CN103684647B - Ptp数据包在以太网与e1协议间转换的时延消除方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，它包括：（1）数据包从以太网向E1协议转换时，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算发送时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后对得到的发送时延△t进行存储；并根据发送时延△t对后续相应数据包内的时间戳进行处理以消除发送时延；（2）数据包从E1协议向以太网转换时，对不需要处理时间戳的数据包，直接推向以太网；需要处理时间戳的数据包，则根据已存储的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时。本发明可以有效消除PTP数据包在以太网和E1转换过程中产生的延时，即能够将传统的链路时延抖动由传统E1转换器上的几十微妙压缩到纳秒级，大幅度降低链路抖动，有效提高了授时精度。

Description

PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法及装置

技术领域

本发明属于通讯领域，具体地说是一种消除PTP数据包在以太网与E1协议间转换时产生的时延的方法。

背景技术

PTP协议用于分组交换网的时钟同步***，可以提供纳秒级的时钟同步精度，最高可以达到低于10纳秒的同步精度，也是目前基于Ethernet的最高精度时间同步技术。随着人们对时间同步精度要求不断提升，PTP技术也在全世界范围内被广泛研究，并获得了大幅度的性能提升。电力和电信***等相关组织对其表现出浓厚的兴趣，电力***已经逐渐开始应用，但是目前PTP协议还只是出于局域网授时阶段，由于链路抖动的原因还不能在SDH传输网上得到很好的推广。

目前的传输网络以SDH传输网为主题。SDH技术，以其可靠性、可控性、扩展性以及完善的网络体制，在传输网中占着主导地位。SDH光传输***以其特有的优点成为采用有线方式实现高精度时间同步的首选载体。该***不仅具有以频率同步方式传送信号的优越性能，而且提供对信号的处理、监控等功能。特别是SDH自愈环，可以在线路出现故障后，几十毫秒内迅速切换到备用线路，恢复传输功能。SDH光传输***的这些优势使它成为多业务数字网的基础传输网。

目前很多运营商拥有丰富的E1资源，如果PTP能够通过E1接入SDH中进行传输实现小于1us的同步精度，将会减少新设备投入，提高时间同步网络的可靠性，同时加快PTP的大规模运用的速度。

当前市场上面有以太网到E1的转换设备，E1协议转换器。传统E1协议转换器的以太网接口传输速率为100Mbit/s，而E1线路速率为2.046Mbit/s。以太网接口的数据特征为间歇性和突发性，而E1接口的数据特征则是恒定速率传输。E1协议转换器就是要将以太网口的突发数据缓存下来，利用以太网口的间歇期平滑以太网口的数据传输速率，以适应E1口的恒定速率，为以太网口提供接近2.048Mbit/s的传输带宽。

PTP协议自带有链路延时计算机制，但若链路中存在普通E1协议转换器时，由于以太网发送速率为100Mbit/s，而E1线路速率为2.046Mbit/s，两者相差近50倍，并且以太网数据收发具有间歇性和突发性，故发送延时值会在0-488纳秒之间随机波动，这会造成PTP数据包通过协议转换器的时延不确定，导致链路延时抖动过大，造成授时精度下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供了一种以太网与E1协议间转换的机制，能够有效消除转换过程中产生的时延，有效降低链路抖动，提高授时精度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，（1）数据包从以太网向E1协议转换时，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算发送时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后对得到的发送时延△t进行存储；并根据发送时延△t对后续相应数据包内的时间戳进行处理以消除发送时延；（2）数据包从E1协议向以太网转换时，对不需要处理时间戳的数据包，直接推向以太网；需要处理时间戳的数据包，则根据已存储的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时。

数据包从以太网向E1协议转换时，对于Sync、DelayReq、PdelayReq或PdelayResp数据包，则首先从高稳时钟中读取等待开始时间戳T1；当收到E1协议的发送就绪信号后，从高稳时钟中读取等待结束时间戳T2，则（T2-T1）得到发送时延△t。

数据包从以太网向E1协议转换时，对于Follow_up数据包，则获取同组Sync数据包的发送时延△t，然后将Follow_up数据包的发送时间戳t1调整为（t1+△t）。

数据包从以太网向E1协议转换时，对于PdelayRespFollowUp数据包，则获取同组PdelayResp的发送时延△t，然后将PdelayRespFollowUp数据包的发送时间戳t3调整为（t3+△t）。

一种PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除装置，它包括：以太网接收模块，用于接收来自以太网的数据包，并将数据包发送至PTP以太网识别模块；PTP以太网识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则根据PTP报文类型，判断该PTP数据包是否需要计算发送延时；高稳时钟模块，提供高精度稳定时间戳；发送缓存及延时记录模块，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后将得到的发送时延△t存储至延时值存储模块中，当需要处理数据包内时间戳时，将发送时延△t送入发送延时处理模块中；E1发送模块，当E1协议发送就绪时，从发送缓存及延时处理模块中取出发送等待数据包发向E1链路；E1接收模块，用于接收来自E1链路的数据包，并将数据包发送至PTPE1识别模块；PTPE1识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则将数据包送至发送延时处理模块进行下一步处理；发送延时处理模块，根据PTP数据包类型进行相应处理，对不需要处理时间戳的数据包，直接发向以太网；对需要处理时间戳的数据包，则根据延时值存储模块中的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时，再发向以太网；以太网发送模块，将接收到的PTP数据包发向以太网。

一种将时延消除装置应用在SDH网络中的时延消除***，它包括SDH网络以及设置在SDH网络输入端和输出端的时延消除装置，且每个时延消除装置均连接有各自的PTP主、从时钟。

采用上述技术方案的本发明，包括发送缓存及延时处理模块、延时值存储模块和发送延时处理模块，其中发送缓存及延时处理模块根据PTP数据包类型进行相应处理，对需要记录时延的数据包计算发送时延并存储供后续相应类型的数据包处理；延时值存储模块存储各种PTP数据包在转换时产生的发送延时；发送延时处理模块根据PTP数据类型和延时值存储模块中记录的信息对相应的数据包进行处理以消除发送延时。本发明可以有效消除PTP数据包在以太网和E1转换过程中产生的延时，即能够将传统的链路时延抖动由传统E1转换器上的几十微妙压缩到纳秒级，大幅度降低链路抖动，有效提高了授时精度。

附图说明

图1是两个基于PTP数据包在以太网与E1协议间转换时延消除装置组成的***结构图。

图2是基于PTP数据包在以太网与E1协议间转换时延消除装置原理图。

图3是发送缓存及延时记录模块的程序流程图。

图4是发送延时处理模块的程序流程图。

具体实施方式

如图2所示，一种数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，它包括：

（1）数据包从以太网向E1协议转换时，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算发送时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后对得到的发送时延△t进行存储，并根据发送时延△t对后续相应数据包内的时间戳进行处理以消除发送时延；

（2）数据包从E1协议向以太网转换时，对不需要处理时间戳的数据包，直接推向以太网；需要处理时间戳的数据包，则根据已存储的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时。

具体地说，当由以太网向E1转换时，具体实施方式如下：

1、协议转换装置接收以太网数据包。

2、根据协议号判断是否为PTP数据包，不是则抛弃该数据包；若是PTP数据则判断PTP数据包类型：

a）、若为Announce、DelayResp、Follow_up和PdelayRespFollowUp四种报文则直接送入发送缓存及延时记录模块等待发送；

b）、若为Sync、DelayReq、PdelayReq和PdelayResp四种报文则从高稳时钟模块获取等待开始时间戳T1，之后送入发送缓存及延时记录模块等待处理后并发送。

3、在发送缓存及延时记录模块中，根据不同的PTP数据包类型分别进行相应的处理，参见图3：

i、若为Announce和DelayResp二种报文则不进行任何操作，等待发送；

ii、若为Sync、DelayReq、PdelayReq和PdelayResp四种数据包需要记录它们的等待延时，当收到E1发送模块的发送就绪信号后，从高稳时钟模块获取发送等待结束时间戳T2，则（T2-T1）得到发送时延△t，将发送时延△t送入延时值存储模块进行存储；将数据包送入E1发送模块立即发送；

iii、若为Follow_up和PdelayRespFollowUp二种数据包则进行分别处理：对于Follow_up数据包，从延时值存储模块取出同组Sync报文的发送延时值△t，然后将Follow_up数据包的发送时间戳t1调整为（t1+△t）并重新写进Follow_up数据包，这步处理可以使Sync报文达到透传的效果。对于PdelayRespFollowUp数据包，则获取同组PdelayResp的发送时延△t，然后将PdelayRespFollowUp数据包的发送时间戳t3调整为（t3+△t），然后再重新写进PdelayRespFollowUp数据包，这步处理可以使PdelayResp数据包达到透传的效果；之后报文送入E1发送模块立即发送。

4、E1发送模块准备就绪后将数据包发向E1链路。

当由E1向以太网转换时，具体实施方式如下：

1、协议转换装置接收E1包。

2、根据协议号判断是否为PTP数据包，不是则抛弃该数据包；若是则送入发送延时处理模块。

3、在发送延时处理模块中，根据不同的PTP数据包类型分别进行相应的处理，参见图4：

a）、若为Announce、Sync、Follow_up、DelayReq、PdelayReq和PdelayRespFollowUp六种报文则不进行任何操作，直接送至以太网发送模块；

b）、若为DelayResp和PdelayResp二种报文则进行分别处理：DelayResp报文从延时值存储模块取出同组DelayReq报文的发送延时值△t，DelayResp报文包含的DelayReq到达时间戳t2-△t后从新写进DelayResp报文，这步处理可以使DelayReq报文达到透传的效果；PdelayResp报文从延时值存储模块取出同组PdelayReq报文的发送延时值△t，PdelayResp报文包含的PdelayReq到达时间戳t2-△t后从新写进PdelayResp报文，这步处理可以使PdelayReq报文达到透传的效果；之后报文送入以太网发送模块。

4、以太网发送模块将数据包发向以太网。

如2所示，一种基于PTP数据包在以太网与E1协议间转换时延消除装置，包括：

以太网接收模块，用于接收来自以太网的数据包，并将报文发送值PTP识别模块；

PTP以太网识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则根据PTP报文类型，判断该PTP报文是否需要记录发送延时，若不需要则直接送至发送缓存，若需要则从高稳时钟模块读取等待开始时间戳T1；

高稳时钟模块，为其他模块提供高精度稳定时间戳；

发送缓存及延时处理模块，根据PTP数据包类型进行相应处理，不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；若需要计算时延的数据包，待E1发送就绪后从高稳时钟模块获取发送等待结束时间戳T2，T2-T1得到发送延时值△t，将△t送入延时值存储模块进行存储等待后续数据包处理；若需要处理数据包内时间戳则根据延时值存储模块中存储的信息对时间戳进行处理以消除发送延时，之后等待E1发送；

E1发送模块，由于E1链路数据传输速率固定，当E1发送就绪时从发送缓存及延时处理模块取出发送等待数据包发向E1链路；

PTPE1识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则将数据包送至发送延时处理模块进行下一步处理；

发送延时处理模块，根据PTP数据包类型进行相应处理，不需要处理数据包内时间戳的直接发向以太网；需要处理数据包内时间戳则根据延时值存储模块中的存储的信息对时间戳进行处理以消除发送延时，再发向以太网；

以太网发送模块，将接收到的PTP数据包发向以太网。

如图1所示，一种将上述时延消除装置应用在SDH网络中的时延消除***，它包括SDH网络以及设置在SDH网络输入端和输出端的时延消除装置，且每个时延消除装置均连接有各自的PTP主、从时钟。

PTP数据包由以太网转E1时，由于以太网收发速率是E1收发速率的近50倍，发送延时在0-488纳秒间随机波动，需要该装置将PTP部分类型报文的发送延时记录并存储下来，供后续相应PTP报文处理来消除部分报文的发送延时；当PTP数据包由E1转以太网时，由于以太网发送等待时间只有10纳秒，故无需记录本次发送延时值，只需要处理该装置根据PTP报文类型及存储的发送延时值，来消除部分报文的发送延时。

Claims (5)

1.一种PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，其特征在于，它包括：

（1）数据包从以太网向E1协议转换时，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算发送时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后对得到的发送时延△t进行存储；并根据发送时延△t对后续相应数据包内的时间戳进行处理以消除发送时延；数据包从以太网向E1协议转换时，对于Sync、DelayReq、PdelayReq或PdelayResp数据包，则首先从高稳时钟中读取等待开始时间戳T1；当收到E1协议的发送就绪信号后，从高稳时钟中读取等待结束时间戳T2，则（T2-T1）得到发送时延△t；

（2）数据包从E1协议向以太网转换时，对不需要处理时间戳的数据包，直接推向以太网；需要处理时间戳的数据包，则根据已存储的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时。

2.根据权利要求1所述的PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，其特征在于：数据包从以太网向E1协议转换时，对于Follow_up数据包，则获取同组Sync数据包的发送时延△t，然后将Follow_up数据包的发送时间戳t1调整为（t1+△t）。

3.根据权利要求1所述的PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除方法，其特征在于：数据包从以太网向E1协议转换时，对于PdelayRespFollowUp数据包，则获取同组PdelayResp的发送时延△t，然后将PdelayRespFollowUp数据包的发送时间戳t3调整为（t3+△t）。

4.一种PTP数据包在以太网与E1协议间转换的时延消除装置，其特征在于，它包括：

以太网接收模块，用于接收来自以太网的数据包，并将数据包发送至PTP以太网识别模块；

PTP以太网识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则根据PTP报文类型，判断该PTP数据包是否需要计算发送延时；

高稳时钟模块，提供高精度稳定时间戳；所述高稳时钟模块分别与PTP以太网识别模块、发送缓存及延时记录模块连接；

发送缓存及延时记录模块，对不需要计算发送时延的数据包直接送入缓存等待发送；对需要计算时延的数据包，首先计算发送时延△t，然后将得到的发送时延△t存储至延时值存储模块中，当需要处理数据包内时间戳时，将发送时延△t送入发送延时处理模块中；

E1发送模块，当E1协议发送就绪时，从发送缓存及延时处理模块中取出发送等待数据包发向E1链路；

E1接收模块，用于接收来自E1链路的数据包，并将数据包发送至PTPE1识别模块；

PTPE1识别模块，根据协议号识别是否为PTP数据包；若不是则抛弃该数据包；若是则将数据包送至发送延时处理模块进行下一步处理；

发送延时处理模块，根据PTP数据包类型进行相应处理，对不需要处理时间戳的数据包，直接发向以太网；对需要处理时间戳的数据包，则根据延时值存储模块中的发送时延△t对时间戳进行处理以消除发送延时，再发向以太网；

以太网发送模块，将接收到的PTP数据包发向以太网。

5.一种将权利要求4中时延消除装置应用在SDH网络中的时延消除***，其特征在于：它包括SDH网络以及设置在SDH网络输入端和输出端的时延消除装置，且每个时延消除装置均连接有各自的PTP主、从时钟。