟频率。

5、如权利要求1或2所述的分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是还包括如下步骤：

6)收端恢复出的同步时钟再产生收端时标，送回原发送端；原发送端进行再次的时标运算和处理，得到进一步的调整信息送回收端；从而在接收端能进行精细的双向相位调整，得到稳定的同步接收时钟。

6、如权利要求1或2所述的分组网中的同步时钟恢复方法，其特征是：其中步骤1)、2)中打包发送的数据包为IP/UDP包。

7、一种分组网中的同步时钟恢复系统，包括高精度晶振(a)、基准钟时标处理模块(c)、业务钟同步剩余时标处理模块(d)，其特征是：还包括自适应时钟调整算法模块(b)和时标打包解包模块(e)；所述高精度晶振(a)与基准钟时标处理模块(c)和自适应时钟调整算法模块(b)相连；基准钟时标处理模块(c)分别与高精度晶振(a)、业务钟同步剩余时标处理模块(d)、时标打包解包模块(e)相连；时标打包解包模块(e)还分别与业务钟同步剩余时标处理模块(d)、自适应时钟调整算法模块(b)相连。

8、如权利要求7所述的分组网中的同步时钟恢复系统，其特征是：在所述基准钟时标处理模块(c)、业务钟同步剩余时标处理模块(d)中分别至少包括一个数字锁相环(DPLL)。

9、如权利要求7或8所述的分组网中的同步时钟恢复系统，其特征是：所述自适应时钟调整算法模块(b)中包括依次相连的时标采集过滤模块、统计计算平均值模块和生成调整信号模块。