CN102598556A

CN102598556A - 用于优化分组定时传输的方法和设备

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Publication number: CN102598556A
Application number: CN2009801622860A
Authority: CN
Inventors: S·鲁菲尼; O·托斯卡诺; R·菲奥罗内
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN102598556B; US8929405B2; DK2497211T3; WO2011050844A1; EP2497211A1; US20130010813A1; EP2497211B1

Abstract

提供一种在网络节点中优化定时分组传输的方法，该方法包括在网络节点使用本地可用的稳定频率参考来提供用于进入或离开网络节点的至少一个方向的定时分组的预定网络节点渡越时间。还提供一种网络节点，该网络节点包括：本地可用的稳定频率参考；以及适合取决于本地可用的稳定频率参考将预定网络节点渡越时间L应用于在进入或离开网络节点的至少一个方向渡越网络节点的所有定时分组的电路。

Description

用于优化分组定时传输的方法和设备

技术领域

一般来说，本发明涉及组网，具体来说，本发明涉及改进的分组定时传输机制。

背景技术

存在要求准确频率和/或时间同步参考以便正常操作的许多网络应用，例如，诸如全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)之类的移动通信技术。

传统的定时解决方案是令网络节点使它们的来自用于将网络节点连接在一起的同步数据流的本地时钟同步，如同例如在基于时分复用(TDM)的网络的情况中那样，但是网络从TDM到更廉价的基于分组的技术(例如以太网)的变迁要求不同的方式。在这种基于分组的网络中，从第一端节点到第二端节点(例如从主叫方的基站到呼叫接收方的基站)的数据通常沿着包括一组中间节点之间的多跳的路径。

用于基于分组的拓扑的一种解决方案是使用基于分组的方法，其中，通过发送包含时间戳信息的分组、即定时分组，通过分组网络承载定时信息。时间戳由有权访问如基于全球定位系统(GPS)的时钟之类的准确参考的主控(服务器)来生成。

图1示出示范的基于定时分组的分发同步的方法，其中时间服务器110通过分组网络120向接收节点130发出散布于数据分组125之间的定时分组115，接收节点130从定时分组来恢复定时信息135，供调整本地时钟等等之用。

各接收节点130能够运行一种算法，该算法基于自适应时钟恢复方法，例如通过将本地定时与分组的到达时间和/或到达间隔时间进行比较，来恢复定时信息135(例如，如标准ITU-T G.8261中所述)。因此，所恢复定时信息135的准确度受到分组网络120中的可变延迟影响，并且定时信息恢复算法的关键要求之一是滤出分组延迟变化(PDV)。

当请求时间同步时，双向定时协议是强制性的，例如网络定时协议(NTP)或精确定时协议(PTP)，其中计算从主控到从属的传输延迟。

分组网络中的网络同步的一种可能方式是在主控与从属之间的网络节点中添加定时支持。在PTP的情况下，这些功能是边界时钟(BC)和透明时钟(TC)，如电气和电子工程师协会标准IEEE 1588中所述。

图2示出包括这种定时支持的基于分组的移动通信网络。定时支持涉及在中间网络节点(例如以太网交换机或路由器)中添加硬件以及软件功能。例如，PTP最高主控时钟节点110经由网络节点之间的多跳(例如经由边界时钟111)向基站210提供定时分组115，这些网络节点能够处理定时分组以便提高基于分组的同步方法的整体性能。

在这个示例中，透明时钟提供测量相应网络节点已添加的延迟以及测量连接到那个网络节点的链路上的延迟的手段。端设备能够使用这个信息来恢复时间参考。相反，边界时钟终止和再生时间戳分组，使得内部排队延迟减小。

但是，存在从这两个新功能、即边界时钟和透明时钟产生的问题，包括：

新功能一般要求显著的架构变化。

透明时钟类型的功能的实现主要由于它引起网络层违反的事实而尤其被认为是危险的。

特别是，透明时钟还可能导致安全问题，因为分组即使在网络节点中没有被端接，也被修改，这通常意味着电信应用中的透明时钟的使用不可接受。

在多运营商环境中，例如在两个移动网络共享无线电网络基础设施的情况下，边界时钟的使用也成问题。

因此，希望提供降低基于分组的网络中的分组延迟变化和不对称性影响的改进的网络节点设备和方法。

另一个基本方面是准确时间戳的生成。传统上，时间戳的准确生成经由二步时钟方式(例如PTP Follow-up消息)或者经由硬件加时间戳(即，时间戳由物理层的网络节点就在分组离开主控之前生成，而不是由高达组网协议栈的组网层中实现的软件来生成)来实现。

还希望提供从主控时钟网络节点生成时间戳的准确但简化的方式。

发明内容

因此，提供一种在网络节点中优化定时分组传输的方法，该方法包括在网络节点使用本地可用的稳定频率参考来提供用于在进入或离开网络节点的至少一个方向的定时分组的预定网络节点渡越时间。

可选地，该方法还包括检测所接收定时分组的到达时间t1，并且在传送时间t2向网络节点的输出端口转发所接收定时分组，传送时间t2是在到达时间t1之后经过了预定持续时间L时。

可选地，该方法还包括在网络节点对定时分组处理之后接收定时分组并且在输出队列存储定时分组。

可选地，该方法还包括选择网络节点的最高优先级输出队列来传送定时分组。

可选地，该方法还包括提供用于在进入和离开网络节点的两个方向的定时分组的预定网络节点渡越时间。

可选地，该方法还包括检测调度成要在与定时分组相同的输出端口上传送的数据分组的大小，以及如果数据分组的大小指示传送数据分组会延迟在传送时间t2的定时分组的传送，则延迟数据分组的传送。

可选地，该方法还包括确定可用于在相同输出端口上传送的任何一个或多个其它数据分组是否具有小得足以在定时分组的传送时间t2之前的剩余时间之内传送的大小；以及传送一个或多个其它数据分组。

可选地，本地可用的稳定频率参考是提供给网络节点并且可操作以提供全局时钟频率的外部同步参考，或者稳定的本地振荡器。

可选地，网络节点处于节点的网络中，其中，各网络节点可操作以向另一网络节点传送数据或者从另一网络节点接收数据，并且其中，定时分组经由包括所连接网络节点之间的跳的路径从第一网络节点传送给第二网络节点，并且其中，预定网络节点渡越时间L经选择，使得将定时分组从第一网络节点传送给第二网络节点的时间处于预定时间预算之内，所述时间预算取决于节点的网络内的通信的特定应用。

可选地，预定网络节点渡越时间L由在第一与第二网络节点之间的任一方向的路径中的特定网络节点的网络节点渡越时间的最坏情况情形来确定，所述最坏情况情形由网络节点特性的先验知识来确定，或者在沿将要用于第一与第二网络节点之间后续通信的路径的第一与第二网络节点之间初始通信期间确定。

还提供一种网络节点，该网络节点包括：本地可用的稳定频率参考；以及电路，该电路适合取决于本地可用的稳定频率参考，将预定网络节点渡越时间L应用于在进入或离开网络节点的至少一个方向渡越网络节点的所有定时分组。

可选地，该电路还包括：输入电路，其中包括与本地可用的稳定频率参考进行通信并且适合登记所接收定时分组的输入时间t1的至少一个本地定时器；输出电路，其中包括与本地可用的稳定频率参考进行通信并且适合在通过将预定持续时间L应用于所登记输入时间t1而确定的时间t2向输出端口输出定时分组的至少一个本地定时器。

可选地，该网络节点还包括输入缓冲器，输出电路还包括输出队列，并且输入缓冲器和输出队列共同设置成将定时分组存储预定持续时间L。

可选地，该网络节点还包括：数据分组大小检测电路，适合检测将要从输出端口传送出去的下一个数据分组的大小，以便确定下一个数据分组是否能够在预定时间段L已到期之前完全传送；以及调度器单元，适合如果数据分组不能在预定时间段L已到期之前完全传送，则在传送定时分组之后调度数据分组的传送。这就是说，在定时分组穿过节点的情况下，由于提前L ms“已知”定时分组何时将要被发出，所以这个“L”时段能够用于在输出线卡上适当地调度定时分组和数据分组。

可选地，数据分组大小检测电路还适合检测预备从输出端口传送的任何其它数据分组的大小，以便确定任何其它数据分组是否能够在预定时间段L已到期之前完全传送，并且调度器单元适合：如果任何其它数据分组的所确定大小指示任何其它数据分组能够在预定时间段L已到期之前完全传送，则在传送定时分组之前调度任何其它数据分组的传送。

可选地，该网络节点还包括适合从本地可用的稳定频率参考生成定时分组的定时分组生成器，并且网络节点包括主控时钟网络节点。

可选地，输出队列是最高优先级输出队列。

可选地，本地可用的稳定频率参考是提供给网络节点并且可操作以提供全局时钟频率的外部同步参考，或者是稳定的本地振荡器。

可选地，该电路还适合在进入和离开网络节点的两个方向应用预定网络节点渡越时间。

还提供一种在网络节点中优化定时分组传输的方法，该方法包括在网络节点使用本地可用的稳定频率参考来控制跨网络节点的定时分组延迟变化。

将会理解，在网络节点是时间生成装置的情况下，延迟变化不是严格地跨节点，而是在节点内-即，从内部定时分组生成的点直到它从节点输出。

将会理解，术语‘固定网络渡越时间’包含由定时硬件的精确度所确定的范围之内的所有时间，即，装置的物理性质表示它们没有立即反应，并且因此固定渡越时间的实际长度的变化将会发生(但是差异实际上只会非常非常小-大约几纳秒)。

可选地，定时分组事件的控制在网络节点的物理层中发生。

还提供一种网络节点，该网络节点包括本地可用的稳定频率参考以及同步到本地可用的稳定频率参考的至少一个本地定时器，所述本地定时器适合控制跨网络节点传送的分组的分组延迟变化。

还提供一种承载指令的计算机可读介质，指令在被执行时使计算机逻辑执行所述方法的任一种。

通过以固定延迟使定时分组延迟，提供相对固定的网络节点渡越时间(即，使得网络节点能够表示为固定长度延迟)，这确保按照本发明的实施例渡越节点的网络的所有定时分组以一致的方式这样做。这就是说，分组不是刚好在它们按照特定网络节点的工作负荷能够被发送时由于能够被发送而被发送。

此外，通过在两个方向提供相同的固定长度延迟(即，网络节点渡越时间)，消除网络中的不对称性。

双向定时协议也可用于使频率同步分发更健壮，其中主控到从属以及从属到主控定时分组都用于恢复主控定时参考。

按照本发明的实施例的优点在于，通过实现简化支持方式，至少在一些节点中能够显著降低基于分组的方法的定时支持的复杂且高成本的部分，从而能够保证整体定时分组分发中的所需程度的质量。

本发明的实施例所利用的简化定时支持通常由城域/核心系统来使用，其中包括路由器、运营商以太网交换机和分组光传输平台，它们已经致力于高容量和复杂功能性。此外，本发明的实施例不要求现有设备的任何显著架构变化或者硬件修改，因而允许在网络级向更复杂和高性能定时功能性的更平滑和节省成本的升级。

本发明的实施例不是提供对于IEEE 1588或者任何其它标准的基于分组的解决方案的替代方案。而是，实施例提供完全符合IEEE 1588或者任何其它标准的基于分组的解决方案的补充网络和节点级解决方案。例如，本文所提出的实施例与传统IEEE 1588时钟(或者基于不同协议的任何其它类似功能)的组合在多运营商环境的情况下是特别令人感兴趣的。这些特征和IEEE 1588时钟的组合在运营商之间的互配发生时也允许提供高精确度。

最后，本发明的实施例利用现有技术、例如SyncE和遗留同步网络以及基于分组的时间同步方法的特征及其(网络上使用的特定应用的)定时要求来实现具有最小网络影响和成本的度身定制的定时解决方案。

附图说明

现在将仅作为举例并且参照附图来描述用于在网络中优化分组定时传输的方法以及关联的实现硬件，附图中：

图1示出在网络节点之间分发定时同步的基于分组的方法；

图2示出在包括来自网络的定时支持的网络节点之间分发定时同步的基于分组的方法；

图3示出按照本发明的一个实施例、具有通过节点的可控等待时间的网络节点；

图4示出按照本发明的一个实施例的输出调度器的示例；

图5示出按照本发明的一个实施例、由主控时钟节点进行的精确时间戳生成；

图6示出按照本发明的一个实施例的示范基于分组的移动通信网络情形；

图7示出按照本发明的一个实施例的优化定时分组传输的方法的示意框图。

具体实施方式

现在将参照附图来描述本发明的一个实施例，附图中，为相同或相似部分或步骤提供相同或相似的参考标号。

以下描述可适用于时间(相位)同步应用或者频率同步应用(或者这两者)。

在时间(相位)同步的情况下，一个基本假设是，主控到从属的延迟和从属到主控的延迟是相同的。

这意味着，分组网络中的任何不对称性会显著影响所递送的时间同步参考的性能。

频率同步应用仅对定时分组抖动敏感(其中抖动在使用单向方式的情况下能够仅在从频率主控到从属的方向上，或者在使用双向方式的情况下能够在两个方向上)，而时间同步始终取决于两个方向上的分组定时抖动，并且除此之外，它还取决于网络的任何不对称性，因为不对称性引起时间同步不准确性。

从第一端节点到第二端节点的绝对延迟不是问题，只要总的端到端延迟处于通信路径上使用的特定应用的要求之内(例如，在无线电接入网连接的情况下，分配给接入网的时间预算通常被定义为大约20-30ms)。

基于上述考虑，本发明的实施例提出使用准确的本地可用的频率参考(即，时钟)，该频率参考可经由诸如当同步以太网(SyncE)用于连接相应网络节点时可用的或者经由充分稳定的本地振荡器本地可用的那些参考之类的外部同步参考来递送，以便控制分组抖动和延迟变化，并且优选地使它在两个通信方向是对称的。

分组延迟变化控制能够通过以固定等待时间L使所有定时分组适当延迟来实现(这在时间同步的情况下优选地在两个方向上是相同的，但是在仅分发频率同步时，不要求L在两个方向是相同的)。L还能够被看作是一种形式的预定网络节点渡越时间。这就是说，该方法包括在网络节点处接收到定时分组之后，使来自网络节点的定时分组的输出延迟到预定持续时间L之后。优选地，延迟应当考虑可用于跨网络的连接的特定应用的总时间预算。

例如，在移动网络中，等待时间L可设置为1ms，并且仍然满足20-30ms时间预算。这假定节点之间的跳数不会过多，即，预计分组主控与从属之间的跳数通常少于10跳，并且实际上往往最多为5至6跳。但是，固定等待时间在实际实现中可能更少(例如100-900微秒)。

相同的准确本地可用频率也可用于支持精确时间戳的生成，其中时间戳的精确性通过在预先指配时隙中发出的定时分组之内发送它们来提高。

所提出的方法和设备适宜与节点级的IEEE 1588(或者任何其它基于分组的方法，例如基于NTP)定时标准实现配合使用，并且它们还适宜与不支持IEEE 1588边界时钟/透明时钟实现的节点配合使用。

在多运营商环境的情况下，特别是在边界时钟的实现可能不可行时，所提出的方法和设备特别有用。

所提出的方法和设备可实现下面参照图3至5更详细描述的三种分别有效的定时优化中的任何一个或多个。

图3示出按照本发明的一个实施例如何通过网络节点300控制等待时间。网络节点300包括经由底板交换结构330连接到输出线卡340的输入线卡320。

进入输入线卡320的定时分组(例如定时分组PTI(k)115)由物理输入电路321接收，这在输入电路321将入局分组识别为定时分组时立即触发定时器322开始对于定时分组115处于网络节点300中多久进行计时。定时器322锁定到本地可用的准确系统时钟310(经由例如同步以太网或本地稳定振荡器可得到)。小定时误差ε₁是不可避免的，下面更详细论述。所接收定时分组115则被存储在输入缓冲器323中。

输入缓冲器323经由交换底板330向输出线卡340输出定时分组115。定时分组115则放置于输出队列341(优选为最高优先级输出队列)中，预备在所分配时间从网络节点300输出。在输出队列341之后还存在附加延迟343，这表示对预备发送的分组可能发生的附加延迟(例如，因为输出线在发送该定时分组的所分配时间正忙于发送其它数据分组，以及虽然很小但固有的硬件处理延迟)。

输出线卡定时器342控制输出卡中的事件的定时。假定各种卡中的定时器322和342相互之间以及与本地可用系统时钟310之间相位对齐(例如经由每秒1脉冲的信号)，并且输入定时器322能够把输入时间t1传递到输出定时器342。

为了提供固定网络渡越时间(即，等待时间)，必须登记在输入线卡320的定时分组115的到达时间t1，并且应当优选地将它尽可能接近物理层(即，在硬件中)来登记。残留误差ε₁因硬件延迟而在物理输入电路中是不可避免的，但是，这是也由网络中的任何边界时钟或透明时钟引起的相同类型的误差，因为这两个功能也以类似方式来登记定时分组的到达。

在任何情况下，通过适当的硬件实现设计，有可能将这个输入到达时间残留抽样误差ε₁限制到大约数纳秒的值，例如多达100纳秒。要注意，IEEE对于硬件加时间戳所指示的目标精确度充分小于100纳秒。甚至对于最严格的应用(例如移动时分双工(TDD)系统要求大约1.5微秒时间精确度)，在那个长度范围中的抽样误差对于处理定时信息所需的总时间是可接受的份额。

到达时间t1和分组索引i都与定时分组115经由底板互连330转送到输出线卡340同时转发给输出线卡340、特别是输出定时器342。然后，将分组调度成在时间t2从输出线卡340发出，其中t2-t1＝L。这就是说，时间t2是定时分组开始在网络节点的输出线上输出的准确时间(在时钟的可获得精确度之内，参见下文以获得更多细节)。

延迟L能够通过多种方式来实现，例如，定时分组115能够在输入线卡队列321中存储固定延迟L(例如1ms)，然后转送到输出线卡340供直接输出，或者输入线卡320能够将定时分组115直接转发给输出卡340，在那里，它被延迟L，然后输出。

应当注意，对分发给网络节点供生成定时分组115的定时参考310的要求以及对这些定时分组在它们被向输出线卡340传递时的内部延迟变化的要求不是那么严格，只要定时分组115在它们必须被传递给输出端口之前提前适当时间在输出缓冲器343处可用。

按照本发明跨网络节点300的定时分组115的内部传输还设置成尽可能多地限制由输出卡340所引起的附加延迟(ε₂)(例如通过利用最高优先级输出队列341)。

这个误差的主要份额ε₂是因在网络节点300的相同物理端口上已经传递的数据分组引起的排队延迟，即使它们处于较低优先级也是如此。

在高速网络端口(例如10G比特/秒)的情况下，可假定这个排队延迟足够低，因为数据分组125足够迅速而没有引起太多延迟地转送，例如500字节分组125以10G比特/秒在与定时分组115相同的输出端口上发送会最多生成8×500×10^-10＝400ns的延迟，这在一些情况下可能仍然是可接受的(例如，主控与从属之间的少数节点)。

在使用较低速度接口的情况下，或者在可适用于高速接口的上述误差不可接受的情况下，还能够定义某个特殊逻辑，以便通过确保定时分组优先于长数据分组被发送来进一步降低这个误差ε₂(进一步参见参照图5的以下描述)。

通过固定网络节点300在前向(即，出局)方向引起的延迟，前向定时分组抖动可充分降低，由此允许同步到所发送定时分组的任何下游定时电路(例如PLL振荡器)保持改进的频率精确度。但是，优选地，相同固定延迟L可施加于在相反方向穿过网络节点300的定时分组115(例如与相同定时连接相关的PTP延迟请求)，使得后向定时分组抖动也可充分降低(降低到与前向定时分组抖动相同的程度)，这则提供使前向和后向路径对称的附加益处，这是实现准确时间和相位同步分发的关键方面。在仅要求频率同步并且使用双向协议的情况下，不要求L在两个方向是相同的。

L的精确性应当优选地＜＜1微秒，例如假定50ns是各节点能够添加的可接受误差，在10ms时段中，要求5ppm或更好的频率精确度(这会给出50ns的误差)。

注意，还应考虑输入线卡(ε₁)和输出线卡(ε₂)中的附加延迟(例如100ns)。

本地可用的稳定频率时钟310可从基于同步的网络、例如同步以太网或者至少具有上述5ppm或更好精确度的稳定本地振荡器来得出(如果需要，则精确度还可通过所发送的定时分组来长期控制)。预计在未来大多数移动通信网络中，同步以太网将是可用的，特别是在部署成接近核心网络的网络节点中，其中移动网络运营商时常部署基于SDH的同步网络，和/或其中GPS或Caesium所控制的独立时钟通常是可用的。

图4示出其中时间服务器(例如PTP主控)在相同网络节点400中可用的特殊情况，即，图4中的网络节点没有将定时分组从输入线卡传递给输出线卡-输入是本地时间服务器。这种或者类似的设备还可提供能够连接到具有上述类型的分组定时支持的其它网络节点的定时参考信号。在这个示例中，不存在这样的输入线卡，因为定时分组在定时分组生成卡420中本地生成，定时分组生成卡420包括定时分组生成器424以及按照与图3的输入线卡320中的定时器322相同的方式操作的定时器422。

例如从同步以太网可获得的准确频率在这种情况下可用于通过生成出局定时分组(例如Sync分组)来支持PTP主控功能，而无需二步时钟或硬件加时间戳。这能够通过基于所请求分组速率在预定义时刻传递定时分组115来进行。预定义时刻可以是周期性的或者非周期性的。

例如，在分组速率为1/T的情况下，出局定时分组115可在预定义时刻(ti+T)周期性地发送，并且各定时分组能够提前预备，使得不存在定时分组生成处理延迟。

实际上预计高速链路(例如10G比特/秒)上的附加误差ε₂充分低于1微秒，如上所述。

在长数据帧用于通信(例如特大帧)的情况下，按照本发明的实施例，某种附加功能性能够在网络节点中实现，以便避免过多延迟定时分组115的情况。这在使用较低速度接口(例如1Gb以太网)的情况下特别受关注，因为特大数据分组125的发出可引起显著延迟。

在定时分组的传递时间为已知的情况下，如上所述，输出卡能够检查是否有可能在直到下一个预定定时分组传递时刻所剩余的时间之内完全传递特定数据分组125。如果有可能，则发送数据分组125。如果不可能发送数据分组125，则网络节点能够等待，直到反而是下一个定时分组115在发出大数据分组之前已经传递。同时，如果网络节点扫描在相应队列中等待正用于发送定时分组的端口的所有其它数据分组125，然后发送那些数据分组中的任何一个或多个，只要其(组合的)传送时间合计小于在下一个预定定时分组时刻之前剩余的时间，则该方法得到进一步改进。

这种方式可经由业务管理器来实现，其中每一个定时分组115与能够由调度器在每一个处理周期用于判定是否能够发送数据分组以免与定时分组竞争的“结束传送时间”或者“传送时间”标签关联。

在数据业务分组PTR(i)125具有指示其总传送时间为TR(i)126的标签并且下一个定时分组PTI(k)115具有指示其总传送时间为TI(k)116的标签的示例中，业务管理器520的使用如图5所示。业务管理器520包括：分组大小检测器510，它检测处于输出队列中预备发送的数据分组的大小；调度器530，用来调度具有适当大小的数据分组(若有的话)的发送；以及选择器540，用来在定时分组115或者适当数据分组125之间进行选择。

调度器530能够评估传送时间标签116和126，以及如果检测到冲突，则业务管理器520将大数据分组125的传送延迟，直到已经传送了定时分组115。在所给定的示例中，业务管理器520还包括分组大小检测器510，分组大小检测器510可操作以读取表征分组长度的分组标签，并且通知调度器。如果网络操作的速度为已知的，则调度器530能够使用相同的分组标签来确定那个数据分组的总传送时间。调度器可结合大小检测，而不是具有分开的实体。无论任一种方式，调度器能够控制选择电路540来选择要通过网络节点的通信链路输出发出哪一个分组(数据、定时或其它一个或多个数据分组，如果足够短的话)。选择电路540可包括复用器单元。

最后考虑的是，可对混合网络考虑所述的定时支持，其中网络中的更重要节点中的一些(例如特别是网络的城域/核心部分中的那些节点，通常工作在较高比特率、例如10G比特/秒)使所述频率和定时同步改进得以实现，而对于更接近端节点的可工作在较低速率的不太重要的网络节点，则IEEE 1588定时功能(例如边界时钟)可能更适当。这就是说，可在适当的情况下考虑IEEE 1588功能与所述增强的组合。

这种混合网络可允许在某种特定类型的节点(例如较高容量)中设计优化支持，在较小类型的节点中留下IEEE 1588时钟的实现，其中预计它将引起较低复杂度。

这里所提出的新频率和定时同步改进对于多运营商移动通信环境的情况下的传输网络特别有用，因为所述特征和IEEE 1588时钟的组合允许高精确度的定时数据传递，特别是当运营商之间的互配发生时。例如，在IEEE 1588边界时钟的情况下，实际上它会过于复杂而无法传递与网络提供商的时间不同的服务时间(即，网络提供商和分布于分组网络中的定时服务的拥有者的时间不可避免地必须是同步的)。

相比之下，所提出的定时功能不要求节点的时钟与穿过那个节点的定时分组同步，因为节点只允许跨节点的定时分组的一致传递，这最终不干扰它们承载什么准确的定时数据。另外，本发明的实施例意味着，还可避免(一个或多个)IEEE 1588透明时钟的使用(这违反层，并且因此由于安全性和保密问题而不希望用在用于固定和/或移动电话/数据的通信网络中)。

图6示出结合不同类型的网络节点的可能的混合移动网络架构600，即：按照IEEE 1588标准(630，680)，本发明的实施例(620，640)或者两者(670)。

图6中，存在核心网络120，核心网络120承载用于经由基站附连到网络600的手机(未示出)或者任何其它移动通信装置之间的移动通信的数据分组125和定时分组115。

例如，多个标准(2G、3G和长期演进)基站610经由例如微波链路690或者数字用户线接入复用器(DSLAM)650连接到核心网络120中的网络节点。还示出也连接到核心网络120中的节点的无线电网络控制器(RNC)615。核心网络120包括按照本发明的一个实施例的交换机660、按照诸如IEEE 1588之类的另一种定时标准的交换机630、以及结合IEEE 1588和本发明的一个实施例的交换机，全部都互连在其任务(620、640和680)特定的不同边缘节点之间。混合网络的确切构成并不重要，只要网络包括不同类型的节点。

作为图6中的示范定时路径，定时分组在PTP主控400处生成(如参照图4所述)，然后经由不是按照本发明的交换机630转发给按照本发明的其它节点、例如边缘节点640。

如图中所示，可为更接近接入网的较小节点保留IEEE 1588传统功能。本发明中提出的定时功能适合作为对于用于一些较高容量节点的IEEE 1588时钟的替代方案，或者补充IEEE 1588时钟，以便在必须以受控分组延迟变化来承载来自不同运营商的定时分组115并且不可能通过如前面所述的IEEE 1588边界时钟或透明时钟来限制PDV时，为运营商提供灵活性。在任何情况下，结果是在将要由从属来处理的定时分组上显著减小了分组延迟变化。

图7示出按照本发明的一个实施例的方法700的示范部分，它应用于承载从其它定时源得出的定时分组的网络节点(即，它涉及图3的实施例，但它没有涵盖在节点本身中生成定时分组的图4的实施例)。在步骤710，在时间t1，在输入线卡接收入局定时分组115。在步骤720，将预定长度L的延迟应用于定时分组。在步骤730(在延迟L期间执行该步骤)，网络节点检查下一个数据分组是否能够在延迟时段之内发送，即，没有影响定时分组在其所分配输出时间的发送。如果存在足够时间，则在步骤740发出下一个数据分组。如果没有可用的足够时间，则在步骤750进一步检查是否存在可用于发送的任何其它较小的适当数据分组。在步骤760发出任何可用的较小数据分组。可重复用于检查是否有任何较小数据分组可用于在剩余延迟时间中发送的这个步骤750。在步骤770，数据分组在时间t2从网络节点发出，其中t2-t1＝L。

作为本发明的实施例的有效性的示例，在现有技术网络节点以高速操作的情况下，分组可具有大约数百微秒的分组延迟变化(即，分组延迟能够在数微秒与数百微秒之间变化)。然而在按照本发明的实施例的高速网络节点中，延迟变化减小到大约150ns(即，100ns输入和输出延迟ε₁、ε₂以及50ns时钟精确度延迟，全部在以上更详细论述过)。这表示分组延迟变化的数百倍减小(即，数量级更小)。

上述方法可由形成网络节点的任何适当地适配或设计的硬件来执行。网络节点可以是路由器、交换机、桥式路由器、转发站等。该方法的部分还可通过计算机可读介质上存储的指令集来实施，指令集在加载到计算机中时，数字信号处理器(DSP)或类似器件使计算机执行上文所述的方法。但是，为了提供最准确的频率和/或定时同步，至少要求用于在物理层确定定时分组到达和离开时间的硬件定时分组测量单元。

同样地，该方法可实施为专门编程或者硬件设计的集成电路，它在加载到所述集成电路中时，集成电路进行操作以执行所述网络同步方法。集成电路可形成为诸如PC等的通用计算装置的一部分，或者它可形成为诸如高速载波类路由器或交换机等等的更专门装置的一部分。

示范实现是现场可编程门阵列(FPGA)，编程为通过硬件来执行上述方法，所述FPGA是网络节点装置的主板的核心组件。

本发明的另一个示范硬件实施例是实施为安装在主板上的一个或多个专用集成电路(ASIC)的、诸如路由器或交换机之类的网络节点装置。

技术人员会清楚，在本文所述方法中执行的步骤的确切顺序和内容可按照诸如是否要求定时分组抖动和/或对称性等的特定一组执行参数的要求来改变。此外，将会清楚，所公开设备的不同实施例可按照总体上网络的特定实现的要求选择性地以不同组合来实现方法的某些特征。因此，权利要求编号不是要被理解为对于在权利要求之间移动特征的能力的严格限制，并且同样地可以自由利用从属权利要求的部分。

Claims

1.一种在网络节点中优化定时分组传输的方法，所述方法包括：

在所述网络节点使用本地可用的稳定频率参考来提供用于进入或离开所述网络节点的至少一个方向的定时分组的预定网络节点渡越时间。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

检测所接收定时分组的到达时间t1；

在传送时间t2向所述网络节点的输出端口转发所述所接收定时分组，所述传送时间t2是在所述到达时间t1之后经过了预定持续时间L时。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

在所述网络节点对所述定时分组处理之后，接收所述定时分组并且在输出队列存储所述定时分组。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，还包括：

选择所述网络节点的最高优先级输出队列来传送定时分组。

5.如以上权利要求中的任一项所述的方法，还包括：提供用于进入和离开所述网络节点的两个方向的定时分组的预定网络节点渡越时间。

6.如权利要求2至5中的任一项所述的方法，还包括：

检测被调度成要在与所述定时分组相同的输出端口上传送的数据分组的大小；以及

如果所述数据分组的大小指示传送所述数据分组会延迟在所述传送时间t2的所述定时分组的传送，则延迟所述数据分组的传送。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

确定可用于在相同输出端口上传送的任何一个或多个其它数据分组是否具有小得足以在所述定时分组的传送时间t2之前的剩余时间之内传送的大小；以及

传送所述一个或多个其它数据分组。

8.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述本地可用的稳定频率参考是：

提供给所述网络节点并且可操作以提供全局时钟频率的外部同步参考；或者

稳定的本地振荡器。

9.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述网络节点处于节点的网络中，其中，各网络节点可操作以向另一网络节点传送数据或者从另一网络节点接收数据，并且其中，定时分组经由包括所连接网络节点之间的跳的路径从第一网络节点传送给第二网络节点；以及

其中，所述预定网络节点渡越时间L经选择，使得将定时分组从第一网络节点传送给所述第二网络节点的时间处于预定时间预算之内，所述时间预算取决于所述节点的网络内通信的特定应用。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述预定网络节点渡越时间L由在第一与第二网络节点之间任一方向的路径中特定网络节点的网络节点渡越时间的最坏情况情形来确定，所述最坏情况情形由网络节点特性的先验知识确定，或者在沿将要用于第一与第二网络节点之间后续通信的路径在所述第一与第二网络节点之间初始通信期间确定。

11.一种网络节点，包括：

本地可用的稳定频率参考；以及

电路，所述电路适合取决于所述本地可用的稳定频率参考，将预定网络节点渡越时间L应用于在进入或离开网络节点的至少一个方向渡越所述网络节点的所有定时分组。

12.如权利要求11所述的网络节点，其中，所述电路还包括：

输入电路，其中包括与所述本地可用的稳定频率参考进行通信并且适合登记所接收定时分组的输入时间t1的至少一个本地定时器；

输出电路，其中包括与所述本地可用的稳定频率参考进行通信并且适合在时间t2向输出端口输出所述定时分组的至少一个本地定时器，所述时间t2通过将预定持续时间L应用于所登记的输入时间t1来确定。

13.如权利要求11或12所述的网络节点，还包括：

输入缓冲器；以及

其中，所述输出电路还包括输出队列；以及

其中，所述输入缓冲器和输出队列共同设置成将所述定时分组存储所述预定持续时间L。

14.如权利要求11至13中的任一项所述的网络节点，还包括：

数据分组大小检测电路，适合检测将要从所述输出端口传送出去的下一个数据分组的大小，以便确定所述下一个数据分组是否能够在所述预定时间段L已到期之前完全传送；以及

调度器单元，适合如果所述数据分组不能在所述预定时间段L已到期之前完全传送，则在传送所述定时分组之后调度所述数据分组的传送。

15.如权利要求14所述的网络节点，其中，所述数据分组大小检测电路还适合检测预备从所述输出端口传送的任何其它数据分组的大小，以便确定任何其它数据分组是否能够在所述预定时间段L已到期之前完全传送；以及

其中，所述调度器单元适合如果任何其它数据分组的所确定大小指示所述任何其它数据分组能够在所述预定时间段L已到期之前完全传送，则在传送所述定时分组之前调度所述任何其它数据分组的传送。

16.如权利要求11至15中的任一项所述的网络节点，还包括：

定时分组生成器，适合从所述本地可用的稳定频率参考来生成定时分组；以及

其中，所述网络节点包括主控时钟网络节点。

17.如权利要求11至16中的任一项所述的网络节点，其中，所述输出队列是最高优先级输出队列。

18.如权利要求11至17中的任一项所述的网络节点，其中，所述本地可用的稳定频率参考是：

稳定的本地振荡器。

19.如权利要求11至18中的任一项所述的网络节点，其中，所述电路还适合在进入和离开所述网络节点的两个方向应用预定网络节点渡越时间。