網絡設備、時間同步方法及其網絡系統與流程

本發明是指一種可提供高時間同步精確度的網絡設備、時間同步方法及其網絡系統。

背景技術：

隨著網絡技術的發展，已可實現各式各樣的網絡應用。就一些網絡應用而言(例如自動化控制、儀器量測、即時影像監控等)，其要求較高的時間同步精確度。然而，網絡中的各節點和終端的設備會受到所處環境的影響，導致其所產生的振蕩頻率產生不同程度的偏移，而造成各個網絡設備的系統時間的同步精確度降低。如何使網絡中各個設備達成精確的系統時間同步，為相關領域技術人士所致力的目標之一。

圖1是繪示主要時鐘110與從屬時鐘120在時間同步流程時所進行的信息傳遞的示意圖。主要時鐘對應主要時鐘設備，而從屬時鐘120對應連接至主要時鐘設備的網絡設備或終端設備。或者，主要時鐘對應網絡設備，而從屬時鐘對應連接至此網絡設備的下一級網絡設備或終端設備。主要時鐘110和從屬時鐘120是使用由IEEE所制定的精確時間協定(Precision Time Protocol；PTP)來進行彼此之間的信息傳遞。

如圖1所示，根據精確時間協定，首先主要時鐘110在時間T1時送出同步信息(synchronization message)M1至從屬時鐘120，且記錄送出同步信息M1的時間T1。在送出同步信息M1后，主要時鐘110產生包含時間T1的數據的補充信息(follow-up message)M2，接著送出補充信息M2至從屬時鐘120。從屬時鐘120收到同步信息M1后，記錄收到同步信息M1的時間T2。接著，從屬時鐘120收到補充信息M2，并取出在補充信息M2中的時間T1，從而計算出時間T1與T2之間的時間差(T21＝T2-T1)。此時間差T21即為從屬時鐘120相對于主要時鐘110的時間偏移(time offset)TO加上主要時鐘110送出信息至從屬時鐘120的傳遞延遲(propagation delay)TD1。

接著，從屬時鐘120在時間T3時送出請求延遲信息(delay request message)M3至主要時鐘110，且記錄送出延遲請求信息M3的時間T3。主要時鐘110收到請求延遲信息M3后，記錄收到延遲請求信息M3的時間T4，接著產生包含時間T4的數據的延遲應答信息(delay response message)M4，并送出延遲應答信息M4至從屬時鐘120。從屬時鐘120收到延遲應答信息M4后，取出在延遲應答信息M4中的時間T4，從而計算出時間T3與T4之間的時間差(T43＝T4-T3)。此時間差T43即為從屬時鐘120相對于主要時鐘110的時間偏移TO減去從屬時鐘120送出信息至主要時鐘110的傳遞延遲TD2。

通過進行上述時間同步流程，可得到時間差T21及T43，其分別為T21＝TO+TD1及T43＝TO-TD2。假設主要時鐘110送出信息至從屬時鐘120的傳遞延遲TD1與從屬時鐘120送出信息至主要時鐘110的傳遞延遲TD2相等，時間差T21及T43的平均值即為從屬時鐘120相對于主要時鐘110的時間偏移TO。將從屬時鐘120的系統時間減去時間偏移TO后，可同步從屬時鐘120的系統時間與主要時鐘110的系統時間。

然而，從屬時鐘120需花費一些時間來計算時間偏移TO。若是不減去在計算時間偏移TO時所消耗的時間，則從屬時鐘120的系統時間在時間同步流程后仍與主要時鐘110的系統時間具有相當誤差。

技術實現要素：

本發明提供一種網絡設備、時間同步方法及其網絡系統，其通過減去在計算與主要時鐘設備進行時間同步流程時所消耗的時間，可使更新后的系統時間更為精確。此外，依照本發明所產生的同步脈沖信號可傳輸至其他通訊設備，以對這些通訊設備進行系統時間的同步，使得這些通訊設備更新的系統時間更為精確。

本發明的一方面是在于提供一種網絡設備，此網絡設備包含通訊單元和處理單元。通訊單元用以與主要時鐘設備進行時間同步流程。處理單元耦接于通訊單元，其用以控制通訊單元進行時間同步流程，以得到網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移，且處理單元計算進行時間同步流程時所經過的處理時間，并通過計算網絡設備的系統時間、時間偏移以及處理時間來得到校正時間。

在一或多個實施例中，上述網絡設備還包含計數單元，耦接于處理單元， 此計數單元通過校正時間來設定網絡設備的同步脈沖信號的計數時間。

在一或多個實施例中，上述網絡設備還包含輸出端口，耦接于計數單元，此輸出端口用以將同步脈沖信號傳輸至通訊設備。

在一或多個實施例中，上述處理單元更通過將校正時間減去網絡設備的傳輸延遲時間來更新校正時間。

在一或多個實施例中，上述時間同步流程是精確時間協定(Precision Time Protocol；PTP)流程，且上述處理時間是經由處理單元將在計算出時間偏移時所對應的系統時間減去接收到補充信息(Follow-up message)時所對應的系統時間而得到。

本發明的另一方面是在于提供一種使用于網絡設備的時間同步方法。此時間同步方法包含下列步驟。首先，與主要時鐘設備進行精確時間協定流程，以得到網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移。接著，將在計算出時間偏移時所對應的網絡設備的系統時間減去網絡設備接收到補充信息時所對應的系統時間，以得到網絡設備計算進行精確時間協定流程時所經過的處理時間。接著，通過計算網絡設備的系統時間、時間偏移以及處理時間來得到校正時間。之后，通過校正時間來設定網絡設備的同步脈沖信號的計數時間。

在一或多個實施例中，上述時間同步方法還包含經由網絡設備的輸出端口將同步脈沖信號傳輸至通訊設備。

在一或多個實施例中，上述時間同步方法還包含通過校正時間減去網絡設備的傳輸延遲時間來更新校正時間。

本發明的又一方面是在于提供一種網絡系統，此網絡系統包含主要時鐘設備和網絡設備。網絡設備用以與主要時鐘設備通訊連接，且與主要時鐘設備進行時間同步流程，以得到網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移。網絡設備更計算進行時間同步流程時所經過的處理時間，并根據該時間偏移與處理時間來得到校正時間，以通過校正時間來設定網絡設備的同步脈沖信號的計數時間。

在一或多個實施例中，上述網絡設備是交換器。

本發明的優點在于，通過減去在計算與主要時鐘設備進行時間同步流程時所消耗的時間，可使更新后的系統時間更為精確。此外，依照本發明所產生的同步脈沖信號可傳輸至其他通訊設備，以對這些通訊設備進行系統時間的同 步，使得這些通訊設備更新的系統時間更為精確。

附圖說明

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附附圖所做的下列描述，其中：

圖1是繪示主要時鐘(master clock)與從屬時鐘(slave clock)在時間同步流程時所進行的信息傳遞的示意圖；

圖2是繪示依據本發明一些實施例的網絡系統的示意圖；

圖3是繪示依據本發明一些實施例的網絡設備的示意圖；以及

圖4是繪示依據本發明一些實施例的時間同步方法的流程圖。

具體實施方式

以下將以附圖及詳細敘述清楚說明本發明的精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本發明的較佳實施例后，當可由本發明所教示的技術，加以改變及修飾，其并不脫離本發明的精神與范圍。

關于本文中所使用的“耦接”一詞，可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而“耦接”還可指二或多個元件元件相互操作或動作。

圖2是繪示依據本發明一些實施例的網絡系統200的示意圖。網絡系統200包含主要時鐘設備110、網絡設備220(1)～220(N)以及網絡230。每一網絡設備220(1)～220(N)可以是例如交換器(switch)、路由器(router)等中間節點設備或是例如個人電腦、網絡攝影機、影像播放器等具有網絡連線功能的終端設備。網絡230可以是區域網絡(local area network；LAN)或廣域網絡(wide area network；WAN)，且主要時鐘設備210或網絡設備220(1)～220(N)可經由有線或無線連接技術透過網絡230彼此通訊連接。在一些實施例中，主要時鐘設備210包含最高級時鐘(grandmaster clock；GMC)，此最高級時鐘可以是提供高時間精度的原子鐘(atomic clock)，例如銫原子鐘(Cesium atomic clock)或銣原子鐘(Rubidium atomic clock)等，而網絡設備220(1)～220(N)為包含邊界時鐘(boundary clock)的中間節點設備或包含普通時鐘(ordinary clock)的終端設備。或者，在其他實施例中，主要時鐘設備210為包含邊界時鐘的中間 節點設備，而網絡設備220(1)～220(N)為包含邊界時鐘的中間節點設備或包含普通時鐘的終端設備。

圖3為繪示依據本發明一些實施例的網絡設備300的示意圖。網絡設備300可以是圖2中網絡設備220(1)～220(N)的其中一者。此外，網絡設備300可以是例如交換器(switch)、路由器(router)等中介節點設備或是終端設備。網絡設備300包含計數時間，且當計數時間符合一預定條件時，網絡設備300產生同步脈沖信號且將同步脈沖信號傳輸至一通訊設備，以同步網絡設備300和通訊設備的系統時間。

網絡設備300包含通訊單元310、處理單元320、計數單元330和輸出端口340。通訊單元310用以通訊連接至主要時鐘設備，且與主要時鐘設備進行時間同步流程。網絡設備300所進行的時間同步流程為如圖1所示的根據精確時間協定所進行的信息傳遞流程，且網絡設備300對應至圖1中的從屬設備120。

處理單元320耦接于通訊單元310，其用以控制通訊單元310進行時間同步流程，以得到網絡設備300相對于主要時鐘設備的時間偏移。時間偏移的計算已在先前的段落中說明，故在此不贅述。

此外，處理單元320更計算進行時間同步流程時所經過的處理時間。于本發明實施例中，處理單元320在計算校正時間前讀取網絡設備300的系統時間，且將此讀取的系統時間減去時間T2后即可得到處理時間。

在一些實施例中，處理單元320將網絡設備300的系統時間減去網絡設備300相對于主要時鐘設備的時間偏移且減去處理時間而計算出校正時間。或者，在一些實施例中，處理單元320先將網絡設備300的系統時間減去網絡設備300相對于主要時鐘設備的時間偏移而計算出校正時間，接著再以校正時間減去處理時間后的值來更新校正時間。

在一些實施例中，處理單元320更以校正時間減去處理時間和傳輸延遲時間后的值來更新校正時間。由于從處理單元320送出信號至計數單元330所經過的傳輸延遲時間大致為固定，故可再進一步減去傳輸延遲時間，以進一步增加時間校正的精確性。

計數單元330耦接于處理單元320，其通過校正時間來設定網絡設備300的同步脈沖信號的計數時間。計數單元330在計數時間符合一預定條件時產生 同步脈沖信號，且控制輸出端口340輸出同步脈沖信號。上述預定條件可以是計數時間達到一預設值，且當計數時間遞增至預設值時，計數單元330產生同步脈沖信號，且重設計數時間為0。或者，上述預定條件可以是計數時間達到0，且當計數時間遞減至0時，計數單元330產生同步脈沖信號，且重設計數時間為預設值。上述預設值可儲存至計數單元330的暫存器(圖未繪示)中。。舉例而言，校正時間和計數時間可以奈秒為單位，且計數單元330可以1秒(即109奈秒)減去校正時間來得到計數時間。當計數時間降為0時，計數單元330控制輸出端口340輸出同步脈沖信號。

依照上述實施例，網絡設備300可依據設定的計數時間，間隔性地產生或傳輸同步脈沖信號，以同步網絡設備300和通訊設備的系統時間。通訊設備可以是例如網絡攝影機、影像播放器等終端設備或是例如交換器、路由器等中間節點設備，但不限于此。圖3繪示的網絡設備300是以包含單個輸出端口340為例，而在其他實施例中，根據不同的應用需求，輸出端口340的個數可設計為多個，以實現同步多個通訊設備的系統時間。

請參照圖4，圖4為依據本發明一些實施例的時間同步方法400的流程圖。時間同步方法400適用于網絡設備，例如圖3的網絡設備300或是圖2的網絡系統200中的任一網絡設備220(1)～220(N)，且此網絡設備可以是中間節點設備或終端設備。

時間同步方法400包含下列步驟。首先，進行步驟410，與主要時鐘設備進行如圖1所示的精確時間協定流程，以得到網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移。

接著，進行步驟420，將在計算出時間偏移時所對應的網絡設備的系統時間減去網絡設備接收到補充信息時所對應的系統時間，以得到網絡設備計算進行精確時間協定流程時所經過的處理時間。

接著，進行步驟430，通過計算網絡設備的系統時間、時間偏移以及處理時間來得到校正時間。在一些實施例中，可將網絡設備的系統時間減去網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移且減去處理時間而計算出校正時間。或者，在一些實施例中，可先將網絡設備的系統時間減去網絡設備相對于主要時鐘設備的時間偏移而計算出校正時間得到處理時間后，接著再以校正時間減去處理時間后的值來更新校正時間。在一些實施例中，網絡設備更可通過校正時間減 去網絡設備的傳輸延遲時間來更新校正時間。

之后，進行步驟440，通過校正時間來設定網絡設備的同步脈沖信號的計數時間，此計數時間用以控制網絡設備在何時輸出同步脈沖信號。網絡設備可將同步脈沖信號傳輸至一通訊設備，以同步網絡設備和通訊設備的系統時間。通訊設備可以是例如網絡攝影機、影像播放器等終端設備或是例如交換器、路由器等中間節點設備，但不限于此。

本發明的優點在于，通過減去在計算與主要時鐘設備進行時間同步流程時所消耗的時間，可使更新后的系統時間更為精確。此外，依照本發明所產生的同步脈沖信號可傳輸至其他通訊設備，以對這些通訊設備進行系統時間的同步，使得這些通訊設備更新的系統時間更為精確。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。