專利名稱：利用ieee1588協(xié)議實現(xiàn)精確時間同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用IEEE 1588協(xié)議進(jìn)行精確時間同步的方法。
背景技術(shù)：
通常，分組網(wǎng)絡(luò)包括一組通過一個或多個網(wǎng)絡(luò)通信鏈路互聯(lián)的節(jié)點。所屬網(wǎng)絡(luò)通 信鏈路可以包括諸如以太網(wǎng)的分組鏈路或者一個或多個可在分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用中采用 的各種分組鏈路。在分組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，近來逐漸意識到需要支持時間敏感通信量。因此，有 必要在分組網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間進(jìn)行時鐘的同步。在包括多個時鐘的分組網(wǎng)絡(luò)中，必須采用時間同步，以便減少在源振蕩器中固有 的不穩(wěn)定性并減少使用環(huán)境中的時間漂移效應(yīng)。特別地，基于分組交換原理的電信傳輸網(wǎng) 考慮時間同步，以便提供通信量流傳輸、源裝置和目的裝置中數(shù)據(jù)流的取樣以及用于指示 所述流的同步時鐘。為了執(zhí)行精確的時間同步，分組網(wǎng)絡(luò)必須具有同步功能，具體是指，在 時鐘時間和時鐘頻率兩個方面，可將從時鐘鎖定到主時鐘。IEEE 1588協(xié)議規(guī)定了時間格式并定義多個可用于分組網(wǎng)絡(luò)中定時的報文，是解 決分組網(wǎng)絡(luò)時間同步問題的優(yōu)秀方案(如圖1)。但是，IEEE 1588協(xié)議并沒有定義如何實 現(xiàn)誤差校正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種利用IEEE 1588協(xié)議實現(xiàn)精確時間同步的方法，以期提高分 組網(wǎng)絡(luò)精確傳輸數(shù)據(jù)的能力，尤其要滿足電信網(wǎng)對時間同步的嚴(yán)苛要求。一種利用IEEE 1588協(xié)議實現(xiàn)精確時間同步的方法，包括(1)鏈路一端的主時鐘向另一端的從時鐘發(fā)送Sync報文，從時鐘獲取該報文的第 一發(fā)送時間戳和第一接收時間戳；(2)從時鐘向主時鐘發(fā)送Delay_Req報文，從時鐘獲取該報文的第二發(fā)送時間戳 和第二接收時間戳；(3)從時鐘根據(jù)獲取到的四個時間戳，計算出自身所處鏈路的傳輸時延Delay，以 及自身相對于主時鐘的時間誤差Offset ；(4)從時鐘在校正時間內(nèi)，以固定的調(diào)整頻率，對計算出來的Offset進(jìn)行校正。步驟(1)中，從時鐘獲取Sync報文的第一發(fā)送時間戳和第一接收時間戳的過程如 下a)主時鐘發(fā)送Sync報文時，記下本地(主時鐘所在地)的第一發(fā)送時間戳；b)發(fā)送完Sync報文后，主時鐘將第一發(fā)送時間戳寫入FolloW_Up報文，并將該 Follow_up報文發(fā)送給從時鐘；c) Sync報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘記下第一接收時間戳；d)Follow_up報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘提取第一發(fā)送時間戳。
步驟(2)中，從時鐘獲取Delay_Req報文第二發(fā)送時間戳和第二接收時間戳的過 程如下a)從時鐘向主時鐘發(fā)送Delay_Req報文時，記下本地(從時鐘所在地)的第二發(fā) 送時間戳；b)Delay_Req報文到達(dá)主時鐘后，主時鐘記下第二接收時間戳；c)主時鐘將第二接收時間戳寫入Delay_ReSp報文，并將該Delay_ReSp報文發(fā)送 給從時鐘；d)Delay_Resp報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘提取第二接收時間戳。從時鐘自身所處鏈路的傳輸時延Delay，以及從時鐘計算相對于主時鐘的時間偏 差 Offset a)Delay = 0· 5(TS1-TM1+TM2-TS2)；b)Offset = TSl-TMl-Delay0其中，TMl為第一發(fā)送時間戳，TSl為第一接收時間戳；TM2為第二接收時間戳，TS2為第二發(fā)送時間戳。從時鐘進(jìn)行時間誤差Offset校正時定義連續(xù)兩次Sync報文發(fā)送時間內(nèi)的間隔為同步間隔Synclnterval，從時鐘的 本地晶振頻率為f，補償頻率為F，誤差補償時間為Tamort ；a)如果ο < Offset < iSynclnterval，即從時鐘的本地時間快于主時鐘，則晶振
頻率降為F = ^f, Tamort = 20ffset ；b)如果I Synclnterval < Offset < | Synclnterval，則晶振頻率降為F 二 ^ f，
Tamort= -Offset; 3C)如果 Offset > -Synclnterval,貝丨J 晶振頻率降為 ρ 二 if, Tamort =
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Synclnterval，剩余的Offset留待下次校正時補償；d)如果-Synclnterval < Offset < 0，即從時鐘的本地時間慢于主時鐘，則晶振 頻率提到 F = 2f，Tamort = -Offset ；e)如果-3 Synclnterval < Offset < -Synclnterval，則晶振頻率提到 F = 4f,
Tamort = - -Offset； 3f)如果 Offset < -3SyncInterval,貝丨J 晶振頻率提到 F = 4f, Tamort = Synclnterval，剩余的Offset留待下次校正時補償。本發(fā)明的分組網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)精確時間同步的方法，可以使從時鐘在較短時間內(nèi)，無 論在時鐘頻率上還是在時鐘時間上，都能鎖定主時鐘，并且占用不多的硬件資源。


圖1為本發(fā)明方法中分組網(wǎng)絡(luò)的示意圖2為本發(fā)明方法中從時鐘補償Offset的示意圖；圖3為本發(fā)明方法中主、從時鐘報文收發(fā)的示意圖；圖4為本發(fā)明方法中從時鐘補償Offset的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明方法中，從時鐘進(jìn)行Offset校正的原理如圖2所示，a) SyncInterval為同步間隔，即相鄰兩次Sync報文發(fā)送的時間間隔。Tamort為 調(diào)整時間長度(每次進(jìn)行時間偏差補償所需要的時間)，其長度根據(jù)Os的值而進(jìn)行變化；b)0M線為主時鐘的時間曲線，假設(shè)主時鐘無頻偏，這條直線的斜率就為1。在本次 同步間隔之前(也即收到Sync報文之前)從時鐘的時間曲線為A-B線。由于從時鐘有頻 率漂移，如果不進(jìn)行從偏移調(diào)整，從時鐘進(jìn)沿著B-S線行進(jìn)。如果直接調(diào)整，則行進(jìn)曲線為 B-Os-S0漸進(jìn)調(diào)整的行進(jìn)曲線為B-C-S ；c)由圖2可以看出，Tamort最大取值為SyncInterval。具體實施時，首先要得到從時鐘自身所處鏈路的傳輸時延Delay，以及從時鐘計算 相對于主時鐘的時間偏差Offset，如圖3所示步驟如下a)主時鐘的本地時鐘時間為TM，從時鐘的本地時間為TS，從時鐘相對于主時鐘的 偏差為0ffset = TM-TS ；b)主時鐘向從時鐘廣播一個同步報文Sync，主時鐘記下此時的發(fā)送時刻TMl ；c)從時鐘收到Sync報文后，記下此時的接收時刻TSl ；d)主時鐘發(fā)送完Sync后，再立即向從時鐘發(fā)送跟隨報文FolloW_up，將時間戳TMl 攜帶給主時鐘；e)從時鐘接受完Sync報文之后，向主時鐘發(fā)送延時請求報文Delay_Req，從時鐘 記下發(fā)送時刻TS2 ；f)主時鐘收到Delay_Req報文后，記下接收時刻TM2 ；g)主時鐘接受完Delay_Req報文后，向從時鐘發(fā)送延時回復(fù)報文Delay_ReSp，將 時間戳TM2攜帶給從時鐘；h)從時鐘根據(jù)采集到的四個時間戳TM1，TSl, TS2，TM2，以及兩個公式，分別計算 出Delay = 0. 5(TS1-TM1+TM2-TS2)，以及 Offset = TSl-TMl-Delay0然后再對時間偏差Offset進(jìn)行補償，如圖4所示，步驟如下定義連續(xù)兩次Sync報文發(fā)送時間內(nèi)的間隔為同步間隔Synclnterval，從時鐘的 本地晶振頻率為f，補償頻率為F，誤差補償時間為Tamort，a)如果0<0ffset< ^Synclnterval，即從時鐘的本地時間快于主時鐘，則晶振
頻率降為F = -f, Tamort = 20ffset ； 2b)如果丄 Synclnterval < Offset < - Synclnterval，則晶振頻率降為F = -f,
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Tamort = -Offset； 3C)如果 Offset〉-SyncInterval,貝丨J 晶振頻率降為 F = -f, Tamort =
44 SyncInterval，剩余的Offset留待下次校正時補償；d)如果-SyncInterval < Offset < 0，即從時鐘的本地時間慢于主時鐘，則晶振 頻率提到 F = 2f，Tamort = -Offset ；e)如果-3 SyncInterval < Offset < -Synclnterval，則晶振頻率提到 F = 4f,
Tamort = - -Offset； 3f)如果 Offset < -3 Synclnterval,則晶振頻率提到 F = 4f, Tamort = Synclnterval，剩余的Offset留待下次校正時補償。
權(quán)利要求
一種利用IEEE 1588協(xié)議實現(xiàn)精確時間同步的方法，其特征在于，包括(1)鏈路一端的主時鐘向另一端的從時鐘發(fā)送Sync報文，從時鐘獲取該Sync報文的第一發(fā)送時間戳和第一接收時間戳；(2)從時鐘向主時鐘發(fā)送Delay_Req報文，從時鐘獲取該Delay_Req報文的第二發(fā)送時間戳和第二接收時間戳；(3)從時鐘根據(jù)獲取到的四個時間戳，計算出自身所處鏈路的傳輸時延Delay，以及自身相對于主時鐘的時間誤差Offset；(4)從時鐘在校正時間內(nèi)，以固定的調(diào)整頻率，對計算出來的時間誤差Offset進(jìn)行校正。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，從時鐘獲取Sync報文的第一發(fā) 送時間戳和第一接收時間戳的過程如下a)主時鐘發(fā)送Sync報文時，記下本地的第一發(fā)送時間戳；b)發(fā)送完Sync報文后，主時鐘將第一發(fā)送時間戳寫入FolloW_Up報文，并將該 Follow_up報文發(fā)送給從時鐘；c)Sync報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘記下第一接收時間戳；d)Follow_up報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘提取第一發(fā)送時間戳。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，從時鐘獲取Delay_Req報文第 二發(fā)送時間戳和第二接收時間戳的過程如下a)從時鐘向主時鐘發(fā)送Delay_Req報文時，記下本地的第二發(fā)送時間戳；b)Delay_Req報文到達(dá)主時鐘后，主時鐘記下第二接收時間戳；c)主時鐘將第二接收時間戳寫入Delay_ReSp報文，并將該Delay_ReSp報文發(fā)送給從 時鐘；d)Delay_Resp報文到達(dá)從時鐘后，從時鐘提取第二接收時間戳。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的傳輸時延 Delay = 0. 5 (TS1-TM1+TM2-TS2)； 所述的時間誤差Offset = TSl-TMl-Delay ； 其中，TM1為第一發(fā)送時間戳，TS1為第一接收時間戳； TM2為第二接收時間戳，TS2為第二發(fā)送時間戳。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從時鐘進(jìn)行時間誤差Offset校正時 定義連續(xù)兩次Sync報文發(fā)送時間內(nèi)的間隔為同步間隔Synclnterval，從時鐘的本地晶振頻率為f，補償頻率為F，誤差補償時間為Tamort ；a)如果0<Offset < | Synclnterval，即從時鐘的本地時間快于主時鐘，則晶振頻率 降為F = if, Tamort = 20ffset ；b)如果1 Synclnterval < Offset < | Synclnterval,則晶振頻率降為 <formula>formula see original document page 2</formula>c)如果<formula>formula see original document page 3</formula> 晶振頻率降為 F=丄f，Tamort = Synclnterval，剩余的Offset留待下次校正時補償；d)如果-Synclnterval< Offset < 0，即從時鐘的本地時間慢于主時鐘，則晶振頻率 提至lj F = 2f, Tamort = -Offset ；e)如果-3SyncInterval< Offset < -Synclnterval,則晶振頻率提到 F = 4f,<formula>formula see original document page 3</formula>f)如果Offset < _3SyncInterval，則晶振頻率提到 F = 4f, Tamort = Synclnterval, 剩余的Offset留待下次校正時補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用IEEE 1588協(xié)議實現(xiàn)精確時間同步的方法，包括a)主時鐘向從時鐘發(fā)送Sync報文，從時鐘獲取該報文的發(fā)送時間戳TM1和接收時間戳TS1；b)從時鐘向主時鐘發(fā)送Delay_Req報文，從時鐘獲取該報文的發(fā)送時間戳TS2和接收時間戳TM2；c)從時鐘根據(jù)獲取到的時間戳，計算傳輸時延Delay以及時間誤差Offset；d)從時鐘在校正時間內(nèi)，以固定的調(diào)整頻率，對計算出來的Offset進(jìn)行校正。本發(fā)明的分組網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)精確時間同步通過從時鐘計算時間誤差并自我補償，使從時鐘在較短時間內(nèi)，無論在時鐘頻率上還是在時鐘時間上，都能鎖定主時鐘，并且占用不多的硬件資源。
文檔編號H04L12/56GK101834712SQ20101015052
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者于強, 刁世斌, 劉云峰, 徐元欣, 梁書成, 王傳剛, 王洋, 章翠枝, 陳淑敏, 麻敏覺 申請人:浙江大學(xué)