主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法及装置与流程

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法及装置。

背景技术：

传统的时间同步方案为每个基站配置全球定位系统(Global Positionging System简称为GPS)或者北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System简称为BD)设备，因此每一个基站需要配置一个时间源，成本高昂。从成本方面考虑，采用承载网网络传输高精度的时间同步信息成为未来的发展趋势。随着承载技术的不断演进，时间同步网向电信网络运营商提供时间同步信息的需求越来越迫切。

针对相关技术中实现时间同步的方案成本高昂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法及装置，以至少解决相关技术中实现时间同步的方案成本高昂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法，包括：在主控板状态中决策出的主用主控板与备用主控板之间进行精确时间同步协议PTP报文转发时，每隔第一预设时间获取发送与接收所述PTP报文时的多个时间戳；基于所述多个时间戳采用预设规则计算所述主用主控板与所述备用主控板之间的时间补偿值；依据所述时间补偿值修正所述备用主控板相对于所述主用主控板的时间偏差。

进一步地，每隔第一预设时间获取发送与接收所述PTP报文时的多个时间戳包括：在所述备用主控板接收所述主用主控板发送的所述PTP报文中的第一报文时，获取所述第一报文中携带的在发送所述第一报文时的第一时间戳T1以及在接收所述第一报文时的第二时间戳T2；在所述备用主控板向所述主控板发送所述PTP报文中的第二报文时，获取发送所述第二报文时的第三时间戳T3；在所述备用主控板接收所述主用主控板发送的所述PTP报文中的第三报文时，获取所述第三报文中携带的在发送所述第三报文时的第四时间戳T4。

进一步地，通过以下方式获取所述时间补偿值包括：时间延迟值＝[(T2+T4)-(T1+T3)]/2；所述时间补偿值＝(T2-T1)-时间延迟值。

进一步地，所述方法还包括：每隔第二预设时间获取所述主控板的状态，在所述主控板为主用主控板且所述主用主控板在执行倒换成功时，将所述主用主控板的状态切换到备用主控板的状态；在所述主控板为备用主控板且所述备用主控板在执行倒换成功时，将所述备用主控板的状态切换到主用主控板的状态。

进一步地，所述主用主控板的状态切换到备用主控板的状态包括：锁存所述主用主控板当前时间戳，并关闭所述主用主控板的所述PTP报文的发送，并将所述主控板的状态修改为备用主控板状态；将所述第二报文写入所述备用主控板中，并触发所述第二报文的发送。

进一步地，将所述备用主控板的状态切换到主用主控板的状态包括：锁存所述主用主控板当前时间戳，并关闭所述备用主控板的所述PTP报文的发送，并停止所述补偿值的计算以及所述时间偏差的修整以及将所述主控板的状态修改为备用主控板状态；将所述第一报文和所述第三报文写入所述主用主控板中，并触发所述第一报文和所述第三报文的发送。

进一步地，所述第二预设时间小于所述第一预设时间。

根据本发明的另一个方面，提供了一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的装置，包括：获取模块，用于在主控板状态中决策出的主用主控板与备用主控板之间进行精确时间同步协议PTP报文转发时，每隔第一预设时间获取发送与接收所述PTP报文时的多个时间戳；计算模块，用于基于所述多个时间戳采用预设规则计算所述主用主控板与所述备用主控板之间的时间补偿值；修正模块，用于依据所述时间补偿值修正所述备用主控板相对于所述主用主控板的时间偏差。

进一步地，所述获取模块包括：第一获取单元，用于在所述备用主控板接收所述主用主控板发送的所述PTP报文中的第一报文时，获取所述第一报文中携带的在发送所述第一报文时的第一时间戳T1以及在接收所述第一报文时的第二时间戳T2；第二获取单元，用于在所述备用主控板向所述主控板发送所述PTP报文中的第二报文时，获取发送所述第二报文时的第三时间戳T3；第三获取单元，用于在所述备用主控板接收所述主用主控板发送的所述PTP报文中的第三报文时，获取所述第三报文中携带的在发送所述第三报文时的第四时间戳T4。

进一步地，通过以下方式获取所述时间补偿值包括：时间延迟值＝[(T2+T4)-(T1+T3)]/2；所述时间补偿值＝(T2-T1)-时间延迟值。

通过本发明，对于主控板中状态为主用主控板和备用主控板，采用PTP报文的转发，进而每隔第一预设时间获取发送与接收该PTP报文时的多个时间戳，根据该多个时间戳以及预设规则计算出用主控板与备用主控板之间的时间补偿值，通过该补偿值来修正备用主控板相对于主用主控板的时间偏差，可见本发明采用了软件的方式来实现时间的同步，解决了相关技术中实现时间同步的方案成本高昂的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的主用主控板与备用主控板之间时间同步的装置结构框图；

图3是根据本发明可选实施例的通过PTP报文实现备、主用主控板时间同步的的装置结构框图；

图4是根据本发明可选实施例的T1，T2，T3，T4时戳产生机制的示意图；

图5是根据本发明可选实施例的初始状态控制方法的流程图；

图6是根据本发明可选实施例的1秒定时器控制的流程图；

图7是根据本发明可选实施例的100毫秒定时器控制的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例提供了一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法，图1是根据本发明实施例的主用主控板与备用主控板之间时间同步的方法的流程图，如图1所示，该方法的步骤包括：

步骤S102：在主控板状态中决策出的主用主控板与备用主控板之间进行精确时间同步协议 (Precision Time Protocol简称为PTP)报文转发时，每隔第一预设时间获取发送与接收PTP报文时的多个时间戳；

步骤S104：基于多个时间戳采用预设规则计算主用主控板与备用主控板之间的时间补偿值；

步骤S106：依据时间补偿值修正备用主控板相对于主用主控板的时间偏差。

通过本实施例中的上述步骤S102至步骤S106，对于主控板中状态为主用主控板和备用主控板，采用PTP报文的转发，进而每隔第一预设时间获取发送与接收该PTP报文时的多个时间戳，根据该多个时间戳以及预设规则计算出用主控板与备用主控板之间的时间补偿值，通过该补偿值来修正备用主控板相对于主用主控板的时间偏差，可见本实施例采用了软件的方式来实现时间的同步，解决了相关技术中实现时间同步的方案成本高昂的问题。

对于本实施例中涉及到的每隔第一预设时间获取发送与接收PTP报文时的多个时间戳的方式，在本实施例的一个可选实施方式中，可以通过如下方式来实现：

步骤S11：在备用主控板接收主用主控板发送的PTP报文中的第一报文时，获取第一报文中携带的在发送第一报文时的第一时间戳T1以及在接收第一报文时的第二时间戳T2；

步骤S12：在备用主控板向主控板发送PTP报文中的第二报文时，获取发送第二报文时的第三时间戳T3；

步骤S13：在备用主控板接收主用主控板发送的PTP报文中的第三报文时，获取第三报文中携带的在发送第三报文时的第四时间戳T4。

基于上述时间戳，可以通过以下方式获取时间补偿值包括：

时间延迟值＝[(T2+T4)-(T1+T3)]/2；

时间补偿值＝(T2-T1)-时间延迟值。

需要说明的是，上述基于时间戳获取时间补偿值的方式，仅仅是用来进行举例说明的，其他通过获取时间戳而得到时间补偿值的方式也是在本发明的保护范围之内。

在本实施例的另一个可选实施方式中，本实施例的方法还可以还包括：

步骤S22：每隔第二预设时间获取主控板的状态，在主控板为主用主控板且主用主控板在执行倒换成功时，将主用主控板的状态切换到备用主控板的状态；

步骤S23：在主控板为备用主控板且备用主控板在执行倒换成功时，将备用 主控板的状态切换到主用主控板的状态。

其中，步骤S22中的主用主控板的状态切换到备用主控板的状态的方式，可以通过如下方式来实现：锁存主用主控板当前时间戳，并关闭主用主控板的PTP报文的发送，并将主控板的状态修改为备用主控板状态；将第二报文写入备用主控板中，并触发第二报文的发送。

步骤S23中的将备用主控板的状态切换到主用主控板的状态的方式，在本实施例的方式可以通过如下方式来实现：锁存主用主控板当前时间戳，并关闭备用主控板的PTP报文的发送，并停止补偿值的计算以及时间偏差的修整以及将主控板的状态修改为备用主控板状态；将第一报文和第三报文写入主用主控板中，并触发第一报文和第三报文的发送。

对于上述步骤S22和步骤S23，在本实施例的一个应用场景中可以是：主控板主转备过程中，锁存当前时间戳，由软件关闭该PTP端口的PTP报文发送，同时将PTP端口状态修改切换为slave状态。由CPU预先将delay_req报文格式写入FPGA寄存器中，并启动发送delay_req报文。

主控板备转主过程中，锁存当前时间戳，由软件关闭该PTP端口PTP报文的发送，并停止时间偏差计算及偏差修正。同时将该PTP端口状态修改为master。由CPU预先将sync及delay_resp报文格式写入FPGA寄存器中，并启动sync及delay_resp报文发送。

此外，需要说明的是，对于本实施例的中涉及到的第二预设时间小于第一预设时间。例如，该第二预设时间可以是100毫秒，而第一预设时间为1秒，当然对于第一预设和第二预设的取值，这里仅仅是举例说明，可以根据实际情况进行相应的取值。

在本实施例中还提供了一种主用主控板与备用主控板之间时间同步的装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”“单元”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2是根据本发明实施例的主用主控板与备用主控板之间时间同步的装置结构框图，如图2所示，该装置包括：获取模块22，用于在主控板状态中决策出的主用主控板与备用主控板之间进行精确时间同步协议PTP报文转发时，每隔第一预设时间获取发送与接收PTP报文时的多个时间戳；计算模块24，与获取模块22耦合连接，用于基于多个时间戳采用预设规则计算主用主控板与备用主控板之间的时间补偿值；修正模块26，与计算模块24耦合连接，用于依据时间补偿值修正备用主控板相对于主用主控板的时间偏差。

可选地，获取模块22包括：第一获取单元，用于在备用主控板接收主用主控板发送的PTP报文中的第一报文时，获取第一报文中携带的在发送第一报文时的第一时间戳T1以及在接收第一报文时的第二时间戳T2；第二获取单元，用于在备用主控板向主控板发送PTP报文中的第二报文时，获取发送第二报文时的第三时间戳T3；第三获取单元，用于在备用主控板接收主用主控板发送的PTP报文中的第三报文时，获取第三报文中携带的在发送第三报文时的第四时间戳T4。

可选地，通过以下方式获取时间补偿值包括：时间延迟值＝[(T2+T4)-(T1+T3)]/2；时间补偿值＝(T2-T1)-时间延迟值。

可选地，本装置还可以包括：第一切换模块，用于每隔第二预设时间获取主控板的状态，在主控板为主用主控板且主用主控板在执行倒换成功时，将主用主控板的状态切换到备用主控板的状态；第二切换模块，用于在主控板为备用主控板且备用主控板在执行倒换成功时，将备用主控板的状态切换到主用主控板的状态。

可选地，该第一切换模块，用于锁存主用主控板当前时间戳，并关闭主用主控板的PTP报文的发送，并将主控板的状态修改为备用主控板状态；将第二报文写入备用主控板中，并触发第二报文的发送。

该第二切换模块，用于锁存主用主控板当前时间戳，并关闭备用主控板的PTP报文的发送，并停止补偿值的计算以及时间偏差的修整以及将主控板的状态修改为备用主控板状态；将第一报文和第三报文写入主用主控板中，并触发第一报文和第三报文的发送。

下面结合本发明的可选实施例对本发明进行举例说明；

本可选实施例提供了一种通过精确时间协议(Precision Time ProTocol简称为PTP)报文实现备、主用主控板时间同步的方法。

在本可选实施例为了实现备用主控板跟踪主用主控时钟，确保主、备板的系统参考时钟相同，将主、备用主控板分别虚拟为PTP协议交互的两个PTP端口，在物理线路上可以看成完全对称的，符合PTP协议使用条件。因此将主用主控板虚拟成一个master端口，备用主控板虚拟成一个slave端口，使用主控板上的以太网交换处理芯片传递PTP协议报文，由软件根据PTP协议算法计算slave端相对于master端的偏差，进而进行调整。可见本可选实施例不需要支持BMC算法，只需根据主控板状态配置端口的master/slave状态，因此不需要构造announce报文进行协商端口的master/slave状态。

图3是根据本发明可选实施例的通过PTP报文实现备、主用主控板时间同 步的的装置结构框图，如图3所示，主用主控板与备用主控板包括：以太网交换处理单元、CPU处理单元及现场可编程门阵列(Field-Programmade GaTe Array简称为FPGA)处理单元；

该以太网交换处理单元的功能由专用的以太网交换处理芯片或者CPU完成PTP报文转发处理，并识别出报文类型，完成主、备用板之间的PTP报文转发，需要说明的是，在本可选实施例中报文拥塞时间可以忽略不计，因此可以看成主控板主备FPGA之间的报文收、发处理，延时小，得到的同步精度高。

该CPU处理单元，用于在主控板竞争决策出主、备用状态之后，创建虚拟PTP端口，完成基本的参数配置。其中，在master端，构造需要发送的sync报文(Synchronous PackeT，同步报文)及delay_resp报文(Delay RequesT PackeT，延时请求报文)；在slave端口，构造需要发送的delay_req报文(Delay RequesT PackeT，延时响应报文)，并写到FPGA处理单元寄存器，且使能各报文发送。

该CPU处理还用于在slave端从FPGA处理单元寄存器获取T1、T2、T3、T4时间戳，根据算法计算相对于主用主控板的时间偏差，并写入FPGA处理单元逻辑计数器，从而实现跟踪主用主控板时间戳的要求。

图4是根据本发明可选实施例的T1，T2，T3，T4时戳产生机制的示意图，如图4所示，1秒定时器定时从FPGA中读取T1，T2，T3，T4时戳，并完成OffseT计算并写FPGA完成时间同步，具体地，在master发送端，定时时间到，由FPGA处理单元在报文中打上T1时戳发送Sync报文。在slave接收端，由FPGA接收Sync报文，打报文接收时戳T2，并在报文中提取出时戳T1。另外在接收到sync报文后，FPGA立即发送delay_req报文，打上T3时戳。在master接收端，由FPGA接收delay_req报文，记录时戳T4；并将T4时戳插入delay_resp报文传递给slave；在slave接收端，由FPGA接收delay_resp报文，提取出时戳T4；因此slave端FPGA处理单元可以提取T1、T2、T3、T4时戳，供CPU处理单元计算时间偏差。

本可选实施例还涉及到另一种定时器，100毫秒定时器，该100毫秒定时器用于实时轮询主控板主、备状态，根据主、备状态变化切换PTP端口状态及配置，而在主控倒换过程中，在主控板双主或双备状态只锁存倒换前的时间戳，停止时间偏差计算及偏差修正。

其中，CPU处理单元采用一个100ms定时器，用于实时轮询主控板主、备状态。若本板当前是主用板，主用板发生倒换，如果倒换未完成，继续判断是否发生倒换；否则倒换完成，切换到备用板状态，获取时间补偿值。若本板当前是是备用板，备用主控检测到发生倒换，且倒换未完成，继续判断是否发生倒换；否则倒换完成，获取时间补偿值。

其中，主控板主转备过程中，锁存当前时间戳，由软件关闭该PTP端口的PTP报文发送，同时将PTP端口状态修改切换为slave状态。由CPU预先将delay_req报文格式写入FPGA寄存器中，并启动发送delay_req报文。

主控板备转主过程中，锁存当前时间戳，由软件关闭该PTP端口PTP报文的发送，并停止时间偏差计算及偏差修正。同时将该PTP端口状态修改为master。由CPU预先将sync及delay_resp报文格式写入FPGA寄存器中，并启动sync及delay_resp报文发送。

通过上述本可选实施例可知，主、备主控板物理位置上完全是双向对称的，因此可以将PTP协议应用在主、备板时间同步。通过以太网交换处理芯片进行PTP报文转发，进行PTP报文协商，用于完成主控板主、备板时间跟踪功能。

下面结合附图对本可选实施例进行详细的说明；

图5是根据本发明可选实施例的初始状态控制方法的流程图，如图5所示，该方法的步骤包括：

步骤S502：主控板上电；

步骤S504：判断是否主用主控板，在判断结果为是时执行步骤S506，在判断结果为否时，执行步骤S508；

步骤S506：主用主控板配置约定端口号的PTP master端口；

步骤S508：备用主控板配置约定端口号的PTP slave端口。

需要说明的是，本可选实施例中的主用主控板，默认配置一个端口状态为master PTP端口。配置基本PTP端口基本参数，采用一步法，使用以太报文封装格式，报文发送间隔采用PTP协议定义的默认参数，构造需要发送的sync报文及delay_resp报文格式。

该PTP端口的基本参数配置如下：

延迟测量方式：一步法；

PTP协议包格式：1588OverETH；

Sync消息发送间隔：0，每秒发送一个sync包；

源端口ID：预先分配好的端口ID；

CPU保存该PTP端口的配置数据及状态，用于定时器轮询该PTP端口的时戳。构造需要发送的sync报文及delay_resp报文格式，预先写FPGA寄存器。

备用主控板，配置一个PTP端口，端口状态为slave，配置基本PTP端口基 本参数，采用一步法使用以太报文封装格式，报文发送间隔采用PTP协议定义的默认参数，配置端口识别信息。delay_req报文格式由CPU预先写入FPGA寄存器中。

该PTP端口的基本参数配置如下：

延迟测量方式：一步法；

PTP协议包格式：1588OverETH；

delay_req消息发送间隔：1，每秒发送2个包；

源端口ID：预先分配好的端口ID；

CPU处理单元保存该PTP端口的配置数据及状态，用于定时器轮询该PTP端口的时戳。构造需要发送的delay_req报文格式，由CPU预先写进FPGA寄存器。

图6是根据本发明可选实施例的1秒定时器控制的流程图，如图6所示，该控制包括：

步骤S602：1秒定时器时间到；

步骤S604：判断是否备用主控板；在判断结果为是时，执行步骤S606，在判断结果为否时，结束；

步骤S606：从PFGA处理单元读取T1，T2，T3，T4时间戳；

步骤S608：计算时间offset补偿值，并写入FPGA。

在上述图6中的控制流程中，slave端从FPGA处理单元寄存器获取T1、T2、T3、T4时戳，根据算法计算相对于主用主控板的时间偏差，并写入FPGA处理单元逻辑计数器，从而实现跟踪主用主控板时间戳的要求。其中，FPGA处理单元实现一个1MS定时器，根据CPU处理单元配置的PTP报文发送频率定时发送PTP报文。为了实现快速测量，delay延时机制报文的收发都分别由主、备主控板的FPGA来实现。FPGA处理单元实现一个1MS定时器，在发送端口，FPGA根据CPU处理单元配置的PTP报文发送频率定时发送PTP报文，打相应时戳。在接收端，FPGA过滤并解决该端口的PTP报文，提取相应时戳。

CPU处理单元维护一个1S定时器，若本板为主用板，不作任何处理，本主板是备用板且不为倒换状态，轮询预先约定的PTP slave端口，从FPGA中读取时间戳T1、T2、T3及T4；根据下面两个表达式，计算Delay与OffseT的值。

Delay＝[(T2+T4)-(T1+T3)]/2

OffseT＝(T2-T1)-Delay

软件计算OffseT，将计算的OffseT写入FPGA处理单元，由FPGA来修正备用主控板从时间，达到时间同步的目的。

图7是根据本发明可选实施例的100毫秒定时器控制的流程图，如图7所示，该控制流程包括：

步骤S702：100ms定时器时间到；

步骤S704：判断当前是否主用；在判断为是时执行步骤S706，在判断为否时，执行步骤S714；

步骤S706：判断是否主转备，在判断结果为是时，执行步骤S708；在判断结果为否时结束；

步骤S708：关闭PTP报文；

步骤S710：判断是否主转备完成，在判断结果为是时执行步骤S712；在判断结果为否时，执行步骤S704；

步骤S712：备用配置约定端口号的PTP slave端口，然后结束；

步骤S714：判断是否备转主，在判断结果为是时，执行步骤S716，在判断结果为否时，结束；

步骤S716：关闭PTP报文；

步骤S718：判断是否备转注完成；在判断为是时，执行步骤S720，在判断结果为否时，执行步骤S714；

步骤S720：备用配置约定端口的PTP slave端口，然后结束。

在上图7中的控制过程中，时钟软件需要采用一个100ms定时器，用于实时轮询主控板主、备状态，软件根据主、备状态完成PTP端口状态的切换及相应配置的处理。若本板当前是主用板，主用板发生倒换，如果倒换未完成，继续判断是否倒换；否则倒换完成，切换到备用板状态，获取时间补偿值。若本板当前是是备用板，备用主控检测到发生倒换，且倒换未完成，继续判断是否倒换；否则倒换完成，获取时间补偿值；其中，主控板主转备状态，软件需要关闭该PTP端口的PTP报文发送。若主转备完成，则将PTP端口状态修改切换为slave状态。由CPU预先将delay_req报文格式写入FPGA寄存器中，并启动发送delay_req报文。主控板备转主状态，软件首先关闭该PTP端口PTP报文的发送。并停止计算时间偏差的计算及偏差修正。若备转主完成，则将该PTP端口状态修改为master。由CPU预先将sync及delay_resp报文格式写入FPGA寄存器中，并启动sync及delay_resp报文发送。

可见，通过本可选实施例能有效实现备用主控板跟踪主用主控板时间的功能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

上述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。