CN101755419A - 全局同步时间戳数值计数器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分组处理***中的同步时间戳机制。这种同步时间戳机制提供了全局同步计数器数值，所以位于分开的分组处理卡上的计数器可以同步。这些分组处理卡的同步提供了对处理分组所花费时间的跟踪，提供了为健壮包头压缩而产生包括序列号的分组头的能力，并且允许使用无时间基准信号的加密协议。提供同步的方式为向卡发送计数器数值信息，以及这种信息可以用于更新所述卡的内部计数器数值信息，使得所述卡与其他卡同步。

Description

全局同步时间戳数值计数器
技术领域
本发明涉及分组处理***中的同步时间戳机制。
背景技术
时间戳是事件何时发生的指示。在计算机***中，时间戳往往参考Unix时间，即自协调世界时1970年1月1日午夜后经历的秒数。Unix时间基准可以用于以许多不同形式给出日期和时间，以及计算时间戳之间经历的时间。标准的Unix时间戳是有符号的整型数据类型，传统上是32位。成为整型数据类型意味着时间戳具有一秒的分辨率。在有符号的整型32位时间戳中，覆盖了总共约136年的范围。可表示的最小时间是1901-12-13T20:45:52Z，可表示的最大时间是2038-01-19T03:14:07Z。
发明内容
某些实施例特征在于包括在底板中驻留的多个卡，所述底板运行的软件从所述多个卡中选择主卡，所述主卡包括时钟脉冲源和计数器，其中所述主卡在两条总线线路上以定期方式向包括所述主卡本身的所述多个卡传送计数器数值信息的***。
某些实施例描述了一种方法，该方法包括将底板中驻留的多个卡之一指定为主卡，在所述主卡上产生计数器数值信息并向所述多个卡传送所述计数器数值信息，以及以从所述主卡接收到的所述计数器数值信息更新所述多个卡中的至少一个。
某些实施例描述了一种***，该***包括用于提供在提供底板的装置中驻留的多个卡的装置，用于提供运行从提供多个卡的装置中选择主卡的软件的底板的装置，并且所述主卡包括时钟脉冲源和用于提供计数器的装置，其中所述主卡在两条总线线路上以定期方式向提供包括所述主卡本身的多个卡的装置传送计数器数值信息。
附图说明
图1是根据本发明某些实施例的位流图；
图2是根据本发明某些实施例主-从卡互连的示意图；
图3是根据本发明某些实施例的、槽中安装了许多卡的底板图；
图4是根据本发明某些实施例的选择主卡的流程图；
图5是根据本发明某些实施例的卡中软件解决奇偶校验问题的流程图。
具体实施方式
提供了用于在分布式分组处理***中实施全局同步时间戳应用的***和方法。在某些实施例中，可以使用由时钟脉冲源驱动的计数器实施时间戳应用。同步计数器可以是32位计数器，它在分布式分组处理***范围内同步。同步可以在软件中实现，它指定某分组处理电路板为主卡，其他分组处理电路板为从卡。然后主卡可以在两条传输线上以定期间隔异步地串行地传送其计数器的数值。所传送的计数器数值可以与从计数器数值比较，以保持全部卡同步。分布式分组处理***中的全局同步时间戳数值计数器可用于许多情形。
首先，同步时间戳数值计数器可以用于通过当分组进入***和离开***时对它们标注时间戳来对分组花费多长时间穿过***进行计时。这两个数值之间的差值便产生了等待时间度量。然后对这些数值可以应用多种统计技术，产生例如最小值、最大值、平均值、标准差分组等待时间的数值，它们可用于服务层协议(SLA)监视。
全局同步时间戳数值计数器的另一种用途是产生分组头，它们包括与时间有某种关系的序列号。例如，健壮包头压缩(RobustHeader Compression)(参见ROHC-RFC 3095 http://www.rfc- archive.org/getrfc.php？rfc＝3095，其全部内容在此引用作为参考)定义了压缩协议子集，其中分组头包括序列号，为了缩小传输尺寸在传输前去除了它们。在接收端为了重新产生分组，ROHC解压功能需要准确的时间基准加上ROHC解压状态记录，记录内含辨别如何将当前时间基准数值转换回格式恰当的分组头的流信息(包括正确的序列号)。进行ROHC处理并具有同步分布式时间基准的分布式分组处理***允许本***在与实际解压功能进行之处不同的位置创建ROHC解压状态记录。
全局同步时间戳数值计数器也可以用于具有严格防重放或加密机制的任何协议，其中数据流不加入嵌入的时间基准信号(如来自卫星的加密的DirectTV信号包括嵌入的时间信息，它是解密该信号所需密钥的一部分)。
在某些实施例中，同步计数器是32位计数器，它在底板中***的全部分组处理卡之间同步。以下进一步描述底板。在每个卡上有分开的计数器，在某些实施例中它每80ns(12.5MHz)本地递增一次。全部计数器之间的同步由底板中的软件实现，它指定某卡为主卡，而底板中的其他卡被指定为从卡。在某些实施例中，主卡每10.24μs(128×80ns)在两条线路(称为通道0和1)上异步地串行地传送其计数器的数值一次。这些线路可以位于底板的中间平面上。两条通道可以承载一致的信息。传输速度可以为12.5MHz。
图1展示了在本发明的某些实施例中可以如何传送计数器信息的实例。主卡通常保持线高110。传输开始于起始位(‘0’)112，随后是31(MSB)至0(LSB)位的计数器数值位114以及3(MSB)至0(LSB)位的奇字节奇偶校验位116，并且以停止位(‘1’)118停止。奇偶校验位3、2、1和0分别应用于数据位31:24、23:16、15:8和7:0。默认情况下全部卡(包括主卡)从通道0接收。在某些实施例中，如果在通道上检测到奇偶校验错误，该卡上运行的软件可以指示接收者检验从另一通道接收到的内容。
在某些实施例中，用于产生12.5MHz时钟信号的时钟脉冲源可以为非温度补偿的石英振荡器，其准确度为+/-50ppm(百万分之一)。因此卡上时钟之间的最大差值为100ppm(1250Hz)。结果，在这些计数器重新加载之间的10.24μs间隔期间，从卡上计数器的数值可能仅仅漂移一次计数的一小部分(～0.0128)。由于这种漂移和计数器数值传输的异步性质，底板中任何两个计数器之间的最大差值将是一个时钟周期(80ns)。
图2展示了根据本发明某些实施例的逻辑主-从卡互连200。主-从卡互连200包括主卡210、从卡212-218以及通道220-222。如果指定的主卡210有故障，从卡212-218上的计数器可以继续运行而不同步，直到底板上运行的软件已经指定了新的主卡。在新主卡起作用前，由于计数器按不同的时钟信号运行，它们可能漂移。在某些实施例中，主卡210和从卡212-218可以全都是相同的线路卡。这种线路卡可以是马萨诸塞州Tewksbury的Starent Networks公司的分组服务卡(PSC)，用于ST16或ST40底板中。图3展示的底板在槽中安装了许多卡。底板中所用的卡可以是例如分组加速卡(PSC)，分组服务卡(PSC)、电话服务卡(TAC)和交换处理卡(SPC)。
如果在底板中***了新的从卡，从卡上的计数器可以花最多两个间隔(即2×10.24μs)与主卡的计数器同步。
图4展示了根据本发明某些实施例选择主卡的算法。在410，软件检查***中可用的卡。在412，软件选择可用卡之一作为主卡。在414，软件指令选为主卡的卡按定期方式传送计数器数值信息。计数器数值信息可以在若干总线线路上传送。在416，软件指令其他卡作为从卡，根据从主卡接收到的计数器数值信息更新其计数器数值。
图5展示了根据本发明某些实施例的卡中软件解决奇偶校验问题的算法。在510，卡中硬件鉴别所接收到计数器数值信息的奇偶性。实现的方式可以是对每个组都计算所接收到位的奇偶性，并将它们与主卡计算出的奇偶性进行比较。如果任何奇偶校验段不匹配，那么便向软件发出问题警报。当奇偶校验错误频繁发生时，卡软件可以选择从第二条线路(如通道1)传送的计数器数值信息并在512中鉴别这种信息。如果有重复的奇偶校验问题，卡软件可以在514中通知底板。取决于从卡接收到的通知，底板能够确定该问题。例如，假若全部从卡都通知底板奇偶校验问题，那么很可能主卡有问题。如果单一卡遇到了问题，则很可能该卡或该卡的连接有问题。取决于遇到问题的类型，底板软件可以选择另一片卡为主卡，也可以就该问题向底板操作员报警。
在某些实施例中，可以实施跨越地理上分布的位置之间的时间同步或实现底板间同步。在某些实施例中，准确的时间机制可以由GPS提供给底板组。然后底板组可以交换它们的计数器的基于公共GPS时间基准的某种偏离数值。底板可以是提供底板间冗余的底板，使得一个底板可以承担其他底板的功能和分组处理。
在某些实施例中，在底板中实施以上描述的时间同步。这种底板可以实施多种不同的功能。在某些实施例中，在底板上可以实施接入网关、分组数据服务节点(PDSN)、外地代理(FA)或本地代理(HA)。在其他实施例中，在底板上可以实施的其他类型的功能为网关通用分组无线业务服务节点(GGSN)、服务GPRS支持节点(SGSN)、分组数据互通功能(PDIF)、访问服务网络网关(ASNGW)、基站、接入网络、用户面实体(UPE)、IP网关、接入网关、会话发起协议(SIP)服务器、代理-呼叫会话控制功能(P-CSCF)和询问-呼叫会话控制功能(I-CSCF)。在某些实施例中，一种或多种上述其他类型的功能集成在一起或由同一功能提供。例如，接入网络可以与PDSN集成。底板可以包括PDSN、FA、HA、GGSN、PDIF、ASNGW、UPE、IP网关、接入网关或任何其他可应用的接入接口设备。
以下进一步描述根据某些实施例实现时间同步的底板的特征。底板包括槽，用于装载应用卡和线路卡。底板中的中间平面可以用于提供所安装的各种卡之间的底板内通讯、电源连接和传输路径。中间平面可以包括总线，比如交换结构、控制总线、***管理总线、冗余总线和时分多路传输(TDM)总线。交换结构是基于IP的传输路径，用于底板范围内的用户数据，实施方式为建立应用卡与线路卡之间的卡间通讯。控制总线使底板内的控制与管理处理器互连。底板管理总线提供***功能的管理，比如供电、监视温度、板状态、数据路径错误、卡复位以及其他失效备援特点。冗余总线提供硬件故障情况下的用户数据传输和冗余链接。TDM总线提供***中语音服务的支持。
底板支持至少两种类型的应用卡：交换处理器卡和分组加速卡。交换处理器卡用作底板的控制器，并负责诸如底板初始化和软件配置加载到底板中其他卡上之类的事务。分组加速卡提供分组处理和转发性能。每个分组加速卡都能够支持多种环境。卡上可以配置硬件引擎，以支持压缩、分类流量调度、转发、分组过滤和统计编制的并行分布式处理。
分组加速卡通过使用控制处理器和网络处理单元执行分组处理运算。网络处理单元确定分组处理需求；接收并发送用户数据帧往返多种物理接口；进行IP转发决策；实施分组过滤、流***、删除和修改；进行流量管理和流量工程；修改/增加/剥去分组头；以及管理线路卡端口和内部分组传输。同样位于分组加速卡上的控制处理器提供基于分组的用户业务处理。线路卡装载在底板中时，提供输入/输出连接，并且也可以提供冗余连接。
操作***软件可以基于Linux软件内核并运行底板中的特定应用程序，比如监视任务以及提供协议堆栈。该软件允许底板资源为了控制和数据路径分别分配。例如，某些分组加速卡可以专门执行路由或安全控制功能，而其他分组加速卡专门处理用户会话流量。在某些实施例中，当网络需求改变时，可以动态配置硬件资源以满足需求。***可以虚拟化以支持多个逻辑业务事例，比如技术功能(如PDSN、ASNGW或PDIF)。
底板的软件可以被划分为执行特定功能的一系列任务。这些任务在需要时彼此通讯以共享底板范围内的控制和数据信息。任务是执行与***控制或会话处理相关的特定功能的软件过程。在某些实施例中底板内运行着三种类型的任务：紧急任务、控制器任务和管理器任务。紧急任务控制着与底板处理呼叫的性能相关的功能，比如底板初始化、错误检测和恢复任务。控制器任务对用户掩盖软件的分布式性质并执行任务，比如监视下级管理器的状态、提供同一子***内的管理器内通讯和通过与其他子***所属的控制器通讯而进行子***间通讯。管理器任务可以控制***资源并保持***资源之间的逻辑映射。
在应用卡中的处理器上运行的各项任务可以划分到子***中。子***是软件单元，或者执行特定任务，或者是多项其他任务的顶点。单一的子***可以包括紧急任务、控制器任务和管理器任务。底板上运行的某些子***包括***启动任务子***、高可用性任务子***、恢复控制任务子***、共享配置任务子***、资源管理子***、虚拟私有网络子***、网络处理单元子***、卡/槽/端口子***以及会话子***。
***启动任务子***负责在***开机时启动一组初始任务并在需要时提供各项任务。高可用性任务子***连同恢复控制任务子***工作，通过监视底板的各种软件和硬件组件而保持底板的运行状态。恢复控制任务子***负责在底板中发生故障时执行恢复动作并从高可用性任务子***接收恢复动作。共享配置任务子***向底板提供用于设置、检索和接收底板配置参数变更的通知的能力，并负责为底板内运行的应用程序存储配置数据。资源管理子***负责向任务分配资源(如处理器和存储器能力)以及监视任务的资源使用。
虚拟专用网络(VPN)子***管理底板中VPN相关实体的管理和运行事务，包括创建分开的VPN环境、启动VPN环境内的IP服务、管理IP池和用户IP地址以及分配VPN环境内的IP流信息。在某些实施例中，在底板内，IP操作在特定的VPN环境内进行。网络处理单元子***负责网络处理单元的以上列出的许多功能。卡/槽/端口子***负责协调与卡活动相关而发生的事件，比如新***卡上端口的发现和配置，以及确定线路卡如何映射到应用卡。在某些实施例中，会话子***负责处理和监视移动用户的数据流。移动数据通信的会话处理任务例如包括：CDMA网络的A10/A11端接、GPRS和/或UMTS网络的GSM隧道协议端接、异步PPP处理、分组过滤、分组调度、区别型业务码点标记、统计汇集、IP转发和AAA业务。这些项目中每一个的责任都可以分布到所属的任务(称为管理器)中，以提供更高效的处理和更大的冗余。某分开的会话控制器任务用作集成的控制节点，以调整和监视管理器并与其他现用子***通讯。会话子***也管理着专用的用户数据处理，比如有效载荷的变换、过滤、统计汇集、管辖和调度。
在某些实施例中，实施某过程所需的软件包括高级程序或面向对象的语言，比如C、C++或Perl。需要时该软件也可以以汇编语言实施。在底板中实施的分组处理可以包括由环境确定的任何处理。例如，分组处理可能涉及高级数据链路控制(HDLC)组织、包头压缩和/或加密。在某些实施例中，该软件存储在由执行本文所描述过程的通用或专用处理单元可读的存储介质或器件上，比如只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或磁盘。
尽管在以上示例实施例中已经描述和展示了本发明，但是应当理解，本公开仅仅是举例说明，在本发明实施细节中可以做出无数改变而不脱离本发明的实质和范围，它仅仅由随后的权利要求书限制。

Claims (11)

1.一种时间同步***，包括：
在底板中驻留的多个卡；
运行从所述多个卡中选择主卡的软件的底板；以及
包括时钟脉冲源和计数器的所述主卡，其中所述主卡在两条总线线路上以定期方式向包括所述主卡本身的所述多个卡传送计数器数值信息。
2.根据权利要求1的***，其中，所述多个卡计算所述计数器数值信息的奇偶性，并将这种奇偶性与所述主卡计算出的奇偶性信息进行比较。
3.根据权利要求1的***，其中，所述底板正在提供分组数据服务节点(PDSN)功能。
4.根据权利要求1的***，其中，所述多个卡之一以从所述主卡接收到的所述计数器数值信息更新其计数器数值。
5.一种同步方法，包括：
指定在底板中驻留的多个卡之一为主卡；
在所述主卡产生计数器数值信息，并向所述多个卡传送所述计数器数值信息；以及
以从所述主卡接收到的所述计数器数值信息更新所述多个卡中的至少一个。
6.根据权利要求5的方法，进一步包括使用已经更新的所述多个卡之一的计数器产生用于标记分组的时间戳。
7.根据权利要求5的方法，进一步包括：
根据所述计数器数值信息计算奇偶性信息；以及
将计算出的奇偶性信息与从所述主卡接收到的奇偶性信息进行比较。
8.根据权利要求5的方法，进一步包括产生包括序列号的分组头。
9.一种时间同步***，包括：
用于提供在提供底板的装置中驻留的多个卡的装置；
用于提供运行从提供多个卡的装置中选择主卡的软件的底板的装置；以及
包括时钟脉冲源和用于提供计数器的装置的所述主卡，其中所述主卡在两条总线线路上以定期方式向包括所述主卡本身的提供多个卡的装置传送计数器数值信息。
10.根据权利要求9的***，其中，用于提供所述多个卡的装置计算所述计数器数值信息的奇偶性，并将该奇偶性与所述主卡计算出的奇偶性信息进行比较的装置。
11.根据权利要求9的***，其中，用于提供所述多个卡的装置之一以从所述主卡接收到的所述计数器数值信息更新其计数器数值。
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