专利名称：通过光纤进行的精密时间传递的制作方法
技术领域：
本发明的范例涉及通过数字通讯网路操作的时间与频率对准系统，更具体而言， 是关于通过光纤进行的精密时间传递的方法与设备。
背景技术：
目前已经了解到在光学通讯网路中同步化网络元件至高精密程度即可提供先进的服务。因此，时间与频率对准对于在常用光学网络中操作的某些种类的系统而言是必要的。例如，准确的时间对准对于以特定时间间隔收集数据的仪器系统，通过网络实时实行的服务，与使用封包式信号格式进行多任务处理、传输与切换的网络元件而言皆为必要。同样地，在划时多任务(Time-division multiplexing,TDM)与需要横跨多个客户端的固定式视讯或音讯取样速率的媒体串流系统中需要频率对准。本领域中已知有一种方法可同时提供时间与频率对准，其涉及基于来自主要基准频率的主控时序信号计算对准的时间信号，例如全球定位系统(Global positioning system,GPS)卫星时序信号，其与全球时钟基准保持精密对准。在每个网络元件处使用GPS 信号或其它主控时序信号来达到时间或频率对准通常过度昂贵，并需要每个网络元件能够自GPS卫星接收卫星时间信号。此外，有许多GPS卫星的能见度可能不良或阻断的状况。因此，一种较具成本效益的时间对准方法为，经由可在给定通讯网路中操作的协议来传送时序对准信息。在常用的TDM网络中，实体层方法经由该网络实作频率对准，其由指定的主控时钟系统开始。该指定的主控时钟系统经由关联于下游实体通讯链结的位元时序及/或符号时序信息来传递频率及/或时序信息。在正常作业下，耦合于该主控时钟系统的每个网络元件通过互连接相邻的网络元件的实体媒体以点对点的方式，重新产生并散布该主控时钟时序信息至邻接的下游网络元件。因此，在该TDM网络内的每个网络元件接收频率及/或时序信息，并将本机频率及/或时序对准于上游时钟基准，从而使得该TDM网络内每一网络元件可以达到频率对准。如果采取适当的注意来避免时序回圈，这种组态已经证明为稳定。 但是，于该TDM环境中的元件之间传递的时序基准主要是频率基准而非时间基准。封包式的方法，例如精密时间协议(Precision Time Protocol, PTP)与网络时间协议(Network Time Protocol,NTP)使用包含可辨识封包的出发/到达时间的时间标记的封包来传递时间与频率基准。PTP与NTP可用类似于TDM网络散布频率对准的方法(如上所述)，以点对点的方式在整个网络当中散布时序与频率对准。PTP与NTP亦可在一种模式中操作，该模式在网络元件中的“从属”时钟可以为了时序的目的而直接与“主控”时钟系统进行通讯。在任一例中，因介入的网络元件与光学链结所引入的封包延迟变化会对这种双向时间传递协议的准确性造成负面影响。PTP与NTP假设主控与从属时钟之间的传送延迟为对称，即由主控时钟到从属时钟的传递封包延迟等于由该从属时钟到该主控时钟的传递封包延迟。但是由于封包网络的基本统计行为，上述这些传送延迟并不固定，并可随着不同封包或是数据传输方向而改变，即主控到从属传输对(versus)从属到主控传输。具体而言，在从属与主控时钟之间时序封包的传送延迟之非对称性提供了时间传递准确性的统计限制。同时，像是PTP与NTP的封包式方法时常使用个别的纤维束及/或纤维波长来在每一方向上(即从属到主控与主控到从属)承载信号，且通讯网路的组装及部署方法时常包括为了安装方便而采用短长度的缆线，其对在网络元件之间的各路径长度造成未知数量的变化。由于路径长度的这种变化造成传送延迟的非对称性可达到数十纳秒或更高，而在光纤通讯网路中时间准确性与时间稳定性所需要的程度在于纳秒左右。因此，PTP及NTP可在光纤网络中的网络元件之间准确地传递时间的能力受到限制。
发明内容
本发明的范例提供用于同步化通过光纤链结连接至第二网络元件的第一网络元件处的时钟的方法。时序信息的脉冲于上述这两个网络元件之间被交换，且在该第一网络元件处的该时钟使用包含在上述这些脉冲中的时序信息来对准。在一范例中，由该第一网络元件到该第二网络元件的上述这些脉冲，及由该第二网络元件到该第一网络元件的上述这些脉冲通过该光纤链结的相同波长频道传送。在另一范例中，由该第一网络元件到该第二网络元件的上述这些脉冲，及由该第二网络元件到该第一网络元件的上述这些脉冲通过该光纤链结的不同波长频道传送。根据本发明的其它范例，经由连接客户端与服务器的光纤链结的传送延迟，是基于该客户端与该服务器之间传送的时序信息与通过该光纤链结的传输速率的非对称性而决定。在一范例中，该非对称性使用已经利用准确时序基准修正的该客户端与该服务器处的时钟来决定。在另一范例中，其中该时序信息由该服务器沿着第一波长频道传送到该客户端，及由该客户端沿着第二波长频道传送到该服务器，该非对称性基于上述这些第一与第二波长频道的传输速率的差异而决定。
所以，可以详细了解本发明上述特征的方式当中，本发明的更为特定的说明简述如上，其可通过参照到范例来进行，其中一些例示于附图中。但是应注意，上述这些附图仅例示本发明的典型范例，因此其并非要做为本发明的范围的限制，本发明可容许其它同等有效的范例。图1为构形成实作本发明一种或多种态样的网络元件的网络。图2为在网络中服务器与客户端之间实体层连接的示意图。图3为图2的服务器的主要元件与功能示意图。图4为图2的客户端的主要元件与功能示意图。图5为根据本发明的范例，以逐步方式概述使用对称性路径与单一光线波长而通过光纤的精密时间传递的方法的流程图。
图6为样本DTI时槽的组成。图7为根据本发明的范例，以逐步方式概述用于通过单一光纤精密地同步化客户端与服务器的方法的流程图。图8为根据本发明的范例，以逐步方式概述用于精密地同步化客户端与服务器， 并决定耦合该客户端与该服务器的光学链结的传送延迟非对称性方法流程图。为了清楚起见，可应用已使用的相同参考编号于指定不同图式之间共享的相同元件。可考虑将一个范例的特征加入在其它范例中，而并不另行列举。主要元件标记说明100 网络101-106 网络元件110主控时序来源120网络管理系统200实体层连接210服务器211电子至光学模块212光学至电子模块213分离器/组合器模块214时钟子系统215传送单元216接收单元217通讯与控制模块218排程器模块219管理功能模块230服务器至客户端信号240客户端至服务器信号250客户端251电子至光学模块252光学至电子模块253分离器/组合器模块254时钟子系统255传送单元256接收单元257通讯与控制模块258排程器模块259管理功能模块270时钟信号298时间/频率基准500 方法700 方法
800 方法L1-L17光学链结LNet网络管理链结
具体实施例方式图1所示为构形成实作本发明的一种或多种态样的网络元件101-106的网络100。 网络100为一种光学通讯网路，其包括网络元件101-106，主控时序来源110，及网络管理系统120。主控时序来源110为网络100的时间基准，例如耦合至全球定位系统(GPS)时间接收器或原子时钟的时序来源，并提供时间及/或频率基准给网络100。网络元件101-106可为网络100的节点，例如光学交换器或路由器，并链结成如光学链结L1-L17所示。网络管理系统120代表网络管理系统的功能，即中央位置，不论是实体性或逻辑性，其中收集、校对、 解析与解译该网络的区域的信息，且由其传递组态、供应、控制与类似信息至包含该区域的上述这些网络元件。网络管理系统120经由网络管理链结LNet耦合至主控时序来源110 与网络元件101-106。网络元件101-106的每一个包括由本发明的范例传递适当的时间及 /或频率基准至其中的时钟，其根据该相关的网络元件是否散布或接收时间及/或频率基准而可视为主控时钟及/或从属时钟。因此，根据本发明的范例，以相同的方式可传递适当的时间及/或频率基准至网络元件101-106的每一个，所以最终网络100的所有元件在具体指定的准确性之内(例如纳秒的等级内)被同步化至共享基准。传送延迟非对称性被定义为，于两个网络元件之间传送的信息的传送时间的方向相关的差异。换言之，传送延迟非对称性为由第一网络元件行进到第二网络元件的信息的传送时间与由该第二网络元件行进到该第一网络元件的信息的传送时间之间的差异。因为这种非对称性常见于光学网络，假设在网络元件之间不存在传送延迟非对称性的时间同步化标准，例如精密时间协议(PTP)与网络时间协议(NTP)，在光学网络中其准确性显著降低。英国贸工部(D印artment of Trade and Industry,DTI)为本技艺中所熟知的一种精密同步化标准，其使用一双向时间传递协议来通过第5类缆线，由上游时钟基准传递频率及/ 或时序信息至网络元件。网络元件之间的传送延迟在第5类为主的网络中由DTI排除，因为网络元件之间在每个方向上的通讯经由与“乒乓球式”(ping-pong)协议交替的相同路径传送。通过沿着对称路径传送这种通讯，包含在上述这些通讯网路元件中的上述这些时钟可被非常精密地同步化。但是，传统的DTI协议仅适用于在上述这些网络元件之间仅包含有相对较短的距离的通讯网路，例如200到300公尺，因此并未应用到网络元件之间距离超过10公里的光学网络。此处所述的本发明的范例能较佳地在光学网络应用中利用该DTI 信号结构与讯框格式的特征。根据本发明的范例，当网络100在操作时，两个网络元件之间光学链结的传送延迟非对称性可被决定来同步化嵌入在各网络元件中的时钟。然后上述这两个相同网络元件之间任何其它光学链结的传送延迟非对称性可使用上述这些同步化的时钟来量化。此程序对于上述这些其余的网络元件重复进行，所以对于在该网络中各光学链结而言，传送延迟非对称性为已知。因此，当网络元件之间的时间传递因此基于在该网络中各光学链结的已知的传送延迟非对称性而被修正，假设在网络元件之间不存在有传送延迟的时间同步化标准，例如PTP与NTP，可被使用。另外，根据一些范例，两个网络元件之间光学链结的传送延迟非对称性，可通过经由对称性路径在两个网络元件之间承载通讯来实质地消除。在这些范例中，PTP, NTP与类似的时间同步化标准可以有效地使用。图2为网络100中服务器(“主控”)与一客户端250( “从属”)之间的实体层连接200的示意图。如上所述，网络元件101-106的每一个包括时钟，其根据该相关的网络元件是否散布或接收时间及/或频率基准而可视为主控时钟或从属时钟。例如，当网络元件 101正在传递时序及/或频率基准信号至网络元件102时，网络元件102做为客户端250， 而网络元件101做为服务器210。实体层连接200包括光纤缆线，其中包括一条或多条光纤。电子至光学(Electrical-optical，E-0)模块211、251将信号由电子格式转换成光学格式。光学至电子(Optical-electrical，0-E)模块212、252将信号由光学格式转换成电子格式。分离器/组合器模块213、253在实体层连接200中耦合上述这些TX信号至纤维， 并在实体层连接200中自纤维撷取RX信号。在一范例中，服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240可通过关于传输延迟的不同路径来承载。例如，相同的光纤可同时用于服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号对0，但因为服务器至客户端信号230利用光线波长实作，而客户端至服务器信号240利用另一光线波长实作，因此其每个传播延迟，也因此每个路径，为非对称。此是因为光纤的折射系数，以及其传输速率以波长为函数而变化。另外，可使用个别光纤来承载服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号对0。在这种范例中，由这些不同路径所产生造成的传送延迟非对称性被校准与补偿，藉以能够在网络100中使用假设网络元件之间不存在传送延迟的时间同步化标准，例如PTP与NTP。当服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240通过不同路径承载时所产生的传送延迟非对称性的校准与补偿，在以下配合图7做说明。在另一范例中，服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240可经由关于传输延迟的基本上相同的路径来承载。例如，相同的光纤束与相同的光线波长可同时用于服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240来传递时间及/或频率基准。在这种范例中，使用“乒乓球式”协议，所以在任何时间仅有服务器至客户端信号230或客户端至服务器信号240经由该光纤承载。因此，服务器210与客户端250之间的通讯使用脉冲模式通讯来达到。具体而言，在给定时槽中，例如当使用DTI协议时的“DTI时槽”，服务器210 传送信息的脉冲，而客户端250以信息的脉冲响应。每个信息脉冲包括序文、该有效负载、 及循环冗余检查总和(Cyclicredundancy checksum，CRC)。其建造出预定的转向护卫时间， 所以在两个方向上的服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240的时间永远不会重迭，以允许服务器210与客户端250之间的通讯可用“乒乓球”方式通过单一缆线完成。 因此，服务器210与客户端250之间的通讯在两个方向上通过相同的媒体，因此基本上对于服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240的传输时间而言没有非对称性。这种利用服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240的对称路径的范例在以下配合图 5及6做更为详细的说明。图3为服务器210的主要元件与功能示意图。服务器210包括时钟子系统214、传送单元215、接收单元216、通讯与控制模块217、排程器模块218与管理功能模块219。时钟子系统214包括自外部基准接受时间/频率基准四8的功能，例如主控时序来源Iio或网络100中“上游”网络元件。该时间/频率基准决定了要由服务器210与其相对的客户端使用的时标。在图2所示的范例中，服务器210的唯一相对客户端为客户端 250，但是在其它范例中亦可存在其它客户端250。时钟子系统214建立该时标，并可具有额外的功能，例如继承转移(holdover)，以做为当该基准不见或无法使用时的时间区段。单一时钟子系统214可用于支持多个通讯端口，即多对的传送单元215与接收单元216，虽然为了清楚起见，在图3中仅示出一个这样的配对。时钟子系统214亦由传送单元215产生必要的时钟信号至时钟数据，决定收到的脉冲的到达时间，并提供该时序信息来排程传送脉冲， 以及该传送有效负载所需的时间标记。传送单元215产生包含该有效负载与序文的传送信号TX。传送单元215接受来自通讯与控制模块217的有效负载的内容，且该传送的脉冲的出发时间通过排程器模块218 来决定。接收单元216建立起自客户端250接收的该信号脉冲的到达时间。该有效负载信息被提供给通讯与控制模块217来进行解析以及后续的处理。通讯与控制模块217代表关于产生用于传输的有效负载信息以及处理被接收到的有效负载信息的功能。通讯与控制模块217亦决定来自传送单元215的信号脉冲的精密出发时间。排程器模块218通常以散布方式加入在其它方块当中，但因为其重要性而被独立地识别。根据本发明的范例，使用假设在网络元件之间不存在传送延迟的时间同步化标准， 例如PTP或NTP，其可有效地用于网络100中。此是因为排程器模块218控制该出发时间， 使得该嵌入的时间标记在该脉冲到达该客户端时为“准时”与准确。因此，通过通讯与控制模块217，包括在该有效负载中的时间标记超前于TX脉冲离开服务器210的实际时间，其中该时间标记的超前量是基于服务器210与客户端250之间所测量的传送延迟非对称性。管理功能模块219代表关联于电信设备的传统作业、维护、警报与供应 (Operations,maintenance,alarm,and provisioning,ΟΜΑΡ)功會邑。此夕卜，在 DTI 月艮务器中的管理功能可包括监测所有连接至服务器的上述这些客户端，并做为管道，用于将自客户端所发出的管理信息导引至高阶网络管理实体中，并且将来自高阶网络管理实体的管理信息导引至客户端。此通讯频道由在该脉冲通讯信号中的有效负载所提供。图4为客户端250的主要元件与功能示意图。客户端250包括时钟子系统254、传送单元255、接收单元256、通讯与控制模块257、排程器模块258与管理功能模块259。虽然客户端250的上述这些元件与功能类似于服务器210的元件与功能，重要的区别为客户端 250负责产生该网络元件做为电信网络装置的适当作业所需要的多种时钟信号。在图3与图4中所示的范例中，客户端250与服务器210的每一个是嵌入在个别的网络元件中。在一些范例中，客户端250与服务器210可以共享一些次元件。时钟子系统邪4包括接受来自服务器210的时间/频率基准的功能。接收单元256 可自该实体层信号(即服务器至客户端信号230)撷取时钟及/或频率基准。在使用DTI 协议的范例中，该脉冲模式通讯的线编码方式是基于Mahchester编码技术，其为提供在每位时间传送的等时性方案。Manchester编码提供大量的边缘，所以该恢复的时钟具有特别高的质量。在该脉冲中该事件位的到达时间提供时钟子系统2M设定其壁钟所需要的时间标志，即由时钟子系统2M所维持的时间值。该有效负载包含该特定的每日时间，即适用于此事件的该壁钟值。概言之，该时钟子系统将产生数个其它时钟信号270来在该网络元件内操作不同的子系统。
传送单元255产生包含该有效负载与序文的传送信号TX。传送单元255接受来自通讯与控制模块257的有效负载的内容，且该传送的脉冲的出发时间是由排程器模块258 所决定。在使用公知的DTI的范例中，该出发时间是由来自该接收单元处的该相关的脉冲的到达时间的延迟所具体指定。接收单元256恢复来自进入的Manchester编码信号的时钟基准及/或频率，并使用该事件标志的到达时间来设定时钟子系统254的壁钟。该有效负载信息亦提供给通讯与控制模块257用于解析与后续的处理。通讯与控制模块257代表关于产生用于传输的有效负载信息以及处理被接收到的有效负载信息的功能。排程器模块258通常以散布方式加入在其它方块当中，但因为其重要性而被独立地识别。在常用的DTI方法中，其被专门使用于使用第5类缆线及具有基本上无传送延迟非对称性的对称性路径的网络中，，该传输系基于在该接收单元中收到相对应脉冲之后的固定延迟。但是当根据本发明的范例，在光学网络中应用该DTI时，有可能通过适当地选择出发时间来补偿已知的传送延迟非对称性，以加强双向时间传递的作业。这种补偿可由排程器模块218执行，如前述通过修正该服务器输出信号，即服务器至客户端信号230。另外，对传送延迟非对称性的补偿可通过修正上述这些客户端输出信号(即客户端至服务器信号M0)来应付，且这种补偿可由排程器模块258执行。管理功能模块259包括关联于电信设备的传统OMAP功能。此概略为整个网络元件的一部份，但对于该时序客户端亦具有控制与监督责任。关于时序的特定度量可由该管理功能产生，并且被传递至服务器210做为在该有效负载中的讯息。本发明的范例十分适用于将由光纤连接的网络元件同步化至高准性及精密度。在一些范例中，对称性路径系针对做为服务器的网络元件与做为客户端的网络元件之间的 “上”(up)与“下”(down)通讯来建立。因此，该上通讯(即图2中的客户端至服务器信号 240)与该下通讯(即服务器至客户端信号230)之间并无延迟的非对称性。在一示例性范例中，上述这些对称性路径通过使用通过相同的实体层连接200的光纤所承载的单一光线频率，传送服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号M0，而于服务器210与客户端 250之间产生。在这种范例中，分离器/组合器模块213、253构形成提供分离器/组合器功能，所以服务器至客户端信号230于“下”通讯周期期间经由实体层连接200中光纤，由 E-O模块211导引到O-E模块252，而客户端至服务器信号240在“上”通讯周期期间经由相同的光纤，由E-O模块251导引到O-E模块212。因此，服务器210与客户端250之间的时间传递通讯的信号结构为一种乒乓球式协议，因为服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240无法同时被导引到适当的目的地。适当的双向时间传递协议包括PTP、NTP 与 DTI。本发明的范例考虑对于光学网络(例如网络100)中用于时间传递的DTI应用，其中对称性路径是针对服务器210与客户端250之间的时间传递通讯而建立。因为在服务器 210与客户端250之间的光学网络中的时间延迟可远大于传统的DTI应用，该应用中的缆线长度基本上少于300公尺，提供修正的DTI应用来避免关联于这么长的延迟时间的问题。图5为根据本发明的范例，以逐步方式概述使用对称性路径与单一光线波长而通过光纤的精密时间传递的方法500的流程图。通过例示，方法500以实质上类似于图1中网络100的组织与作业的光学网络来做说明。但是，其它光学网络亦可因为使用方法500而受惠。方法500较佳地是在网络100的启始时、于沿着一个或多个光学链结L1-L17的服务中断之后，或如果侦测到由于脉冲重迭而沿着一个或多个光学链结L1-L17有信号劣化时引用。在方法500中，网络元件101-106中各客户端250与服务器210分别具有分离器/ 组合器模块213、253，其构形成选择性地经由实体层连接200中的光纤，将服务器至客户端信号230自E-O模块211导引至O-E模块252，并经由相同的光纤，将客户端至服务器信号 240自E-O模块251导引至O-E模块212。方法500为一种已经修正过的DTI方法，并将在以下做讨论。该标准DTI实作的特点在美国专利编号7，535，931中说明，其在此处加入做为参照。在步骤501中，网络元件101的时钟子系统214自主控时序来源110接收时间/ 频率基准四8，并与其对准。在步骤502中，网络元件101经由光学链结L3对准网络元件 102的时钟子系统邪4与网络元件101的时钟子系统214。在此步骤中，该服务器与该客户端根据修正的DTI方法使用脉冲模式通讯来互相通讯，其将在以下做说明。因为服务器210 与客户端250之间的通讯是通过具有相同光线频率的相同媒体进行，在其之间的传输时间基本上没有非对称性，而网络元件102的时钟子系统2M能够使用标准时钟对准协议，例如 PTP或NTP，精密地对准于网络元件101的时钟子系统214。在步骤503中，对于网络100中每一个其余的网络元件重复步骤502。请注意步骤501与502并不需要对光学网络100的每一个光学链结来执行。当完成步骤503时，所有的网络元件101-106在时间及/或频率上被同步化。然后方法500定期地重复，藉以维持网络100的同步。在应用到图5的本发明的范例中，该服务器与该客户端之间的通讯使用DTI时槽来达成。图6为样本DTI时槽的组成。各DTI时槽包括服务器时槽与客户端时槽。DTI时槽的开始由该服务器控制。在该DTI时槽开始时，该服务器传送脉冲。各信息脉冲包括序文、该有效负载、及CRC。在响应上，该客户端以脉冲响应。该客户端在由该服务器传输结束之后的预定时间间隔之后，传送其脉冲。在一范例中，该客户端于收到事件标志之后已知的时间间隔之后开始传输，例如在该服务器脉冲中该序文之后的第一个位。在该客户端侧上提供一预定的转向护卫时间，所以在两个方向上信号的时间绝不会重迭。该DTI时槽的持续时间在图6中指示为256位，但此数目可被调整来符合服务器与客户端之间互连媒体之上的飞行时间。根据该DTI方法的第一种变化，该脉冲重复率被设定为低数值，例如100Hz，其中该DTI时槽宽度大约为10ms。利用这么宽的间隙，服务器至客户端信号230与客户端至服务器信号240在时间上发生信号重迭的机会很少。该脉冲重复率可随着该服务器与该客户端之间的距离增加而成比例性降低。根据该DTI方法的第二种变化，该脉冲重复率可以降低也可不降低来配合该服务器与该客户端之间增加的距离。在这种状况下，该客户端对于服务器脉冲的响应可能出现在目前DTI时槽(对于较低的脉冲重复率)或后续的DTI时槽上的服务器处。为了在该目前DTI时槽(对于较低的脉冲重复率)或上述这些后续DTI时槽的一者(对于较高的脉冲重复率)对准该客户端的响应于客户端时槽，R频率循环的人工延迟由该服务器传递到该客户端，且该客户端将此加入至该转向延迟时间。该服务器使用此R数值来计算该服务器与客户端之间的有效延迟。在该DTI方法的变化的一种实作中，该人工延迟R在的初始设定为0。然后该服务器递归地调整该R数值，并识别该适当数值，使得该客户端脉冲整个包含在该目前或后续DTI时槽的客户端时槽之内而到达该服务器处。本发明的范例亦十分适用于同步化由光纤连接的网络元件，其中显著的传送延迟非对称性存在于做为服务器的网络元件与做为客户端的网络元件之间的上通讯与下通讯中。由于这种非对称性，已经针对短距离、第5类为主的网络而开发并部署的时间对准协议基本上并不适用于光学网络。此是因为在光学网络中通讯的两个方向通过不同的纤维束及 /或不同的波长承载，因此具有固有的传送延迟非对称性，且这种非对称性大为降低这种时间传递协议的同步化准确性。本发明的一些范例考虑通过决定用于承载通过该纤维的上通讯与下通讯的两个光线的波长的光学路径的折射系数，计算客户端与服务器之间光学链结的传送延迟非对称性。然后该光学链结的已知传送延迟非对称性被补偿，所以该服务器与该客户端之间的时间传递可以准确地利用已知的时间传递协议来执行。图7为根据本发明的范例，以逐步方式概述用于通过单一光纤精密地同步化客户端与服务器的方法700的流程图。通过例示，方法700以实质上类似于图1的网络100的组织与作业的光学网络来做说明。但是，其它光学网络亦可经由使用方法700而受惠。在方法700中，在网络元件101-106的各客户端250与服务器210经由一个或多个光学链结耦合，如图1所示。各光学链结包括单一光纤、用于通过该光纤承载由服务器210到客户端 250的数据通讯的服务器波长，即服务器至客户端信号230、及用于通过该相同光纤承载由客户端250至服务器210的数据通讯的客户端波长。在步骤701中，网络元件101与网络元件102之间的光学链结L3的折射系数系针对该服务器波长与该客户端波长来决定。这些折射系数可基于由该光纤的制造商提供的信息来计算及/或使用本领域已知的方法直接测量。在步骤702中，计算出客户端250与服务器210之间该光学链结的传送延迟非对称性。这种计算很简单，因为在上述这些两个波长的上述这些延迟之间存在简单的关系通过不同波长之下相同的纤维束的传送延迟与上述这些两个波长之下该玻璃纤维之折射系数所取得的固定值成正比。在步骤703中，在步骤702中计算的该传送延迟非对称性由服务器210补偿，使得该服务器与该客户端之间的时间传递为准确。具体而言，服务器210的排程器模块218控制时间传递脉冲的出发时间，其可执行此功能。例如，排程器模块218可将该时间标记由TX 脉冲离开服务器210的实际时间提前，其中该时间标记的提前量是基于在服务器210与客户端250之间测量的传送延迟非对称性。如以上配合图4所述，对传送延迟非对称性的补偿可通过修正上述这些客户端输出信号(即客户端至服务器信号M0)来应付，且这种补偿可由排程器模块258执行。在步骤704中，服务器210的时钟子系统214与客户端250的时钟子系统2M使用双向时间传递协议，例如PTP、NTP或DTI，互相精密地对准。在一范例中，DTI做为用来对准时钟子系统214与时钟子系统254的同步化标准。因为该传送延迟非对称性如步骤703中所述地补偿，且因为DTI为一种非常精密的同步化标准，本发明者已展示频率子系统214与频率子系统254的对准的准确度为次纳秒的等级。在一些范例中，在步骤704之前，R个频率循环的人工延迟被加入至客户端转向延迟时间，以对准该客户端的响应于该目前DTI时槽(对于较低的脉冲重复率)或上述这些后续DTI时槽的一个(对于较高的脉冲重复率)处之客户端时槽，如前所述。因此，在步骤704与705期间较高速率的服务器210与客户端 250之间的时间传递可被建立。在步骤705中，网络元件101与102之间其它光学链结(例如光学链结L4)的传送延迟非对称性被测量。利用在步骤704中精密对准的频率子系统214与频率子系统254， 网络元件101与102之间其它光学链结的传送延迟非对称性可被直接测量。请注意所示仅有两个光学链结耦合网络元件101与102。实际上，两个以上的光学链结可耦合网络100的任何配对的网络元件。在步骤706中，网络元件101与102之间其它光学链结(例如光学链结L4)的传送延迟非对称性基于在步骤705中测量的该传送延迟非对称性来补偿。依此方式，网络元件101与102之间的上述这些光学链结被同步化。本发明的一些范例为计算客户端与服务器之间光学链结的传送延迟非对称性，耦合DTI时间来源至该客户端及耦合另一 DTI时间来源至该服务器。因为各DTI时间来源可被视为主控时序来源，一旦该客户端与服务器的时钟同时对准于与其耦合的上述这些DTI 时间来源，该客户端与该服务器可被视为互相精密地对准。图8为根据本发明之范例，以逐步方式概述用于精密地同步化客户端与服务器， 并决定耦合该客户端与该服务器的光学链结的传送延迟非对称性的方法800的流程图。通过例示，方法800利用实质上类似于图1的网络100的组织与作业的光学网络做说明。但是，其它光学网络亦可由使用方法800而受惠。在方法800中，网络元件101-106经由一个或多个光学链结耦合，如图1所示，并设置有实体连接或通讯端口，以允许耦合至DTI时间来源。在步骤801中，DTI时间来源耦合至网络元件101与网络元件102。在步骤802中，频率子系统214对准于耦合至网络元件101的DTI时间来源，且时钟子系统2M对准于耦合至网络元件102的DTI时间来源。在步骤803中，光学链结L3与L4的传送延迟非对称性被直接测量。因为网络元件101的时钟子系统214与网络元件102的时钟子系统254同时对准于DTI时间来源，网络元件101与102之间各光学链结的传送延迟非对称性可被直接测量。另外，在步骤803 中，单一光学链结(例如光学链结L3)之传送延迟非对称性被直接测量，且网络元件101与 102之间其它光学链结(例如光学链结L4)之间的传送延迟非对称性可被计算。在步骤804中，出发时间偏移量系针对网络元件101与102之间的各光学链结(即光学链结L3与L4)进行计算，其补偿在步骤803中对各链结所测量的传送延迟非对称性。 然后上述这些计算的偏移量被储存在网络元件101与102的服务器210可以存取的内存中。在步骤805中，双向时间传递协议被用于网络100的正常作业期间维持网络元件 101,102之间的时间及/或频率同步化。因为网络元件101、102之上述这些伺服器具有光学链结L3与L4可使用的出发时间偏移量，耦合于网络元件101、102之上述这些DTI时间来源可被移除，而不会影响其间经由光学链结L3或L4之时间传递的精密度。该双向时间传递协议可为时间传递协议，其假设对链结L3与L4而言没有传送延迟非对称性，因为这种非对称性通过在步骤804中计算的出发时间偏移量来补偿。—旦根据图7的方法决定该传送延迟非对称性(A)，基于以下的公式可测量在该客户端频率中的误差(error)、该实际的服务器至客户端传送延迟(krver-to-client transit delay, TSC)与该实际的客户端至服务器传送延迟(Client-to-server transit delay)t4 = t3+error+TCStl = t2+error-TSCA = (TSC-TCS) /2其中tl为该服务器传送时间标记，t2为该客户端接收时间标记，t3为该客户端传送时间标记，及t4为该服务器接收时间标记。一旦上述这些频率根据图7的方法做对准，基于以下的公式可测量上述这些其它光学链结的非对称性(A’ )t4 = t3+TCStl = t2-TSCA，= (TSC-TCS) /2其中tl为该服务器传送时间标记，t2为该客户端接收时间标记，t3为该客户端传送时间标记，及t4为该服务器接收时间标记。一旦上述这些频率根据图8的方法做对准，基于以下的公式可测量传送延迟TSC、 传送延迟TCS及非对称性A t4 = t3+TCStl = t2-TSCA = (TSC-TCS) /2其中tl为该服务器传送时间标记，t2为该客户端接收时间标记，t3为该客户端传送时间标记，及t4为该服务器接收时间标记。虽然发明本的范例是利用以太网络技术做说明，所述技术领域的技术人员将可了解，本发明可使用任何技术上可行的实体链结层技术来实作而不背离本发明的范围。在先前的说明中，许多特定细节即被提出，以提供对本发明有更彻底的了解。但是本技艺专业人士将可了解到本发明可不利用这些特定细节的一项或多项来实施。在其它实例中，并未说明熟知的特征，以避免混淆本发明。虽然前述是关于本发明的范例，本发明的其它及进一步的范例皆可被设计出来， 而皆不背离其基本范围。例如，本发明的态样可实作于硬件或软件，或是硬件及软件的组合当中。本发明的一范例可以实作成用于计算机系统的程序产品。该程序产品的程序定义上述这些范例的功能(包括此处所述的上述这些方法)，并可包含在多种计算机可读取储存媒体上。例示性的计算机可读取储存媒体包括，但不限于(i)可永久储存信息于其上的不可写入储存媒体(例如在一计算机内的只读存储器装置，例如可由光驱(Compact disc read-only memory，CD-ROM)读取的光盘片、闪存、只读存储器(Read-only memory,ROM)芯片，或任何其它种类的固态非挥发性半导体内存)；及(ii)可储存可修改信息于其上的可写入储存媒体(例如在一磁盘驱动器内的软盘片、或硬盘机、或任何种类的固态随机存取半导体内存)。当承载关于本发明的上述这些功能的计算机可读取指令时，这些计算机可读取储存媒体为本发明的范例。
权利要求
1.一种通过光纤链结同步化连接至服务器的客户端处的时钟的方法，该方法包括以下步骤由该服务器传送时序信息的脉冲至该客户端；及于该客户端处，在接收来自该服务器的每个脉冲时，于自从收到该服务器脉冲已经经过预定时间量之后传送脉冲响应；及基于包含在上述这些服务器脉冲及上述这些脉冲响应中的时序信息对准该时钟，其中来自该服务器到该客户端的上述这些脉冲与来自该客户端到该服务器的上述这些脉冲响应，是通过该光纤链结的相同波长频道进行传送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤基于该服务器与该客户端之间的距离决定由该服务器传送上述这些时序信息的脉冲到该客户端的速率，其中上述这些时序信息的脉冲以该决定的速率由该服务器传送至该客户端。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该对准步骤包括频率对准。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该对准步骤包括频率对准与时间对准。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该客户端与该服务器通过一个或多个额外的链结而连接，而通过上述这些额外链结于该客户端与该服务器之间的传送延迟使用该对准的时钟在两个方向上被决定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅在由该客户端响应于由该服务器传送到该客户端的先前脉冲而传送的响应脉冲已经于该服务器上接收后，一脉冲由该服务器传送至该客户端。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在由该客户端响应于由该服务器传送到该客户端的先前脉冲而传送的响应脉冲已经于该服务器上接收前，脉冲由该服务器传送至该客户端。
8.—种通过光纤链结同步化连接至服务器的客户端处的时钟的方法，该方法包括以下步骤由该服务器传送时序信息的脉冲至该客户端，其中由该服务器到该客户端的上述这些脉冲通过该光纤链结的第一波长频道进行传送；及在该客户端处，在接收来自该服务器的每个脉冲时，在自从收到该服务器脉冲已经经过预定时间量之后传送脉冲响应，其中由该客户端到该服务器的上述这些脉冲响应通过不同于该光纤链结的该第一波长频道的第二波长频道传送；及基于包含在上述这些服务器脉冲与上述这些脉冲响应中的时序信息以及上述这些第一与第二波长频道的传输速率的差异来对准该时钟。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤基于该服务器与该客户端之间的距离决定由该服务器传送上述这些时序信息的脉冲到该客户端的速率，其中上述这些时序信息的脉冲以该决定的速率由该服务器传送至该客户端。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该对准步骤包括频率对准。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该对准步骤包括频率对准与时间对准。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该客户端与该服务器通过一个或多个额外的链结而连接，而通过上述这些额外链结在该客户端与该服务器之间的传送延迟使用该对准的时钟在两个方向上被决定。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，仅在由该客户端响应于由该服务器传送到该客户端的先前脉冲而传送的响应脉冲已经于该服务器上接收后，一脉冲由该服务器传送至该客户端。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在由该客户端响应于由该服务器传送到该客户端的先前脉冲而传送的响应脉冲已经于该服务器上接收前，一脉冲由该服务器传送至该客户端。
15.一种决定经由连接客户端与服务器的光纤链结的传送延迟的方法，该方法包括以下步骤使用DTI同步化方法决定经由该光纤链结的上述这些传输速率中的非对称性；于该服务器与该客户端之间传送时序信息；及基于该传送的时序信息与该决定的非对称性，决定该服务器与该客户端之间的传送延迟。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，决定该非对称性的该步骤包括利用准确时序基准修正客户端时钟，并利用准确时序基准修正服务器时钟的上述这些步骤，其中该非对称性使用上述这些修正的时钟决定。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该时序信息由该服务器沿着第一波长频道传送到该客户端，且由该客户端沿着第二波长频道传送到该服务器，其中该非对称性基于上述这些第一与第二波长频道的传输速率的差异而决定。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，决定了由该服务器至该客户端的该传送延迟。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，决定了由该客户端至该服务器的该传送延迟。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该传送的时序信息包括服务器传送时间标记、客户端接收时间标记、客户端传送时间标记、与服务器接收时间标记。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该非对称性针对连接该服务器与该客户端的单一路径决定并储存，且客户端时钟使用该储存的非对称性以根据在该单一路径上运作的标准非对称性修正时间传递协议来精密地对准于服务器时钟。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，更包含使用该对准的客户端时钟，并通过在上述这些其它路径上运作标准非对称性修正时间传递协议，测量在该服务器与该客户端之间其它路径上的非对称性的该步骤。
全文摘要
处于第一网络元件的时钟使用交换于该第一网络元件与第二网络元件之间的时序信息的脉冲来对准，上述这两个网络元件通过光纤链结。根据一种方法，由该第一网络元件至该第二网络元件的上述这些脉冲与由该第二网络元件至该第一网络元件的上述这些脉冲通过该光纤链结的相同波长频道进行传送，其中于该对准程序期间可假设在上述这些传送延迟中没有非对称性。根据另一种方法，由该第一网络元件至该第二网络元件的上述这些脉冲与由该第二网络元件至该第一网络元件的上述这些脉冲，是通过该光纤链结的不同波长频道进行传送，其中在上述这些传送延迟中的该非对称性可被量化并应用于该对准程序期间。
文档编号H04B10/12GK102271019SQ20101028258
公开日2011年12月7日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年6月2日
发明者乔治·P·扎木帕蒂, 山杰·曼尼 申请人:迅腾有限公司