基於ieee1588協議調整頻率的方法及網絡裝置的製作方法

2023-07-09 02:25:56 3

專利名稱：基於ieee1588協議調整頻率的方法及網絡裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據通信領域，特別是涉及提供了一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法及網絡裝置。
背景技術：
目前通過IEEE1588協議進行時鐘同步主要是相位同步，通過IEEE1588協議計算主鍾和從鐘的時間差值，進行相位調整。在頻率恢復的系統設計採用的方式為通過同步乙太網技術恢復乙太網線路時鐘；或者採用IEEE1588協議閉環系統，通過算法更改硬體的時鐘頻率同時影響時間戳的快慢，實現通過IEEE1588協議實現頻率恢復的算法，如圖1所示， 現有的閉環系統包括以下幾個部分
晶振用於為從鍾設備提供頻率信息，將頻率信息提供給DPLUDigital Phase Locked Loop，數字鎖相環路)模塊；
DPLL模塊，通過數據控制器提供的控制值對晶振提供的頻率信息進行調整，得到與主鍾設備同步的頻率，並將調整後的頻率信息輸出給時間戳模塊，調整後的頻率會影響時間戳模塊打戳的快慢；
時間戳模塊根據DPLL模塊提供的頻率信息對接收到的IEEE1588協議報文進行打戳， 然後將IEEE1588協議報文和打的時間戳發送給鑑相器；
鑑相器通過IEEE1588協議報文和時間戳模塊打的時間戳，計算出主鍾設備和從鍾設備的時間差，將時間差信息輸出給數據控制器；
數據控制器，根據所述時間差計算出從鍾設備相對於主鍾設備的頻率差，對頻率差過濾後得到控制值，將該控制值輸出給DPLL模塊。上述兩種方法是目前設備廠商和晶片設計廠商主要的設計方法。但是這些方法存在很多弊端，如硬體設計必須支持同步乙太網的功能，支持IEEE1588協議的硬體需要閉環頻率可調的同時影響硬體打時間戳的快慢等，這將帶來系統設計的複雜度，以及硬體設計成本。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法及網絡裝置，以減少控制環節，有效提高精度。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法， 包括
從鍾設備接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用本設備提供的第一頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；
根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差，利用所述頻率差將本設備提供的第二頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。
進一步地，上述方法還具有下面特點所述從鍾設備根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差的步驟包括
所述從鍾設備根據與所述主鍾設備進行的兩次IEEE1588協議報文交互過程中攜帶的主鍾信息和所述時間戳，分別計算出兩次IEEE1588協議報文交互的時間差Offsetl和 0ffset2，通過下式計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的單位時間的頻率差 (0ffset2- Offsetl) / (T2-T1)，
其中，T1、T2分別為第一次和第二次ΙΕΕΕ1588協議報文交互過程中主鍾設備發送同步報文的時刻。進一步地，上述方法還具有下面特點所述從鍾設備計算出頻率差之後，還包括 對所述頻率差進行過濾。為了解決上述問題，本發明還提供了一種作為從鍾設備的網絡裝置，包括
時鐘源模塊，用於為時間戳模塊提供第一頻率信息，且為頻率調整模塊提供第二頻率 fn息；
所述時間戳模塊，用於接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用第一頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；
微控模塊，用於根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差；
所述頻率調整模塊，用於利用所述頻率差將第二頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。進一步地，上述網絡裝置還具有下面特點所述微控模塊包括
協議處理單元，用於根據與所述主鍾設備進行的相鄰兩次IEEE1588協議報文交互過程中攜帶的主鍾信息和所述時間戳，分別計算出兩次IEEE1588協議報文交互的時間差 Offsetl 和 0ffset2 ；
頻率差計算單元，用於通過下式計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的單位時間的頻率差(0ffset2- Offsetl) / (T2-T1)，
其中，T1、T2分別為第一次和第二次ΙΕΕΕ1588協議報文交互過程中主鍾設備發送同步報文的時刻。進一步地，上述網絡裝置還具有下面特點所述微控模塊還包括
數字濾波單元，用於對所述頻率差計算單元計算出的頻率差進行過濾，然後再輸出給所述頻率調整模塊。進一步地，上述網絡裝置還具有下面特點所述時鐘源模塊為晶振。進一步地，上述網絡裝置還具有下面特點所述網絡裝置為支持ΙΕΕΕ1588的交換機、路由器、基站或分組傳送網。綜上，本發明提供一種基於ΙΕΕΕ1588協議調整頻率的方法及網絡裝置，通過開環控制系統與ΙΕΕΕ1588協議實現頻率同步，有效降低系統設計成本，減少控制環節，有效提聞精度。


圖1為現有技術的閉環系統的示意圖； 圖2為本發明的網元的示意圖3為本發明的一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法的流程圖。
具體實施例方式本發明提供的從鍾設備與現有技術中的從鍾設備的不同之處在於，數據控制器將控制值輸出給一頻率調整器，由頻率調整器來調整頻率，而調整後的不會影響時間戳模塊的打戳頻率。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。如圖2所示，本發明實施例提供的作為從鍾設備的網絡裝置，包括下面模塊 時鐘源模塊用於向該從鍾設備提供頻率信息，本實施例中，時鐘源模塊同時將頻率信
息提供給時間戳模塊和頻率調整模塊；本實施例的時鐘源模塊優選為晶振，當然也可以是其他能夠提供頻率信息的裝置。時間戳模塊用於根據時鐘源模塊提供的頻率信息對接收到的IEEE1588協議報文進行打戳，然後將IEEE1588協議報文和打的時間戳發給微控模塊；
微控模塊，用於根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差；
所述頻率調整模塊，用於利用所述頻率差將接收到的頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。在一優選實施例中，所述微控模塊可以包括
協議處理單元，用於根據與所述主鍾設備進行的相鄰兩次IEEE1588協議報文交互過程中攜帶的主鍾信息和所述時間戳，分別計算出兩次IEEE1588協議報文交互的時間差 Offsetl 和 0ffset2 ；
頻率差計算單元，用於通過下式計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差 (0ffset2- Offsetl) / (T2-T1)，
其中，T1、T2分別為第一次和第二次ΙΕΕΕ1588協議報文交互過程中主鍾設備發送同步報文的時刻。在另一優選實施例中，所述微控模塊還可以包括
數字濾波單元，用於對所述頻率差計算單元計算出的頻率差進行過濾，然後輸出給所述頻率調整模塊。實際場景中，有穩定時鐘源的網絡設備都可以作為主鍾，假如一個交換機連接一個GPS(Global Positioning System，全球定位系統)，這個交換機支持IEEE1588，能將GPS 同步給自己的時間通過IEEE1588的方式給其他的設備授時，這樣的設備就可以是主鍾設備，還有其他的主鍾設備，不一定使用GPS。支持IEEE1588的設備都可以作為從鍾設備，只要該設備有能力從IEEE1588報文中恢復時間和頻率即可，例如，交換機、路由器、基站、PTN (Packet Transport Network，分組傳送網)只要支持IEEE1588就可以當從鍾設備。
本發明實施例實現通過IEEE 1588協議實現頻率恢復的開環系統，為通過1588協議計算出主鍾和從鐘的OFFSET (偏差)值，將OFFSET值作為輸入參數傳遞給頻率調整器， 調整後的頻率為同步時鐘輸出給需要的設備使用。在這個系統中，硬體設計不需要支持同步乙太網、頻率調整的閉環系統、相位調整，只需要硬體提供一定精度的時間戳打戳功能， 減少了控制環節的誤差疊加，有效降低成本。由於本發明實施例的系統為開環控制系統，不是直接調整晶振的頻率，打戳的快慢與同步頻率需要的控制值不存在反饋環節，減少濾波模型建立的複雜度，有效提升系統的可用性，減少建模環節，有效提高頻率同步精度。圖3為本發明的基於IEEE1588協議調整頻率的方法的流程圖，如圖3所示，本方法包括下面步驟
S10、從鍾設備接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用本設備的頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；
S20、根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差，利用所述頻率差將本設備的頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。下面以一具體實施例對本發明的方法進行詳細的說明。主鍾設備與從鍾設備之間的一次IEEE 1588協議報文交互的完整過程如下
a、主鍾設備向從鍾設備廣播一個同步(SYNC)報文，主鍾設備記下此時的發送時刻 TM1，在兩步模塊中，可以通過跟隨(F0LL0W_UP)報文將TMl攜帶給從鍾設備，在一步模式中，通過硬體在發送SYNC報文的同時將TMl加在SYNC報文中。b、從鍾設備接收到SYNC報文後，記下此時的接收時刻TS1，然後向主鍾設備發送延時請求(DELAY_REQ)報文，記下發送時刻TS2 ；
c、主鍾設備收到DELAY_REQ報文後，記下接收時刻TM2，然後向從鍾設備發磅延時回復 (DELAY_RESP)報文，將時間戳TM2攜帶給從鍾設備，
d、從鍾設備根據採集到的四個時間戳TM1、TS1、TS2和TM2，及兩個公式分別計算出 時延(Delay) =0. 5 (TS1- TMl+ TM2- TS2)
時間偏差(Offset) = TSl- TMl- Delay。本實施例中，從鍾設備通過相鄰的兩次IEEE 1588協議報文交互計算出Offsetl 和0ffset2，然後通過下式計算出相對於所述主鍾設備的單位時間的頻率差
(0ffset2- Offsetl) / (TM1，-TMl),
其中，ΤΜΓ為第二次IEEE 1588協議報文交互過程中主鍾設備發送SYNC報文的時刻。由於鏈路抖動噪聲的存在，從鍾設備對將單位時間的頻率偏差輸入給數字濾波器，進行噪聲過濾，過濾後的頻率頻差作為頻率調整的控制值。由於本實施例的方法實現為開環式的系統，不存在積分環節，所以計算出的結果直接是頻率調節的控制值，不用累計，減少累計環節的誤差疊加，提高同步精度。本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬體完成，所述程序可以存儲於計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁碟或光碟等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。本發明不限制於任何特定形式的硬體和軟體的結合。 以上僅為本發明的優選實施例，當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法，包括從鍾設備接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用本設備提供的第一頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差，利用所述頻率差將本設備提供的第二頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述從鍾設備根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差的步驟包括所述從鍾設備根據與所述主鍾設備進行的兩次IEEE1588協議報文交互過程中攜帶的主鍾信息和所述時間戳，分別計算出兩次IEEE1588協議報文交互的時間差Offsetl和 0ffset2，通過下式計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的單位時間的頻率差(0ffset2- Offsetl) / (T2-T1)，其中，T1、T2分別為第一次和第二次ΙΕΕΕ1588協議報文交互過程中主鍾設備發送同步報文的時刻。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述從鍾設備計算出頻率差之後，還包括對所述頻率差進行過濾。
4.一種作為從鍾設備的網絡裝置，包括時鐘源模塊，用於為時間戳模塊提供第一頻率信息，且為頻率調整模塊提供第二頻率 fn息；所述時間戳模塊，用於接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用第一頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；微控模塊，用於根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差；所述頻率調整模塊，用於利用所述頻率差將第二頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。
5.如權利要求4所述的網絡裝置，其特徵在於所述微控模塊包括協議處理單元，用於根據與所述主鍾設備進行的相鄰兩次IEEE1588協議報文交互過程中攜帶的主鍾信息和所述時間戳，分別計算出兩次IEEE1588協議報文交互的時間差 Offsetl 和 0ffset2 ；頻率差計算單元，用於通過下式計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的單位時間的頻率差(0ffset2- Offsetl) / (T2-T1)，其中，T1、T2分別為第一次和第二次ΙΕΕΕ1588協議報文交互過程中主鍾設備發送同步報文的時刻。
6.如權利要求5所述的網絡裝置，其特徵在於所述微控模塊還包括數字濾波單元，用於對所述頻率差計算單元計算出的頻率差進行過濾，然後再輸出給所述頻率調整模塊。
7.如權利要求4-6任一項所述的網絡裝置，其特徵在於所述時鐘源模塊為晶振。
8.如權利要求4-6任一項所述的網絡裝置，其特徵在於所述網絡裝置為支持 IEEE1588的交換機、路由器、基站或分組傳送網。
全文摘要
本發明提供一種基於IEEE1588協議調整頻率的方法及網絡裝置，該方法包括從鍾設備接收到主鍾設備發送的IEEE1588協議報文後，利用本設備提供的第一頻率信息對所述IEEE1588協議報文打時間戳；根據所述IEEE1588協議報文攜帶的主鍾信息和所述時間戳計算出所述從鍾設備相對於所述主鍾設備的頻率差，利用所述頻率差將本設備提供的第二頻率信息調整為與所述主鍾設備同頻的頻率信息。本發明通過開環控制系統與IEEE1588協議實現頻率同步，有效降低系統設計成本，減少控制環節，有效提高精度。
文檔編號H04L7/00GK102201910SQ20111011815
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者龐賀 申請人:中興通訊股份有限公司