[发明专利]一种时钟同步方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及同步通信网络技术，尤其涉及一种时钟同步方法及设备。

背景技术

在通信网络中，时间同步网是必不可少的一个组成部分，不同的业务对时间同步有着不同的要求。其中，最严格的需求来源于无线通信网络，无线技术的发展越来越多地对无线通信网络提出高精度时间同步的要求。随着3G网络的高速发展，作为无线通信网络的基础网络的承载网已经开始由传统的电路交换向分组交换演进，在分组网络中实现对频率同步信号和时间同步信号的传送，有两类可行的技术：一是基于物理层的同步技术，如ITU-T G.8261的同步以太网(syncE)技术；二是基于分组包的同步技术，例如IEEE 1588 V2。syncE只能支持频率同步信号的传送，不支持时间同步信号的传送，所以单纯的syncE方案只适用于不需要时间同步要求的场景；IEEE 1588V2是一种精确时间同步协议，简称PTP(Precision Time Protocol)，PTP可以同时实现频率同步和时间同步，同步精度高，可达亚微秒级，理论上可以满足无线通信网络对时间同步的要求。因此，PTP时间同步协议在通讯网络中得到越来越多的重视和广泛的应用，国内外运营商不断的使用PTP协议进行时间同步，逐步替换使用全球定位系统(GPS，Global Positioning System)，进行时间同步的方式。

使用IEEE 1588V2进行频率同步时虽然可以独立于syncE实现频率同步，但相对于syncE，PTP有较长的收敛时间。因此，现有技术提出了时间同步以太网的解决方案，即syncE与PTP的组合模式，先使用syncE实现高精度的频率同步，在此基础上，用PTP来实现时间同步，同步以太网的使用有力地保证了PTP协议的收敛时间。在这种应用的场景下，不需要通过发送快速频率的报文来实现频率同步，只需要通过发送慢速报文计算出相邻设备间的时间偏差加以校正即可，这实质上简化了PTP的用途，抛开较复杂的频率同步的功能，只是用了其时间同步的功能；时间同步不同于频率同步，不需要高频率报文来侦测频率，在syncE频率同步的基础上，只要无线通信网络的分组时延偏差(PDV，Package Delay Deviation)侦测正常，时间同步只需要1-2个交互就可以把偏差校正回正常范围内。

PTP时间同步网中，接入点设备时钟为网外的标准时钟源，PTP时间同步网内的其它设备时钟与接入点设备时钟保持一致。接入点设备时钟也称为主时钟或者祖母时钟。PTP时间同步网络中的时钟按工作模式分为普通时钟(OC，Ordinary Clock)和边界时钟(BC，Boundary Clock)，在OC工作模式下的设备称为OC设备，只有一个通信端口；在BC工作模式下的设备称为BC设备，有一个以上通信端口。BC设备和OC设备的通信端口具备端口状态，通信端口状态包括：主状态(Master，M)、从状态(Slave，S)和被动状态(Passive，P)等，端口状态为Master的通信端口简称为Master端口，Master端口通过announce报文向下游设备传递祖母时钟信息；Slave端口根据接收到的announce报文与祖母时钟保持一致。为了保证PTP时间同步网络的稳定性，组网时通常会设置两个接入点设备，一个为主接入点设备，一个为备用接入点设备，主接入点设备的时钟为主祖母时钟，备用接入点的时钟为备用祖母时钟，其中，主祖母时钟的优先级高于备用祖母时钟。如图1所示，为PTP时间同步网络一种可能的拓扑结构示意图，其中OC1设备时钟为PTP时间同步网络的主祖母时钟，OC2设备时钟为PTP时间同步网络的备用祖母时钟。在主祖母时钟正常工作时，时钟源为主祖母时钟，OC1设备通过announce报文将自身的时钟信息传递给BC1设备，BC1设备根据接收到的announce报文调整自身的时钟与OC1设备一致，并通过announce报文将自身的时钟信息传递给BC2设备，BC1设备称为BC2设备的上游设备，BC2设备称为BC1设备的下游设备，依次类推，直至完成整个时间同步网络设备的时间同步。当时间同步网络结构为非线性结构时，由于announce报文为广播发送，因此，任意一个BC设备可能接收到多个上游设备发送的announce报文，若当前时刻BC设备接收到多个announce报文，BC设备从接收到announce报文中选择时钟等级最优的设备时钟跟踪，该被选中的设备称为BC设备的父辈。当时间同步网络为线性网络时，上游设备即为其父辈。此时，如图1所示的实线方向为announce报文的传递方向，实线箭头处端口状态为Slave，实线箭尾处端口状态为Master；当主祖母时钟丢失或者主祖母时钟质量变差时，时钟源将倒换为备用祖母时钟，如图1所示，OC2设备按照虚线方向传递announce报文，此时，对于每一个BC设备来说，端口状态将发生倒换，即原Master端口状态倒换为Slave状态，原Slave端口状态倒换为Master状态，图1中虚线箭头处端口状态为Slave，虚线箭尾处端口状态为Master。在Slave端口状态倒换为Master状态的过程中，为了防止PTP时间同步网络中存在环，在Slave端口状态倒换为Master状态之前，加入了一个pre-Master状态，即在BC设备接收到announce报文后，不是立即进行端口状态倒换，而是经过一定时长的等待后，再进行端口状态倒换。由于Pre-Master状态的存在，使得PTP时间同步网络中，各设备在进行通信端口状态倒换时，耗时过长，不利于PTP时间同步网络的稳定。