CN101404618A - 实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统、装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统、装置及方法，其中的方法为：在本路由交换设备接收到外部网络输入的消息时，通过透传时钟装置识别出IEEE1588协议事件消息，向其中写入其输入时间的时间戳；在本路由交换设备向外部网络输出消息时，通过另一透传时钟装置对于其中的IEEE1588协议事件消息，提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳，以所述输入时间为参考时间，延时所述固定延时时间后再进行输出。采用本发明，可得到精确的时间戳，提高了同步时间精度，且本发明的透传时钟装置可直接应用于现有的路由交换设备，节省了硬件开发时间，提高了在现有设备情况下对PTP协议支持的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及以太网中路由交换设备实现同步的技术领域，尤其涉及一种实现基于IEEE 1588(网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准)的PTP协议(Precision Time Protocol，精确时间协议)的透传时钟的系统、装置及方法。
背景技术
随着网络技术的发展，在分布式通信系统或数据处理系统中，对其系统组的时间同步有着很高的要求。PTP就是以IEEE 1588为标准定义的时钟同步协议，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。IEEE 1588所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步，使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信，从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式的分开。该协议只需要极小限度的网络带宽，对其他的软硬件没有特殊的要求。透传时钟模式是IEEE 1588协议运行的一种工作方式，它对所收到的部分1588协议消息进行修正并进行转发处理，提供在交换节点1588协议消息的驻留时间，从而可以更为精确地进行时钟同步。
常用于以太网的TCP/IP网络的同步协议有NTP(Network TimeProtocol，网络时间协议)和SNTP(Simple Network Time Protocol，简单网络时间协议)。NTP是一种通过因特网服务于计算机时钟的时间同步协议。但是其只能实现毫秒级精度的时钟同步。SNTP则是一个简化了的NTP服务器和NTP客户端策略。和NTP与SNTP相比PTP在网络基础、时间源、精度、安全性和目标用户等方面都有优势。
目前，路由交换设备一般通过软件来实现IEEE 1588协议以及获取时间戳的相关信息，具有一定的不确定性和波动性，同步精度会受到软件抖动的严重制约。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统、装置及方法，降低实现成本，提高同步精度。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统，包括依次相连的第一透传时钟装置、路由交换设备、第二透传时钟装置；
所述第一透传时钟装置，处于输入工作模式，用于接收外部网络输入的消息，将其传送给路由交换设备，并且在接收所述消息时识别出其中的IEEE1588协议事件消息，向该消息中写入其输入时间的时间戳；
所述路由交换设备，用于对所述外部网络输入的消息进行交换处理后通过第二透传时钟装置转发给外部网络；还用于为第一透传时钟装置和第二透传时钟装置提供本设备内部的高精度时钟源信号；
所述第二透传时钟装置，处于输出工作模式，对于路由交换设备发送来的IEEE1588协议事件消息，提取出输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳，以所述输入时间为参考时间，延时所述固定延时时间后再将IEEE1588协议事件消息输出至外部网络；对于路由交换设备发送来的非IEEE1588协议事件消息，则直接输出至外部网络。
其中，所述第一透传时钟装置包括：依次相连的第一消息识别模块、第一消息处理模块、第一消息缓存模块、第一输出控制模块；还包括与第一消息识别模块和第一消息处理模块相连的第一时钟控制模块；
所述第一消息识别模块，用于接收来自外部网络的消息并发送至第一消息处理模块，同时识别出其中的IEEE1588协议事件消息；
所述第一消息处理模块，用于对于IEEE1588协议事件消息，向其中写入其输入时间的时间戳后发送至第一消息缓存模块；对于非IEEE1588协议事件消息，则直接发送至第一消息缓存模块；
所述第一消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理后的IEEE1588协议事件消息；
所述第一输出控制模块，用于将第一消息缓存模块中存储的消息直接输出至所述路由交换设备；
所述第一时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，获取所述消息识别模块所接收到的消息的输入时间，以提供给所述第一消息处理模块。
其中，所述第二透传时钟装置包括：依次相连的第二消息识别模块、第二消息处理模块、第二消息缓存模块、第二输出控制模块；还包括与第二消息识别模块、第二消息处理模块、第二输出控制模块分别相连的第二时钟控制模块；
所述第二消息识别模块，用于接收所述路由交换设备发送来的消息，识别出其中的IEEE1588协议事件消息，并发送至第二消息处理模块；
所述第二消息处理模块，用于对于IEEE1588协议事件消息，提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入本系统预设的固定延时时间的时间戳后发送至第二消息缓存模块；对于非IEEE1588协议事件消息，则直接发送至第二消息缓存模块；
所述第二消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理后的IEEE1588协议事件消息；
所述第二输出控制模块，用于以相应输入时间为参考时间，将第二消息缓存模块中的IEEE1588协议事件消息延迟所述固定延时时间后输出至外部网络；还用于将第二消息缓存模块中的非IEEE1588协议事件消息直接输出至外部网络；
所述第二时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，对第二输出控制模块的输出时间进行控制；还用于为所述第二消息处理模块提供预设的固定延时时间。
一种透传时钟装置，与路由交换设备相连，该装置包括：依次相连的消息识别模块、消息处理模块、消息缓存模块、输出控制模块；还包括与消息识别模块、消息处理模块、输出控制模块分别相连的时钟控制模块；
所述消息识别模块，用于接收消息并将其发送至消息处理模块，同时识别出其中的IEEE1588协议事件消息；
所述消息处理模块，用于将非IEEE1588协议事件消息直接发送至消息缓存模块；还用于对所识别出的IEEE1588协议事件消息进行处理后发送至消息缓存模块，若本装置为输入工作模式，则向该消息中写入其输入时间的时间戳；若本装置为输出工作模式，则从该消息中提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳；
所述消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理的IEEE1588协议事件消息；
所述输出控制模块，用于输出消息缓存模块中存储的消息，且在本装置为输入工作模式时将所述消息进行直接输出，在本装置为输出工作模式时，将所述消息中的非IEEE1588协议事件消息直接输出，而将所述消息中的IEEE1588协议事件消息以其输入时间为参考时间并延时所述固定延时时间后输出；
所述时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，获取所述消息识别模块所接收消息的输入时间，以提供给所述消息处理模块；向消息处理模块提供预设的固定延时时间；对所述输出控制模块的输出时间进行控制。
一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的方法，包括：
在本路由交换设备接收到外部网络输入的消息时，识别出其中的IEEE1588协议事件消息，向其中写入其输入时间的时间戳；
在本路由交换设备向外部网络输出消息时，对于其中的IEEE1588协议事件消息，提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳，以所述输入时间为参考时间，延时所述固定延时时间后再进行输出。
其中，对于IEEE1588协议事件消息，在其CorrectionField域的冗余精度字节中写入所述输入时间的时间戳。
其中，对于IEEE1588协议事件消息，在其CorrectionField域的有效精度字节中累加写入所述固定延时时间的时间戳。
本发明具有以下有益效果：
采用本发明，对于由网络输入的IEEE1588协议事件消息，可获取准确的输入时间，并以此为参考时间，在延时了固定延时时间后输出，因而可得到精确的时间戳，提高了同步时间精度，且本发明的透传时钟装置可直接应用于现有的路由交换设备，节省了其他方式的硬件开发时间，提高了在现有设备情况下对PTP协议支持的可行性。
附图说明
图1是本发明的透传时钟装置的结构图；
图2是本发明的透传时钟装置的实现方法流程图；
图3是本发明的实现透传时钟的系统结构图；
图4是本发明的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
请参阅图1，该图所示为本发明中透传时钟装置的结构，该装置有输入和输出两种工作模式(外部网络输入消息至本装置时，本装置处于输入工作模式；本装置输出消息至外部网络时，本装置处于输出工作模式)，包括：依次相连的消息识别模块、消息处理模块、消息缓存模块、输出控制模块；还包括与消息识别模块、消息处理模块、输出控制模块分别相连的时钟控制模块；
消息识别模块，用于接收消息并识别出其中的IEEE1588协议事件消息。由于以太网帧数据封装IP数据，IP数据封装UDP数据，UDP封装PTP协议消息，故可通过相关特定信息位来先识别是否为IEEE1588协议(例如：以太网帧中的Type域、IP数据中的protocol域、UDP数据中的Source port和Destination port域)；再通过相应信息(例如：通过PTP数据中的Message type域)识别出是否为事件消息，并获得帧长等信息。
消息处理模块，用于接收消息识别模块的识别结果，对于非IEEE1588协议事件消息，直接将其输出至消息缓存模块；对于IEEE1588协议事件消息，则对其进行以下处理，包括两种处理方式：
①若本装置为输入工作模式，则从时钟控制模块获取此IEEE1588协议事件消息的输入时间，将输入时间的时间戳写入该消息的CorrectionField域中的冗余精度字节；
②若本装置为输出工作模式，从该消息中提取出其输入时间的时间戳并向其CorrectionField域中的有效精度字节中累加写入预设的固定延时时间的时间戳。
消息缓存模块，主要包括两个数据缓存FIFO(先入先出存储器)来分别存储IEEE1588协议事件消息和非IEEE1588协议事件消息，并将可区别帧的相关信息存入两个对应的INFO FIFO，其中包含帧长等相关控制信息。
输出控制模块，用于输出消息缓存模块中存储的消息，且在本装置为输入工作模式时，将所存储的消息全部直接输出；在本装置为输出工作模式时，将所述消息中的非IEEE1588协议事件消息直接输出，而对于所述消息中的IEEE1588协议事件消息，以其输入时间为参考时间，在延迟固定延时时间后再将其输出。
时钟控制模块，是一个计时模块，用于使用路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，获取各个输入消息的输入时间以提供给所述消息处理模块；用于向消息处理模块提供预设的固定延时时间；还用于根据所述高精度时钟源信号对所述输出控制模块的输出进行控制。
请参阅图2，该图所示为上述透传时钟装置实现透传时钟的方法，包括以下步骤：
201、接收到消息，时钟控制模块获取该消息的输入时间。
202、消息识别模块对输入消息进行识别，判断其是否为IEEE1588事件消息，如果是则执行步骤203，否则执行步骤204。
203、消息处理模块对IEEE1588事件消息作相应处理。若是网络输入消息，则将其输入时间的时间戳写入CorrectionField域的冗余精度字节；若是输出到网络的消息，则提取出其输入时间的时间戳并向其CorrectionField域的有效精度字节累加写入预设的固定延时时间的时间戳。
204、消息处理模块提取输入消息的长度等相关信息。
205、消息处理模块将IEEE1588事件消息和非IEEE1588事件消息分别存入相应缓存，并且将两者的长度等相关信息存入相应的INFOFIFO。
206、本装置进入数据输出等待状态。
207、数据输出判断，若有数据输出则执行步骤208，若没有数据输出则执行步骤206。
208、有IEEE1588事件消息缓存，则执行步骤209；没有IEEE1588事件消息缓存，则执行步骤212。
209、判断缓存中非IEEE1588事件消息所需的发送时间，若比固定延时时间长则执行步骤210，若比固定延时时间短则执行步骤212。
210、IEEE1588事件消息固定延时输出等待状态。
211、IEEE1588事件消息固定延时判断，固定延时未结束则执行步骤210，固定延时结束则执行步骤212。
212、输出控制模块将IEEE1588事件消息和非IEEE1588事件消息输出。
请参阅图3，该图所示为应用上述透传时钟装置以实现透传时钟的系统结构图，包括透传时钟装置1、路由交换设备、透传时钟装置2，其中，透传时钟装置1和透传时钟装置2均通过GE端口(千兆以太网光口)接入网络。若消息由左至右，则透传时钟装置1当前处于输入工作模式，透传时钟装置2当前处于输出工作模式；若消息由右至左，则透传时钟装置2当前处于输入工作模式，透传时钟装置1当前处于输出工作模式。该系统的工作原理为：
处于输入工作模式的透传时钟装置，用于通过GE端口接收外部网络输入的消息，将其传送给路由交换设备，并且在接收所述消息时识别出其中的IEEE1588协议事件消息，向IEEE1588协议事件消息中写入其输入时间的时间戳；
路由交换设备在接收到处于输入工作模式的透传时钟装置发送来的消息后对该消息进行修正交换处理，之后再输出至处于输出工作模式的透传时钟装置；
处于输出工作模式的透传时钟装置，对于路由交换设备发送来的IEEE1588协议事件消息，取出其中的输入时间的时间戳并向其中加入固定延时时间的时间戳，以输入时间为参考时间，延时预设的固定延时时间后再将此消息通过GE端口输出至外部网络；而对于路由交换设备发送来的非IEEE1588协议事件消息，则将其直接输出至外部网络。
请参阅图4，该图所示为本发明的应用示意图。如图所示，若主设备输出IEEE1588协议事件消息经路由交换设备1、2....、n发送至终端设备，在发送过程中，IEEE1588协议事件消息的CorrectionField域中的固定延时时间的时间戳不断累加。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1、一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统，其特征在于，包括依次相连的第一透传时钟装置、路由交换设备、第二透传时钟装置；
所述第一透传时钟装置，处于输入工作模式，用于接收外部网络输入的消息，将其传送给路由交换设备，并且在接收所述消息时识别出其中的IEEE1588协议事件消息，向该消息中写入其输入时间的时间戳；
所述路由交换设备，用于对所述外部网络输入的消息进行交换处理后通过第二透传时钟装置转发给外部网络；还用于为第一透传时钟装置和第二透传时钟装置提供本设备内部的高精度时钟源信号；
所述第二透传时钟装置，处于输出工作模式，对于路由交换设备发送来的IEEE1588协议事件消息，提取出输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳，以所述输入时间为参考时间，延时所述固定延时时间后再将IEEE1588协议事件消息输出至外部网络；对于路由交换设备发送来的非IEEE1588协议事件消息，则直接输出至外部网络。
2、如权利要求1所述的实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统，其特征在于，所述第一透传时钟装置包括：依次相连的第一消息识别模块、第一消息处理模块、第一消息缓存模块、第一输出控制模块；还包括与第一消息识别模块和第一消息处理模块相连的第一时钟控制模块；
所述第一消息识别模块，用于接收来自外部网络的消息并发送至第一消息处理模块，同时识别出其中的IEEE1588协议事件消息；
所述第一消息处理模块，用于对于IEEE1588协议事件消息，向其中写入其输入时间的时间戳后发送至第一消息缓存模块；对于非IEEE1588协议事件消息，则直接发送至第一消息缓存模块；
所述第一消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理后的IEEE1588协议事件消息；
所述第一输出控制模块，用于将第一消息缓存模块中存储的消息直接输出至所述路由交换设备；
所述第一时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，获取所述消息识别模块所接收到的消息的输入时间，以提供给所述第一消息处理模块。
3、如权利要求2所述的实现精确时钟同步协议中透传时钟的系统，其特征在于，所述第二透传时钟装置包括：依次相连的第二消息识别模块、第二消息处理模块、第二消息缓存模块、第二输出控制模块；还包括与第二消息识别模块、第二消息处理模块、第二输出控制模块分别相连的第二时钟控制模块；
所述第二消息识别模块，用于接收所述路由交换设备发送来的消息，识别出其中的IEEE1588协议事件消息，并发送至第二消息处理模块；
所述第二消息处理模块，用于对于IEEE1588协议事件消息，提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入本系统预设的固定延时时间的时间戳后发送至第二消息缓存模块；对于非IEEE1588协议事件消息，则直接发送至第二消息缓存模块；
所述第二消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理后的IEEE1588协议事件消息；
所述第二输出控制模块，用于以相应输入时间为参考时间，将第二消息缓存模块中的IEEE1588协议事件消息延迟所述固定延时时间后输出至外部网络；还用于将第二消息缓存模块中的非IEEE1588协议事件消息直接输出至外部网络；
所述第二时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，对第二输出控制模块的输出时间进行控制；还用于为所述第二消息处理模块提供预设的固定延时时间。
4、一种透传时钟装置，与路由交换设备相连，其特征在于，该装置包括：依次相连的消息识别模块、消息处理模块、消息缓存模块、输出控制模块；还包括与消息识别模块、消息处理模块、输出控制模块分别相连的时钟控制模块；
所述消息识别模块，用于接收消息并将其发送至消息处理模块，同时识别出其中的IEEE1588协议事件消息；
所述消息处理模块，用于将非IEEE1588协议事件消息直接发送至消息缓存模块；还用于对所识别出的IEEE1588协议事件消息进行处理后发送至消息缓存模块，若本装置为输入工作模式，则向该消息中写入其输入时间的时间戳；若本装置为输出工作模式，则从该消息中提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳；
所述消息缓存模块，用于分别存储非IEEE1588协议事件消息和经处理的IEEE1588协议事件消息；
所述输出控制模块，用于输出消息缓存模块中存储的消息，且在本装置为输入工作模式时将所述消息进行直接输出，在本装置为输出工作模式时，将所述消息中的非IEEE1588协议事件消息直接输出，而将所述消息中的IEEE1588协议事件消息以其输入时间为参考时间并延时所述固定延时时间后输出；
所述时钟控制模块，用于使用所述路由交换设备内部提供的高精度时钟源信号，获取所述消息识别模块所接收消息的输入时间，以提供给所述消息处理模块；向消息处理模块提供预设的固定延时时间；对所述输出控制模块的输出时间进行控制。
5、一种实现精确时钟同步协议中透传时钟的方法，其特征在于，包括：
在本路由交换设备接收到外部网络输入的消息时，识别出其中的IEEE1588协议事件消息，向其中写入其输入时间的时间戳；
在本路由交换设备向外部网络输出消息时，对于其中的IEEE1588协议事件消息，提取出其输入时间的时间戳并向其中累加写入预设的固定延时时间的时间戳，以所述输入时间为参考时间，延时所述固定延时时间后再进行输出。
6、如权利要求1所述的实现精确时钟同步协议中透传时钟的方法，其特征在于，对于IEEE1588协议事件消息，在其CorrectionField域的冗余精度字节中写入所述输入时间的时间戳。
7、如权利要求1所述的实现精确时钟同步协议中透传时钟的方法，其特征在于，对于IEEE1588协议事件消息，在其CorrectionField域的有效精度字节中累加写入所述固定延时时间的时间戳。
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