CN102474372A - 将客户机时钟频率与服务器时钟频率进行同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使客户机时钟频率与服务器时钟频率同步的方法，通过服务器将定时分组(30)通过电信网络传送给客户机来实现上述同步，其特征在于所述方法包括，由服务器传送定时分组(30)的组(34)，其中在同一组(34)的连续定时分组(30)之间测量的发射定时分组时间段(T1)小于在连续组(34)的第一定时分组(30)之间测量的发射组时间段(τ₃)，发射定时分组周期(T1)使得同一组(34)内定时分组(30)的传送延迟实际上相关，以及发射组周期(τ₃)使得来自不同组(34)的定时分组(30)的传送延迟实际上不相关。

Description

将客户机时钟频率与服务器时钟频率进行同步的方法

技术领域

本发明涉及将客户机时钟频率与服务器时钟频率进行同步的方法。

背景技术

在分组交换网络中，电信系统可以包括服务器(在下文中称为“主设备”)，和客户机(在下文中称为“从设备”)。为了将从设备时钟频率与主设备时钟的参考频率进行同步-也就是，使从设备与主设备同步-已知的是将周期的定时分组从服务器发送给客户机。

在这种情况下，如图1所示，从设备可以使用两个阶段的同步过程：

在第一阶段12，对进入的分组进行过滤(或排列)以选择用于频率同步的定时分组，以及

在第二阶段14，使用所选择的定时分组对从设备振荡器频率进行训练。

更具体地，第一阶段的定时分组过滤可以在两个步骤中执行，其中首先，执行在连续定时分组到达时间之间的时间差16的测量-在下文中称为定时分组内部到达时间段，并且其次，将滤波器18应用到这样的内部到达时间段。

通常在假设定时分组传输延迟(这样的延迟是将定时分组从主设备传送至从设备的时间间隔)的随机分布函数独立于先前的定时分组传输(也就是不相关)并分布相同时，实现对内部到达时间段的评估，从而在大量的内部到达时间段上进行诸如移动平均(MA)或指数加权移动平均(EWMA)的方法以确定其平均值。

令人失望的是，MA方法具有要求非常大量的值以在恢复时钟信号中严格实现低抖动水平的缺陷。因此，要求具有相应成本的大量寄存器。

EWMA以非常易受到连续分组传输延迟之间相关性的影响为代价，部分解决了该问题。事实上，上述假设的在定时分组传输延迟之间的独立性(也就是不相关)是不真实的，由于已经观测到分组传输延迟在时间上或多或少地彼此依赖(即相关)。

在这个基础上，随着连续定时分组的传输延迟之间的相关性增加，EWMA方法会迅速失效，在J.Aweya、D.Y.Montuno、M.Ouellette和K.Felske在通信系统国际刊物(International journal of communicationsystems)2008年发表的“在分组网络上用于电路仿真服务的时钟恢复技术分析(Analysis of a clock-recovery technique for circuit emulation servicesover packet networks)”中进行了论证。

总之，对于一些配置约束，例如靶向(targeted)较小的收敛时间，要求增加定时分组发射频率-也就是，较短的内部到达时间段。问题是，这样较短的内部到达时间段在连续定时分组之间导致强的延迟相关，这明显降低了时钟频率的稳定性，如Q.Li、D.L.Mills在IEEE网络计算和应用(IEEENetwork Computing and Applications)2003年发表的“近程相关性对延迟变化测量的影响”(The Implication of Short-Range Dependency on DelayVariation Measurement)，在下文中将其称为Q.Li、D.L.Mills的出版物。

发明内容

本发明意在通过提供允许具有较小的收敛时间和恢复时钟信号的稳定性的同步性方法来解决该问题，其中该方法对用于频率同步的带宽开销影响有限。

为了这一目的，本发明涉及一种使客户机时钟频率与服务器时钟频率同步的方法，通过服务器将定时分组通过电信网络传送给客户机来实现上述同步，其特征在于，由服务器传送定时分组的组，其中在同一组的连续定时分组之间测量的发射定时分组时间段，小于在连续组的第一定时分组之间测量的发射组(emission group)时间段，

这样的发射定时分组时间段使得同一组内定时分组的传输延迟实际上相关，以及

这样的发射组时间段使得来自不同组的定时分组的传输延迟实际上不相关。

由于在组内测量的定时分组的内部到达时间段相对固定并且具有相对小的噪声，从而本发明提供传递较小收敛时间的方法。

因此可以根据这种内部到达时间段快速地得到主设备分布式频率的精确估计。

此外，由于利用充分的组时间间隔将不同的组彼此分开，从而来自不同组的定时分组的延迟分布式函数实际上不相关，该方法为恢复的时钟信号提供稳定性。

在一个实施方式中，客户机使用在组中的连续定时分组之间测量的定时分组内部到达时间的平均值来估计分布式参考频率。

在这种情况下，客户机可以使用在连续组的第一定时分组之间测量的组内部到达时间的平均值，通过诸如下列加权公式来估计分布式的参考频率

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{est}}=a\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_1>}{N}+(1-a)\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_3>}{M}$

其中N和M是整数，“a”是加权系数，<τ₁>是定时分组内部到达时间的平均值，<τ₃>是组内部到达时间的平均值，并且1/τ_est是分布式的参考频率的估计值。

在一个实施方式中，每个组包括定时分组对，从而，例如，为了达到等同于具有时间段T的周期传送定时分组的指定定时分组带宽，发射定时分组时间段τ₁和发射组分组时间段τ₃为

τ₃＝2×T＝τ₁+τ₂

其中τ₂是组的最后定时分组和连续组的第一定时分组之间测量的发射时间段。

在一个实施方式中，函数用于根据服务器和客户机之间的定时分组传送中监测的排队效果，确定发射定时分组时间段和/或发射组时间段。例如根据偏差滞后函数(DLF)来监测排队效果。

在一个实施方式中，通过集合传送定时分组的组，从而发射组时间段小于在组的连续集合之间测量的发射集合时间段。

本发明还涉及一种服务器，包括利用经由电信网络传送的定时分组与客户机时钟进行频率同步的时钟，其特征在于其包括用于传送定时分组的组的装置，其中在同一组的连续定时分组之间测量的发射定时分组时间段，小于在连续组的第一定时分组之间测量的发射组时间段，

根据前述任一实施方式限定的方法，

-这样的发射定时分组时间段使得同一组内定时分组的传送延迟实际上相关，以及

这样的发射组时间段使得来自不同组的定时分组的传送延迟实际上不相关。

本发明还涉及一种客户机/终端，包括利用服务器时钟通过电信网络传送的定时分组进行频率同步的时钟，其特征在于其包括对用于同步的定时分组的组进行过滤和使用的装置，其中在同一组的连续定时分组之间测量的测量定时分组内部到达时间段，小于在连续组的第一定时分组之间测量的组内部到达时间段，从而

根据前述任一实施方式限定的方法，

同一组内定时分组的传送延迟实际上相关，以及

来自不同组的定时分组的传送延迟实际上不相关。

最后，本发明还涉及一种由服务器通过电信网络向客户机传送的定时分组的序列，其特征在于其提供定时分组的组，其中在同一组的连续定时分组之间测量的发射定时分组时间段，小于在连续组的定时分组之间测量的组时间段，

这样的定时分组时间段使得同一组内定时分组的传送延迟实际上相关，以及

-这样的组时间段使得来自不同组的定时分组的传送延迟实际上不相关。

附图说明

通过参照下列详细描述并结合相应附图，可以更好地认识和更好地理解本发明的上述方面和许多附属优点：

图1，如上所述，描述了分组从设备时钟的典型架构；

图2是根据本发明的第一实施方式的定时分组发射简档；

图3是周期性的定时分组发射简档，其中该简档的带宽与图2中描述的流简档的带宽相等；以及

图4是根据本发明的第二实施方式的定时分组发射简档。

具体实施方式

如图2所示，根据本发明的旨在使从设备时钟频率与主设备时钟频率同步的定时分组30的发射简档32呈现发射简档，所述发射包括定时分组30的组34，在同一组34的连续定时分组30之间测量的小于在连续组34之间测量的发射组时间段τ₃的发射定时分组时间段τ₁。

在此基础上，根据本发明的方法可以利用发射定时分组时间段τ₁以在从设备级别允许快速收敛于分布式频率值的估计。

为此，以这种方式指定发射定时分组周期τ₁，例如通过使用在前述的Q.Li、D.L.Mills的出版物中限定的偏差滞后函数，在它们的传送过程中，同一组34的定时分组30经历相同的PDV(分组延迟偏差)-也就是相同的缓冲/排队效果。因此，它们各自的传送延迟之间的差别实质上是类似为零。

当考虑包括一对定时分组30的组34和(对于指定消息“i”的)下列参数时，这提供高精确性，这在下面进行说明：

t_Si是由从设备时钟使用从设备本地时标测量的消息接收时间，

t_Mi是由主设备时钟测量的消息离开时间，

d_MSi是从主设备至从设备的消息传送延迟，

off_Si是从设备时钟和主设备时钟之间的时间偏移量，

er_Si是由从设备时钟频率偏离和频率偏离导致的测量误差，在IETF文档RFC2330和RFC3393中进行限定，以及

T₀是与定时分组速率相关的消息传送时间段。

通过限定，通过从设备时钟测量的接收时间t_Si由下列公式获得：

t_Si＝t_Mi+d_MSi+off_Si+er_Si，

从而，两个接收时间的连续定时分组“i”和“i+1”的差由下列公式获得：

t_Si+1-t_Si＝(t_Mi+1-t_Mi)+(d_MSi+1-d_MSi)+(off_Si+1-off_Si)+(er_Si+1-er_Si)

其中，

t_Mi+1-t_Mi＝T₀，

d_MSi+1-d_MSi＝PDV_i+1-PDV_i

后一表达式对应于2个连续定时分组的PDV之间的差别。考虑到当在分组过滤时间段中在连续分组之间没有执行偏移量修正，表达式(off_Si+1-off_Si)等于0，其表示为：

er_Si+1-er_Si≈α×T₀+β×T₀ ²

这在标准RFC3393中进行限定，α和β是两个完全归约的实系数(例如β∝10^-6)。从而客户机测量：

t_Si+1-t_Si＝T₀+(PDV_i+1-PDV_i)+α×T₀+β×T₀ ²

从而在两个接收时间之间的差别中的测量误差为：

$\underset{\&OverBar;}{\underset{\&OverBar;}{({\mathrm{PDV}}_{i+1}-{\mathrm{PDV}}_i)+\mathrm{\&alpha;}\&times;T_0+\mathrm{\&beta;}\&times;{T_0}^2}}$

总之，传送延迟实质上与组中的定时分组相关，从而该误差可忽略，相对于这样的传送延迟，表达式“PDV_i+1-PDV_i”和“α×T₀+β×T₀ ²”实质上可忽略。

图2描述了根据本发明一个可能的实施方式的定时分组发射简档32，其中：

每个组34包括由发射定时分组时间段τ₁进行相互分离的一对定时分组34，以及

两个连续组34由在连续组的第一定时分组之间测量的发射组时间段τ₃进行分离，对于用于定时分组的发射周期τ₁和用于组的τ₃，不同组的定时分组30的传送延迟实际上不相关或者相关程度较小，而同一组中的定时分组30的传送延迟实质上是相关的。

基于发射的T个时间段，为了确保带宽使用量与原始流简档相同(图3)，新简档的参数应满足下列关系：

τ₃＝2×T＝τ₁+τ₂

其中τ₂是在一个组34中最后的定时分组和连续的(也就是下列的)组34的第一定时分组之间测量的发射时间段。

实际上，可使用不同的网络工程方法定义发射定时分组周期τ₁以测量相关性，例如在前述的Q.Li和Mills的出版物中解释的偏差滞后函数(DLF)。在任何情况下，其取决于沿着主设备和从设备之间的路径的排队效果时间段。

因此，由于这种定时分组经过相同的排队PDV(分组延迟偏差)作用，在同一组的定时分组上计算的频率十分精确。

在该实施方式中，从设备考虑定时分组内部到达时间的平均值以计算发射定时分组时间段τ₁的估计以及确定主设备参考频率。

实际地，通过利用或不利用组内部到达时间段的平均值<τ₃>(或<τ₂>)来计算定时分组内部到达时间段的平均值<τ₁>，从设备估计主设备的时钟频率。实际上，从设备可以在任意时间确定仅利用<τ₁>，或使用<τ₁>和<τ₃>(例如通过加权值，这在下面进行说明)，计算参考频率的估计值。

为此，可将估计的参考频率定义为1/τ_est，其中：

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{est}}=a\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_1>}{N}+(1-a)\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_3>}{M}$

α是两个平均值之间的加权系数，其中平均值可以根据从设备时钟范围机制的需要随时间变化。

然而，特别需要说明的是，定时分组内部到达时间的平均值<τ₁>基本上足够精确，原因如下：

同一组的定时分组经过相同的PDV(分组延迟偏差)，从而它们各自延迟之间的差别实质上不存在，

不同组之间的时间间隔是已知时间间隔的2倍，也就是τ₃＝2×T。

因此，不同组的内部到达时间段之间的相关性可以被认为是较小的，并在任何情况下小于周期性简档中连续分组传送延迟之间的相关性，如图3所述。

通过修改当前存在的主-从设备时钟层级的定时分组传送，可容易地实现本发明。

本发明可以被嵌入到多个实施方式中。例如，如图4所示，可使用3个或更多定时分组的组，其中通过集合36传送组34，从而定时分组的连续组34之间的时间段小于连续组集合之间的时间段。

在这种情况下，在执行本发明时考虑到3个时间间隔(τ₁、τ₃、τ_n)以考虑由不同原因导致的延迟相关(由处理时间导致的延迟变化，由排队/缓冲造成的延迟变化等)。

例如，假设在100M比特/秒的传输线路上1000比特的定时分组长度，根据本发明的方法可以将5ms的定时分组时间段(强排队相关)、50ms的组时间段(由于一些数据应用集约使用导致的有限业务相关)和150ms的集合时间段(独立的分组延迟)进行结合。

根据另一实施方式，客户机使用如在Q.Li和D.L.Mills的出版物中解释的偏差滞后函数(DLF)，从而定时分组传送延迟监控考虑沿着主设备和从设备之间的路径的排队效果，以确定相对于相关/非相关条件的定时分组时间段和组时间段。

最后，必须强调的是，根据本发明，定时分组/组的相关性/非相关性可根据考虑的网络的质量和/或性能进行调整。换句话说，例如，本发明可以由同一组内的发射、内部到达、定时分组时间段来实现，并且具有的相关性强于发射、内部到达、组时间段。

在这种情况下，可认为定时分组高度相关，并认为各组不相关或松散相关。

Claims (11)

1.一种使客户机时钟频率与服务器时钟频率同步的方法，通过服务器将定时分组(30)通过电信网络传送给客户机来执行所述同步，其特征在于所述方法包括，由服务器传送定时分组(30)的组(34)，其中在同一组(34)的连续定时分组(30)之间测量的发射定时分组时间段(τ₁)小于在连续组(34)的第一定时分组(30)之间测量的发射组时间段(τ₃)，

发射定时分组时间段(τ₁)，这样使得同一组(34)内定时分组(30)的传送延迟实际上相关，以及

发射组时间段(τ₃)，这样使得来自不同组(34)的定时分组(30)的传送延迟实际上不相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其中客户机使用在组(34)中的连续定时分组(30)之间测量的定时分组内部到达时间的平均值(<τ₁>)来估计分布式的参考频率(1/τ_est)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中客户机使用在连续组的第一定时分组之间测量的组内部到达时间的平均值(<τ₃>)，通过诸如下列加权公式来估计分布式的参考频率(1/τ_est)

${\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{est}}=a\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_1>}{N}+(1-a)\&times;\frac{<{\mathrm{\&tau;}}_3>}{M}$

其中N和M是整数，“a”是加权系数，<τ₁>是定时分组内部到达时间的平均值，<τ₃>是组内部到达时间的平均值并且1/τ_est是分布式的参考频率的估计。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中每个组(34)包括一对定时分组(30)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，为了达到等同于具有时间段T的周期传送定时分组的指定定时分组带宽，发射定时分组时间段τ₁和发射组分组时间段τ₃为：

τ₃＝2×T＝τ₁+τ₂

其中τ₂是第一组(34)的最后定时分组(30)和连续组(34)的第一定时分组(30)之间测量的发射时间段。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中函数用于根据服务器和客户机之间定时分组的传送中的监测排队效果，确定发射定时分组周期(τ₁)和/或发射组周期(τ₃)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据偏差滞后函数(DLF)监测排队效果。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中通过集合(36)传送定时分组的组(34)，从而发射组时间段(τ₃)小于在连续组的集合之间测量的发射集合时间段。

9.一种服务器，包括利用经由电信网络传送的定时分组(30)与客户机时钟频率进行同步的时钟，其特征在于包括用于传送定时分组(30)的组(34)的这种，其中在同一组(34)的连续定时分组(30)之间测量的发射定时分组时间段(τ₁)小于在连续组(34)的第一定时分组(30)之间测量的发射组时间段(τ₃)，

根据前述权利要求中任意一项限定的方法，

发射定时分组时间段(τ₁)，这样使得同一组(34)内定时分组(30)的传送延迟实际上相关，以及

发射组周期(τ₃)，这样使得来自不同组(34)的定时分组(30)的传送延迟实际上不相关。

10.一种客户机终端，包括利用服务器时钟通过电信网络传送的定时分组(30)进行频率同步的时钟，其特征在于其包括对用于同步的定时分组的组(34)进行过滤和使用的装置，其中在同一组(34)的连续定时分组(30)之间测量的定时分组内部到达时间段小于在连续组的第一定时分组之间测量的组内部到达时间段，从而

根据权利要求1至8中任一项限定的方法，

同一组(34)内定时分组(30)的传送延迟实际上相关，以及

来自不同组(34)的定时分组(30)的传送延迟实际上不相关。

11.一种由服务器通过电信网络向客户机传送定时分组(30)的序列(32)，其特征在于其提供定时分组(30)的组(34)，其中，在同一组(34)的连续定时分组(30)之间测量的定时分组时间段(τ₁)小于在连续组的定时分组(30)之间测量的组时间段(τ₃)，

根据权利要求1至8中任意一项限定的方法，

定时分组时间段(τ₁)使得同一组(34)内定时分组(30)的传送延迟实际上相关，以及

组时间段(τ₃)使得来自不同组(34)的定时分组(30)的传送延迟实际上不相关。

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