用于补偿路径不对称的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于具体参照时间和频率同步来补偿路径不对称的方法和设备。本发明专利技术具有执行例如利用IEEE 1588精密时间协议(PTP)的分组网络上的时间和频率同步的特定应用。通常，时间服务器(主)和客户端(从)之间的通信路径延迟利用该路径上的正向延迟和反向延迟相同的假定来估计。结果，这些延迟之间的差异(延迟不对称)可以导致在估计从时钟相对于主设备时钟的偏移方面的误差。本发明专利技术的实施方式提供了用于补偿当定时协议消息在正向和反向路径中经历相异排队延迟时出现的路径延迟不对称的技术和设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于估计并补偿路径不对称的方法和设备。特别但非排它地涉及估计 并补偿在执行利用例如IEEE 1588精密时间协议的分组网络上的时间和频率同步时的路径 不对称。
技术介绍
利用诸如IEEE 1588 PTP的协议和精心设计的从（slave)时钟恢复机制的定时传 递(timing transfer)可以在亚微秒区和下级区中提供时间同步。然而，这通常是利用从主 设备至从设备的时延等于从从设备至主设备的时延这样的重要假定来进行的。 在真实生活中，通信路径并不是完美对称的，主要是因为相异的正向和反向物理 链路延迟和排队延迟。即使在物理链路延迟是已知的并且在时钟同步期间得到适当补偿的 情况下，当定时消息穿过分组网络并且被排队以转发时，仍可以存在可改变的排队延迟。网 络设备(交换机、路由器等）中的分组的处理和缓存在穿越该分组网络的分组的等待时间中 引入了变化。这主要发生在没有来自网络的任何形式的定时辅助来帮助减轻该可变排队延 迟的影响的情况下以端至端方式进行定时传递的时候。 该"延迟不对称"已经成为时钟同步方面的主要挑战。使用诸如边界时钟(BC)和透 明时钟(TC)的网络定时支持机制可以消除在下列情况中出现的延迟不对称： ?在正向和反向路径上的相异和可变排队延迟(主要归因于两个通信方向上的不 同通信载荷） ?因在每一个方向上定时分组采用不同路由造成的不对称。这种情况利用对等 (peer-to-peer) TC来适当处理。端至端TC不会解决这种不对称。 注意，为了实现，BC和TC必须从定时基准源至从时钟以逐节点（逐跳）为基础来实 现。 然而，即使这些定时支持机制也不能够校正因网络部件之间的相异物理链路而造 成的延迟不对称。这种不对称因正向和反向路径以同一线缆中的光纤对或铜线对实现而出 现，其中一对中的每一个光纤都具有不同的长度。这些光纤或铜线对可以具有显著到足以 产生延迟差异的不同长度和不同电气或光学特性。对时间准确度的这种影响可以是每米 2.5ns的数量级，其中100米长度引入250ns的误差。如果这种差异未被适当补偿，则即使使 用BC，也可以在一系列BC上累积静态时间误差。在多个光纤链路上，该累积时间误差可以变 得足够显著，以致超出某些应用(如移动网络中的那些)所要求的非常严格的容差。 上述机制还不能够校正由单个节点内部的定时分配所产生的延迟不对称。这些时 间误差归因于当将时间基准是从节点中的集中式模块(例如，系统卡)分配给节点中的其它 模块(例如，线卡)时的各种内部不对称延迟。这些时间误差例如因底板迹线的长度、连接器 以及各种逻辑功能而出现。如今，用于解决物理链路不对称和节点内部不对称的最佳方式 是人工校准链路和内部定时路径。在用于光纤链路不对称补偿的自动化机制方面的关注正 日益增长，而且这些正在研究中。 IEEE 1588 PTP消息流 IEEE 1588v2 PTP定义了用于以亚微秒级准确度从主设备向一个或更多个从设备 传送频率、相位以及日时信息的基于分组的同步协议。PTP依靠使用从主时钟向一个或更多 个从时钟发送的具有准确时间戳的分组(按纳秒级粒度），以允许将它们同步(按频率或时 间或两者）至主时钟。同步信息是按照层级分发的，GrandMaster时钟（超级主时钟）位于该 层级的根部。该GrandMaster时钟向一个或更多个从设备提供时间基准。这些从设备又可以 充当用于从设备的另一分级层的主设备。 主设备与从设备之间的PTP消息交换过程（即，PTP延迟请求/延迟响应流)在图1中 进行了例示并且在下面加以描述。 IEEE 1588 PTP考虑到两种不同类型的加时间戳方法，一步或两步。一步时钟即时 更新事件消息（Sync和De Iay_Req)内的时间信息，而两步时钟在一般消息（Fo 11 〇w_Up和 De lay_Re sp)中传输分组的精确时间戳。Sync消息由主设备1发送至其从设备3，而且包含其 传输的精确时间，或者跟随着包含该时间的Follow_Up消息。在两步的普通或边界时钟中， Fo 11 〇 w_Up消息发送针对特定Sy n c消息的离开时间戳的值。图1例示了针对两步时钟的同步 消息交换的基本模式。主设备1通过分组网络2向从设备3发送Sync消息，并且标注发送Sync 消息的时间T1。从设备接收Sync消息并且标注接收时间Τ2。主设备1通过两种方式之一向从 设备3输送时间戳T 1:1)将该时间戳T1嵌入Sync消息中。为了最高的准确度和精度，这需要某 类硬件处理（即，硬件加时间戳）。2)将时间戳T 1*入被发送到从设备的F〇llow_Up消息（如 图1所示）。接下来，从设备3向主设备1发送Delay_Req消息，并且标注发送De Iay-Req的时间 T3。主设备接收Delay_Req消息并且标注接收时间T4。主设备1通过将时间戳T4嵌入Delay_ Resp消息中向从设备3发送时间戳T4。 在该PTP信息交换结束时，从设备3处理全部四个时间戳{!^、!^、!^丄:^这些时间 戳可以被用于计算从设备的时钟5相对于主时钟4的偏移以及这两个时钟之间的消息平均 传播时间。对偏移和传播时间的计算假定主至从传播时间和从至主传播时间相等，即，存在 对称的通信路径。时钟频率随着时间改变，因而需要周期性的消息交换。因为这些时钟变化 缓慢改变，所以信息交换之间的时段通常大约为几毫秒至几秒钟。 本专利技术的目的是提供用于在不利用像BS和TC的联网定时支持机制的情况下，补偿 因通信路径上的正向和反向中的不相等排队延迟而产生的不对称的机制。补偿队列诱发的 不对称可以消除时钟误差的主要来源，特别是在定时消息穿越分组系统中的排队系统时。 端至端时间传递是时钟同步方面的最具挑战性的问题，但也向网络运营商提供了 具有吸引力的益处。本专利技术的另一目的是提供向网络提供透明度的方法和设备，其中定时 消息可以跨越不同类型网络（以太网、MPLS、SONET分组、帧中继等）。
技术实现思路
因此，在最广泛的方面，本专利技术的方法通过主设备与从设备，基于发送定时消息与 接收该定时消息之间的间隔来提供对相应设备之间的通信中的不对称延迟的估计。 本专利技术的第一方面提供了一种估计通过网络连接的主设备和从设备之间的通信 中的不对称延迟的方法，该方法包括以下步骤:从所述主设备向所述从设备发送第一定时 消息和第二定时消息以及作为根据主时钟发送所述第一消息和所述第二消息的时间的相 应第一时间戳和第二时间戳;将根据从时钟在所述从设备处接收所述第一消息和所述第二 消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳;从所述从设备向所述主设备发送第三定时消 息和第四定时消息，并且将根据所述从时钟发送所述第三消息和所述第四消息的时间记录 为的第五时间戳和第六时间戳;将根据所述主时钟在所述主设备处接收所述第三消息和所 述第四消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳;从所述主设备向所述从设备发送所述 第七时间戳和所述第八时间戳;根据所述第一至第四时间戳计算正向位移因子，所述正向 位移因子是发送所述第一定时消息与所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时 消息与所述第二定时消息之间的间隔之差；维持所述正向位移因子自预定时间点起的总 和;将从所述主设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对由网络连接的主设备和从设备之间的通信中的不对称延迟进行估计的方法，该方法包括以下步骤：从所述主设备向所述从设备发送第一定时消息和第二定时消息以及相应的第一时间戳和第二时间戳，所述第一时间戳和所述第二时间戳是根据主时钟发送所述第一消息和所述第二消息的时间；将根据从时钟在所述从设备处接收所述第一消息和所述第二消息的时间记录为第三时间戳和第四时间戳；从所述从设备向所述主设备发送第三定时消息和第四定时消息，并且将根据所述从时钟发送所述第三消息和所述第四消息的时间记录为第五时间戳和第六时间戳；将根据所述主时钟在所述主设备处接收所述第三消息和所述第四消息的时间记录为第七时间戳和第八时间戳；从所述主设备向所述从设备发送所述第七时间戳和所述第八时间戳；从所述第一时间戳至所述第四时间戳计算正向位移因子，所述正向位移因子是发送所述第一定时消息和发送所述第二定时消息之间的间隔与接收所述第一定时消息和接收所述第二定时消息之间的间隔之间的差；维持所述正向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的总正向延迟估计为等于所述总和；估计从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的最小正向延迟；将正向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小正向延迟之间的差；从所述第五时间戳至所述第八时间戳计算反向位移因子，所述反向位移因子是发送所述第三定时消息和发送所述第四定时消息之间的间隔与接收所述第三定时消息和接收所述第四定时消息之间的间隔之间的差；维持所述反向位移因子自预定时间点起的总和；将从所述主设备向所述从设备发送的定时消息所经历的总反向延迟估计为等于所述总和；估计从所述从设备向所述主设备发送的定时消息所经历的最小反向延迟；将反向排队延迟估计为所估计的总正向延迟与所估计的最小反向延迟之间的差。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿维亚，Z·查卢普卡，
申请(专利权)人：哈利法科学技术研究大学，英国电讯有限公司，阿联酋电信公司，
类型：发明
国别省市：阿联酋;AE