基于ptp协议的提高时钟时间同步精度的方法

基于ptp协议的提高时钟时间同步精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于时间同步的技术领域，具体涉及一种基于PTP协议的提高时钟时间同 步精度的方法。
【背景技术】
[0002] 在通信网络中，许多业务的正常运行都要求网络时钟同步。
[0003] 在第三代移动通信技术（3rd-Generati〇n，3G)中，基站通常安装有卫星授时接收 机，以实现与全球定位系统（GlobalPositioningSystem，以下简称GPS)的时间同步。此 种方式的优点是每台基站单独与GPS时间同步，不需要接收其他基站的时钟信号，避免了 不同基站之间的干扰和影响；但是为每个基站安装卫星授时接收机，不仅会增加通信网络 建设的费用，而且卫星授时接收机后续的维护等工作会耗费大量的人力和物力，再者完全 依赖GPS进行时间同步还存在用户通信信息被窃取等安全风险。
[0004] 在第四代移动通信技术（4th_Generation，4G)中，使用精确时间协议（Precision TimeProtocol，以下简称PTP)进行时间同步，下面简要介绍PTP协议。应用了PTP协议的 网络（即PTP域）中的节点称为时钟节点，PTP协议定义了普通时钟（OrdinaryClock，简 称0C)、边界时钟（BoundaryClock，简称BC)和透明时钟（Transparentclock，简称TC)三 种类型的基本时钟节点，其中，BC指在同一个PTP域内拥有多个PTP端口参与时间同步，它 通过其中一个端口从上游时钟节点同步时间，并通过其余端口向下游时钟节点发布时间。
[0005] 如图1所示，主钟11与GPS连接，GPS为主钟11的时钟源，主钟11从GPS获得精 确时间。一级从钟12与主钟11以BC模式进行时间同步，即主钟11周期性地向网络中的 一级从钟12发送同步报文，一级从钟12接收该同步报文并根据同步报文中的时间戳调整 自己的时间，以实现与主钟11的时间同步。同理，处于一级从钟12下游的二级从钟13与 一级从钟12时间同步时，一级从钟12周期性地向二级从钟13发送同步报文，从而实现二 级从钟13与一级从钟12的时间同步。这种时间同步的方式只需要在主钟11上安装卫星 授时接收机，然后通过主钟11对其下游的一级从钟12进行时间同步，一级从钟12对其下 游的二级从钟13进行时间同步，这样一级一级地实现PTP域中各级时钟的时间同步，这样 虽然减少了卫星授时接收机的安装数量，但是当位于上游的从钟比如一级从钟12由于本 身晶振故障或链路倒换等原因而存在时间偏差时，则二级从钟13与一级从钟12时间同步 后，受一级从钟12的影响，二级从钟13的同步时间也会存在偏差，特别是当一级从钟12连 接有多个或多级下游从钟时，该多个或多级下游从钟都会受一级从钟12的影响而出现时 间偏差，导致整个PTP域中时间同步出现偏差。

【发明内容】

[0006] 为了解决PTP域中从钟的时间偏差会导致该从钟的下游从钟的同步时间出现偏 差的问题，本发明提出一种基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，以减少上游从 钟的时间偏差对下游从钟同步时间的影响，提高整个PTP域时间同步的精确度和准确度。
[0007] 本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法包括以下步骤，
[0008] (1)将时间测试仪与校验时钟源连接，该校验时钟源与PTP域中主钟的同步时钟 源相同；
[0009] (2)将时间测试仪与从钟连接，以测量该从钟与所述校验时钟源的时间偏差值； [0010] (3)在时间同步过程中，以测得的所述时间偏差值对所述从钟进行时间补偿。
[0011] 其中，当PTP域中包括主用主钟和备用主钟时，则测量所述从钟与所述主用主钟 的时间偏差值并存储，测量所述从钟与所述备用主钟的时间偏差值并存储。
[0012] 其中，所述时间偏差值存储于所述从钟。
[0013] 其中，所述时间偏差值为所述时间测试仪测试所述从钟若干次后得出的平均值。
[0014] 其中，当所述从钟的时间偏差值与前一次测得的该从钟的时间偏差值之间的差值 大于预设值时，则认为该从钟故障。
[0015] 其中，当所述从钟故障时，进行告警。
[0016] 其中，所述校验时钟源和同步时钟源均为GPS。
[0017] 其中，所述校验时钟源和同步时钟源均为BDS。
[0018] 其中，所述时间测试仪与所述从钟连接后，还能够测试不同外界环境下所述从钟 的时间偏差值。
[0019] 其中，所述时间测试仪与所述从钟连接后，还能够测试不同链路或不同组网场景 下所述从钟的时间偏差值。
[0020] 本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法具有如下的有益效果：
[0021] 在PTP域中进行时间同步时，上游从钟如果存在时间偏差，会影响下游从钟的同 步时间，导致下游从钟出现时间偏差，本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方 法通过测量上游从钟的时间偏差值，并以该时间偏差值对该上游从钟进行时间补偿，以消 除该上游从钟的时间偏差，这样该上游从钟的时间偏差就不会影响到该上游从钟的下游从 钟的同步时间，提高了上游从钟与下游从钟时间同步的精确度和准确度，避免了上游从钟 出现时间偏差后该上游从钟的所有下游从钟均出现时间偏差的情况，进而提高了整个PTP 域时间同步的精确度和准确度。
【附图说明】
[0022] 图1为PTP协议时间同步的原理示意图；
[0023] 图2为本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法的原理示意图；
[0024] 图3为本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法的原理示意图，其中 PTP域中包括主用主钟和备用主钟。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图介绍本发明的技术方案。
[0026] 如图2所示，本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，包括以下步 骤，
[0027] (1)将时间测试仪14与校验时钟源15连接，该校验时钟源15与PTP域中主钟11 的同步时钟源10相同；
[0028] (2)将时间测试仪14与一级从钟12连接，以测得该一级从钟12与校验时钟源15 的时间偏差值；
[0029] (3)在时间同步过程中，以测得的一级从钟12时间偏差值对一级从钟12进行时间 补偿，以消除一级从钟12的时间偏差。
[0030] 下面详细介绍上述方法。
[0031] (1)如图2所示，将时间测试仪14与校验时钟源15连接，这样时间测试仪14就能 够读取到校验时钟源15的时间，并从校验时钟源15获得精确时间。校验时钟源15与PTP 域（即应用了PTP协议的网络）中主钟11的同步时钟源10相同，例如，校验时钟源15与 同步时钟源10可以均为GPS，时间测试仪14与校验时钟源15连接后获得GPS精确绝对时 间，主钟11与同步时钟源10连接，并通过与同步时钟源10互相发送报文保持时间同步，主 钟11获得由同步时钟源10提供的GPS精确绝对时间。校验时钟源15与同步时钟源10也 可以均为北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称BDS)，这样时间 测试仪14与校验时钟源15连接后获得BDS精确绝对时间，主钟11与同步时钟源10连接 并获得由同步时钟源10提供的BDS精确绝对时间。校验时钟源15与同步时钟源10还可 以是提供相对时间的时钟源，这样时间测试仪14由校验时钟源15获得相对时间，主钟11 与同步时钟源10保持时间同步，并获得由同步时钟源10提供的相对时间。下面以校验时 钟源15和同步时钟源10均为GPS为例进行介绍。
[0032] (2)将时间测试仪14与一级从钟12连接，这样时间测试仪14就能够读取一级从 钟12的时间，在步骤（1)中时间测试仪14已与校验时钟源15连接并获得了GPS绝对时 间，时间测试仪14将读取到的一级从钟12的时间与获得的GPS绝对时间进行比较，一级从 钟12的时间与GPS绝对时间的差值即为一级从钟12与校验时钟源15的时间偏差值，例如 一级从钟12的时间为10时15分20秒10毫秒12微秒，GPS绝对时间为10时15分20秒 10毫秒11微秒，一级从钟12的时间与GPS绝对时间的差值为1微秒，即一级从钟12与校 验时钟源15的时间偏差值为1微秒。因为校验时钟源15与同步时钟源10相同，所以测量 得到的一级从钟12与校验时钟源15的时间偏差值也就是一级从钟12与同步时钟源10的 时间偏差值，同步时钟源10为PTP域中主钟11的时间源，主钟11与同步时钟源10保持同 步，一级从钟12与同步时钟源10的时间偏差值也就是一级从钟12与主钟11的时间偏差 值。优选地，一级从钟12与同步时钟源10的时间偏差值为时间测试仪14测量一级从钟12 若干次后得出的平均值。
[0033] (3)在时间同步过程中，以测得的一级从钟12与同步时钟源10的时间偏差值对一 级从钟12进行时间补偿，从而消除一级从钟12的时间偏差。例如，步骤（2)中测得的一 级从钟12的时间为10时15分20秒10毫秒12微秒，GPS绝对时间为10时15分20秒10 晕秒11微秒，一级从钟12与主钟11的时间偏差值为1微秒，S卩一级从钟12的时间相对于 主钟11的时间快了 1微秒，则将一级从钟12的时间减去1微秒，10时15分20秒10毫秒 12微秒减去1微秒得到10时15分20秒10毫秒11微秒，以与GPS绝对时间保持一致，最 终与主钟11的时间保持一致，消除一级从钟12的时间偏差。消除一级从钟12的时间偏差 后，也就消除了二级从钟13与一级从钟12时间同步时，一级从钟12的时间偏差对下游的 二级从钟13同步时间的影响，提高了一级从钟12对其下游从钟进行时间同步的精确度和 准确度。
[0034] 同样地，使用本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，对二级从钟 13进行时间补偿，以消除二级从钟13的时间偏差，当二级从钟13的下游从钟（图中未示 出）与二级从钟13时间同步时，能够消除二级从钟13的时间偏差对二级从钟13的下游从 钟同步时间的影响。同样地，对于PTP域中的其他从钟，使用本发明基于PTP协议的提高时 钟时间同步精度的方法，对其他从钟进行时间补偿，以消除其他从钟的时间偏差，从而提高 整个PTP域时间同步的精确度和准确度。
[0035] 如图3所示，PTP域中有些情况下会包括主用主钟16和备用主钟17,正常使用时 由主用主钟16对从钟进行时间同步，当主用主钟16发生故障时，则切换到备用主钟17,使 用备用主钟17对从钟进行时间同步。当PTP域中包括主用主钟16和备用主钟17时，使用 连接在一级从钟12上的时间测试仪14及连接在该时间测试仪14上的校验时钟源15分别 测量一级从钟12与主用 主钟16的时间偏差值，以及一级从钟12与备用主钟17的时间偏 差值，具体地，测量出一级从钟12与主用主钟16的时间偏差值A，并将该时间偏差值A存储 于一级从钟12 ;测量出一级从钟12与备用主钟17的时间偏差值B，并将该时间偏差值B存 储于一级从钟12。当一级从钟12与主用主钟16同步时，一级从钟12选取存储的时间偏差 值A以对一级从钟12进行时间补偿；当主用主钟16发生故障，则切换到备用主钟17,备用 主钟17对一级从钟12进行时间同步，一级从钟12选取存储的时间偏差值B以对一级从钟 12进行时间补偿，这样一级从钟12能够根据不同主钟选择相应的时间偏差值进行补偿，提 高了整个PTP域时间同步的精确度和准确度。
[0036] 时间测试仪与从钟连接后，不仅能够测试出从钟与主用主钟的时间偏差值，从钟 与备用主钟的时间偏差值，还能够测试不同外界环境、不同链路或不同组网场景下从钟的 时间偏差值，从而保证从钟时间的准确。
[0037] 使用本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法对同一从钟进行测量 时，当该从钟的时间偏差值与前一次测得的该从钟的时间偏差值之间的差值大于预设值 时，则认为该从钟故障，有可能是从钟的晶振故障也有可能是链路故障，其中预设值根据实 际情况设定。其中，可以在从钟上设置告警灯，该从钟故障时告警灯变红，也可以在从钟上 安装蜂鸣器，该从钟故障时蜂鸣器发出告警音，以提醒使用者该从钟出现故障，需要进行维 修，本发明为判断从钟是否正常运行提供参考依据。
[0038] 实施例1
[0039]本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，包括以下步骤，
[0040] (1)将时间测试仪14与校验时钟源15连接，该校验时钟源15为GPS，时间测试仪 14从校验时钟源15获得GPS精确绝对时间；同步时钟源10也为GPS，主钟11从同步时钟 源10获得GPS精确绝对时间。
[0041] (2)将时间测试仪14与一级从钟12连接，时间测试仪14读取一级从钟12的当前 时间，读取到的一级从钟12的当前时间为7时40分31秒12毫秒23微秒，时间测试仪14 获得的GPS时间的当前时间为7时40分31秒12毫秒24微秒，一级从钟12的当前时间与 GPS时间的差值为-1微秒，即一级从钟12的当前时间与GPS时间相比慢了 1微秒，得出一 级从钟12与主钟11的时间偏差值为-1微秒。
[0042] (3)根据步骤⑵得出的一级从钟12与主钟11的时间偏差值为-1微秒，在时间 同步过程中，将一级从钟12的当前时间7时40分31秒12毫秒23微秒加上1微秒得到7 时40分31秒12毫秒24微秒，将7时40分31秒12毫秒24微秒作为一级从钟12的当前 时间，实现对一级从钟12的时间补偿。一级从钟12经过时间补偿后与GPS精确绝对时间 保持同步，也就与主钟11保持时间同步，消除了一级从钟12的时间偏差。
[0043]实施例2
[0044] 本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，包括以下步骤，
[0045] (1)将时间测试仪14与校验时钟源15连接，该校验时钟源15为BDS，时间测试仪 14从校验时钟源15获得BDS精确绝对时间；同步时钟源10也为BDS，主钟11从同步时钟 源10获得BDS精确绝对时间。
[0046] (2)将时间测试仪14与一级从钟12连接，时间测试仪14读取一级从钟12的当前 时间，读取到的一级从钟12的当前时间为9时27分12秒29毫秒42微秒，时间测试仪14 获得的BDS时间的当前时间为9时27分12秒29毫秒40微秒，一级从钟12的当前时间与 BDS时间的差值为2微秒，即一级从钟12的当前时间与BDS时间相比快了 2微秒，一级从钟 12与主钟11的时间偏差值为2微秒。依照本步骤的方法对一级从钟12进行5次测量，测 量得到的时间偏差值如表1所示，
[0047]表1
[0048]
[0049] ^3)对一级从钟12测量五次，得到五个时间偏差值，然后求这五个时间偏差值的 平均值，将求得的平均值作为时间偏差值对一级从钟12进行时间补偿，其中，第三次和第 四次求得的时间偏差值为负，求平均值时以时间偏差值的绝对值进行计算，具体地计算过 程，（2+1+2+1+D/5 = 2,该平均值2为一级从钟12的时间偏差值，以该平均值对一级从钟 12进行时间补偿，即将9时40分23秒11毫秒38微秒减去平均值2微秒得到9时40分 23秒11毫秒36微秒，以消除一级从钟12的时间偏差。
[0050] 实施例3
[0051] 本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，包括以下步骤，
[0052] (1)将时间测试仪14与校验时钟源15连接，该校验时钟源15为BDS，时间测试仪 14从校验时钟源15获得BDS精确绝对时间；同步时钟源10也为BDS，主钟11从同步时钟 源10获得BDS精确绝对时间。
[0053] (2)将时间测试仪14与一级从钟12连接，时间测试仪14读取一级从钟12的当 前时间，读取到的一级从钟12的当前时间为16时18分45秒27毫秒35微秒，时间测试仪 14获得的BDS时间的当前时间为16时18分45秒27毫秒32微秒，一级从钟12的当前时 间与BDS时间的差值为3微秒，即一级从钟12的当前时间与BDS时间相比快了 3微秒，得 出一级从钟12与主钟11的时间偏差值为3微秒。
[0054] (3)根据步骤⑵得出的一级从钟12与主钟11的时间偏差值为3微秒，在时间同 步过程中，将一级从钟12的当前时间16时18分45秒27毫秒35微秒减去3微秒得到16 时18分45秒27毫秒32微秒，将16时18分45秒27毫秒32微秒作为一级从钟12的当 前时间，实现对一级从钟12的时间补偿。一级从钟12经过时间补偿后与BDS精确绝对时 间保持同步，也就与主钟11保持时间同步，消除了一级从钟12的时间偏差。
[0055] 实施例4
[0056] 本发明基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，包括以下步骤，
[0057] (1)将时间测试仪14与校验时钟源15连接，该校验时钟源15为GPS，时间测试仪 14从校验时钟源15获得GPS精确绝对时间；同步时钟源10也为GPS，主钟11从同步时钟 源10获得GPS精确绝对时间。
[0058] (2) -级从钟12上设置有故障指示灯，当一级从钟12发生故障时，该故障指示灯 变红。将判断一级从钟12是否故障的预设值设为50微秒。将时间测试仪14与一级从钟 12连接，时间测试仪14读取一级从钟12的当前时间，读取到的一级从钟12的当前时间为 17时48分9秒22毫秒49微秒，时间测试仪14获得的GPS时间的当前时间为17时48分 9秒22毫秒46微秒，一级从钟12的当前时间与GPS时间的差值为3微秒，即一级从钟12 的当前时间与GPS时间相比快了 3微秒，一级从钟12与主钟11的时间偏差值为3微秒。依 照本步骤的方法对一级从钟12进行3次测量，测量得到的时间偏差值如表2所示，
[0059]表2
[0060]
[0061] (3)由表2得出，第一次测量得到的时间偏差值与第二次测量的时间偏差值之间 的差值是1微秒，而第三次测量的时间偏差值与第二次测量的时间偏差值之间的差值是54 微秒，大于预设值50微秒，则判断一级从钟12故障，一级从钟12上的告警指示灯变红，以 提醒使用者一级从钟12出现故障，需要进行维修。这时要先对一级从钟12进行维修，而不 对一级从钟12进行时间补偿。本实施例为判断一级从钟12是否正常运行提供参考依据。
【主权项】
1. 一种基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤， (1) 将时间测试仪与校验时钟源连接，该校验时钟源与PTP域中主钟的同步时钟源相 同； (2) 将时间测试仪与从钟连接，以测量该从钟与所述校验时钟源的时间偏差值； (3) 在时间同步过程中，以测得的所述时间偏差值对所述从钟进行时间补偿。2. 根据权利要求1所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，其特征在于， 当PTP域中包括主用主钟和备用主钟时，则测量所述从钟与所述主用主钟的时间偏差值并 存储，测量所述从钟与所述备用主钟的时间偏差值并存储。3. 根据权利要求2所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，其特征在于， 所述时间偏差值存储于所述从钟。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，所述时间偏差值为所述时间测试仪测试所述从钟若干次后得出的平均值。5. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，当所述从钟的时间偏差值与前一次测得的该从钟的时间偏差值之间的差值大 于预设值时，则认为该从钟故障。6. 根据权利要求5所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，其特征在于， 当所述从钟故障时，进行告警。7. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，所述校验时钟源和同步时钟源均为GPS。8. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，所述校验时钟源和同步时钟源均为BDS。9. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，所述时间测试仪与所述从钟连接后，还能够测试不同外界环境下所述从钟的 时间偏差值。10. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法， 其特征在于，所述时间测试仪与所述从钟连接后，还能够测试不同链路或不同组网场景下 所述从钟的时间偏差值。
【专利摘要】本发明属于时间同步的技术领域。为了解决PTP域中从钟的时间偏差会导致该从钟的下游从钟的同步时间出现偏差的问题，本发明提出一种基于PTP协议的提高时钟时间同步精度的方法，该方法包括(1)将时间测试仪与校验时钟源连接，该校验时钟源与PTP域中主钟的同步时钟源相同；(2)将时间测试仪与从钟连接，以测量该从钟与所述校验时钟源的时间偏差值；(3)在时间同步过程中，以测得的所述时间偏差值对所述从钟进行时间补偿。本发明消除了从钟的时间偏差，这样从钟的时间偏差就不会影响到该从钟的下游从钟的同步时间，提高了上游从钟与下游从钟时间同步的精确度和准确度，进而提高了整个PTP域时间同步的精确度和准确度。
【IPC分类】H04J3/06
【公开号】CN104883235
【申请号】CN201510364738
【发明人】赵旭阳, 刘晶, 顾宗良, 陈庆邦, 王绍伟
【申请人】上海远景数字信息技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月26日