[发明专利]一种用于实现精确时间同步的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及精确时间同步，特别涉及一种用于实现精确时间同步的方法和装置。

背景技术

IEEE 1588协议(Precision Time Protocol，PTP，也即精确时间协议)是一种规定系统中设备如何相互同步实时时间的分布式时间同步协议，具有亚微秒(us)级的时间同步性能。在IEEE 1588时间同步系统中，各时钟被组织成主从层级结构。在层级顶层的时钟为主时钟(Grand-Master clock)，主时钟决定了整个系统的参考时间。从时钟通过与主时钟交互PTP事件消息，使用交互PTP事件消息过程中得到的时间信息调整自身的时钟和层级中的主时钟一致。

IEEE 1588时间同步系统可采用三种时钟模型，分别为：边界时钟(BC)模型、端到端透传时钟(E2ETC)模型、以及点对点透传时钟(P2PTC)模型。

在BC模型中，PTP事件消息包括同步(Sync)消息和时延请求(Delay-Req)消息两种，相邻时钟分别为主时钟和从时钟，从时钟和主时钟使用Sync消息和Delay-Req消息进行交互，并根据交互过程中获得的Sync消息及Delay-Req消息的传输时延计算时间偏移量(offset)，根据offset值来调整自身的时钟与主时钟保持时钟一致。

在E2ETC模型中，PTP事件消息包括同步(Sync)消息和时延请求(Delay-Req)消息两种；主时钟和从时钟之间存在多个透传时钟(TC)，从时钟和主时钟使用Sync消息和Delay-Req消息进行交互，并根据交互过程中获得的Sync消息及Delay-Req消息的传输时延计算offset值，根据offset值来调整自身的时钟与主时钟保持时钟一致。在从时钟和主时钟进行PTP消息交互的过程中，TC负责转发PTP事件消息。由于TC对PTP事件消息进行转发处理时，涉及到复杂的存储转发处理过程，处理时间不稳定，会引起时延变化，因此，需要测量PTP事件消息在每个TC中的驻留时间。从时钟在计算PTP事件消息的传输时延时将该PTP事件消息在每个TC上的驻留时间扣除，从而将引入时延变化的因素去除。因此，从时钟计算得到的Sync消息及Delay-Req消息的传输时延只包括该PTP事件消息在主时钟和从时钟之间的所有相邻时钟上的时延。

在P2PTC模型中，PTP事件消息包括Sync消息、点对点时延请求(Pdelay-Req)消息、点对点时延请求(Pdelay-Resp)消息三种。主时钟和从时钟之间存在多个TC，主时钟和从时钟使用Sync消息进行交互；相邻时钟之间使用Pdelay-Req消息和Pdelay-Resp消息进行交互，以获得相邻时钟之间的链路时延。从时钟在计算Sync消息的传输时延时，需要将主时钟到从时钟之间的任意两个相邻时钟间的链路时延扣除；另外，基于和E2ETC模型相同的理由，还将Sync消息在每个TC上的驻留时间扣除，从而使得到的传输时延为从时钟与主时钟之间的时间偏移量(offset)，可以直接根据该offset值调整自身的时钟与主时钟保持一致。

上述三种模型中，从时钟根据PTP事件消息的传输时延计算与主时钟之间的时间偏移量时，均是基于PTP事件消息在主时钟和从时钟之间的传输时延稳定的假设。

目前的MAC芯片和PHY芯片大多支持IEEE 1588协议。在实际系统中，往往由MAC芯片连接多个或多种PHY，在MAC芯片上实现IEEE 1588协议，一定程度上可以减少芯片间同步的需求，并且现在MAC芯片一般集成了uCore，为时间同步实现提供天然的支持，所以在MAC上实现IEEE 1588协议是一种性价比较高的方案。另外，现有技术中，也可以在CPU上实现IEEE 1588协议。下面以在MAC上实现IEEE 1588协议为例进行说明：

参见图1，图1是在MAC上实现IEEE 1588协议的架构示意图，如图1所示，在MAC层和PHY层之间进行时间戳处理，由于MAC芯片和物理链路之间通常会增加MAC、现场可编程门阵列(FPGA)、PHY等外挂器件，因此，上述主时钟和从时钟之间的传输时延实际上包括了PTP事件消息在主时钟的MAC外挂器件上、物理链路上、以及从时钟的MAC外挂器件上的时延。现在的通信系统中，物理链路上的时延一般是稳定的，但是，MAC外挂器件却会引入对PTP事件消息的时延变化，从而使得上述基于主时钟和从时钟之间的传输时延稳定的假设不成立，导致在MAC上实现IEEE 1588协议不稳定、不准确，进而导致时间同步精度下降。同样，在CPU上实现IEEE 1588协议时，由于CPU外挂器件的存在，也有同样的问题。