在電信網絡中通過精確時間協議同步分布式時鐘的方法
【技術領域】
[0001] 本發明一般地涉及電信網絡中的路徑延遲的估計，以便同步分布式時鐘。
【背景技術】
[0002] 精確時間協議（Precision Time Protocol) (PTP)是用于在整個通信網絡中同步 時鐘的標準化協議。在2008年發布了修訂后的標準IEEE1588-2008。該新版本也被稱為協 議PTPv2〇
[0003] PTP的操作依賴于對被稱為主的時間源與被稱為從的給定時間接收器之間的通信 路徑延遲的測量。該處理涉及所述主與所述從之間的消息事務，其中傳送和接收的精確時 間被測量/捕獲一一優選地在硬件級上。包含捕獲時間信息的消息可被修改以考慮它們的 路徑延遲，從而提供了傳遞的時間信息的更精確的表達。
[0004] IEEE 1588-2008標準描述了時鐘分布的分層主從架構。在此架構下，時間分布系 統包括一個或多個通信介質（網段），和一個或多個時鐘。
[0005] 普通的時鐘是具有一個PTP端口的設備，并且其還是同步分發鏈的源（主）或目 的地（從）。
[0006] 邊界時鐘有多個PTP端口，并能準確地橋接同步網段，從一個網段到另一個分發 時間參考。為系統中的每一網段選擇同步主（master)作為相對時間參考。絕對時間參考 是由超級主（grandmaster)表示。超級主將同步信息傳送到時鐘，所述時鐘位于其指定網 域/段之內。邊界時鐘位于網段上，盡可能準確地恢復絕對時間參考，隨后分發被恢復的時 間參考至與其相連接的下游網段。
[0007] 超級主表示絕對時間源。超級主、邊界時鐘與（普通）從時鐘被組織成樹狀層次 結構，超級主做為該層次結構的根、從時鐘做為其的葉、邊緣時鐘作為中間元素。超級主穿 過該樹狀層次結構向從時鐘分發時間參考。超級主與給定從時鐘之間的同步路徑可被分解 為具有上游段的從成為下游段的主的一系列主與從的對。在給定一對上述主與從之間部署 透明時鐘。
[0008] IEEE 1588-2008引入與用來傳遞PTP消息的網絡裝備相關的所謂的透明時鐘。 在PTP消息穿越透明時鐘時，該網絡設備修改PTP消息（頭）。透明時鐘處理包括測量 PTP消息在該網絡設備中的停留時間（residence time)，以及在位于PTP消息報頭被稱為 correctionField的字段累積該測量。該方法通過補償穿過網絡設備的停留時間變化，提高 了同步分發的準確性。
[0009] 存在兩種類型的透明時鐘：
[0010] -端到端透明時鐘，為每個同步分組（例如Synch消息）測量和更新停留時間。
[0011] -對等透明時鐘，執行與端到端透明時鐘類似的操作。此外，它們測量與入口傳 輸路徑（由對等透明時鐘或主時鐘描繪的上游通信路徑）相關聯的鏈路延遲，并同樣在 correctionField 累積該延遲。
[0012] 在任何給定的主與從對之間的路徑的PTP延時測量過程實質上涉及兩個消息的 精確計時：Sync消息和Delay_Req消息。由這兩個消息的交換獲得的往返延遲的一半提供 了為單程（在主至從通信方向）延遲的估計。因此，這樣的估計的準確度通常受兩種類型 的噪聲影響：
[0013] -第一種是分組延遲變化（Packet Delay Variation) (F1DV)，其代表了在給定的同 步路徑上由不同同步分組經歷的延遲的變化。該變化使得與同步消息相關聯的估計的路 徑延遲是充滿噪音的，因為在路徑延遲估計事件和實際消息傳送事件之間存在時間上的差 異。
[0014] -第二種類型的噪聲是延遲不對稱，其代表了通信的單程與其相反的單程之間的 路徑延遲的差異。從時間偏移誤差在理論上等于延遲不對稱的一半。
[0015] PTPv2協議提供了透明時鐘以便解決影響同步分發的準確性的上述噪聲。透明時 鐘實質上測量在相關聯的網絡裝備內的同步消息停留時間。測量的停留時間在位于該同步 分組頭內的correctionField中累積。對于嚴格的同步需求，透明時鐘必須非常準確的執 行所有操作，并且在操作（以PTPV2消息速率）上不引入額外的延遲。
[0016] 透明時鐘通常部署于給定的主與從時鐘對之間，以便測量穿過被遍歷網絡節點的 同步消息停留時間。全部測量的停留時間之和由從（或主）取為（taken off)端到端路徑 延遲。這使得實現透明時鐘的節點在端到端路徑延遲預算方面向從（或主）"透明"。
[0017] 在IEEE 1588-2008標準中，同樣引入對等延遲機制用于估計相鄰透明時鐘之間、 或透明時鐘與直接（即相鄰的）主或直接（即相鄰的）從之間的路徑延遲。所測量的這些 路徑延遲以及延遲不對稱，由對等透明時鐘在Sync消息的correctionField內累積，所以 除了遍歷的網絡節點停留時間之外，從時鐘還可以得知它們。有了全部的這些信息，從可以 更精確地計算其關于主時鐘的時間尺度的偏移，因為這種計算具有較少的與分組延遲變化 和延遲不對稱有關的卩栄聲。
[0018] 圖1示出了網絡示例性部分中的基本對等延遲方法，所述網絡包括兩個IP路由器 IPRA和IPRB，每個均包括對等（P2P)透明時鐘（P2PTCA和P2PTCB)和至少兩個精確時間協 議（PTP)端口。例如IP路由器IPRA包括兩個PTP端口 PAl和PA2 ;IP路由器IPRB包括兩 個PTP端口 PBl和PB2。路由器IPRA的PTP端口 PAl直接地鏈接（即沒有中間網絡節點） 至路由器IPRB的PTP端口 PBl。
[0019] 路由器IPRB向路由器IPRA發送Pdelay_Req消息。后者回復Pdelay_Resp消息。 路由器IPRB隨后估計由路由器IPRA和路由器IPRB之間的鏈路引入的路徑延遲。
[0020] 之后，路由器IPRA接收源自主時鐘并打算經由路由器IPRA和IPRB到達至少一個 從時鐘的Synch消息SYNC。該消息將同步信息攜帶到所述從。
[0021] 對于圖1的拓撲，將估計的路徑延遲（或鏈路延遲）與Sync消息關聯是沒有問題 的，因為只有一個可能的路徑。路由器IPRB的對等透明時鐘PTPTCB通過將路由器IPRA和 路由器IPRB之間的估計的路徑延遲考慮在內，更新correctionField。
[0022] 然而，在對等延遲機制的部署上的PTPv2標準中存在擔憂，特別是在對等延遲實 體沒有直接鏈接時，這意味著它們被至少一個中間節點（如果后者是一個不支持PTPv2的 網絡節點，或者如果它是包括端到端透明時鐘的網絡節點）所分隔；
[0023] 對于本說明書的其它部分，我們將此類部署描述為"非逐段鏈路（non link-by-link) "的對等延遲機制的部署。
[0024] 需要注意的是，對等透明時鐘和相關聯的網絡節點執行非常不同的特定操作。因 此，對等透明時鐘僅執行在PTP消息（頭）上的修改，而相關聯的網絡負責PTP消息的轉發 和封裝。
[0025] 為簡單起見，對于本文獻的其它部分以及對于全部執行的操作，提到的對等透明 時鐘以及提到的相關聯的網絡節點是可互換的。
[0026] IEEE 1588-2008標準的條款11. 4. 4描述的對等延時機制涉及如下：
[0027] "延遲請求者，節點A，可為每個傳送的Pdelay_Req接收0,1或多重Pdelay_Resp 消息。通過觀察Pdelay_ReSp消息的源端口標識字段的不同，可以檢測多重響應。
[0028] 注意：如果在節點A和多重節點B設備之間存在端到端透明時鐘或普通的網橋或 其它類似的多播和多端口設備，可以發生多重響應。雖然所述多重響應可被區分，本標準中 不存在允許將與來自多重節點B設備的每一個響應相關聯的路徑長度正確地分配給所接 收的Sync消息的機制。"
[0029] 如上述條款所述，值得注意的是在PTPv2標準中沒有定義允許Sync消息的接收者 在不同測量的路徑延遲（即經由對等延遲機制所估計的）之間將正確的路徑延遲關聯到該 消息的機制。該關注主要集中在多播場景。但是，該標準的關注也可以被概括為包括單播 場景。
[0030] 圖2、3、4示出了在網絡的示例性部分中與路徑延遲相關聯的問題，所述網絡包括 三個IP路由器IPRA、IPRB、IPRC以及中間路由器IPRI。每個IP路由器IPRA、IPRB、IPRC 包括一個對等透明時鐘，分為P2P TC A、P2P TC B、P2P TC C。IP路由器IPRA和IPRB中的 每一個均包括至少兩個PTP端口，特別是對于在P2P TC A上的PTP端口 PA和P2P TC B上 的PTP端口 PB，分別具有IP地址OIP-A和OIP-B。
[0031] 路由器IPRC包括三個PTP端口，并且特別是PCI，PC2兩者都對應于相同的IP地 址0IP-C。需要指出的是，PTPv2標準不禁止在同一網絡接口或通信端口實現多個PTP端 □ 〇
[0032] 中間IP路由器IPRI包括三個通信端口（即IP端口）。
[0033] 路由器IPRA的PTP端口 PA直接鏈接至中間路由器IPRI的第一 IP端口。與路由 器IPRB的PTP端口 PB關聯的IP端口被直接鏈接至中間路由器IPRI的第二IP端口。與 路由器IPRC的PTP端口 PC關聯的IP端口被直接鏈接至中間路由器IPRI的第三IP端口。
[0034] 路由器IPRC的對等透明時鐘P2P TC C有兩個對端，分別為路由器IPRA中的對等 透明時鐘P2P T CA，和路由器IPRB中的對等透明