TWI793924B

TWI793924B - 遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法

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Publication number: TWI793924B
Application number: TW110146824A
Authority: TW
Inventors: 胡晉誠; 胡秀芳; 洪裕涵; 游幼蘋; 賴國祥
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-02-21
Also published as: TW202323857A

Abstract

一種遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法，包括：收發器、儲存媒體及處理器。儲存媒體儲存網路管理模組、通道排程模組以及時間量測模組。通道排程模組接收網路管理模組的控制訊號以及使用者的多個待測時間訊號，並依據控制訊號對待測時間訊號進行排程。時間量測模組依次接收經排程後的待測時間訊號，依據量測基準訊號分別與待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果，並傳送至網路管理模組，網路管理模組更用以設定時間差門檻值，接收該些時間量測結果，依據時間差門檻值分別與該些時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。

Description

遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法

本發明是有關於遠端設備線上時間監測，且特別是有關於一種遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法。

時間同步是通訊網路中不可或缺的技術，舉凡電信業、金融業、工業、航空業與國防產業皆有高精度時間同步的需求。為了滿足此需求，網路設備如何接收高精度的時間訊號至關重要。目前取得高精度時間訊號的技術包括:藉由精確時間協定(Precision Time Protocol， PTP)接收上游設備所傳送之時間訊號以及藉由全球衛星系統(Global Navigation Satellite System， GNSS)接收器直接取得世界標準時間。

然而，上述技術皆有潛在穩定度的議題，可能進而影響時間訊號的品質以及網路服務，例如利用精確時間協定傳送時間訊號，其訊號品質可能會受到上游網路設備的影響，或者利用全球衛星系統取得世界標準時間，其訊號品質可能會受天氣、架設環境干擾，或人為破壞、惡意欺騙等影響。此外，在網路中如何有效管理眾多網路設備的時間訊號品質也是一重要議題。

根據過往經驗，行動網路發生障礙或品質劣化問題可能原因很多，需要耗費大量時間釐清，尤其是同步品質逐漸飄移的劣化問題，更是難以掌控，甚至需要攜帶各種不同儀器到現場，每一設備節點逐一量測釐清。而5G行動基地台要求嚴苛的時間同步精確度，例如依國際電信標準按不同應用需求，基地台時間與世界標準時間精準度誤差需小於130ns~1,500ns以內。如果發生時間同步精確度輕微偏離，基地台仍可運作，但可能與鄰近基地台發生干擾或無法互運，而影響服務品質及效能，若嚴重偏離可能造成基地台完全無法服務。

本發明提供一種遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法，可提供遠端設備進行時間同步精準度即時監測，同時服務多路設備，有效提升時間同步監測效率。

本發明的一種遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，包括：收發器、儲存媒體以及處理器。儲存媒體儲存多個模組。處理器耦接儲存媒體和收發器，並且存取和執行該些模組，其中該些模組包括：網路管理模組、通道排程模組以及時間量測模組。通道排程模組與網路管理模組耦接，並且通道排程模組分別與多個使用者通訊連接，以接收網路管理模組的控制訊號以及該些使用者的多個待測時間訊號，並依據控制訊號對該些待測時間訊號進行排程。時間量測模組分別與網路管理模組、通道排程模組耦接，時間量測模組依次接收經通道排程模組排程後的該些待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與該些待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果，並傳送至網路管理模組，其中，網路管理模組更用以設定時間差門檻值，並且網路管理模組接收該些時間量測結果，依據時間差門檻值分別與該些時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中量測基準訊號為量測使用ToD（Time of Day）參考訊號或者全球衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)接收器傳送的世界標準時間訊號。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統更包括時鐘源同步模組，經由收發器接收量測基準訊號並傳送至時間量測模組。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中該些待測時間訊號包括以精確時間協定(Precision Time Protocol, PTP)、通用公共無線電接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或增強型通用公共無線電接口(enhanced CPRI，eCPRI)進行封包的時間戳資料。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中通道排程模組支援L1光層透通(Bypass)、L2 乙太網路（Ethernet）、多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Multiprotocol Label Switching - Transport Profile，MPLS-TP)或L3 因特網協議/多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Internet Protocol/ Multiprotocol Label Switching，IP/MPLS)的網路通道設定，以分別與該些使用者通訊連接。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中網路管理模組支援網路管理系統(Network Management System，NMS)、元件管理系統 (Element Management System，EMS)以及軟體定義網路(Software Defined Network，SDN)的網路元件控制協議。

本發明的一種遠端設備線上時間同步精準度的監測方法，包括：接收控制訊號以及多個使用者的多個待測時間訊號，依據控制訊號對該些待測時間訊號進行排程；依次接收經排程後的該些待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與該些待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果；以及設定時間差門檻值，依據時間差門檻值分別與該些時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測方法，其中量測基準訊號為量測使用ToD（Time of Day）參考訊號或者全球衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)接收器傳送的世界標準時間訊號。

在本發明的一實施例中，上述的遠端設備線上時間同步精準度的監測方法，其中該些待測時間訊號包括以精確時間協定(Precision Time Protocol, PTP)、通用公共無線電接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或增強型通用公共無線電接口(enhanced CPRI，eCPRI)進行封包的時間戳資料。

基於上述，本發明的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法，可遠端且線上量測與同步多個網路設備的時間，有效減少與世界標準時間的誤差，提升量測精準度，有利於時間同步發生異常時定位異常發生點及發出告警訊號即時通報維護人員進行修復，有效提升時間同步監測效率。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的方法、電子裝置以及電腦可讀取儲存媒體的範例。

圖1是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的儲存媒體的示意圖。

請參照圖1及圖2，遠端設備線上時間同步精準度的監測系統10包括收發器110、儲存媒體120以及處理器130。遠端設備線上時間同步精準度的監測系統10適用於對與其通訊連接的多個遠端設備進行時間監測，本發明對此並不限制。

收發器110以無線或有線的方式傳送及接收訊號。收發器110還可以執行例如低噪聲放大、阻抗匹配、混頻、向上或向下頻率轉換、濾波、放大以及類似的操作。

儲存媒體120例如是任何型態的固定式或可移動式的隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、硬碟（hard disk drive，HDD）、固態硬碟（solid state drive，SSD）或類似元件或上述元件的組合，儲存裝置120用以記錄可由處理器130執行的多個指令，更用於儲存可由處理器130執行的多個模組或各種應用程式。在本實施例中，儲存媒體120可儲存包括時鐘源同步模組1201、網路管理模組1202、通道排程模組1203以及時間量測模組1204等多個模組，並且網路管理模組1202、通道排程模組1203以及時間量測模組1204構成用以對遠端設備20（例如使用者1、使用者2…使用者n）進行時間量測的遠端量測模組121，其功能將於後續說明。

處理器130例如是中央處理單元（central processing unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微控制單元（micro control unit，MCU）、微處理器（microprocessor）、數位訊號處理器（digital signal processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（application specific integrated circuit，ASIC）、圖形處理器（graphics processing unit，GPU）、算數邏輯單元（arithmetic logic unit，ALU）、複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device，CPLD）、現場可程式化邏輯閘陣列（field programmable gate array，FPGA）或其他類似元件或上述元件的組合。處理器130可耦接至儲存媒體120以及收發器110，並且存取和執行儲存於儲存媒體120中的多個模組和各種應用程式，以控制遠端設備線上時間同步精準度的監測系統10的整體運作。

圖3是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統與使用者通訊連接的示意圖。圖4及圖5分別是依照本發明的一實施例的使用者時鐘源模組獲取世界標準時間並且提供至使用者的示意圖。

請參照圖3，使用者時鐘源模組1、使用者時鐘源模組2…使用者時鐘源模組n分別獲取世界標準時間以作為其時鐘101、時鐘102…時鐘103，並且分別提供至遠端設備20中的各使用者（使用者1、使用者2…使用者n）以分別作為各使用者的使用者時鐘201、使用者時202…使用者時203。

請參照圖4，在一實施例中，使用者時鐘源模組可經由PTP網路303、PTP主鐘302以及全球衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)接收器301與GNSS30通訊連接，以接收精確時間協定(Precision Time Protocol，PTP) 訊號，從而取得GNSS30提供的世界標準時間。請參照圖5，在另一實施例中，使用者時鐘源模組可直接經由GNSS接收器301與GNSS30通訊連接，以接收量測使用ToD（Time of Day）參考訊號，從而取得GNSS30提供的世界標準時間。如此，使用者1與使用者時鐘源模組1連接，使用者時鐘源模組1依據其時鐘101傳送PTP訊號或ToD參考訊號，使用者1解析此訊號之後得使用者時鐘201，使用者2與使用者時鐘源模組2連接，使用者時鐘源模組2依據其時鐘102傳送PTP訊號或ToD參考訊號，使用者2解析此訊號之後得使用者時鐘202，以此類推，使用者n與使用者時鐘源模組n連接，使用者時鐘源模組n依據其時鐘103傳送PTP或ToD參考訊號，使用者n解析此訊號之後得使用者時鐘203，從而獲取多個待測時間訊號，並且分別傳送多個待測時間訊號至遠端量測模組121。其中多個待測時間訊號包括以精確時間協定(Precision Time Protocol, PTP)、通用公共無線電接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或增強型通用公共無線電接口(enhanced CPRI，eCPRI)進行封包的時間戳資料（例如使用者時鐘201、使用者時鐘202…使用者時鐘203）。由於在解析資料過程中或者在訊號傳輸等情況下可能會有訊號延遲、時間同步校正演算機制設計不佳等狀況，造成使用者時鐘201、使用者時鐘202、使用者時鐘203與世界標準時間之間有誤差，從而導致使用者時鐘201、使用者時鐘202、使用者時鐘203與世界標準時間產生不同程度的時間偏差。

圖6及圖7分別是依照本發明的一實施例的時鐘源同步模組獲取量測基準訊號並且傳送至遠端量測模組的示意圖。

遠端量測模組121與時鐘源同步模組1201連接，時鐘源同步模組1201經由收發器110接收量測基準訊號並傳送至遠端量測模組121。

請參考圖6。在一實施例中，時鐘源同步模組1201可經由PTP主鐘302、GNSS接收器301與GNSS30通訊連接，以接收PTP訊號，從而取得GNSS30提供的世界標準時間，且將量測基準訊號進行調校以達到量測基準訊號與GNSS30提供的世界標準時間同步，並且將量測基準訊號傳送至遠端量測模組121。請參考圖7。在一實施例中，時鐘源同步模組1201可經由GNSS接收器301與GNSS30通訊連接，以接收ToD參考訊號，從而取得GNSS30提供的世界標準時間，且將量測基準訊號進行調校以達到量測基準訊號與GNSS30提供的世界標準時間同步，並且將量測基準訊號傳送至遠端量測模組121。

再請結合圖3，時鐘源同步模組1201依據其時鐘104傳送量測基準訊號至遠端量測模組121，遠端量測模組121將量測基準訊號與自遠端設備20（使用者1、使用者2…使用者n）分別取得的多個待測時間訊號進行後續對多個待測時間訊號排程及各使用者之時鐘相對於世界標準時間的時間差的量測。

再請參照圖2，通道排程模組1203與網路管理模組1202耦接，並且通道排程模組1203與遠端設備20（使用者1、使用者2…使用者n）通訊連接，以接收網路管理模組1202的控制訊號以及多個待測時間訊號，並依據控制訊號對多個待測時間訊號進行排程。其中，通道排程模組1203可依據控制訊號彈性地決定分別與各使用者對應的各通道之排程優先權及自動監測排程時段，並且將各通道之待測時間訊號傳送至時間量測模組1204以分別與量測基準訊號進行時間差的量測。其中通道排程模組1203支援L1光層透通(Bypass)、L2 乙太網路（Ethernet）、多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Multiprotocol Label Switching - Transport Profile，MPLS-TP)或L3 因特網協議/多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Internet Protocol/ Multiprotocol Label Switching，IP/MPLS)的網路通道設定，以分別與使用者1、使用者2…使用者n通訊連接。

時間量測模組1204分別與網路管理模組1202、通道排程模組1203耦接，時間量測模組1204依次接收經通道排程模組1203排程後的多個待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與多個待測時間訊號執行時間差的量測，以獲取多個時間量測結果（分別對應於多個待測時間訊號的時間差），並傳送至網路管理模組1202。在一實施例中，多個待測時間訊號經解析取得自PTP、CPRI或eCPRI封包中的時間戳資料（例如使用者時鐘201、使用者時鐘202…使用者時鐘203），從而取得對應於各使用者的使用者時鐘，時間量測模組1204依據量測基準訊號與多個待測時間訊號量測各使用者時鐘相對於世界標準時間的時間差，並將時間量測結果傳送予網路管理模組1202紀錄及儲存。

網路管理模組1202更用以設定時間差門檻值，並且網路管理模組1202接收上述時間量測結果，依據時間差門檻值分別與上述時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。其中，網路管理模組支援網路管理系統(Network Management System，NMS)、元件管理系統 (Element Management System，EMS)以及軟體定義網路(Software Defined Network，SDN)的網路元件控制協議。在一實施例中，網路管理模組1202可設定時間差門檻值，例如，當量測到其中一使用者時鐘相對於世界標準時間的時間差（也即使用者時鐘與世界標準時間同步有誤差時）超過設定的時間差門檻值，網路管理模組1202發出告警訊號，提醒維護人員前往處理。

圖8是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測方法的流程示意圖。其中所述遠端設備線上時間同步精準度的監測方法可由如圖1至7所示的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統10實施。

在步驟S501中，時鐘源同步模組1201經由收發器110接收量測基準訊號，其中，時鐘源同步模組1201經由收發器110接收GNSS30提供的世界標準時間訊號，以將量測基準訊號進行調校以達到量測基準訊號與世界標準時間同步。

在步驟S502中，通道排程模組1203接收網路管理模組1202的控制訊號以及多個使用者的多個待測時間訊號，依據控制訊號對待測時間訊號進行排程。多個待測時間訊號為自PTP、CPRI或eCPRI封包中取得的時間戳資料（例如使用者時鐘201、使用者時鐘202…使用者時鐘203）經解析取得對應於各使用者的使用者時鐘。

在步驟S503中，時間量測模組1204依次接收經排程後的待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果。在一實施例中，時間量測模組1204依據量測基準訊號分別與待測時間訊號執行時間量測，以獲取分別對應於待測時間訊號的時間差（也即使用者時鐘與世界標準時間同步有誤差）。

在步驟S504中，網路管理模組1202設定時間差門檻值，依據時間差門檻值分別與時間量測結果（例如對應於待測時間訊號的時間差）進行比對，判斷對應於其中一待測時間訊號的時間差是否小於時間差門檻值，以決定是否發出告警訊號。

在步驟S505中，若對應於其中一待測時間訊號的時間差小於時間差門檻值，則結束。

在步驟S506中，若對應於其中一待測時間訊號的時間差不小於時間差門檻值，則發出告警訊號。

綜上所述，本發明的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統及其方法，在其中一待測時間訊號的時間差不小於時間差門檻值時，遠端設備線上時間同步精準度的監測系統會發出告警訊號，即時通報維護人員進行修復，不僅可遠端且線上量測同步多個網路設備的時間，有效減少與世界標準時間的誤差，提升量測精準度，有利於時間同步發生異常時定位異常發生點及發出告警訊號即時通報維護人員進行修復，有效提升時間同步監測效率。

10:遠端設備線上時間同步精準度的監測系統 110:收發器 120:儲存媒體 130:處理器 1、2、n:使用者、使用者時鐘源模組 101、102、103、104:時鐘 201、202、203:使用者時鐘 121:遠端量測模組 1201:時鐘源同步模組 1202:網路管理模組 1203:通道排程模組 1204:時間量測模組 20:遠端設備 30:全球衛星系統 301:GNSS接收器 302:PTP主鐘 303:PTP網路 S501-S506:步驟

圖1是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的儲存媒體的示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統與使用者通訊連接的示意圖。圖4及圖5分別是依照本發明的一實施例的使用者時鐘源模組獲取世界標準時間並且提供至使用者的示意圖。圖6及圖7分別是依照本發明的一實施例的時鐘源同步模組獲取量測基準訊號並且傳送至遠端量測模組的示意圖。圖8是依照本發明的一實施例的遠端設備線上時間同步精準度的監測方法的流程示意圖。

S501-S506:步驟

Claims

一種遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，包括：收發器；儲存媒體，儲存多個模組；以及處理器，耦接該儲存媒體和該收發器，並且存取和執行該些模組，其中該些模組包括：網路管理模組；通道排程模組，與該網路管理模組耦接，並且該通道排程模組分別與多個使用者通訊連接，以接收該網路管理模組的控制訊號以及該些使用者的多個待測時間訊號，並依據該控制訊號對該些待測時間訊號進行排程；以及時間量測模組，分別與該網路管理模組、該通道排程模組耦接，該時間量測模組依次接收經該通道排程模組排程後的該些待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與該些待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果，並傳送至該網路管理模組，其中該量測基準訊號為量測使用ToD(Time of Day)參考訊號或者全球衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收器傳送的世界標準時間訊號，其中，該網路管理模組更用以設定時間差門檻值，並且該網路管理模組接收該些時間量測結果，依據該時間差門檻值分別與該些時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。
如請求項1所述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中該系統更包括：時鐘源同步模組，經由該收發器接收該量測基準訊號並傳送至該時間量測模組。
如請求項1所述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中該些待測時間訊號包括以精確時間協定(Precision Time Protocol,PTP)、通用公共無線電接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或增強型通用公共無線電接口(enhanced CPRI，eCPRI)進行封包的時間戳資料。
如請求項1所述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中該通道排程模組支援L1光層透通(Bypass)、L2乙太網路(Ethernet)、多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Multiprotocol Label Switching-Transport Profile，MPLS-TP)或L3因特網協議/多重通訊協定標籤交換-傳輸檔案(Internet Protocol/Multiprotocol Label Switching，IP/MPLS)的網路通道設定，以分別與該些使用者通訊連接。
如請求項1所述的遠端設備線上時間同步精準度的監測系統，其中該網路管理模組支援網路管理系統(Network Management System，NMS)、元件管理系統(Element Management System，EMS)以及軟體定義網路(Software Defined Network，SDN)的網路元件控制協議。
一種遠端設備線上時間同步精準度的監測方法，包括：接收控制訊號以及多個使用者的多個待測時間訊號，依據該控制訊號對該些待測時間訊號進行排程；依次接收經排程後的該些待測時間訊號，且依據量測基準訊號分別與該些待測時間訊號執行時間量測以獲取多個時間量測結果，其中該量測基準訊號為量測使用ToD(Time of Day)參考訊號或者全球衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收器傳送的世界標準時間訊號；以及設定時間差門檻值，依據該時間差門檻值分別與該些時間量測結果進行比對，以決定是否發出告警訊號。
如請求項6所述的遠端設備線上時間同步精準度的監測方法，其中該些待測時間訊號包括以精確時間協定(Precision Time Protocol,PTP)、通用公共無線電接口(Common Public Radio Interface，CPRI)或增強型通用公共無線電接口(enhanced CPRI，eCPRI)進行封包的時間戳資料。