前傳網絡的精準同步技術專利分析

徐　丹　中國信息通信研究院知識產權中心高級咨詢師李文宇　中國信息通信研究院知識產權中心主任沈　瀅　中國信息通信研究院知識產權中心高級咨詢師

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前傳網絡的精準同步技術專利分析

徐丹中國信息通信研究院知識產權中心高級咨詢師
李文宇中國信息通信研究院知識產權中心主任
沈瀅中國信息通信研究院知識產權中心高級咨詢師

摘要：隨著傳統蜂窩結構的無線接入網面臨越來越多的挑戰，同步以太網成為主要發展方向，相關專利布局早已展開。本報告對前傳網絡精準同步技術的專利申請進行了針對性的檢索，并從核心技術、主要申請人等各個角度進行了全方位的深入分析，也展示了部分重點專利，可供國內相關企業的技術研發和市場布局借鑒。

關鍵詞：同步以太網；IEEE 1588；專利；分析

1　引言

在電信服務提供商網絡向下一代網絡的演進中，以太網以其優越的性價比、廣泛的應用和產品支持，成為IP承載網的主要發展方向，將逐步取代準同步數字體系（PlesiochronousDigitalHierarchy，PDH）以及同步光網絡（SynchronousOpticalNetwork，SONET）/同步數字系列（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）傳輸網。因此，在一些要求嚴格同步的應用，如包括無線基站以及時分復用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）電路仿真服務（CircuitEmulationServices，CES）的設備中，電信服務提供商將面臨如何通過以太網傳輸高品質時鐘同步的挑戰。國際電信聯盟電信標準部（International TelecommunicationUnionTelecommunication，ITUT）的標準解決辦法是同步以太網（SyncE）。

在同步以太網（SyncE）中，以太網采用與SONET/ SDH相同的方式，通過高品質、可跟蹤一級基準時鐘信號同步其位時鐘。2006年，國際電信聯盟在其G.8261中描述了SyncE概念。2007年，在G.8262中對SyncE性能要求進行了標準化，規定了同步以太網網絡設備中使用的時鐘的最低性能要求。IEEE在2002年發布了IEEE1588標準，該標準定義了一種精確時間同步協議（PTP），2005年又制定了新版本的IEEE 1588，即IEEE1588v2。IEEE1588通過硬件和軟件配合獲得更精確的定時同步；在傳輸時間時鐘信號時無需額外的時鐘線，仍然使用原來以太網的數據線傳送時鐘信號，既簡化了組網連接，又降低了成本。同步以太網只支持頻率同步，即時鐘同步，不支持時間同步，即相位同步。在以太網中同步時間主要通過IEEE1588PTP協議實現。將應用了精確時間協議（Precision Time Protocol，PTP）的網絡稱為PTP域。PTP域內有且只有一個同步時鐘，域內的所有設備都與該時鐘保持同步。

為了獲得前傳網絡的精準同步技術演進趨勢、洞察技術前沿發展動態、分析技術競爭格局，本文以廣泛、詳實的專利文獻信息為突破口，對近5年國內外專利數據進行檢索和分析，獲取該領域的技術發展前沿動態和主流方向。

2　近5年全球和在華專利申請態勢分析

2.1前傳網絡的精準同步技術國內外專利申請總體態勢

前傳網絡的精準同步技術專利申請處于起步階段。圖1所示是同步領域近5年公開的專利申請趨勢，國內/國際都是從2007年左右開始進入專利申請的上升期，到2011年左右到達頂峰。國內起步時間較晚，國際專利數量明顯較大，是國內的7倍多。國內是從2008年開始出現專利申請的，采取申請后立即公開的策略，國際專利從2001年開始在美國和歐洲陸續出現了專利申請，直到2010年后才給予公開。如圖2所示，美國是第一大專利申請受理國，反映出在該領域研究中，美國仍然是技術優勢明顯的地區，其次是歐洲。

2.2前傳網絡的精準同步技術重點申請企業分析

圖1　國內、國際專利年度申請態勢

圖2　國際專利地域分布

全球各大設備廠商均有專利部署，各設備廠商參與度高。在美國、韓國和日本，行業內各企業申請者接近20余家，阿爾卡特朗訊、美國博通、愛立信、通用電子、高通等公司都在其中。我國企業中興、華為在海外進行大量專利部署，排名靠前。

我國企業是國內專利申請的主力，中興通訊在1588v2頻率同步、同步以太網（SyncE）在家庭基站中的優化、1588v2在無線接入網絡中應用方面有一定的技術積累；盛科網絡和神州數碼在ns級精度提升技術上有多件專利申請；烽火通信有涉及ns級精度提升及1588v2頻率同步的專利申請。

國外企業已經有一部分專利進入我國，以色列康寧移動接入有限公司使用了一種采用攜帶以太網信號電纜的通信系統來實現SyncE技術在接入網的優化；阿爾卡特朗訊在2009年就出現了1588v2頻率同步專利申請；美國博通公司有專利可以實現1588v2在無線接入網絡中的應用。

3　專利申請熱點、主流趨勢分析與典型案例解析

3.1前傳網絡的精準同步技術專利申請熱點舉例

通過對重點專利的解讀與分析，能夠聚焦到該項技術的專利申請熱點，其中解決融合問題就屬于業內較為關注的熱點問題。

同步以太網（SyncE）技術是通過提取物理鏈路層的物理時鐘信號來恢復上游時鐘頻率的一種技術，其優點是不受網絡延遲影響，時鐘恢復性能穩定，可靠性高；缺點是無法測量時延，必須逐跳恢復，并且要有物理硬件支持。精確時間同步協議（PTP）技術是一種包恢復時鐘方法，其優點是可以同時測量時延和頻率偏移量，可以透傳中間設備，可同時支持時鐘頻率與相位恢復；缺點是恢復的性能容易受中間網絡影響，穩定性相對較差。

在專利申請CN201110415169.X（一種時鐘頻率同步方法及裝置）中，提出一種解決方案：建立精確時間同步協議（PTP）報文與同步以太網（SyncE）協議時鐘等級QL之間的映射，對PTP包恢復時鐘進行SyncE模式互相映射，采用SyncE的系統時鐘選擇方法統一管理拓撲結構，完成時鐘拓撲建立。有效地達到了兩種技術的混合應用，實現了同步以太網（SyncE）與精確時間同步協議（PTP）兩種時間技術的對接。

另外，在PTP同步技術和同步以太網（SyncE）技術同時使用時，一般使用SyncE同步時鐘、PTP同步時間，如要實現同步以太網（SyncE）的時間同步，存在著配合問題，占用網絡資源和CPU資源多，組網配置過程復雜。專利申請CN201310204015.5（一種同步時間的方法和設備）就通過同步以太網中網絡設備與上游設備進行通信，獲得本設備相對于上游設備的時鐘偏差，調整本地時間等一系列的技術手段，實現了既簡化同步以太網的組網配置，又能保證時間同步精度的技術效果。

3.2前傳網絡的精準同步技術技術研發主流趨勢分析

從專利數據中獲取的信息可看出，當前業內主流廠商都在提升時間同步精度上有所研發投入，研發主流傾向包括：從上層協議層面，全面解決數據包傳輸流程中產生的同步精度下降問題。其中，數據包傳輸流程涵蓋了時間源頭、傳輸過程和處理機制多個方面：在時鐘源頭，解決了檢測時鐘源的精度問題，專利申請CN200910243677.7在TD-SCDMA基站組網中，引入一種時鐘檢測方法獲知相位差確定異常，解決由于恒溫晶體振蕩器OCXO時鐘同步模塊性能引起的基站同步精度下降問題；在傳輸過程中，解決了以太網包傳輸過程中產生時延對精度影響、以太網與E1轉換引起的時延的問題，專利申請CN201110112517.6產生了1588協議對于計算傳輸鏈路不對稱時延的成熟解決方案，精度可以達到ns級別，專利申請CN201210352371.7將PTP數據包鏈路時延抖動由傳統E1轉換器上的幾十μs壓縮到ns級；在處理機制上，解決了針對同步信息終結處理機制的優化問題，專利申請CN201410794956.3達到PTP系統中上游設備與下游設備間的表征時間同步。

另外，從芯片層面上，在保證精度的同時，軟硬件結合處理優化精度提升算法，降低資源消耗，簡化芯片設計工藝也是當前技術研發的主流趨勢之一：專利申請CN201110112517.6采用軟硬件結合的處理方法提高時間同步精度，在PHY芯片中識別記錄時間戳，在物理層采用SyncE實現頻率同步；專利申請CN201110351801.9、CN201310593640.3針 對 多 個MAC獨自實現時間戳芯片資源消耗大的問題，出現了不同時間戳格式包封裝方法，以及在多個MAC中實現精準時間戳的技術方案，達到ns級精度；專利申請CN201510003305.2改進了集中PTP引擎廣播時間戳給MAC的方式，減少了廣播時間戳信息在芯片內的走線。

4　結束語

總體而言，前傳網絡的精準同步技術專利申請處于起步階段，國內起步時間較晚，美國具有明顯的技術優勢。國內普遍采取申請后立即公開的策略，國際專利從2001年開始在美國和歐洲陸續出現專利申請，部分直到2010年后才給予公開；全球各大設備廠商參與度高，我國企業是專利申請的主力，國外企業也有一部分專利進入我國。

通過對重點專利進行解讀與分析，發現解決同步以太網（SyncE）技術與精確時間同步協議（PTP）技術的融合問題是業內較為關注的熱點問題，IEEE1588v2同步機制在無線接入網中的應用和時間同步精度提升方面專利數量最多，存在基礎性專利，圍繞著同步精度提升、芯片資源消耗等核心問題，從軟硬件的角度都已經出現了較為成熟的解決方案，可以借鑒相關成果做出進一步的改進和創新，或考慮與主要的廠商進行合作研發，對于國外公司進入我國的重要專利，需要注意防范侵權風險進行規避設計，避免落入其保護范圍。

參考文獻

［1］吳敏涼，石旭剛，張勝，等.基于IEEE1588的同步以太網實現方式［J］.單片機與嵌入式系統應用，2010，01：38-40.

［2］吳先濤，吳承治.同步以太網及其時鐘［J］.現代傳輸，2007，06：70-74.

收稿日期：（2016-04-25）

The analysis of precision synchronization technology patent neural network

XU Dan，LI Wenyu，SHEN Ying

Abstract：The traditional cellular structure of the radio access network which is facing more and more challenges，synchronous ethernet is becoming the hot field of research and development，relevant patent layout of synchronous ethernet has already been developed.Based on the targeted patent search in the field of synchronous ethernet，the quantity of patent applications is analyzed and studied，including technical composition，the main applicants and so on.It is hoped to be helpful for the technical development and market distribution of related domestic enterprises.

Key words：synchronous ethernet；IEEE 1588；patent；analysis