在电信网络中通过精确时间协议同步分布式时钟的方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及电信网络中的路径延迟的估计，以便同步分布式时钟。
【背景技术】
[0002] 精确时间协议（Precision Time Protocol) (PTP)是用于在整个通信网络中同步 时钟的标准化协议。在2008年发布了修订后的标准IEEE1588-2008。该新版本也被称为协 议PTPv2〇
[0003] PTP的操作依赖于对被称为主的时间源与被称为从的给定时间接收器之间的通信 路径延迟的测量。该处理涉及所述主与所述从之间的消息事务，其中传送和接收的精确时 间被测量/捕获一一优选地在硬件级上。包含捕获时间信息的消息可被修改以考虑它们的 路径延迟，从而提供了传递的时间信息的更精确的表达。
[0004] IEEE 1588-2008标准描述了时钟分布的分层主从架构。在此架构下，时间分布系 统包括一个或多个通信介质（网段），和一个或多个时钟。
[0005] 普通的时钟是具有一个PTP端口的设备，并且其还是同步分发链的源（主）或目 的地（从）。
[0006] 边界时钟有多个PTP端口，并能准确地桥接同步网段，从一个网段到另一个分发 时间参考。为系统中的每一网段选择同步主（master)作为相对时间参考。绝对时间参考 是由超级主（grandmaster)表示。超级主将同步信息传送到时钟，所述时钟位于其指定网 域/段之内。边界时钟位于网段上，尽可能准确地恢复绝对时间参考，随后分发被恢复的时 间参考至与其相连接的下游网段。
[0007] 超级主表示绝对时间源。超级主、边界时钟与（普通）从时钟被组织成树状层次 结构，超级主做为该层次结构的根、从时钟做为其的叶、边缘时钟作为中间元素。超级主穿 过该树状层次结构向从时钟分发时间参考。超级主与给定从时钟之间的同步路径可被分解 为具有上游段的从成为下游段的主的一系列主与从的对。在给定一对上述主与从之间部署 透明时钟。
[0008] IEEE 1588-2008引入与用来传递PTP消息的网络装备相关的所谓的透明时钟。 在PTP消息穿越透明时钟时，该网络设备修改PTP消息（头）。透明时钟处理包括测量 PTP消息在该网络设备中的停留时间（residence time)，以及在位于PTP消息报头被称为 correctionField的字段累积该测量。该方法通过补偿穿过网络设备的停留时间变化，提高 了同步分发的准确性。
[0009] 存在两种类型的透明时钟：
[0010] -端到端透明时钟，为每个同步分组（例如Synch消息）测量和更新停留时间。
[0011] -对等透明时钟，执行与端到端透明时钟类似的操作。此外，它们测量与入口传 输路径（由对等透明时钟或主时钟描绘的上游通信路径）相关联的链路延迟，并同样在 correctionField 累积该延迟。
[0012] 在任何给定的主与从对之间的路径的PTP延时测量过程实质上涉及两个消息的 精确计时：Sync消息和Delay_Req消息。由这两个消息的交换获得的往返延迟的一半提供 了为单程（在主至从通信方向）延迟的估计。因此，这样的估计的准确度通常受两种类型 的噪声影响：
[0013] -第一种是分组延迟变化（Packet Delay Variation) (F1DV)，其代表了在给定的同 步路径上由不同同步分组经历的延迟的变化。该变化使得与同步消息相关联的估计的路 径延迟是充满噪音的，因为在路径延迟估计事件和实际消息传送事件之间存在时间上的差 异。
[0014] -第二种类型的噪声是延迟不对称，其代表了通信的单程与其相反的单程之间的 路径延迟的差异。从时间偏移误差在理论上等于延迟不对称的一半。
[0015] PTPv2协议提供了透明时钟以便解决影响同步分发的准确性的上述噪声。透明时 钟实质上测量在相关联的网络装备内的同步消息停留时间。测量的停留时间在位于该同步 分组头内的correctionField中累积。对于严格的同步需求，透明时钟必须非常准确的执 行所有操作，并且在操作（以PTPV2消息速率）上不引入额外的延迟。
[0016] 透明时钟通常部署于给定的主与从时钟对之间，以便测量穿过被遍历网络节点的 同步消息停留时间。全部测量的停留时间之和由从（或主）取为（taken off)端到端路径 延迟。这使得实现透明时钟的节点在端到端路径延迟预算方面向从（或主）"透明"。
[0017] 在IEEE 1588-2008标准中，同样引入对等延迟机制用于估计相邻透明时钟之间、 或透明时钟与直接（即相邻的）主或直接（即相邻的）从之间的路径延迟。所测量的这些 路径延迟以及延迟不对称，由对等透明时钟在Sync消息的correctionField内累积，所以 除了遍历的网络节点停留时间之外，从时钟还可以得知它们。有了全部的这些信息，从可以 更精确地计算其关于主时钟的时间尺度的偏移，因为这种计算具有较少的与分组延迟变化 和延迟不对称有关的卩栄声。
[0018] 图1示出了网络示例性部分中的基本对等延迟方法，所述网络包括两个IP路由器 IPRA和IPRB，每个均包括对等（P2P)透明时钟（P2PTCA和P2PTCB)和至少两个精确时间协 议（PTP)端口。例如IP路由器IPRA包括两个PTP端口 PAl和PA2 ;IP路由器IPRB包括两 个PTP端口 PBl和PB2。路由器IPRA的PTP端口 PAl直接地链接（即没有中间网络节点） 至路由器IPRB的PTP端口 PBl。
[0019] 路由器IPRB向路由器IPRA发送Pdelay_Req消息。后者回复Pdelay_Resp消息。 路由器IPRB随后估计由路由器IPRA和路由器IPRB之间的链路引入的路径延迟。
[0020] 之后，路由器IPRA接收源自主时钟并打算经由路由器IPRA和IPRB到达至少一个 从时钟的Synch消息SYNC。该消息将同步信息携带到所述从。
[0021] 对于图1的拓扑，将估计的路径延迟（或链路延迟）与Sync消息关联是没有问题 的，因为只有一个可能的路径。路由器IPRB的对等透明时钟PTPTCB通过将路由器IPRA和 路由器IPRB之间的估计的路径延迟考虑在内，更新correctionField。
[0022] 然而，在对等延迟机制的部署上的PTPv2标准中存在担忧，特别是在对等延迟实 体没有直接链接时，这意味着它们被至少一个中间节点（如果后者是一个不支持PTPv2的 网络节点，或者如果它是包括端到端透明时钟的网络节点）所分隔；
[0023] 对于本说明书的其它部分，我们将此类部署描述为"非逐段链路（non link-by-link) "的对等延迟机制的部署。
[0024] 需要注意的是，对等透明时钟和相关联的网络节点执行非常不同的特定操作。因 此，对等透明时钟仅执行在PTP消息（头）上的修改，而相关联的网络负责PTP消息的转发 和封装。
[0025] 为简单起见，对于本文献的其它部分以及对于全部执行的操作，提到的对等透明 时钟以及提到的相关联的网络节点是可互换的。
[0026] IEEE 1588-2008标准的条款11. 4. 4描述的对等延时机制涉及如下：
[0027] "延迟请求者，节点A，可为每个传送的Pdelay_Req接收0,1或多重Pdelay_Resp 消息。通过观察Pdelay_ReSp消息的源端口标识字段的不同，可以检测多重响应。
[0028] 注意：如果在节点A和多重节点B设备之间存在端到端透明时钟或普通的网桥或 其它类似的多播和多端口设备，可以发生多重响应。虽然所述多重响应可被区分，本标准中 不存在允许将与来自多重节点B设备的每一个响应相关联的路径长度正确地分配给所接 收的Sync消息的机制。"
[0029] 如上述条款所述，值得注意的是在PTPv2标准中没有定义允许Sync消息的接收者 在不同测量的路径延迟（即经由对等延迟机制所估计的）之间将正确的路径延迟关联到该 消息的机制。该关注主要集中在多播场景。但是，该标准的关注也可以被概括为包括单播 场景。
[0030] 图2、3、4示出了在网络的示例性部分中与路径延迟相关联的问题，所述网络包括 三个IP路由器IPRA、IPRB、IPRC以及中间路由器IPRI。每个IP路由器IPRA、IPRB、IPRC 包括一个对等透明时钟，分为P2P TC A、P2P TC B、P2P TC C。IP路由器IPRA和IPRB中的 每一个均包括至少两个PTP端口，特别是对于在P2P TC A上的PTP端口 PA和P2P TC B上 的PTP端口 PB，分别具有IP地址OIP-A和OIP-B。
[0031] 路由器IPRC包括三个PTP端口，并且特别是PCI，PC2两者都对应于相同的IP地 址0IP-C。需要指出的是，PTPv2标准不禁止在同一网络接口或通信端口实现多个PTP端 □ 〇
[0032] 中间IP路由器IPRI包括三个通信端口（即IP端口）。
[0033] 路由器IPRA的PTP端口 PA直接链接至中间路由器IPRI的第一 IP端口。与路由 器IPRB的PTP端口 PB关联的IP端口被直接链接至中间路由器IPRI的第二IP端口。与 路由器IPRC的PTP端口 PC关联的IP端口被直接链接至中间路由器IPRI的第三IP端口。
[0034] 路由器IPRC的对等透明时钟P2P TC C有两个对端，分别为路由器IPRA中的对等 透明时钟P2P T CA，和路由器IPRB中的对等透明