專利名稱：一種傳送設備及其實現時鐘和時間同步的方法
技術領域：
本發明涉及網絡時鐘和時間同步領域，尤其 涉及一種傳送設備及其實現時鐘和時 間同步的方法。
背景技術：
根據當前網絡對時間同步的要求，以太網基于IEEE1588V2協議和原理實現時間 同步，但基于幀結構的OTN、SDH網絡的時間同步技術還沒有推出。OTN的全稱是光傳送 N (Optical Transport Network), SDH(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)。在基于幀結構的0TN、SDH網絡與基于包結構的網絡(例如以太網)組成的復合網 絡架構中，由于OTN、SDH網絡從基于包結構的網絡接入業務時，傳送設備需要對業務進行 映射解映射，由此會引入較大的包延時變化(PacketDelay Variable, PDV)，導致傳送設備 無法根據網絡延時計算得到精確時間，從而無法與對端的傳送設備進行時間同步。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種傳送設備及其實現時鐘和時間同步的方法，實現穿越 以太網的OTN或者SDH網絡進行時鐘和時間同步。一種實現時鐘和時間同步的方法，該方法包括如下步驟第一傳送設備將生成的同步報文切片后插入數據幀的預定空閑開銷字節中，把同 步報文的報文頭對應的數據幀的預定比特位的發送時間作為第一時間戳tl，并將第一時間 戳tl發送給第二發送設備，其中，所述數據幀為OTN幀或者SDH幀；第二發送設備接收第一發送設備發送的數據幀，從接收到的數據幀中識別出同步 報文的報文頭，并把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第二時間戳 t2 ；第二傳送設備向第一傳送設備發送數據幀，將生成的延遲請求報文切片后插入所 述數據幀的預定空閑開銷字節中，并把延遲請求報文的報文頭對應的數據幀的預定比特位 的發送時間作為第三時間戳t3 ；第一傳送設備接收第二傳送設備發送的數據幀，從接收到的數據幀中識別出延遲 請求報文的報文頭，把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第四時間 戳t4，并把第四時間戳t4傳送給第二傳送設備；第二傳送設備對第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳t3和第四時間戳t4 進行計算，根據計算結果調整時鐘頻率和時間，實現與第一傳送設備的時鐘和時間同步。一種傳送設備，所述傳送設備包括幀處理模塊、時間戳處理模塊、報文識別模塊報 文處理模塊、報文切分模塊、同步處理模塊和時鐘模塊；幀處理模塊接收對端傳送設備發送的數據幀，識別出每一數據幀的預定比特位， 并觸發時間戳處理模塊記錄所述預定比特位的接收時間；
時間戳處理模塊觸發報文識別模塊識別出數據幀中攜帶的同步報文的報文頭，并 把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第二時間戳t2 ；報文識別模塊還從幀處理模塊接收到的數據幀中提取出攜帶第一時間戳tl和第 四時間戳t4的報文，并觸發報文處理模塊從所述報文中提取出第一時間戳tl和第四時間 戳t4 ；其中，第一時間戳tl是對端傳送設備發送同步報文的報文頭對應的數據幀的預定比 特位的時間，第四時間戳t4是對端傳送設備接收延遲請求報文的報文頭對應的數據幀的 預定比特位的時間；報文處理模塊還向報文切分模塊發送所述延遲請求報文；報文切分模塊將所述延遲請求報文切分成多個數據片；幀處理模塊逐一將所述數據片插入到數據幀中發送到對端傳送設備，識別出每一 數據幀的預定比特位，并觸發時間戳處理模塊記錄所述預定比特位的發送時間；時間戳處理模塊觸發報文切分模塊識別出延遲請求報文的報文頭，并把該報文頭 對應的數據幀的預定比特位的發送時間作為第三時間戳t3 ；同步處理模塊對第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳t3和第四時間戳t4 進行計算，并根據計算結果調整時鐘模塊的時鐘頻率和時間，實現與對端傳送設備的時鐘 和時間同步。本發明實施例中，傳送設備把報文頭對應的數據幀的預定比特位的收發時間作為 時間戳，對一系列成對的時間戳進行計算，并根據計算結果調整傳送設備的時鐘頻率和時 間，從而OTN、SDH網絡的傳送設備之間實現時鐘和時間同步。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不 構成對本發明的限定。圖1為基于幀結構的OTN或SDH網絡通過傳送設備連接以太網的網絡架構圖，傳 送設備包括第一傳送設備和第二傳送設備。圖2為圖1中第一傳送設備的功能框圖。圖3為將報文切片后插入OTN或SDH幀并生成時間戳的示意圖。圖4為SDH幀的結構示意圖。圖5為OTN幀的結構示意圖。圖6為圖1中第二傳送設備的功能框圖。圖7為圖1中第二傳送設備與第一傳送設備進行時鐘和時間同步的方法流程圖。
具體實施例方式為了便于本領域一般技術人員理解和實現本發明，現結合附圖描繪本發明的實施 例。在此，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。如圖1所示，是基于幀結構的OTN或SDH網絡12通過第一傳送設備14和第二傳 送設備16連接以太網等基于包結構的網絡的網絡架構圖。第一傳送設備14和第二傳送設 備16用于將接收到的數據包封裝到數據幀中，并通過0TN、SDH網絡12進行交互，他們的角 色根據實現時間同步時的主從關系可以互換。數據幀定幀后，每個比特位都是確定的，所以任何一個比特位都可以標記收發數據幀的時間戳，記錄收發數據幀的精確時間。本發明實 施例中，第一傳送設備14和第二傳送設備16使用數據幀的幀頭來標記時間戳，記錄收發數 據幀的時間。下面提到的數據幀可以是單幀或多個單幀組成的復幀。如圖2所示，為圖1中第一傳送設備14的功能框圖。第一傳送設備14包括幀處 理模塊142、時間戳處理模塊143、報文識別模塊144、報文處理模塊145、報文切分模塊146 和時鐘模塊148。時鐘模塊148提供第一傳送設備14正常工作所需的時鐘頻率和時間，例 如，為時間戳處理模塊143提供實時鐘、為報文識別模塊144和報文切分模塊146提供時鐘 頻率等。報文處理模塊145定時生成同步報文，并將所述同步報文發送到報文切分模塊 146。報文處理模塊145生成同步報文的頻率可以根據需要而設置，例如每秒156位或者 IOM 位。報文切分模塊146將接收到的同步報文切分成多個數據片，并將所述數據片逐一 發送給幀處理模塊142。請一并參考圖3，幀處理模塊142用于生成數據幀發送到第二傳送設備16，逐一將 所述數據片插入到數據幀的預定空閑開銷字節中，識別出每一數據幀的幀頭，并觸發時間 戳處理模塊143記錄幀處理模塊142發送每一數據幀的幀頭的時間。所述數據幀是OTN幀 或者SDH幀，該預定空閑開銷字節可以設定為如圖4所示的SDH幀中MS開銷中的保留字節， 例如Sl字節后面的保留字節；或者是如圖5所示的OTN幀中OTOk或OOTk開銷中的保留字 節。請一并參考圖3，時間戳處理模塊143觸發報文切分模塊146識別出同步報文的報 文頭，并把該報文頭對應的數據幀的幀頭的發送時間作為第一時間戳tl，并把第一時間戳 tl發送到第二傳送設備16。幀處理模塊142還從第二傳送設備16接收數據幀，識別出每一數據幀的幀頭，并 觸發時間戳處理模塊143記錄幀處理模塊142接收每一數據幀的幀頭的時間。時間戳處理模塊143觸發報文識別模塊144識別出數據幀中攜帶的延遲請求報文 的報文頭，把該報文頭對應的數據幀的幀頭的接收時間作為第四時間戳t4，并把第四時間 戳t4發送給第二傳送設備16。在單步傳輸模式下，第一時間戳tl放入同步報文的時間域中傳送，第四時間戳t4 放入響應延遲請求報文生成的延遲應答報文中傳送；在雙步傳輸模式下，第一時間戳tl放 入同步報文的追隨報文中傳送，第四時間戳t4放入響應延遲請求報文生成的延遲應答報 文中傳送。本實施例采用單步傳輸模式，時間戳處理模塊143把第一時間戳tl放入同步報 文的時間域中，并把第二時間戳t4放入響應延遲請求報文生成的延遲應答報文中，并把所 述同步報文和所述延遲應答報文切片后插入數據幀中傳送給第二傳送設備16。如圖6所示，為圖1中第二傳送設備16的功能框圖。所述第二傳送設備16包括 幀處理模塊162、時間戳處理模塊163、報文識別模塊164、報文處理模塊165、報文切分模塊 166、同步處理模塊167和時鐘模塊168。時鐘模塊168提供第二傳送設備16正常工作所需 的時鐘頻率和時間，例如，為時間戳處理模塊163提供實時鐘、為報文識別模塊164和報文 切分模塊166提供時鐘頻率等。幀處理模塊162從第一傳送設備14接收數據幀，識別出每一數據幀的幀頭，并觸發時間戳處理模塊163記錄幀處理模塊162接收每一數據幀的幀頭的時間。時間戳處理模塊163觸發報文識別模塊164識別出數據幀中攜帶的同步報文的報 文頭，把該報文頭對應的數據幀的幀頭的接收時間作為第二時間戳t2，并把第二時間戳t2 上報給同步處理模塊167。報文識別模塊164還從幀處理模塊162接收到的數據幀中提取出同步報文和延遲 應答報文的數據片，將所述數據片組裝成同步報文和延遲應答報文，并觸發報文處理模塊 165從同步報文中提取出第一時間戳tl，從延遲應答報文中提取出第四時間戳t4，然后把 第一時間戳tl和第四時間戳t4上報給同步處理模塊167。報文處理模塊165還定時生成延遲請求報文，并將所述延遲請求報文發送到報文 切分模塊166。報文處理模塊165生成延遲請求報文的頻率可以根據需要而設置，比報文處 理模塊145生成同步報文的頻率要低許多，例如每秒8位或者16位。報文切分模塊166將接收到的延遲請求報文切分成多個數據片，并將數據片逐一 發送給幀處理模塊162。請一并參考圖3，幀處理模塊162用于生成數據幀發送到第一傳送設備14，逐一將 所述數據片插入到數據幀的預定空閑開銷字節中，識別出每一數據幀的幀頭，并觸發時間 戳處理模塊163記錄幀處理模塊162發送每一數據幀的幀頭的時間。所述數據幀是OTN幀 或者SDH幀，該預定空閑開銷字節可以設定為如圖4所示的SDH幀中MS開銷中的保留字節， 例如Sl字節后面的保留字節；或者是如圖5所示的OTN幀中OTOk或OOTk開銷中的保留字 節。請一并參考圖3，時間戳處理模塊163觸發報文切分模塊166識別出延遲請求報文 的報文頭，并把該報文頭對應的數據幀的幀頭的發送時間作為第三時間戳t3，并把第三時 間戳t3上報給同步處理模塊167。同步處理模塊167對接收到的一系列第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳 t3和第四時間戳t4進行計算，并根據計算結果調整時鐘模塊168的時鐘頻率和時間，實現 第二傳送設備16與第一傳送設備14的時鐘和時間同步。具體為，同步處理模塊167獲得一系列的第一時間戳tl和第二時間戳t2后，計算 相鄰第一時間戳tl的差值Atl和相鄰第二時間戳t2的差值At2，如果Atl > At2，表 示第一傳送設備14的時鐘頻率高于第二傳送設備16的時鐘頻率，則控制時鐘模塊168升 高時鐘頻率，反之則控制時鐘模塊168降低時鐘頻率，從而實現第二傳送設備16和第一傳 送設備14的時鐘同步。同步處理模塊167還利用公式Offset = [ (t2_tl) -(t4_t;3) ]/2，計算出第二傳 送設備16和第一傳送設備14的時間偏差值Offset，根據該時間偏差值調整時鐘模塊168 的時間，從而實現第二傳送設備16和第一傳送設備14的時間同步。上述公式也是IEEE 1588V2計算時間偏差Offset的公式。上述傳送設備的實施例中，所述報文頭對應的數據幀可以設定為攜帶該報文頭的 數據幀，或者設定為位于該數據幀后一固定位置的數據幀。如圖7所示，為圖1中第二傳送設備16與第一傳送設備14進行時鐘和時間同步 的方法流程圖。該方法包括如下步驟步驟S201，第一傳送設備14向第二傳送設備16發送數據幀并記錄每一數據幀的幀頭的發送時間，定時生成同步報文，并將生成的同步報文切片后插入數據幀的預定空閑 開銷字節中，把同步報文的報文頭對應的數據幀的幀頭的發送時間作為第一時間戳tl，并 將第一時間戳tl發送給第二傳送設備16。第一傳送設備14生成同步報文的頻率可以根據 需要而設置，例如每秒156位或者1024位。步驟S202，第二傳送設備16從第一傳送設備14接收數據幀并記錄每一數據幀的 幀頭的接收時間，從數據幀中識別出同步報文的報文頭，把該報文頭對應的數據幀的幀頭 的接收時間作為第二時間戳t2，并從第一傳送設備14接收第一時間戳tl。
步驟S203，第二傳送設備16向第一傳送設備14發送數據幀并記錄每一數據幀的 幀頭的發送時間，定時生成延遲請求報文，并將生成的延遲請求報文切片后插入數據幀的 預定空閑開銷字節中，把延遲請求報文的報文頭對應的數據幀的幀頭的發送時間作為第三 時間戳t3。第二傳送設備16生成延遲請求報文的頻率可以根據需要而設置，比第一傳送設 備14生成同步報文的頻率要低許多，例如每秒8位或者16位。步驟S204，第一傳送設備14從第二傳送設備16接收數據幀并記錄每一數據幀的 幀頭的接收時間，從數據幀中識別出延遲請求報文的報文頭，把該報文頭對應的數據幀的 幀頭的接收時間作為第四時間戳t4，并將第四時間戳t4傳送給第二傳送設備16。步驟S205，第二傳送設備16對第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳t3和第 四時間戳t4進行計算，根據計算結果調整時鐘頻率和時間，實現與第一傳送設備14的時鐘 和時間同步。具體為，第二傳送設備16獲得一系列的第一時間戳tl和第二時間戳t2后，計算 相鄰第一時間戳tl的差值Atl和相鄰第二時間戳t2的差值At2，如果Atl> At2，表 示第一傳送設備14的時鐘頻率高于第二傳送設備16的時鐘頻率，則升高第二傳送設備16 的時鐘頻率，反之則降低第二傳送設備16的時鐘頻率，從而實現與第一傳送設備14的時鐘 同步。第二傳送設備16還利用公式Offset = [ (t2_tl) -(t4_t3) ]/2，計算出第二傳送 設備16和第一傳送設備14的時間偏差值Offset，根據該時間偏差值調整第二傳送設備16 的時間，從而實現與第一傳送設備14的時間同步。上述公式也是IEEE1588V2計算時間偏 差Offset的公式。上述方法實施例中，在單步傳輸模式下，第一時間戳tl放入同步報文的時間域中 傳送，第四時間戳t4放入響應延遲請求報文生成的延遲應答報文中傳送；在雙步傳輸模式 下，第一時間戳tl放入同步報文的追隨報文中傳送，第四時間戳t4放入響應延遲請求報文 生成的延遲應答報文中傳送。上述方法實施例中，所述報文頭對應的數據幀可以設定為攜帶該報文頭的數據 幀，或者設定為位于該數據幀之后一固定位置的數據幀。所述數據幀的預定空閑開銷字節 是如圖4所示的SDH幀中MS開銷中的保留字節，例如Sl字節后面的保留字節；或者是如圖 5所示的OTN幀中OTUk開銷或ODUk開銷的保留字節。0ΤΝ, SDH網絡只能通過每一數據幀中的固定字節來發送報文，所以需要多個數據 幀才能完成一個報文的傳送。由此，作為發送方的傳送設備會把報文切分成多個數據片，并 逐一把數據片插入到數據幀的預定空閑開銷字節中發送出去，作為接收方的傳送設備再把 分離的數據片組裝成報文。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換 ， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范 圍為準。
權利要求
1.一種實現時鐘和時間同步的方法，其特征在于，所述方法包括第一傳送設備將生成的同步報文切片后插入數據幀的預定空閑開銷字節中，把同步報 文的報文頭對應的數據幀的預定比特位的發送時間作為第一時間戳tl，并將第一時間戳 tl發送給第二傳送設備，其中，所述數據幀為OTN幀或者SDH幀；第二傳送設備接收第一傳送設備發送的數據幀，從接收到的數據幀中識別出同步報文 的報文頭，并把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第二時間戳t2 ； 第二傳送設備向第一傳送設備發送數據幀，將生成的延遲請求報文切片后插入數據幀 的預定空閑開銷字節中，并把延遲請求報文的報文頭對應的數據幀的預定比特位的發送時 間作為第三時間戳t3;第一傳送設備接收第二傳送設備發送的數據幀，從接收到的數據幀中識別出延遲請 求報文的報文頭，把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第四時間戳 t4，并把第四時間戳t4傳送給第二傳送設備；第二傳送設備對第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳t3和第四時間戳t4進行 計算，根據計算結果調整時鐘頻率和時間，實現與第一傳送設備的時鐘和時間同步。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述數據幀的預定空閑開銷字節是SDH幀中 MS開銷中的保留字節，或者是OTN幀中OTOk或OOTk開銷的保留字節。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述報文頭對應的數據幀是攜帶所述報文 頭的數據幀或者位于該數據幀之后一固定位置的數據幀。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第二傳送設備計算相鄰第一時間戳tl的差 值Atl和相鄰第二時間戳t2的差值At2，并根據Atl與Δ t2的比較結果調整第二傳送 設備的時鐘頻率，實現第二傳送設備和第一傳送設備的時鐘同步。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，第二傳送設備還利用公式Offset= [(t2-tl)-(t4-t;3)]/2，計算出第二傳送設備和第一傳送設備的時間偏差值Offset，并根據 該時間偏差值調整第二傳送設備的時間，實現第二傳送設備和第一傳送設備的時間同步。
6.一種傳送設備(16)，所述傳送設備(16)包括幀處理模塊(162)、時間戳處理模 塊(163)、報文識別模塊(164)、報文處理模塊(165)、報文切分模塊(166)、同步處理模塊 (167)和時鐘模塊(168)；幀處理模塊(16 接收對端傳送設備(14)發送的數據幀，識別出每一數據幀的預定比 特位，并觸發時間戳處理模塊(16 記錄所述預定比特位的接收時間；時間戳處理模塊(16 觸發報文識別模塊(164)識別出數據幀中攜帶的同步報文的報 文頭，并把該報文頭對應的數據幀的所述預定比特位的接收時間作為第二時間戳t2 ；報文識別模塊(164)還觸發報文處理模塊(16 從幀處理模塊(16 接收到的數據幀 中提取出分別提取出第一時間戳tl和第四時間戳t4 ；其中，第一時間戳tl是對端傳送設 備(14)發送同步報文的報文頭對應的數據幀的預定比特位的時間，第四時間戳t4是對端 傳送設備(14)接收延遲請求報文的報文頭對應的數據幀的預定比特位的時間； 報文處理模塊(16 還向報文切分模塊(166)發送所述延遲請求報文； 報文切分模塊(166)將所述延遲請求報文切分成多個數據片； 幀處理模塊(16 逐一將所述數據片插入到數據幀中發送到對端傳送設備(14)，識別 出每一數據幀的預定比特位，并觸發時間戳處理模塊(16 記錄所述預定比特位的發送時間；時間戳處理模塊(16 觸發報文切分模塊(166)識別出延遲請求報文的報文頭，并把 該報文頭對應的數據幀的預定比特位的發送時間作為第三時間戳t3 ；同步處理模塊(167)對第一時間戳tl、第二時間戳t2、第三時間戳t3和第四時間戳t4 進行計算，并根據計算結果調整時鐘模塊(168)的時鐘頻率和時間，實現與對端傳送設備 (14)的時鐘和時間同步。
7.如權利要求6所述的傳送設備，其特征在于，所述數據幀的預定空閑開銷字節是SDH 幀中MS開銷中的保留字節，或者是OTN幀中OTOk或OOTk開銷的保留字節。
8.如權利要求6所述的傳送設備，其特征在于，所述報文頭對應的數據幀是攜帶所述 報文頭的數據幀或者位于該數據幀之后一固定位置的數據幀。
9.如權利要求6所述的傳送設備，其特征在于，同步處理模塊(167)計算相鄰第一時間 戳tl的差值Atl和相鄰第二時間戳t2的差值At2，并根據Atl與Δ t2的比較結果調整 時鐘模塊(168)的時鐘頻率，實現與對端傳送設備(14)的時鐘同步。
10.如權利要求9所述的傳送設備，其特征在于，同步處理模塊(167)利用公式Offset =[(t2-tl)-(t4-t;3)]/2，計算出傳送設備(16)和對端傳送設備(14)的時間偏差值 Offset，并根據該時間偏差值調整時鐘模塊(168)的時間，實現與對端傳送設備(14)的時 間同步。
全文摘要
本發明實施例公開了一種傳送設備及其實現時鐘和時間同步的方法。傳送設備向對端發送數據幀并記錄每一數據幀的幀頭的發送時間，將生成的報文插入數據幀中，并把發送攜帶報文頭的數據幀的幀頭的時間作為發送時間戳。傳送設備從對端接收數據幀并記錄每一數據幀的幀頭的時間，從數據幀中識別出報文頭，并把接收攜帶該報文頭的數據幀的幀頭的時間作為接收時間戳。傳送設備對一系列成對的發送時間戳和接收時間戳進行計算，根據計算結果調整其時鐘頻率和時間，從而實現傳送設備之間的時鐘和時間同步。
文檔編號H04J3/06GK102130735SQ20101053819
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者李明春 申請人:華為技術有限公司