專利名稱：一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)與實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時間同步技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)與實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，各行各業(yè)對時間同步的要求越來越高，針對時間同步進(jìn)行的研究也一直在不斷的進(jìn)行。最原始的方法是，在本地相應(yīng)的安裝一臺GPS接收器。后來人們意識到，每一個局部的點都與GPS進(jìn)行對時，安全和質(zhì)量都得不到保障，也無法形成一個“網(wǎng)”的系統(tǒng)。針對“時間同步網(wǎng)”的研究和應(yīng)用，首先出現(xiàn)的是利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)傳送DCLS，也就是未調(diào)制的直流^IG-B碼的技術(shù)。就是在省一級的機房建一套時間服務(wù)器，這套時間服務(wù)器跟蹤的是GPS，從GPS獲得精確的時間，然后系統(tǒng)輸出很多的DCLS時間信號，每一路DCLS 連接到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備上，點對點傳送到地市級的機房。在地市級的機房配置了一臺接收設(shè)備，專門接收省級傳來的DCLS時間信號，并與之保持同步。這種方式的同步是單向的，上游往下游傳送時間，下游不再返回信號給上游。下游的設(shè)備需要對傳輸鏈路造成的時延進(jìn)行手工補償，通常補償?shù)臄?shù)值在毫秒量級。補償后下游設(shè)備基本能穩(wěn)定在10-20微秒范圍。采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)傳送DCLS的方法，有其明顯的缺陷。一方面受制于網(wǎng)絡(luò)條件，由于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)僅僅是一個階段的產(chǎn)品，沒有得到廣泛的推廣和應(yīng)用，因此基于這種網(wǎng)絡(luò)的時間同步網(wǎng)絡(luò)也就缺少推廣的價值。另外，該方法的同步精度處于10-20微秒級別，沒有達(dá)到一些業(yè)務(wù)的精確度要求。后來又出現(xiàn)了利用同步數(shù)字體系，也就是SDH傳輸秒脈沖的方法建立時間同步網(wǎng)。這種方式改變了以往單向傳輸?shù)睦砟?，在主時鐘和從時鐘之間互相發(fā)送脈沖信號，從時鐘由此估算路徑上的延遲，自行補償與同步。這種方法的時間精度在落在1微秒的范圍以內(nèi)。但是由于脈沖信號不是數(shù)字信號，無法承載狀態(tài)信息，因此不能有效濾除傳輸設(shè)備造成的阻塞、中斷、錯位，不能100%保證同步的質(zhì)量。特別是當(dāng)SDH發(fā)生倒換的時候，脈沖信號沒有時標(biāo)信息，無法計算出倒換帶來的延時變化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用同步數(shù)字體系也就是SDH傳送PTP協(xié)議的新型時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)與實現(xiàn)方法，實現(xiàn)時間同步的精確度可以達(dá)到小于1微秒，并且可以適應(yīng)SDH網(wǎng)絡(luò)的倒換，具體技術(shù)方案如下一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主時鐘，用于為整個時間同步網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號；同步數(shù)字體系模塊，連接到主時鐘，用于接收并發(fā)送主時鐘提供的標(biāo)準(zhǔn)時間信號；
從時鐘，連接到同步數(shù)字體系模塊，接收同步數(shù)字體系模塊傳送的主時鐘標(biāo)準(zhǔn)時間信號，同步對時。所述提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號為PTP協(xié)議信號，所述主時鐘進(jìn)一步提供至少1路滿足 IEEE1588v2 標(biāo)準(zhǔn)的 PTP 端口。所述主時鐘提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號為主時鐘時間信號取自GPS、北斗或銫鐘。在同步數(shù)字體系模塊的接收信號端和發(fā)送信號端各進(jìn)一步設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器。一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、開啟主時鐘，主時鐘向同步數(shù)字體系發(fā)送以太端口的PTP信號；B、以太端口的PTP信號進(jìn)入同步數(shù)字體系接收端的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將以太信號轉(zhuǎn)換成2M信號，進(jìn)入同步數(shù)字體系；C、同步數(shù)字體系將PTP信號傳送到從時鐘所在的位置，2M端口的PTP信號進(jìn)入同步數(shù)字體系發(fā)送端口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將2M端口轉(zhuǎn)換為以太端口，進(jìn)入從時鐘；D、從時鐘根據(jù)PTP信號進(jìn)行同步對時。該方法進(jìn)一步包括從時鐘開啟之后，進(jìn)入鎖定狀態(tài)，用專業(yè)的時間精度測量儀表測量從時鐘的IPPS 輸出精度，并對從時鐘進(jìn)行對應(yīng)的補償。根據(jù)以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是利用現(xiàn)有的通信資源，能夠在真實的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行；能夠適應(yīng)SDH網(wǎng)絡(luò)的倒換，而不影響同步網(wǎng)的指標(biāo)；系統(tǒng)的同步精度能夠完全達(dá)到與跟蹤衛(wèi)星相同的水平，時間同步的精確度顯著提高，實現(xiàn)時間同步的精確度可以達(dá)到小于1微秒，這是地面時間同步網(wǎng)的前沿指標(biāo)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為主時鐘上增加同等性能指標(biāo)的PTP輸出端口的實施例示意圖；圖2為主時鐘接入分配器或者交換機的實施例示意圖；圖3為時間同步系統(tǒng)分級同步示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明所述基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)包括主時鐘、同步數(shù)字體系模塊和從時鐘，具體如下
首先需要建立主時鐘。主時鐘是為整個時間同步網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號的裝置。主時鐘提供至少1路滿足IEEE1588v2標(biāo)準(zhǔn)的PTP端口。主時鐘的時間信號可以取自不同的源，例如GPS、北斗、銫鐘等，可以取一個或者多個。主時鐘自身可以是冗余設(shè)備也可以是非冗余設(shè)備。主時鐘內(nèi)部配置可以采用是銣原子鐘或者高性能的晶體鐘，也可在不影響整體方案的前提下選擇其他，但要求主時鐘在鎖定外部時間源的前提下，輸出PTP的精度優(yōu)于 200納秒。其次建立PTP從時鐘，是指通過網(wǎng)絡(luò)與上游主時鐘通過PTP協(xié)議的方式進(jìn)行時間同步對時的時鐘設(shè)備。在本發(fā)明中從時鐘有兩種類型，種是接收并同步于上游主時鐘后既要提供時間應(yīng)用給本地的用戶，又要繼續(xù)將時間信號再通過SDH傳至更下一級的從時鐘， 這種節(jié)點稱之為二級時間服務(wù)器，與二級時間服務(wù)器同步的這種節(jié)點稱之為三級時間服務(wù)器；另一種是接收并同步于上游的主時鐘或二級時間服務(wù)器后，僅提供時間應(yīng)用給本地的用戶，不需要再將時間信號往下傳送。從時鐘內(nèi)部振蕩器可配置例如銣鐘或者高性能的恒溫晶體中，也可以在不影響整體方案的情況下做其他選擇。從時鐘輸出的時間信號可以靈活選擇，當(dāng)只是為提供本地對時服務(wù)時，輸出信號可以為4-6路的DCLS信號；當(dāng)需要繼續(xù)通過SDH向下傳送時間信號時， 輸出接口除4-6路DCLS外，還要提供PTP輸出端口。本發(fā)明所述時間同步網(wǎng)為星型結(jié)構(gòu)，即一臺主時鐘同時為多臺從時鐘提供授時服務(wù)。因此，需要對主時鐘的PTP輸出端口進(jìn)行擴(kuò)展?？梢栽谥鲿r鐘設(shè)備上增加同等性能指標(biāo)的PTP輸出，也可采用類似信號分配器或交換機之類的設(shè)備。信號分配器還是交換機，要求輸出PTP信號的精度相對輸入信號不超過100納秒。參照圖1，為主時鐘上增加同等性能指標(biāo)的PTP輸出端口的實施例；圖2為接入分配器或者交換機的實施例。本發(fā)明所述同步數(shù)字體系模塊，連接主時鐘與從時鐘，完成二者之間時間信號的傳送，還可以用于連接二級服務(wù)器和三級服務(wù)器。在具體實施例中，同步數(shù)字體系模塊傳送 PTP信號有如下方式，PTP輸出端口在接入到SDH傳輸設(shè)備之前，需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將以太的PTP端口轉(zhuǎn)換成2M的PTP端口，以便直接連接到SDH設(shè)備上。從協(xié)議轉(zhuǎn)換器出來的PTP 的2M端口接入到SDH設(shè)備后，傳輸?shù)礁鱾€不同遠(yuǎn)近的站點。這些站點的SDH的2M輸出端口又要連接一個2M轉(zhuǎn)以太的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。協(xié)議轉(zhuǎn)換器出來的PTP信號可直接接入到PTP 從時鐘。在進(jìn)行PTP協(xié)議轉(zhuǎn)換過程中，從信號進(jìn)入到信號送出，這個過程的時延相對穩(wěn)定， 延時的變化應(yīng)小于200ns，最大變化不應(yīng)超過1000ns。另外，本發(fā)明所述利用基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)實現(xiàn)時間同步的方法，具體步驟如下1、開通主時鐘，并確保鎖定外部時間信號，確保SDH系統(tǒng)正常運行；確保SDH的2M 通道設(shè)置正確；2、開啟從時鐘，確保從時鐘能接收到主時鐘的PTP信號，待從時鐘進(jìn)入鎖定狀態(tài)， 用專業(yè)的時間精度測量儀表測量從時鐘的IPPS輸出精度，并對從時鐘進(jìn)行對應(yīng)的補償，補償后從時鐘的輸出精度會穩(wěn)定在1微秒范圍內(nèi)。至此，時間同步網(wǎng)系統(tǒng)建成；3、主時鐘發(fā)送以太端口的PTP信號，PTP信號經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為2M端口的 PTP信號，接入到SDH設(shè)備；
4、2M端口的PTP信號經(jīng)過SDH傳輸?shù)綇臅r鐘所在位置后，再次進(jìn)入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換器，由 2M端口轉(zhuǎn)換為以太端口的PTP信號，進(jìn)入從時鐘；5、從時鐘根據(jù)PTP信號進(jìn)行同步對時。在具體實施例中，為了提供極端情況下網(wǎng)絡(luò)癱瘓時的備用時間基準(zhǔn)信號，可以在從時鐘設(shè)備內(nèi)嵌一個GPS或GPS/北斗雙模接收板，可以用來控制該接收板與PTP輸入端口的主備用關(guān)系，也可強制關(guān)閉衛(wèi)星接收機的功能。此外，當(dāng)后續(xù)時間同步網(wǎng)的運行過程中出現(xiàn)SDH網(wǎng)絡(luò)的徹底中斷，而需要重新對從時鐘進(jìn)行固定路徑偏差的補償時，可以遠(yuǎn)程開啟 GPS/北斗接收機，僅用作補償所需的基準(zhǔn)信號。另外，參照圖3，本發(fā)明中還采用了分級同步的設(shè)計，即從時鐘發(fā)送PTP信號到下一級從時鐘進(jìn)行同步。與主時鐘直接同步的從時鐘稱之為二級時間服務(wù)器，與二級時間服務(wù)器同步的從時鐘稱之為三級時間服務(wù)器。二級服務(wù)器向三級服務(wù)器傳送PTP信號的過程與主時鐘向從時鐘傳輸PTP信號的過程一致。需要繼續(xù)提供PTP輸出的從時鐘可以采用支持邊界時鐘功能的設(shè)備，也可以采用模擬邊界時鐘功能的設(shè)備。該功能就是在從時鐘的基礎(chǔ)上增加一塊PTP主時鐘的卡板，這塊卡板接收從時鐘內(nèi)部同步上游信號時生成的1PPS/T0D，然后重新生成PTP輸出信號。由于通過SDH的2M傳送PTP信號的方式是點對點的，所以如果不分層次，把所有的從時鐘都排列在同等級別，都同時與主時鐘進(jìn)行同步對時，那么，主時鐘的這個站點的2M 通道就需要很多，這對實際應(yīng)用是有相當(dāng)困難的。因此，本發(fā)明把不同的從時鐘分成兩個等級，三級的設(shè)備不再與主時鐘同步對時，而是直接與某些二級設(shè)備同步對時。相應(yīng)地，減少了主時鐘側(cè)的2M壓力，把部分2M通道的需要下移到二級服務(wù)器。理論上，還可以繼續(xù)往下延伸四級節(jié)點、五級節(jié)點甚至更多，但是，由于每增加一個層次，從時鐘的同步精度就會下降，因此，從實際情況看，兩級的網(wǎng)絡(luò)可能是比較現(xiàn)實的。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括主時鐘，用于為整個時間同步網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號；同步數(shù)字體系模塊，連接到主時鐘，用于接收并發(fā)送主時鐘提供的標(biāo)準(zhǔn)時間信號；從時鐘，連接到同步數(shù)字體系模塊，接收同步數(shù)字體系模塊傳送的主時鐘標(biāo)準(zhǔn)時間信號，同步對時，時間同步的精確度小于1微秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于所述提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號為PTP協(xié)議信號，所述主時鐘進(jìn)一步提供至少1路滿足IEEE1588v2標(biāo)準(zhǔn)的PTP端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述主時鐘提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號為主時鐘時間信號取自GPS、北斗或銫鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于在同步數(shù)字體系模塊的接收信號端和發(fā)送信號端各進(jìn)一步設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
5.一種利用基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、開啟主時鐘，主時鐘向同步數(shù)字體系發(fā)送以太端口的PTP信號；B、以太端口的PTP信號進(jìn)入同步數(shù)字體系接收端的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將以太信號轉(zhuǎn)換成2M信號，進(jìn)入同步數(shù)字體系；C、同步數(shù)字體系將PTP信號傳送到從時鐘所在的位置，2M端口的PTP信號進(jìn)入同步數(shù)字體系發(fā)送端口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將2M端口轉(zhuǎn)換為以太端口，進(jìn)入從時鐘；D、從時鐘根據(jù)PTP信號進(jìn)行同步對時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括從時鐘開啟之后，進(jìn)入鎖定狀態(tài)，用專業(yè)的時間精度測量儀表測量從時鐘的IPPS輸出精度，并對從時鐘進(jìn)行對應(yīng)的補償。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種基于同步數(shù)字體系的時間同步網(wǎng)的系統(tǒng)與實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括主時鐘，用于為整個時間同步網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號；同步數(shù)字體系模塊，連接到主時鐘，用于接收并發(fā)送主時鐘提供的標(biāo)準(zhǔn)時間信號；從時鐘，連接到同步數(shù)字體系模塊，接收同步數(shù)字體系模塊傳送的主時鐘標(biāo)準(zhǔn)時間信號，同步對時。本發(fā)明充分利用現(xiàn)有的通信資源，在真實的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行，能夠適應(yīng)SDH網(wǎng)絡(luò)的倒換，而不影響同步網(wǎng)的指標(biāo)；系統(tǒng)的同步精度能夠完全達(dá)到與跟蹤衛(wèi)星相同的水平，時間同步的精確度顯著提高，實現(xiàn)時間同步的精確度可以達(dá)到小于1微秒，這是地面時間同步網(wǎng)的前沿指標(biāo)。
文檔編號H04J3/06GK102420667SQ201110388529
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者葉大革, 徐志強, 朱炳銓, 毛婕, 章毅, 邱祖雄, 陳蕾, 黃紅兵 申請人:浙江省電力公司