CN102342051B - 用于通过经由至少一个时间分发协议分开传输第一和第二数据来同步时钟的方法和相关的***及模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于在数据分组网络中将客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步的方法。该方法包括以下步骤：i)将代表主时钟(MC)的定时信息的第一数据经由时间分发协议从源通信节点(N1)传输到客户端通信节点(N2)，ii)将代表与定时信息相关的频率基准的第二数据经由时间分发协议从所选择的通信节点(N3)传输到客户端通信节点(N2)，iii)区分被传输到客户端通信节点(N2)的第一和/或第二数据，以通过由所区分的第一和第二数据代表的定时信息和/或频率基准将客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步。

Description

用于通过经由至少一个时间分发协议分开传输第一和第二数据来同步时钟的方法和相关的***及模块
技术领域
本发明涉及数据分组网络(或分组交换网络(PSN))，更准确地，涉及在数据分组网络中的时钟同步。
背景技术
如本领域的普通技术人员已知的，在客户端通信节点上运行的某些(严格的)客户端应用需要精确的时钟基准以正确地运行。这对于某些移动网络应用(例如，用于基站同步的)的情况更是如此。
该精确的时钟基准可以由安装在所考虑的客户端通信节点上的准确且高稳定的客户端时钟提供。但是，这种客户端时钟通常非常昂贵。
另一种方案在于例如经由时间分发协议(诸如IETF NTPV4(网络时间协议)和IEEE 1588V2)从源通信节点向客户端通信节点(连接到数据分组网络)传输代表非常精确的主时钟的定时信息的数据。上述的时间分发协议用于以定期的时间间隔从服务器(或源通信节点)向一个或多个客户端通信节点传输包含定时信息的信息消息(或分组)，以便将(低成本的)客户端时钟与服务器(或主)时钟同步。实际上，这些信息消息是在服务器与客户端(通信节点)之间交换的双向(或“往返”)消息。通常，客户端需要在给定的时间间隔期间从服务器接收最少数量的(好的或相关的)信息消息(或分组)，以将其(低成本的)时钟与服务器时钟正确地同步。
在此，“低成本的时钟”是指具有差的时钟稳定性(即自由振荡模式(free fun mode)中的快速频率漂移)和/或差的过滤分组抖动的能力的时钟。
从时间分发的方面来看，相对于昂贵/有效的时间客户端时钟，低成本意味着在锁定模式中客户端时钟的时间性能(特别在准确性方面)降低，因为客户端时钟应当在双向信息消息的交换期间保持足够的稳定(以便减少对于给定时间准确性目标的收敛时间)。
另外，如果在主机和客户端之间的通信路径(或链路)上发生故障，则客户端时钟进入自由振荡模式(或保持)，直到重新配置同步拓扑结构。在这种情况下，低成本的客户端时钟的稳定性的缺乏可能对在同步拓扑结构的重新配置时间/延迟期间的时间准确性产生不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于提高数据分组网络中低成本的客户端时钟的频率同步，特别是避免客户端时钟进入自由振荡模式。
为此，本发明提供一种用于在数据分组网络中将客户端通信节点的客户端时钟与主时钟同步的方法，包括以下步骤：
i)将代表主时钟的定时信息的第一数据经由时间分发协议从源通信节点传输到客户端通信节点，
ii)将代表与所述定时信息相关的频率基准的第二数据经由时间分发协议从所选择的通信节点传输到客户端通信节点，以及
iii)区分被传输到客户端通信节点的第一和/或第二数据，以通过由这些所区分的第一和第二数据代表的定时信息和/或频率基准将客户端时钟与主时钟同步。
根据本发明的方法可包括附加的可分开或结合考虑的特征：
-在步骤ii)，所选择的通信节点(用于传输第二数据)可与源通信节点不同；
-在一个变形中，在步骤ii)，可使用源通信(定时)节点作为用于传输第二数据的所选择的通信节点；
在步骤i)和ii)，源通信节点可分别经由数据分组网络的两个不同的通信路径(或链路)传输第一数据和第二数据；
在步骤i)和ii)，源通信节点可将第一标识符添加到第一数据并将第二标识符添加到第二数据，在步骤iii)，客户端通信节点可根据各自的第一和第二标识符区分所传输的第一和第二数据。
在一个变形中，在步骤i)，源通信节点可将指定其的第一标识符和指定用于传输第一数据的通信路径(或链路)的第二标识符添加到第一数据，在步骤ii)，源通信节点可将指定其的第一标识符和指定用于传输第二数据的其它通信路径(或链路)的第三标识符添加到第二数据，在步骤iii)，客户端通信节点可根据各自的第一、第二和第三标识符区分所传输的第一和第二数据；
-在步骤i)和ii)，可经由相同的时间分发协议传输第一和第二数据。
本发明还提供一种用于在数据分组网络中将客户端通信节点的客户端时钟与主时钟同步的***，包括：
-第一模块，其与源通信节点相关联，并被配置为生成代表主时钟的定时信息且将要由源通信节点经由时间分发协议传输到客户端通信节点的第一数据，
-第二模块，其与所选择的通信节点相关联，并被配置为生成代表与定时信息相关的频率基准且将要由所选择的通信节点经由时间分发协议传输到客户端通信节点的第二数据，以及
-第三模块，其与客户端通信节点相关联，并被配置为区分所传输的第一和第二数据，以提供它们所代表的定时信息和频率基准，以便客户端时钟通过该定时信息和/或该频率基准与主时钟同步。
根据本发明的***可包括附加的可分开或结合考虑的特征：
-用于传输第二数据的所选择的通信节点可与源通信节点不同；
-在一个变形中，所选择的通信节点(用于传输第二数据)可以是源通信节点；
源通信节点可被配置为分别经由数据分组网络的两个不同的通信路径(或链路)传输第一数据和第二数据；
第一模块可被配置为将第一标识符添加到第一数据并将第二标识符添加到第二数据。在这种情况下，第三模块可被配置为根据各自的第一和第二标识符区分所传输的第一和第二数据；
在一个变形中，第一模块可被配置为指定源通信节点的第一标识符和指定用于传输第一数据的通信路径(或链路)的第二标识符添加到第一数据，第二模块可被配置为将指定所选择的通信节点的前述第一标识符和指定用于传输第二数据的其它通信路径(或链路)的第三标识符添加到第二数据。在这种情况下，第三模块可被配置为根据各自的第一、第二和第三标识符区分所传输的第一和第二数据。
本发明还提供了第三模块，其与连接到数据分组网络的客户端通信节点相关联，并被配置为当该客户端通信节点已通过时间分发协议从源通信节点接收了第一数据(代表主时钟的定时信息)和/或通过时间分发协议从所选择的通信节点接收了第二数据(代表与这些定时信息相关的频率基准)时，区分这些所接收的第一和第二数据，以提供它们所代表的定时信息和频率基准，以便客户端通信节点的客户端时钟通过该定时信息和/或该频率基准与主时钟相同步。
该第三模块还可被配置为根据分别添加到所传输的第一和第二数据的第一和第二标识符区分所传输的第一和第二数据，或根据添加到第一数据并分别指定源通信节点和用于传输第一数据的第一通信路径(或链路)的第一和第二标识符，以及根据添加到第二数据并分别指定所选择的通信节点和不同于第一路径(或链路)并用于传输第二数据的第二通信路径(或链路)的第一和第三标识符区分所传输的第一和第二数据。
本发明尤其适用于但不限于根据从至少包括IEEE 1588V2/UDP/IP和NTP/UDP/IP的组中选择的“基于IP”(因特网协议)的时间分发协议传输第一和/或第二数据。
附图说明
根据后面的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将变得更明显，其中：
图1示意性地表示包括通过中间通信节点连接并分别配备有根据本发明的***的第一实施例的补充部分的源通信节点和客户端通信节点的数据分组网络的一部分；
图2示意性地表示包括通过中间通信节点连接并分别配备根据本发明的***的第二实施例的补充部分的源通信节点、辅助通信节点和客户端通信节点的数据分组网络的一部分。
附图不仅用于完成本发明，而且在需要时有助于其定义。
具体实施方式
本发明旨在提供用于在数据分组网络中将客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步的方法和相关***(S)。
在以下的描述中，仅作为例子，认为数据分组网络(或PSN)是包括将要被同步的诸如基站的通信节点的移动网络。但是，本发明并不限于这种类型的数据分组网络。实际上，本发明涉及任何类型的数据分组网络或分组交换网络(PSN)。
如上所述，本发明提供用于在包括通信节点的数据分组网络中将客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步的方法。
图1示出了数据分组网络的一部分，其包括源通信节点N1、客户端通信节点N2和五个中间通信节点INi(i＝1～5)。例如，客户端通信节点N2是无线接入网络的基站。
客户端通信节点N2包括(低成本的)客户端时钟CC，其必须(在时间上)与主时钟MC同步。
在图1和图2所示的例子中，主时钟MC位于源通信节点N1内。但这并不是强制性的。实际上，主时钟MC可位于连接到源通信节点N1的网络设备内。
例如，源通信节点N1是同步信息的服务器。
根据本发明的方法包括三个主要步骤。
第一个主要步骤(i)在于经由时间分发协议将代表主时钟MC的定时信息的第一数据从源通信节点N1传输到至少一个客户端通信节点N2。
这些第一数据在第一分组(或消息)Ml1内传输。例如，这些第一数据包括表明其何时已在与由辅助通信节点N3提供的频率基准相关的服务器时钟参考帧中生成的时间戳。该频率基准可以是任何类型的。因此，它可由具有高稳定性的本地振荡器或由无线导航***(诸如GPS(全球定位***))产生。
在下面的描述中，仅作为例子，认为第一分组(或消息)Ml1通过诸如IEEE 1588V2/UDP/IP或NTP/UDP/IP的IP时间分发协议传输。但是本发明并不限于这种类型的时间分发协议。实际上，它涉及任何类型的用于传输(或分发)第一分组(或消息)Ml1的时间分发协议。
第一个主要步骤(i)可由根据本发明的***S的第一模块M1实施。如图1和图2所示，该第一模块M1可位于源通信节点N1内。但这并不是强制性的。实际上，它可耦合或连接到源通信节点N1。更一般地，第一模块M1与源通信节点N1相关联。
该第一模块被配置为生成第一数据，其将通过所选择的时间分发协议由相关联的源通信节点N1在第一消息Ml1中传输到一个或多个客户端通信节点N2。
在第一模块M1位于源通信模块N1内的情况下，优选地，第一模块M1至少部分地由软件模块实现。但它也可以由电子电路或硬件模块或者硬件和软件模块的组合实现。在它由软件模块实现的情况下，其被存储在存储器中。
根据本发明的方法的第二个主要步骤(ii)在于通过时间分发协议将代表频率基准(在此由辅助通信节点N3提供并与第一数据所代表的定时信息相关)的第二数据从所选择的通信节点传输到客户端通信节点N2。
应当注意，第一个主要步骤(i)和第二个主要步骤(ii)可以并行地或顺序地执行。
在图1所示的第一实施例中，分发频率基准的所选择的通信节点(也称为“同步源”)是源通信节点N1，而在图2所示的第二实施例中，用于分发频率基准的所选择的通信节点是辅助通信节点N3。
第二数据在第二分组(或消息)Ml2内传输。例如，这些第二数据是包含相关的前述标识符的1588V2消息。
在下面的描述中，仅作为例子，认为第二分组(或消息)Ml2通过与用于传输第一分组(或消息)Ml1相同的IP时间分发协议进行传输。但这不是强制性的。实际上，两个不同的时间分发协议可用于分别传输(或分发)第一分组(或消息)Ml1和第二分组(或消息)Ml2。
第二个主要步骤(ii)可由根据本发明的***S的第二模块M2实施。如图1所示，该第二模块M2可位于源通信节点N1内。但这并不是强制性的。实际上，如图2所示，该第二模块M2也可位于辅助通信节点N3内。
该第二模块被配置为生成将通过所选择的时间分发协议由同步源(即源通信节点N1或辅助通信节点N3)在第二消息MI2内传输到一个或多个客户端通信节点N2的第二数据。
优选地，第二模块M2至少部分地由软件模块实现。但是它也可以由电子电路或硬件模块或者硬件和软件模块的组合(尤其当需要硬件时间戳时)实现。在它由软件模块实现的情况下，它被存储在存储器中。
需要注意，当第一模块M1和第二模块M2位于源通信节点N1中时，它们可以是同一个模块(或设备)的两个部分。
如图1所示，当源通信节点N1负责传输第一消息Ml1和第二消息Ml2时，有利地，源通信节点N1在第一通信路径(或链路)P1上传输第一数据并在第二通信路径(或链路)P2上传输第二数据。
在此，“第一通信路径P1和第二通信路径P2”是指分别通过有至少一个中间节点不同的第一和第二组中间节点INi限定的两个通信路径(或链路)。
应当注意，期望第一(通信)路径P1和第二(通信)路径P2尽可能不相同，最好完全不同。
在图2所示的第二实施例中，第一(通信)路径P1和第二(通信)路径P2不同，因为辅助通信节点N3和源通信节点N1在空间上分离，并因此分别连接到不同的中间节点IN1和IN4。
根据本发明的方法的第三个主要步骤(iii)在于区分被发送到客户端通信节点N2的第一和/或第二数据，以便通过由这些所区分的第一和第二数据代表的定时信息和/或频率基准，将其客户端时钟CC与主时钟MC同步。
因此，在第一消息Ml1和第二消息Ml2分别沿着第一路径P1和第二路径P2行进的情况下，如图1和图2所示，如果在第一路径P1或第二路径P2上发生故障，则客户端通信节点N2将仍然接收第二消息Ml2或第一消息Ml1。包含在第一消息Ml1内的第一数据代表与由包含在第二消息Ml2内的第二数据代表的频率基准相关的定时信息，不管哪个路径发生故障，客户端通信节点N2都将任意处置同步其客户端时钟CC所需的定时信息或者频率基准。
例如，如果在第一路径P1上发生故障，则尽管丢失了定时信息，但客户端时钟CC的稳定性可以得到保障。该稳定性为同步拓扑结构重新配置提供更大的(延迟)容限。
如果在第二路径P2上发生故障，则来自同步源N1(图1)或N3(图2)的频率基准被丢失。尽管如此，客户端时钟CC仍然具有定时信息，因此能够根据该定时信息推导出该频率参考的估计。
第三个主要步骤(iii)可由根据本发明的***S的第三模块M3实施。如图1和图2所示，该第三模块M3可位于源通信节点N1内。但这并不是强制性的。实际上，它可耦合或连接到客户端通信节点N2。更一般地，第三模块M3与客户端通信节点N2相关联。
该第三模块M3被配置为区分由其相关联的客户端通信节点N2接收的第一和第二数据，以便向其提供它们所代表的定时信息和频率基准。
优选地，该第三模块M3至少部分地由软件模块实现。但是它也可以由电子电路或硬件模块或者硬件和软件模块的组合(尤其当需要硬件操作时)实现。在它由软件模块实现的情况下，它被存储在存储器中。
应当注意，使用标识符以方便客户端通信节点N2内所接收的第一和第二数据的区分是有利的。
例如，在第一个步骤(i)中，(第一模块M1)可将特定的第一标识符添加到第一数据，在第二个步骤(ii)中，(第二模块M2)可将特定的第二标识符添加到第二数据。在这种情况下，客户端通信节点N2(或更准确地，其相关联的第三模块M3)根据各自的第一和第二标识符来区分所接收的第一和第二数据。
为了在客户端通信节点N2从几个源通信节点N1接收第一消息Ml1和/或从几个同步节点N1或N3接收第二消息Ml2时方便所接收的第一和第二数据的区分，在第一个步骤(i)中，(第一模块M1)还可将源标识符添加到第一数据，在第二个步骤(ii)中，(第二模块M2)还将(同步)源标识符添加到第二数据。在这种情况下，客户端通信节点N2(或更准确地，其相关联的第三模块M3)不仅根据各自的第一和第二标识符而且根据各自的源标识符来区分所接收的第一和第二数据。源标识符例如可以是IP地址。
在一个变形中，(第一模块M1)可将指定其相关联的源通信节点N1的第一标识符和指定该源通信节点N1用于传输第一数据的第一路径P1的第二标识符添加到这些第一数据，在第二个步骤(ii)中，(第二模块M2)还可将指定同步源(或所选择的通信节点)N1或N3的第一标识符和指定用于传输所述第二数据的其它路径的第三标识符添加到所述第二数据。
在这种情况下，客户端通信节点N2(或更准确地，其相关联的第三模块M3)根据各自的第一、第二和第三标识符来区分所接收的第一和第二数据。第一标识符(或源标识符)例如可以是IP地址。
还应当注意，第一消息Ml1和第二消息都可以是在源节点N1或N3与至少一个客户端通信节点N2之间交换的双向消息。但在一个变形中，第一消息Ml1可以是在源通信节点N1与客户端通信节点N2之间交换的双向消息，而第二消息Ml2可以是从同步源N1或N3传输到至少一个客户端通信节点N2的单向消息。
还应当注意，客户端通信节点N2可接收从不同的同步源N1或N3发出的第二消息Ml2。在这种情况下，客户端时钟CC或第三模块M3可被配置为根据至少一个源质量标准，诸如NTP消息内的“Stratum”字段，选择最佳同步源。
本发明并不限于上述仅作为例子的方法、***和第三模块的实施例，其涵盖所有可由本领域的普通技术人员在后面的权利要求的范围内考虑的可选实施例。

Claims (15)

1.一种在数据分组网络中将客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步的方法，其特征在于，包括步骤：i)将代表所述主时钟(MC)的定时信息的第一数据经由时间分发协议从源通信节点(N1)传输到所述客户端通信节点(N2)；ii)将代表与所述定时信息相关的频率基准的第二数据经由时间分发协议从所选择的通信节点(N1，N3)传输到所述客户端通信节点(N2)；以及iii)区分被传输到所述客户端通信节点(N2)内的所述第一数据和/或所述第二数据，以通过由所述所区分的第一数据和第二数据代表的定时信息和/或频率基准将所述客户端时钟(CC)与所述主时钟(MC)同步；其中，在步骤i)和ii)，所述源通信节点(N1)分别经由所述数据分组网络的两个不同的通信路径传输所述第一数据和所述第二数据；其中，在步骤ii)，用于传输所述第二数据的所述所选择的通信节点(N3)与所述源通信节点(N1)不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤ii)，将所述源通信节点(N1)用作用于传输所述第二数据的所述所选择的通信节点(N1，N3)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤i)和ii)，所述源通信节点(N1)将第一标识符添加到所述第一数据，并将第二标识符添加到所述第二数据；在步骤iii)，所述客户端通信节点(N2)根据各自的第一标识符和第二标识符区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤i)，所述源通信节点(N1)将指定所述源通信节点(N1)的第一标识符和指定用于传输所述第一数据的通信路径的第二标识符添加到所述第一数据，在步骤ii)，所述所选择的通信节点(N1，N3)将指定所述所选择的通信节点(N1，N3)的第一标识符和指定用于传输所述第二数据的其它通信路径的第三标识符添加到所述第二数据，在步骤iii)，所述客户端通信节点(N2)根据各自的第一标识符、第二标识符和第三标识符区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其中，在步骤i)和ii)，经由相同的时间分发协议传输所述第一数据和所述第二数据。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，用于根据从至少包括IEEE 1588V2/UDP/IP和NTP/UDP/IP的组中选择的“基于IP”的时间分发协议传输第一数据和/或第二数据。
7.根据权利要求5所述的方法，用于根据从至少包括IEEE1588V2/UDP/IP和NTP/UDP/IP的组中选择的“基于IP”的时间分发协议传输第一数据和/或第二数据。
8.一种用于在数据分组网络中将客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)与主时钟(MC)同步的***(S)，其特征在于，包括：i)第一模块，其与源通信节点(N1)相关联，并被配置为生成代表所述主时钟(MC)的定时信息且将要由所述源通信节点(N1)经由时间分发协议传输到所述客户端通信节点(N2)的第一数据；ii)第二模块，其与所选择的通信节点(N1，N3)相关联，并被配置为生成代表与所述定时信息相关的频率基准且将要由所述所选择的通信节点(N1，N3)经由时间分发协议传输到所述客户端通信节点(N2)的第二数据；以及iii)第三模块，其与所述客户端通信节点(N2)相关联，并被配置为区分所传输的所述第一数据和所述第二数据，以提供它们所代表的定时信息和频率基准，以便所述客户端时钟(CC)通过该定时信息和/或该频率基准与所述主时钟(MC)同步；其中，所述源通信节点(N1)被配置为分别经由所述数据分组网络的两个不同的通信路径传输所述第一数据和所述第二数据；其中，用于传输所述第二数据的所述所选择的通信节点(N3)与所述源通信节点(N1)不同。
9.根据权利要求8所述的***，其中，用于传输所述第二数据的所述所选择的通信节点(N1，N3)是所述源通信节点(N1)。
10.根据权利要求8所述的***，其中，所述第一模块(M1)被配置为将第一标识符添加到所述第一数据，并将第二标识符添加到所述第二数据，所述第三模块(M3)被配置为根据各自的第一标识符和第二标识符区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
11.根据权利要求8所述的***，其中，i)所述第一模块(M1)被配置为将指定所述源通信节点(N1)的第一标识符和指定用于传输所述第一数据的通信路径的第二标识符添加到所述第一数据，ii)所述第二模块(M2)被配置为将指定所述所选择的通信节点(N1，N3)的第一标识符和指定用于传输所述第二数据的其它通信路径的第三标识符添加到所述第二数据，iii)所述第三模块(M3)被配置为根据各自的第一标识符、第二标识符和第三标识符区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
12.根据权利要求8至11任意一项所述的***(S)，用于根据从至少包括IEEE 1588V2/UDP/IP和NTP/UDP/IP的组中选择的“基于IP”的时间分发协议传输第一数据和/或第二数据。
13.一种用于与数据分组网络的客户端通信节点(N2)相关联的第三模块(M3)，其特征在于，所述第三模块(M3)被配置为当所述客户端通信节点(N2)已通过时间分发协议从源通信节点(N1)接收了代表主时钟(MC)的定时信息的第一数据和/或通过时间分发协议从所选择的通信节点(N1，N3)接收了代表与所述定时信息相关的频率基准的第二数据时，区分所接收的所述第一数据和所述第二数据，以提供它们所代表的定时信息和频率基准，以便所述客户端通信节点(N2)的客户端时钟(CC)通过该定时信息和/或该频率基准与所述主时钟(MC)同步；其中，所述源通信节点(N1)被配置为分别经由所述数据分组网络的两个不同的通信路径传输所述第一数据和所述第二数据；其中，用于传输所述第二数据的所述所选择的通信节点(N3)与所述源通信节点(N1)不同。
14.根据权利要求13所述的第三模块，其中，它被配置为根据分别添加到所传输的所述第一数据和所述第二数据的第一标识符和第二标识符区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
15.根据权利要求13所述的第三模块，其中，它被配置为根据添加到所述第一数据并分别指定所述源通信节点(N1)和用于传输所述第一数据的第一通信路径的第一标识符和第二标识符，以及根据添加到所述第二数据并分别指定所述所选择的通信节点(N1，N3)和与所述第一通信路径不 同并用于传输所述第二数据的第二通信路径的第一标识符和第三标识符，区分所传输的所述第一数据和所述第二数据。
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