[發明專利]一種網口PTP授時功能擴展裝置及擴展方法

在審

• 申請號: 202210246890.9
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114629586A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 許晨;劉敏;吳宏碩;宋宇航;林杰;劉源浩;冉真舉;王嶺
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種以太網口PTP授時功能擴展裝置，其特征在于：包括UTC時鐘模塊、轉發控制模塊、PTP報文識別模塊、接收-發送緩存、發送-接收緩存和PTP硬件引擎，所述UTC時鐘模塊接收外部頻率源、衛導時間源，輸出本地頻率源和本地時間，UTC時鐘模塊分別連接轉發控制模塊、PTP報文識別模塊、接收-發送緩存和發送-接收緩存；轉發控制模塊、PTP報文識別模塊、接收-發送緩存和發送-接收緩存分別連接硬件引擎；轉發控制模塊連接PTP報文識別模塊；PTP報文識別模塊連接接收-發送緩存；接收-發送緩存和發送-接收緩存雙向連接；

PTP硬件引擎將待擴展網口配置為PTP主端或PTP從端并完成初始化，由PTP硬件引擎主控，擴展后網口獲得PTP主端或從端功能，并持續對外輸出引擎狀態及參數配置情況，PTP硬件引擎控制UTC時鐘模塊及轉發控制模塊，生成具有硬件時間戳標記的PTP事件報文，同時按預設調整策略對PTP主端或PTP從端UTC時鐘模塊進行校準；

擴展后主端引擎控制UTC時鐘模塊跟蹤外部衛星導航信息時間源，校準本地UTC時鐘基準，將UTC時間轉換為IEEE1588v2協議規定時間戳格式；擴展后從端引擎則根據PTP對時結果，按策略校準本地UTC時鐘模塊，UTC時鐘模塊連續對外提供時間、頻率信息；

PTP報文識別模塊被PTP主端和PTP從端用于識別擴展網口報文內容，通過轉發控制模塊將PTP報文轉發至PTP硬件引擎，完成原網口業務報文與PTP報文協調調度。

2.根據權利要求1所述的一種以太網口PTP授時功能擴展裝置，其特征在于：所述PTP硬件引擎包括PTP主端和PTP從端報文處理邏輯及初始參數，按使用情況將待擴展網口定義為PTP主端或從端，同時結合PTP報文識別模塊、轉發控制模塊及UTC時鐘模塊，實現PTP事件報文硬件時間戳標記及完整的PTP授時功能；配置為PTP主端后，根據外部秒脈沖信號馴服本地頻率源，保證時間戳標記精度；配置為PTP從端后，按直接調節、差量調節、固定速率調節、臨時速率調節四種PTP對時調節策略校正從端UTC時鐘模塊，保證亞微秒級授時精度，主從端配合完成PTP授時。

3.根據權利要求1所述的一種以太網口PTP授時功能擴展裝置，其特征在于：所述UTC時鐘模塊應用于PTP主端時，將本地時鐘同步至外部衛星導航UTC時間源，將TOD信號轉換為IEEE1588v2協議規定的時間格式，用于PTP主端時間戳標記；UTC時鐘模塊應用于PTP從端時，將校準后的從端PTP時間戳信息轉換為秒脈沖及TOD信號對外輸出。

4.根據權利要求1所述的一種以太網口PTP授時功能擴展裝置，其特征在于：所述轉發控制模塊將PTP事件報文、PTP通用報文及其它網口業務報文分時按固定優先級發送。

5.根據權利要求4所述的一種以太網口PTP授時功能擴展裝置，其特征在于：所述固定策略具體為：PTP主端轉發控制模塊對外發送三類報文：

1)原網口對外報文；

2)PTP硬件引擎生成的PTP同步報文、PTP聲明報文、PTP管理報文；

3)PTP主端引擎接收到延時請求報文Delay_Req后生成的延時請求響應報文Delay_Resp，

轉發控制模塊將三類報文存入發送緩存，按不同優先級對外發送，將PTP事件響應報文以最高優先級對外發送并完成時間戳標記、將PTP事件報文以高優先級對外發送并完成時間戳標記、將PTP聲明報文、管理報文及原網口對外報文以低優先級對外發送；

PTP從端轉發控制模塊對外發送兩類報文：

1)原網口對外報文；

2)PTP硬件引擎生成的PTP延時請求報文、PTP信號報文、PTP通用報文，

轉發控制模塊將兩類報文存入發送緩存，按不同優先級對外發送，將生成的PTP事件報文以高優先級對外發送并完成時間戳標記、將PTP通用報文及原網口報文以低優先級對外發送。

6.一種如權利要求1至5任一項所述的網口PTP授時功能擴展裝置的擴展方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、根據待擴展網口需求，通過判斷輸入電平，將工作模式設定為PTP主端或PTP從端，主端需要輸入UTC時間信息作為全網時間參考，同時主端和從端均對外輸出本地時鐘信息；

步驟2、工作模式確定后，主端通過外部輸入時間信息維護本地時鐘；從端通過PTP對時結果維護本地時鐘，若主端輸入時間信息無效或從端PTP對時狀態異常，則本地時鐘以守時結果對外輸出時間信息并報告時間源無效提示；

步驟3、主端輸入時間源確認有效后，開啟PTP服務器功能，通過緩存控制報文優先級邏輯，在原網口報文中插入具有硬件時間戳的PTP授時業務報文并響應PTP從端延時請求報文，提供PTP授時服務，并且報文識別、封裝、硬件時間戳標記及發送過程由轉發控制模塊依據報文優先級完成調度；

步驟4、將工作模式設定為PTP從端后，通過緩存控制報文優先級邏輯，在從端原網口報文中插入具有本地時鐘硬件時間戳的PTP延時請求報文，從端PTP硬件引擎通過報文交互完成PTP對時并獲得精確主從鐘差并以此校準本地時鐘，報文識別、封裝、硬件時間戳標記及發送過程同樣由轉發控制模塊依據報文優先級完成調度；

步驟5、主端和從端完成功能擴展且輸出時間信息均有效后，以太網口PTP授時功能典型應用實現，PTP對時業務建立，將實時根據網口報文流量調整PTP對時周期，維護入網設備處于高精度時間同步狀態。