设备侧时间敏感网络制造技术

一种在通信网络的逻辑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设备侧时间敏感网络(TSN)转换器(DS
‑
TT)和TSN主时钟(GM)之间的高精度时间同步方法


[0001]本专利技术涉及一种在设备侧时间敏感网络
(Time
‑
Sensitive Networking
，
TSN)
转换器
(DS
‑
TT)
和
TSN
主时钟
(Grandmaster
，
GM)
之间的高精度时间同步方法，本专利技术特别适用于无线通信系统
(
包括
5G
无线通信系统
)
中的
TSN
技术
。

技术介绍

[0002]第五代
(5G)
无线通信和时间敏感网络
(TSN)
是工业通信的关键技术，如
5G
用于无线连接，
TSN
用于有线连接
。
除了增强移动带宽外，
5G
还支持前所未有的可靠性和极低延迟的通信，以及大规模物联网
(IoT)
连接
。
[0003]TSN
包含由电气和电子工程师协会
(IEEE)802.1
工作组推出的一系列以太网标准，定义了在有线以太网链路上进行确定性通信的机制，可确保数据包传输具有有限延迟
、
低数据包延迟变化和极低的数据包丢失
。
这两种技术都旨在为公共网络基础设施上的各种服务提供融合通信
。TSN
和
5G
协同工作，可以带来显著的效益
。
[0004]为了实现
5G
系统
(5G system
，
5GS)
和
TSN
系统之间的无缝集成，第三代合作伙伴计划
(3rd Generation Partnership Project
，
3GPP)
提出这两个系统以透明的方式进行互操作，以减少对其他
TSN
实体的影响
。
因此，
5G
系统作为
TSN
网络的一个或多个虚拟
TSN
桥
。
该虚拟桥模型定义了
TSN
和
5G
系统之间的多个网关，包括用户面功能
(user plane function
，
UPF)
一侧上的网络侧
TSN
转换器
(network
‑
side TSN translator
，
NW
‑
TT)。
[0005]精确时间协议
(Precision Time Protocol
，
PTP)
或通用
PTP(Generalized PTP
，
gPTP)
是一种用于同步网元时钟的计算机网络协议
。
它是
5G
移动网络的一个重要组成部分，需要精确的时间源
。PTP
或
gPTP
是一种用于同步整个通信网络时钟的协议，可实现亚微秒级的时钟精度，是必须满足严格时间同步要求的最佳选择
。
[0006]PTP
或
gPTP
系统由时钟源即主时钟
(GM)
构成，它向多个时钟目标
(
从设备，
slave devices)
传输同步信息
。
[0007]IEEE 802.1AS
包括使用
gPTP
的局域网和城域网中的
IEEE“局域网和城域网标准
–
时间敏感应用的定时和同步”。GM/Slave
是指网络中由
gPTP GM
生成的时钟源
。
从时钟
(Slave clock)
利用偏移来调整其时间，以与主时钟一致
。
除了偏移调整，从时钟的频率也应与
gPTP GM
同步
。
如果没有频率同步，从时钟的时间仍可能比
GM
运行得更快或更慢
。
[0008]根据
IEEE 802.1AS
的定义，
5G
网络支持在
TSN
时域的以太网
PDU(Packet Data Unit
，数据包单元
)
会话类型的基于
5G
的逻辑
TSN
桥之间的时间同步
。
基于
5G
的逻辑
TSN
桥需要计算
5G
网络的驻留时间
。5G
网络为
5G
内部同步提供了一个内部系统时钟，其中基站
(gNB)、UPF
侧的
NW
‑
TT
和用户设备
(UE)
侧的设备侧
TST
转换器
(DS
‑
TT)
都应该是在
5G
时域中与
5G GM
同步，以便计算驻留时间
。
[0009]IEEE 802.1Qbv
包括
IEEE“局域网和城域网标准
–
媒体访问控制
(MAC)
桥和虚拟桥接局域网修订：调度流量的增强”，该标准定义了在使用
gPTP
的局域网和城域网中传输时间
关键帧的定时门机制
。
如图1所示，定时门在预定时间打开，当定时门打开时，允许时间关键帧通过
。TSN
网桥应与
TSN GM
完全时钟同步，以确保网桥的门在预定时间打开
/
关闭，从而传输时间关键帧
。IEEE 802.1Qbv
确保“T
receive”具有确定性，是工业自动化和汽车车载网络中常用的协议
。
[0010]TSN
网桥和终端站使用
IEEE 802.1AS
进行时间同步
。
驻留时间是指在
TSN
网桥入口端口接收同步
(“sync”)
消息与在
TSN
网桥出口端口发送同步
(“sync”)
消息之间的时间
。
该时间是
TSN
终端站之间链路延迟的一部分
。
要在
TSN
网络中支持
IEEE 802.1Qbv
高精度定时门机制，就必须精确计算驻留时间
。
[0011]5G
系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种在通信网络的逻辑
TSN
桥内的设备侧时间敏感网络
(TSN)
转换器
(DS
‑
TT)
模块与在通信网络的
TSN
时域中的
TSN
主时钟
(GM)
之间进行时间同步的方法，该方法包括以下步骤：在所述通信网络的逻辑
TSN
桥内的网络侧
TSN
转换器
(NW
‑
TT)
模块处，确定主通信网络时域时钟频率
(f
5GS
)
与
TSN
时域时钟频率
(f
TSN
)
之间的频率比；使用所述频率比以及在所述
NW
‑
TT
模块的入口端口和在所述
DS
‑
TT
模块的入口端口分别接收到的
TSN GM
同步消息的各自时间，来确定
DS
‑
TT
入口驻留时间
(R
DS
‑
TT
)
，所述
R
DS
‑
TT
与在所述
NW
‑
TT
模块的入口端口处接收到的所述
TSN GM
同步消息和在所述
DS
‑
TT
模块的入口端口处接收到的所述
TSN GM
同步消息之间的时间有关；以及使用所述
R
DS
‑
TT
将所述
DS
‑
TT
模块与所述
TSN GM
同步
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中所述方法的步骤是通过在主通信网络主时钟
(GM)
和主通信网络时域中的所述
NW
‑
TT
模块和所述
DS
‑
TT
模块之间交换一个或多个精确时间协议
(PTP)
或通用精确时间协议
(gPTP)
消息，以及通过在所述
TSN
时域中的所述
TSN GM
和所述
NW
‑
TT
模块之间交换一个或多个
PTP
或
gPTP
消息来实现的
。3.
根据权利要求1所述的方法，其中所述频率比由下式确定：频率比
(rateRatio)
＝
f
5GS
/f
TSN
。4.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述主通信网络时域时钟频率
(f
5GS
)
是从所述
NW
‑
TT
模块中的主通信网络时钟
(Clock
5GS
)
的硬件寄存器获取的，所述主通信网络时钟
(Clock
5GS
)
与所述主通信网络时域中的主通信网络
GM
同步，且所述
TSN
时域时钟频率
(f
TSN
)
是从所述
NW
‑
TT
模块中的
TSN
时钟
(Clock
TSN
)
的硬件寄存器中获取的，所述
TSN
时钟
(Clock
TSN
)
与所述
TSN
时域中的所述
TSN GM
同步
。5.
根据权利要求1所述的方法，其中所述
R
DS
‑
TT
由以下公式确定：
R
DS
‑
TT
＝
(T2–
T1)/rateRatio
；其中：
rateRatio
＝频率比；
T1是所述
NW
‑
TT
模块的入口端口收到的所述
TSN
同步消息的时间；
T2是所述
DS
‑
TT
模块的入口端口收到的所述
TSN
同步消息的时间
。6.
根据权利要求1所述的方法，其中，在所述
TSN
同步消息已经由所述
TSN GM
发出之后，所述
R
DS
‑
TT
从所述
NW
‑
TT
模块传送到所述
DS
‑
TT
模块
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述
R
DS
‑
TT
在后续消息中从所述
NW
‑
TT
模块传送到所述
DS
‑
TT
模块
。8.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述
R
DS
‑
TT
是由所述通信网络的逻辑
TSN
桥中的用户设备
(UE)
的
DS
‑
TT
模块计算的
。9.
根据权利要求1所述的方法，其中使用所述
R
DS
‑
TT
将所述
DS
‑
TT
模块与所述
TSN GM
同步的步骤包括：使用所述
R
DS
‑
TT
确定所述
TSN GM
和所述
DS
‑
TT
模块之间的时间偏差；以及使用所述确定的时间偏差，将所述
DS
‑
TT
模块中的
TSN
时钟
(Clock
TSN
)
与所述
TSN GM
同步
。10.
根据权利要求9所述的方法，其中，所述时间偏差包括所述
TSN GM
与所述
DS
‑
TT
模块
之间的偏移时间
(Offset
DS
‑
TT
)
，所述
Offset
DS
‑
TT
的值通过以下公式确定：
Offset
DS
‑
TT
＝
(T2–
T0)
–
TSN_Delay
NW
‑
TT
‑
R
DS
‑
TT
；其中：
T0为所述
TSN GM
向所述
NW
‑
TT
模块发送所述
TSN
同步消息的时间；
T2是所述
DS
‑
TT
模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，张建军，夏亮，董亮，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：