CN102868516A - 同步以太网中时钟信息分发的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种同步以太网中时钟信息分发的方法和装置，其通过各网元的邻居关系管理模块根据网元标识建立各网元的邻居关系表，由时钟源信息管理模块将时钟源产生的时钟标识及时钟质量信息发送给所述邻居关系表中的各邻居网元，建立各网元的时钟源信息数据库，并根据时钟源信息数据库中的信息，由时钟源有效路径计算模块计算出各网元的同步路径，从而得到各网元对时钟源的同步路径；且在网络拓扑发生变化或时钟源不可用时，通过路径切换模块及时钟切换模块重新计算得到各网元新的同步路径，本发明能够有效的防止时钟成环，从而保证了同步网络的同步精度。

Description

同步以太网中时钟信息分发的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，尤其涉及一种同步以太网中时钟信息分发的方法和装置。

背景技术

随着PTN(Packet Transport Network，分组传送网)技术的不断发展，分组传送网的优势得到电信服务提供商的肯定同时，对分组传送网也提出了新的要求，分组时钟同步就是近年来关注的技术之一。分组时钟同步需求是3G/LTE等业务对于组网的客观需求，时钟同步包括时间同步、频率同步两类，常用同步精度需求如下表所示：

为了满足高精度的频率同步需求，目前使用最广泛的技术是同步以太网。同步以太网采用ITU-T G.8264定义的以太网信息同步通道ESMC(Ethernet Synchronization Messaging Channel)报文承载同步状态信息SSM(Synchronization Status Message)。通过发送和接收ESMC报文完成时钟质量信息的传送，完成时钟源的选举，促使整网采用最优的时钟源。

ESMC传递时钟信息编码如下：

SSM编码	时钟质量	质量等级描述	对应的时钟等级
				0010	最高	QL_PRC	G.811
0100	↓	QL_SSUA	G.812
				1000	↓	QL_SSUB	G.812
1011	↓	QL_EEC	G.8262
				1111	最低	QL_DNU	同步源不可用

其中，QL_DNU用于同步路径的反方向传输，由于QL_DNU不能被网元选作同步源，当网元反向给同步源发送SSM时，就可以使用该质量等级告知对端网元，这样在对端网元选择同步源时，就不会考虑该网元，从而避免时钟成环的发生。

如图1a、1b所示，在链形结构的以太网中，各网元均同步于主时钟。当主时钟不可用时，各网元的时钟源发生保护倒换，当网元得知主时钟不可用后，启用备用时钟(即从时钟)，发送备用时钟源质量信息QL_DNU，从而保证不会反向互锁已经失效的时钟源，防止时钟环的出现。如图1b所示为各网元采用从时钟的定时路径同步于从时钟。

但是当网络本身是具有环路的较为复杂的网络时，此防环功能则会失效。如图2a、2b所示，主时钟正常工作时，各网元同步于主时钟，且网元4是经过网元1，网元3的路径同步于主时钟。当主时钟不可用时，网元4会接收网元2的QL_PRC，网元3接收网元4发送的QL_PRC，网元1接收网元3发送的QL_PRC，网元2接收网络1发送的QL_PRC，从而形成时钟环路，即时钟的发送路径为网元2-＞网元4-＞网元3-＞网元1-＞网元2的环路，从而导致整个网络中的各网元间无法正常地实现同步。

针对这一问题，在中国专利申请号为201110185697.0的专利申请公开文本中提出了一种解决方案，其通过扩展ESMC报文，增加时钟源的标识，来克服同步以太网中时钟成环的技术问题。如图3a所示，当时钟信息通过网络回发给始发网元时，始发网元忽略此时钟信息，避免始发时钟源信息的网元错误锁定其自己发出的时钟源。

但是这种方法只能适用于简单的环网环境，对于复杂的全互联网络来说，因为其时钟源信息可以不经过始发网络形成时钟环路，所以上述的机制无法使用。如图3b所示，网元4会接收网元2的QL_PRC，网元3接收网元4发送的QL_PRC，网元2接收网元3发送的QL_PRC，从而形成时钟环路，时钟的发送路径为网元2-＞4-＞网元3-＞网元２，因而也无法使各网元间的时钟同步正常实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，针对同步以太网同步信息的传递过程中会形成时钟环路，提供一种能够高效率的完成同步以太网中时钟同步信息分发的方法和装置，以彻底解决同步以太网中时钟环路的问题，并提高同步以太网的同步精度。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种同步以太网中时钟信息分发的方法，包括：

建立各网元的邻居关系表，该邻居关系表中包括各邻居网元的网元标识；

将时钟源产生的时钟标识及时钟质量信息发送给所述邻居关系表中的各邻居网元，并建立各网元的时钟源信息数据库；以及

根据时钟源信息数据库中的信息，计算出各网元的同步路径。

更进一步地，当网络拓扑关系发生变化时，需要通过更新邻居关系表及时钟源信息数据库，重新计算同步路径。

所述各网元邻居关系表的建立包括：

当网元启用ESMC后，网元通过MAC地址计算出其在网络中的网元标识，并周期性地发送网元标识给相应的邻居；

网元接口监听邻居发现报文，并将启用ESMC功能的端口所收到的报文的网元标识更新至邻居关系表中；以及

周期性地更新邻居关系表中的邻居网元信息并通知时钟源信息数据库进行相应的更新。

所述时钟源信息数据库通过时钟源周期性地发送时钟源信息给邻居关系表中的邻居网元实现更新。

所述各网元的同步路径的计算包括依次比较时钟源信息数据库中的时钟源质量，网元到时钟源间的跳数及网元标识而得。

当紧邻主时钟源的网元检测到主时钟不可用时，发送主时钟源不可用的通告报文，各网元更新时钟源信息数据库，并重新选择一个次优的时钟源，且重新计算各网元的同步路径。

所述时钟源信息数据库中的信息包括各邻居网元的时钟源标识信息，时钟源质量信息，邻居网元的网元标识，以及通过对应的邻居网元到达时钟源的跳数信息。

本发明还提出一种同步以太网中时钟信息分发的装置，包括：

邻居关系表管理模块，用于建立各网元的邻居网元信息的邻居关系表并对其进行周期性的更新；

时钟源信息管理模块，用于将时钟源产生的时钟标识和时钟质量信息发送给所有邻居网元，并尽力各网元的时钟源信息数据库；

时钟源有效路径计算模块，用于根据时钟源信息数据库中的信息，计算各网元的时钟同步路径。

更进一步地，所述邻居关系表管理模块又包括：

网元标识发送模块，用于将启用了ESMC的网元对应的网元标识周期性地发送给相应的邻居网元；

网元标识接收模块，用于接收启用了ESMC端口的邻居发现报文，并获取报文中的网元标识；以及

邻居关系表维护模块，用于周期性地更新邻居网元信息并通知时钟源信息管理模块进行相应的更新操作。

所述装置还包括：

路径切换模块，用于在网络拓扑发生变化时，重新计算各网元的同步路径；以及

时钟切换模块，用于在主时钟不可用时，通过更新后的时钟源信息数据库选择一个次优的时钟源，且重新计算各网元的同步路径。

与现有技术相比，本发明所揭示的同步以太网中时钟信息分发的方法与装置，有效的避免了包括在网络拓扑发生变化，以及时钟源发生变化的情况下，整个网络中的时钟都不会成环，从而保证了同步网络的同步精度。

附图说明

图1a是现有的链形同步网络中各网元同步于主时钟的时钟路径的示意图；

图1b是图1a中主时钟失效后的时钟路径的示意图；

图2a是现有的环形同步网络中各网元同步于主时钟的时钟路径的示意图；

图2b是图2a中主时钟失效后的时钟路径的示意图；

图3a是现有的主时钟失效后增加扩展ESMC报文时的时钟路径示意图；

图3b是图3a应用于另一网络中的时钟路径的示意图；

图4是本发明同步以太网中时钟信息分发的装置的模块图；

图5是本发明同步以太网中建立邻居关系表的示意图；

图6是本发明发送网元标识的流程图；

图7是本发明邻居关系表中收到邻居发现报文的处理流程图；

图8是本发明同步以太网中建立时钟源信息管理模块的示意图；

图9是本发明时钟源发生模块监测时钟源信息的处理流程图；

图10是本发明时钟源信息管理模块中接收到时钟源信息时的处理流程图；

图11是本发明同步以太网中各网元的时钟路径示意图；

图12是本发明同步以太网中网元间故障后的时钟路径示意图；

图13是本发明同步以太网中主时钟不可用后的时钟路径示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图4所示，本发明所揭示的同步以太网中时钟信息分发的装置，其包括邻居关系表管理模块，时钟源信息管理模块，时钟源有效路径计算模块，路径切换模块，以及时钟切换模块。本发明通过在以太网的网元间建立邻居关系表，由时钟源信息管理模块通过时钟源产生唯一的时钟标识及时钟质量信息，然后发布给所有邻居网元，由时钟源有效路径计算模块比较各时钟的优先级及跳数后，选出时钟路径最优的时钟源，同时，在时钟源或网络拓朴发生变化时，通过时钟切换模块和路径切换模块重新选出次优的时钟源及同步路径，从而有效地保证了网络中的同步时钟源，且克服了形成时钟环路的问题。

具体来说，邻居关系表管理模块用于建立包括邻居网元的网元标识的邻居关系表，其包括网元标识发送模块，网元标识接收模块，以及邻居关系表维护模块。如图5所示，所有网元启动后，产生网元的唯一标识，如网元1，网元2，网元3及网元4。

各网元间通过网元标识发送模块及网元标识接收模块发送和接收邻居发现报文，并建立邻居关系表。邻居关系表中包括各邻居网元的网元标识和对应的端口，如图5中网元2的邻居关系表中包括网元1，网元3和网元4，其对应的端口分别为网元1的端口P1，网元2的端口P2，网元3的端口P3。

其中，网元标识发送模块发送网元标识，网元标识接收模块接收邻居网元标识，邻居表维护模块维护邻居表，具体过程如下：

如图6所示，网元标识的发送过程为：当网元启用ESMC后，网元通过MAC地址计算在网络的唯一标识，然后网元周期性发送网元标识给相应的邻居，如网元2将其网元标识及端口P1，P2，P3分别发送给网元1，网元3及网元4。

如图7所示，网元标识的接收过程为：网元接口监听邻居发现报文，当收到正确的邻居发现报文时，首先确定端口是否启用ESMC功能，如果启用则取得报文中的网元标识，对邻居关系表进行刷新或添加动作，否则丢弃此报文。

邻居表的维护过程为：邻居表中每一个条目都有定时器，如果定时器超时，则删除此邻居网元并且通知时钟源信息管理模块进行相应的更新操作。如果邻居对应的接口发生故障，也可以立即删除此邻居并且通知时钟源信息管理模块进行相应的更新操作。

时钟源信息管理模块通过时钟源产生唯一的时钟标识及时钟质量信息，然后将时钟信息发布给所有邻居网元，建立时钟源信息数据库，时钟源的信息发布采用水平分割原则。如图8所示，时钟源包括主时钟A和从时钟B，主时钟A的时钟质量为OL_PRC，从时钟B的时钟质量为QL_SSU，主时钟A的质量较从时钟B的质量等级高，该时钟信息发送给网元1，网元2，网元3及网元4，使各网元分别建立起时钟源信息数据库，如图8中网元2的时钟源信息数据库为：

条目数	时钟源	质量	邻居	跳数	最优
						1	A	QL_PRC	网元1	2	是
2	A	QL_PRC	网元3	3	否
						3	A	QL_PRC	网元4	4	否
4	B	QL_SSU	网元1	4	否
						5	B	QL_SSU	网元3	3	否
6	B	QL_SSU	网元4	2	否

网元4的时钟源信息数据库为：

条目数	时钟源	质量	邻居	跳数	最优
						1	A	QL_PRC	网元2	3	是
2	A	QL_PRC	网元3	3	否
						3	B	QL_SSU	从B	1	否

时钟源信息管理模块又包括时钟源发生模块，时钟源接收模块及时钟源转发模块。

其中，时钟源发生模块运行在时钟源的设备上，用于计算出唯一的时钟源标识，定期发送给相邻的网元，当时钟源质量发生改变时，立即触发更新报文发送给相邻网元。

如图9所示，时钟源接收模负责接收时钟源信息，如果接收到可用的时钟源信息，则加入到时钟源数据库中；如果接收到时钟源更新信息，则更新数据库对应的时钟源信息；如果接收到时钟源删除信息，则删除数据库中对应的时钟源信息。

如图10所示，时钟源转发模块主要负责网元间互相通告时钟源信息。如果网元从某个邻居学习到新时钟源时，则把跳数加上1，然后把时钟源信息发送给其他邻居；如果网元监听到时钟源信息有变化，则立即发送更新报文给邻居；如果网元监听到时钟信息不可用，则立即发送更新报文通过邻居删除相应的时钟源。

时钟源有效路径计算模块主要负责时钟同步路径的计算，扫描时钟源数据库，并执行以下比较及计算：

比较时钟源质量，取出时钟源质量最高的条目，如图8中的网元2的时钟源信息数据库中，包括时钟源A和时钟源B，其中，时钟源A的时钟质量高，因此，将包含时钟源A的条目1，条目2和条目3取出。

如果时钟源质量可以唯一确定同步接口，则选定接口同步；如果存在时钟源质量相同的条目，则比较到时钟源的跳数，跳数最小，为较优的同步路径；如果通过跳数比较可以唯一确实同步接口，则选定接口同步。如图8中网元2的时钟源信息数据库中条目1的跳数最小(为2跳)，因此，网元2的时钟路径选为主时钟A，网元1到网元2的路径。

如果存在跳数相同的条目，则比较时钟源邻居的网元标识；网元标识较小，为较优的同步路径，且选定此邻居对应的接口为同步接口，如图中网元4的时钟源信息数据库中时钟源优先级较高的时钟源A的条目有两条，且这两条的跳数也相同，为3跳，因此，还要比较这两个条目的邻居网元标识，而网元2的标识小于网元3，因此，如图11所示，网元4的时钟路径选为主时钟A，网元1，网元2到网元4的路径。

当然，在本发明的其他实施例中，在比较时钟源邻居的网元标识时，也可将网元标识较大的规定为较优的路径。

而当网络拓朴发生变化时，时钟的同步路径也要发生相应变化。此时，通过路径切换模块重新选定新的时钟路径，而时钟路径重新选定的过程包括由邻居关系表检测故障，并发送不可达信息给相应的邻居网元，由时钟源信息管理模块更新时钟源数据库的信息，且重新计算同步路径。如图12所示，当网元2的端口P2和网元4的端口P2间发生故障时，网元2的时钟源信息数据库中，关于时钟源是主时钟A，邻居是网元4的条目则被删除，同理，网元3的时钟源信息数据库中的时钟源是主时钟A，邻居是网元4的网元条目被删除，网元4的时钟源信息数据库中的时钟源是主时钟A，邻居是网元2的条目被删除。

而当主时钟由于失效或故障等原因不可用时，整网必须通过时钟切换模块选择一个次优的时钟源作为整网的同步时钟源，其包括：

紧邻时钟源的网元检测到时钟源不可用；

发送时钟源不可用的信息报文通告整网；

更新时钟源信息数据库；

重新计算同步路径。

如图13所示，当主时钟A不可用时，网元1发送时钟源不可用的报文给网元2，网元3及网元4，各网元更新时钟源信息数据库，将与时钟源A有关的条目都删除，选择次优的从时钟B为同步网络中的时钟源，同时，各网元通过时钟源有效路径计算模块重新计算出各网元的同步路径，如重新计算后网元1的同步路径为从时钟B，网元4，网元2到网元1的路径。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种同步以太网中时钟信息分发的方法，其特征在于包括：

建立各网元的邻居关系表，该邻居关系表中包括各邻居网元的网元标识；

将时钟源产生的时钟标识及时钟质量信息发送给所述邻居关系表中的各邻居网元，并建立各网元的时钟源信息数据库；以及

根据时钟源信息数据库中的信息，计算出各网元的同步路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当网络拓扑关系发生变化时，需要通过更新邻居关系表及时钟源信息数据库，重新计算同步路径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述各网元邻居关系表的建立包括：

当网元启用ESMC后，网元通过MAC地址计算出其在网络中的网元标识，并周期性地发送网元标识给相应的邻居；

网元接口监听邻居发现报文，并将启用ESMC功能的端口所收到的报文的网元标识更新至邻居关系表中；以及

周期性地更新邻居关系表中的邻居网元信息并通知时钟源信息数据库进行相应的更新。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述时钟源信息数据库通过时钟源周期性地发送时钟源信息给邻居关系表中的邻居网元实现更新。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述各网元的同步路径的计算包括依次比较时钟源信息数据库中的时钟源质量，网元到时钟源间的跳数及网元标识而得。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当紧邻主时钟源的网元检测到主时钟不可用时，发送主时钟源不可用的通告报文，各网元更新时钟源信息数据库，并重新选择一个次优的时钟源，且重新计算各网元的同步路径。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的方法，其特征在于：所述时钟源信息数据库中的信息包括各邻居网元的时钟源标识信息，时钟源质量信息，邻居网元的网元标识，以及通过对应的邻居网元到达时钟源的跳数信息。

8.一种同步以太网中时钟信息分发的装置，其特征在于包括：

邻居关系表管理模块，用于建立各网元的邻居网元信息的邻居关系表并对其进行周期性的更新；

时钟源信息管理模块，用于将时钟源产生的时钟标识和时钟质量信息发送给所有邻居网元，并尽力各网元的时钟源信息数据库；

时钟源有效路径计算模块，用于根据时钟源信息数据库中的信息，计算各网元的时钟同步路径。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述邻居关系表管理模块又包括：

网元标识发送模块，用于将启用了ESMC的网元对应的网元标识周期性地发送给相应的邻居网元；

网元标识接收模块，用于接收启用了ESMC端口的邻居发现报文，并获取报文中的网元标识；以及

邻居关系表维护模块，用于周期性地更新邻居网元信息并通知时钟源信息管理模块进行相应的更新操作。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于还包括：

路径切换模块，用于在网络拓扑发生变化时，重新计算各网元的同步路径；以及

时钟切换模块，用于在主时钟不可用时，通过更新后的时钟源信息数据库选择一个次优的时钟源，且重新计算各网元的同步路径。

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