時(shí)間同步系統(tǒng)、交換機(jī)、嵌入式接口板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)、交換機(jī)、嵌入式接口板，其中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)包含主時(shí)鐘同步裝置的主時(shí)鐘通信設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)包含從時(shí)鐘同步裝置的從時(shí)鐘通信設(shè)備，主通信設(shè)備嵌入有g(shù)ps接收模塊以接收用于同步的主時(shí)鐘，并且，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上嵌入加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的協(xié)議模塊，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上運(yùn)行時(shí)鐘同步協(xié)議。通過(guò)本實(shí)用新型，可以在一定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)所有通信設(shè)備時(shí)鐘同步，彼此誤差在納秒級(jí)。
【專利說(shuō)明】時(shí)間同步系統(tǒng)、交換機(jī)、嵌入式接口板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)用主鐘模塊到通信設(shè)備，同過(guò)通過(guò)時(shí)鐘同步協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備時(shí)鐘同步功能的系統(tǒng)。其應(yīng)用于通信設(shè)備出廠前的時(shí)鐘同步。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，許多測(cè)試系統(tǒng)都建立在分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之中，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一、準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，因此系統(tǒng)很難正常的協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，采用統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對(duì)上述【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種應(yīng)用在通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步系統(tǒng)。同時(shí)提出了一種相應(yīng)的時(shí)間同步方法、交換機(jī)、嵌入式接口板。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)包含主時(shí)鐘同步裝置的主時(shí)鐘通信設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)包含從時(shí)鐘同步裝置的從時(shí)鐘通信設(shè)備；其特征在于，所述主時(shí)鐘通信設(shè)備用于接收gps時(shí)鐘和向從通信設(shè)備同步時(shí)鐘，其包括電源模塊、中央處理模塊、存儲(chǔ)模塊、gps接收模塊裝置、加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊；所述從時(shí)鐘通信設(shè)備用于時(shí)間同步，其包括電源模塊、中央處理模塊、存儲(chǔ)模塊、加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊。
[0006]所述主時(shí)鐘通信設(shè)備從gps系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。
[0007]所述中央處理模塊運(yùn)行由加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊生成的時(shí)鐘報(bào)文。
[0008]所述的加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊在mac層產(chǎn)生用于時(shí)鐘同步協(xié)議所使用的報(bào)文。
[0009]所述通信設(shè)備有用于gps裝置和加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的裝置的接口，可以方便實(shí)現(xiàn)從通信設(shè)備上進(jìn)行拔插。
[0010]所述從時(shí)鐘通信設(shè)備接收主時(shí)鐘通信設(shè)備的同步時(shí)鐘。
[0011]所述通信設(shè)備可以是交換機(jī)、或路由器。
[0012]所述主時(shí)鐘同步裝置由cpu、時(shí)鐘同步芯片、flash、SDRAM、網(wǎng)絡(luò)接口組成，主時(shí)鐘同步裝置由cpu控制時(shí)鐘同步芯片，其用來(lái)接收和發(fā)送PTP時(shí)鐘同步協(xié)議報(bào)文。
[0013]一種應(yīng)用于上述通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)的交換機(jī)，所述交換機(jī)適用于組建千兆或百兆主干冗余環(huán)網(wǎng)，其具有3個(gè)8端口的快速以太網(wǎng)接口模塊插槽和4個(gè)百/千兆以太網(wǎng)光電復(fù)用端口。
[0014]一種應(yīng)用于上述通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)的嵌入式接口板，包括核心處理器即CPU、存儲(chǔ)電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路、時(shí)鐘處理芯片，其中時(shí)鐘處理芯片通過(guò)RMII接口總線與CPU處理器相連，把PTP報(bào)文的時(shí)間戳信息和當(dāng)前時(shí)鐘讀數(shù)發(fā)送給CPU處理器，同時(shí)接收來(lái)自CPU處理器的時(shí)鐘調(diào)整值來(lái)調(diào)整本地時(shí)鐘。[0015]一種應(yīng)用于上述通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步方法，包括如下步驟:
[0016](I)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A發(fā)送一個(gè)PTP包給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B，并記錄下數(shù)據(jù)包離開A的時(shí)間，該時(shí)間戳為tl; (2)當(dāng)此PTP包到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B加上自己接收到該數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳，該時(shí)間戳為TSl ； (3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A發(fā)送一個(gè)Follow Up消息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B，通知B時(shí)間tl ; (4)當(dāng)此PTP包離開現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B時(shí)，并記錄下數(shù)據(jù)包離開B的時(shí)間t2 ； (5)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A接收到該響應(yīng)包時(shí)，加上一個(gè)新的時(shí)間戳，該時(shí)間戳為Tm2 ; (6)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A再發(fā)送Follow Up消息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B，通知B時(shí)間Tm2 ;至此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B己擁有足夠的信息來(lái)計(jì)算2個(gè)重要的參數(shù):一是PTP數(shù)據(jù)包來(lái)回一個(gè)周期的時(shí)延，二是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B的時(shí)鐘差，由此現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B能夠設(shè)定自己的時(shí)鐘與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A同步。
[0017]其中，實(shí)現(xiàn)最佳主時(shí)鐘的方法包括如下兩個(gè)步驟:(I)從本地時(shí)鐘系統(tǒng)通信端口中選出一個(gè)質(zhì)量最好的同步報(bào)文；(2)根據(jù)上述結(jié)果，比較此時(shí)的主時(shí)鐘和本地時(shí)鐘屬性，決定本地設(shè)備PTP協(xié)議引擎所處的狀態(tài)；其中，
[0018]步驟(I)采用數(shù)據(jù)集比較算法模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，步驟(2)采用狀態(tài)決斷算法模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)；所述模塊定義了狀態(tài)決定算法函數(shù)來(lái)進(jìn)行狀態(tài)的決斷和數(shù)據(jù)集的更新，在缺省數(shù)據(jù)集的層數(shù)是I或2的前提下，調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊來(lái)判定本地時(shí)鐘缺省數(shù)據(jù)集DO和較好時(shí)鐘Erbest的數(shù)據(jù)集哪個(gè)更好；通過(guò)比較，如果是缺省數(shù)據(jù)集DO更好，則根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M1，調(diào)用函數(shù)構(gòu)建主時(shí)鐘函數(shù)根據(jù)缺省數(shù)據(jù)集DO的屬性值來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，并且將DO狀態(tài)更改為PTP主時(shí)鐘，這代表DO是目前最好的主時(shí)鐘；否則，調(diào)用構(gòu)建從時(shí)鐘函數(shù)，根據(jù)Erbest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，Erbest的狀態(tài)則是PTP_SLAVE ;在主時(shí)鐘的層數(shù)大于2的情況下，調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊，以對(duì)本地時(shí)鐘缺省數(shù)據(jù)集DO和最好時(shí)鐘Ebest進(jìn)行判定；通過(guò)比較，如果是缺省數(shù)據(jù)集DO更好，則調(diào)用構(gòu)建主時(shí)鐘函數(shù)，根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M2，根據(jù)缺省數(shù)據(jù)集DO的屬性值來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，并且更改DO狀態(tài)為PTP_主時(shí)鐘；否則，將調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊將Ebest與Erbest進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果相同，根據(jù)狀態(tài)決斷代碼SI，根據(jù)Ebest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，更改Ebest狀態(tài)成ΡΤΡ_從時(shí)鐘；如果經(jīng)過(guò)比較Ebest有更好的屬性值，則根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M3，根據(jù)Erbest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，并設(shè)置它的狀態(tài)為ΡΤΡ_從時(shí)鐘；否則，根據(jù)狀態(tài)決斷代碼Ρ2，根據(jù)Ebest的屬性來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，改變它的狀態(tài)為PTP_S時(shí)鐘。
[0019]其中，關(guān)于時(shí)鐘調(diào)整模塊，主時(shí)鐘被選擇出來(lái)后，就開始調(diào)用同步報(bào)文發(fā)送函數(shù)，構(gòu)造同步報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，再調(diào)用Udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送；調(diào)用跟隨報(bào)文發(fā)送函數(shù)，構(gòu)造跟隨報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，然后調(diào)用Udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送；從時(shí)鐘UdP報(bào)文接收函數(shù)設(shè)置接收緩沖區(qū)分別先后接收了同步報(bào)文和跟隨報(bào)文，記錄下接收的時(shí)間打上時(shí)間戳，再調(diào)用函數(shù)PTP報(bào)文接收處理函數(shù)判斷接收的是哪種報(bào)文，如果是同步報(bào)文，則調(diào)用函數(shù)PTP報(bào)文同步函數(shù)，然后對(duì)報(bào)文解包，取出報(bào)文從主時(shí)鐘發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)間；如果是跟隨報(bào)文，則調(diào)用函數(shù)PTP跟隨報(bào)文接收函數(shù)對(duì)報(bào)文解包，取出報(bào)文從主時(shí)鐘發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)間；在這個(gè)函數(shù)最后，調(diào)用了 PTP發(fā)送延時(shí)請(qǐng)求函數(shù)，它構(gòu)造延遲請(qǐng)求報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，然后調(diào)用udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送；而主時(shí)鐘的緩沖區(qū)一旦有報(bào)文，則主時(shí)鐘立即調(diào)用udp報(bào)文接收函數(shù)記錄下接收的時(shí)間打上時(shí)間戳，再調(diào)用函數(shù)PTP接收處理判斷接收的是哪種報(bào)文，如果是延遲請(qǐng)求報(bào)文，則函數(shù)PTP報(bào)文接收延時(shí)請(qǐng)求立即調(diào)用PTP報(bào)文發(fā)送請(qǐng)求，從時(shí)鐘根據(jù)收到的4個(gè)報(bào)文收發(fā)時(shí)間，計(jì)算出主從偏差，對(duì)自己的時(shí)間進(jìn)行校正。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0021]本實(shí)用新型在主時(shí)鐘通信設(shè)備嵌入gps接收裝置接收用于同步的主時(shí)鐘，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上嵌入加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的裝置，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上運(yùn)行的時(shí)鐘同步軟件裝置。在一定時(shí)間間隔內(nèi)所有通信設(shè)備時(shí)鐘會(huì)同步，誤差在納秒級(jí)。
[0022]本實(shí)用新型將gps接收裝置、加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的裝置集成在通信設(shè)備中，通過(guò)軟件控制，達(dá)到每個(gè)通信設(shè)備在同一時(shí)刻時(shí)鐘同步精確到納秒級(jí)別，以滿足通信設(shè)備在對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘精度要求比較高的情況下正常運(yùn)行。
[0023]本實(shí)用新型gps接收設(shè)備和加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的裝置尺寸小，節(jié)省空間，并且方便連接和嵌入到其它通信設(shè)備；并降低成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)連接示意圖。
[0025]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的支持PTP協(xié)議的嵌入式接口板硬件框圖。
[0026]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的主從系統(tǒng)時(shí)鐘關(guān)系圖。
[0027]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的嵌入到通信設(shè)備的時(shí)鐘模塊圖。
[0028]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的主時(shí)鐘處理裝置示意圖。
[0029]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的主從時(shí)鐘處理裝置連接示意圖。
[0030]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的PTP時(shí)間同步示意圖。
[0031]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的最佳主時(shí)鐘選擇模塊示意圖。
[0033]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例的整個(gè)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，以使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚，明確。此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本系統(tǒng)包含硬件部分和軟件兩大部分，下面分別對(duì)這兩大部分進(jìn)行說(shuō)明。
[0035]第一硬件部分
[0036]如圖1所示,一種具有PTP(Precision Time Protocol)精確對(duì)時(shí)、支持B碼輸出的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)，包括主通信設(shè)備和從通信設(shè)備，其中，主通信設(shè)備嵌入有g(shù)ps接收模塊以接收用于同步的主時(shí)鐘，并且，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上嵌入加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的協(xié)議模塊，在主通信設(shè)備和從通信設(shè)備上運(yùn)行時(shí)鐘同步協(xié)議。
[0037]支持PTP協(xié)議嵌入式接口板設(shè)計(jì)根據(jù)PTP協(xié)議框架，支持PTP協(xié)議的嵌入式接口板硬件框圖如圖2所示。其包括:系統(tǒng)總線連接的FLASH、SDRAM、CPU處理器，時(shí)間處理芯片，網(wǎng)絡(luò)接口 ；所述時(shí)間處理芯片與CPU處理器之間通過(guò)MII總線連接。
[0038]時(shí)鐘處理芯片[0039]高精度PHYTER收發(fā)器芯片內(nèi)置高精度PTP時(shí)鐘，并設(shè)有由硬件執(zhí)行的時(shí)間標(biāo)記功能，可為接收及發(fā)送的信息包印上時(shí)間標(biāo)記。時(shí)鐘處理芯片最大的特色在于將高精度時(shí)間協(xié)議(PTP)功能設(shè)于芯片的物理層之內(nèi)，因此可以在最靠近網(wǎng)線的位置記錄時(shí)間標(biāo)記，而且分辨度達(dá)8 ns，不但可為系統(tǒng)提供最準(zhǔn)確的高精度控制功能，也確保采集回來(lái)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)最少的抖動(dòng)。
[0040]時(shí)鐘處理芯片預(yù)載4個(gè)時(shí)鐘更新算法，用戶可以利用任何一個(gè)算法調(diào)節(jié)電路板上的PTP時(shí)鐘，而且偏差率保證不超過(guò)10億分之一(即Ippb的準(zhǔn)確度)。
[0041]時(shí)鐘處理芯片也可與部分符合PTP協(xié)議規(guī)定的處理器搭配一起使用，為測(cè)試及測(cè)量?jī)x表等設(shè)備提供更準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步功能。其系統(tǒng)連接后時(shí)鐘關(guān)系圖如圖3所示。
[0042]具體電路設(shè)計(jì)
[0043]系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)電路主要包含如下部分:核心處理器(CPU)，其具有低功耗高效率的特點(diǎn)。存儲(chǔ)電路，其中包含了 SDRAM和ROM兩部分的電路設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)接口電路，其中使用時(shí)鐘處理芯片通過(guò)RMII接口總線與CPU處理器相連，把PTP報(bào)文的時(shí)間戳信息和當(dāng)前時(shí)鐘讀數(shù)發(fā)送給CPU處理器，同時(shí)接收來(lái)自CPU處理器的時(shí)鐘調(diào)整值來(lái)調(diào)整本地時(shí)鐘。時(shí)鐘處理芯片通過(guò)RMII總線來(lái)獲取以太網(wǎng)報(bào)文比特流而不是直接從物理層獲取，從而實(shí)現(xiàn)10 Mb/s和100 Mb/s兩種速率的自適應(yīng)處理。
[0044]其中一臺(tái)主站的通信設(shè)備通過(guò)GPS主鐘授時(shí)，接收到的PTP報(bào)文經(jīng)通信設(shè)備打上時(shí)間戳后通過(guò)網(wǎng)橋和以太網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁鞣终镜耐ㄐ旁O(shè)備，每臺(tái)通信設(shè)備再把接收到的PTP報(bào)文轉(zhuǎn)換為B碼格式輸出到各站點(diǎn)的智能終端上。
[0045]如圖4所示，嵌入到通信設(shè)備的時(shí)鐘模塊裝置說(shuō)明，時(shí)鐘模塊使用時(shí)鐘處理物理層芯片，在其上獲得報(bào)文時(shí)間戳信息，避免了系統(tǒng)軟件上獲取的時(shí)間戳信息的不確定性，可將同步精度達(dá)到納秒量級(jí)。
[0046]時(shí)鐘模塊裝置具有四種工作模式，分別為:PTP主時(shí)鐘模式、PTP從時(shí)鐘模式、NTP時(shí)間服務(wù)器模式、直流B碼模式。作為PTP主時(shí)鐘，其可接入直流B碼，GPS，BD，外接秒脈沖四種外接時(shí)間源。
[0047]本實(shí)用新型通信設(shè)備支持完善的二層協(xié)議，具有環(huán)網(wǎng)保護(hù)機(jī)制，主要面向大中型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的匯聚層進(jìn)行高速交換應(yīng)用，并可用于構(gòu)筑千兆或百兆主干冗余環(huán)網(wǎng)。其提供3個(gè)8端口的快速以太網(wǎng)接口模塊插槽和4個(gè)百/千兆以太網(wǎng)光電復(fù)用端口，用于千兆上聯(lián)或構(gòu)筑千兆主干環(huán)網(wǎng)，具有靈活的端口配置和良好的擴(kuò)展性能。模塊化的設(shè)計(jì)使得通信設(shè)備在應(yīng)用中變得更加靈活，同時(shí)模塊化的設(shè)計(jì)也為網(wǎng)絡(luò)今后的擴(kuò)展提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。
[0048]實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)圖5所示系統(tǒng)，可將系統(tǒng)核心分為三部分設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0049]PTP 主時(shí)鐘:
[0050]如主站I中所示接收衛(wèi)星設(shè)備。其接收GPS或其他授時(shí)信號(hào)，獲得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與秒脈沖。
[0051]PTP邊界時(shí)鐘:
[0052]如從站I中所示通信設(shè)備，根據(jù)需求，其只需要一個(gè)PTP輸入接口與一個(gè)PTP輸出接口，并帶有直流B碼輸出接口。
[0053]PTP 從鐘:[0054]如從站2中所示通信設(shè)備，根據(jù)需求，其接收主時(shí)鐘同步報(bào)文，具有一個(gè)PTP輸入接口，并帶有直流B碼輸出接口。
[0055]PTP主時(shí)鐘，使用一塊時(shí)鐘處理裝置，編號(hào)為A，令其工作為PTP主時(shí)鐘模式。需外接GPS模塊。
[0056]根據(jù)系統(tǒng)需求，需要兩塊時(shí)鐘處理裝置。編號(hào)分別為B，C。B模塊工作在PTP從時(shí)鐘模式，其與邊界時(shí)鐘相連進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)報(bào)文交換，并同步于邊界時(shí)鐘，C模塊工作在直流B碼模式，其通過(guò)邊界時(shí)鐘接口與B模塊相連。如圖6所示。
[0057]第二軟件部分
[0058]I精密時(shí)間協(xié)議實(shí)現(xiàn)原理精密時(shí)間協(xié)議PTP(Precision Time Protocol)是為了克服以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性不足而規(guī)定的一種對(duì)時(shí)機(jī)制。精密時(shí)間協(xié)議可以估算出數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上的往返延遲，并可獨(dú)立地估算設(shè)備時(shí)鐘偏差。精密時(shí)間協(xié)議的工作原理說(shuō)明如下:
[0059](I)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A發(fā)送一個(gè)PTP包給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B，并記錄下數(shù)據(jù)包離開A的時(shí)間，該時(shí)間戳為tl。
[0060](2)當(dāng)此PTP包到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B加上自己接收到該數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳，該時(shí)間戳為TSl。
[0061](3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A發(fā)送一個(gè)Follow Up消息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B,通知B時(shí)間tl。
[0062](4)當(dāng)此PTP包離開現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B時(shí)，并記錄下數(shù)據(jù)包離開B的時(shí)間t2。
[0063](5)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A接收到該響應(yīng)包時(shí)，加上一個(gè)新的時(shí)間戳，該時(shí)間戳為Tm2，整個(gè)同步過(guò)程如圖7所示。
[0064](6)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A再發(fā)送Follow Up消息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B,通知B時(shí)間Tm2。
[0065]至此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B己擁有足夠的信息來(lái)計(jì)算2個(gè)重要的參數(shù):一是PTP數(shù)據(jù)包來(lái)回一個(gè)周期的時(shí)延，二是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B的時(shí)鐘差。于是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B能夠設(shè)定自己的時(shí)鐘與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A同步?？梢愿鶕?jù)下面公式算出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備B之間的時(shí)間差和延時(shí):時(shí)間差:dt=[- (T m2_t 2) ] /2
[0066]延時(shí):Delay=[(T,^t1)+ (T m2-t 2)]/2
[0067]2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
[0068]系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。
[0069]2.1 PTP協(xié)議狀態(tài)機(jī)模塊PTP協(xié)議狀態(tài)機(jī)主要負(fù)責(zé)管理設(shè)備上電時(shí)的初始化狀態(tài)、出現(xiàn)異常情況下的故障狀態(tài)、通常情況下的偵聽狀態(tài)、主時(shí)鐘狀態(tài)、從時(shí)鐘狀態(tài)和未校準(zhǔn)狀態(tài)，以及各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。
[0070]2.2最佳主時(shí)鐘選擇模塊最佳主時(shí)鐘算法模塊主要用于選擇本地網(wǎng)絡(luò)中的最佳時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，同時(shí)決定本地時(shí)鐘應(yīng)處的狀態(tài)。
[0071]實(shí)現(xiàn)最佳主時(shí)鐘的方法包括兩個(gè)步驟:(I)從本地時(shí)鐘系統(tǒng)通信端口中選出一個(gè)質(zhì)量最好的同步報(bào)文；(2)根據(jù)上述結(jié)果，比較此時(shí)的主時(shí)鐘和本地時(shí)鐘屬性，決定本地設(shè)備PTP協(xié)議引擎所處的狀態(tài)。
[0072]步驟(1)采用數(shù)據(jù)集比較算法模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，步驟(2)采用狀態(tài)決斷算法模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。該模塊定義了狀態(tài)決定算法函數(shù)來(lái)進(jìn)行狀態(tài)的決斷和數(shù)據(jù)集的更新。在缺省數(shù)據(jù)集的層數(shù)是I或2的前提下，調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊來(lái)判定本地時(shí)鐘缺省數(shù)據(jù)集DO和較好時(shí)鐘Erbest的數(shù)據(jù)集哪個(gè)更好。[0073]通過(guò)比較，如果是缺省數(shù)據(jù)集DO更好，則根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M1，調(diào)用函數(shù)構(gòu)建主時(shí)鐘函數(shù)根據(jù)缺省數(shù)據(jù)集DO的屬性值來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，并且將DO狀態(tài)更改為PTP主時(shí)鐘，這代表DO是目前最好的主時(shí)鐘；否則，調(diào)用構(gòu)建從時(shí)鐘函數(shù)，根據(jù)Erbest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，Erbest的狀態(tài)則是PTP_SLAVE。
[0074]在主時(shí)鐘的層數(shù)大于2的情況下，調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊，以對(duì)本地時(shí)鐘缺省數(shù)據(jù)集DO和最好時(shí)鐘Ebest進(jìn)行判定。通過(guò)比較，如果是缺省數(shù)據(jù)集DO更好，則調(diào)用構(gòu)建主時(shí)鐘函數(shù),根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M2，根據(jù)缺省數(shù)據(jù)集DO的屬性值來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，并且更改DO狀態(tài)為PTP_主時(shí)鐘；否則，將調(diào)用數(shù)據(jù)集對(duì)照算法模塊將Ebest與Erbest進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果相同，根據(jù)狀態(tài)決斷代碼SI，根據(jù)Ebest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，更改Ebest狀態(tài)成ΡΤΡ_從時(shí)鐘。如果經(jīng)過(guò)比較Ebest有更好的屬性值，則根據(jù)狀態(tài)決斷代碼M3，根據(jù)Erbest的屬性來(lái)構(gòu)建從時(shí)鐘，并設(shè)置它的狀態(tài)為PTP_W時(shí)鐘；否則，根據(jù)狀態(tài)決斷代碼Ρ2，根據(jù)Ebest的屬性來(lái)構(gòu)建主時(shí)鐘，改變它的狀態(tài)為PTP_主時(shí)鐘。
[0075]最佳主時(shí)鐘選擇模塊示意圖如圖9所示。
[0076]2.3時(shí)鐘調(diào)整模塊本地時(shí)鐘同步算法是PTP協(xié)議中十分關(guān)鍵的部分，主要用來(lái)調(diào)整本地時(shí)間，與主時(shí)鐘的基準(zhǔn)時(shí)間保持一致性。主時(shí)鐘被選擇出來(lái)后，就開始調(diào)用同步報(bào)文發(fā)送函數(shù)，構(gòu)造同步報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，再調(diào)用udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送。
[0077]調(diào)用跟隨報(bào)文發(fā)送函數(shù)，構(gòu)造跟隨報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，然后調(diào)用Udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送。
[0078]從時(shí)鐘udp報(bào)文接收函數(shù)設(shè)置接收緩沖區(qū)分別先后接收了同步報(bào)文和跟隨報(bào)文，記錄下接收的時(shí)間打上時(shí)間戳，再調(diào)用函數(shù)PTP報(bào)文接收處理函數(shù)判斷接收的是哪種報(bào)文，如果是同步報(bào)文，則調(diào)用函數(shù)PTP報(bào)文同步函數(shù)，然后對(duì)報(bào)文解包，取出報(bào)文從主時(shí)鐘發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)間。如果是跟隨報(bào)文，則調(diào)用函數(shù)PTP跟隨報(bào)文接收函數(shù)對(duì)報(bào)文解包，取出報(bào)文從主時(shí)鐘發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)間。
[0079]在這個(gè)函數(shù)最后，調(diào)用了 PTP發(fā)送延時(shí)請(qǐng)求函數(shù)，它構(gòu)造延遲請(qǐng)求報(bào)文并對(duì)報(bào)文初始化，記錄發(fā)送出去的時(shí)間戳，然后調(diào)用udp報(bào)文發(fā)送函數(shù)將報(bào)文打包并加入發(fā)送緩沖區(qū)進(jìn)行發(fā)送；而主時(shí)鐘的緩沖區(qū)一旦有報(bào)文，則主時(shí)鐘立即調(diào)用Udp報(bào)文接收函數(shù)記錄下接收的時(shí)間打上時(shí)間戳，再調(diào)用函數(shù)PTP接收處理判斷接收的是哪種報(bào)文，如果是延遲請(qǐng)求報(bào)文，則函數(shù)PTP報(bào)文接收延時(shí)請(qǐng)求立即調(diào)用PTP報(bào)文發(fā)送請(qǐng)求，從時(shí)鐘根據(jù)收到的4個(gè)報(bào)文收發(fā)時(shí)間，計(jì)算出主從偏差，對(duì)自己的時(shí)間進(jìn)行校正。
[0080]整個(gè)程序流程如圖10所示。
[0081]3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與結(jié)論系統(tǒng)測(cè)試將兩片時(shí)鐘處理芯片連接到I Hz信號(hào)輸出，利用時(shí)鐘處理芯片捕獲上升沿時(shí)間戳實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)中，利用MII總線讀取時(shí)鐘處理芯片時(shí)間戳寄存器，數(shù)據(jù)結(jié)果如下表所示:
[0082]
【權(quán)利要求】
1.一種通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)包含主時(shí)鐘同步裝置的主時(shí)鐘通信設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)包含從時(shí)鐘同步裝置的從時(shí)鐘通信設(shè)備；其特征在于，所述主時(shí)鐘通信設(shè)備用于接收gps時(shí)鐘和向從通信設(shè)備同步時(shí)鐘，其包括電源模塊、中央處理模塊、存儲(chǔ)模塊、gps接收模塊裝置、加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊；所述從時(shí)鐘通信設(shè)備用于時(shí)間同步，其包括電源模塊、中央處理模塊、存儲(chǔ)模塊、加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述主時(shí)鐘通信設(shè)備從gps系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述中央處理模塊運(yùn)行由加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊生成的時(shí)鐘報(bào)文。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述的加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的模塊在mac層產(chǎn)生用于時(shí)鐘同步協(xié)議所使用的報(bào)文。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述通信設(shè)備有用于gps裝置和加蓋擁有時(shí)鐘同步協(xié)議時(shí)間戳的裝置的接口，可以方便實(shí)現(xiàn)從通信設(shè)備上進(jìn)行拔插。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述從時(shí)鐘通信設(shè)備接收主時(shí)鐘通信設(shè)備的同步時(shí)鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述通信設(shè)備可以是交換機(jī)、或路由器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)，其特征在于，所述主時(shí)鐘同步裝置由cpu、時(shí)鐘同步芯片、flash、SDRAM、網(wǎng)絡(luò)接口組成，主時(shí)鐘同步裝置由cpu控制時(shí)鐘同步芯片，其用來(lái)接收和發(fā)送PTP時(shí)鐘同步協(xié)議報(bào)文。
9.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1-8中任一所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)的交換機(jī)，其特征在于，其具有3個(gè)8端口的快速以太網(wǎng)接口模塊插槽和4個(gè)百/千兆以太網(wǎng)光電復(fù)用端□。
10.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1-8中任一所述的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步系統(tǒng)的嵌入式接口板，包括核心處理器即CPU、存儲(chǔ)電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路、時(shí)鐘處理芯片，其中時(shí)鐘處理芯片通過(guò)RMII接口總線與CPU處理器相連，把PTP報(bào)文的時(shí)間戳信息和當(dāng)前時(shí)鐘讀數(shù)發(fā)送給CPU處理器，同時(shí)接收來(lái)自CPU處理器的時(shí)鐘調(diào)整值來(lái)調(diào)整本地時(shí)鐘。
【文檔編號(hào)】H04L7/00GK203596827SQ201320501109
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】劉向華, 楊國(guó)文 申請(qǐng)人:北京卓越信通電子股份有限公司