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一种PTP网络时间在线监测模块

阅读：53发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种PTP网络时间在线监测模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种PTP网络时间在线监测模块。它由数字信号处理部分、以太网接口芯片、电源芯片组成、晶体振荡器组成，内置嵌入式操作系统与嵌入式软件。本专利可接收北斗卫星系统定时信号，同步设备内部时钟，通过嵌入式操作系统与嵌入式软件实现PTP时间同步协议，以实现网内PTP主时钟在线监测。，下面是一种PTP网络时间在线监测模块专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种PTP网络时间在线监测模块，其特征在于，包括以太网接口(1)、以太网物理层芯片(2)、MAC核(3)、TCP/IP协议栈(4)、PTP协议栈(5)、监测任务控制模块(6)和时钟控制模块(7)；
监测任务控制模块(6)用于控制时钟控制模块(7)选择外部参考时间输入源，控制PTP协议栈(5)添加主时钟IP地址信息；还用于将PTP协议栈(5)上报的主时钟的对时报文信息进行时戳比对运算，计算出主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，并进行存储；
时钟控制模块(7)用于通过接收外部输入ToD信息，并比对内部1PPS 信号与外部输入
1PPS信号间的时差信息，驯服内置晶体振荡器，建立设备内部时间，并将设备内部时间发送至MAC核(3)；
PTP协议栈(5)用于根据监测任务控制模块(6)配置的一个或多个主时钟IP地址信息，建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表，轮询生成PTP网络对时协议报文，发送至TCP/IP协议栈(4)；还用于接收TCP/IP协议栈(4)发送的解析后的主时钟PTP报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块(6)；
TCP/IP协议栈(4)用于根据PTP协议栈(5)发送的PTP网络对时协议报文中的报文封装形式配置项，对PTP三层封装增加UDP封装和以太网封装，对二层封装增加以太网封装，将封装后的报文发送至MAC核(3)；还用于接收MAC核(3)发送的标注时间戳后的主时钟PTP报文信息，并进行报文解析，将解析后的主时钟PTP报文信息发送至PTP协议栈(5)；
MAC核(3)用于根据时钟控制模块(7)发送的时间生成时间戳信息，并接收到TCP/IP协议栈(4)发送的封装后的报文后，判别报文类型，对事件报文增加时间戳信息后发送至以太网物理层芯片(2)，对通用报文直接发送至以太网物理层芯片(2)；还用于接收以太网物理层芯片(2)发送的主时钟PTP报文信息，采用时钟控制模块(7)提供的时间信息，标注主时钟报文时间戳信息，并将标注时间戳后的主时钟PTP报文信息发送至TCP/IP协议栈(4)；
以太网物理层芯片(2)用于将MAC核(3)发送的报文信息进行电平转换后，通过以太网接口(1)发送至通信网络内被测主时钟；还用于通过以太网接口(1)接收通信网络发送的主时钟PTP报文信息，进行电平和协议转换后发送至MAC核(3)。
2.根据权利要求1所述的PTP网络时间在线监测模块，其特征在于，监测任务控制模块(6)包括接口处理模块(601)、数据处理模块(602)、监测管理模块(603)、参考源控制模块(604)和数据存储模块(605)；
数据处理模块(602)用于通过接口处理模块(601)接收PTP协议栈(5)上报的报文信息，并进行数据处理获取主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，依据主时钟ID号存储入数据存储模块(605)供监测管理模块(603)查询；
监测管理模块(603)用于主时钟列表维护及监测数据上报，并通过接口处理模块(601)控制PTP协议栈(5)添加主时钟IP地址信息；
参考源控制模块(604)用于通过接口处理模块(601)控制时钟控制模块(7)选择外部参考时间输入源。
3.根据权利要求1所述的PTP网络时间在线监测模块，其特征在于，PTP协议栈(5)包括事件报文封装模块(501)、事件报文解析模块(502)、通用报文处理模块(503)和协议栈控制模块(504)；
协议栈控制模块(504)用于根据监测任务控制模块(6)下发的主时钟IP地址信息建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表生成通用报文，并进行协议协商，依据协商结果周期性生成事件报文，将事件报文发送至事件报文封装模块(501)，将通用报文发送至通用报文处理模块(503)；还用于接收事件报文解析模块(502)发送的主时钟PTP事件报文信息和通用报文处理模块(503)发送的主时钟PTP通用报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块(6)；
事件报文封装模块(501)用于对事件报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈(4)；
事件报文解析模块(502)用于接收TCP/IP协议栈(4)发送的主时钟PTP事件报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块(504)；
通用报文处理模块(503)用于将通用报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈(4)；还用于接收TCP/IP协议栈(4)发送的主时钟PTP通用报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块(504)。

说明书全文

一种PTP网络时间在线监测模块

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域中的一种PTP网络时间在线监测模块，特别适用于网络时间监测设备集成，网络监测管理提供PTP网络时间监测数据。

背景技术

[0002] 目前，PTP网络时间监测采用1对1时间解调的方式，采用PTP从时钟跟踪网内PTP主时钟，并输出1PPS+ToD信息，通过比对1PPS+ToD信息，评估网络PTP主时钟对时精度。由于从时钟只可跟踪1台目标主时钟，且从时钟跟踪过程中，通过数据处理会丢失主时钟短暂失锁、相应不连续、时间突跳等情况，具有监测精度低、信息完整性低、设备复杂性高等缺点，不利于网络质量监控与设备集成化设计。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种一对多的高精度、全信息PTP网络时间在线监测模块。

[0004] 本发明采用的技术方案为：

[0005] 本发明PTP网络时间在线监测模块可接收北斗接收机输出的1PPS+ToD信息，并同时针对多个主时钟进行实时在线监测，并将监测数据进行存储供网络管理人员查询、分析。

[0006] 一种PTP网络时间在线监测模块，包括以太网接口1、以太网物理层芯片2、MAC核3、TCP/IP协议栈4、PTP协议栈5、监测任务控制模块6和时钟控制模块7；

[0007] 监测任务控制模块6用于控制时钟控制模块7选择外部参考时间输入源，控制PTP协议栈5添加主时钟IP地址信息；还用于将PTP协议栈5上报的主时钟的对时报文信息进行时戳比对运算，计算出主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，并进行存储；

[0008] 时钟控制模块7用于通过接收外部输入ToD信息，并比对内部1PPS 信号与外部输入1PPS信号间的时差信息，驯服内置晶体振荡器，建立设备内部时间，并将设备内部时间发送至MAC核3；

[0009] PTP协议栈5用于根据监测任务控制模块6配置的一个或多个主时钟IP地址信息，建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表，轮询生成PTP网络对时协议报文，发送至TCP/IP协议栈4；还用于接收TCP/IP协议栈4发送的解析后的主时钟PTP报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块6；

[0010] TCP/IP协议栈4用于根据PTP协议栈5发送的PTP网络对时协议报文中的报文封装形式配置项，对PTP三层封装增加UDP封装和以太网封装，对二层封装增加以太网封装，将封装后的报文发送至MAC核3；还用于接收MAC核3发送的标注时间戳后的主时钟PTP报文信息，并进行报文解析，将解析后的主时钟PTP报文信息发送至PTP协议栈5；

[0011] MAC核3用于根据时钟控制模块7发送的时间生成时间戳信息，并接收到TCP/IP协议栈4发送的封装后的报文后，判别报文类型，对事件报文增加时间戳信息后发送至以太网物理层芯片2，对通用报文直接发送至以太网物理层芯片2；还用于接收以太网物理层芯片2发送的主时钟PTP报文信息，采用时钟控制模块7提供的时间信息，标注主时钟报文时间戳信息，并将标注时间戳后的主时钟PTP报文信息发送至TCP/IP协议栈4；

[0012] 以太网物理层芯片2用于将MAC核3发送的报文信息进行电平转换后，通过以太网接口1发送至通信网络内被测主时钟；还用于通过以太网接口1接收通信网络发送的主时钟PTP报文信息，进行电平和协议转换后发送至MAC核3。

[0013] 其中，监测任务控制模块6包括接口处理模块601、数据处理模块602、监测管理模块603、参考源控制模块604和数据存储模块605；

[0014] 数据处理模块602用于通过接口处理模块601接收PTP协议栈5上报的报文信息，并进行数据处理获取主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，依据主时钟ID号存储入数据存储模块605供监测管理模块603查询；

[0015] 监测管理模块603用于主时钟列表维护及监测数据上报，并通过接口处理模块601控制PTP协议栈5添加主时钟IP地址信息；

[0016] 参考源控制模块604用于通过接口处理模块601控制时钟控制模块7选择外部参考时间输入源。

[0017] 其中，PTP协议栈5包括事件报文封装模块501、事件报文解析模块502、通用报文处理模块503和协议栈控制模块504；

[0018] 协议栈控制模块504用于根据监测任务控制模块6下发的主时钟IP地址信息建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表生成通用报文，并进行协议协商，依据协商结果周期性生成事件报文，将事件报文发送至事件报文封装模块501，将通用报文发送至通用报文处理模块503；还用于接收事件报文解析模块502发送的主时钟PTP事件报文信息和通用报文处理模块503发送的主时钟PTP通用报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块6；

[0019] 事件报文封装模块501用于对事件报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈4；

[0020] 事件报文解析模块502用于接收TCP/IP协议栈4发送的主时钟PTP事件报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块504；

[0021] 通用报文处理模块503用于将通用报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈4；还用于接收TCP/IP协议栈4发送的主时钟PTP通用报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块504。

[0022] 本发明相比背景技术具有如下优点：

[0023] 1.本发明可实现多PTP主时钟同时在线监测，

[0024] 2.本发明可针对PTP主时钟突跳、路径延迟变化、主时钟响应率进行性监测评估。

[0025] 3.本发明采用内部集成双ARM核的xilinx公司ZYNQ系列FPGA芯片，使电路结构简单，功耗降低。附图说明

[0026] 图1是本发明的原理方框图。

[0027] 图2是本发明PTP网络时间在线监测模块的电原理图。

[0028] 图3是本发明PTP网络时间在线监测模块的工作原理图。

[0029] 图4是本发明监测任务控制模块6的电原理图。

[0030] 图5是本发明PTP协议栈5的电原理图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步解释说明。

[0032] 如图1所示，本发明一种PTP网络时间在线监测模块，包括以太网接口1、以太网物理层芯片2、MAC核3、TCP/IP协议栈4、PTP协议栈5、监测任务控制模块6、时钟控制模块7和电源模块8；

[0033] 监测任务控制模块6用于控制时钟控制模块7选择外部参考时间输入源，控制PTP协议栈5添加主时钟IP地址信息；还用于将PTP协议栈5上报的主时钟的对时报文信息进行时戳比对运算，计算出主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，并进行存储；

[0034] 时钟控制模块7用于通过接收外部输入ToD信息，并比对内部1PPS信号与外部输入1PPS信号间的时差信息，驯服内置晶体振荡器，建立设备内部时间，并将设备内部时间发送至MAC核3；

[0035] PTP协议栈5用于根据监测任务控制模块6配置的一个或多个主时钟IP地址信息，建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表，轮询生成PTP网络对时协议报文，发送至TCP/IP协议栈4；还用于接收TCP/IP协议栈4发送的解析后的主时钟PTP报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块6；

[0036] TCP/IP协议栈4用于根据PTP协议栈5发送的PTP网络对时协议报文中的报文封装形式配置项，对PTP三层封装增加UDP封装和以太网封装，对二层封装增加以太网封装，将封装后的报文发送至MAC核3；还用于接收MAC核3发送的标注时间戳后的主时钟PTP报文信息，并进行报文解析，将解析后的主时钟PTP报文信息发送至PTP协议栈5；

[0037] MAC核3用于根据时钟控制模块7发送的时间生成时间戳信息，并接收到TCP/IP协议栈4发送的封装后的报文后，判别报文类型，对事件报文增加时间戳信息后发送至以太网物理层芯片2，对通用报文直接发送至以太网物理层芯片2；还用于接收以太网物理层芯片2发送的主时钟PTP报文信息，采用时钟控制模块7提供的时间信息，标注主时钟报文时间戳信息，并将标注时间戳后的主时钟PTP报文信息发送至TCP/IP协议栈4；

[0038] 以太网物理层芯片2用于将MAC核3发送的报文信息进行电平转换后，通过以太网接口1发送至通信网络内被测主时钟；还用于通过以太网接口1接收通信网络发送的主时钟PTP报文信息，进行电平和协议转换后发送至MAC核3。

[0039] 具体硬件实施方式如下：

[0040] 如图2所示，新型PTP网络时间在线监测模块的以太网接口包括1000BASE-X光接口101，1000BASE-T电接口102两种，其中光接口采用SFP模块实现千兆光通信，1000BASE-T电接口采用RJ45网络连接器，具备1000M/100M/10M自适应能力。以太网物理层芯片2采用MARVELL公司的88E1512-NNP2芯片，该芯片完成网络线上信号到GMII信号的接口转换。MAC核3、时钟控制模块7、ARM核9均集成在FPGA芯片内部，TCP/IP协议栈4、PTP协议栈5和监测任务控制模块6运行在ARM核9；FPGA芯片采用xilinx公司的ZYNQ系列XC7Z020芯片。时钟控制模块7包括时钟模块701、晶体振荡器702和DA转换器703；晶体振荡器702采用中电五十四所远东时频公司生产的OC5SC20WS02恒温晶振。DA转换器703采用AD公司的AD9777芯片。外围的接口芯片10采用MAXIM公司的MAX232EWE芯片。外围的RAM芯片12采用ISSI公司的IS43TR15256A芯片。

[0041] 本发明电源模块8提供整个通信模块的直流工作电压，实施例采用美国TI公司TPS系列芯片制作，其输出+V1电压为+1.2V、供电电流为1.5A，其输出+V2电压为+1.8V、供电电压0.5A。

[0042] PTP网络时间监测模块监测工作原理如图3所示：

[0043] 本发明PTP网络时间监测模块，可同时在线监测多台PTP主时钟，采用轮询的方式，依照用户设置的频度同时与PTP网络主时钟1～N进行PTP报文交互。并记录主时钟钟差、路径延迟、报文内容、相应率等监测信息。其监测流程图如图3所示。

[0044] 如图4所示，监测任务控制模块6包括接口处理模块601、数据处理模块602、监测管理模块603、参考源控制模块604和数据存储模块605；

[0045] 数据处理模块602用于通过接口处理模块601接收PTP协议栈5上报的报文信息，并进行数据处理获取主时钟状态信息、路径延迟时间及钟差信息，依据主时钟ID号存储入数据存储模块605供监测管理模块603查询；

[0046] 监测管理模块603用于主时钟列表维护及监测数据上报，并通过接口处理模块601控制PTP协议栈5添加主时钟IP地址信息；

[0047] 参考源控制模块604用于通过接口处理模块601控制时钟控制模块7选择外部参考时间输入源。

[0048] 如图5所示，PTP协议栈5包括事件报文封装模块501、事件报文解析模块502、通用报文处理模块503和协议栈控制模块504；

[0049] 协议栈控制模块504用于根据监测任务控制模块6下发的主时钟IP地址信息建立主时钟IP地址表，并依据主时钟IP地址表生成通用报文，并进行协议协商，依据协商结果周期性生成事件报文，将事件报文发送至事件报文封装模块501，将通用报文发送至通用报文处理模块503；还用于接收事件报文解析模块502发送的主时钟PTP事件报文信息和通用报文处理模块503发送的主时钟PTP通用报文信息，并比对协议栈内部主时钟IP地址表，匹配相应主时钟的对时报文信息，上报至监测任务控制模块6；

[0050] 事件报文封装模块501用于对事件报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈4；

[0051] 事件报文解析模块502用于接收TCP/IP协议栈4发送的主时钟PTP事件报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块504；

[0052] 通用报文处理模块503用于将通用报文进行封装后发送至TCP/IP协议栈4；还用于接收TCP/IP协议栈4发送的主时钟PTP通用报文信息，进行解析后发送至协议栈控制模块504。

[0053] 本发明安装结构如下：

[0054] 本发明安装结构如下：把附图中所有电路器件安装在1块尺寸大小长×宽为70×40mm的印制板上，组装成本发明。

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