[发明专利]大型网络上克服偏离累积实现精确时钟分配的系统和方法

说明书

(相关申请数据)

本申请按照35U.S.C.§119(e)要求在2011年4月13日提交的美国临时专利申请系列No.61/475080作为优先权，在此通过引用并入其主题的全部内容。

技术领域

本发明一般涉及在分组交换网络(packet-switched network)上分发时钟的领域。更特别地，它涉及用于克服偏离累积(wander accumulation)而使得能够以高的精度跨大型网络分发时钟信号的系统和方法。

背景技术

使包含网络的要素(elements)同步化对于实现良好的网络性能是十分重要的。对于要求所有的节点和用户相互保持良好的同步化的电信系统和控制系统，尤其如此。由于更多的系统变得基于因特网协议(IP)，而对于高精度时间分发的需求增加。

一般地，使网络上的时钟同步化要求在整个网络上从主时钟到大量的从时钟分发定时信息。但是，各种等待(latency)和依赖于通信(traffic)的延迟使得这种分发方案在基于分组的网络(packet-based networks)的背景中具有挑战性。因此，作为解决与网络要素的基于分组的时间同步化相关的问题中的许多问题的一种方式，出现了精确时间协议(Precision Time Protocol(PTP))IEEE-1588标准。PTP解决当时间分组和数据分组通信通过构成网络的hub、交换机、线缆和其它的硬件时出现的时间传送等待。

PTP通过使用主-从概念(concept)来操作。主设备配有诸如原子时钟的高精度时钟。主设备和从设备互换数据分组，这使得从设备能够锁定到主时钟基准。例如，图1描述了用于传送定时信息的基本PTP分组互换(exchange)过程。主设备单元102以规则的间隔送出同步化消息106。从设备104接收带时间戳的同步化消息106，并且可立即将延迟请求(Delay_Request)分组108送回到主设备102。主设备然后通过延迟响应(Delay_Response)分组110响应。同步化消息的接收允许从设备将其局部时基与主时钟的频率对准，并且，为了完整的同步化，额外的延迟请求分组和延迟响应分组允许从设备将其局部时钟相位与主时钟进一步对准。诸如网络时间协议(NTP)版本4的同步化的其它的方法也被用于本领域中。虽然实现细节与PTP不同，但是，NTP还依赖于从主设备到从设备的以及从从设备到主设备的定时消息的互换来实现同步化。

上述的锁定到主时钟的从时钟被称为普通的时钟。PTP协议也定义边界时钟。边界时钟用作普通的时钟，但另外还用作主时钟到其它的下游普通时钟或边界时钟。这种边界时钟链由此提供跨非常大型的网络分发高级主时钟(grand master clock)基准的方式。例如，图2示出与四个边界时钟204、206、209和210联网的高级主时钟202。为了将第一边界时钟204相位锁定到主时钟202，高级主时钟202和第一边界时钟204互换PTP分组212。边界时钟206以相同的方式通过PTP分组互换214锁定到边界时钟204。第三和第四边界时钟208和210以相同的方式通过PTP分组216和218的互换被锁定到前面的边界时钟。最后的边界时钟210由此通过所有的中间边界时钟被锁定到高级主时钟202。

对于链中的边界时钟的数量非常少的一些应用，该方法可良好地工作，但是，对于许多其它的应用，它不能实现足够的精度。该结构的问题在于：各边界时钟引入一定量的时钟误差。由各边界时钟引入的误差顺着被传送到链中的下一个，使得总误差继续增加。对于分发链中的晚的时钟，误差会增加到不可接受的大小。对于可包含许多边界时钟级(stage)的非常大型的网络，该问题是特别严重的。因此，提供用于消除边界时钟误差的累积以使得能够在大规模网络上实现精确时钟分发的系统和方法会是有利的。

发明内容

本发明针对用于同步时钟再生成器(regenerator)以克服偏离累积的系统和方法。时钟再生成器的例子是分组交换因特网协议网络中的边界时钟。但是，系统和方法同样适用于电信网络以及需要精确时间分发的任何其它类型的网络。