CN207884639U - 一种网络节点、时间噪声传递特性测量装置和同步通信网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种网络节点、时间噪声传递特性测量装置和同步通信网络，所述网络节点包括：通信收发装置；第一锁定单元，用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号；噪声发生器，用于产生噪声；第二锁定单元，用于获取所述通信收发装置接收的其他网络节点发送的报文，将噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号；时间比较单元，用于获取参考时钟信号和恢复时钟信号的时间差值；控制器，用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。本实用新型实施例不需要采用外部昂贵的测量仪器来测量时间噪声的传递特性，成本较低。

Description

一种网络节点、时间噪声传递特性测量装置和同步通信网络

技术领域

本实用新型实施例涉及网络通信技术领域，特别是涉及一种网络节点、时间噪声传递特性测量装置和同步通信网络。

背景技术

在通信网络中，许多业务的正常运行都要求网络时钟同步，即整个网络各设备之间的时间或频率差保持在合理的误差水平内。精确时间协议(Precision Time Protocol，PTP)是一种时间同步的协议，其用于设备之间的高精度时间同步。通信***中对噪声的传递有着严格的限制，通信***中的每个网络节点都需要对噪声进行过滤。而PTP作为通信***的重要组成部分，其输出时间的噪声特性也有严格要求。目前，是使用专门的仪器测量PTP噪声的传递特性，但是仪器价格昂贵、成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种检测成本较低的网络节点、时间噪声传递特性测量装置和同步通信网络。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：

一种网络节点，所述网络节点包括：

通信收发装置，所述通信收发装置用于接收时钟源信号，以及接收和发送报文；

第一锁定单元，所述第一锁定单元与所述通信收发装置电性连接，用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号；

噪声发生器，用于产生噪声；

第二锁定单元，所述第二锁定单元分别与所述通信收发装置和所述噪声发生器电性连接，用于获取所述通信收发装置接收的其他网络节点发送的报文，将所述噪声发生器产生的噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的所述时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号，所述其他网络节点亦锁定所述时钟源信号；

时间比较单元，所述时间比较单元与所述第一锁定单元和所述第二锁定单元分别电性连接，用于获取所述参考时钟信号和所述恢复时钟信号的时间差值；

控制器，所述控制器与所述时间比较单元电性连接，用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。

可选的，所述网络节点还包括滤波器，所述滤波器电性连接在所述第二锁定单元和所述时间比较单元之间，所述滤波器用于过滤所述恢复时钟信号中的噪声，所述控制器还与所述滤波器电性连接，所述控制器还用于根据所述噪声传递信息修正所述滤波器的参数。

可选的，所述控制器还与显示装置通信连接，以使所述显示装置显示所述噪声传递信息。

可选的，所述时钟源信号为GPS时钟信号。

可选的，所述第一锁定单元为锁相环电路。

可选的，所述时间比较单元为比较器。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的另一个技术方案是：

时间噪声传递特性测量装置，用于网络节点，所述网络节点与其他至少一个网络节点通信连接，所述装置包括：

第一锁定单元，所述第一锁定单元用于与所述网络节点的通信收发装置电性连接，用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号；

噪声发生器，用于产生噪声；

第二锁定单元，所述第二锁定单元分别与所述通信收发装置和所述噪声发生器电性连接，用于获取所述通信收发装置接收的其他网络节点发送的报文，将所述噪声发生器产生的噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的所述时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号，所述其他网络节点亦锁定所述时钟源信号；

时间比较单元，所述时间比较单元与所述第一锁定单元和所述第二锁定单元分别电性连接，用于获取所述参考时钟信号和所述恢复时钟信号的时间差值；

控制器，所述控制器与所述时间比较单元电性连接，用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。

可选的，所述测量装置还包括滤波器，所述滤波器电性连接在所述第二锁定单元和所述时间比较单元之间，所述滤波器用于过滤所述恢复时钟信号中的噪声，所述控制器还与所述滤波器电性连接，所述控制器还用于根据所述噪声传递信息修正所述滤波器的参数。

可选的，所述控制器还与显示装置通信连接，以使所述显示装置显示所述噪声传递信息。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的另一个技术方案是：

一种同步通信网络，所述通信网络包括至少两个上述的网络节点。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例通过在从网络节点本地产生噪声，并将所述噪声叠加到接收的主网络节点报文的原始时间戳上，然后根据经过篡改的时间戳同步主网络节点的时钟获得携带噪声的恢复时钟信号。锁定时钟源信号获得参考时钟信号，因为该从网络节点和主网络节点均基于同一时钟源信号，因此根据参考时钟信号和恢复时钟信号即可获得该噪声的增益即主网络节点到从网络节点的噪声传递信息。不需要采用外部昂贵的测量仪器来测量时间噪声的传递特性，成本较低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的测量装置和网络节点的应用场景示意图；

图2是本实用新型实施例提供的网络节点的硬件结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的网络节点的硬件结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的网络节点的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供的网络节点、时间噪声传递特性测量装置可以用于PTP时间噪声传递特性的测量，适用于如图1所示的应用场景。所述应用场景包括多个网络节点10和参考时钟源20，各个网络节点10 均锁定参考时钟源20发出的时钟源信号(例如通过锁相环锁定时钟源信号)，其中，参考时钟源20例如全球定位***(Global PositioningSystem,GPS)时钟源，北斗卫星导航***时钟源等。

每个网络节点10可以作为PTP主网络节点，用于发布同步时间，也可以作为PTP从网络节点，用于接收同步时间。PTP主网络节点和PTP 从网络节点均基于同一参考时钟源20。PTP从网络节点一方面锁定参考时钟源20发出的时钟源信号获得参考时钟信号，另一方面在从网络节点本地产生噪声，并将所述噪声叠加到接收的主网络节点报文的原始时间戳，然后根据叠加噪声后的所述时间戳同步PTP主网络节点的时钟获得携带噪声的恢复时钟信号，比较所述参考时钟信号和所述携带噪声的恢复时钟信号，就能获得时间噪声的增益即PTP主网络节点和PTP从网络节点间时间噪声的传递信息。

上述网络节点10可以采用图2所示的结构，如图2所示，所述网络节点10包括：

通信收发装置11、第一锁定单元12、第二锁定单元14、噪声发生器16、时间比较单元15和控制器13，通信收发装置11分别与第一锁定单元12和第二锁定单元14电性连接，噪声发生器16与第二锁定单元14电性连接，第一锁定单元12和第二锁定单元14还分别与时间比较单元15电性连接，时间比较单元15和控制器13电性连接。

通信收发装置11用于接收参考时钟源20发送的时钟源信号，以及接收和发送报文，第一锁定单元12用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号，噪声发生器16用于产生噪声，第二锁定单元14用于控制通信收发装置11接收其他网络节点发送的报文，将噪声发生器16产生的噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的所述时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号。时间比较单元15用于获取所述参考时钟信号和所述恢复时钟信号的时间差值。控制器13用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。

其中，第一锁定单元12可以采用锁相环电路，时间比较单元15可以采用比较器，第二锁定单元14可以采用具有一定处理能力的处理器，控制器13可以采用MCU。

其中，获得恢复时钟信号的方法为现有技术，可以采用基于PTP协议的请求应答机制或者端延时机制来获得，下面以请求应答机制为例来说明如何将噪声叠加到报文的原始时间戳。

主网络节点向从网络节点发送Sync报文，并记录发送时间t1；从网络节点收到该报文后，记录接收时间t2。主网络节点发送Sync报文后，发送携带有t1的Follow_Up报文。从网络节点向主网络节点发送 Delay_Req报文，并记录发送时间t3；主网络节点收到该报文后，记录接收时间t4。主网络节点收到Delay_Req报文之后，回复一个携带有 t4的Delay_Resp报文。此时，从网络节点拥有了t1-t4四个时间戳，通过该四个时间戳可以计算出主网络节点和从网络节点间的往返总延时[(t2-t1)+(t4-t3)]，假设网络是对称的，则从网络节点和主网络节点的时间偏差为[(t2-t1)+(t4-t3)]/2，由此可以获得同步主网络节点的恢复时钟。

根据是否需要发送Follow_Up报文，请求应答机制又分为单步模式和双步模式，在单步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Sync报文自己携带，不发送Follow_Up报文，在双步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Follow_Up报文携带。

以单步模式为例，可以将本地噪声叠加到Sync报文的时间戳t1或 t2上，具体的，从网络节点在接收到Sync报文后，可以以合适的采样率(需满足奈斯特定律)提取本地噪声当前相位对应的值，并将该值叠加到t1或t2上。在其他实施例中，也可以将本地产生的噪声叠加到t3 或t4上。

根据叠加噪声后的所述时间戳采用上述获取恢复时钟信号的方法即可获得携带噪声的恢复时钟信号。由于所述参考时钟信号和所述携带噪声的恢复时钟信号基于同一时钟源信号，比较所述参考时钟信号和所述携带噪声的恢复时钟信号即可获得所述噪声的传递特性。具体的，可以先获得所述参考时钟信号与所述携带噪声的恢复时钟信号的时间差值，然后对各个时间差值进行采样，获得时间差值曲线。获取所述时间差值曲线的峰值，将所述峰值与原始噪声进行比较即可获得所述噪声的增益即噪声传递信息。该获得信号增益的方法亦为现有技术，在此不过多描述。

本实用新型实施例通过在从网络节点本地产生噪声，并将所述噪声叠加到接收的主网络节点报文的原始时间戳上，然后根据经过篡改的时间戳同步主网络节点的时钟获得携带噪声的恢复时钟信号。锁定时钟源信号获得参考时钟信号，因为该从网络节点和主网络节点均基于同一时钟源信号，因此根据参考时钟信号和恢复时钟信号即可获得该噪声的增益即主网络节点到从网络节点的噪声传递信息。不需要采用外部昂贵的测量仪器来测量时间噪声的传递特性，成本较低。

进一步的，获得恢复时钟信号后，可对信号中的噪声进行过滤，请参照图3，在网络节点的其他实施例中，网络节点10还包括滤波器17，所述滤波器17电性连接在第二锁定单元14和时间比较单元15之间。在获得所述噪声传递信息之后，还可以显示该噪声传递信息，以提供参考，或者，直接根据该噪声传递信息修正滤波器17的参数。也可以既显示该噪声传递信息，又同时修正滤波器17的参数。请参照图3，在网络节点的其他实施例中，控制器13还与滤波器17电性连接，控制器 13还用于根据所述噪声传递信息修正滤波器17的参数。控制器13还与显示装置30通信连接(有线连接或者无线连接)，以使显示装置30显示所述噪声传递信息。其中，显示装置30可以设置在网络节点10内，也可以设置在网络节点10外。

现有技术中，采用专门的仪器对时间噪声的传递特性进行测量，测量结果在测量端，不能被各PTP网络节点直接利用。本实用新型实施例不仅能将噪声传递信息延时发送到显示端进行实时监控，且能将获得的噪声传递信息实时传递给PTP从网络节点，从而可以使从网络节点直接修正被测对象的滤波器参数，形成闭环控制。需要说明的是，滤波器参数修正方法属于现有技术的范畴，在此不再赘述。

其中，请参照图4，第一锁定单元12、第二锁定单元14、时间比较单元15、噪声发生器16和控制器13也可以组成单独的时间噪声传递特性测量装置40，噪声发生器16与第二锁定单元14电性连接，第一锁定单元12和第二锁定单元14分别与时间比较单元15电性连接，时间比较单元15和控制器13电性连接。在实际使用时，所述测量装置40可以设置在网络节点10上与网络节点10的通信收发装置11电性连接，通信收发装置11分别与第一锁定单元12和第二锁定单元14电性连接。请参照图4，测量装置40还包括滤波器17，滤波器17电性连接在第二锁定单元14和时间比较单元15之间，用于过滤恢复时钟信号中的噪声。控制器13还与滤波器17电性连接，控制器13还用于根据所述噪声传递信息修正滤波器17的参数。控制器13还与显示装置30通信连接，以使显示装置30显示所述噪声传递信息。在图4所示的实施例中，测量装置40包括显示装置30，在测量装置40的其他实施例中，测量装置 40也可以不包括显示装置30。

本实用新型实施例通过在从网络节点本地产生噪声，并将所述噪声叠加到接收的主网络节点报文的原始时间戳上，然后根据经过篡改的时间戳同步主网络节点的时钟获得携带噪声的恢复时钟信号。锁定时钟源信号获得参考时钟信号，因为该从网络节点和主网络节点均基于同一时钟源信号，因此根据参考时钟信号和恢复时钟信号即可获得该噪声的增益即主网络节点到从网络节点的噪声传递信息。不需要采用外部昂贵的测量仪器来测量时间噪声的传递特性，成本较低。

请参照图1，本实用新型实施例还提供了一种同步通信网络，所述通信网络包括至少两个网络节点10，所述网络节点10可以为上述任一实施例描述的网络节点，其具体技术细节请参照上述网络节点的描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种网络节点，其特征在于，所述网络节点包括：

通信收发装置，所述通信收发装置用于接收时钟源信号，以及接收和发送报文；

第一锁定单元，所述第一锁定单元与所述通信收发装置电性连接，用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号；

噪声发生器，用于产生噪声；

第二锁定单元，所述第二锁定单元分别与所述通信收发装置和所述噪声发生器电性连接，用于获取所述通信收发装置接收的其他网络节点发送的报文，将所述噪声发生器产生的噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的所述时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号，所述其他网络节点亦锁定所述时钟源信号；

时间比较单元，所述时间比较单元与所述第一锁定单元和所述第二锁定单元分别电性连接，用于获取所述参考时钟信号和所述恢复时钟信号的时间差值；

控制器，所述控制器与所述时间比较单元电性连接，用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。

2.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述网络节点还包括滤波器，所述滤波器电性连接在所述第二锁定单元和所述时间比较单元之间，所述滤波器用于过滤所述恢复时钟信号中的噪声，所述控制器还与所述滤波器电性连接，所述控制器还用于根据所述噪声传递信息修正所述滤波器的参数。

3.根据权利要求1或2所述的网络节点，其特征在于，所述控制器还与显示装置通信连接，以使所述显示装置显示所述噪声传递信息。

4.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述时钟源信号为GPS时钟信号。

5.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述第一锁定单元为锁相环电路。

6.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述时间比较单元为比较器。

7.一种时间噪声传递特性测量装置，用于网络节点，所述网络节点与其他至少一个网络节点通信连接，其特征在于，所述装置包括：

第一锁定单元，所述第一锁定单元用于与所述网络节点的通信收发装置电性连接，用于锁定时钟源信号，获得参考时钟信号；

噪声发生器，用于产生噪声；

第二锁定单元，所述第二锁定单元分别与所述通信收发装置和所述噪声发生器电性连接，用于获取所述通信收发装置接收的其他网络节点发送的报文，将所述噪声发生器产生的噪声叠加到所述报文的原始时间戳，并根据叠加噪声后的所述时间戳同步所述其他网络节点的时钟，获得恢复时钟信号，所述其他网络节点亦锁定所述时钟源信号；

时间比较单元，所述时间比较单元与所述第一锁定单元和所述第二锁定单元分别电性连接，用于获取所述参考时钟信号和所述恢复时钟信号的时间差值；

控制器，所述控制器与所述时间比较单元电性连接，用于对所述时间差值进行采样，并根据各采样值获得所述网络节点与所述其他网络节点间的噪声传递信息。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括滤波器，所述滤波器电性连接在所述第二锁定单元和所述时间比较单元之间，所述滤波器用于过滤所述恢复时钟信号中的噪声，所述控制器还与所述滤波器电性连接，所述控制器还用于根据所述噪声传递信息修正所述滤波器的参数。

9.根据权利要求7或8所述的测量装置，其特征在于，所述控制器还与显示装置通信连接，以使所述显示装置显示所述噪声传递信息。

10.一种同步通信网络，其特征在于，所述通信网络包括至少两个权利要求1-6任意一项所述的网络节点。