TW201743589A - 精確時間協定信號分配之線上監測系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之精確時間協定信號分配之線上監測系統主要係由一精確時間協定時鐘、一時脈產生器、一相位計數器、一控制電腦、及一時間同步分析模組組成，本發明係以上述模組和設備之連結來分析精確時間協定時鐘鎖定參考時間源之後產生的時脈，監測精確時間協定信號之分配與上下游時鐘之相位差，應用於封包交換網路之時間同步機制，共構出精確時間協定時間同步障礙監測系統，以達成確認精確時間協定分配時間源之障礙發生位置並同時兼顧量測端對端時間同步準確度之目的。
Description
本發明係關於一種精確時間協定信號分配之線上監測系統及方法，特別係指一種結合精確時間協定時鐘分配時間源應用於封包交換網路之時間同步系統與方法。
隨著行動通信技術的快速發展，無線接取網路(Radio Access Network)傳輸技術對時間同步的要求越來越高，尤其在4G網路架構下，LTE-TDD(Time Division Duplexing)架構之基地台(Evolved Node B)或是部份LTE-A(LTE-Advanced)的技術需要高精確度之時間同步機制作為無線高速傳輸的基準。
因此在行動回程(Mobile Backhaul)網路以精確時間協定傳送高精確度的時間源來滿足4G基地台的需求，儼然成為無線接取網路以達成時間同步之最佳解決方案，而為了確保行動回程網路以精確時間協定傳送的時間信號，與世界協調時間(Coordinated Universal Time)的同步精確度，有必要發展出一種可以方便地線上監測精確時間協定達成時間同步準確度之系統和方法。
另外，封包交換網路因頻寬分享之先天設計架構之緣故，若欲於其中進行時間之同步向來有一定困難度，而
先前技術中有透過網路時間協定(Network Time Protocol)傳送時間源之方法，但其仍無法完全滿足4G基地台對時間同步精確度的要求；而為了解決此精確度問題，行動回程網路之使用者改以應用精確時間協定來進行時間源之傳送，但時間同步精確度之量測仍然要須仰賴時間同步量測儀器，其無可避免地會增加監測系統的複雜度，而當同步精確度不足時，管理者必須親至每個精確時間協定時鐘所在的機房進行量測。
除此之外，亦有一種透過收集精確時間協定從屬時鐘(Slave Clock)收到主時鐘(Master Clock)時戳之監測方法，其係以從屬時鐘詳實紀錄主時鐘時戳與本身系統的時間差，然而因從屬時鐘收到主時鐘的時戳資料量相當大，且其亦會受封包傳送時延(Delay)影響，故造成時間差的變異數(Variation)過大，令其難以適用於時間同步準確度的分析，尤其是在多個精確時間協定主時鐘備援的保護架構下，會因多個主時鐘間原本存在的時間差混淆，使得時間同步準確度量測目標難以實現。
更，先前技術中也有依賴精確時間協定時鐘的告警來監測之方法，其雖可達到線上監測精確時間協定障礙的目的，惟仍無法取得時間同步之準確度，尤為在行動回程網路上應用此方法時，雖可發現精確時間協定時鐘分配信號的障礙或告警，卻無法得知時間同步精確度不足的情形，在整體系統維護上仍受限制。
由此可見，上述習用方式有諸多缺失，實非一良善之設計者，而亟待加以改良。而本案發明人鑑於上述習用方法所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件精確時間協定信
號分配之線上監測系統及方法。
本發明之目的在於提供一種精確時間協定信號分配之監測系統及方法，以配合行動回程網路來建構精確時間協定實行時間同步的機制，而當精確時間協定信號分配發生障礙時，在一般機房中透過本發明之方法即可監測精確時間協定主從屬時鐘之間的相位差，即可明確釐清是精確時間協定時鐘障礙或是信號配送路由之問題，且正確清楚地顯示發生障礙之路由與位置以降低維運成本並提高維修效率。
本發明之精確時間協定信號分配之線上監測系統及方法係利用一相位量測裝置來即時監測精確時間協定時鐘輸出時脈和其上下游時鐘之間的相位差，以達到同時兼顧確認障礙位置與時間同步準確度量測之目的；其中，該方法為利用一相位計數器即時比對精確時間協定時鐘輸出時脈與上下游時鐘之間的相位差，再透過一時間同步分析模組分析其時間同步準確度，更以一控制電腦整合量測資料判定精確時間協定障礙位置，若時間信號的配送路由發生雍塞或時間源準確度產生劣化時，可立即切換所參考的精確時間協定時鐘指標，來重組精確時間協定時間同步階層，以產生告警以及進行後續處理流程之依據。
詳細來說，本發明之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其包含：一精確時間協定時鐘，該精確時間協定時鐘係執行精確時間協定並校準設備時間以符合IEEE 1588-2008標準之時鐘；一時脈產生器，該時脈產生器係用以抽取該精確時間協定時鐘內部之計時頻率之時脈輸出模組；
一相位計數器，該相位計數器係用以比對該時脈產生器所輸出時脈與外部輸入時脈之相位差的測量儀器，係以至少兩個1PPS的時脈信號以作相位差之量測。
本發明之系統更包含一時間同步分析模組，該時間同步分析模組係用以統計分析區段時間內二個時鐘時脈之相對相位差資料的一種時間分析儀器，係用以評估二個時鐘時間之同步相對準確度，以及一控制電腦，該控制電腦係收集該精確時間協定時鐘與上下游兩時鐘之時脈相位差以彙整該時間同步分析模組產生之長短期時間同步準確度的分析結果，並應用於封包網路的時間同步上，該控制電腦係用以診斷時間同步準確度發生障礙之路由並自動進行障礙排除流程。
而本發明亦包含了一種端對端精確時間協定信號分配線上監測方法，其程序步驟至少包含下列三組。
首先，第一組步驟係為：該精確時間協定時鐘分配精確時間協定信號，亦即精確時間協定時戳，給予下游邊界時鐘或從屬時鐘作為時間源，該精確時間協定時鐘係為上游最高主鐘或具備主時鐘功能之邊界時鐘；該相位計數器待下游主時鐘鎖定參考上述的時間源後，對上下游時鐘的時脈相位差進行量測；而該控制電腦彙整上下游時鐘的長短期時脈相位差；以及，該時間同步分析模組分析上下游時鐘之間的時間同步相對準確度。
而第二組步驟係為：該精確時間協定時鐘鎖定參考世界協調時間源，亦即作為最高主鐘的該精確時間協定時鐘之所有下游從屬時鐘也鎖定了可追溯世界協調時間的時間源；該相位計數器量測下游從屬時鐘與自外部全球衛星導航
系統接收器所輸出的時脈之間的相位差，該控制電腦彙整兩時脈的長短期間相位差，該時間同步分析模組分析下游從屬時鐘的時間同步絕對準確度。
第三組步驟係為：該控制電腦透過網路擷取該相位計數器量測配送路由中全部精確時間協定上下游時鐘間的時脈相位差，以交由該時間同步分析模組分析長短期時間同步相對準確度；該控制電腦彙集運算端對端所有主從屬時鐘之相對時間同步準確度以整合精確時間協定配送路由中的變動資料，以診斷精確時間協定信號分配產生障礙之位置來作為發出告警或切換配送路由等後續流程之依據，該控制電腦並自動執行排除障礙之控制命令。
以上，係解釋了本發明精確時間協定信號分配之監測系統及方法，其係一種結合精確時間協定時鐘分配時間源機制用於封包交換網路之時間同步系統與方法，以改善先前技術之問題。
100‧‧‧線上監測系統
110‧‧‧精確時間協定時鐘單元
111‧‧‧精確時間協定時鐘
112‧‧‧時脈產生器
113‧‧‧時戳信號
114‧‧‧時戳信號
115‧‧‧時脈信號
120‧‧‧相位計數器
130‧‧‧控制電腦
140‧‧‧時間同步分析模組
150‧‧‧時脈信號
160‧‧‧控制命令
210‧‧‧全球衛星導航系統接收器
211‧‧‧時間源
212‧‧‧時脈信號
220‧‧‧最高主鐘
221‧‧‧時間源
222‧‧‧時間源
223‧‧‧時脈信號
230‧‧‧第一邊界時鐘
231‧‧‧時間源
232‧‧‧時脈信號
240‧‧‧第二邊界時鐘
241‧‧‧時間源
242‧‧‧時脈信號
250‧‧‧從屬時鐘
251‧‧‧時脈信號
260‧‧‧相位計數器
270‧‧‧監測網路
280‧‧‧控制電腦
290‧‧‧時間同步分析模組
S301~S310‧‧‧程序步驟
請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效，其中：圖1為本發明精確時間協定信號分配之線上監測系統之功能方塊圖；圖2為本發明精確時間協定信號分配之線上監測系統之架構示意圖；圖3為該精確時間協定信號分配之線上監測方法。
如圖1所示，可見本發明精確時間協定信號分配之線上監測系統100，其包含一精確時間協定時鐘單元110，係可以執行精確時間協定並校準設備時間IEEE 1588-2008標準之時鐘。
其更包含一精確時間協定時鐘111，可以接收上游主時鐘的時戳信號113或提供下游從屬時鐘的時戳信號114或具兩者皆備之功能。其另有一時脈產生器112，係用以輸出精確時間協定時鐘111之時脈信號，其亦有一相位計數器120，用以量測時脈產生器112輸出之時脈信號115與外部輸入時脈信號150之相位差。
線上監測系統100另具有一時間同步分析模組140，係一用以分析時間同步準確度之軟體，以及含有一控制電腦130，用以監控整體流程並擷取、分析比對相位計數器120、時間同步分析模組140之資料，來獲得精確時間協定時鐘之時間同步準確度，以執行各項的控制命令160。
而為了量測時間同步準確度，時脈產生器112應自精確時間協定時鐘111之計時頻率產生1PPS(One Pulse-Per-Second)信號115再交由相位計數器120與外部輸入1PPS信號150比對其間之相位差，主要目的係為了量測小於一秒之時間差。
本發明之目的主要應用在時間同步網路的監測，如圖2所示，係為本發明精確時間協定信號分配之線上監測系統之系統架構示意圖，其中，精確時間協定的最高主鐘(Grandmaster)220僅具備主時鐘功能，其可以分配精確時間協定信號提供給下游之第一邊界時鐘230，待下游時鐘鎖定最高主鐘的時間源221後，相位計數器260比對最高主鐘的時
脈信號223與下游第一邊界時鐘的時脈信號232，控制電腦280彙整相位差，協同時間同步分析模組290，可以監測下游第一邊界時鐘230的時間同步準確度。
另外，最高主鐘220也提供時間源222提供給下游從屬時鐘250，待下游從屬時鐘250鎖定最高時鐘時間源222後，相位計數器260比對最高主鐘的時脈信號223與下游從屬時鐘的時脈信號251，控制電腦280彙整相位差，協同時間同步分析模組290，可以監測下游從屬時鐘250的時間同步準確度。
對於精確時間協定第一邊界時鐘(Boundary Clock)230除了具備從屬時鐘功能，承接上游最高主鐘的時間源221，同時具備主時鐘功能，可以分配精確時間協定信號231提供給下游第二邊界時鐘240，待下游時鐘鎖定第一邊界時鐘的時間源231後，相位計數器260比對第一邊界時鐘的時脈信號232與下游第二邊界時鐘的時脈信號242，控制電腦280彙整相位差，協同時間同步分析模組290，可以監測下游第二邊界時鐘240的時間同步相對準確度。另外，第二邊界時鐘240也提供時間源241提供給下游從屬時鐘250，待下游從屬時鐘250鎖定第二邊界時鐘時間源241後，相位計數器260可以比對第二邊界時鐘的時脈信號242與下游從屬時鐘的時脈信號251，控制電腦280彙整相位差，協同時間同步分析模組290，可以監測下游從屬時鐘250的時間同步相對準確度。
本發明亦可額外擴充應用，例如在精確時間協定最高主鐘220鎖定參考世界協調時間(Coordinated Universal Time)源211時，相位計數器260可以比對全球衛星導航系統
(Global Navigation Satellite System)接收器210提供的時脈信號212與可追溯參考世界協調時間源211的精確時間協定時鐘們(包含：最高主鐘220、第一邊界時鐘230、第二邊界時鐘240及從屬時鐘250)輸出的時脈信號223、232、242或251，控制電腦280彙整相位差，協同時間同步分析模組290，可以監測所有精確時間協定時鐘(包含最高主鐘220、第一邊界時鐘230、第二邊界時鐘240及從屬時鐘250等等)的時間同步絕對準確度。
再請參閱圖3所示，其為本發明提出端對端精確時間協定信號分配的線上監測方法之方法步驟圖，請一併參照圖2之系統架構，其中，準備程序S301係要求精確時間協定最高主鐘220鎖定參考世界協調之時間源211，待下游精確時間協定時鐘分別一一鎖定參考上游時鐘提供之時間源，即分別為程序S302精確時間協定第一邊界時鐘230鎖定參考最高主鐘之時間源221，接著係程序S303精確時間協定第二邊界時鐘240鎖定參考第一邊界時鐘之時間源231，以及程序S304精確時間協定從屬時鐘250鎖定參考第二邊界時鐘之時間源241，而相位計數器260係接續執行程序S305、S306以及S307，如下所述。
而因本發明是線上監測方法，因此，程序S305相位計數器260比對最高主鐘的時脈信號223下游第一邊界時鐘的時脈信號232，計算相位差；以及程序S306相位計數器260比對第一邊界時鐘的時脈信號232與下游第一邊界時鐘的時脈信號242，計算相位差；以及程序S307相位計數器260比對第二邊界時鐘的時脈信號242與下游從屬時鐘的時脈信號251，計算相位差；上述程序S305、S306和S307係
二十四小時全天候執行，而接著，進行程序S308，其為控制電腦280透過監測網路收集所有主從屬時鐘之間的相位差，再進入程序S309送交時間同步分析模組290計算時間同步相對準確度，最後，進行程序S310，係控制電腦280分析從屬時鐘250取得端對端長短期的時間同步準確度，並診斷精確時間協定信號分配的障礙位置，自動切換不同的配送路由，確保端對端的時間同步準確度，以提高監測系統的使用效益，降低監測的單位成本。
本發明係針對精確時間協定可達成之時間同步準確度監測，可在時間信號配送路由上任何位置，監測其時間同步準確度，若將本發明與傳統主從屬時鐘收送時戳封包比較時間差的監測方式比較，本發明可提供端對端之更精確的監測方式。
本發明所提供之精確時間協定信號分配之線上監測系統與方法，與習用技術相互比較時，更具有下列之優點：
第一，本發明可在機房端監測精確時間協定時鐘，若配合監測方法之應用，可避免多個主時鐘信號間存在的時間差影響以提高鑑別率，本發明提供了一種可行、可靠、高效率之精確時間協定時鐘時間準確度的監測系統。
第二，本發明相對方便建置，僅需在既存之精確時間協定時鐘一次安裝統一規格之相位計數器，適用各種精確時間協定時鐘之監測。
第三，本發明可同時監測一個或多個精確時間協定時鐘，並顯示多個精確時間協定信號分配的狀況，實現快速、大量監測的目標，並可解決精確時間協定信號配送路由
障礙位置難以標定之問題。
第四，本發明可於機房進行長期的自動監測以快速正確地釐清設備時鐘或配送路由之障礙，累計各配送路由的相對時間同步相對準確度更可進行預防性維護，提供較佳服務品質。
第五，本發明可降低網路維運人事成本，更可確保精確時間協定配送時間源之準確度及穩定度，進而提昇維護效率，其經濟效益顯著。
至此，上列詳細說明乃針對本發明之最佳實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本發明於技術思想上實屬創新，也具備先前技術不及的多種功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案以勵發明，至感德便。
100‧‧‧系統模組
110‧‧‧精確時間協定時鐘單元
111‧‧‧精確時間協定時鐘
112‧‧‧時脈產生器
113‧‧‧上游主時鐘送來時戳信號
114‧‧‧送給下游從屬時鐘時戳信號
115‧‧‧時脈產生器輸出1PPS信號
120‧‧‧相位計數器
130‧‧‧控制電腦
140‧‧‧時間同步分析模組
150‧‧‧外部輸入時脈信號
160‧‧‧精確時間協定時鐘控制命令
Claims (7)
- 一種精確時間協定信號分配之線上監測系統，其包含：一精確時間協定時鐘，該精確時間協定時鐘係執行精確時間協定並校準設備時間以符合IEEE 1588-2008標準之時鐘；一時脈產生器，該時脈產生器係用以抽取該精確時間協定時鐘內部之計時頻率之時脈輸出模組；一相位計數器，該相位計數器係用以比對該時脈產生器所輸出時脈與外部輸入時脈之相位差的測量儀器，係以至少兩個1PPS的時脈信號以作相位差之量測；一時間同步分析模組，該時間同步分析模組係用以統計分析區段時間內二個時鐘時脈之相對相位差資料的一種時間分析儀器，係用以評估二個時鐘時間之同步相對準確度；以及一控制電腦，該控制電腦係收集該精確時間協定時鐘與上下游兩時鐘之時脈相位差以彙整該時間同步分析模組產生之長短期時間同步準確度的分析結果，並應用於封包網路的時間同步上，該控制電腦係用以診斷時間同步準確度發生障礙之路由並自動進行障礙排除流程。
- 如申請專利範圍第1項所述之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其中，該相位計數器、該時間同步分析模組及該控制電腦係分別設置於相異之裝置上。
- 如申請專利範圍第1項所述之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其中，該精確時間協定時鐘係為具備主時鐘功能之最高主鐘、單獨從屬時鐘或同時具備主時鐘及從屬 時鐘身分之邊界時鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其中，該時脈產生器係依據該精確時間協定時鐘計時頻率以產生1PPS信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其中，該相位計數器可比對複數時脈信號中之至少一組任二個1PPS時脈信號之間相位差。
- 如申請專利範圍第1項所述之精確時間協定信號分配之線上監測系統，其中，該控制電腦係連接該相位計數器及該時間同步分析模組以監控整體精確時間協定信號分配之即時情況，該控制電腦並對該相位計數器量測之相位差和時間同步分析模組分析之時間準確度進行擷取、計算、比對與分析，藉以取得整體精確時間協定配送路由中之端對端時間同步準確度。
- 一種端對端精確時間協定信號分配線上監測方法，其步驟至少包含下列三組：a. 一精確時間協定時鐘分配精確時間協定信號，亦即精確時間協定時戳，給予下游邊界時鐘或從屬時鐘作為時間源，該精確時間協定時鐘係為上游最高主鐘或具備主時鐘功能之邊界時鐘；一相位計數器待下游主時鐘鎖定參考上述的時間源後，對上下游時鐘的時脈相位差進行量測；一控制電腦彙整上下游時鐘的長短期時脈相位差；一時間同步分析模組分析上下游時鐘之間的時間同步相對準確度；b. 該精確時間協定時鐘鎖定參考世界協調時間源，亦即作為最高主鐘的該精確時間協定時鐘之所有下游從屬時 鐘也鎖定了可追溯世界協調時間的時間源；該相位計數器量測下游從屬時鐘與自外部全球衛星導航系統接收器所輸出的時脈之間的相位差，該控制電腦彙整兩時脈的長短期間相位差，該時間同步分析模組分析下游從屬時鐘的時間同步絕對準確度；以及c. 該控制電腦透過網路擷取該相位計數器量測配送路由中全部精確時間協定上下游時鐘間的時脈相位差，以交由該時間同步分析模組分析長短期時間同步相對準確度；該控制電腦彙集運算端對端所有主從屬時鐘之相對時間同步準確度以整合精確時間協定配送路由中的變動資料，以診斷精確時間協定信號分配產生障礙之位置來作為發出告警或切換配送路由等後續流程之依據，該控制電腦並自動執行排除障礙之控制命令。
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