电缆网络的定时同步

本公开要求享有2018年4月27日提交，名称为“SUPPORTING MOBILE SMALL CELLTIMING SYNCHRONIZATION OVER DOCSIS”的美国临时申请号62/663,742的优先权，该文献内容全文引入本文以供参考。

背景技术

一些网络运营商正在构建蜂窝网络，如小型蜂窝基站，以应对移动数据消费的增长。数据流量被发送到移动网络的核心的回程网络。回程网络可以有不同的选项，例如光纤和微波；然而，也可以使用混合光纤同轴(HFC)网络。

移动基站需要频率和相位同步，以保证用户终端设备的切换性能。例如，当移动设备从一个移动基站切换到另一个移动基站时，这些基站需要同步，以确保用户终端设备从移动基站到移动基站的正确切换。回程网络通常向移动基站提供频率和定时(例如，相位)同步。

移动网络可以使用诸如电气和电子工程师协会(IEEE)-1588的定时协议来在网络上提供同步。除了其他定时协议外，IEEE-1588假定上游和下游路径中的网络延迟是对称的。网络中的任何延迟不对称性将有效地导致不对称值0.5的相位误差。此外，定时同步对网络中的分组延迟变化(PDV)敏感。大的PDV将导致定时同步误差。

HFC网络可以使用协议，例如，电缆数据业务接口规范(DOCSIS)，以通过移动网络的回程网络传送分组。由于DOCSIS是一种基于分组的网络，因此在DOCSIS网络中可能会引入一些分组延迟变化中的网络不对称性。例如，DOCSIS带来了由于DOCSIS上游调度性质不对称引起的挑战、由于上游调度引起的抖动(PDV)、导致更大分组过渡时间的低带宽信道，以及电缆调制解调器终结系统(CMTS)、电缆调制解调器物理设备和HFC网络中不对称性的未知延迟。尝试在DOCSIS网络之上发送带有定时信息的分组并不会提供移动网络所需的定时和频率准确性。

DOCSIS可以使用同步网络的频率和时间的定时协议，例如DOCSIS定时协议(DTP)。通过将电缆调制解调器以太网定时耦合到DOCSIS下游波特时钟，解决频率问题。通过将电缆调制解调器时间戳消息耦合到DOCSIS扩展时间戳耦合来解决时间同步。通过测量信令和测距来解决不对称性中的时间偏移。为解决不对称性问题，DOCSIS系统需要在HFC网络内测量多个时间。这会导致进行大量测量。大量的测量则会让执行同步的计算复杂化。

附图说明

图1描绘了根据一些实施例的用于在网络中同步定时的简化系统。

图2描绘了根据一些实施例可以使用的定时和频率协议的示例。

图3描绘了根据一些实施例的用于在参考电缆调制解调器处计算时钟值差异的方法的简化流程图。

图4描绘了根据一些实施例的用于在电缆调制解调器终结系统(CMTS)处处理差异时间值的方法的简化流程图。

图5描绘了根据一些实施例的用于在电缆调制解调器处处理从CMTS接收的时间的方法的简化流程图。

图6描绘了根据一些实施例，接近CMTS放置参考电缆调制解调器的系统的示例。

图7示出了根据一个实施例的专用计算机系统的示例。

具体实施方式

本文描述了用于定时同步系统的技术。在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多示例和具体细节以便提供对一些实施例的透彻理解。由权利要求限定的一些实施例可以单独包括这些示例中的一些或全部特征或与下面描述的其它特征组合，并且还可以包括本文所述特征和概念的修改和等价物。

一些实施例不试图如背景技术中上文所述那样通过使用往返延迟并校准不对称性来测量从网络设备，诸如电缆调制解调器终结系统(CMTS)到下游客户端(例如，电缆调制解调器)的延迟。相反，参考电缆调制解调器可使用外部定时源来计算从CMTS到参考电缆调制解调器的延迟。参考电缆调制解调器不需要处理网络中的各种不对称性，例如网络路径中的延迟。这也消除了对上游路径的依赖，上游路径可能包含抖动和分组延迟变化，如背景技术中所述。

参考电缆调制解调器可以通过网络(例如DOCSIS网络)从CMTS接收CMTS时间。CMTS时间可以是CMTS向参考电缆调制解调器(CM)发送包括当前时间的时间戳的分组的时间。CMTS时间被锁定到外部参考时间，该外部参考时间与参考CM的外部定时源被追踪到相同的参考。参考电缆调制解调器也可以从外部定时源接收外部时间。外部时间可以是由外部定时源确定的当前时间。参考电缆调制解调器使用CMTS时间和来自定时源的外部时间来计算从CMTS到参考电缆调制解调器的差异时间值。此差异时间值可用于确定CMTS在分组中发送CMTS时间的时间与电缆调制解调器处理分组的时间之间的实际延迟。

参考电缆调制解调器可以将计算出的差异时间值发送回CMTS，然后CMTS可使用计算出的差异时间值向其他电缆调制解调器发送延迟。这些电缆调制解调器可以使用该延迟将CMTS时间与移动网络设备同步。

图1描绘了根据一些实施例的用于在网络中同步定时的简化系统。该系统包括定时源102-1、网络104、网络设备106、参考下游客户端108、其它下游客户端110-1至110-2和第二定时源102-2。

网络设备可以位于网络的头端，并且可以包括CMTS 106。CMTS106可以在头端中的网络设备中实施，并且可以向下游客户端提供频率和时间。尽管使用了CMTS 106，但可以认识到，其它网络设备可以向下游客户端，诸如远程物理设备(R-PHY)或远程媒体访问控制物理设备(R-MACPHY)，提供频率和时间同步信号。另外，网络设备106可以不位于头端处，而是可以如R-PHY配置中那样远离头端定位。术语CMTS将用于讨论目的，但可以认识到其它网络设备。

参考下游客户端108和下游客户端110-1至110-2可以是位于CMTS 106下游的订户设备。例如，下游客户端110-1至110-2可以是订户场所中的电缆调制解调器。参考客户端108可以连接到与下游客户端110-1至110-2相同的光纤节点。术语电缆调制解调器将用于讨论目的，但可以想到其它设备，例如网关或其它终端设备。

电缆调制解调器110-1至110-2可分别与移动网络设备(CELL)126-1和126-2通信。移动网络设备126可以是蜂窝基站，其可以分别将蜂窝信号130-1和130-2传送到移动终端设备(未示出)。在一些实施例中，移动网络设备126可以连接到电缆调制解调器110-1和110-2下游，例如连接到由电缆调制解调器提供的局域网(LAN)。电缆调制解调器110-1和110-2需要分别保持与移动网络设备126-1和126-2的频率同步和时间(例如，相位)同步。下面将描述如何与移动网络设备126保持定时同步。

定时源102-1和102-2可以提供用于时钟同步的主时间。定时源102-1可以生成用于网络的时钟同步的时间。例如，定时源102-1从全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位卫星(GPS)系统132-1接收时间信号。定时源102-1包括大主(GM)时钟114-1，其是网络中时钟同步的时间最终主设备。如下文将讨论的，定时源102-1可以使用协议IEEE-1588进行同步。定时源102-1包括将GM时钟定时信号提供到网络104的主(M)端口116。

网络104可以包括传输时间的多个网络设备(未示出)。在一些实施例中，网络104可以是使用协议(例如互联网协议或多协议标签交换(MPLS)协议)的基于分组的网络。网络104包括边界时钟(BC)118，其可以是域，例如CMTS 106上游的域(例如，精确时间协议(PTP)域)的最终时间源。边界时钟118可以终止来自大主时钟114-1的定时信号，然后通过定时接口120-1将其提供给CMTS 106。边界时钟118可以被视为大主时钟。

网络104还可以包括可用于提供频率同步的同步接口122-1。例如，可以使用同步以太网(syncE)，但也可以使用其他协议来保持频率同步。同步接口122-1可以与CMTS中的同步接口122-2通信以维持频率同步。

CMTS 106在从端口(S)124-1处接收定时信号。CMTS 106包括普通时钟128-3，其可以是保持在CMTS下游的域(例如CMTS下游的域)内使用的时间的时钟。普通时钟128-3可以具有两种状态，从定时接口120-1接收时间的从时钟。而且，普通时钟128-3为一个或多个从设备提供时间。在这种情况下，普通时钟128-3通过网络向参考电缆调制解调器108和下游客户端110-1到110-2提供时间。在一些实施例中，CMTS 106基于协议(例如DOCSIS)在分组中通过网络发送CMTS时间(例如时间戳)。此协议不同于网络104中CMTS 106上游使用的协议。这引起CMTS 106上游和CMTS 106下游的不同定时域。CMTS时间是使用来自定时源114-1的定时信号将分组从CMTS 106发送到参考电缆调制解调器108的时间。

参考电缆调制解调器108从CMTS 106接收分组中的CMTS时间。如上文所述，分组可能经历从CMTS 106发送到参考电缆调制解调器108的一些延迟。参考电缆调制解调器108然后需要计算CMTS时间和当前大主时钟时间的差值。

参考电缆调制解调器108使用外部定时源102-2来确定该差值(例如，Δ)。定时源102-2可以类似于定时源102-1，并且从GNSS 132-2接收定时信号，其可以类似于GNSS 132-1来导出时间。在其它实施例中，电缆模型108使用定时协议(例如PTP)经由LAN接口连接到定时源102-2。定时源102-2还包括可生成外部时间的大主时钟114-2。主端口121-1将外部时间发送到参考电缆调制解调器108处的从端口124-2。现在，参考电缆调制解调器108包括CMTS时间(例如，DOCSIS扩展时间)和来自定时源102-2的当前外部时间(例如，大主时间)。参考电缆调制解调器108接着可计算CMTS时间与外部时间之间的差值。这是将CMTS时间从CMTS 106发送到参考电缆调制解调器108所花费的延迟。

参考电缆调制解调器108将差值发送回CMTS 106。然后，CMTS 106可以向其他电缆调制解调器110-1和110-2公告CMTS时间和大主时间之间的延迟。

然后，电缆调制解调器110-1和110-2可使用延迟来同步其时钟。例如，电缆调制解调器110-1接收CMTS时间和延迟，并使用延迟来调整从CMTS 106接收的CMTS时间。调整后的时间然后可以通过主端口121-2发送到移动网络设备126-1的从端口124-3。类似地，电缆调制解调器110-2可以接收CMTS时间和延迟。在一些实施例中，取决于延迟的差值，电缆调制解调器110-2可接收不同的延迟，所述延迟可被计算以在电缆调制解调器110-1至110-2之间发送分组。下文将更详细地讨论这一点，因为不同的电缆调制解调器可能会经历不同的延迟。电缆调制解调器110-2使用主端口121-3将调整的时间传送到移动网络设备126-2的从端口124-4。

提供给移动网络设备126-1和126-2的CMTS时间现在在时域中被同步。另外，移动网络设备126-1包括可用于同步频率的同步接口122-4。类似地，移动网络设备126-2包括同步接口122-5，其可以同步移动网络设备的频率。在一些实施例中，可以使用syncE协议来执行频率同步。因此，移动网络设备126-1和移动网络设备126-2使用的时间和频率被同步，并且可能不会出现多个终端设备之间的切换问题。

使用外部定时源102-2的上述过程不需要参考电缆调制解调器108测量DOCSIS网络中CMTS 106和参考电缆调制解调器108之间的不对称延迟。参考电缆调制解调器108不需要向CMTS 106发送测距消息并计算测距消息的往返延迟。而且，网络设备不需要测量向上游和下游发送消息之间的不对称性。这简化了时钟计算和同步过程。例如，当使用外部定时源102-2时，需要执行更少的计算和测量。

该系统可以使用不同的协议来保持定时和频率同步。下面将讨论具体协议，但可以使用其他协议。图2描绘了根据一些实施例可以使用的定时和频率协议的示例。例如，时间可以使用IEEE-1588协议进行同步。在一些示例中，可使用国际电信联盟(ITU)-TG.8275.1和ITU-T G.8275.2配置文件。ITU-T G.8275.2将被用于讨论目的，但也可以使用ITU-T G.8275.1替代ITU-T G.8275.2或与其结合使用。另外，可以想到ITU-T G.8275.1和ITU-T G.8275.2的后续协议。尽管描述了这些协议，但可以使用其他协议。IEEE-1588协议和ITU-T配置文件不同于用于在CMTS 106和参考电缆调制解调器108之间传输时间的协议(例如，DOCSIS)，并且可以使用电缆调制解调器110。

频率同步可使用同步以太网(SyncE)。大主时钟114-1和定时源102-1可以从GNSS132-1接收定时信号。主端口116提供来自大主时钟114-1的时间T-GM。主端口116是提供大主时间的T-GM G.8275.2主端口。

边界时钟118接收时间，并且T-BC G.8275.2端口120-1可以使用协议IEEE-1588和ITU-T G.8275.2配置文件将时间提供到从端口124-1。EEC设备122-1使用协议SyncE将频率同步信息传送到CMTS 106中的EEC设备122-2。然后，CMTS 106可以经由DOCSIS网络将CMTS时间提供到参考电缆调制解调器108。参考电缆调制解调器108还从定时源102-2接收外部时间。例如，大主时钟114-2从GNSS 132-2接收外部时间。T-GM G.8275.2主端口121-2使用协议IEEE-1588和ITU-T G.8275.2配置文件向从端口124-2提供外部时间。参考电缆调制解调器108计算从CMTS 106接收的CMTS时间到从大主时钟114-2接收的外部时间之间的差值。如上文所论述，参考电缆调制解调器108向CMTS106提供差值。

除了延迟之外，CMTS 106还可以向电缆调制解调器110-1和110-2提供CMTS时间。电缆调制解调器110-1计算调整后的时间，并使用主端口121-2使用协议IEEE-1588和ITU-TG.8275.2配置文件将调整后的时间发送到从端口124-3。此外，电缆调制解调器110-2计算调整后的时间，并使用主端口121-3使用协议IEEE-1588和ITU-T G.8275.2配置文件将调整后的时间发送到从端口124-4。移动网络设备126-1和126-2处的时间现在使用协议ITU-TG.8275.2被同步。另外，可以在移动网络设备126-1中的EEC设备122-4和移动网络设备126-2中的EEC设备122-5处使用SyncE来同步频率。

图3描绘了根据一些实施例的用于在参考电缆调制解调器108处计算时钟值差值的方法的简化流程图300。在302，参考电缆调制解调器108从CMTS 106接收CMTS时间(T

在304处，参考电缆调制解调器108锁定到外部大主时钟114-2。这是可以在参考电缆调制解调器108下游的外部大主时钟。此大主时钟可能与大主时钟114-1不同，但两者提供相同的时间。在306处，参考电缆调制解调器108计算来自外部大主时钟114-2的外部时间T

在308处，参考电缆调制解调器108计算CMTS时间与外部时间之间的差异时间值。差异时间值(D

图4描绘了根据一些实施例的用于在CMTS 106处处理差异时间值的方法的简化流程图400。在402处，CMTS 106从参考电缆调制解调器108接收差异时间值D

在404处，CMTS 106通过应用参考电缆调制解调器108与相应电缆调制解调器110-1至110-2中的每一个之间的测距差值来计算延迟值。测距差值可以是将消息从参考电缆调制解调器108传送到CMTS 106并返回，与将消息从电缆调制解调器110-1传送到CMTS 106并返回，以及从电缆调制解调器110-2传送到CMTS 106并返回之间的差值。参考电缆调制解调器108和每个电缆调制解调器110之间的测距差值可以考虑在每个相应的电缆调制解调器110中从CMTS 106发送分组时的不同延迟。也就是说，与将分组从CMTS 106发送到电缆调制解调器110相比，将分组从CMTS 106发送到参考电缆调制解调器108可能需要不同的时间量。延迟为D

图5描绘了根据一些实施例的用于在电缆调制解调器110处处理从CMTS 106接收的时间的方法的简化流程图500。此过程可以在每个电缆调制解调器(例如电缆调制解调器110-1和110-2)处执行，但对于每个相应的电缆调制解调器具有不同的延迟。在其它实施例中，CMTS 106可以向每个电缆调制解调器发送相同的延迟，因为延迟的差异可能足够小以至于不存在同步误差。在502处，电缆调制解调器110从CMTS 106接收第一时间。时间T

在504处，电缆调制解调器110接收为电缆调制解调器计算的延迟值D

可能增强准确度的一个示例可以是将参考电缆调制解调器放置在靠近CMTS 106处而不是在网络上。例如，参考电缆调制解调器可以被放置成具有仅几纳秒(NS)的传播延迟以近似外部时间。图6描绘了根据一些实施例，接近CMTS 106放置参考电缆调制解调器的系统的示例。在602处，参考电缆调制解调器已被放置在具有CMTS 106的头端中。也就是说，参考电缆调制解调器602可以是与CMTS 106相同的网络设备。这减小了CMTS 106与参考电缆调制解调器602之间的延迟。

然后，每个电缆调制解调器110到CMTS 106之间的测距信息可用于计算参考电缆调制解调器602与电缆调制解调器110-1和110-2之间的延迟差值。参考CM路径是短且恒定的，并且不会像远程CM那样受到范围动态变化的影响。此外，如果参考CM接收到与CMTS相同的参考，则消除了两个不同GM之间的时间误差(减少约100ns)。

因此，当使用非DOCSIS协议通过可能具有不对称延迟的DOCSIS网络来通告定时同步时，参考电缆调制解调器108在网络中保持同步。网络通过使用外部定时源而避免了必须通过网络测量不对称延迟。这通过减少测量次数并且还简化延迟的计算而简化了同步过程。

图7示出了根据一个实施例的专用计算机系统700的示例。计算机系统700包括总线702、网络接口704、计算机处理器706、存储器708、存储装置710和显示器712。计算机系统700可以是所描述的不同实体，例如电缆调制解调器108和110或CMTS 106的示例。

总线702可以是用于传送信息的通信机构。计算机处理器706可以执行存储在存储器708或存储装置708中的计算机程序。可以使用任何合适的编程语言来实现一些实施例的例程，包括C、C++、Java、汇编语言等。可以采用不同的编程技术，例如过程化或面向对象的。例程可在单个计算机系统700或多个计算机系统700上执行。此外，可以使用多个计算机处理器706。

存储器708可以存储指令，例如，源代码或二进制代码，用于执行上文所述的技术。在将由处理器706执行的指令的执行期间，存储器708还可用于存储变量或其他中间信息。存储器708的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或两者。

存储装置710也可以存储指令，例如，源代码或二进制代码，用于执行上文所述的技术。存储装置710可以额外地存储由计算机处理器706使用和操控的数据。例如，存储装置710可以是由计算机系统700访问的数据库。存储装置710的其他示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、磁盘、光盘、CD-ROM、DVD、闪存存储器、USB存储卡或任何其他计算机能够读取的介质。

存储器708或存储装置710可以是供或结合计算机系统700使用的非暂态计算机可读存储介质的示例。非暂态计算机可读存储介质包含指令，用于控制计算机系统700被配置为执行一些实施例描述的功能。指令在由一个或多个计算机处理器706执行时，可以被配置成执行在一些实施例中描述的功能。

计算机系统700包括用于向计算机用户显示信息的显示器712。显示器712可以显示用户用于与计算机系统700交互的用户界面。

计算机系统700还包括网络接口704，以通过诸如局域网(LAN)或广域网(WAN)的网络提供数据通信连接。也可以使用无线网络。在任何此类实施方式中，网络接口704发送和接收承载表示各种类型信息的数字数据流的电、电磁或光信号。

计算机系统700可以通过网络接口704跨越网络714发送和接收信息，网络可以是内联网或因特网。计算机系统700可以通过网络714与其它计算机系统700交互。在一些示例中，通过网络714发生客户端-服务器通信。另外，一些实施例的实施方式可以通过网络714分布在计算机系统700上。

一些实施例可以实现于一种非暂态计算机可读存储介质中，供或结合指令执行系统、设备、系统或机器使用。计算机可读存储介质包含用于控制计算机系统以执行一些实施例描述的方法的指令。计算机系统包括一个或多个计算设备。指令在由一个或多个计算机处理器执行时，可以被配置成执行在一些实施例中描述的功能。

如本文中的说明书和随后的整个权利要求书中所使用的，除非上下文明确指出其它表述，否则“一(a，an)”和“该”包括复数引用。此外，如本文中的说明书和随后的整个权利要求书中所使用的，“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”，除非上下文明确指出其他表述。

以上描述说明了各种实施例以及可以如何实施一些实施例的各方面的示例。上述示例和实施例不应被视为唯一实施例，并且被呈现以说明如由所附权利要求书限定的一些实施例的灵活性和优点。基于上述公开内容和以下权利要求，在不脱离权利要求限定的本文中的范围的情况下，可以采用其它布置、实施例、实施方式和等同物。