CN201789509U - 基于e1链路的双向时频同传主从装置 - Google Patents
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Abstract
基于E1链路的双向时频同传主从装置,涉及通信技术。本实用新型的主装置包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:时钟模块;同步帧发送模块,用于向从装置发送同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;时延请求帧接收模块,用于接收来自从装置的时延请求帧;时延反馈帧发送模块,用于向从装置发送时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有时延请求帧收包时间T4;前述同步帧发送模块、时延请求帧接收模块、时延反馈帧发送模块分别与E1编解码模块连接。本实用新型无需协议转换、无需缓存、开销小,从而可以大大降低数据收发时延抖动。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术。
背景技术
PTP(IEEEE 1588)是精密时间同步协议标准,可在主从设备间提供基于网络连接的、时间同步功能。PTP协议采用软硬件相结合的方式,在物理层由硬件打时间戳,主从之间的同步精度可达微秒级。PTP同步精度会受网络流量变化以及时延抖动等因素的影响,因此在进行多跳数、长距离传输时,同步精度往往不能得到保证。目前情况下,PTP协议还不能在传统路由器或交换机上进行高精度远程传输。
目前的传输网络以SDH传输网为主体。SDH技术,以其可靠性、可控性、扩展性以及完善的网络体制,在传输网中占着主导地位。以SDH技术为基础发展的MSTP(多业务传送平台)技术,在原有的SDH技术上增加了相关的数据接入、处理功能而形成,目前已经形成了多个版本:基于二层交换、内嵌RPR(弹性分组环)功能、内嵌MPLS功能、ATM处理等。在承载3G移动业务方面的性能也优于光纤直连、ATM等方案。
运营商目前拥有丰富的E1资源,一般情况下,直接将PTP数据包通过ETHERNET/E1协议转换器封装到E1链路,通过E1链路接入SDH中实现长距离时间数据传输。由于速率不匹配,ETHERNET/E1协议转换器具有缓存机制,因此,以太数据包通过协议转换器的时延是不确定的。这不确定的传输时延对一般的以太数据业务影响不大,但对PTP数据包会造成授时精度的下降。传统的ETHERNET/E1协议转换器时延抖动可达几十微秒,即使采用优先转发PTP数据包的方式,时延抖动也会有几个微秒。而且,直接将以太PTP数据包封装到E1数据中,由于包含了以太网络参数字节,因此开销比较大,封装数据长度过大会影响系统性能和同步精度。
实用新型内容
本实用新型所要解决的一个技术问题是,提供一种双向时频同传主装置和从装置,主从装置之间的数据收发具有极小的时延抖动。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是,一种基于E1链路的双向时频同传主装置,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟控制模块;
同步帧发送模块,用于向从装置发送同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧接收模块,用于接收来自从装置的时延请求帧;
时延反馈帧发送模块,用于向从装置发送时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧发送模块、时延请求帧接收模块、时延反馈帧发送模块分别与E1编解码模块连接。
本实用新型还提供一种基于E1链路的双向时频同传从装置,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟控制模块;
同步帧接收模块,用于接收来自主装置的同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧发送模块,用于向主装置发送时延请求帧;
时延反馈帧接收模块,用于接收来自主装置的时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有主装置记录的时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧接收模块、时延请求帧发送模块、时延反馈帧接收模块分别与E1编解码模块连接。
本实用新型利用E1链路接入SDH中实现高精度、长距离时频同传功能。和直接将PTP数据包通过ETHERNET/E1协议转换器接入E1链路相比,本实用新型无需协议转换、无需缓存、开销小,从而可以大大降低数据收发时延抖动。采用本实用新型的主从同步系统,数据收发时延抖动可以小于一个微秒。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1是本实用新型的通信流程示意图。
图2是本实用新型的TOE帧封装入E1帧示意图。
图3是本实用新型的通信环境示意图。
图4是本实用新型的主从设备原理图。
图中,X0为Crystal Oscillator的缩写,晶体振荡器。
具体实施方式
参见图1~3。
本实用新型的双向时频同传流程为:
A、主站向从站发送时间同步帧,主站记录同步帧发包时间戳T1并插入同步帧中;
B、从站接收主站发来的同步帧,记录收包时间戳T2,从同步帧中获得时间戳T1;
C、从站向主站发送时延请求帧,并记录发时延请求帧的时间戳T3;
D、主站接收从站发来的时延请求帧并记录收包时间戳T4,主站将T4时间戳插入时延反馈帧中发送给从站;
E、从站接收时延反馈帧并获得时间戳T4,从站根据获得的时间戳T1~T4,计算线路环路时延D以及主从时间偏差和频率偏差,根据计算出的时间和频率偏差,以此调整本地时间和时钟频率;
线路环路时延D的计算公式为:
D=(T2-T1)+(T4-T3)=(T4-T1)-(T3-T2)。
上述各步骤中,主站和从站之间的信息封装为E1帧格式。
本实用新型首先将数据进行一次封装,称为TOE帧,之后对TOE帧依据E1传输规范进行二次封装。TOE帧头长度为18个字节,加上时间戳10个字节,TOE帧长为固定的28个字节,帧长小于一个E1帧长度(32字节),因此可以将TOE帧直接封装入一个E1帧中。
本实用新型采用E1成帧方式传送TOE帧,成帧方式结构清晰,有利于数据定位。E1帧中的TS0用于帧同步,TS30~TS31用于辅助帧同步,三个字节用于帧定位和同步,从而可确保E1帧定位可靠。TS1~TS28用于传送TOE数据帧,包括TOE帧头信息和时间戳信息,不足28字节的补零。TS29为CRC校验,校验内容为TS1~TS28的有效数据,解码时校验不正确的帧应丢弃。
TOE帧头信息如下表:
帧头信息说明如下:
frameType(2bytes),帧类型域,TOE帧固定为F8F8(hex)。
messageType(4bits),消息类项域,含义如下表。
Message type | Value(hex) |
Sync | 0 |
Delay_req | 1 |
Delay_resp | 9 |
versionTOE(4bits),版本说明域,十进制表示,目前为版本1。
messageLength(1byte),TOE帧长,包括帧头和时间戳,十进制表示,单位为字节。帧长固定为28个字节。
currentUtcOffset(1byte),闰秒数。UTC与TAI时间标尺之间的闰秒时间差。该域只限sync包使用,其他数据包可不用。
timeSource(1byte),时间源类型,含义同IEEE1588v2协议。该域只限sync包使用,其他数据包可不用。从设备通过该域值 获得主设备时间源类项。
correctField(4bytes),时间修正域,修正报文的驻留时间或时间戳误差。数值=纳秒×24。最大修正时间为268ms。Sync包时,该域可为时间戳误差。Delay_resp包时,该域可以为包驻 留时间加时间戳误差。
sourcePortIdentity(2bytes),源端口ID。
destinationPortIdentity(2bytes),目的端口ID。
sequencedId(2bytes),数据包序列号。对应当前发送包的顺序号。
Delay_req包和Delay_resp包序列号相对应。
logMessageInterval(1byte),发包频率。Sync包设置值为00~12(hex),delay req包设置值为00~03(hex)。定义如下表。
发包频率 | 设置值 | 发包频率 | 设置值 | 发包频率 | 设置值 |
1/16 | 00 | 2 | 05 | 64 | 10 |
1/8 | 01 | 4 | 06 | 128 | 11 |
1/4 | 02 | 8 | 07 | 256 | 12 |
1/2 | 03 | 16 | 08 | ||
1 | 04 | 32 | 09 |
controlField(1byte),控制域,含义如下表。
Sync和delay_req消息格式如下:
Delay_resp消息格式如下:
时间戳共10个字节,整数部分占6个字节,小数部分占4个字节。含义同IEEE1588v2协议规定。Sync包和delay_req包中的originTimestamp为发包时刻的时间戳值,delay_resp包中的receiveTimestamp为主设备收到delay_req包时刻的时间戳值。
本实用新型中从站可控制主站发包频率,从站具有更大的自主性。Sync帧时,logMessageInterval域为主站sync帧发包频率。Delay_req帧时,根据controlField域值判断logMessageInterval域含义;如果controlField域值为F0,则为delay_req的发包频率;如果controlField域值为F1,则为设置的主站发包频率;如果controlField域值为FF,则主站停止向从站发sync帧。
TOE帧定位:通过帧类型域和帧长来定位TOE帧,帧类型固定为F8F8,帧长固定为28个字节,另外再加上E1帧的三个字节帧同步和一个字节的CRC校验,可以保证TOE帧定位准确和数据可靠。
参见图1。
TOE主站向TOE从站发送时间同步sync帧,TOE主站记录sync发包时间戳T1并插入sync帧中。TOE从站接收主站发来的sync帧,记录sync收包时间戳T2,从sync包中获得时间戳T1。TOE从站向主站发送时延请求delay_req帧并记录发delay_req时间戳T3。TOE主站接收从站发来的delay_req帧并记录收包时间戳T4,主站将T4时间戳插入delay_resp帧中发送给从站,从站接收delay_resp帧并获得时间戳T4。
TOE从站根据获得的时间戳T1~T4,可计算线路环路时延D以及主从时间偏差和频率偏差,在不考虑线路不对称性情况下,线路单向时延为D/2。TOE从站根据计算出的时间和频率偏差,调整本地时间和时钟频率。通过这种基于时间戳的双向时频同传方法,可实现主从站之间的同步。
参见图2、3。
TOE主从设备通过E1链路接入SDH/PDH传输网,从而实现TOE数据的长距离双向传送。TOE主设备以外部输入信号为参考,控制本地时钟和时间,为TOE帧的组帧和发送提供时间和频率源。TOE从设备接收和发送TOE数据,计算时间和频率偏差,调整本地时间和时钟频率,输出时间码。
本实用新型中的TOE主从设备通信方式为点对点交互通信。
要点如下:
1)从站主动向主站发送delay_req帧。delay_req帧中的目的端口ID必须为主站的端口ID,源端口ID为从站的端口ID。设备端口ID是唯一的。
2)主站收到从站的delay_req帧且端口ID匹配后,响应从站delay请求,向从站发delay_resp帧,并开始定期向从站发送sync帧。
3)主站如果30秒内收不到从站的delay_req帧,则停止向从站发送sync帧。此时通信中止。
4)从站可主动发送中止通信命令给主站,主站收到该命令后停止发送sync帧。
5)从站可主动设置主站发sync包频率。
TOE主设备数据处理流程:
1)软件控制TOE帧的发送时刻。主站需要发送的TOE帧有:sync帧和delay_resp帧;主站需要接收的TOE帧有:delay_req帧。sync帧的发送时刻根据发包频率确定,主站收到delay_req帧后发送delay_resp帧。
2)TOE帧头信息由软件通过写寄存器的方式通知硬件,TOE帧中的时间戳值由硬件在发送TOE帧之时插入(sync帧)。
3)软件写完TOE帧头信息寄存器后触发硬件发送TOE帧。
4)软件触发后的下一个E1帧周期由硬件发送当前TOE帧。
5)硬件收到TOE帧后,通过中断方式通知软件。软件通过读取TOE帧解码寄存器获得TOE帧信息。
6)硬件收到delay_req帧后及时通过中断方式通知软件获得接收时间戳值。
7)软件判断端口ID是否匹配,如果收到的delay_req帧目的端口ID和主站端口ID不匹配,则丢弃该帧。
TOE从设备数据处理流程:
1)从站需要发送的TOE帧有:delay_req帧,从站需要接收的TOE帧有:sync帧和delay_resp帧。
2)软件控制TOE帧的发送。delay_req帧的发送根据发包频率确定。
3)TOE帧头信息由软件通过写寄存器的方式通知硬件。
4)软件在写完TOE帧头信息寄存器后触发硬件发送TOE帧。
5)触发后的下一个E1帧周期由硬件发送当前TOE帧。
6)硬件发送delay_req帧后,通过中断方式通知软件获得发送时间戳值。
7)硬件收到sync帧后及时通过中断方式通知软件获得接收时间戳值。
8)硬件在收到delay_resp帧后,通过中断方式通知软件。软件通过读取TOE 帧解码 寄存器获得TOE帧信息。
9)软件判断端口ID是否匹配,如果收到的sync帧和delay_resp帧的目的端口ID和从站的端口ID不匹配,则丢弃该帧。
10)软件获得相应时间戳值后,根据相关算法对从站时钟进行调频和调相。
本实用新型的基于E1链路的双向时频同传主装置,或称为主站,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟模块;
同步帧发送模块,用于向从装置发送同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧接收模块,用于接收来自从装置的时延请求帧;
时延反馈帧发送模块,用于向从装置发送时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧发送模块、时延请求帧接收模块、时延反馈帧发送模块分别与E1编解码模块连接。
本实用新型的基于E1链路的双向时频同传从装置,或称为从站,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟模块;
同步帧接收模块,用于接收来自主装置的同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧发送模块,用于向主装置发送时延请求帧;
时延反馈帧接收模块,用于接收来自主装置的时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有主装置记录的时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧接收模块、时延请求帧发送模块、时延反馈帧接收模块分别与E1编解码模块连接。
主站和从站的硬件结构示意图参见图4。在硬件上,主站和从站可以是一致的。
本实用新型具有以下优点:
带宽利用率高:采用E1成帧方式传送,不占用固定E1帧,可充分利用E1链路带宽。TOE帧长仅为28个字节,可直接封装入一个E1帧中。以最大发包频率每秒256个sync包和16个delay_req包计算,TOE数据每秒占用带宽为:(256+16×2)×32×8=73.728kbit/s,远小于2.048Mbit/s带宽。最大带宽占用率仅为73.728/2048=3.6%,剩余97%的带宽可用于传送其他信息,比如网管信息。
同步精度可以保证:本实用新型提出的私有化时间数据帧(TOE帧),保留了PTP协议中的硬件自动打时间戳功能,去掉了PTP帧结构中繁琐的网络相关信息和帧类型,从而大大简化了帧结构。可直接将TOE数据封装入一个E1帧中,无需任何协议转换。另外,TOE设备数据收发时,软硬件通过中断方式通信,所以无需缓存。TOE帧长仅为28个字节,而PTP数据帧最小为44字节,如果再加上网络参数,帧长会更大,因此TOE数据帧开销更小。普通协议转换器中的时延抖动主要是由协议转换和缓存引入,和直接将PTP数据包通过ETHERNET/E1协议转换器接入E1链路相比,本实用新型无需协议转换、无需缓存、开销小,可以大大降低数据收发时延抖动,从而可以保证同步精度。本实用新型中TOE数据收发时延抖动小于一微秒。
Claims (2)
1.基于E1链路的双向时频同传主装置,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟模块;
同步帧发送模块,用于向从装置发送同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧接收模块,用于接收来自从装置的时延请求帧;
时延反馈帧发送模块,用于向从装置发送时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧发送模块、时延请求帧接收模块、时延反馈帧发送模块分别与E1编解码模块连接。
2.基于E1链路的双向时频同传从装置,包括E1接口收发模块、E1编解码模块、CPU模块,其特征在于,还包括:
时钟模块;
同步帧接收模块,用于接收来自主装置的同步帧,所述同步帧中载有同步帧发送时间T1;
时延请求帧发送模块,用于向主装置发送时延请求帧;;
时延反馈帧接收模块,用于接收来自主装置的时延反馈帧,所述时延反馈帧中载有主装置记录的时延请求帧收包时间T4;
前述同步帧接收模块、时延请求帧发送模块、时延反馈帧接收模块分别与E1编解码模块连接。
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CN103067243A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-24 | 华为技术有限公司 | 通信方法及相关设备 |
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CN103067243A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-24 | 华为技术有限公司 | 通信方法及相关设备 |
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