專利名稱：用于控制頻率同步的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于控制頻率同步的方法和控制設備。而且，本發明涉及用于控制頻率同步的計算機程序。而且，本發明涉及數據傳輸網絡的網絡元件，例如，路由器或交換機。
背景技術：
數據傳輸網絡包括經由網絡元件之間的數據傳輸鏈路彼此進行通信的網絡元件，諸如，路由器、交換機以及終端設備。在許多數據傳輸網絡中，需要在數據傳輸網絡的各種網絡元件當時的時鐘信號之間實現同步。網絡元件可以被配置成構成主從對，以在數據傳輸網絡內分配定時信息。每個從網絡元件控制其時鐘信號發生器，使得基于從主網絡元件傳輸到從網絡元件的定時消息在從網絡元件中重新生成相應的主網絡元件當時的基準時鐘信號。定時消息可以是例如數據分組或數據幀的協議數據單元“PDU”所包含的時間戳。 每個時間戳都指示出與考慮中的時間戳相關的相應協議數據單元的傳輸時刻的瞬時時間值，其中，該時間值基于在主網絡元件處可用的基準時鐘信號。該定時消息還能夠是定時分組或幀，該定時分組或幀被傳送，使得當以在主網絡元件處可用的基準時鐘信號來進行測量時，兩個連續的定時分組或幀的傳輸時刻之間的時間間隔是恒定的或者以其他方式是已知的。指不一個或多個定時消息的傳輸時刻的一個或多個時間戳還能夠在該一個或多個定時消息之后傳送的一個或多個數據分組或幀中進行傳送。在許多情況下，網絡元件之間的同步被實現為相位同步，其中，基于根據基準時鐘信號傳送的定時消息的接收時刻來形成相位誤差指示符，并且根據相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以便于在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定。然而，相位控制時鐘信號易受定時消息的傳輸延遲變化而導致的干擾的影響。因此，該方法的缺點在于，其趨于會對某些傳輸延遲變化特征過度反應。例如，24小時網絡加載模式和/或延遲變化中的大的改變可能在某些技術中造成問題，諸如，非對稱數字訂戶回路“ADSL”、微波無線電以及千兆無源光網絡“G0PN”。結合特定應用，例如，移動第三代“移動3G”以及后續的長期演進“LTE”技術，不存在相位誤差累積限制，因此相位同步不是絕對的要求，而頻率同步就足夠了。另一方面，現代的恒溫晶振器“0CX0”能夠產生穩定的時鐘信號，并且OCXO的性價比也持續改善。因此，作為使用易受傳輸延遲變化導致的干擾影響的相位同步的替代，可以通過使用高品質OCXO以及與足夠大的更新間隔的頻率同步來實現可以減少傳輸延遲變化的不利影響的更好結果。利用下列符號和假定來說明與頻率同步相關的挑戰。假定從時鐘信號的頻率仁為 其中，fm是基準時鐘信號的頻率，并且e是相對頻率誤差。而且，假定當以基準時
鐘信號測量的時間tm為零時，以從時鐘信號測量的時間％為0。因此，如果假定相對頻率誤差e隨時間推移而不變，得到ts=(l+ e )tm+ 9(I)當tm=Tml時，從主網絡元件傳送第一定時消息TM115當以基準時鐘信號測量時，TMi經歷Cl1的傳輸延遲。因此，當I^=Ud1時，TM1到達從元件。基于等式(I),此時ts=(l+e )(TffllM)+0。因此，當以從時鐘信號測量時，到達從元件的時間是Tsl= (1+ e ) (TffllM)+0。當tm=Tm2吋，從主網絡元件傳送第二定時消息TM2。當以基準時鐘信號測量吋，TM2經歷d2的傳輸延遲。因此，當以從時鐘信號測量吋，到達從元件的時間是Ts2= (1+ e ) (Tm2+d2)+ 0。在TM1和TM2的傳輸時刻之間的以基準時鐘信號所測量的時間間隔是Tm2_Tml。在TM1和TM2的接收時刻之間，以從時鐘信號測量的時間間隔是Ts2 - Tsl= (1+ e ) (Tm2+d2) +9-( (1+ e ) (Tm^d1) +9) =(1+ e ) (Tm2 - Tml) + (1+ e ) (d2 - (I1)(2) 因為值Tml和Tm2能夠作為時間戳從主網絡元件傳輸到從網絡元件，所以從網絡元件知道！'^2-Tnil，或者如果以恒定或其他預定速率傳送定時消息，則從網絡元件能夠形成對于值Tml和Tm2的估計，并且當計算Tm2-Tnil的差時，估計值的未知恒定部分被對消。因此，從網絡元件能夠計算以下量(Ts2 - Tsl) - (Tm2 - Tml) = e (Tm2 - Tml) + (d2 _ (I1) + e (d2 - (I1) (3)如果e (Tm2 - Tml) (d2-(I1)+e (Cl2-Cl1)，則該量可以用于調整從時鐘信號的頻率。相對頻率誤差可以是例如10_8"*10_7，并且Tni2-Tnil可以是例如大約3X104s。因此，e (Tm2 - Tml)可以是3X 10_4…10_3s。將定時消息TM1和TM2選擇為應當是下述定時消息使得傳輸延遲之間的差Cl2-Cl1的絕對值最大為例如e (Tffl2 - Tffll)的絕對值的大約三分之一，即
ICl2-Cl1 I〈10_4…10_3s。因此，定時消息TM1和TM2*當是兩個這樣的消息，其經歷了從主網絡元件至從網絡元件的基本上類似的傳輸延遲。基于頻率控制的從時鐘信號的延遲估計值不適用于找出經歷了基本上類似的傳輸延遲的定時消息，因為例如基于用于TM1和TM2所經歷的延遲的從時鐘信號的估計值為Tsl-Tml=Cl1+ e Cl1+ e Tml+ 0 ,并且Ts2-Tm2=d2+ e d2+ e Tm2+ 0(4)其中，以從時鐘信號測量Tsl和Ts2。因此，估計的延遲包括與在相應的定時消息TM1和TM2的傳輸時刻當時的時間Tml和Tm2成比例的累積誤差分量e Tml和e Tm20US2009052431公開了ー種方法，其中，已經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個定時消息被選擇為，在第一時間窗口內接收到的定時消息中的具有最小估計傳輸延遲的第一定時消息、以及在第二時間窗口內接收的定時消息中的具有最小估計傳輸延遲的第二定時消息。該方法是基于下述假定從主網絡元件到從網絡元件的最小傳輸延遲隨時間推移而保持不變。然而，該假定例如在主網絡元件和從網絡元件之間的路由狀況已經發生變化的情況下無效。用于頻率控制的定時消息之間的時間段可以是24小時或更多，并且上述類型的改變在這樣的長時間段中是可能的。
發明內容
下文提出了簡化的發明內容，以提供對于本發明的各種實施例的ー些方面的基本理解。該發明內容不是本發明的廣泛綜述。該發明內容既不意在標識本發明的重要或關鍵要素，也不意在描述本發明的范圍。下面的的發明內容僅以簡化的形式呈現了本發明的一些原理，作為對于本發明的示例性實施例的更具體描述的序言。
根據本發明的第一方面，提供了一種用于控制頻率同步的新的方法。該方法包括-基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符，該接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號，以便于在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定。其中，為了形成頻率誤差指示符中的每一個的目的，該方法包括計算第一量，該第一量是在已經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，該第二量是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算在第一量和第二量之間的差，并且其中，為了找出已經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，該方法包括-基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每一個都是在各自的 定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差。-利用相位指示符來控制相位控制時鐘信號，以實現在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的相位鎖定，以及-基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息。作為上述相位鎖定的推論，在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的相位誤差的累積是有限的，而如果小頻率誤差長時間不改變其符號，即使頻率誤差很小，在頻率控制時鐘信號中的無限相位誤差也是可能的。因此，當基于與相位控制時鐘信號的相位誤差指示符，搜索已經歷了基本上類似的傳輸延遲的定時消息時，利用先前呈現的等式(4)說明的類似誤差累積不會發生。然而，相位誤差指示符可以與相應的估計傳輸延遲相差未知的恒量，但是在搜索到已經歷了彼此類似的傳輸延遲的這樣的定時消息時這并不重要。例如，每個定時消息的基準時刻可以是與該定時消息相關的恒定相位偏移和接收到的時間戳值的和。如果定時消息以恒定或其他預定速率進行傳送，則能夠本地形成定時消息的基準時刻，使得基準時刻是以相等或其他預定間隔而分隔開的值。根據本發明的第二方面，提供了一種用于控制頻率同步的新的控制設備。該控制設備包括處理器，該處理器被配置成-基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符，接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號，以實現在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間的頻率鎖定。其中，為了形成頻率誤差指示符中的每一個的目的，處理器被配置成計算第一量，該第一量是已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，該第二量是這兩個定時消息的基準時刻之間差；以及計算在第一量和第二量之間的差，并且其中，為了找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，該處理器被配置成-基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每ー個都是在相應定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差，-利用相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，以及-基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息。根據本發明的第三方面，提供了一種新的網絡元件。該網絡元件包括-至少ー個進入端ロ，該至少一個進入端ロ用于接收定時消息，-可控時鐘信號發生器，該可控時鐘信號發生器用于產生第一可控時鐘信號和第ニ可控時鐘信號，網絡元件被配置為根據第一可控時鐘信號來進行操作，以及-根據本發明的實施例的控制設備，該控制設備用于控制時鐘信號發生器，使得第一可控時鐘信號是頻率控制時鐘信號，并且第二可控時鐘信號是相位控制時鐘信號。根據本發明的第四方面，提供了一種用于控制頻率同步的新的計算機程序。該計算機程序包括計算機可執行指令，該計算機可執行令指令用于控制可編程處理器以-基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符，接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定，其中，計算機程序包括用于為了形成頻率誤差指示符中的每ー個的目的而控制可 編程處理器進行下述步驟的計算機可執行指令計算第一量，該第一量是在已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，該第二量是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算在第一量和第二量之間的差，并且其中，計算機程序包括用于為了找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的而控制可編程處理器進行下述步驟的計算機可執行指令-基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每ー個是在各個定時消息的接收時刻的第二值和該定時消息的基準時刻之間的差，-利用相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，以及-基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息。
根據本發明的計算機程序產品包括用根據本發明的計算機程序編碼的非易失性計算機可讀介質，例如，光盤(“⑶”)。在所附從屬權利要求中描述了本發明的多個示例性實施例。當結合附圖閱讀時，從下面的對特定示例性實施例的描述中，將最好地理解與構造和操作方法相關的本發明的各個示例性實施例及其其他目的和優點。在本文中，動詞“包括”用作開放式限定，其既不排除也不要求還存在未列舉的特征。除非明確說明，在從屬權利要求中所列舉的特征是可彼此自由組合的。
以下參考附圖來更詳細地解釋本發明的示例性實施例及其優勢，在附圖中圖I示出了用于控制頻率同步的包括設置有根據本發明的實施例的控制設備的網絡元件的示例性數據傳輸系統的示意圖，以及圖2示出了用于控制頻率同步的根據本發明的實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I示出了包括網絡元件100和網絡元件130的示例性數據傳輸系統的示意圖。網絡元件100和130經由數據傳輸網絡150而彼此連接，該數據傳輸網絡150可以包括經由數據傳輸鏈路彼此互連的若干其他網絡元件。例如，每個網絡元件可以是因特網協議 (“IP”)路由器、以太網交換機和/或多協議標簽交換(“MPLS”)交換機。網絡元件130作為主網絡元件進行操作，并且被配置成將定時消息傳送到作為從網絡元件進行操作的網絡兀件100。網絡兀件130包括時鐘信號發生器115,該時鐘信號發生器115被配置成生成基準時鐘信號116。網絡元件130包括計數器117，該計數器117被配置成生成表示網絡元件130當時的時鐘時間的信號118。網絡元件130被配置成，根據基準時鐘信號116來傳送定時消息。網絡元件130包括處理系統119，該處理系統119用于執行與使用的例如IP、以太網和/或MPLS的數據傳輸協議相關的控制和轉發平面操作。此外，網絡元件130包括至少一個外出端口 121，并且有利地，包括用于連接到數據傳輸網絡150的至少一個進入端口120。網絡元件100包括可控時鐘信號發生器103，該可控時鐘信號發生器103用于生成可控時鐘信號。網絡元件100包括計數器111，該計數器111被配置成生成表示在網絡元件100當時的時鐘時間的信號112。網絡元件100包括處理系統113，該處理系統113用于執行與所使用的數據傳輸協議相關的控制和轉發平面操作。此外，網絡元件100包括至少一個進入端口 102，并且有利地，包括用于連接到數據傳輸網絡150的至少一個出口端口 114。網絡元件100包括用于控制時鐘信號發生器103的根據本發明的實施例的控制設備104。控制設備104包括處理器101，該處理器101被配置成基于在進入端口 102處接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符。接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號105的時間值，該頻率控制時鐘信號105是由可控時鐘信號發生器103生成的第一可控時鐘信號。上述接收時刻的第一值是在定時消息的接收時間處的信號112的瞬時值。處理器101被配置成，利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號105，以在基準時鐘信號116和頻率控制時鐘信號105之間實現頻率鎖定。為了形成頻率誤差指示符中的每一個的目的，處理器101被配置成計算第一量Ts2 - Tsl，該第一量Ts2 - Tsl是在已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差。處理器101被配置成計算第二量T’ s2-t’ sl，該第二量T’ s2 - T’ sl是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差。處理器101被進一步配置成計算在第一量和第二量之間的差(Ts2-Tsl) - (T’ s2-T’ sl)。每個定時消息的基準時刻可以是恒定相位偏移與指示該定時消息的傳輸時刻的時間戳值的和。該時間戳值基于基準時鐘信號116，并且已經將其從網絡元件130傳輸到網絡元件100。恒定相位偏移可以為正、負或零。不論恒定相位偏移如何，基準時刻的差都等于相應時間戳值的差。在網絡元件130以恒定或其他預定速率傳送定時消息的情況下，處理器101可以被配置成本地形成基準時刻，使得基準時刻是以相等或其他已知間隔而分隔開的值。這些本地形成的基準時刻與關于基準時鐘信號116的定時消息的傳輸時刻相對應，除了所述基準時刻具有相對于所述傳輸時刻的未知恒定相移。然而，該未知恒定相移在上述基準時刻的差t’ s2-t’ sl中不起作用。上述差(Ts2 -Tsl) - (T’ s2 - T’ sl)指示出在頻率控制時鐘信號105和基準時鐘信號116之間的頻率差，因為Ts2 - Tsl是以頻率控制的時鐘信號105測量的第一時間間隔的長度，并且T’s2 - T’sl是以基準時鐘信號116測量的第二時間間隔的長度，并且第一時間間隔和第二時間間隔的實際時間長度基本上相等，因為上述兩個定時消息都經歷了從網絡元件130至網絡元件100的基本上類似的傳輸延遲。處理器101被配置成利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號105，以在基準時鐘信號116和頻率控制時鐘信號105之間實現頻率鎖定。
處理器101被配置成，基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符。接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號106的時間值，該相位控制時鐘信號106是由可控時鐘信號發生器103生成的第二可控時鐘信號。上述接收時刻的第二值是在定時消息的接收時間處的信號122的瞬時值。信號122是由相位控制時鐘信號106驅動的計數器123的輸出信號。相位誤差指示符中的每ー個都是在各自定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差。每個定時消息的基準時刻可以是恒定相位偏移和指示該定時消息的傳輸時刻的時間戳的和，該時間戳值已經從網絡元件130傳輸到網絡元件100。在由網絡元件130以恒定或其他預定速率傳送定時消息的情況下，處理器101可以被配置成本地形成基準時刻，使得基準時刻是以相等或其他已知間隔而分隔開的值。用于形成在相位控制中的相位誤差指示符的基準時刻可以是相同的或者以與用于形成頻率控制中的頻率誤差指示符相同的方式來形成，或者用于相位控制的基準時刻可以以與用于頻率控制的那些不同的方式來形成。處理器101被配置成以相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號106，以在基準時鐘信號116和相位控制時鐘信號106之間實現相位鎖定，而且為了找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息。在實踐中，該選擇可以被實現為例如使得將第一定時消息的相位誤差指示符存儲到存儲器中，并且在已經經過了期望的時間段之后，將此后接收到的第二定時消息的相位誤差指示符與存儲的相位誤差指示符逐個進行比較。如果在存儲的相位誤差指示符和第二定時消息中的一個的相位誤差指示符之間的差低于預定容限，則可以認為這兩個定時消息是已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息。還能夠將在第一時間窗ロ內接收到的定時消息的第一相位誤差指示符存儲在存儲器中，將在相對于第一時間窗ロ晚了期望時間量的第二時間窗ロ內接收到的定時消息的第二相位誤差指示符存儲在存儲器中，并且選擇兩個相位誤差指示符使得其中一個來自第一相位誤差指示符，另ー個是來自第二相位誤差指示符，并且這兩個相位誤差指示符之間的差盡可能地小。相位誤差指示符可能與相應的估計傳輸延遲相差未知的恒量，但是當搜索已經經歷了類似傳輸延遲的這樣的定時消息時這并不重要。相位控制時鐘信號106可以被視為輔助時鐘信號，該輔助時鐘信號用于找出其傳輸延遲具有基本上相同的時間長度的這樣的定時消息。在圖I中所示的示例性情況下，可控時鐘信號發生器103包括振蕩器107、用于從振蕩器的輸出信號110產生頻率控制時鐘信號的第一數字可控分頻器108以及用于從振蕩器的輸出信號產生相位控制時鐘信號106的第二數字可控分頻器109。振蕩器107優選地是能夠產生穩定的時鐘信號的恒溫控制晶振器“OCXO”。數字可控分頻器108和109可以是例如能夠產生分頻比為N+ 6的分數N/N+1分頻器，其中，取決于控制信號125或126，6可以是從零至一。當使用穩定的OCXO時，在頻率控制時鐘信號105的頻率控制中的輪詢和更新間隔可以很大。在用于頻率控制的兩個定時消息之間的時間段甚至可以是24小時或更多。然而，該時間間隔涉及用于穩定性檢查目的的若干中間輪詢。例如，針對由于OXCO老化而導致的頻率漂移，在頻率控制中的頻率改變速率Hz/sec被優選地限制為由制造商所指定的最大值的兩倍。得到的封閉頻率控制回路的增益和參數被有利地選擇為使得控制回路存在高阻尼，即，在階躍響應中不存在超調。相位控制時鐘信號106的相位控制的更新間隔優選地明顯更短，例如，與頻率控制相比的短了數十、數百或甚至數千的系數。相位控制回路應當充分響應，以追蹤延遲的趨勢。適當的帶寬可以是大約ImHz,即幾分鐘的時間恒量。相位控制回路帶寬應當被選擇為最小化溫度瞬態的影響。有利地，頻率控制回路應當能夠應對表示日常加載配置文件的12至24小時的時段。頻率控制回路和相位控制回路的時間恒量的比率非常大，例如，24小時5分鐘，即大約300。該時間恒量比率優選地至少為10，并且更優選地至少為100。可控時鐘信號發生器103還能夠包括用于產生頻率控制時鐘信號105的第一可控振蕩器以及用于產生相位控制時鐘信號106的第二可控振蕩器。第一和第二可控振蕩器可以是例如電壓控制振蕩器“VC0”。網絡元件100可以包括用于從生成頻率控制時鐘信號105，即從可控時鐘信號發生器103，對量124進行測量的裝置，該量124指示出頻率控制時鐘信號105的穩定性。網絡元件100可以包括，例如，用于測量振蕩器107的內部和/或環境溫度的溫度傳感器。作為與振蕩器的內部和/或環境溫度相關的信息補充或替代，例如，測量到的量124可以包含例如與振蕩器的電源電壓和/或電流消耗的波動相關的信息。結合特定類型的振蕩器，電流消耗的變化可以指示出振蕩器的溫度已經變化的風險。在根據本發明的實施例的控制設備中，處理器101被配置成監視在頻率控制時鐘信號105和相位控制時鐘信號106之間的偏差。在本發明的實施例中，為了監視該偏差的目的，處理器被配置成計算確定頻率控制時鐘信號的頻率的第一控制信號125與確定相位控制時鐘信號的頻率的第二控制信號126之間的差。在本發明的另一實施例中，為了監視偏差，處理器被配置成將頻率控制時鐘信號105的瞬時相位與相位控制時鐘信號106的瞬時相位作比較。處理器101被配置成，基于測量到的量124來檢測趨于會造成頻率控制時鐘信號105的頻率漂移的本地環境的變化。例如，振蕩器107的內部和/或環境溫度的變化是在頻率控制時鐘信號中的可能頻率漂移的指示。處理器101有利地被配置成，響應于所監視到的在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差以及所檢測到的本地環境的變化兩者都示出了確認頻率控制時鐘信號的頻率漂移的相關性的情況，即，測量到的量124和監視到的偏差明確地指示出振蕩器107的操作的變化的情況，利用或基于相位控制時鐘信號106來替換或校正頻率控制時鐘信號105。因此，相位控制時鐘信號106可以同與例如 溫度變化的環境中的可能改變相關的信息一起使用，用于改善頻率控制時鐘信號105的質量。相位控制時鐘信號不必用于校正或替換頻率控制時鐘信號的示例性情況是其中已經檢測到快速傳輸延遲變化的情況。傳輸延遲變化降低了相位控制時鐘信號的質量，并且因此利用或基于相位控制時鐘信號來替換或校正頻率控制時鐘信號是不明智的。相位控制時鐘信號不必用于校正或替換頻率控制時鐘信號的另ー示例性情況是其中在頻率和相位控制時鐘信號之間的相位差的改變速率高得無法由測量到的溫度變化來解釋的情況。這指示出了存在降低相位控制時鐘信號的質量的傳輸延遲變化噪聲，并且因此，利用或基于該相位控制時鐘信號來替換或校正頻率控制時鐘信號是不明智的。然而，如果基準時鐘信號116的頻率已經改變，基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號會仍然繼續偏離，在該情況下，相位控制時鐘信號有利地用于在新情況下實現收斂。在網絡元件100的正常操作期間，除了使用相位控制時鐘信號來替換或校正頻率控制時鐘信號之外，在啟動階段期間并且在主網絡元件已經改變的情況下，相位控制時鐘信號可以在網絡元件100的操作的開始用于提供初始同步。
在根據本發明的實施例的控制設備中，為了校正頻率控制時鐘信號105的目的，處理器101被配置成，以基于振蕩器107的內部和/或環境溫度的測量到的變化所選擇的預先存儲值來將頻率控制時鐘信號的頻率改變成相位控制時鐘信號的106的頻率。因此，所測量到的溫度確定了頻率調整的幅度，并且相位控制時鐘信號確定了頻率調整的方向，即，増加或減少頻率控制時鐘信號的頻率。在操作的開始，預先存儲值可以基于制造商的振蕩器規格。然后，可以基于測量到的振蕩器的內部和/或環境溫度以及相應的頻率調節來調整預先存儲值，其中相應的頻率調節是根據相位控制時鐘信號要對頻率控制時鐘信號所作出的調節。當調整預先存儲的值時，有利地使用用于去除干擾的適當濾波或其他方法。在圖I中所示的示例性情況下，控制設備104是網絡元件100的一部分。控制設備還能夠是連接到網絡元件的獨立裝置。控制設備的處理器101可以包括一個或多個可編程處理器単元、諸如專用集成電路“ASIC”的一個或多個專用硬件電路、諸如現場可編程門陣列“FPGA”的一個或多個現場可編程邏輯電路、或其組合。圖2示出了用于控制頻率同步的根據本發明的實施例的方法的流程圖。該方法包括-在階段201，基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息來形成相位誤差指示符，_在階段202，利用相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，-在階段203，基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息，以找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息，_在階段204，借助于兩個定時消息來形成頻率誤差指示符，以及_在階段205，利用相位誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定。該方法包括，為了形成頻率誤差指示符，計算第一量，該第一量是上述兩個定時消息的接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，該第二量是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算第一量和第二量之間的差。這兩個定時消息的接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值。基于接收到的定時消息的接收時刻的第二值來形成上述相位誤差指示符，其中，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每一個都是在各自定時消息的接收時刻的第二值和該定時消息的基準時刻之間的差。在根據本發明的實施例的方法中，恒定相位偏移以及與每個定時消息相關的時間戳值的和是該定時消息的基準時刻。在根據本發明的實施例的方法中，定時消息的基準時刻是以相等或其他已知間隔而分隔開的值，使得在任何兩個相繼的基準時刻之間的差是恒定的或以其他方式是已知的。根據本發明的實施例的方法進一步包括-監視頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差，-基于從生成頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量來檢測趨于會導致頻率控制時鐘信號的頻率漂移的環境的變化，以及
-響應于所監視到的在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差以及所檢測到的環境變化均示出了確認頻率控制時鐘信號的頻率漂移的相關性的情況，利用或基于相位控制時鐘信號來替換或校正頻率控制時鐘信號。在根據本發明的實施例的方法中，從生成頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量至少指示出生成頻率控制時鐘信號的系統振蕩器的內部和/或環境溫度。在根據本發明的實施例的方法中，從生成頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量至少指示出生成頻率控制時鐘信號的系統的振蕩器的電源電壓的變化。在根據本發明的實施例的方法中，從生成頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量至少指示出生成頻率控制時鐘信號的系統振蕩器的電流消耗的變化。為了監視在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差的目的，根據本發明的實施例的方法包括計算確定相位控制時鐘信號的頻率的第一控制信號與確定頻率控制時鐘信號的頻率的第二控制信號之間的差。為了監視在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差的目的，根據本發明的實施例的方法包括將相位控制時鐘信號的相位與頻率控制時鐘信號的相位作比較。為了校正頻率控制時鐘信號，根據本發明的實施例的方法包括以基于測量到的振蕩器的內部和/或環境溫度的變化所選擇的預先存儲值來將頻率控制時鐘信號的頻率改變成相位控制時鐘信號的頻率。根據本發明的實施例的計算機程序，包括用于控制頻率同步的軟件模塊。該軟件模塊包括用于控制可編程處理器進行下述步驟的計算機可執行指令-基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符，接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定，其中，軟件模塊包括用于為了形成頻率誤差指示符中的每一個的目的而控制可編程處理器進行下述步驟的計算機可執行指令計算第一量，該第一量是在已經經歷基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間差；計算第二量，該第二量是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算在第一量和第二量之間的差，并且其中，軟件包括用于為了找出已經經歷基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的而控制可編程處理器進行下述步驟的計算機可執行指令
-基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每ー個都是在各自定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差，-利用相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，以及-基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息。軟件模塊可以是例如以適當的編程語言生成的子例程和函數。根據本發明的實施例的計算機程序產品包括用上述軟件模塊編碼的非易失性計算機可讀介質，例如，光盤(“⑶”)。根據本發明的實施例的信號被編碼為承載限定了根據本發明的實施例的計算機程序的信息。 根據本發明的實施例的用于控制頻率同步的控制設備包括-用于基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符的裝置，接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-用于利用頻率誤差指示符來控制頻率控制時鐘信號以在基準時鐘信號和頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定的裝置，其中，為了形成頻率誤差指示符中的每ー個，該控制設備進一歩包括_(i)用于計算第一量的裝置，該第一量是已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差，- (ii)用于計算第二量的裝置，該第二量是在這兩個定時消息的基準時刻之間的差，以及- (iii)用于計算在第一量和第二量之間的差的裝置，并且其中，為了找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，該控制設備進一歩包括_(i)用于基于定時消息的接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符的裝置，接收時刻的第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且相位誤差指示符中的每ー個都是各自定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差，- (ii)用于利用相位誤差指示符來控制相位控制時鐘信號，以在基準時鐘信號和相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定的裝置，以及- (iii)用于基于接收到的定時消息的相位誤差指示符來從接收到的定時消息中選擇兩個定時消息的裝置。控制設備可以，例如但并非必須，進ー步包括-用于監視在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差的裝置，-用于基于從生成頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量來檢測趨于會導致頻率控制時鐘信號的頻率漂移的裝置，以及-用于響應于所監視到的在頻率控制時鐘信號和相位控制時鐘信號之間的偏差和所檢測到的環境的變化兩者均示出了確認頻率控制時鐘信號的頻率漂移的情況、利用或基于相位控制時鐘信號來替換或校正頻率控制時鐘信號的裝置。
上文描述中提供的特定實施例不應被解釋為限制性的。因此，本發明不僅限于上文描述的實施例，許多變體是可能的。
權利要求
1.一種用于控制頻率同步的控制設備(104)，所述控制設備包括處理器(101)，所述處理器(101)被配置成 -基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成頻率誤差指示符，所述接收時刻的所述第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及-利用所述頻率誤差指示符來控制所述頻率控制時鐘信號，以在所述基準時鐘信號和所述頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定， 其中，為了形成所述頻率誤差指示符中的每ー個的目的，所述處理器被配置成計算第一量，所述第一量是已經經歷基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的所述接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，所述第二量是這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算所述第一量和所述第二量之間的差，其特征在于，為了找出已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，所述處理器被配置成 -基于所述定時消息的所述接收時刻的第二值來形成相位誤差指示符，所述接收時刻的所述第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且所述相位誤差指示符中的每一個都是各自定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差， -利用所述相位誤差指示符來控制所述相位控制時鐘信號，以在所述基準時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，以及 -基于所接收到的定時消息的所述相位誤差指示符來從所述接收到的定時消息中選擇所述兩個定時消息。
2.根據權利要求I所述的控制設備，其中，所述處理器被進ー步配置成 -監視在所述頻率控制時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間的偏差， -基于從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量來檢測趨于會導致所述頻率控制時鐘信號頻率漂移的環境變化，以及 -響應于所監視到的在所述頻率控制時鐘信號和所述相位控制時鐘信號之間的偏差以及所檢測到的環境變化兩者均示出了確認所述頻率控制時鐘信號的頻率漂移的相關性的情況，利用或基于所述相位控制時鐘信號來替換或校正所述頻率控制時鐘信號。
3.根據權利要求I或2所述的控制設備，其中，恒定相位偏移以及與每個定時消息相關的時間戳值的和是該定時消息的基準時刻。
4.根據權利要求I或2所述的控制設備，其中，所述定時消息的所述基準時刻是以相等間隔而分隔開的值，使得任何兩個相繼的基準時刻之間的差是恒定的。
5.根據權利要求2-4中的任何ー項所述的控制設備，其中，從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量至少指示出生成所述頻率控制時鐘信號的所述系統的振蕩器的內部和/或環境溫度。
6.根據權利要求2-5中的任何ー項所述的控制設備，其中，從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量指示出下述項中的至少ー個生成所述頻率控制時鐘信號的所述系統的振蕩器的電源電壓的變化、所述振蕩器的電流消耗的變化。
7.根據權利要求2-6中的任何ー項所述的控制設備，其中，為了監視所述頻率控制時鐘信號和所述相位控制時鐘信號之間的所述偏差的目的，所述處理器被配置成計算確定所述相位控制時鐘信號的頻率的第一控制信號與確定所述頻率控制時鐘信號的頻率的第ニ控制信號之間的差。
8.根據權利要求2-7中的任何一項所述的控制設備，其中，為了監視所述頻率控制時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間的所述偏差的目的，所述處理器被配置成將所述相位控制時鐘信號的相位與所述頻率控制時鐘信號的相位作比較。
9.根據權利要求5-8中的任何一項所述的控制設備，其中，為了校正所述頻率控制時鐘信號的目的，所述處理器被配置成以基于測量到的所述振蕩器的內部和/或環境溫度的變化所選擇的預先存儲值，來將所述頻率控制時鐘信號的頻率改變為所述相位控制時鐘信號的頻率。
10.一種網絡元件(100)包括 -至少一個進入端口( 102)，所述至少一個進入端口( 102)用于接收定時消息，以及 -可控時鐘信號發生器(103),所述可控時鐘信號發生器(103)用于產生第一可控時鐘信號和第二可控時鐘信號，所述網絡元件被配置為根據所述第一可控時鐘信號來進行操 作， 其特征在于，所述網絡元件進一步包括根據權利要求1-9中的任何一項所述的控制設備(104)，用于控制所述時鐘信號發生器，使得所述第一可控時鐘信號是所述頻率控制時鐘信號(105)，而所述第二可控時鐘信號是所述相位控制時鐘信號(106)。
11.根據權利要求10所述的網絡元件，其中，所述可控時鐘信號發生器包括振蕩器(107)、以及用于根據所述振蕩器的輸出信號(110)產生所述頻率控制時鐘信號的第一數字可控分頻器(108)和用于根據所述振蕩器的所述輸出信號產生所述相位控制時鐘信號的第二數字可控分頻器(109)。
12.根據權利要求10或11所述的網絡元件，其中，所述網絡元件是下述項中的至少一個因特網協議(“IP”)路由器、以太網交換機、多協議標簽交換(“MPLS”)交換機。
13.一種用于控制頻率同步的方法，所述方法包括 -基于根據基準時鐘信號傳送的接收到的定時消息的接收時刻的第一值來形成(204)頻率誤差指示符，所述接收時刻的第一值被表達為基于頻率控制時鐘信號的時間值，以及 -利用所述頻率誤差指示符來控制(205)所述頻率控制時鐘信號，以在所述基準時鐘信號與所述頻率控制時鐘信號之間實現頻率鎖定，其中，為了形成所述頻率誤差指示符中的每一個的目的，所述方法包括計算第一量，所述第一量是已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的接收時刻的第一值之間的差；計算第二量，所述第二量是這兩個定時消息的基準時刻之間的差；以及計算所述第一量和所述第二量之間的差，其特征在于，為了找到已經經歷了基本上類似的傳輸延遲的兩個這樣的定時消息的目的，所述方法包括 -基于所述定時消息的所述接收時刻的第二值來形成(201)相位誤差指示符，所述接收時刻的所述第二值被表達為基于相位控制時鐘信號的時間值，并且所述相位誤差指示符中的每一個都是在各自定時消息的接收時刻的第二值與該定時消息的基準時刻之間的差， -利用所述相位誤差指示符來控制(202)所述相位控制時鐘信號，以在所述基準時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間實現相位鎖定，以及 -基于所接收到的定時消息的所述相位誤差指示符來從所述接收到的定時消息中選擇(203)所述兩個定時消息。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述方法進一步包括-監視所述頻率控制時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間的偏差， -基于從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量來檢測趨于會導致所述頻率控制時鐘信號的頻率漂移的環境變化，以及 -響應于所監視到的在所述頻率控制時鐘信號和所述相位控制時鐘信號之間的偏差以及所檢測到的環境變化兩者均示出了確認所述頻率控制時鐘信號的頻率漂移的相關性的情況，利用或基于所述相位控制時鐘信號來替換或校正所述頻率控制時鐘信號。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其中，恒定相位偏移以及與每個定時消息相關的時間戳值的和是該定時消息的基準時刻。
16.根據權利要求13或14所述的方法，其中，所述定時消息的所述基準時刻是以相等間隔而分隔開的值，使得在任何兩個相繼的基準時刻之間的差是恒定的。
17.根據權利要求14-16中的任何一項所述的方法，其中，從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量至少指示出生成所述頻率控制時鐘信號的所述系統的振蕩器的內部和/或環境溫度。
18.根據權利要求14-17中的任何一項所述的方法，其中，從生成所述頻率控制時鐘信號的系統所測量到的量指示出下述項中的至少ー個生成所述頻率控制時鐘信號的所述系統的振蕩器的電源電壓的變化、所述振蕩器的電流消耗的變化。
19.根據權利要求14-18中的任何一項所述的方法，其中，為了監視所述頻率控制時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間的偏差的目的，所述方法包括計算確定所述相位控制時鐘的頻率的第一控制信號與確定所述頻率控制時鐘信號的頻率第二控制信號之間的差。
20.根據權利要求14-19中的任何一項所述的方法，其中，為了監視所述頻率控制時鐘信號與所述相位控制時鐘信號之間的所述偏差的目的，所述方法包括將所述相位控制時鐘信號的相位與所述頻率控制時鐘信號的相位作比較。
21.根據權利要求17-20中的任何一項所述的方法，其中，為了校正所述頻率控制時鐘信號的目的，所述方法包括以基于所測量到的所述振蕩器的內部和/或環境溫度的變化所選擇的預先存儲值，來將所述頻率控制時鐘信號的頻率改變為所述相位控制時鐘信號的頻率。
全文摘要
本發明公開了一種用于控制頻率同步的方法和設備。一種用于控制頻率同步的設備，包括處理器(101)，該處理器(101)用于基于接收到的定時消息來控制頻率控制時鐘信號，以在頻率控制時鐘信號與基準時鐘信號之間實現頻率鎖定。為了找出已經經歷了類似的傳輸延遲并且從而適用于頻率控制的這樣的定時消息的目的，處理器被配置成基于定時消息來控制相位控制時鐘信號，以在相位控制時鐘信號與基準時鐘信號之間實現相位鎖定，并且基于與該相位控制相關的相位誤差指示符來選擇要用于頻率控制的定時消息。因此，相位控制時鐘信號是用于執行頻率控制的輔助時鐘信號。
文檔編號H04J3/06GK102801487SQ20121016687
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者肯尼斯·哈恩, 米科·勞萊寧 申請人:特拉博斯股份有限公司