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Title:
A METHOD FOR REALIZING TIME AND CLOCK SYNCHRONIZATION AND A TRANSMISSION DEVICE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/062089
Kind Code:
A1
Abstract:
A transmission device for realizing time and clock synchronization and a method thereof are provided by the embodiments of the present invention. The transmission device transmits data frames to the opposite device and records the transmission time of the header of each data frame, inserts the generated message into the data frames, and the transmission time of the header of the data frame carrying the message header is taken as a transmission time-stamp. The transmission device receives the data frames from the opposite device and records the time of the header of each data frame, recognizes the message header from the data frames, and the receiving time of the header of the data frame carrying the message header is taken as a receiving time-stamp. The transmission device calculates a series of the pairs of the transmitting time-stamp and the receiving time-stamp, calibrates the clock frequency and time based on the calculated results, thus the synchronization of the clock and time between the transmission devices is realized.

Inventors:
LI MINGCHUN (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/073732
Publication Date:
May 18, 2012
Filing Date:
May 06, 2011
Export Citation:
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Assignee:
HUAWEI TECH CO LTD (CN)
LI MINGCHUN (CN)
International Classes:
H04J3/06
Domestic Patent References:
WO2008125043A12008-10-23
WO2003046766A12003-06-05
Foreign References:
CN101582733A2009-11-18
CN101471740A2009-07-01
Other References:
See also references of EP 2472754A4
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING ZBSD PATENT & TRADEMARK AGENT LTD. (CN)
北京中博世达专利商标代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利要求书

1、 一种实现时钟和时间同步的方法, 其特征在于, 所述方法包括: 第一传送设备将生成的同步报文切片后插入数据帧的预定空闲开销字节 中, 把同步报文的报文头对应的数据帧的预定比特位的发送时间作为第一时 间戳 tl , 并将第一时间戳 tl发送给第二传送设备, 其中, 所述数据帧为 OTN帧 或者 SDH帧;

第二传送设备接收第一传送设备发送的数据帧, 从接收到的数据帧中识 别出同步报文的报文头, 并把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位的接 收时间作为第二时间戳 t2;

第二传送设备向第一传送设备发送数据帧, 将生成的延迟请求报文切片 后插入数据帧的预定空闲开销字节中, 并把延迟请求报文的报文头对应的数 据帧的预定比特位的发送时间作为第三时间戳 13;

第一传送设备接收第二传送设备发送的数据帧, 从接收到的数据帧中识 别出延迟请求报文的报文头, 把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位的 接收时间作为第四时间戳 t4 , 并把第四时间戳 t4传送给第二传送设备;

第二传送设备对第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三时间戳 t3和第四时间 戳 t4进行计算,根据计算结果调整时钟频率和时间, 实现与第一传送设备的时 钟和时间同步。

2、 如权利要求 1所述的方法, 其特征在于, 所述数据帧的预定空闲开销 字节是 SDH帧中 MS开销中的保留字节,或者是 OTN帧中 OTUk或 ODUk开销的 保留字节。

3、 如权利要求 1所述的方法, 其特征在于, 所述报文头对应的数据帧是 携带所述报文头的数据帧或者位于该数据帧之后一固定位置的数据帧。

4、 如权利要求 1所述的方法, 其特征在于, 第二传送设备计算相邻第一 时间戳 tl的差值 Atl和相邻第二时间戳 t2的差值 At2 , 并根据 Atl与 At2的比较结 果调整第二传送设备的时钟频率, 实现第二传送设备和第一传送设备的时钟 同步。

5、 如权利要求 4所述的方法, 其特征在于, 第二传送设备还利用公式 Offset=[(t2-tl)-(t4-t3)]/2 , 计算出第二传送设备和第一传送设备的时间偏差值 Offset, 并根据该时间偏差值调整第二传送设备的时间, 实现第二传送设备和 第一传送设备的时间同步。

6、 一种传送设备 (16) , 所述传送设备 (16)包括帧处理模块 (162)、 时间戳 处理模块 (163)、报文识别模块 (164)、报文处理模块 (165)、报文切分模块 (166)、 同步处理模块 (167)和时钟模块 (168);

帧处理模块 (162)接收对端传送设备 (14)发送的数据帧,识别出每一数据帧 的预定比特位,并触发时间戳处理模块 (163)记录所述预定比特位的接收时间; 时间戳处理模块 (163)触发报文识别模块 (164)识别出数据帧中携带的同步 报文的报文头, 并把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位的接收时间作 为第二时间戳 t2;

报文识别模块 (164)还触发报文处理模块 (165)从帧处理模块 (162)接收到 的数据帧中提取出分别提取出第一时间戳 tl和第四时间戳 t4; 其中, 第一时间 戳 tl是对端传送设备 (14)发送同步报文的报文头对应的数据帧的预定比特位 的时间, 第四时间戳 t4是对端传送设备 (14)接收延迟请求报文的报文头对应的 数据帧的预定比特位的时间;

报文处理模块 (165)还向报文切分模块 (166)发送所述延迟请求报文; 报文切分模块 (166)将所述延迟请求报文切分成多个数据片;

帧处理模块 ( 162)逐一将所述数据片插入到数据帧中发送到对端传送设备 (14),识别出每一数据帧的预定比特位, 并触发时间戳处理模块 (163)记录所述 预定比特位的发送时间;

时间戳处理模块 (163)触发报文切分模块 (166)识别出延迟请求报文的报文 头, 并把该报文头对应的数据帧的预定比特位的发送时间作为第三时间戳 t3; 同步处理模块 (167)对第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三时间戳 t3和第四 时间戳 t4进行计算, 并根据计算结果调整时钟模块 (168)的时钟频率和时间, 实现与对端传送设备 (14)的时钟和时间同步。

7、 如权利要求 6所述的传送设备, 其特征在于, 所述数据帧的预定空闲 开销字节是 SDH帧中 MS开销中的保留字节, 或者是 OTN帧中 OTUk或 ODUk 开销的保留字节。

8、 如权利要求 6所述的传送设备, 其特征在于, 所述报文头对应的数据 帧是携带所述报文头的数据帧或者位于该数据帧之后一固定位置的数据帧。

9、 如权利要求 6所述的传送设备, 其特征在于, 同步处理模块 (167)计算 相邻第一时间戳 tl的差值 Atl和相邻第二时间戳 t2的差值 At2 , 并根据 Atl与 At2 的比较结果调整时钟模块 (168)的时钟频率,实现与对端传送设备 (14)的时钟同 步。

10、 如权利要求 9所述的传送设备, 其特征在于, 同步处理模块 (167)利用 公式 Offset=[(t2-tl)-(t4-t3)]/2, 计算出传送设备 (16)和对端传送设备 (14)的时间 偏差值 Offset, 并根据该时间偏差值调整时钟模块 (168)的时间, 实现与对端传 送设备 (14)的时间同步。

Description:
一种传送设备及其实现时钟和时间同步的方法 本申请要求于 2010年 11月 9日提交中国专利局、申请号为 201010538194.2, 发明名称为 "一种传送设备及其实现时钟和时间同步的方 "的中国专利申请 的优先权, 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及网络时钟和时间同步领域, 尤其涉及一种传送设备及其实现 时钟和时间同步的方法。

背景技术

根据当前网络对时间同步的要求, 以太网基于 IEEE1588V2协议和原理实 现时间同步, 但基于帧结构的 OTN、 SDH网络的时间同步技术还没有推出。 OTN的全称是光传送网( Optical Transport Network ) , SDH的全称是同步数字 系列 ( Synchronous Digital Hierarchy, SDH ) 。

在基于帧结构的 OTN、 SDH网络与基于包结构的网络(例如以太网 )组 成的复合网络架构中, 由于 OTN、 SDH网络从基于包结构的网络接入业务时, 传送设备需要对业务进行映射解映射, 由此会引入较大的包延时变化(Packet Delay Variable, PDV ) , 导致传送设备无法根据网络延时计算得到精确 时间, 从而无法与对端的传送设备进行时间同步。

发明内容

有鉴于此, 本发明实施例提供一种传送设备及其实现时钟 和时间同步的 方法, 实现穿越以太网的 ΟΤΝ或者 SDH网络进行时钟和时间同步。

一种实现时钟和时间同步的方法, 该方法包括如下步骤:

第一传送设备将生成的同步报文切片后插入数 据帧的预定空闲开销字节 中, 把同步报文的报文头对应的数据帧的预定比特 位的发送时间作为第一时 间戳 tl , 并将第一时间戳 tl发送给第二发送设备, 其中, 所述数据帧为 OTN帧 或者 SDH帧; 第二发送设备接收第一发送设备发送的数据帧 , 从接收到的数据帧中识 别出同步报文的报文头, 并把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位 的接 收时间作为第二时间戳 t2;

第二传送设备向第一传送设备发送数据帧, 将生成的延迟请求报文切片 后插入所述数据帧的预定空闲开销字节中, 并把延迟请求报文的报文头对应 的数据帧的预定比特位的发送时间作为第三时 间戳 t3;

第一传送设备接收第二传送设备发送的数据帧 , 从接收到的数据帧中识 别出延迟请求报文的报文头, 把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位的 接收时间作为第四时间戳 t4 , 并把第四时间戳 t4传送给第二传送设备;

第二传送设备对第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三时间戳 t3和第四时间 戳 t4进行计算,根据计算结果调整时钟频率和时 , 实现与第一传送设备的时 钟和时间同步。

一种传送设备, 所述传送设备包括帧处理模块、 时间戳处理模块、 报文 识别模块报文处理模块、 报文切分模块、 同步处理模块和时钟模块;

帧处理模块接收对端传送设备发送的数据帧, 识别出每一数据帧的预定 比特位, 并触发时间戳处理模块记录所述预定比特位的 接收时间;

时间戳处理模块触发报文识别模块识别出数据 帧中携带的同步报文的报 文头, 并把该报文头对应的数据帧的所述预定比特位 的接收时间作为第二时 间戳 t2;

报文识别模块还从帧处理模块接收到的数据帧 中提取出携带第一时间戳 U和第四时间戳 t4的报文, 并触发报文处理模块从所述报文中提取出第一 时间 戳 tl和第四时间戳 t4; 其中, 第一时间戳 tl是对端传送设备发送同步报文的报 文头对应的数据帧的预定比特位的时间,第四 时间戳 t4是对端传送设备接收延 迟请求报文的报文头对应的数据帧的预定比特 位的时间;

报文处理模块还向报文切分模块发送所述延迟 请求报文;

报文切分模块将所述延迟请求报文切分成多个 数据片; 帧处理模块逐一将所述数据片插入到数据帧中 发送到对端传送设备, 识 别出每一数据帧的预定比特位, 并触发时间戳处理模块记录所述预定比特位 的发送时间;

时间戳处理模块触发报文切分模块识别出延迟 请求报文的报文头, 并把 该报文头对应的数据帧的预定比特位的发送时 间作为第三时间戳 t3;

同步处理模块对第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三时间戳 t3和第四时间 戳 t4进行计算, 并根据计算结果调整时钟模块的时钟频率和时 间, 实现与对端 传送设备的时钟和时间同步。

本发明实施例中, 传送设备把报文头对应的数据帧的预定比特位 的收发 时间作为时间戳, 对一系列成对的时间戳进行计算, 并根据计算结果调整传 送设备的时钟频率和时间 , 从而 OTN、 SDH网络的传送设备之间实现时钟和 时间同步。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步 理解, 构成本申请的一部 分, 并不构成对本发明的限定。

图 1为基于帧结构的 OTN或 SDH网络通过传送设备连接以太网的网络架 构图, 传送设备包括第一传送设备和第二传送设备。

图 2为图 1中第一传送设备的功能框图。

图 3为将报文切片后插入 OTN或 SDH帧并生成时间戳的示意图。

图 4为 SDH帧的结构示意图。

图 5为 OTN帧的结构示意图。

图 6为图 1中第二传送设备的功能框图。

图 7为图 1中第二传送设备与第一传送设备进行时钟和 间同步的方法流 程图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发 明, 现结合附图描绘本发 明的实施例。 在此, 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发 明, 但并 不作为对本发明的限定。

如图 1所示,是基于帧结构的 OTN或 SDH网络 12通过第一传送设备 14和第 二传送设备 16连接以太网等基于包结构的网络的网络架构 。 第一传送设备 14和第二传送设备 16用于将接收到的数据包封装到数据帧中, 并通过 OTN、 SDH网络 12进行交互, 他们的角色根据实现时间同步时的主从关系可 以互换。 数据帧定帧后, 每个比特位都是确定的, 所以任何一个比特位都可以标记收 发数据帧的时间戳, 记录收发数据帧的精确时间。 本发明实施例中, 第一传 送设备 14和第二传送设备 16使用数据帧的帧头来标记时间戳, 记录收发数据 帧的时间。 下面提到的数据帧可以是单帧或多个单帧组成 的复帧。

如图 2所示, 为图 1中第一传送设备 14的功能框图。 第一传送设备 14包括 帧处理模块 142、 时间戳处理模块 143、 报文识别模块 144、 报文处理模块 145、 报文切分模块 146和时钟模块 148。 时钟模块 148提供第一传送设备 14正常工作 所需的时钟频率和时间, 例如, 为时间戳处理模块 143提供实时钟、 为报文识 别模块 144和报文切分模块 146提供时钟频率等。

报文处理模块 145定时生成同步报文, 并将所述同步报文发送到报文切分 模块 146。 报文处理模块 145生成同步报文的频率可以根据需要而设置, 例如 每秒 156位或者 1024位。

报文切分模块 146将接收到的同步报文切分成多个数据片, 并将所述数据 片逐一发送给帧处理模块 142。

请一并参考图 3 , 帧处理模块 142用于生成数据帧发送到第二传送设备 16 , 逐一将所述数据片插入到数据帧的预定空闲开 销字节中, 识别出每一数据帧 的帧头, 并触发时间戳处理模块 143记录帧处理模块 142发送每一数据帧的帧 头的时间。 所述数据帧是 OTN帧或者 SDH帧, 该预定空闲开销字节可以设定 为如图 4所示的 SDH帧中 MS开销中的保留字节, 例如 S1字节后面的保留字节; 或者是如图 5所示的 OTN帧中 OTUk或 ODUk开销中的保留字节。 请一并参考图 3 , 时间戳处理模块 143触发报文切分模块 146识别出同步报 文的报文头, 并把该报文头对应的数据帧的帧头的发送时间 作为第一时间戳 tl , 并把第一时间戳 tl发送到第二传送设备 16。

帧处理模块 142还从第二传送设备 16接收数据帧, 识别出每一数据帧的帧 头, 并触发时间戳处理模块 143记录帧处理模块 142接收每一数据帧的帧头的 时间。

时间戳处理模块 143触发报文识别模块 144识别出数据帧中携带的延迟请 求报文的报文头, 把该报文头对应的数据帧的帧头的接收时间作 为第四时间 戳 t4, 并把第四时间戳 t4发送给第二传送设备 16。

在单步传输模式下, 第一时间戳 tl放入同步报文的时间域中传送, 第四时 间戳 t4放入响应延迟请求报文生成的延迟应答报文 传送; 在双步传输模式 下, 第一时间戳 tl放入同步报文的追随报文中传送, 第四时间戳 t4放入响应延 迟请求报文生成的延迟应答报文中传送。 本实施例采用单步传输模式, 时间 戳处理模块 143把第一时间戳 tl放入同步报文的时间域中, 并把第二时间戳 t4 放入响应延迟请求报文生成的延迟应答报文中 , 并把所述同步报文和所述延 迟应答报文切片后插入数据帧中传送给第二传 送设备 16。

如图 6所示, 为图 1中第二传送设备 16的功能框图。 所述第二传送设备 16 包括帧处理模块 162、 时间戳处理模块 163、 报文识别模块 164、 报文处理模块 165、 报文切分模块 166、 同步处理模块 167和时钟模块 168。 时钟模块 168提供 第二传送设备 16正常工作所需的时钟频率和时间, 例如, 为时间戳处理模块 163提供实时钟、 为报文识别模块 164和报文切分模块 166提供时钟频率等。

帧处理模块 162从第一传送设备 14接收数据帧, 识别出每一数据帧的帧 头, 并触发时间戳处理模块 163记录帧处理模块 162接收每一数据帧的帧头的 时间。

时间戳处理模块 163触发报文识别模块 164识别出数据帧中携带的同步报 文的报文头, 把该报文头对应的数据帧的帧头的接收时间作 为第二时间戳 t2, 并把第二时间戳 t2上报给同步处理模块 167。

报文识别模块 164还从帧处理模块 162接收到的数据帧中提取出同步报文 和延迟应答报文的数据片, 将所述数据片组装成同步报文和延迟应答报文 , 并触发报文处理模块 165从同步报文中提取出第一时间戳 tl , 从延迟应答报文 中提取出第四时间戳 t4 , 然后把第一时间戳 tl和第四时间戳 t4上报给同步处理 模块 167。

报文处理模块 165还定时生成延迟请求报文, 并将所述延迟请求报文发送 到报文切分模块 166。 报文处理模块 165生成延迟请求报文的频率可以根据需 要而设置, 比报文处理模块 145生成同步报文的频率要低许多, 例如每秒 8位 或者 16位。

报文切分模块 166将接收到的延迟请求报文切分成多个数据片 , 并将数据 片逐一发送给帧处理模块 162。

请一并参考图 3 , 帧处理模块 162用于生成数据帧发送到第一传送设备 14 , 逐一将所述数据片插入到数据帧的预定空闲开 销字节中, 识别出每一数据帧 的帧头, 并触发时间戳处理模块 163记录帧处理模块 162发送每一数据帧的帧 头的时间。 所述数据帧是 OTN帧或者 SDH帧, 该预定空闲开销字节可以设定 为如图 4所示的 SDH帧中 MS开销中的保留字节, 例如 S1字节后面的保留字节; 或者是如图 5所示的 OTN帧中 OTUk或 ODUk开销中的保留字节。

请一并参考图 3 , 时间戳处理模块 163触发报文切分模块 166识别出延迟请 求报文的报文头, 并把该报文头对应的数据帧的帧头的发送时间 作为第三时 间戳 t3, 并把第三时间戳 t3上报给同步处理模块 167。

同步处理模块 167对接收到的一系列第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三 时间戳 t3和第四时间戳 t4进行计算, 并根据计算结果调整时钟模块 168的时钟 频率和时间, 实现第二传送设备 16与第一传送设备 14的时钟和时间同步。

具体为, 同步处理模块 167获得一系列的第一时间戳 tl和第二时间戳 t2后, 计算相邻第一时间戳 tl的差值 Atl和相邻第二时间戳 t2的差值 At2 , 如果 Δΐ1>Δΐ2, 表示第一传送设备 14的时钟频率高于第二传送设备 16的时钟频率, 则控制时钟模块 168升高时钟频率, 反之则控制时钟模块 168降低时钟频率, 从而实现第二传送设备 16和第一传送设备 14的时钟同步。

同步处理模块 167还利用公式 Offset=[(t2-tl)-(t4-t3)]/2, 计算出第二传送设 备 16和第一传送设备 14的时间偏差值 Offset, 根据该时间偏差值调整时钟模块 168的时间, 从而实现第二传送设备 16和第一传送设备 14的时间同步。 上述公 式也是 IEEE 1588V2计算时间偏差 Offset的公式。

上述传送设备的实施例中, 所述报文头对应的数据帧可以设定为携带该 报文头的数据帧, 或者设定为位于该数据帧后一固定位置的数据 帧。

如图 7所示, 为图 1中第二传送设备 16与第一传送设备 14进行时钟和时间 同步的方法流程图。 该方法包括如下步骤:

步骤 S201 , 第一传送设备 14向第二传送设备 16发送数据帧并记录每一数 据帧的帧头的发送时间, 定时生成同步报文, 并将生成的同步报文切片后插 入数据帧的预定空闲开销字节中, 把同步报文的报文头对应的数据帧的帧头 的发送时间作为第一时间戳 tl , 并将第一时间戳 tl发送给第二传送设备 16。 第 一传送设备 14生成同步报文的频率可以根据需要而设置, 例如每秒 156位或者 1024位。

步骤 S202, 第二传送设备 16从第一传送设备 14接收数据帧并记录每一数 据帧的帧头的接收时间, 从数据帧中识别出同步报文的报文头, 把该报文头 对应的数据帧的帧头的接收时间作为第二时间 戳 t2,并从第一传送设备 14接收 第一时间戳 tl。

步骤 S203, 第二传送设备 16向第一传送设备 14发送数据帧并记录每一数 据帧的帧头的发送时间, 定时生成延迟请求报文, 并将生成的延迟请求报文 切片后插入数据帧的预定空闲开销字节中, 把延迟请求报文的报文头对应的 数据帧的帧头的发送时间作为第三时间戳 t3。第二传送设备 16生成延迟请求报 文的频率可以根据需要而设置, 比第一传送设备 14生成同步报文的频率要低 许多, 例如每秒 8位或者 16位。

步骤 S204 , 第一传送设备 14从第二传送设备 16接收数据帧并记录每一数 据帧的帧头的接收时间, 从数据帧中识别出延迟请求报文的报文头, 把该报 文头对应的数据帧的帧头的接收时间作为第四 时间戳 t4, 并将第四时间戳 t4传 送给第二传送设备 16。

步骤 S205, 第二传送设备 16对第一时间戳 tl、 第二时间戳 t2、 第三时间戳 t 3和第四时间戳 t4进行计算, 根据计算结果调整时钟频率和时间, 实现与第一 传送设备 14的时钟和时间同步。

具体为, 第二传送设备 16获得一系列的第一时间戳 tl和第二时间戳 t2后, 计算相邻第一时间戳 tl的差值 Atl和相邻第二时间戳 t2的差值 At2 , 如果 Δΐ1>Δΐ2, 表示第一传送设备 14的时钟频率高于第二传送设备 16的时钟频率 , 则升高第二传送设备 16的时钟频率, 反之则降低第二传送设备 16的时钟频率, 从而实现与第一传送设备 14的时钟同步。

第二传送设备 16还利用公式 Offset=[(t2-tl)-(t4-t3)]/2, 计算出第二传送设 备 16和第一传送设备 14的时间偏差值 Offset, 根据该时间偏差值调整第二传送 设备 16的时间, 从而实现与第一传送设备 14的时间同步。 上述公式也是 IEEE 1588V2计算时间偏差 Offset的公式。

上述方法实施例中,在单步传输模式下, 第一时间戳 tl放入同步报文的时 间域中传送, 第四时间戳 t4放入响应延迟请求报文生成的延迟应答报文 传 送; 在双步传输模式下, 第一时间戳 tl放入同步报文的追随报文中传送, 第四 时间戳 t4放入响应延迟请求报文生成的延迟应答报文 传送。

上述方法实施例中, 所述报文头对应的数据帧可以设定为携带该报 文头 的数据帧, 或者设定为位于该数据帧之后一固定位置的数 据帧。 所述数据帧 的预定空闲开销字节是如图 4所示的 SDH帧中 MS开销中的保留字节, 例如 S1 字节后面的保留字节;或者是如图 5所示的 0TN帧中 OTUk开销或 ODUk开销的 保留字节。 OTN、 SDH网络只能通过每一数据帧中的固定字节来发 送报文, 所以需 要多个数据帧才能完成一个报文的传送。 由此, 作为发送方的传送设备会把 报文切分成多个数据片, 并逐一把数据片插入到数据帧的预定空闲开销 字节 中发送出去, 作为接收方的传送设备再把分离的数据片组装 成报文。

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, 可 轻易想到的变化或替换, 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此, 本发明 的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准 。