[发明专利]以太网时间同步装置和网络设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络通信系统，尤其是涉及一种以太网时间同步装置和网络设备。

背景技术

在通信网络中，需要进行时间同步的设备可以简称为时间同步设备。目前主要的网络时间同步技术包括IEEE 1588标准。

IEEE 1588为网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，IEEE 1588标准是通用的提升网络系统定时同步能力的规范，在起草过程中主要参考以太网来编制，使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应用于工业自动化系统。基本构思是通过硬件和软件将网络设备（客户机）的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10μs的运用，与未执行IEEE 1588标准的以太网延迟时间1，000μs相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善。

精密时钟协议（PTP，Precision Time Protocol）能够为时间同步设备、特别是远距离的时间同步设备提供网络时间同步。由于该协议无需建立特别的网络，而是在现有网络基础上通过添加仅占用少量网络资源的时间同步报文来实现，因此得以在时间同步领域得以快速推广。该PTP协议的具体工作原理主要包括：每个参与同步的节点的以太网端口硬件测定PTP数据包离开的精确时间和到达的精确时间，本节点计算出链路传输时延和数据包在本节点停留时间，并通过PTP数据包与相邻节点交换这些实际测定和计算的信息。

IEEE1588主要实现在以太网网络中传递高精度时钟而设计的协议，在网络布置中，所有设备需要支持IEEE1588标准，图1示出了应用IEEE 1588标准进行时间同步的网络设备架构框图，系统中时钟精度最高的为祖母时钟（GMC，Grand Mother Clock），GMC接收GPS广播的基准信号作为主时钟源，GMC将时钟信号通过本地同步端口P1…Pn发送给n个边界时钟（BC，Bridge Clock）的从端口S。BC通过从端口S接收到时钟数据，再通过主端口M向下联设备或其他端口透传时钟数据。IEEE1588能够解决通用以太网延迟时间长和同步能力差的瓶颈。在实际网络运行过程中，应用IEEE 1588的以太网端口既能够作为主端口M来接收上级设备发送的时钟信号，也能够作为从端口S将时间信号传递给下级设备。

图2中示出了作为BC的以太网设备的结构框图，相关联的以太网端口、PHY和PTP运算单元可以合称为时间端口，以太网端口1、物理层接口单元1构成时间端口1，以太网端口2、物理层接口单元2构成时间端口2，以太网端口3、物理层接口单元3构成时间端口3。其中，以太网端口1、2、3中的一个端口为主端口时，其它端口为从端口，包括主端口的时间端口为主时间端口，包括从端口的时间端口为从时间端口。

例如，当以太网端口1为主端口，以太网端口2、3为从端口时，BC通过以太网端口1接收到来自上级时钟同步设备（例如GMC）的时钟数据，通过物理层接口单元1对时钟数据进行校正处理，即计算出本地时钟与主时钟之间的偏差和延迟，校正本地时钟的工作频率和相位，得到校正后的时钟信号，将本地时钟设置为校正后的时钟信号，其中，校正后的时钟信号包括秒脉冲（PPS，Pulse Per Second）同步脉冲信号和携带每个秒脉冲对应的时间戳（Timestamp）的时间戳传递信号，通过数据线（也即用于传输时钟信号的数据线为时钟线）R_clk1将时间戳传递信号发送给开关器件1，通过时钟线R_pps1将PPS同步脉冲信号发送给开关器件1，开关器件1再将PPS同步脉冲信号通过时钟线pps1to2发送给以太网端口2，将时间戳传递信号通过时钟线clk1to2发送给以太网端口2，将PPS同步脉冲信号通过时钟线pps1to3发送给以太网端口3，将时间戳传递信号通过时钟线clk1to3发送给以太网端口3，以太网端口1、2、3分别将时钟信号发送给各自相连接的网络设备，以使相连接的网络设备根据时钟信号进行时间同步处理。

同理，以太网端口2为主端口，以太网端口1、3为从端口时，以太网端口2对接收到的时钟数据经过校正处理得到时钟信号，将时钟信号通过时钟线R_clk2和时钟线R_pps2将发送给开关器件2，开关器件2通过时钟线pps2to1 和时钟线clk2to1分别将PPS同步脉冲信号和时间戳传递信号发送给以太网端口1，通过时钟线pps2to3和时钟线clk2to3分别将PPS同步脉冲信号和时间戳传递信号发送给以太网端口3，以太网端口1、2、3分别将时钟信号发送给各自相连接的网络设备，以使相连接的网络设备根据时钟信号进行时间同步处理。