使用线性规划用于同步的方法和设备技术

本发明专利技术涉及使用线性规划用于同步的方法和设备，尤其在使用例如IEEE 1588精确时间协议(PTP)的分组网络上的使用线性规划用于同步的方法和设备。定时协议消息被暴露于诸如分组延迟变化(PDV)或分组丢失的网络中的缺陷。本发明专利技术的实施方式提供用于估计时钟偏移和偏斜的二维线性规划技术，具体地，根据主设备和从设备之间的定时消息的双向交换提供用于估计时钟偏移和偏斜的二维线性规划技术。一些实施方式包括用于在从设备再生主时间和频率的偏斜和偏移可调整的自由运行计数器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用线性规划用于同步的方法和设备。具体但非排他地涉及在使用例如IEEE1588精确时间协议(PTP)的分组网络上的时间同步。
技术介绍
分组技术(例如，以太网、IP)基本上是异步的、针对数据业务的突发特性进行优化，并且不提供固有定时转移(频率和时间)能力。然而，如以太网的分组技术正迅速取代现有供应商网络基础设施(广泛地基于如PDH和SDH的时分多路复用(TDM)技术)。这是由于分组网络设备的相对较高的带宽和低成本，以及服务质量(QoS)、运营、管理和维护(OA&M)、拥塞管理和恢复性的增强。对于分组网络(以太网为当前的所选技术)来说总集合(totalconvergence)中所缺少的重要能力之一是在网络内本地提供定时和同步的能力。这将提供具有传输时间敏感应用(诸如通过分组的电路仿真业务(CES))以及分配精确的频率和时间基准的能力的以太网。时间和频率同步在移动回程网络中起着至关重要的作用。蜂窝基站从高精确的基准时钟获得其载波无线电频率，通常在十亿分之(ppb)50以内。该基准时钟通常从同步TDM接口或从位于基站的昂贵的GPS接收机获得。没有可追溯至高精确主基准时钟(PRC)的定时信息，将会发生信道频率之间的本地干扰，以及与相邻基站的相互干扰，最终导致掉话并降低整体用户体验。为了防止在切换期间掉话，每个基站都需要精确的同步基准。当基站时钟未充分同步时，移动客户端漫游期间的呼叫切换也经受明显的延迟。移动网络分为两大类：频分双工(FDD)以及时分双工(TDD)，所述频分双工(FDD)使用两个分离的频带来发送/接收，所述时分双工(TDD)在单个频带上进行发送和接收。LTE-TDD、WiMAXTDD、CDMA网络(在北美普遍)以及TD-CDMA和TD-SCDMA(除频率同步之外还)需要时间同步，而LTE-FDD、GSM(全球移动通信系统)、W-CDMA和其它无线技术仅需要频率同步。即使随着LTE-FDD的使用，诸如网络MIMO和基于位置的服务这样的新的LTE移动服务也将需要精确时间同步。在需要以端对端方式实现时钟转移而没有分组网络辅助(以逐跳边界时钟(BC)或者透明时钟(TC)的形式)的情况下，在分组网络的两端没有可追溯至PRC的基准时钟或者缺少全网范围的GPS服务，依赖定时的接收终端节点需要使用自适应定时技术来重构发送定时基准源的定时信号。接收终端源将通常使用“基于分组的”时钟恢复机制，该时钟恢复机制使接收方时钟从属于发送方时钟。时钟恢复机制能够处理在分组数据流中编码的所发送的时钟采样(时间戳)，以生成针对接收方的定时信号。该时钟恢复机制的目的在于估计并补偿在发送方时钟和接收方时钟的振荡器之间发生的频率漂移。然而，分组延迟变化(PDV)和分组丢失的存在影响时钟估计/补偿处理的性能，使得发送方时钟显现得比其实际更快或更慢，并且最终，导致大部分为漫游(wander)的传播到接收方时钟信号。(漫游是小于10Hz的时钟噪声，而抖动是等于或大于10Hz的时钟噪声)。IEEE1588PTP消息流IEEE1588v2PTP定义了具有亚微秒精度的、用于将频率、相位和当日时间(time-of-day)信息从主设备传送(communicate)至一个或更多个从设备的基于分组的同步协议。PTP依赖于从主时钟发送至一个或更多个从时钟的精确加时间戳分组(以纳秒级的粒度)的使用，以允许将它们同步(按频率或时间)到主时钟。同步信息是按照层级分发的，GrandMaster时钟位于该层级的根部。该GrandMaster为一个或更多个从设备提供时间基准。这些从设备进而可以充当用于从设备的进一步分级层的主设备。主设备1和从设备3之间的PTP消息交换过程(即，PTP延迟请求/延迟响应流)执行如下并且在图1中进行了例示。IEEE1588PTP允许两种不同类型的加时间戳方法，一步或者两步。一步时钟即时更新事件消息(Sync和Delay-Req)内的时间信息，而两步时钟在一般消息(Follow_Up和Delay-Resp)中传输分组的精确时间戳。同步Sync消息由主设备1发送至其从设备3，并且包含其传输的准确时间，或者其后跟随着包含该时间的Follow_Up消息。在两步普通或边界时钟中，Follow_Up消息针对特定的Sync消息传送离开时间戳的值。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通过网络2将Sync消息发送至从设备3，并且记录Sync消息被发送的时间T1。从设备3接收该Sync消息，并且记录接收的时间T2。主设备1通过以下两种方式中的一种方式将时间戳T1传送至从设备：1)在Sync消息中嵌入时间戳T1。为了最高的准确度和精度，这需要某种硬件处理(即，硬件加时间戳)。2)如图1所示，将时间戳T1嵌入Follow_Up消息。接着，从设备3将Delay_Req消息发送至主设备1，并且记录发送Delay_Req消息的时间T3。主设备接收该Delay_Req消息，并记录接收时间T4。主设备1通过将时间戳T4嵌入到Delay_Resp消息中来将时间戳T4传送至从设备3。在该PTP消息交换结束时，从设备3拥有所有四个时间戳{T1、T2、T3、T4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从设备，所述从设备通过网络连接到具有主时钟的主设备，其中，所述从设备包括从时钟，并且其中：所述从设备被设置成：与所述主设备交换定时消息并且记录如下时间戳：根据所述主时钟从所述主设备发送所述定时消息的时间、根据所述从时钟接收所述定时消息的时间、根据所述从时钟发送所述定时消息的时间以及根据所述主时钟接收所述定时消息的时间；用公式表示寻求最小化表达式θf‑θr的线性规划问题，其中，θf是根据从所述主设备发送到所述从设备的定时消息推导出的所述从时钟相较于所述主时钟的偏移，并且θr是根据从所述从设备发送到所述主设备的定时消息推导出的偏移，所述线性规划问题受下列约束条件限制：T1,n≥(1+α)T2,n+θf、T4,n≤(1+α)T3,n+θr以及θf‑θr≥0，其中：α是所述从时钟相较于所述主时钟的偏斜；T1,n是根据所述主时钟从所述主设备发送第n个定时消息的时间；T2,n是根据所述从时钟从所述主设备接收所述第n个定时消息的时间；T3,n是根据所述从时钟从所述从设备发送所述第n个定时消息的时间；以及T4,n是根据所述主时钟从所述从设备接收所述第n个定时消息的时间；求解所述线性规划问题以导出所述从时钟相对于所述主时钟的所述偏斜和所述偏移的估计；以及基于所估计出的偏斜和偏移将所述从时钟同步到所述主时钟，以产生主时间估计。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从设备，所述从设备通过网络连接到具有主时钟的主设备，其中，所述从
设备包括从时钟，并且其中：
所述从设备被设置成：
与所述主设备交换定时消息并且记录如下时间戳：根据所述主时钟从所述主设
备发送所述定时消息的时间、根据所述从时钟接收所述定时消息的时间、根据所述从时
钟发送所述定时消息的时间以及根据所述主时钟接收所述定时消息的时间；
用公式表示寻求最小化表达式θf-θr的线性规划问题，其中，θf是根据从所述
主设备发送到所述从设备的定时消息推导出的所述从时钟相较于所述主时钟的偏移，并
且θr是根据从所述从设备发送到所述主设备的定时消息推导出的偏移，所述线性规划问
题受下列约束条件限制：T1,n≥(1+α)T2,n+θf、T4,n≤(1+α)T3,n+θr以及θf-θr≥0，其
中：α是所述从时钟相较于所述主时钟的偏斜；T1,n是根据所述主时钟从所述主设备发
送第n个定时消息的时间；T2,n是根据所述从时钟从所述主设备接收所述第n个定时消
息的时间；T3,n是根据所述从时钟从所述从设备发送所述第n个定时消息的时间；以及
T4,n是根据所述主时钟从所述从设备接收所述第n个定时消息的时间；
求解所述线性规划问题以导出所述从时钟相对于所述主时钟的所述偏斜和所
述偏移的估计；以及
基于所估计出的偏斜和偏移将所述从时钟同步到所述主时钟，以产生主时间估
计。
2.根据权利要求1所述的从设备，其中，所述从时钟包括本地自由运行振荡器和
由所述本地自由运行振荡器的输出驱动的偏斜调整后的自由运行计数器，并且所述从设
备被设置成通过对所述偏斜调整后的自由运行计数器进行调整以考虑所估计出的偏斜
并且将所估计出的偏移应用到所述偏斜调整后的自由运行计数器的输出来将所述从时
钟的频率同步到所述主时钟的频率以产生所述主时间估计。
3.根据权利要求2所述的从设备，其中，所述从设备具有存储从所述偏斜的所述
估计推导出的带符号的偏斜补偿因子的存储区，所述带符号的偏斜补偿因子在所述本地
自由运行振荡器的每个时钟周期被加到所述偏斜调整后的自由运行计数器。
4.根据权利要求3所述的从设备，其中，所述偏斜补偿因子是表示要应用到所述

\t偏斜调整后的自由运行计数器的小数纳秒调整的调整因子。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的从设备，其中，所述偏斜调整后的自由运
行计数器还被用于提供针对在所述从设备接收定时消息的时间和从所述从设备发送定
时消息的时间的时间戳。
6.根据权利要求5所述的从设备，其中，在所述从设备从所述主设备接收到第一
定时消息时所述计数器被初始化，并且在接收到第一主时间估计时，所述计数器被复位
至所述第一主时间估计。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的从设备，所述从设备还包括由所述本地自
由运行振荡器的输出驱动的第二自由运行计数器，其中，所述第二计数器被用于提供针
对在所述从设备接收定时消息的时间和从所述从设备发送定时消息的时间的时间戳。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的从设备，其中，所述从设备还包括存储调
度的事件时间的第一可编程寄存器和比较器，其中，所述比较器被设置成将所述主时间
估计与存储在所述寄存器中的所述事件时间进行比较，并且当存在匹配时产生输出信
号。
9.根据权利要求8所述的从设备，其中，所述从设备包括存储事件周期的第二可
编程寄存器，所述从设备被设置成每当通过所述比较器发现匹配时，通过使存储在所述
第一可编程寄存器中的调度的事件时间以存储在所述第二可编程寄存器中的所述事件
周期递增来产生脉冲输出信号。
10.根据权利要求9所述的从设备，其中，使用锁相环对所述比较器的所述脉冲输
出进行调节，以降低所述输出中的抖动。
11.一种将从设备中的从时钟的时间和频率同步到主设备中的主时钟的方法，所述
主设备通过网络连接到所述从设备，该方法包括以下步骤：
在所述主设备和所述从设备之间交换定时消息和如下时间戳：根据所述主时钟从所
述主设备发送定时消息的时间、根据所述从时钟接收所述定时消息的时间、根据所述从
时钟发送所述定时消息的时间以及根据所述主时钟接收所述定时消息的时间；
用公式表示寻求最小化表达式θf-θr的线性规划问题，其中，θf是根据从所述主设
备发送到所述从设备的定时消息推导出的所述从时钟相较于所述主时钟的偏移，并且θr是根据从所述从设备发送到所述主设备的定时消息推导出的偏移，所述线性规划问题受
下列约束条件限制：T1,n≥(1+α)T2,n+θf、T4,n≤(1+α)T3,n+θr以及θf-θr≥0，其中：α

\t是所述从时钟相较于所述主时钟的偏斜；T1,n是根据所述主时钟从所述主设备发送第n
个定时消息的时间；T2,n是根据所述从时钟从所述主设备接收所述第n个定时消息的时
间；T3,n是根据所述从时钟从所述从设备发送所述第n个定时消息的时间；以及T4,n是
根据所述主时钟从所述从设备接收所述第n个定时消息的时间；
求解所述线性规划问题以导出所述从时钟相对于所述主时钟的所述偏斜和所述偏
移的估计；以及
基于所估计出的偏斜和偏移将所述从时钟同步到所述主时钟，以产生主时间估计。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述从时钟包括本地自由运行振荡器和
由所述本地自由运行振荡器的输出驱动的偏斜调整后的自由运行计数器，并且所述同步
的步骤包括以下步骤：
通过对所述偏斜调整后的自由运行计数器进行调整以考虑所估计出的偏斜并且将
所估计出的偏移应用到所述偏斜调整后的自由运行计数器的输出来将所述从时钟的频
率同步到所述主时钟的频率以产生所述主时间估计。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将从所述偏斜的所述估计推导出的带符...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿维亚，
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