时钟同步方法、网络设备和网络系统与流程

本发明涉及时钟同步技术领域，更具体的说，涉及一种时钟同步方法、网络设备和网络系统。

背景技术：

时钟同步是指频率和相位的同步，在当前的时钟同步系统中，最常用的时钟同步方式有两种：一种为PTP1588(Precision Time Protocol 1588，网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准)同步方式，另一种为PHY(physical layer，物理层)同步方式。

PTP1588同步方式在实现频率和相位同步的过程中，需要占用额外带宽在链路中携带PTP1588相关的报文，在某些业务传输场景中存在落地成本高的问题。而PHY同步方式相较于PTP1588同步方式在实现时钟同步方面更为简单，源节点设备将时钟注入PHY层，PHY层利用该时钟发送业务数据，宿节点设备的PHY层从业务流中恢复该时钟，从而使宿节点设备跟随源节点设备的时钟，实现PHY同步。

但是，在PHY同步过程中，一旦PHY层业务出现断续，在断续期间，宿节点设备无法从PHY层中恢复时钟，跟随源节点设备的相位会出现漂移，而当PHY层业务恢复后，频率可以恢复同步，而相位漂移无法消除，导致无法实现时钟同步。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种时钟同步方法、网络设备和网络系统，目的在于当PHY层业务恢复后，消除相位漂移，实现时钟同步。

本发明提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种时钟同步方法，适用于宿节点设备，该时钟同步方法包括：

宿节点设备接收源节点设备发送的业务数据，从该业务数据中获取源节点设备的第一频率和第一时间戳T1，该第一时间戳T1为该源节点设备以预设时间间隔标记的本地时钟的当前时刻值；

宿节点设备将接收该业务数据的当前时刻作为第二时间戳T2，计算第二时间戳T2与第一时间戳T1的差值T2-T1；

宿节点设备调整宿节点设备的第二频率，使第二频率与第一频率同步；

宿节点设备根据差值T2-T1调整宿节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

在本发明中，在PHY层的业务数据的传输恢复之后，该宿节点设备基于从该业务数据中获取源节点设备的频率恢复自身的频率。宿节点设备计算本地时钟记录的接收该业务数据的时间戳与所述业务数据中携带的源节点设备标记的时间戳之间的差值，在自身的频率与该源节点设备的频率同步之后，宿节点设备根据该差值调整自身的相位，使自身的相位与源节点设备的相位同步，实现宿节点设备与源节点设备之间的时钟同步。

在本发明第一方面提供的第一种实现方式中，该宿节点设备与源节点设备之间设置有中间节点设备，第一时间戳T1中还包括，中间节点设备的节点延时值，该中间节点设备的节点延时值为业务数据从中间节点设备的入口端传输至出口端产生的时延。

在本发明中，若宿节点设备和源节点设备之间存在中间节点设备，则将中间节点设备的节点时延值也考虑进入，使宿节点设备在基于差值进行相位调整时，更加的精确。

在本发明第一方面提供的第二种实现方式中，该宿节点设备根据差值T2-T1调整宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步，包括：

宿节点设备确定差值T2-T1大于前一次记录的差值，将宿节点设备的相位后移，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步；

宿节点设备确定差值T2-T1小于前一次记录的差值，将宿节点设备的相位前移，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

在本发明中，宿节点设备根据当前差值与前一次记录的差值的比较结果，对自身的相位进行相应的调整，已达到与源节点设备的相位同步的目的。

本发明第二方面提供了一种网络设备，该网络设备作为宿节点设备，该宿节点设备包括：

获取模块，用于宿节点设备接收源节点设备发送的业务数据，从该业务数据中获取源节点设备的第一频率和第一时间戳T1，第一时间戳T1为源节点设备以预设时间间隔标记的本地时钟的当前时刻值；

计算模块，用于将接收该业务数据的当前时刻为第二时间戳T2，计算第二时间戳T2与第一时间戳T1的差值T2-T1；

频率同步模块，用于调整宿节点设备的第二频率，使第二频率与该第一频率同步；

相位同步模块，用于根据差值T2-T1调整所述宿节点设备的相位，使宿节点设备的相位与所述源节点设备的相位同步。

本发明第二发明提供的第一种实现方式中，该宿节点设备与源节点设备之间设置有中间节点设备，该第一时间戳T1中还包括，中间节点设备的节点延时值，节点延时值为该业务数据从中间节点设备的入口端传输至出口端产生的时延。

本发明第二发明提供的第二种实现方式中，该相位同步模块包括：

第一相位同步单元，用于确定差值T2-T1大于前一次记录的差值，将所宿节点设备的相位后移，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步；

第二相位同步单元，用于确定差值T2-T1小于前一次记录的差值，将宿节点设备的相位前移，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

本发明第三方面提供了一种网络设备，该网络设备作为宿节点设备，该宿节点设备包括：存储器，以及与该存储器通信的处理器；

该存储器，用于存储时钟同步的程序代码；

该处理器，用于执行该存储器存储的时钟同步的程序代码，以实现本发明第一方面提供的时钟同步方法。

本发明第四方面提供了一种网络系统，包括：源节点设备和宿节点设备；

该源节点设备，用于向宿节点设备发送业务数据，该业务数据中携带有所述源节点设备的第一频率和第一时间戳T1，该第一时间戳T1为所述源节点设备以预设时间间隔标记的本地时钟的当前时刻值；

该宿节点设备，用于接收该源节点设备发送的业务数据，从该业务数据中获取第一频率和第一时间戳T1，将接收该业务数据的当前时刻作为第二时间戳T2，计算该第二时间戳T2与第一时间戳T1的差值T2-T1，基于该第一频率调整该宿节点设备的第二频率，在第二频率与第一频率同步后，基于差值T2-T1调整宿节点设备的相位，使宿节点设备的相位与所述源节点设备的相位同步。

在本发明第四方面提供的第一实现方式中，还包括设置于源节点设备和宿节点设备之间的N个中间节点设备，N≥1，N为正整数；

该中间节点设备，用于接收宿节点设备发送的业务数据，并将中间节点设备的延时值叠加于业务数据中携带的第一时间戳T1中，更新第一时间戳T1，使第一时间戳T1中包含中间节点设备的节点延时值，该节点延时值为业务数据从中间节点设备的入口端传输至出口端产生的时延。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种网络系统的简化结构示意图；

图2为本发明实施例一公开的一种时钟同步方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二公开的另一种网络系统的简化结构示意图；

图4为本发明实施例二公开的一种时钟同步方法的流程示意图；

图5为本发明实施例公开的一种网络设备的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的另一种网络设备的结构示意图。

具体实施方式

时钟同步是指宿节点设备的频率和相位均与源节点设备同步。

本发明中提到的源节点设备可以是物理设备或者设置在物理设备上的功能模块，该源节点设备可以是服务器、路由设备、交换设备，在网络系统中，为业务传送的起点。本发明中提到的宿节点设备可以是物理设备或者设置在物理设备上的功能模块，该宿节点设备可以是服务器、路由设备、交换设备，在网络系统中，为业务传送的终点。

由背景技术可知，现有技术在PHY(physical layer，物理层)同步的过程中，源节点设备将时钟注入PHY层，PHY层利用该时钟发送业务数据，并在宿节点设备的PHY层恢复该时钟，从而使宿节点设备能够跟随源节点设备的时钟。但是，采用现有技术的这种方式，在PHY层业务出现断续的情况下，宿节点设备无法从PHY层中恢复时钟，跟随源节点设备的相位会出现漂移，即便当PHY层业务恢复之后，相位漂移无法自动消除，导致宿节点设备与源节点设备之间的时钟同步出现问题。

因此，本发明提供了一种时钟同步的技术方案，通过在PHY层的业务数据的传输恢复之后，该宿节点设备基于从该业务数据中获取源节点设备的频率恢复自身的频率。宿节点设备计算本地时钟记录的接收该业务数据的时间戳与所述业务数据中携带的源节点设备标记的时间戳之间的差值，在自身的频率与该源节点设备的频率同步之后，宿节点设备根据该差值调整自身的相位，使自身的相位与源节点设备的相位同步，实现宿节点设备与源节点设备之间的时钟同步。

本发明公开的技术方案的具体实现过程通过以下实施例进行详细说明。

实施例一

以时钟跟踪中的背靠背场景为例，如图1示出的源节点设备和宿节点设备的关系示意图。源节点设备A₁在发送业务数据的过程中，周期性对输出源节点设备A1的出口端的业务数据添加时间戳T1。也就是说，每隔预设时间在传输的业务数据中添加时间戳T1，该时间戳T1用于标记源节点设备A₁的本地RTC(Real-Time Clock，实时时钟)的当前时刻。当该业务数据传输至宿节点设备A₂时，在该业务数据传输该宿节点设备A₂的入口端时，该宿节点设备A₂获取用于标记本地RTC的当前时刻的时间戳T2。

在基于上述图1示出的网络系统的简化结构中，由源节点设备向宿节点设备发送业务数据，在业务数据在PHY层传输的过程中出现断续的情况，当PHY层的业务数据的传输恢复正常，此时需要使宿节点设备和源节点设备再次实现时钟同步。如图2所示，为本发明实施例一公开的一种时钟同步方法的流程示意图，包括：

S11：源节点设备向宿节点设备发送业务数据，并根据预设时间间隔在该业务数据添加时间戳T1，并将源节点设备的频率添加于该业务数据。

该时间戳T1以任意帧格式添加于该业务数据中，作为该业务数据的帧头。

源节点设备的频率实际上是随业务数据在PHY层中进行传输的。

S12：该宿节点设备接收源节点设备发送的业务数据，从该业务数据中获取源节点设备的频率，以及源节点设备的时间戳T1。

在PHY层恢复传输业务数据，宿节点设备可以从该业务数据中恢复携带的源节点设备的频率。

该时间戳T1为源节点设备以预设时间间隔标记的本地实时时钟的当前时刻值。

S13：宿节点设备获取接收业务数据时本地实时时钟的当前时刻值作为时间戳T2。

S14：宿节点设备计算时间戳T2与时间戳T1的差值T3。

差值T3如公式(1)所示。

T3＝T2-T1 (1)

S15：宿节点设备基于获取到的源节点设备的频率调整自身的频率，使宿节点设备的频率与源节点设备的频率恢复同步。

宿节点设备根据从PHY层传输的业务数据中得到源节点设备的频率，利用该源节点设备的频率可以对自身的频率进行调整，恢复宿节点设备与源节点设备之间的频率同步。

可选的，在本发明实施例中，S15的执行可以在S12之后，只要在相位恢复之前执行S15即可。

源节点设备在向宿节点设备发送业务数据的过程中，PHY层恢复传输业务数据后，宿节点设备和源节点设备的频率可以恢复同步。针对相位的恢复，宿节点设备将接收业务数据的当前时刻作为时间戳T2，并从接收到的业务数据中获取源节点设备的时间戳T1，获取时间戳T2与时间戳T1之间的差值T3，在频率恢复同步后，利用该差值调整宿节点设备的相位。

S16：宿节点设备将得到的差值T3与前一次记录的差值T进行大小比较，若差值T3大于前一次记录的差值T，则执行S17；若差值T3小于前一次记录的差值T，则执行S18。

源节点设备处所标记的时间戳是按照周期，每隔预设时间间隔在源节点设备发送的业务数据添加的。宿节点设备处所标记的时间戳是宿节点设备接收到该业务数据后获取的。源节点设备和宿节点设备所标记的时间戳，均为各自本地RTC的当前时刻。

前一次记录的差值T为上一个周期内，宿节点设备和源节点设备处所标记的时间戳之差。

S17：宿节点设备确定差值T3大于前一次记录的差值T，将宿节点设备的相位后移，利用锁相环技术跟踪源节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

S18：宿节点设备确定所述差值T3小于前一次记录的差值T，将宿节点设备的相位前移，利用锁相环技术根据源节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

在PHY层恢复传输业务数据后，宿节点设备通过比较本周期内本地时间戳和源节点设备的时间戳的差值，与上一周期内的时间戳差值之间的变化，度量宿节点设备的相位相对于源节点设备的相位的漂移情况，即宿节点设备和源节点设备之间的相位差。然后，基于锁相环技术，由鉴相器基于该时间戳之间的差值恢复宿节点设备的本地时钟，完成宿节点设备对源节点设备的相位跟踪，实现相位同步。结合前述的频率同步，宿节点设备在达成相位同步后，能够实现与源节点设备的时钟同步。

实施例二

以时钟跟踪中的多级级联场景为例，在源节点设备和宿节点设备之间增加N个中间节点设备，N≥1，N为正整数，各个节点设备之间的链路延时是固定的。例如，各个节点设备之间采用光纤连接，具有固定的链路延时。或者，各个节点设备之间的链路延时是对具有固定延时的业务进行处理产生的。

如图3示出的源节点设备、中间节点设备和宿节点设备的关系示意图。源节点设备A₁在发送业务数据的过程中，周期性对输出源节点设备A₁的出口端的业务数据添加时间戳T1。也就是说，每隔预设时间在传输的业务数据中添加时间戳T1，该时间戳T1用于标记源节点设备A₁的本地RTC(Real-Time Clock，实时时钟)的当前时刻。但是，因为中间节点设备(B₁-B_N)不能保证其入口端和出口端之间的延时为固定值，会因为传输业务数据产生相应的节点延时。

因此，在源节点设备A₁传输的业务数据经过中间节点设备(B₁-B_N)时，将所经过的中间节点设备所产生的节点时延值(t1-tn)叠加至业务数据携带的时间戳T1中，构成新的时间戳T1'随业务数据发送至宿节点设备A₂。

当该业务数据传输至宿节点设备A₂时，在该业务数据传输该宿节点设备A₂的入口端时，该宿节点设备A₂获取用于标记本地RTC的当前时刻的时间戳T2。

在基于上述图3示出的网络系统的简化结构中，由源节点设备向宿节点设备发送业务数据，在业务数据在PHY层传输的过程中出现断续的情况，当PHY层的业务数据的传输恢复正常，此时需要使宿节点设备和源节点设备再次实现时钟同步。假设N的取值为2，源节点设备与宿节点设备之间具有两个中间节点设备，如图4所示，为本发明实施例二公开的一种时钟同步方法的流程示意图，包括：

S21：源节点设备向第一中间节点设备发送业务数据，并根据预设时间间隔在该业务数据添加时间戳T1，并将源节点设备的频率添加于该业务数据。

该时间戳T1以任意帧格式添加于该业务数据中，作为该业务数据的帧头。

源节点设备的频率实际上是随业务数据在PHY层中进行传输的。

S22：第一中间节点设备接收源节点设备发送的业务数据，在该业务数据携带的时间戳T1上叠加自身的节点时延值t1，并将该业务数据转发至第二中间节点设备。

第一中间节点设备在转发该业务数据的过程中，将该业务数据从第一中间节点设备的入口端传输至出口端产生的时延，即节点时延值t1叠加至时间戳T1上，得到新的时间戳(T1+t1)。该新的时间戳(T1+t1)由业务数据携带，继续向下一节点，即第二中间节点设备传送。

S23：第二中间节点设备接收第一中间节点设备转发的业务数据，在该业务数据携带的时间戳(T1+t1)上叠加自身的节点时延值t2，并将该业务数据转发至宿节点设备。

第二中间节点设备在转发该业务数据的时候，同样的，将该业务数据从第二中间节点设备的入口端传输至出口端产生的时延，即节点时延值t2叠加至时间戳(T1+t1)上，得到新的时间戳(T1+t1+t2)。该新的时间戳(T1+t1+t2)由业务数据携带，继续向宿节点设备传送。

S24：该宿节点设备接收源节点设备发送的业务数据，从该业务数据中获取源节点设备的频率，以及源节点设备的时间戳T1'。

宿节点设备从业务数据中获取的时间戳T1'，该时间戳T1'实际上为源节点设备的时间戳T1，与该业务数据传输过程中经过的中间节点设备的节点延时值的叠加之和。在本发明实施例二中该时间戳T1'＝(T1+t1+t2)，T1为源节点设备的时间戳，t1为第一中间节点设备的节点延时值，t2为第二中间节点设备的节点时延值。

本发明实施例二以宿节点设备和源节点设备之间连接有两个中间节点设备为例。当存在多个中间节点设备时，业务数据没经过一个中间节点设备的传送，则将自身的节点时延值叠加于业务数据中携带的时间戳内。

针对多级级联的网络系统，宿节点设备在恢复相位同步的过程中，将中间节点设备的节点时延也考虑进去，能够更精确的调整相位，使宿节点设备与源节点设备之间的相位同步更为精确。

S25：宿节点设备获取接收业务数据时本地实时时钟的当前时刻值作为时间戳T2。

S26：宿节点设备计算时间戳T2与时间戳T1'的差值T3'。

差值T3'如公式(2)所示。

T3'＝T2-T1' (2)

S27：宿节点设备基于获取到的源节点设备的频率调整自身的频率，使宿节点设备的频率与源节点设备的频率恢复同步。

在PHY层传输的业务数据出现断续情况，并在后续恢复后，宿节点设备可以从该业务数据中恢复携带的源节点设备的频率。

宿节点设备根据从PHY层传输的业务数据中得到源节点设备的频率，利用该源节点设备的频率可以对自身的频率进行调整，恢复宿节点设备与源节点设备之间的频率同步。

可选的，在本发明实施例中，S27的执行可以在S24之后，只要在相位恢复之前执行S27即可。

S28：宿节点设备将得到的差值T3'与前一次记录的差值T进行大小比较，若差值T3'大于前一次记录的差值T，则执行S29；若差值T3'小于前一次记录的差值T，则执行S30。

S29：宿节点设备确定差值T3'大于前一次记录的差值T，将宿节点设备的相位后移，利用锁相环技术跟踪源节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

S30：宿节点设备确定所述差值T3'小于前一次记录的差值T，将宿节点设备的相位前移，利用锁相环技术根据源节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

在本发明中，在PHY层恢复传输业务数据后，宿节点设备通过比较当前接收到业务数据时标记本地RTC当前时刻的时间戳与业务数据中携带的时间戳的差值，与上一周期内的时间戳的差值之间的变化，度量宿节点设备的相位相对于源节点设备的相位的漂移情况，即宿节点设备和源节点设备之间的相位差。然后，基于锁相环技术，由鉴相器基于该时间戳之间的差值恢复宿节点设备的本地时钟，完成宿节点设备对源节点设备的相位跟踪，实现相位同步。结合前述的频率同步，宿节点设备在达成相位同步后，能够实现与源节点设备的时钟同步。

需要说明的是，根据宿节点设备与源节点设备之间的设置，若是直接连接的背靠背设置，则业务数据携带的时间戳为源节点设备的时间戳。若是多级级联的网络系统，则业务数据传送到宿节点设备时，携带的时间戳为源节点设备的时间戳与业务数据所经过的中间节点设备的节点时延值的和值。

基于上述本发明实施例一和实施例二公开的时钟同步方法，本发明还公开了相应的网络系统，例如图1示出的背靠背场景的网络系统。例如图3示出的多级级联的网络系统。以及执行本发明实施例一和实施例二公开的时钟同步方法的网络设备。

如图5所示，为本发明公开的一种网络设备的结构示意图，该网络设备1作为宿节点设备，包括：获取模块11、计算模块12、频率同步模块13和相位同步模块14。

获取模块11，用于宿节点设备接收源节点设备发送的业务数据，从业务数据中获取源节点设备的频率和第一时间戳。

该获取模块从业务数据中获取的第一时间戳，根据场景不同会有所不同。

例如处于图1示出的背靠背的网络系统中，该从业务数据中获取的时间戳为源节点设备以预设时间间隔标记的源节点设备时钟的当前时刻值。

例如处于图3示出的多级级联的网络系统中，该从业务数据中获取的时间戳除了包含源节点设备以预设时间间隔标记的源节点设备时钟的当前时刻值，还包含有中间节点设备的节点时延值。当然，在多级级联的网络系统中，该从业务数据中获取的时间戳也可以不包含中间节点设备的节点时延值。本发明对此并不进行限制。

计算模块12，用于获取接收业务数据的当前时刻作为第二时间戳，计算第二时间戳与第一时间戳的差值。

根据宿节点设备所处的网络系统的结构不同，当处于本发明实施例一的背靠背场景下，该计算模块12的执行过程和原理，与本发明实施例一中的S13-S14执行过程和原理相同，这里不再进行赘述。当处于本发明实施例二的多级级联的场景下，该计算模块12的执行过程和原理，与本发明实施例二中的S25-S26执行过程和原理相同，这里不再进行赘述。

频率同步模块13，用于调整宿节点设备的第二频率，使第二频率与第一频率同步。

该频率同步模块13的执行过程和原理，与本发明实施例一中的S15，以及本发明实施例二中的27相同，这里不再进行赘述。

相位同步模块14，用于根据第二时间戳与第一时间戳的差值调整宿节点设备的相位，使宿节点设备的相位与源节点设备的相位同步。

具体的，该相位同步模块14中包括：

第一相位同步单元，用于确定第二时间戳与第一时间戳的差值大于前一次记录的差值，将所述宿节点设备的相位后移，使所述宿节点设备的相位与所述源节点设备的相位同步。

该第一相位同步单元的执行过程和原理，与本发明实施例一种的S17，以及本发明实施例二中的S29相同，这里不再进行赘述。

第二相位同步单元，用于确定第二时间戳与第一时间戳的差值小于前一次记录的差值，将所述宿节点设备的相位前移，使所述宿节点设备的相位与所述源节点设备的相位同步。

该第二相位同步单元的执行过程和原理，与本发明实施例一种的S18，以及本发明实施例二中的S30相同，这里不再进行赘述。

结合本发明实施例公开的时钟同步方法，本发明实施例所公开的网络设备也可以直接用硬件、处理器执行的存储器，或者二者的结合来实施。

因此，本发明还对应上述本发明实施例一和实施例二公开的时钟同步方法，公开了另一种作为宿节点设备的网络设备2，如图6所示，该网络设备2包括存储器21和通过总线20与存储器21通信的处理器22。

该存储器21具有存储介质，该存储介质中存储有时钟同步的操作流程。

该时钟同步的操作流程，该操作流程可以包括程序代码，该程序代码可以包括一系列按照一定顺序排列的操作指令。处理器可以是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。

该处理器22通过总线20与存储器21连接，当在PHY层恢复业务数据的传输时或者需要进行时钟同步时，该处理器22调用存储器21中存储的时钟同步的操作流程，该操作流程可参照上述本发明实施例一或本发明实施例二公开的时钟同步方法，这里不再赘述。

综上所述，宿节点设备基于从接收到的业务数据中获取源节点设备的频率恢复自身的频率。宿节点设备计算本地时钟记录的接收该业务数据的时间戳与所述业务数据中携带的源节点设备标记的时间戳之间的差值，在自身的频率与该源节点设备的频率同步之后，宿节点设备根据该差值调整自身的相位，使自身的相位与源节点设备的相位同步，实现宿节点设备与源节点设备之间的时钟同步。

以上所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。