主时钟节点的相差测量方法及装置和校准方法及装置与流程

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及主时钟节点的相差测量方法及装置和校准方法及装置。

背景技术：

在现网组网过程中，各网络的主时钟是网内其它所有设备同步的时钟基准源，主时钟节点之间的同步精度也决定着整个网络的性能。目前主时钟节点之间的同步大多采用全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)的方式，在GPS信号良好时，各主时钟节点能够很好地同步；但在GPS丢失或者信号不好时，主时钟节点就会进入保持状态或者会选择备用的时钟作为主时钟，从而造成主时钟节点之间的同步精度降低。GPS丢失或者信号不好时，主时钟节点之间的同步精度降低，没有很好的同步性能。

现有很多节点同步算法可以用来校准节点同步，这些算法也适用于主时钟节点上，用来同步主时钟节点时钟。但是，这些算法工作的前提都需要精确的获取各主时钟节点之间的相位差。目前行业内还没有明确提出测量主时钟节点之间相差的方法。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于：提出一种主时钟节点间相差的测量方法及装置，为主时钟节点之间的校准同步提供参考。

本发明的另一个目的在于：提出一种主时钟节点的校准方法及装置，使主时钟节点间的时间同步。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种主时钟节点间相差的测量方法，包括：

S10：根据精确时钟同步协议，在每个主时钟节点中建立至少一个主节点和至少一个从节点；

所述主时钟节点包括第一主时钟节点和至少一个第二主时钟节点；

S20：获取第一主时钟节点的第一主节点与第一主时钟节点的第一从节点之间的第一相差；

S30：将第一从节点与第二主时钟节点的第二主节点建立映射关系，获取第一从节点和第二主节点之间的第二相差；

S40：根据所述第一相差和所述第二相差，计算得到第一主时钟节点与第二主时钟节点之间的第三相差。

具体地，因为第一主时钟节点与第二主时钟节点之间无法直接建立联系，所以本方法的主体思路是首先寻找可以与第一主时钟节点和第二主时钟节点直接建立联系的中间量，通过求取第一主时钟节点与中间量的相差和中间量与第二主时钟节点的相差，就可以得到第一主时钟节点与第二主时钟节点之间的相差。

基于以上思路，首先根据将精确时钟同步协议(Precision Time Synchronization Protocol,简称PTP)，在第一主时钟节点中建立第一主节点和第一从节点，也在第二主时钟节点中建立第二主节点和第二从节点。

由于第一主节点和第一从节点位于同一时钟节点设备中，所以第一主节点和第一从节点的第一相差可以直接获得。

而第一从节点可以与第二主节点建立映射关系，进而求得第一从节点与第二主节点之间的第二相差。

如此一来，就可以通过第一相差和第二相差计算第一主时钟节点与第二主时钟节点之间的第三相差。

作为一种优选的实施方式，在所述S10中：第一从节点和第二主时钟节点的第二从节点的数量之和不少于第二主时钟节点的数量之和。

具体地，当有多个第二主时钟节点时，每一个第二主节点都应该与一个第一从节点建立映射关系，进而保证可以同时获取多个第二相差，进而加快第三相差的运算速度。

进一步地，第一从节点的数量等于第二主时钟节点的数量之和。

作为一种优选的实施方式，所述S20具体为：通过第一主时钟节点设备的内部控制器获取第一相差。

具体地，因为同一主时钟节点中的主节点和从节点都位于同一设备内，所以可给同一设备内的主节点和从节点提供相同的参考时钟，进而通过内部控制器获得同一主时钟节点中的主节点和从节点之间的第一相差。

作为一种优选的实施方式，所述S40具体为：

第三相差＝第一相差+第二相差。

具体地，第一相差＝第一主节点的相位-第一从节点的相位；第二相差＝第一从节点的相位-已建立映射关系的第二主节点的相位。

另一方面，提供一种主时钟节点间相差的测量装置，包括：

第一主时钟节点设备，用于根据精确时钟同步协议建立第一主节点和第一从节点，并计算出第一主节点与第一从节点之间的第一相差；

至少一个第二主时钟节点设备，用于根据精确时钟同步协议建立第二主节点和第二从节点，并使第一从节点与第二主节点建立映射关系，获取第一从节点与第二主节点之间的第二相差。

运算模块，用于根据第一相差和第二相差，计算得到第一主时钟节点与第二主时钟节点之间的第三相差。

另一方面，提供一种主时钟节点间的校准方法，包括上述主时钟节点间相差的测量方法，还包括：

S50：根据校准算法，校准各个主时钟节点，使主时钟之间互相同步。

具体地，根据第一主时钟节点与至少一个第二主时钟节点之间的第三相差，就可以根据现有的校准算法对多个主时钟节点进行校准，使多个主时钟节点的时间同步。

作为一种优选的实施方式，所述S50包括：

S501：计算第三相差的算术平均值；

S502：以第一主节点的相位与所述算术平均值的和作为校准相位；

S503：根据校准相位对各主时钟节点的相位进行调整。

具体地，通过算数平均法对多个主时钟节点进行校准，简单科学，计算方便。

另一方面，提供一种主时钟节点间相差的校准装置，包括上述主时钟节点间相差的测量装置；

还包括校准模块，用于根据校准算法，校准各个主时钟节点，使主时钟之间互相同步。

作为一种优选的实施方式，其特征在于，所述校准模块具体用于；

计算第三相差的算术平均值；

以第一主节点的相位与计算所得的算术平均值的和作为校准相位；

根据校准相位对各主时钟节点的相位进行调整。

本发明的有益效果为：提供一种主时钟节点的相差测量方法及装置和校准方法及装置，通过利用PTP协议来间接测量各主时钟节点之间的相差，进而：

1)为主时钟节点之间的校准同步提供参考；

2)使主时钟节点间的时间同步；

3)不仅可以提供一种主时钟节点间相差的测量和校准方法，而且该方法的测量精度可达到纳秒级别。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例一所述的主时钟节点间相差的测量装置的结构示意图；

图2为实施例二所述的主时钟节点校准装置的示意图；

图3为实施例五所述的主时钟节点间相差的测量装置的结构示意图；

图4为实施例六所述的主时钟节点间相差的测量装置的结构示意图；

图5为实施例七所述的主时钟节点间相差的测量装置的结构示意图；

图6为实施例八所述的主时钟节点间相差的测量装置的结构示意图。

图中：

1、第一主时钟节点；101、第一主节点；102、第一从节点；2、第二主节点；3、第二从节点。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1所示，本实施例包括一种使用主时钟节点间相差的测量方法的装置，其测量方法包括：

S10：根据精确时钟同步协议，在编号依次为m1，m2，m3……mk的k(k≥2，k∈N)个主时钟节点设备中建立一个主节点和至少一个从节点；其中，k个主时钟节点设备包括一个第一主时钟节点1设备m1和(k-1)个第二主时钟节点设备m2～m(k-1)；第一主时钟节点1包括第一主节点101和第一从节点102；第二主时钟节点包括第二主节点2和第二从节点3。第一从节点102编号依次为n1，n2，n3……n(k-1)(k≥2，k∈N)，第一从节点102的数量等于需要与第一从节点102建立映射关系的第二主时钟节点的数量之和，即(k-1)(k≥2，k∈N)；

S20：通过第一主时钟节点1设备的内部控制器第一主节点101与第一从节点102之间的第一相差P_m1，n(k-1)；其中，第一相差P_m1，n(k-1)＝第一主节点101的相位-第一从节点102的相位；

S30：将第一从节点102与第二主节点2建立映射关系，获取第一从节点102和第二主节点2之间的第二相差P_n(k-1)，mk；其中，第二相差P_n(k-1)，mk＝第一从节点102的相位-已建立映射关系的第二主节点2的相位；P_n(k-1)，mk中的n(k-1)与mk之间需满足映射到同一条PTP Slave路径：例如，编号为n1的第一从节点102与编号为m2的第二主节点2建立映射关系，编号为n2的第一从节点102与编号为m3的第二主节点2建立映射关系……编号为n(k-1)的第一从节点102与编号为mk的第二主节点2建立映射关系。

S40：根据第一相差P_m1，n(k-1)和第二相差P_n(k-1)，mk，计算得到第一主时钟节点1与第二主时钟节点之间的第三相差P_m1，mk；其中，第三相差P_m1，mk＝第一相差P_m1，n(k-1)-第二相差P_n(k-1)，mk，即：

P_m1，mk＝P_m1，n(k-1)+P_n(k-1)，mk

式中的n(k-1)与mk之间需满足映射到同一条PTP Slave路径。

具体地，因为第一主时钟节点1与第二主时钟节点之间无法直接建立联系，所以本方法的主体思路是首先寻找可以与第一主时钟节点1和第二主时钟节点直接建立联系的中间量，通过求取第一主时钟节点1与中间量的相差和中间量与第二主时钟节点的相差，就可以得到第一主时钟节点1与第二主时钟节点之间的相差。

基于以上思路，首先根据将精确时钟同步协议(Precision Time Synchronization Protocol,简称PTP协议)，在第一主时钟节点1中建立第一主节点101和第一从节点102，也在第二主时钟节点中建立第二主节点2和第二从节点3。在PTP协议中，PTP Master模块称为主节点，PTP Slave模块称为从节点。

由于第一主节点101和第一从节点102位于同一时钟节点设备中，所以第一主节点101和第一从节点102的第一相差可以直接获得。

而第一从节点102可以与第二主节点2建立映射关系，进而求得第一从节点102与第二主节点2之间的第二相差。

如此一来，就可以通过第一相差和第二相差计算第一主时钟节点1与第二主时钟节点之间的第三相差。

于本实施例中，当有多个第二主时钟节点时，每一个第二主节点2都应该与一个第一从节点102建立映射关系，进而保证可以同时获取多个第二相差，进而加快第三相差的运算速度。

目前行业内多采用锁相恢复与计数法的差来计算主时钟节点之间的相差：首先通过恢复设备恢复出每个主时钟节点的时钟信号，然后利用计数器测量每个主时钟节点恢复出的时钟信号之间的相差，从而获得主时钟节点之间的相差；这个过程中会引入恢复误差和测量误差，降低了主时钟节点间的相差的测量精度。而本实施例中采用的主时钟节点之间的相差测量方法，通过利用PTP协议提供高精度时间戳的形式来避免这些误差。

实施例二

于本实施例中，以5个主时钟节点为例，应用DPSync系列的PTP芯片ACS9521，一个ACS9521芯片包含一个PTP Master和两个PTP Slave模块，单个主时钟节点的内部结构如下：

如图2所示，本实施例中使用了3片ACS9521，PTP Master模块使用了一片，构成了1个第一主节点101；PTP Slave模块使用了2片，构成了4个第一从节点102。

m1的主节点锁定参考时钟(Refrence clock，简称Rf)后，提供1pps给PTP Slave模块的时钟锁相环(Clock phase locked loop，简称Clock PLL)Clock PLL1中；Rf直接将此信号提供给PTP Slave模块的另一时钟锁相环Clock PLL2，然后将此信号作为m1中的从节点n1和n2的本地锁定时钟，这样m1的第一主节点101和编号为n1的第一从节点102、m1的第一主节点101和编号为n2的第一从节点102之间的第一相差就均可以认为是Clock PLL1和m1的从节点之间的相差P_{Clock PLL1，n(k-1)}，即P_m1，n(k-1)＝P_{Clock PLL1，n(k-1)}(2≤k≤3，k∈N)。

m1的主节点锁定参考时钟后，提供1pps给PTP Slave模块的时钟锁相环(Clock phase locked loop，简称Clock PLL)Clock PLL3中；Rf直接将此信号提供给PTP Slave模块的另一时钟锁相环Clock PLL4，然后将此信号作为m1中的从节点n3和n4的本地锁定时钟，这样m1的第一主节点101和编号为n3的第一从节点102、m1的第一主节点101和编号为n4的第一从节点102之间的第一相差就均可以认为是Clock PLL3和m1的从节点之间的相差P_{Clock PLL3，n(k-1)}，即P_m1，n(k-1)＝P_{Clock PLL3，n(k-1)}(4≤k≤5，k∈N)。

而在同一片ACS9521中，可以直接获取Clock PLL1和PTP Slave之间的相差P_{Clock PLL1，n(k-1)}(2≤k≤3，k∈N)和Clock PLL3和PTP Slave之间的相差P_{Clock PLL1，n(k-1)}(4≤k≤5，k∈N)。

将m1的PTP Slave1与m2的主节点建立逻辑连接，求取它们之间的第二相差P_n1，m2；将m1的PTP Slave2与m3的主节点建立逻辑连接，求取它们之间的第二相差P_n2，m3；将m1的PTP Slave3与m4的主节点建立逻辑连接，求取它们之间的第二相差P_n3，m4；将m1的PTP Slave4与m5的主节点建立逻辑连接，求取它们之间的第二相差P_n4，m5。

计算m1与m2之间的第三相差P_m1,m2＝P_{Clock PLL1，n1}+P_n1，m2；

计算m1与m3之间的第三相差P_m1,m3＝P_{Clock PLL1，n2}+P_n2，m3；

计算m1与m2之间的第三相差P_m1,m4＝P_{Clock PLL3，n3}+P_n3，m4；

计算m1与m2之间的第三相差P_m1,m5＝P_{Clock PLL3，n4}+P_n4，m5。

本实施例中采用常见的算术平均法做节点间的同步校准，计算第三相差P_m1,m2、P_m1,m3、P_m1,m4、P_m1,m5的算术平均值以固定规则将算术平均值补偿到各自对应的主时钟节点，最终得到校准后的各主时钟节点之间的相位误差。于其它实施例中，也可以采用其它校准算法进行校准，例如确定中位数或者加权平均数等。

于本实施例中，最终的计算结果是五个节点间的输出主时钟1pps的相差在15ns以内，可以认为是互相同步的。而现有技术中采用的GPS同步法，其误差是100ns以内。所以，采用本实施例所述的校准装置，主时钟节点设备之间的同步精度明显得到提高。

本发明通过对主时钟节点引入PTP协议，进而间接测量各主时钟节点的相差，不仅可以提供一种主时钟节点间相差的测量和校准方法，而且该方法的测量精度可达到纳秒级别，精确实时的相差数据为主时钟节点的同步校正提供了有利的样本,为解决主时钟节点之间同步问题提供新的方式。

实施例三

一种主时钟节点间相差的测量装置，包括：

第一主时钟节点1设备，用于根据精确时钟同步协议建立第一主节点101和第一从节点102，并计算出第一主节点101与第一从节点102之间的第一相差；

(k-1)(k≥2，k∈N)个第二主时钟节点设备，用于根据精确时钟同步协议建立第二主节点2和第二从节点3，并使第一从节点102与第二主节点2建立映射关系，获取第一从节点102与第二主节点2之间的第二相差。

运算模块，用于根据第一相差和第二相差，计算得到第一主时钟节点1与第二主时钟节点之间的第三相差。

实施例四

一种主时钟节点间相差的校准装置，包括实施例三的主时钟节点间相差的测量装置；

还包括校准模块，用于根据校准算法，校准各个主时钟节点，使主时钟之间互相同步。进一步地，校准模块具体用于；

计算第三相差的算术平均值；

以第一主节点101的相位与计算所得的算术平均值的和作为校准相位；

根据校准相位对各主时钟节点的相位进行调整。

实施例五

于本实施例中，第一主时钟节点1中的第一从节点102的数量少于第二主时钟节点的数量。如图3所示，第一主时钟节点1设备m1设有一个第一主节点101和两个第一从节点102，第二时钟节点设备m2、m3、m4均设有一个第二主节点2和两个第二从节点3。

m1的PTP Slave1与m2的PTP Master建立映射关系，m1的PTP Slave2与m3的PTP Master建立映射关系；进而可以得到m1与m2之间的第三相差P_m1，m2，和m1与m3之间的第三相差P_m1，m3。

m2的PTP Slave1与m3的PTP Master建立映射关系，m2的PTP Slave2与m4的PTP Master建立映射关系；进而可以得到m2与m3之间的第三相差P_m2，m3，和m2与m4之间的第三相差P_m2，m4。

m3的PTP Slave1与m1的PTP Master建立映射关系，m3的PTP Slave2与m4的PTP Master建立映射关系；进而可以得到m3与m1之间的第三相差P_m3，m1，和m3与m4之间的第三相差P_m3，m4。

m4的PTP Slave1与m2的PTP Master建立映射关系，m4的PTP Slave2与m1的PTP Master建立映射关系；进而可以得到m4与m2之间的第三相差P_m4，m2，和m4与m1之间的第三相差P_m4，m1。

通过计算，例如：

P_m1，m4＝P_m1，m3+P_m3，m4

就可以得到m1～m4主时钟节点相互之间的相差。

实施例六

于本实施例中，第一从节点102的数量和第二从节点3的数量之和等于第二主时钟节点的数量。如图4所示，第一主时钟节点1设备m1设有一个第一主节点101和一个第一从节点102，第二时钟节点设备m2、m3、m4均设有一个第二主节点2和一个第二从节点3。于其它实施例中，第一从节点102的数量和第二从节点3的数量之和大于第二主时钟节点的数量。

m1的PTP Slave1与m2的PTP Master建立映射关系，进而可以得到m1与m2之间的第三相差P_m1，m2。

m2的PTP Slave1与m3的PTP Master建立映射关系，进而可以得到m2与m3之间的第三相差P_m2，m3。

m3的PTP Slave1与m1的PTP Master建立映射关系，进而可以得到m3与m1之间的第三相差P_m3，m1。

通过计算，例如：

P_m1，m3＝P_m1，m2+P_m2，m3

就可以得到m1～m4主时钟时节点相互之间的第三相差。

实施例七

本实施例与实施例一的区别在于：

如图5所示，第一主时钟节点1设备m1设有两个主节点；第二时钟节点设备m2～m(k-1)中，有的设有一个主节点，有的设有两个、三个甚至更多个主节点。

从m1的两个主节点中选择一个主节点作为第一主节点101，m1设备的时间以第一主节点101的时间为准；从m(k-1)(k≥2，k∈N)设备中选择一个主节点作为m(k-1)设备的第二主节点2，m(k-1)设备的时间以第二主节点2的时间为准。

然后按照实施例一中的相差测量方法进行m1与m(k-1)之间的第三相差的测量。

实施例八

本实施例与实施例一的区别在于：

如图6所示，第二主时钟节点的数量为(k-1)个，而第一主时钟节点1设备m1中从节点的数量大于(k-1)，从m1的从节点中选取与第二主时钟节点的数量相同的(k-1)个从节点作为第一从节点102，然后按照实施例一中的方法将第一从节点102与第二主节点2建立映射关系，求得各主时钟节点设备之间的第三相差。

本文中的“第一”、“第二”仅仅是为了在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。