具有亚微秒级时钟的交换机及其交换处理方法

文档序号:7685966阅读:179来源:国知局
专利名称:具有亚微秒级时钟的交换机及其交换处理方法
技术领域
本发明涉及一种工业控制技术领域的交换装置及其方法,具体是一种具有 亚微秒级时钟的交换机及其交换处理方法。
背景技术
IEC61850标准是数字化变电站自动化系统的国际标准,为数字化变电站的 信息交互、传输提出了详细的技术要求。数字化变电站自动化系统是依托以太 网实现智能电子设备IED (Intelligent Electronic Device)的信息传输,目 前基于网络通信方式的变电站自动化系统所采用的交换机主要实现数据交换功 能,不能实现所接入的IED设备的信息汇聚、时钟同步。能够实现IEC61850-9-2 标准的数据交换同时又具备时钟同步和数据汇聚输出的交换机尚未见商业化产 品和实际应用。然而现有技术中,变电站IED设备的时钟同步均是采用外同步 方式,由外接时钟服务器通过NTP协议或IRIG-B实现网络时钟同步,这种同步 模式的工程实施困难且不能达到数字化变电站所要求的时钟同步精度要求。
经过对现有技术的检索发现,中国发明专利申请号200710106948. 5,公开 号CN101114896A的发明专利申请,记载了一种"精密同步时钟的实现方法", 该方法采用硬件并联在以太网物理层,用FPGA检测精密同步时钟协议报文、维 护时钟,采用软件(CPU)计算、校正的方法来实现。内部设计了五个模块时 钟管理模块,sinii接口模块,报文解析模块,spi接口模块,系统状态指示模 块。来保证时间戳的正确获取、维护系统时钟;软件部分设计了七个模块 数据报文收发模块、定时器模块、Sync处理模块、Follow^Up处理模块、Delay 一Req处理模块、Delay—Resp处理模块、管理模块,来保证精密同步时钟协议 报文的发送、接收;系统时钟校正等。该技术虽然在点对点的连接时,时钟的 同步精度可以达到亚微秒级,但是由于不具备数据交换功能,在实际应用中, 需要接入交换机或HUB,根据IEEE1588的实现原理,要求传输介质对称,对称 性越好,时钟的精度越高,显然,在通过交换机和HUB后,传输的对称性下降,会直接影响时钟精度。
另外一种现有工业控制交换机技术仅支持端口数据的镜像,该技术通过各 个交换端口可以镜像到一个端口输出,镜像端口输出的是某一个端口的数据, 不能将所有端口的数据汇聚到一个端口输出。在某些高可靠性要求的应用场合, 需要对网络中的所有数据作备份记录和综合分析。现在常用的方法是采用网络 探针,即在每个交换机端口上通过TAP三通接口连接到探针设备,由探针设 备实现收敛和汇聚。这种方法的缺点是增加了网络的复杂性和工程实施的难度, 同时也增加了系统成本。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提供一种具有亚微秒级时钟的交换 机及其交换处理方法,在实现以太网二层交换机的功能,即包括支持802.1Q、 802. 1P标准的数据交换的同时,在每个交换机端口上实现符合IEEE1588国际标 准的亚微秒级时钟同步,并且能够作为系统主时钟向网络中所有支持PTP精确 时间协议的网元授时,将交换机所有端口上的数据汇聚到1个或2个千兆以太 网口输出。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及具有亚微秒级时钟的交换机,具体包括物理层接口模块、数 据链路层处理模块、交换控制层处理模块、GPS卫星接收模块和时钟调整保持模 块,其中数据链路层处理模块分别连接物理层接口模块和交换控制层处理模 块,GPS卫星接收模块、数据链路层处理模块和时钟调整保持模块依次相互连接。
GPS卫星接收模块作为本交换机的源参考时钟接收1PPS秒脉冲信号和国际 标准时(UTC),并将该时间信息输出至数据链路层处理模块和时钟调整保持模 块。
时钟调整保持模块内部设有恒温高稳晶体振荡器,该时钟调整保持模块接 受GPS卫星接收模块发出的1PPS秒脉冲信号和UTC信号,通过恒温高稳晶体振 荡器进行时钟频率的保持并输出时间标签信息。
数据链路层处理模块接收来自接物理层接口模块的数据报文并根据类型分 别将普通数据包进行数据帧交换和汇聚,将PTP时间协议报文发送到交换控制 层处理模块。所述的时间标签信息具体包括1PPS秒脉冲信号、国际标准时(UTC)和与 1PPS秒脉冲信号同相的100MHz时钟。
物理层接口模块与其他智能电子设备(IED)连接,进行数据报文的交换传输。
所述的数据报文包括普通数据包和PTP时间协议报文。 数据链路层处理模块包括接口控制单元、MAC控制单元、数据交换及汇聚 单元和GPS时钟调整控制单元,其中MAC控制单元分别连接接口控制单元和数 据交换及汇聚单元,GPS时钟调整控制单元连接接口控制单元,MAC控制单元另 外连接交换控制层处理模块,接口控制单元另外连接物理层接口模块,数据交 换及汇聚单元连接交换控制层处理模块,GPS时钟调整控制单元另外分别连接交 换控制层处理模块、GPS卫星接收模块和时钟调整保持模块。
所述的接口控制单元接收来自接物理层接口模块的数据报文并根据类型分 别将普通数据包发送至MAC控制单元进行数据帧交换和汇聚,将PTP时间协议 报文发送到交换控制层处理模块并加盖时间标签;所述的MAC控制单元用于处 理普通数据包的二层数据帧的缓存、差错控制、物理寻址、流量控制;所述的 数据交换及汇聚单元根据MAC地址完成普通数据包的数据帧的交换和汇聚;所 述的GPS时钟调整控制单元分别接收从GPS卫星接收模块和时钟调整保持模块 输出的时间标签信息并将时间标签信息输出到接口控制单元;接收来自交换控 制层处理模块发出的从时钟偏差和传输延时,调整时钟调整保持模块输出时间 标签信息。
交换控制层处理模块包括协议解析处理单元、生成树协议处理单元、PTP 精确时间协议处理单元、数据交换配置管理单元和网管协议处理单元,其中 协议解析处理单元分别连接生成树协议处理单元、PTP精确时间协议处理单元、 数据交换配置管理单元和网管协议处理单元,生成树协议处理单元、数据交换 配置管理单元和PTP精确时间协议处理单元分别另外连接数据链路层处理模块。
所述的协议解析处理单元作为公共调用单元,处理交换控制层处理模块内
部的生成树协议处理单元、PTP精确时间协议处理单元、数据交换配置管理单元 和网管协议处理单元的数据报文的协议解析;所述的生成树协议处理单元在交 换机组成环网的情况下,运行生成树算法,通过数据链路层处理模块的接口控制单元控制千兆组坷端口,在环网上的某个组网端口断开,消除拓扑环;所述 的PTP精确时间协议处理单元接收数据链路层处理模块输出的PTP协议报文根 据PTP协议计算出从时钟偏差和传输延时,并将计算结果送到数据链路层处理 模块;所述的数据交换配置管理单元通过协议解析处理单元接收来自网管协议 处理单元的人机命令,对数据链路层处理模块的数据交换和汇聚单元进行配置,
实现按照各种需求进行数据交换和汇聚各类数据;所述的网管协议处理单元接 受SNMP协议的人机命令,通过协议解析处理单元解析出人机命令,实现对交换 机的设置、管理、统计。
所述生成树协议处理单元的生成树算法,具体是根据IEEE802.1d和 IEEE802. lw标准的数据结构算法。
所述消除拓扑环,具体是当以太网中形成了数据环路,该数据环路将产生 广播风暴而导致网络瘫痪。
所述的PTP协议报文,具体是根据IEEE1588标准的协议报文。
本发明涉及的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,具体包括以下 步骤
第一步,组网模式设定
交换控制层处理模块的网管协议处理单元根据人机命令设置工作模式为组 网模式或独立模式,当工作模式为组网模式则执行第二步,当工作模式为独立 模式则执行第三步。
所述的独立模式是指网络中只有一台交换机,其组网端口和交换端口都工 作于主时钟模式,GPS时钟调整控制单元激活GPS卫星接收模块;所述的组网模 式是指网络中有多台交换机,该交换机的组网端口可通过网管协议处理单元配 置或根据IEEE1588标准选择该交换机的组网端口工作于主时钟模式或从时钟模 式。组网端口工作于主时钟模式时,激活GPS卫星接收模块;组网端口工作于 从时钟模式时,关闭GPS卫星接收模块,通过PTP协议跟踪上级主时钟。
所述的PTP时间协议报文具体包括同步报文、跟随报文、延迟请求报文 和延迟回应报文等。
所述的主时钟模式是指交换机端口向其他交换机端口发出同步报文、跟随 报文并接收延迟请求报文,发出延迟回应报文;所述的从时钟模式是指交换机端口接收来自其他交换机端口的同步报文、跟随报文,并发出延迟请求报文, 接收延迟回应报文。
第二步,时钟模式设定
可根据交换控制层处理模块的网管协议处理单元根据人机命令设置或根据 IEEE1588标准选择该交换机的组网端口工作于主时钟模式或从时钟模式。当工 作模式为主时钟模式则执行第三步,当工作模式为从时钟模式则执行第五步。
第三步,主时钟模式下的时钟源设定
GPS时钟调整控制单元激活GPS卫星接收模块控制时钟调整保持模块跟踪 GPS的时钟时间信号,向接口控制单元输出用于时间标签的时钟时间信号。 第四步,主时钟模式下的PTP报文处理
① 主时钟交换机的PTP精确时间协议处理单元在每个时间间隔T内向以从 时钟模式工作的交换机的组网端口或通过交换端口向其它网元设备发出同步报 文,主时钟端口的接口控制单元监视物理层接口模块,并记录同步报文发出时 间为T1,然后将T1输出至PTP精确时间协议处理单元;
② PTP精确时间协 议处理单元将Tl编译在跟随报文内后向以从时钟模式工 作的交换机的组网端口或通过交换端口向其它网元设备发出;
(D当接口控制单元收到来自从时钟模式工作的交换机的组网端口或来自其 它网元设备发来的延迟请求报文,则记下接收到的时间T4,并将T4输出至PTP 精确时间协议处理单元,由其将T4编译在延迟回应报文内向以从时钟模式工作 的交换机的组网端口或通过交换端口向其它网元设备发出。
第五步,从时钟模式下的时钟源设定GPS时钟调整控制单元关闭GPS卫星 接收模块并通过PTP协议跟踪上级主时钟。
第六步,从时钟模式下的PTP报文处理
①以从时钟模式工作的交换机的组网端口的接口控制单元监视物理层接口 模块的各类数据报文,当PTP时间协议报文为同步报文,则记下接收到的时间 T2,并将T2输出到PTP精确时间协议处理单元;当PTP时间协议报文为延迟请 求报文,则记下发出的时间T3,并将T3输出到PTP精确时间协议处理单元;当 PTP时间协议报文为跟随报文和延迟回应报文,则直接转发到PTP精确时间协议 处理单元;②PTP精确时间协议处理单元根据接口控制单元送来的T2、 T3和来自主时 钟交换机的跟随报文和延迟回应报文所携带的Tl和T4即可计算出从时钟偏差 Offset和传输延时Delay。计算方法具体是
Offset=[(T2-Tl)-(T4-T3)]/2 Delay=[(T2-T1)+(T4-T3)]/2 PTP精确时间协议处理单元将计算结果送到数据链路层处理模块的GPS和 时钟调整控制单元调整时钟偏差。 第七步,普通数据包的处理
当接口控制单元监视到的协议报文为普通数据包,则由接口控制单元将其 送至MAC控制单元、数据交换及汇聚单元,根据数据交换配置管理单元对数据 交换及汇聚单元的工作状态的配置,完成普通数据包的交换和汇聚。
本发明使本交换机的每个组网端口和每个交换端口上都能支持PTP时间协 议,每个组网端口可工作于主时钟模式和从时钟模式而每个交换端口都工作于 主时钟模式。在每个组网端口和每个交换端口的物理接口层由接口控制单元打 上时间标签。通过端到端的介质对称的传输,网络中其它支持PTP协议报文的 网元设备都能实现亚微秒级的时间同步。


图l为本发明逻辑示意图2为实施例中物理层接口模块示意图3为实施例中数据链路层处理模块示意图4为实施例中交换控制层处理模块示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方
案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
如图l、图2、图3和图4所示,本实施例包括物理层接口模块IOO、数 据链路层处理模块200、交换控制层处理模块300、 GPS卫星接收模块400和时 钟调整保持模块500组成,其中
物理层接口模块包括千兆汇聚端口接口单元101 、支持PTP的千兆组网端口接口单元102和支持PTP协议的百兆交换端口接口单元103;
数据链路层处理模块包括GMII控制单元201、 SMII控制单元202、 MAC控 制单元203、数据交换和汇聚单元204、 GPS和时钟调整控制单元205,该数据 链路层处理模块通过一块FPGA或FPGA+ASIC专用交换芯片实现;
交换控制层处理模块包括协议解析处理单元301、快速生成树协议RSTP处 理单元302、 PTP精确时间协议处理单元303、数据交换配置管理单元304、网 管协议SNMP处理单元305,该交换控制层处理模块的上述处理单元在CPU上实 现。
上述组件通过以下方式进行连接物理层接口模块的千兆汇聚端口接口单
元101和支持PTP的千兆组网端口接口单元102与数据链路层处理模块的GMII 控制单元201相连,其中支持PTP协议的百兆交换端口接口单元103与数据链 路层处理模块的SMII控制单元202相连。
数据链路层处理模块的GPS和时钟调整控制单元205与GPS卫星接收模块 400、时钟调整保持模块500相连,且与交换控制层处理模块的PTP精确时间协 议处理单元303相连,GMII控制单元201、 SMII控制单元202与MAC控制单元 203和GPS和时钟调整控制单元205相连,且与交换控制层处理模块的PTP精确 时间协议处理单元303相连。MAC控制单元203与数据交换和汇聚单元204相连, 且与交换控制层处理模块的数据交换配置管理单元304、网管协议SNMP处理单 元305相连。数据交换和汇聚单元204与交换控制层处理模块的数据交换配置 管理单元304相连。
交换控制层处理模块的协议解析处理单元301是公共调用单元,与本模块 所有的单元相连。快速生成树协议RSTP处理单元302和网管协议SNMP处理单 元305与数据链路层处理模块的MAC控制单元203相连。数据交换配置管理单 元304与数据链路层处理模块的数据交换和汇聚单元204相连。PTP精确时间协 议处理单元303与数据链路层处理模块的GMII控制单元20KSMII控制单元202 相连。
本交换机装置的GPS卫星接收模块400和时钟调整保持模块500,是为本交 换机用于系统源主时钟GRANDMASTERCLOCK配置的。GPS卫星接收模块400用于 接收国际标准时UTC和1PPS,时钟调整保持模块500是用于跟踪UTC和1PPS信号并训练恒温高稳晶振,当GPS信号中断时,在24小时内仍可输出保持精度 优于±1 x 10—9的高精度时钟信号。GPS卫星接收模块400和时钟调整保持模块 500的输出与数据链路层处理模块的GPS和时钟调整控制单元205相连接,由 GPS和时钟调整控制单元205控制和转换成可用于时间标签的信号送到GMII控 制单元201和SMII控制单元202。
GMII控制单元201用于监视物理层接口模块的支持PTP的千兆组网端口接 口单元102物理端口上的各类数据报文,SMII控制单元202用于监视物理层接 口模块的支持PTP的百兆交换端口接口单元103物理端口上的各类数据报文。 如果是PTP协议的同步报文,则记下发出的时间T1,并将T1送到交换控制层处 理模块的PTP精确时间协议处理单元303,由其将Tl编译在跟随报文内向以从 时钟模式工作的交换机的组网端口或通过交换端口向其他网元设备发出;如果 是PTP协议的延迟请求报文,则记下接收到的时间T4,并将T4送到交换控制层 处理模块的PTP精确时间协议处理单元303,由其将T4编译在延迟回应报文内 向以从时钟模式工作的交换机的组网端口或通过交换端口向其他网元设备发 出。如果是普通数据包则交由MAC控制单元203和数据交换和汇聚单元204进 行交换和汇聚。
本交换机的支持PTP的千兆组网端口接口单元102是用于交换机组网的端 口。当多台交换机组成环网时,其中一台交换机配置GPS卫星接收模块作为系 统的源主时钟GRANDMASTERCLOCK,其他交换机可去掉GPS卫星接收模块而作为 从时钟,通过支持PTP的千兆组网端口接口单元102获取上级源主时钟交换机 的时钟同步信息。从时钟交换机的支持PTP的千兆组网端口接口单元102接收 来自上级源主时钟交换机的PTP协议报文,由其GMII控制单元201监视该物理 端口上的各类数据报文,如果是PTP协议的同步报文,则记下接收到的时间T2, 并将T2送到交换控制层处理模块的PTP精确时间协议处理单元303;如果是PTP 协议的延迟请求报文,则记下发出的时间T3,并将T3送到交换控制层处理模块 的PTP精确时间协议处理单元303。如果是PTP协议的跟随报文和延迟回应报文, 则直接转送到交换控制层处理模块的PTP精确时间协议处理单元303。而普通 数据包则交由MAC控制单元203和数据交换和汇聚单元204进行交换和汇聚。
交换控制层处理模块的PTP精确时间协议处理单元303根据GMII控制单元201送来的T2、 T3和来自上级源主时钟交换机组网端口的跟随报文和延迟回应 报文所携带的Tl和T4即可计算出从时钟的偏差Offset和传输延时Delay。PTP 精确时间协议处理单元303将计算结果送到数据链路层处理模块的GPS和时钟 调整控制单元205调整时钟偏差。
本实施例中源主时钟交换机以及从时钟交换机的百兆交换端口对于网络中 的其他支持PTP协议的智能电子设备(IED)均作为主时钟端口。
本实施例装置通过以下步骤进行交换处理
第一步交换控制层处理模块的网管协议SNMP处理单元305接收来自网 管的命令通过数据交换配置管理单元304对数据链路层处理模块的数据交换和 汇聚单元204的工作状态进行配置,支持802.1Q, 802.1P等标准。
第二步交换控制层处理模块的网管协议SNMP处理单元305接收来自网管 的命令设定交换机的组网模式和工作模式,如果是环网模式则激活快速生成树 协议RSTP处理单元302。通过PTP精确时间协议处理单元303控制数据链路 层处理模块的GMII控制单元201设定本交换机工作于主时钟模式或从时钟模 式。
第三步GMII控制单元201和SMII控制单元202监视支持PTP的千兆组网 端口接口单元102和支持PTP协议的百兆交换端口接口单元103的PTP协议报 文,在主时钟模式和从时钟模式下,分别记下T1、 T4和T2、 T3,并送到交换控 制层处理模块的PTP精确时间协议处理单元303,根据协议规范,分别发出同步 报文、跟随报文、延迟回应报文或延迟请求报文。
第四步主时钟模式下,交换控制层处理模块的PTP精确时间协议处理单 元303控制数据链路层处理模块的GPS和时钟调整控制单元205激活跟踪GPS 调整本机时钟的例程。从时钟模式下,PTP精确时间协议处理单元303根据PTP 跟踪算法计算出时钟偏差,通过时钟调整控制单元206控制时钟调整保持模块 500修正偏差。
第五步根据数据交换单元配置管理单元304对数据链路层处理模块的数 据交换和汇聚单元204工作状态的配置所确定的交换原则完成普通数据包的交 换和汇聚。
本实施所述方法在实现以太网二层交换机的功能,即包括支持802. 1Q、802. IP标准的数据交换的同时,通过在交换机的各个组网端口和交换端口的物 理层直接打上时间标签,使每台交换机的组网端口和交换端口都支持PTP时间 协议,实现符合IEEE1588国际标准的亚微秒级时钟同步。能够作为系统主时钟 向网络中所有支持PTP协议的网元授时。能够将交换机所有端口上的数据汇聚 到2个千兆以太网口输出。
权利要求
1、一种具有亚微秒级时钟的交换机,其特征在于,具体包括物理层接口模块、数据链路层处理模块、交换控制层处理模块、GPS卫星接收模块和时钟调整保持模块,其中数据链路层处理模块分别连接物理层接口模块和交换控制层处理模块,GPS卫星接收模块、数据链路层处理模块和时钟调整保持模块依次相互连接;GPS卫星接收模块接收1PPS秒脉冲信号和国际标准时作为本交换机的源参考时钟,并将其输出至数据链路层处理模块和时钟调整保持模块;时钟调整保持模块内部设有恒温高稳晶体振荡器,该时钟调整保持模块接受GPS卫星接收模块发出的1PPS秒脉冲信号和国际标准时信号,通过恒温高稳晶体振荡器进行时钟频率的保持并输出时间标签信息;数据链路层处理模块接收来自接物理层接口模块的数据报文并根据类型分别将普通数据包进行数据帧交换和汇聚,将PTP时间协议报文发送到交换控制层处理模块;所述的时间标签信息包括1PPS秒脉冲信号、国际标准时信号和与1PPS同相的100MHz时钟时间信息;所述的数据报文包括普通数据包和PTP时间协议报文。
2、 根据权利要求1所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的 数据链路层处理模块包括接口控制单元、mac控制单元、数据交换及汇聚单元 和gps时钟调整控制单元,其中mac控制单元分别连接接口控制单元和数据交 换及汇聚单元,gps时钟调整控制单元连接接口控制单元,mac控制单元另外连 接交换控制层处理模块,接口控制单元另外连接物理层接口模块,数据交换及 汇聚单元连接交换控制层处理模块,gps时钟调整控制单元另外分别连接交换控 制层处理模块、gps卫星接收模块和时钟调整保持模块。
3、 根据权利要求2所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的 接口控制单元接收来自接物理层接口模块的数据报文并根据类型分别将普通数 据包发送至mac控制单元进行数据帧交换和汇聚。
4、 根据权利要求2所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的 mac控制单元用于处理普通数据包的二层数据帧的缓存、差错控制、物理寻址、 流量控制;所述的数据交换及汇聚单元根据mac地址完成普通数据包的数据帧的交换和汇聚。
5、 根据权利要求2所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的GPS时钟调整控制单元分别接收从GPS卫星接收模块和时钟调整保持模块输出的时间标签信息并输出到接口控制单元。
6、 根据权利要求2所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的接口控制单元接收来自交换控制层处理模块发出的从时钟偏差和传输延时,调整时钟调整保持模块输出的时间时钟信息。
7、 根据权利要求1所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的交换控制层处理模块包括协议解析处理单元、生成树协议处理单元、PTP精确时间协议处理单元、数据交换配置管理单元和网管协议处理单元,其中协议解析处理单元分别连接生成树协议处理单元、PTP精确时间协议处理单元、数据交换配置管理单元和网管协议处理单元,生成树协议处理单元、数据交换配置管理单元和PTP精确时间协议处理单元分别另外连接数据链路层处理模块。
8、 根据权利要求7所述的具有亚微秒级时钟的交换机,其特征是,所述的PTP精确时间协议处理单元接收数据链路层处理模块输出的PTP时间协议报文,根据PTP协议计算出从时钟偏差和传输延时,并将计算结果送到数据链路层处理模块。
9、 一种根据权利要求1所述的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,其特征在于,交换机的每个组网端口和每个交换端口上都支持PTP时间协议,每个组网端口可工作于主时钟模式和从时钟模式而每个交换端口都工作于主时钟模式,具体包括以下步骤第一步,组网模式设定交换控制层处理模块的网管协议处理单元根据人机命令设置工作模式为组网模式或独立模式,当工作模式为组网模式则执行第二步,当工作模式为独立模式则执行第三步;第二步,时钟模式设定可根据来自交换控制层处理模块的网管协议处理单元的人机命令或IEEE1588标准选择该交换机的组网端口工作于主时钟模式或从时钟模式,当工作模式为主时钟模式则执行第三步,当工作模式为从时钟模式则执行第五步;第三步,主时钟模式下的时钟源设定GPS时钟调整控制单元激活GPS卫星接收模块并控制时钟调整保持模块跟踪GPS的主时钟时间信号,并向接口控制单元输出可用于时间标签的时间时钟信号;第四步,主时钟模式下的PTP报文处理`4. l)主时钟交换机的PTP精确时间协议处理单元在每个时间间隔T内向以从时钟模式工作的交换机的组网端口或通过交换端口向其它网元设备发出同步报文,主时钟端口的接口控制单元监视物理层接口模块,并记录同步报文发出时间为T1,然后将Tl输出至PTP精确时间协议处理单元;`4. 2)PTP精确时间协议处理单元将Tl编译在跟随报文内后向以从时钟模式`工作的交换机或其它网元设备发出;`4. 3)当接口控制单元收到来自从时钟模式工作的交换机的组网端口或来自交换端口的其它网元设备发来的延迟请求报文,则记下接收到的时间T4,并将T4输出至PTP精确时间协议处理单元,由其将T4编译在延迟回应报文内向以从时钟模式工作的交换机的组网端口或通过交换端口向其它网元设备发出;第五步,从时钟模式下的时钟源设定GPS时钟调整控制单元关闭GPS卫星接收模块并通过PTP协议跟踪上级主时钟;第六步,从时钟模式下的PTP报文处理`6.1)以从时钟模式工作的交换机的组网端口接口控制单元监视物理层接口模块的各类数据报文,当PTP时间协议报文为同步报文,则记下接收到的时间T2,并将T2输出到PTP精确时间协议处理单元;当PTP时间协议报文为延迟请求报文,则记下发出的时间T3,并将T3输出到PTP精确时间协议处理单元;当PTP时间协议报文为跟随报文和延迟回应报文,则直接转发到PTP精确时间协议处理单元;`6. 2) PTP精确时间协议处理单元根据接口控制单元送来的T2、 T3和来自主时钟交换机的跟随报文和延迟回应报文所携带的Tl和T4即可计算出从时钟偏差Offset和传输延时Delay,计算方法具体是Off set=[ (T2-Tl)-(T4-T3) ]/2,Delay=[(T2—Tl)+(T4—T3)]/2,PTP精确时间协议处理单元将计算结果送到数据链路层处理模块的GPS和时钟调整控制单元调整时钟偏差;第七步,普通数据包的处理当接口控制单元监视到的协议报文为普通数据包,则由接口控制单元将其送至MAC控制单元、数据交换及汇聚单元,根据数据交换配置管理单元对数据交换及汇聚单元的工作状态的配置,完成普通数据包的交换和汇聚。
10、 根据权利要求9所述的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,其特征是,在第一步中所述的独立模式,具体是指网络中只有一台交换机,其组网端口和交换端口都工作于主时钟模式,GPS时钟调整控制单元激活GPS卫星接收模块。
11、 根据权利要求9所述的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,其特征是,在第一步中所述的组网模式,具体是指网络中有多台交换机,其组网端口可根据交换控制层处理模块的网管协议处理单元根据人机命令或IEEE1588标准选择本组网端口工作于主时钟模式或从时钟模式。
12、 根据权利要求10或11所述的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,其特征是,所述的主时钟模式,具体是指当组网端口工作于主时钟模式时,激活GPS卫星接收模块。
13、 根据权利要求11所述的具有亚微秒级时钟的交换机的交换处理方法,其特征是,所述的从时钟模式,具体是指当组网端口工作于从时钟模式时,关闭GPS卫星接收模块,通过PTP协议跟踪上级主时钟。
全文摘要
一种工业控制技术领域的具有亚微秒级时钟的交换机及其交换处理方法,包括物理层接口模块、数据链路层处理模块、交换控制层处理模块、GPS卫星接收模块和时钟调整保持模块,其中数据链路层处理模块分别连接物理层接口模块和交换控制层处理模块,GPS卫星接收模块、数据链路层处理模块和时钟调整保持模块依次相互连接。本发明支持802.1Q、802.1P标准的数据交换,并实现符合IEEE1588标准的亚微秒级时钟同步,能够作为系统主时钟向网络中所有支持PTP精确时间协议的网元授时,将交换机所有端口上的数据汇聚到1个或2个千兆以太网口输出。
文档编号H04L29/06GK101645869SQ20081004144
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者张振华, 张沛超, 峰 徐, 文小军, 磊 董 申请人:上海思弘瑞电力控制技术有限公司
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