专利名称：调度定时分组以增强电信网络中的时间分布的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及电信网络中的分组业务的处理。更特别地，本发明针对调度定时分组以增强电信网络中的时间分布。
背景技术：
近年来，对于包括伪线仿真(PWE)、IP语音(VoIP)、视频会议的计算机网络中的实时应用和服务以及诸如H. 261, H. 323和IPTV的广播、多播、选播的流式服务的传输的要求迅速增加。这些实时服务一般需要高度精确的定时，以确保高的服务质量。在基于诸如全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、WiMAX和长期演进(LTE)的技术的无线网络中的基站上也需要高度精确的定时。为了确保高服务质量并有利于网络管理，希望消除诸如开关、路由器和基站的计算机网络设备之间的时钟不匹配。可通过提供诸如全球定位系统(GPQ基准的各节点上的高度精确定时基准或诸如Mratum 2铷振荡器的低质量振荡器完成这一点，这里，在 Telcordia GR-1244-C0RE中给定用于Mratum 2时钟质量的规范。但是，同时，希望降低源自这些定时基准的每个节点部署导致的实际的成本。为了降低每个节点的成本，希望在各客户机节点上使用诸如恒温晶体振荡器 (OCXO)或温度控制振荡器(TCXO)的更便宜的振荡器。但是，00(0和TQCO可能不能满足 Stratum 2时钟质量要求或者对于在ITU-T G. 823SEC、3GPP和IEEE 802. 16e中限定的无线网络的相应的时钟质量要求。为了解决该问题，一个或多个时钟服务器可通过数据网络向各客户机节点提供定时。各时钟服务器可获得从诸如全球定位系统(GPS)或与锁定于GPS 上的基本基准源的Stratuml基准导出的定时。各客户机可从该基准时钟源恢复的频率和绝对相位信息。限制分组网络中的定时分布的精度的重要因素中的一种是在时钟服务器和客户机节点之间发送的定时分组经历的称为随时间的抖动或分组延迟变化(PDV)的网络延迟中的变化。抖动一般被视为包含分组延迟中的短期变化。经常应用于定时分组的服务质量 (QoS)政策是加速转送(EF)。在EF业务和任何其它低优先级业务中，EF业务被列队并首先被传送。即使这样，定时分组也仍可经历源自定时分组与其它的定时分组或低优先级分组的多路传输产生的抖动。许多基于分组的系统使用存储并转送媒体访问技术。这些系统一般接收整个分组并且将分组列队到出口媒体访问端口。可在出口端口上传送分组之前， 已处于被传送的过程中的任何先前的分组应被完全传送。在出口前列队的该过程可对于来自任何特定的客户机设备的任何特定的分组导致大的抖动。当多个客户机基于恢复的绝对相位信息以规则的间隙传送定时分组时，这些定时分组中的许多趋于在大致相同的时间到达网络边缘，特别是在多个客户机相对接近的网络中。这些定时分组趋于在许多分组的突发中蓄积，这些分组然后可被转送到服务器(或一组服务器)。图1示出根据现有技术的定时分组从多个客户机到达服务器的例子。从八个客户机中的每一个到达服务器的定时分组100被标记为来自第一客户机的“a”、来自第二客户机的“b”，等等直到来自第八客户机的“h”。一个定时分组100在各时间间隙T上从各客户机被传送，使得，来自各客户机的一个定时分组100作为在各时间间隙T上到达服务器的定时分组的突发101的一部分到达。突发101从到达时间tarr、tarr+T和tarr+2T等中的每一个上开始到达服务器。如图1所示，在任何给定的时间间隙T上，由给定的客户机传送的定时分组100可在突发中首先、最后或在任何其它地方到达。各突发中的定时分组100 的次序依赖于诸如各客户机上的相位估计的精度、各客户机上的恢复频率和由定时分组穿过的网络内的列队效果的许多因素。各客户机上的恢复的频率和相位一般包含抖动和漂移。漂移一般被视为包含诸如十分之一秒或更大的量级的分组延迟中的长期变化。作为图1所示的定时分组的排序的突发和变化的结果，由定时分组经历的增加的抖动的结果，恢复的频率和相位中的该抖动和漂移可增加。另外，恢复的频率和相位中的增加的漂移可导致定时分组的排序的缓慢改变的变化，这可导致恢复的频率和相位的漂移的进一步增加。漂移的大小可以为毫秒的量级， 这远超诸如CDMA、TD-SCDMA和LTE-FDD的无线协议的约3微秒的绝对相位精度要求。需要该基站到基站相位精度要求，以保持呼叫质量、减少干扰并避免呼叫掉线。因此，希望确定如何降低电信网络中的定时分组的突发的可能性和长度，特别是在包含基于恢复的绝对相位信息以规则的间隙传送定时分组的多个客户机的网络中。
发明内容
描述了调度定时分组以增强电信网络中的时间分布的装置和方法。本发明的一个实施例包括一种基于在定时分组中分布的信息导出时间和频率中的至少一个的系统中的改进的装置，定时分组中的至少一些被装置传送或接收。改进包括基于与装置相关的第一预定标识符确定第一定时分组的第一分组传送时间偏移并且基于第一分组传送时间偏移和与第一预定标识符无关的定时分组间隔确定第二定时分组的第二分组传送时间偏移的调度模块。改进还包括基于第一分组传送时间偏移传送第一定时分组，并且基于第二分组传送时间偏移传送第二定时分组的传送模块。本发明的另一实施例包括一种调度定时分组的装置。装置包括调度模块，该调度模块确定第一定时分组的第一分组传送时间偏移，其中，第一分组传送时间偏移基本上随机位于预定长度的第一时间窗口内，并且基于第一分组传送时间偏移和定时分组间隔确定第二定时分组的第二分组传送时间偏移，使得第二传送时间偏移在第一时间窗口内。装置还包括基于第一分组传送时间偏移传送第一定时分组并且基于第二分组传送时间偏移传送第二定时分组的传送模块。
为了更好地理解本发明的本质和目的，应参照结合附图给出的以下的详细的描述，其中，
图1示出根据现有技术的从多个客户机到达服务器的定时分组的例子；图2示出根据本发明的一个实施例的包含时间服务器和调度定时分组的客户机的系统；图3示出根据本发明的一个实施例的包含调度定时分组的时间服务器和客户机的系统；图4示出根据本发明的一个实施例的从多个客户机到达时间服务器的调度的定时分组的例子；以及图5示出根据本发明的一个实施例配置的装置。
具体实施例方式图2示出包括根据本发明的一个实施例的时间服务器201和调度定时分组的客户机202A 202N的系统。时间服务器201通过网络200向客户机202提供定时信息。网络 200中的分组的传送可以在纤维、铜、微波、共轴电缆或任何其它的传送介质上。分组通信在包含层二(媒体访问)、层三(网络)或更高的层的OSI叠层的任何层上发生。时间服务器 201从主机时钟源(未示出)获得定时，该主机时钟源可以是诸如从全球定位系统(GPS)导出的基本基准时钟的Mratum 1基准的时钟源。时间服务器201可替代性地被称为时钟主机201。客户机设备202中的每一个包含和获得来自本地客户机时钟(未示出)的定时。 客户机设备202可替代性地被称为从属机202。客户机可以是为了操作需要频率或时间信息的任何网络设备。客户机的例子为路由器、开关、基站、毫微微蜂窝、家庭网关、GP0N、以及家庭音频视频桥接装置。网络管理系统210可被用于配置和监视时间服务器201和客户机设备202。网络管理系统210可通过使用诸如简单网络管理协议(SNMP)的网络管理协议与时间服务器201和客户机设备202通信。至少部分地基于由时间服务器201提供的定时信息，通过客户机设备202调整本地客户机时钟。可以以在时间服务器201和客户机设备202中的一个或多个之间行进的定时分组的形式提供定时信息。这些定时分组可穿过分组网络200。关于图2，在一个实施例中，可通过使用诸如网络时间协议(NTP)的定时分布协议产生定时分组。时间服务器201和各客户机设备202之间的定时分组的交换可以是客户机启动的。各客户机设备202可创建向时间服务器201发送然后通过时间服务器201返回各客户机设备202的定时分组。作为替代方案，各客户机设备202可创建向时间服务器201 发送的定时分组，并且，作为响应，时间服务器201可创建向各客户机设备202发送的定时分组。图3示出根据本发明的一个实施例的包含调度定时分组的时间服务器301和客户机302A 302N的系统。如以上对于图2描述的那样，时间服务器301通过网络300向客户机302提供定时信息，并且，网络管理系统310可被用于配置和监视时间服务器301和客户机设备302。如以上对于图2描述的那样，时间服务器301从主机时钟源(未示出)获得定时，并且，各客户机302从本地客户机时钟(未示出)获得定时。至少部分地基于由时间服务器301提供的定时信息通过客户机设备302调整本地客户机时钟。可以以在时间服务器301和客户机设备302中的一个或多个之间行进的定时分组的形式提供定时信息。这些定时分组可穿过分组网络300。
关于图2和图3，在一个实施例中，可通过使用诸如IEEE 1588精确时间协议 (PTP)的定时分布协议产生定时分组。例如，时间服务器301可向各客户机设备302发送单播同步分组。各客户机设备302可通过向时间服务器301发送延迟请求分组响应单播同步分组。时间服务器301可然后通过延迟响应分组响应各客户机设备302。图2和图3示出特别是在包含基于恢复的绝对相位信息以规则的间隙传送定时分组的多个客户机的网络中降低电信网络中的定时分组的突发的可能性和长度的两种方法。 这两种方法均基于调度定时分组，使得由多个客户机设备传送的定时分组及时传播而不是在各客户机设备上在大致相同的时间被传送。通过偏移定时分组的传送时间使得定时分组及时传播，可以降低然后被转送到时间服务器的定时分组的突发的可能性和长度。如后面更详细地描述的那样，可以基于与各客户机设备相关的预定标识符、基于客户机设备之间的定时分组传送速率偏移或以上的组合，以诸如基本上随机的各种方式，确定定时分组的分组传送时间偏移。在图2中，各客户机设备202调度向时间服务器201的定时分组的传送。该方法可很好地适于增强诸如NTP的定时分布协议，其中，时间服务器和各客户机设备之间的定时分组的交换是客户机启动的。该方法也可被用于增强例如PTP的定时分布协议。例如， 客户机可调度向时间服务器的PTP延迟请求分组的传送。相反，在图3中，时间服务器301 调度向各客户机设备302的定时分组的传送。该方法也可被用于增强PTP。例如，时间服务器可调度向各客户机的PTP单播同步分组的传送。各客户机可然后在接收单播同步分组时向时间服务器传送PTP延迟请求分组。通过时间服务器的单播同步分组的调度由此导致通过客户机的延迟请求分组的传送的传播。图3的方法的潜在的优点在于，只有时间服务器需要对于定时分组执行与分组传送时间偏移有关的处理，客户机不需要。图4示出根据本发明的一个实施例的从多个客户机到达时间服务器的调度的定时分组的例子。图4可与图2和图3所示的实施例对应。从八个客户机中的每一个到达服务器的定时分组400被标记为来自第一客户机的“a”、来自第二客户机的“b”，等等直到来自第八客户机的“h”。一个定时分组400在各时间间隙402(由T表示)上从各客户机被传送，使得，来自各客户机的一个定时分组400作为在各时间间隙T上到达服务器的定时分组的突发401的一部分到达。突发401从到达时间tm、ta +T和ta +2T等中的每一个上或几乎每一个上开始到达服务器。各突发401中的定时分组400从突发401的开始偏移cO、从可以为非零的零相位的恒定相位偏移和根据传送各定时分组400的客户机设备改变的可变相位偏移的和。各定时分组400的可变相位偏移可以是时间常数τ的倍数。注意，图4示出理想的方案，其中，到达服务器的各突发401中的分组400均勻间隔。即使分组400的分组传送时间偏移均勻间隔，在通往服务器的路上由分组400穿过的网络中的抖动一般使得各突发401中的定时分组400的间隔随时间改变。图5示出根据本发明的一个实施例配置的装置500。如以上对于图2和图3描述的那样，装置500可以为时间服务器和/或客户机设备。装置500包括与总线506连接的中央处理单元(CPU) 502。输入/输出装置504也与总线506连接，并且可包括键盘、鼠标和显示器等。与总线506连接的网络接口控制器508是装置500与诸如网络200或网络300 的外部网络的接口。存储器510可包含诸如用于与网络管理系统210和/或310交互的程序的可执行程序。存储器510还可包含调度模块512和速率确定模块516。传送模块514也与总线506连接。可作为现场可编程门阵列(FPGA)和/或应用特定集成电路(ASIC) 520 的一部分实现传送模块514。作为替代方案，FPGA和/或ASIC 520可实现调度模块512、 传送模块514和速率确定模块516的操作。调度模块512可以以各种方式确定对于定时分组的分组传送时间偏移。在一个实施例中，可基于与客户机202和/或302相关的预定标识符确定分组传送时间偏移。例如， 该标识符可包含诸如制造商标识符、MAC地址或IP地址的序列号的至少一部分。至少在从时间服务器201和/或301接收定时信息的客户机202和/或302之间，预定标识符可以是唯一的。分组传送时间偏移可被确定为线性或非线性映射、散列、循环冗余检查(CRC)、为唯一标识符位的一些子集的奇偶性，或者通过量化实现。例如，当从可具有对于给定的网络或子网络共同的大量的位的以太网和IP地址获得预定标识符时，线性映射的替代方案是有用的。对于以比没有量化或编码的可能的情况更均勻地分布的方式传播映射，位的量化或编码是有用的。在一个实施例中，可通过使用线性映射确定与各客户机202和/或302对应的分组传送时间偏移。例如，线性映射可基于各客户机202和/或302的MAC地址的最低有效8 位。这8个位产生256个不同的分组传送时间偏移。例如，如果256个客户机202和/或 302中的每一个具有在256个客户机202和/或302中具有唯一的最低有效8位的MAC地址，那么可通过使用以下的示例性映射确定与各客户机202和/或302对应的分组传送时间偏移。 表1. MAC地址的最低有效8位对于分组传送时间偏移的示例性映射
MAC地址(最低有效 8位)映射分组传送时间偏移0x000Os0x0111/2560S · · · · · ·OxFF255255725 60s在本例子中，各客户机202和/或302每秒传送十个定时分组。因此，256个客户机202和/或302每秒可传送集合平均速率为2560个定时分组，或者每十分之一秒的时间间隙(与图4中的时间间隙402对应)可传送256个定时分组。在一个实施例中，表1所示的分组传送时间偏移是每十分之一秒，并且以1/(定时分组的集合平均速率)、或者在本例子以1/2560秒(约391微秒)均勻间隔。可每十分之一秒重复该映射，使得从各客户机 202和/或302的定时分组的传送间隔也均勻地间隔(在本例子中，间隔1秒)。作为替代方案，分组传送时间偏移不必均勻间隔。另外，分组传送时间偏移不需要在十分之一秒的时间间隙的整个周期上。例如，作为在十分之一秒的整个时间间隙上间隔391微秒的替代，分组传送时间偏移可在时间间隙的一部分上间隔诸如250微秒的更小的量。作为替代方案，分组传送时间偏移可以以小于1/(定时分组的集合平均速率)的值间隔。
作为替代方案，分组传送时间偏移可以以大于1/(定时分组的集合平均速率)的值间隔。例如，如果客户机MAC地址相对均勻分布，那么，如果存在诸如8192个的大量的客户机设备202和/或302，那么，通过使用表1所示的映射，可存在表1所示的每个分组传送时间偏移的多个客户机。即使这样，如果不使用分组传送时间偏移，那么也平均存在可同时或者大致同时传送定时分组的8192/256或512个客户机202和/或302，而不是可同时或者大致同时传送分组的8192个客户机202和/或302。这也应增强客户机定时恢复的相位漂移和频率精度。在一个实施例中，第一预定标识符可基于各客户机202和/或302的MAC地址的最低有效14位。相对于各秒的开始，可通过将MAC地址的最低有效14位映射到0 16384 的相应的整数、将该整数乘以13微秒(分组传送时间偏移的间隔)并且增加3微秒恒定相位偏移，确定分组传送时间偏移。在另一实施例中，第一预定标识符可基于由客户机202和/或302接收的信息进行确定。例如，可通过使用地址分辨协议(ARP)确定客户机202和/或302的MAC地址。 可通过使用相反的ARP确定客户机202和/或302的IP地址。作为替代方案，可通过使用 DHCP设定客户机202和/或302的IP地址。在一个实施例中，预定标识符对于分组传送时间偏移的映射可基于预定标识符中的位的任何子集完成，并且不必是相邻的子集。例如，可以在客户机202和/或302的MAC 地址的第一和最后的字节上完成映射。在一个实施例中，分组传送时间偏移可基于第一预定标识符以及突发传送时间偏移被确定。可如上面描述的那样确定基于第一预定标识符确定的分组传送偏移的一部分。 可基于第二预定标识符确定突发传送时间偏移。突发传送时间偏移指的是由给定的客户机设备202和/或302传送的定时分组的突发的开始。例如，给定的客户机设备202和/或 302可对于预定长度的时间窗口的一部分，诸如对于1 秒时间窗口中的16秒或18秒周期传送定时分组。突发传送时间偏移指的是从给定客户机202和/或302开始传送定时分组的突发的时间窗口的开始的时间偏移。该定时分组的突发可跨过相邻的1 秒时间窗口之间的时间边界。在表2中表示确定突发传送时间偏移的示例性映射，突发传送时间偏移间隔为1秒表2. MAC地址的最低有效7位对于突发传送时间偏移的示例性映射
权利要求
1.一种基于在定时分组中分布的信息导出时间和频率中的至少一个的系统中的改进的装置，定时分组中的至少一些被所述装置传送或接收，其中，所述改进包括调度模块，该调度模块基于与装置相关的第一预定标识符，确定第一定时分组的第一分组传送时间偏移，并且基于第一分组传送时间偏移和与第一预定标识符无关的定时分组间隔，确定第二定时分组的第二分组传送时间偏移；和传送模块，该传送模块基于第一分组传送时间偏移传送第一定时分组，并且基于第二分组传送时间偏移传送第二定时分组。
2.根据权利要求1的装置，其中，第一预定标识符基于与所述装置相关的制造商标识符、MAC地址或IP地址中的至少一个的至少一部分。
3.根据权利要求1的装置，其中，定时分组间隔被预定。
4.根据权利要求1的装置，其中，第一分组传送时间偏移位于预定长度的第一时间窗口内，并且，第二传送时间偏移基本上随机地位于第一传送时间偏移之后的第一时间窗口的一部分内。
5.根据权利要求1的装置，其中，调度模块确定包含第一定时分组和第二定时分组的定时分组的突发的突发传送时间偏移，并且，其中第一分组传送时间偏移基于突发传送时间偏移被确定。
6.根据权利要求5的装置，其中，突发传送时间偏移基于与所述装置相关的第二预定标识符被确定。
7.根据权利要求6的装置，其中，第二预定标识符基于与装置相关的制造商标识符、 MAC地址和IP地址中的至少一个的至少一部分。
8.根据权利要求5的装置，其中，突发传送时间偏移基本上随机地位于预定长度的时间窗口内。
9.根据权利要求1的装置，还包括确定定时分组传送速率的速率确定模块，其中，定时分组间隔基于定时分组传送速率被确定。
10.根据权利要求1的装置，其中，调度模块基于在所述装置上接收的信息确定第一预定标识符。
11.一种调度定时分组的装置，包括调度模块，该调度模块确定第一定时分组的第一分组传送时间偏移，其中，第一分组传送时间偏移基本上随机地位于预定长度的第一时间窗口内，并且该调度模块基于第一分组传送时间偏移和定时分组间隔确定第二定时分组的第二分组传送时间偏移，使得第二传送时间偏移在第一时间窗口内；和传送模块，该传送模块基于第一分组传送时间偏移传送第一定时分组，并且基于第二分组传送时间偏移传送第二定时分组。
12.根据权利要求11的装置，其中，第一分组传送时间偏移基于从与装置相关的预定标识符导出的种子被确定。
13.根据权利要求12的装置，其中，预定标识符基于与所述装置相关的制造商标识符、 MAC地址和IP地址中的至少一个的至少一部分。
14.根据权利要求11的装置，其中，调度模块从在所述装置上接收的第三定时分组中的字段导出的种子确定第一分组传送时间偏移。
15.根据权利要求11的装置，其中，第二分组传送时间偏移基本上随机地位于第一分组传送时间偏移之后的第一时间窗口的一部分内。
16.根据权利要求11的装置，其中，定时分组间隔被预定。
17.根据权利要求11的装置，还包括确定定时分组传送速率的速率确定模块，其中，定时分组间隔基于定时分组传送速率被确定。
18.根据权利要求11的装置，其中，调度模块确定包含第一定时分组和第二定时分组的定时分组的突发的突发传送时间偏移，并且，其中第一分组传送时间偏移基于突发传送时间偏移被确定。
19.根据权利要求18的装置，其中，突发传送时间偏移基于与所述装置相关的第二预定标识符被确定。
20.根据权利要求18的装置，其中，突发传送时间偏移基本上随机地位于预定长度的第二时间窗口内，其中第二时间窗口比第一时间窗口长。
全文摘要
调度定时分组以增强时间分布的装置和方法包括基于在定时分组中分布的信息导出时间和频率中的至少一个的系统中的改进的装置，定时分组中的至少一些被装置传送或接收。改进包括基于与装置相关的第一预定标识符确定第一定时分组的第一分组传送时间偏移并且基于第一分组传送时间偏移和与第一预定标识符无关的定时分组间隔，确定第二定时分组的第二分组传送时间偏移的调度模块。改进还包括基于第一分组传送时间偏移传送第一定时分组并且基于第二分组传送时间偏移传送第二定时分组的传送模块。
文档编号H04L12/56GK102356603SQ201080012348
公开日2012年2月15日 申请日期2010年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者C·F·巴里, D·那泰森, 丰·F·潘, 恬·A·沈 申请人:丛林网络公司