專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
良好的網(wǎng)絡(luò)同步性能對電信業(yè)務(wù)影響重大，同步不良往往會帶來一系列的問題；在無線網(wǎng)絡(luò)中，同步問題顯得尤為重要，語音質(zhì)量差，掉話率高，切換成功率低，無法接入等諸多問題很大情況下都與網(wǎng)絡(luò)同步性能不佳有關(guān)。傳輸網(wǎng)絡(luò)方式在不斷的演進，從最初的TDM(Time Division Multiplexing，時分復(fù)用)到ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)再到IP。由于一般處于網(wǎng)絡(luò)的末端設(shè)備如基站，具體的接入方式千差萬別，加上末端的數(shù)量相對較多，考慮到實現(xiàn)同步的成本，這樣原來那種采用從業(yè)務(wù)碼流中提取時鐘同步的低成本解決方案變得越來越困難。
如圖1所示，現(xiàn)有的一種同步時鐘的方案為在業(yè)務(wù)設(shè)備上采用GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))加恒溫晶振作為時鐘基準(zhǔn)，以取得很好的時鐘同步基準(zhǔn)，不受具體傳輸線路的影響。但是該方案的缺點為增加了工程復(fù)雜度及整個設(shè)備的成本，增加GPS功能涉及到GPS天線、饋線、防雷、支架、三防等；同時在地下或一些特殊場合無法接受到GPS信號。
如圖2所示，現(xiàn)有的另一種同步時鐘的方案為采用專門用于提供定時基準(zhǔn)的微型同步設(shè)備為業(yè)務(wù)設(shè)備提供時鐘基準(zhǔn)。這種方案在全IP傳輸方式下，無需對現(xiàn)有設(shè)備的時鐘設(shè)計做額外的更改，而獲得滿足要求的時鐘基準(zhǔn)。但該方案的缺點是成本過高，且同步設(shè)備和業(yè)務(wù)設(shè)備的操作維護系統(tǒng)融合存在一定困難。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提出一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置、系統(tǒng)及方法，以滿足業(yè)務(wù)設(shè)備時鐘同步的要求。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置，包括過濾選擇器、合成和調(diào)整算法模塊、頻率調(diào)整器、高穩(wěn)振蕩器和時間合成器，過濾選擇器接收來自時間服務(wù)器的時間信息和時間合成器的本地時間信息，將選擇的時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊；合成和調(diào)整算法模塊根據(jù)時間信息及本地時間信息的時間偏差調(diào)整頻率調(diào)整器；頻率調(diào)整器接收合成和調(diào)整算法模塊輸出的調(diào)整信號及高穩(wěn)振蕩器輸出的時鐘信號，頻率調(diào)整器將接收到的時鐘信號作為時鐘基準(zhǔn)信號；時間合成器利用倍頻器輸出的時鐘信號得到本地時間，提供給過濾選擇器和合成和調(diào)整算法模塊。
該網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置還包括倍頻器，所述倍頻器連接在頻率調(diào)整器和時間合成器之間，將頻率調(diào)整器輸出的頻率倍頻到較高的頻率。
所述過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取最佳的樣本，和本地時間信息進行比較，通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取至少一個準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該較為準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息。
所述合成和調(diào)整算法模塊根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在一段時間的漂移和頻偏，以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器。
所述頻率調(diào)整器通過調(diào)整設(shè)置在其內(nèi)的頻率寄存器，以調(diào)整頻率調(diào)整器的輸出。
所述頻率調(diào)整器是直接數(shù)字合成DDS器件。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步系統(tǒng)，包括至少一時間服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置每隔一定的時間向時間服務(wù)器發(fā)出時間請求，比較時間服務(wù)器返回的時間樣本，選擇較好的時間樣本來計算本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差，根據(jù)獲得的時間偏差調(diào)整所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置輸出的時鐘信號。
所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議從時間服務(wù)器獲取時間。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法，包括以下步驟步驟A業(yè)務(wù)設(shè)備每隔一定的時間，向至少一時間服務(wù)器發(fā)出時間請求；步驟B比較時間服務(wù)器返回的時間樣本，選擇時間樣本計算本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差；步驟C根據(jù)獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，調(diào)整業(yè)務(wù)設(shè)備內(nèi)的頻率調(diào)整器，以鎖定上級時間服務(wù)器的時鐘。
所述步驟B包括B1時間服務(wù)器通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將時間信息發(fā)送給業(yè)務(wù)設(shè)備的過濾選擇器；B2過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取樣本，將該時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊；B3合成和調(diào)整算法模塊接收時間信息，比較時間信息及本地時間信息獲得本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差。
所述步驟B1中選擇樣本的過程為過濾選擇器通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取至少一準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息。
所述步驟C具體包括根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算可得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在此段時間的漂移和頻偏，以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器。
從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過從傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取上級時間服務(wù)器的時間信息，根據(jù)不同時間獲取的時間信息可計算獲得本地振蕩器的漂移，通過調(diào)整頻率調(diào)整器以消除本地時鐘的漂移最終達到業(yè)務(wù)設(shè)備時鐘同步的要求。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種時鐘同步裝置示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種時鐘同步裝置示意圖；圖3為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置示意圖；圖4為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想在于通過NTP(Network Transfer Protocol)從上級時間服務(wù)器獲取時間，由于時間服務(wù)器不存在時間漂移，NTP在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中由網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力變化引入的只是抖動，而本地振蕩器產(chǎn)生的主要是漂移，自身的抖動可以忽略，根據(jù)不同時間獲取的時間信息可計算獲得本地振蕩器的漂移，通過調(diào)整頻率調(diào)整器以消除本地時鐘的漂移最終達到業(yè)務(wù)設(shè)備時鐘同步的要求。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細闡述。
如圖3所示，為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)時鐘同步系統(tǒng)包括時間服務(wù)器和時鐘同步裝置。該時鐘同步裝置可以設(shè)置在業(yè)務(wù)設(shè)備內(nèi)或者單獨設(shè)置。該時鐘同步裝置包括高穩(wěn)振蕩器、頻率調(diào)整器、倍頻器、時間合成器、過濾選擇器、合成/調(diào)整算法模塊。
過濾選擇器通過IP傳輸網(wǎng)絡(luò)從至少一時間服務(wù)器(圖3僅表示出IP傳輸網(wǎng)絡(luò)與一個IP時間服務(wù)器，IP傳輸網(wǎng)絡(luò)還可以和多個時間服務(wù)器相連)上獲得時間服務(wù)器的時間信息，同時從時間合成器中獲取本地時間信息。過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取最佳的樣本，和本地時間信息進行比較，通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取若干個(一般為一個)較為準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該較為準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息，并將該時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊。該過濾選擇器可以集成在業(yè)務(wù)設(shè)備的CPU內(nèi)或單獨設(shè)置。
合成和調(diào)整算法模塊接收過濾選擇器選擇的準(zhǔn)確的時間信息及時間合成器發(fā)出的本地時間信息，比較時間信息及本地時間信息獲得本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差；根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算可得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在此段時間的漂移和頻偏，同時以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器，這樣頻率調(diào)整器輸出的時鐘就可鎖定上級時間服務(wù)器。該合成和調(diào)整算法模塊可以集成在業(yè)務(wù)設(shè)備的CPU內(nèi)或單獨設(shè)置。
頻率調(diào)整器接收合成和調(diào)整算法模塊輸出的調(diào)整信號及高穩(wěn)振蕩器輸出的時鐘信號，頻率調(diào)整器將接收到的時鐘信號作為時鐘基準(zhǔn)信號。頻率調(diào)整器通過調(diào)整設(shè)置在其內(nèi)的頻率寄存器，以調(diào)整頻率調(diào)整器的輸出。頻率調(diào)整器可選用DDS(Direct Digital Synthesize，直接數(shù)字合成)等器件。
倍頻器將頻率調(diào)整器輸出的頻率倍頻到較高的頻率，倍頻的頻率越高，時間合成器的分辨率越高，合成時間碼的精度也就越高。倍頻器采用專門的倍頻器件。
時間合成器利用倍頻器輸出的時鐘合成無符號的64位秒時間碼，此時間碼表示自公元1900年1月1日零時起開始的描述，前32位是整數(shù)部分，后32位是小數(shù)部分，理論上計數(shù)的精度可達2-32秒。邏輯的計數(shù)脈沖來自倍頻器倍頻后的時鐘，頻率一般采用100MHz。過濾選擇器和合成調(diào)整等模塊可實時從時間合成器中獲取當(dāng)前的本地時間信息。時間合成器在邏輯(FPGA)中實現(xiàn)，由于時間合成器采用的頻率調(diào)整器輸出經(jīng)過倍頻的時鐘，所以時間合成器合成的時間碼的準(zhǔn)確度直接反映了頻率調(diào)整器輸出時鐘的準(zhǔn)確度。
高穩(wěn)振蕩器輸出時鐘信號至頻率調(diào)整器。該高穩(wěn)振蕩器一般選用的恒溫晶振(OCXO)器件，老化率一般為5*10-10/day在不作調(diào)整的情況下，OCXO的保持能力可以使其至少在半個月可達到0.05ppm的時鐘精度。
如圖4所示，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法包括以下步驟步驟10業(yè)務(wù)設(shè)備中的參考時間選擇源器每隔一定的時間(所述間隔時間可進行設(shè)置及調(diào)整，例如設(shè)定間隔時間為64秒)通過IP傳輸網(wǎng)絡(luò)向至少一時間服務(wù)器發(fā)出時間請求；步驟20時間服務(wù)器通過IP傳輸網(wǎng)絡(luò)將時間信息發(fā)送給過濾選擇器，過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取最佳的樣本，和本地時間信息進行比較，通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取若干個(一般為一個)較為準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該較為準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息，其中，所述本地時間信息從時間合成器中獲??；步驟30過濾選擇器將該時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊，合成和調(diào)整算法模塊比較時間信息及本地時間信息獲得本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差；步驟40根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算可得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在此段時間的漂移和頻偏，以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器，頻率調(diào)整器輸出鎖定上級時間服務(wù)器的時鐘。
由于上級時間服務(wù)器不存在時間漂移，NTP在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中由網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力變化引入的只是抖動，而本地振蕩器產(chǎn)生的主要是漂移，OCXO自身的抖動可以忽略。這樣可以結(jié)合時間服務(wù)器的長期穩(wěn)定度與本地OCXO軟鎖相環(huán)良好的抑抖能力從而達到業(yè)務(wù)設(shè)備時鐘同步的需求。即利用NTP來補償OCXO器件的老化所帶來的時間漂移。
當(dāng)業(yè)務(wù)設(shè)備和時間服務(wù)器連接中斷或沒有獲取較好的時間服務(wù)器的樣本信息時，合成和調(diào)整算法可根據(jù)先前的調(diào)整的經(jīng)驗值進行調(diào)整，這樣可確保在此情況下業(yè)務(wù)設(shè)備的時鐘也能達到較高的精度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置，其特征在于，包括過濾選擇器、合成和調(diào)整算法模塊、頻率調(diào)整器、高穩(wěn)振蕩器和時間合成器，其中過濾選擇器接收來自時間服務(wù)器的時間信息和時間合成器的本地時間信息，將選擇的時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊；合成和調(diào)整算法模塊根據(jù)時間信息及本地時間信息的時間偏差調(diào)整頻率調(diào)整器；頻率調(diào)整器接收合成和調(diào)整算法模塊輸出的調(diào)整信號及高穩(wěn)振蕩器輸出的時鐘信號，頻率調(diào)整器將接收到的時鐘信號作為時鐘基準(zhǔn)信號；時間合成器利用倍頻器輸出的時鐘信號得到本地時間，提供給過濾選擇器和合成和調(diào)整算法模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括倍頻器，所述倍頻器連接在頻率調(diào)整器和時間合成器之間，將頻率調(diào)整器輸出的頻率倍頻到較高的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取最佳的樣本，和本地時間信息進行比較，通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取至少一個準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該較為準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述合成和調(diào)整算法模塊根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在一段時間的漂移和頻偏，以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述頻率調(diào)整器通過調(diào)整設(shè)置在其內(nèi)的頻率寄存器，以調(diào)整頻率調(diào)整器的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述頻率調(diào)整器是直接數(shù)字合成DDS器件。
7.一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一時間服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置每隔一定的時間向時間服務(wù)器發(fā)出時間請求，比較時間服務(wù)器返回的時間樣本，選擇較好的時間樣本來計算本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差，根據(jù)獲得的時間偏差調(diào)整所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置輸出的時鐘信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議從時間服務(wù)器獲取時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置是如權(quán)利要求1至6中任一項所述的裝置。
10.一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方法，包括以下步驟步驟A業(yè)務(wù)設(shè)備每隔一定的時間，向至少一時間服務(wù)器發(fā)出時間請求；步驟B比較時間服務(wù)器返回的時間樣本，選擇時間樣本計算本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差；步驟C根據(jù)獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，調(diào)整業(yè)務(wù)設(shè)備內(nèi)的頻率調(diào)整器，以鎖定上級時間服務(wù)器的時鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括B1時間服務(wù)器通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將時間信息發(fā)送給業(yè)務(wù)設(shè)備的過濾選擇器；B2過濾選擇器從所有時間服務(wù)器發(fā)回的時間信息中選取樣本，將該時間信息發(fā)送給合成和調(diào)整算法模塊；B3合成和調(diào)整算法模塊接收時間信息，比較時間信息及本地時間信息獲得本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟B1中選擇樣本的過程為過濾選擇器通過選擇和聚類算法對往返延遲、離差和偏移等參數(shù)進行分析，選取至少一準(zhǔn)確的時間服務(wù)器，接收該準(zhǔn)確時間服務(wù)器的時間信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括根據(jù)多次獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，通過濾波和換算可得到頻率調(diào)整器輸出時鐘在此段時間的漂移和頻偏，以此為依據(jù)調(diào)整頻率調(diào)整器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡(luò)時鐘同步裝置、系統(tǒng)及方法，該方法包括如下步驟步驟A業(yè)務(wù)設(shè)備每隔一定的時間，向至少一時間服務(wù)器發(fā)出時間請求；步驟B比較時間服務(wù)器返回的時間樣本，選擇時間樣本計算本地時鐘和時間服務(wù)器的時間偏差；步驟C根據(jù)獲得的時間偏差數(shù)據(jù)，調(diào)整業(yè)務(wù)設(shè)備內(nèi)的頻率調(diào)整器，以鎖定上級時間服務(wù)器的時鐘。本發(fā)明方案利用本發(fā)明通過從傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取上級時間服務(wù)器的時間信息，根據(jù)不同時間獲取的時間信息可計算獲得本地振蕩器的漂移，通過調(diào)整頻率調(diào)整器以消除本地時鐘的漂移最終達到業(yè)務(wù)設(shè)備時鐘同步的要求。
文檔編號H04L7/027GK101043315SQ20061006106
公開日2007年9月26日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者張慶 申請人:華為技術(shù)有限公司