一种基于5G网络的高精度时钟系统的制作方法

一种基于5g网络的高精度时钟系统
技术领域
1.本发明涉及时钟系统技术领域，尤其涉及一种基于5g网络的高精度时钟系统。


背景技术：

2.时钟系统在运行过程中，主要是在发送端，根据发送端时钟，产生携带发送端时钟信息的数据包。数据包产生后，由发送端传到包交换网络，并最终到达接收端。在接收端，根据接收到的包含时钟信息的数据包，恢复出相应的时钟，使接收端的时钟同步到发送端的时钟。
3.而上述数据包的发送与接收，都需要依靠网络的传送能力，既要具有强大的传送速度，又要具备数据传送所需要的体量，而现有的网络在传送时都有时延变化，这种时延主要取决于当前的网络状况。如过网络的负载比较大，那么这种时延变化是很明显的；相反，如果网络的负载比较小，那么这种时延变化就比较平稳。
4.上述所叙述的也就是说网络对于时钟系统的运行具有不可或缺的重要组成部分，而现在为解决数据包传送过程中的时延问题，大多数都是采用时延恢复机制，以此来保证时钟系统的正常运行，但单独依靠时延恢复机制，也很难保证时钟系统的正常运行，尤其当数据包在网络传送过程中的丢失或同步及时，都会直接影响整个的时钟系统。


技术实现要素：

5.基于现有的时钟系统数据包发送和接收时所需要的网络容易造成丢失或传送速度慢的技术问题，本发明提出了一种基于5g网络的高精度时钟系统。
6.本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统，包括5g网络模型以及用于计算加速数据包计算访问的神经网络加速器。
7.所述5g网络模型包括承载所述数据包的容量立方模块、用于传输数据包的基站云以及用于实现数据包内数据及时同步的数据同步模块。
8.所述神经网络加速器包括加速器体系结构，以此实现数据包内数据的执行高度准确的神经网络时的低功耗硬件加速。
9.优选地，所述容量立方模块由带宽、网络密度以及频谱效率构成整体的系统容量。
10.通过上述技术方案，随着分裂技术的发展，低功率传输节点被灵活、稀疏地部署在时钟系统的覆盖区域之内，形成了由母钟和子钟组成的多层异构网络。多层异构网络不仅可以在保证覆盖的同时提高时钟系统分裂的灵活性及系统容量，以此来从系统容量上增加数据包传输时网络所需要的体量。
11.优选地，所述5g网络模型还包括超密集网络，以此拉近了低功率传输节点与终端的距离，进而使得数据包在传送时上、下行链路的差别也因此越来越小。
12.通过上述技术方案，在超密集网络中，低功率传输节点的密度将进一步提高，低功率传输节点的覆盖范围进一步缩小，每个低功率传输节点可能同时只服务一个或很少的时钟，造成一部分网络资源的浪费。而设置超密集部署，不仅拉近了低功率传输节点与终端的
距离，使得它们的发射功率大大降低，且变得非常接近。
13.优选地，所述5g网络模型还包括更高数据速率、更低时延以及更大容量的lte网络系统。
14.通过上述技术方案，lte网络系统采用了更加向平化的设计理念，取消无线网络控制器，将无线网络控制器的一部分控制功能下放到5g通信基站塔，另一部分功能上提到核心网内。
15.优选地，所述lte网络系统内设置了用于解决控制信道干扰问题的基于载波聚合干扰控制模型，所述干扰控制模型控制信道在主载波上发送，利用跨载波调度机制实现对辅载波数据信道的调度和资源分配后避免母钟和子钟控制信道之间的干扰。
16.优选地，所述lte网络系统内还设置用于解决异构网中干扰问题的协作多点传输和接收模型；
17.所述协作多点传输和接收模型对若干传输节点实现宏基站和/或低功率传输节点可以在相同时频资源上联合发送或联合接收信号，或者动态地选择某个传输节点为终端提供服务，又或者在多个传输节点间进行协作调度或协作波束成形。
18.通过上述技术方案，为了达到好的协作效果，lte r11的协作多点技术通常对网络有较高的要求。比如，宏基站和低功率传输节点需来自同一个设备厂商，通过理想回传链路连接在一起，且要达到较好的同步状态。
19.优选地，所述5g网络模型还包括用于处理时钟系统中母钟与子钟之间网络密集化程度不断提高的虚拟化架构，所述基站云为所述虚拟化架构实现数据包计算所需要的基站。
20.通过上述技术方案，时钟系统以及接收终端的虚拟化赋予了层间协作更大的自由度，从而为层间通信带来更高的效率、灵活性、可靠性和顽健性。通过增加层内的通信量，紧密的层内协作换来了更高效的层间通信:在虚拟小区和虚拟终端间，通信链路可以被灵活选择或者联合处理以提高接入链路的效率。
21.优选地，所述数据同步模块包括内容同步、pdcp层同步、rlc层同步以及mac层同步，以此用以解决干扰问题时，虚拟时钟系统内传输节点间的联合信号处理时需要实现mac pdu级别的数据同步。
22.通过上述技术方案，数据同步是时钟系统终端虚拟化重要的组成部分：虚拟小区内各个传输节点在用户面协议栈某一层或某几层的数据封装方式、配置参数等方面达成一致，以便在传输节点之间实现灵活转换或联合信号处理。
23.优选地，所述数据同步模块中同步的节点越多，深度越深时，需要控制数据同步传输节点的数量、同步的深度、同步方式及同步时机。
24.通过上述技术方案，时钟模块的虚拟时钟由4个传输节点组成，tp0为mtp,tp1/2/3为stp。tp2与tpo都可以获取核心网的数据，通过信令方式实现mac层数据同步，支持联合信号处理技术及tp2/tp0之间的动态传输节点选择。tp1不能直接获得核心网数据，与tpo通过分组转发实现pdcp层数据同步，支持服务tp的快速转换。tp3加入虚拟小区内，但未与tpo数据同步。tp3可以获得ue1的调度信息，当其同时属于另个小区时，可以利用cs/cb技术，避免对ue1的干扰。
25.优选地，所述加速器体系结构由输入向量、权重和激活的内存，以及执行神经元计
算的多个数据通路通道组成。
26.通过上述技术方案，使用神经网络来对数据包内的数据进行计算时，则不仅会大大提高计算速度，而且还会使得时钟系统具备智能化的效果，但利用神经网路来对数据包内的数据进行计算时，则需要的计算速度就会需要得到保障，为此，需要为提高神经网络的计算速度，时钟系统内设置神经网络加速器。
27.本发明中的有益效果为：
28.1、通过设置容量立方模块由带宽、网络密度以及频谱效率构成整体的系统容量。能够在低功率传输节点被灵活、稀疏地部署在时钟系统的覆盖区域之内，形成了由母钟和子钟组成的多层异构网络。多层异构网络不仅可以在保证覆盖的同时提高时钟系统分裂的灵活性及系统容量，以此来从系统容量上增加数据包传输时网络所需要的体量。
29.2、通过设置5g网络模型还包括更高数据速率、更低时延以及更大容量的lte网络系统。lte网络系统采用了更加向平化的设计理念，取消无线网络控制器，将无线网络控制器的一部分控制功能下放到5g通信基站塔，另一部分功能上提到核心网内。同时干扰控制模型控制信道在主载波上发送，利用跨载波调度机制实现对辅载波数据信道的调度和资源分配后避免母钟和子钟控制信道之间的干扰。
30.3、通过设置虚拟化架构，能够对时钟系统以及接收终端的虚拟化赋予了层间协作更大的自由度，从而为层间通信带来更高的效率、灵活性、可靠性和顽健性。通过增加层内的通信量，紧密的层内协作换来了更高效的层间通信:在虚拟小区和虚拟终端间，通信链路可以被灵活选择或者联合处理以提高接入链路的效率。
31.4、通过设置数据同步模块，能够有效控制数据同步传输节点的数量、同步的深度、同步方式及同步时机，以此来保证数据包之间传送后的数据同步。
附图说明
32.图1为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的容量立方模块示意图；
33.图2为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的let整体结构框图；
34.图3为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的母钟载波示意图；
35.图4为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的子钟载波示意图；
36.图5为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的载波聚合的干扰控制原理图；
37.图6为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的多层虚拟化网络架构原理图；
38.图7为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的时钟系统中终端虚拟化原理图；
39.图8为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的数据同步模块原理图；
40.图9为本发明提出的一种基于5g网络的高精度时钟系统的加速器体系结构原理图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.参照图1-9，一种基于5g网络的高精度时钟系统，包括5g网络模型以及用于计算加速数据包计算访问的神经网络加速器。
43.所述5g网络模型包括承载所述数据包的容量立方模块、用于传输数据包的基站云以及用于实现数据包内数据及时同步的数据同步模块。
44.如图1所示，所述容量立方模块由带宽、网络密度以及频谱效率构成整体的系统容量。
45.随着分裂技术的发展，低功率传输节点被灵活、稀疏地部署在时钟系统的覆盖区域之内，形成了由母钟和子钟组成的多层异构网络(heterogeneous network,hetnet)。多层异构网络不仅可以在保证覆盖的同时提高时钟系统分裂的灵活性及系统容量，以此来从系统容量上增加数据包传输时网络所需要的体量。
46.所述5g网络模型包括的超密集网络正是基于上述技术背景下被提出的，它可以看作子钟增强技术的进一步演进。在超密集网络中，低功率传输节点的密度将进一步提高，低功率传输节点的覆盖范围进一步缩小，每个低功率传输节点可能同时只服务一个或很少的时钟，造成一部分网络资源的浪费。而设置超密集部署，不仅拉近了低功率传输节点与终端的距离，使得它们的发射功率大大降低，且变得非常接近，就会使得数据包在传送时上、下行链路的差别也因此越来越小。
47.除了节点数量的增加以外，传输节点种类的密集化更能体现出5g网络发展的优势。因此，广义的超密集网络可能由工作在不同频带，如2ghz的毫米波，使用不同类型频谱资源，如授权、非授权频谱，或者采用不同无线传输技术，如wi-fi、lte、wcdma等传输节点组成。此外，随着设备直通(device to device,d2d)技术的发展，甚至终端本身也可以作为传输节点。
48.为了满足数据包传送时更高数据速率、更低时延以及更大容量的需要，同时也为了降低时延，减少成本，在5g网络中还设置了lte网络系统，以此来消除现有时钟系统中用于通信网络的无线网络控制器。lte网络系统采用了更加向平化的设计理念，取消无线网络控制器，将无线网络控制器的一部分控制功能下放到5g通信基站塔，另一部分功能上提到核心网内。如图2所示，基站点之间通过接口交互信息，基站点与核心网之间则通过s1接口连接。
49.为了避免数据包传送时的信道之间的干扰，lte r10内还设置了基于载波聚合的干扰控制模型，用于解决控制信道的干扰问题。
50.如图3-5所示，控制信道在主载波上发送，利用跨载波调度机制实现对辅载波数据信道的调度和资源分配。由于母钟和子钟分别使用不同载波作为主载波，因此避免了母钟和子钟控制信道之间的干扰。
51.此外，lte r11还引入了协作多点(coordinated multi point,comp)传输和接收技术，可进一步解决异构网中的干扰问题。在使用协作多点技术之后，若干传输节点，如宏基站和/或低功率传输节点可以在相同时频资源上联合发送(joimttransmission,jt)或联合接收(joint reception,jr)信号，或者动态地选择某个传输节点为终端提供服务(dynamic point selection,dps)，又或者在多个传输节点间进行协作调度或协作波束成形(coordinated scheduling and coordinatedbeamforming,cs/cb)。为了达到好的协作
效果，lte r11的协作多点技术通常对网络有较高的要求。比如，宏基站和低功率传输节点需来自同一个设备厂商，通过理想回传链路连接在一起，且要达到较好的同步状态。
52.随着时钟系统中母钟与子钟之间的网络密集化程度的不断提高，相互干扰的问题也会随之提高，为解决这一问题，在5g网络中，以时钟系统的用户为中心，设置虚拟化架构。
53.如图6所示，5g的虚拟化网络架构在多层实现。在现有的核心网的虚拟化，即ho层以外，宏基站和小基站也能够通过虚拟化技术在基让县组成基站云，即h1层，时钟系统中的母钟和子钟设备也可以通过虚拟化技术在终端层组成终端二，即h2层。此外，在基站层和终端层之间，还可能存在由中继站和用户设备通过虚拟化技术混合组成的中继云，即h1，/h2。
54.时钟系统以及接收终端的虚拟化赋予了层间协作更大的自由度，从而为层间通信带来更高的效率、灵活性、可靠性和顽健性。通过增加层内的通信量，紧密的层内协作换来了更高效的层间通信:在虚拟小区和虚拟终端间，通信链路可以被灵活选择或者联合处理以提高接入链路的效率。
55.对于终端虚拟化，如图7所示，终端的虚拟化可以在邻近的时钟系统间，或者同一时钟系统的多个母钟或子钟间实现。多个时钟系统可以在终墙层组成一个虚拟的用户组或终端组，从基站层联合接收或者传输数据。取决于不同的设备间的通信条件，终端间的协作可以有多种实现方式。
56.而在时钟系统虚拟化后，简化了设备，那么就会造成数据包的传送速度以及同步不足的缺陷，由此，需要为虚拟化后的时钟系统，设置用于数据包同步的数据同步模型。
57.数据同步是时钟系统终端虚拟化重要的组成部分：虚拟小区内各个传输节点在用户面协议栈某一层或某几层的数据封装方式、配置参数等方面达成一致，以便在传输节点之间实现灵活转换或联合信号处理。
58.数据同步的深度包括：内容同步(pdcp sdu同步)、pdcp层同步(pdcp pdu同步)、rlc层同步(rlc pdu同步)、mac层同步(mac pdu同步)。数据同步的方法包括“基于分组转发”和“基于信令”两种。实现数据同步的传输节点的数量及同步深度与所解决的问题、使用的技术有关。比如在解决干扰问题时，虚拟时钟系统内传输节点间的联合信号处理技术需要实现mac pdu级别的数据同步。
59.由上述可知，实现数据同步的节点越多，深度越深，虚拟化的效果越好，但开销也越大。尤其是在使用无线自回传技术时，数据同步的开销会对udn的系统容量造成较大影响。因此，需要在保证虚拟化效果的前提下，合理地控制数据同步传输节点的数量、同步的深度、同步方式及同步时机，即分层(hierachca)、异构(heterogencous)的数据同步(data synchronization)。
60.图8为分层、异构数据同步的示意图。其中，时钟模块的虚拟时钟由4个传输节点组成，tp0为mtp,tp1/2/3为stp。tp2与tpo都可以获取核心网的数据，通过信令方式实现mac层数据同步，支持联合信号处理技术及tp2/tp0之间的动态传输节点选择。tp1不能直接获得核心网数据，与tpo通过分组转发实现pdcp层数据同步，支持服务tp的快速转换。tp3加入虚拟小区内，但未与tpo数据同步。tp3可以获得ue1的调度信息，当其同时属于另个小区时，可以利用cs/cb技术，避免对ue1的干扰。
61.为了便于对数据包内的数据实现快速的计算，设置神经网络来对数据包进行计算，因为在接收端得到有效的时钟数据包，需要一定的机制，来滤除这种网络时延抖动。在
现有技术中有采用了最小延迟技术，滤除网络中的时延抖动，从而得到有效的时间数据包。其具体实现过程为：在一定的时间窗口中，如1秒钟，选取传输时延最小的时间数据包，通过该时间数据包，计算出在这一时间窗口中的最小时延。但这以计算过程中，会需要做大量的计算，而使用神经网络来对数据包内的数据进行计算时，则不仅会大大提高计算速度，而且还会使得时钟系统具备智能化的效果，但利用神经网路来对数据包内的数据进行计算时，则需要的计算速度就会需要得到保障，为此，需要为提高神经网络的计算速度，时钟系统内设置神经网络加速器。
62.如图9所示，所述神经网络加速器包括体系结构，以此实现数据包内数据的执行高度准确的神经网络时的低功耗硬件加速。加速器由输入向量、权重和激活的内存，以及执行神经元计算的多个数据通路通道组成。从而实现每个加速器都能执行相同的神经网络，最终实现对神经网络中数据包的加速计算。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。