CN101247169A - 一种在通信网络中实现时间同步的方法和系统以及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种在通信网络中实现时间同步的方法，下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长；根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间，以实现与所述上游网元时间同步。本发明实施例还同时公开了一种在通信网络中实现时间同步的系统以及网元设备，应用该方法、系统和设备可以低成本高精度的完成时间同步。

Description

一种在通信网络中实现时间同步的方法和系统以及设备

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种在通信网络中实现时间同步的方法和系统以及设备。

背景技术

传统的同步数字体系(SDH)网络只能实现频率同步，而不能实现时间同步。可是，随着第三代(3G)网络技术的发展，码分多址(CDMA)2000、时分同步码分多址接入(TD-SCDMA)以及微波接入全球互通网络(WIMAX)等都需要精确到us级的时间同步，比如CDAM2000就要求各基站之间的导频时间误差在3us以内。

现有技术中较为常用的时间同步方法为采用全球定位系统(GPS)等卫星源作为时间源的定位方式，如图1所示，图1为通过GPS实现时间同步的网络结构示意图。各基站中设置有GPS接收卡，用于接收GPS时间信息，以达到各个基站的时间同步。但是，这种方法需要的建设成本和维护成本都过高。

现有技术中提出的另外一种时间同步方法为各基站之间通过网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准(IEEE 1588)来实现时间同步。IEEE 1588协议是通用的提升网络定时同步能力的规范，基本思想是通过硬件和软件来实现网络设备的内时钟与主控机的主时钟的同步。如图2所示，图2为通过IEEE 1588实现时间同步的网络结构示意图，各网元之间通过基于SDH的分组(POS)完成1588时间包的传送，但是，这种方法因为SDH支路存在异步映射以及指针调整等问题，会造成长达几十us的抖动，所以很难保证时间同步的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种在通信网络中实现时间同步的方法，能够实现较为精确的时间同步。

本发明实施例的第二个目的在于提供一种在通信网络中实现时间同步的系统，能够实现较为精确的时间同步。

本发明实施例的第三个目的在于提供一种在通信网络中实现时间同步的网元设备，能够实现较为精确的时间同步。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种在通信网络中实现时间同步的方法，该方法包括以下步骤：

下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长；根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间，以实现与所述上游网元时间同步。

一种在通信网络中实现时间同步的系统，该系统包括上游网元和下游网元；

所述上游网元，用于向所述下游网元发送时间信息；

所述下游网元，用于接收来自所述上游网元的时间信息，根据所述时间信息计算与所述上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，并根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与所述上游网元的时间同步。

一种在通信网络中实现时间同步的网元设备，所述网元包括中央时间产生单元和时戳处理单元；

所述时戳处理单元，用于接收时间信息，并根据所述时间信息计算与所述上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，将计算出的绝对时间差以及线路延时时长发送给所述中央时间产生单元；

所述中央时间产生单元，用于接收来自所述时戳处理单元的绝对时间差以及线路延时时长，根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与所述上游网元时间同步。

可见，采用了本发明实施例的技术方案，网络中的下游网元根据计算出的与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，将自身绝对时间调整到与上游网元一致，该方法综合考虑了影响同步的各种因素，即绝对时间的差别以及线路延时造成的影响，从而较为精确地实现了时间同步。

附图说明

图1为通过GPS实现时间同步的网络结构示意图；

图2为通过IEEE 1588实现时间同步的网络结构示意图；

图3为本发明实施例网元设备组成结构示意图；

图4为本发明实施例时戳处理单元组成结构示意图；

图5为本发明实施例中央时间产生单元组成结构示意图；

图5A为本发明实施例中央时间产生单元第二种组成结构示意图；

图5B为本发明实施例网元中包括一个以上时戳处理单元时的结构示意图；

图6为本发明方法总体流程图；

图7为本发明方法较佳实施例的流程图；

图8为采用本发明方法实现各基站时间同步的网络结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步地详细说明。

本发明实施例的实现思想为：下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长；根据该绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间，以实现与上游网元时间同步。

基于上述思想，本发明实施例的系统至少包括上游网元和下游网元；

其中，上游网元，用于向下游网元发送时间信息；

下游网元，用于接收来自上游网元的时间信息，根据时间信息计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，并根据该绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与上游网元时间同步。

该系统进一步包括基站，用于接收来自上游网元和下游网元的同步后的时间信息。

图3为本发明实施例网元设备组成结构示意图，如图3所示，该网元主要包括时戳处理单元301和中央时间产生单元302。

时戳处理单元301，用于接收来自上游网元的时间信息，并根据该时间信息计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，将计算出的绝对时间差以及线路延时时长发送给中央时间产生单元302；

中央时间产生单元302，用于接收来自时戳处理单元301的绝对时间差以及线路延时时长，根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与上游网元时间同步。

其中，时戳处理单元301进一步包括：时间接收单元3011、时间发送单元3012以及时间比较单元3013，如图4所示，图4为本发明实施例时戳处理单元301组成结构示意图。

时间接收单元3011，用于接收上游网元在自身绝对时间t1时刻发送、经过线路延时后的时间信息t1，将所述时间信息t1发送给时间比较单元3013；并接收上游网元回送的时间信息t3，将该时间信息t3发送给时间比较单元3013；

时间发送单元3012，用于在自身绝对时间t3时刻向上游网元发送时间信息t3；

时间比较单元3013，用于接收来自时间接收单元3011的时间信息t1，计算自身绝对时间与时间信息t1的差值；并接收来自时间接收单元3011的时间信息t3，计算接收到该时间信息t3的时刻t4与t3的差值的1/2，得到线路延时时长；将计算出的绝对时间差以及线路延时时长发送给中央时间产生单元302；

当所述网元为其它网元的上游网元时，时间发送单元3012进一步用于，向下游网元发送本网元的绝对时间信息，并将下游网元回送的时间信息再次发送给下游网元。

时间发送单元3012将本网元绝对时间写入IEEE 1588或者网络时间协议(NTP)定义的时钟包中，或者其它格式的数据包中，比如将时间信息用通用帧处理程序映射(GFP-F)封装，并将此以太网包放入SDH线路开销信息中，具体方式可以为将段开销S1字节后的一个字节定义为S2，用来传送时间信息；也可以利用现有开销如D1～D12的某字节(或者某几个字节)来传送时间信息。如果利用D4字节传送时间信息，以太网包长为64Byte，每秒钟发送一次，则时间发送单元3012在每秒发送时将64Byte放入连续64帧的D4中，传送到下游网元。当本网元作为其它网元的上游网元时，时间发送单元3012还接收下游网元发送来的时间包，将其放入连续64帧的D4中，再传送到下游网元。

时间接收单元3011接收SDH线路开销信息中的时间包，若当前网元为下游网元，则时间接收单元3011将此时间包送给时间比较单元3013；若当前网元为上游网元，则时间接收单元3011将此时间包发送给时间发送单元3012反相回送。

时间比较单元3013接收来自时间接收单元3011的时间包，判断其是上游网元主动发送来的时间包还是反相回传的时间包，并提取时间包中的时间信息，与本网元绝对时间进行比较。通过比较本网元绝对时间和上游网元主动发送来的时间信息得到绝对时间差，通过比较本网元绝对时间和反相回传的时间信息得到线路延时时长，并将得到的绝对时间差和线路延时时长传送给中央时间产生单元302。

对于快速以太网(FE)/千兆以太网(GE)等以太网端口，时间接收单元3011和时间发送单元3012相应地接收和发送来自以太网中的时间信息包，处理类似。

中央时间产生单元302进一步包括：滤波单元3021和调整单元3022，如图5所示，图5为本发明实施例中央时间产生单元302组成结构示意图。

滤波单元3021，用于接收来自时间比较单元3013的绝对时间差以及线路延时时长，对所述绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波，并将滤波后的绝对时间差以及线路延时时长发送给调整单元3022；

该滤波单元3021还可进一步包括滤波单元1和滤波单元2：

滤波单元1，用于接收来自时间比较单元3013的绝对时间差，对该绝对时间差进行低通滤波，并将滤波后的绝对时间差发送给调整单元3022；滤波单元2，用于接收来自时间比较单元3013的线路延时时长，对该线路延时时长进行低通滤波，并将滤波后的线路延时时长发送给调整单元3022；

调整单元3022，用于接收来自滤波单元3021的滤波后的绝对时间差以及线路延时时长，计算自身绝对时间与滤波后的绝对时间差以及线路延时时长相加之和，并将自身当前绝对时间调整为计算得到的结果；

依据上述关于调整单元3022的介绍可知，该调整单元3022在网元中起到的是加法器的作用，所以，可以直接将调整网元3022设置为一个加法器，如图5A所示，图5A为当调整单元为加法器时的中央时间产生单元组成结构示意图，该加法器在图5A所示网元中起到的作用以及与其它单元之间的连接关系与调整单元3022完全相同，不再赘述。

本实施例所述网元可位于SDH网络或光传送网络(OTN)中。

在下游网元与上游网元之间进行时间同步过程中，实际只会用到一个时戳处理单元，所以在之前的图3中为便于描述，只表示出了一个时戳处理单元。但是，在实际应用中，一个网元中是包括多个时戳处理单元的，如图5B所示，图5B为网元中包括一个以上时戳处理单元时的结构示意图，具体选用那个时戳处理单元来接收上游网元的时间信息需要由下游网元来选择，对应于图5B的网元的工作方式为：

首先，本实施例网元(以下简称本网元)选择多个时戳处理单元中的一个作为上游网元信息接收端口，具体选择方式可以是根据自身网络配置来进行选择，比如，各时戳处理单元分别对应着一个网络中的其它网元，若当前其它网元A作为本网元的上游网元，则本网元选择与网元A对应的时戳处理单元，假设为时戳处理单元A，来接收上游网元发送的信息；

网元A在自身的绝对时间t1时刻向时戳处理单元A发送时间信息t1，由于存在线路延时，该时间信息在网元A的绝对时间t2时刻才达到时戳处理单元A；时戳处理单元A将本网元的绝对时间与接收到的时间信息t1进行比较，得到本网元与网元A之间的绝对时间差，并将该绝对时间差发送给中央时间产生单元；时戳处理单元A在本网元绝对时间t3时刻向网元A发送时间信息t3，网元A接收到该时间信息t3后，立即将该时间信息t3回送给本网元，由于存在线路延时，时戳处理单元A在本网元绝对时刻t4接收到该时间信息t3，求取t4与t3的差值的1/2值，作为线路延时时长，并将该线路延时时长发送给中央时间产生单元；

中央时间产生单元对接收到的绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波，并计算滤波后的绝对时间差以及线路延时时长与本网元绝对时间之和，将计算出的结果作为本网元当前的绝对时间，从而实现与上游网元的时间同步。

本实施例中，网元中除时辍处理单元A之外的其它时辍处理单元可以作为下游时间输出端口。

图6为本发明方法的总体流程图，如图6所示，包括以下步骤：

步骤601：下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长。

本步骤之前，上游网元在自身绝对时间t1时刻向下游网元发送时间信息t1；下游网元将自身的绝对时间与接收自上游网元的、经过线路延时后的时间信息t1进行比较，得到两者的差值，即绝对时间差。

在自身绝对时间t3时刻，下游网元向上游网元发送时间信息t3；上游网元将接收到的时间信息t3回送给下游网元；下游网元在自身绝对时间t4时刻接收到时间信息t3，并求取t4与t3的差值的1/2值，求得的结果即为线路延时时长。

步骤602：下游网元根据该绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间，以实现与上游网元时间同步。

本步骤之前，下游网元对接收到的绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波，然后，下游网元计算自身绝对时间与滤波后的绝对时间差以及线路延时时长相加之和，将计算结果作为自身当前绝对时间。

上述过程中，上游网元向下游网元发送的时间信息携带在开销信息中；而下游网元向上游网元发送的时间信息携带在反相开销信息中。具体携带方式可以是：上游网元/下游网元在开销信息/反相开销信息中定义一个新的字段以携带该时间信息；或者，上游网元/下游网元利用开销信息/反相开销信息中已有字段携带该时间信息，具体地，上游网元/下游网元可以利用开销信息/反相开销信息中已有字段D1～D12携带该时间信息，较为常用的，用D4～D12携带该时间信息。

需要说明的是，因为上游网元和下游网元都只是一个相对概念，所以有可能某一下游网元本身就是网络中最上游的网元，这样，该下游网元对应的上游网元就变成了基站控制器或时间服务器(BITS)，该下游网元接收来自基站控制器或BITS的时间信息，并根据该时间信息执行后续操作，不再赘述。

上述网元可以是SDH网络网元或OTN网元，本发明所述方法在这两种网络中的具体实现过程是一样的。下面以SDH网络为例，来对本发明方法作进一步地说明。

图7为本发明方法较佳实施例的流程图，如图7所示，包括以下步骤：

步骤701：上游网元在自身绝对时间t1时刻向下游网元发送时间信息t1。

本实施例中，上游网元向下游网元发送的时间信息携带在开销信息中，具体携带方式可以是：上游网元在开销信息中定义一个新的字段以携带该时间信息；或者，上游网元利用开销信息中已有字段D4～D12携带该时间信息。

步骤702：下游网元根据接收到的时间信息t1计算与上游网元之间的绝对时间差。

因为存在着线路延时，所以步骤701中由上游网元发出的时间信息t1在经过一段Δt时间的延时之后，才能达到下游网元，也就是说，当下游网元接收到时间信息t1时，上游网元的绝对时间已经是t2了，即，t2＝t1+Δt。

下游网元接收到时间信息t1后，将其与自身的绝对时间进行比较，求取两者的差值，该差值即为绝对时间差。显然，该绝对时间差中既包括下游网元与上游网元之间的原始绝对时间差，也包括线路延时时长Δt引起的时差。

步骤703：下游网元在自身绝对时间t3时刻向上游网元发送时间信息t3。

本实施例中，下游网元向上游网元发送的时间信息可以携带在反相开销信息中，具体携带方式可以是：下游网元在反相开销信息中定义一个新的字段以携带该时间信息；或者，下游网元利用反相开销信息中已有字段D4～D12携带该时间信息。

步骤704：上游网元将接收到的时间信息t3回送给下游网元。

步骤705：下游网元计算与上游网元之间的线路延时时长。

因为存在线路延时，下游网元再次接收到时间信息t3时，已经是一个新的时刻了，假设此时下游网元的绝对时间为t4，由于时间信息t3在上游网元与下游网元之间往返了一次，也就是说经过了两个线路延时时长，那么t4与t3的时间差即为两个Δt时长，这样，就可以根据t3和t4来求取线路延时时长Δt，显然，Δt＝(t4-t3)/2。

步骤706：下游网元对计算得到的绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波。

在进行下一步工作之前，下游网元首先对计算得到的绝对时间差和线路延时时长进行低通滤波，以去除可能存在的抖动。

步骤707：下游网元调整自身当前绝对时间，以实现和上游网元时间同步。

进行滤波处理后，下游网元即可根据该绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，具体调整方式为：在自身原始绝对时间的基础上加上所述绝对时间差和线路延时时长，经过这样的处理，下游网元即实现了与上游网元的时间同步。

网络中的每一个网元均按照上述方法调整自身的绝对时间，从而使得整个网络中的网元时间全部同步，相应地，各网元将同步后的时间信息发送给所需的基站，这样，网络中的各个基站也实现了时间同步。如图8所示，图8中的各个SDH网元已经实现了时间同步，当图中所示两个基站需要时间信息时，两基站对应的网元将时间信息发送到对应基站，因为两基站接收到的时间信息为同步信息，所以两个基站也实现了时间同步。

本实施例中所提到的上游网元和下游网元均为SDH网元，前面已经介绍过，所述上游网元和下游网元也可以为OTN网元，即在OTN网络中同样能够实现本发明所述时间同步方法，具体实现流程与图7相同，此处不再赘述。

可见，采用本发明实施例的技术方案，网络中的下游网元根据计算出的与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，将自身绝对时间调整到与上游网元一致，该方法综合考虑了影响同步的各种因素，即绝对时间的差别以及线路延时造成的影响，从而较为精确地实现了时间同步；而且，实现本发明实施例技术方案只需在原有网络基础上对网元作较小的改动即可，无需增加任何设备，非常经济。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1. 一种在通信网络中实现时间同步的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长；根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间，以实现与所述上游网元时间同步。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差之前，该方法进一步包括：所述上游网元在自身绝对时间t1时刻向所述下游网元发送时间信息t1；

所述下游网元计算与上游网元之间的绝对时间差的方法为：所述下游网元将自身的绝对时间与接收自上游网元的、经过线路延时后的时间信息t1进行比较，得到两者的差值。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下游网元计算与所述上游网元之间的线路延时时长之前，该方法进一步包括：

所述下游网元在自身绝对时间t3时刻向所述上游网元发送时间信息t3；所述上游网元将接收到的时间信息t3回送给所述下游网元；所述下游网元在自身绝对时间t4时刻接收到所述时间信息t3；

所述下游网元计算与所述上游网元之间的线路延时时长的方法为：所述下游网元计算t4与t3的差值的1/2值，计算结果即为线路延时时长。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下游网元根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间之前，该方法进一步包括：

所述下游网元对所述绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述下游网元根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身绝对时间的方法为：

所述下游网元计算自身当前绝对时间与所述滤波后的绝对时间差以及线路延时时长相加之和，并将自身当前绝对时间调整为所述计算结果。

6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述上游网元向下游网元发送的时间信息携带在开销信息中；

所述下游网元向上游网元发送的时间信息携带在反相开销信息中。

7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述上游网元/下游网元在开销信息/反相开销信息中定义一个新的字段以携带所述时间信息；

或者，所述上游网元/下游网元利用开销信息/反相开销信息中已有字段携带所述时间信息。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上游网元/下游网元利用开销信息/反相开销信息中已有字段D4～D12携带所述时间信息。

9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述下游网元为网络中的最上游网元，则所述下游网元接收来自于基站控制器或时间服务器的时间信息。

10. 根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述网元为同步数字体系SDH网络网元或光传输网络OTN网元。

11. 一种在通信网络中实现时间同步的系统，其特征在于，该系统包括上游网元和下游网元；

所述上游网元，用于向所述下游网元发送时间信息；

所述下游网元，用于接收来自所述上游网元的时间信息，根据所述时间信息计算与所述上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，并根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与所述上游网元的时间同步。

12. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括基站；

所述基站，用于接收来自所述上游网元和下游网元的同步后的时间信息。

13. 一种在通信网络中实现时间同步的网元设备，其特征在于，所述网元包括中央时间产生单元和时戳处理单元；

所述时戳处理单元，用于接收时间信息，并根据所述时间信息计算与所述上游网元之间的绝对时间差以及线路延时时长，将计算出的绝对时间差以及线路延时时长发送给所述中央时间产生单元；

所述中央时间产生单元，用于接收来自所述时戳处理单元的绝对时间差以及线路延时时长，根据所述绝对时间差以及线路延时时长调整自身的绝对时间，实现与所述上游网元时间同步。

14. 根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述时戳处理单元包括：时间接收单元、时间发送单元以及时间比较单元；

所述时间接收单元，用于接收上游网元在自身绝对时间t1时刻发送、经过线路延时后的时间信息t1，将所述时间信息t1发送给所述时间比较单元；并在自身绝对时间t4时刻接收所述上游网元回送的时间信息t3，将所述时间信息t3发送给所述时间比较单元；

所述时间发送单元，用于在自身绝对时间t3时刻向所述上游网元发送时间信息t3；

所述时间比较单元，用于接收来自所述时间接收单元的时间信息t1，计算自身绝对时间与所述时间信息t1的差值；并接收来自所述时间接收单元的时间信息t3，计算接收到所述时间信息t3的时刻t4与t3的差值的1/2，得到线路延时时长；将所述计算出的绝对时间差和线路延时时长发送给所述中央时间产生单元。

15. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，当所述网元为其它网元的上游网元时，所述时间发送单元进一步用于，向下游网元发送本网元的绝对时间信息，并将所述下游网元回送的时间信息再次发送给所述下游网元。

16. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述中央时间产生单元包括：滤波单元和调整单元；

所述滤波单元，用于接收来自所述时间比较单元的绝对时间差以及线路延时时长，对所述绝对时间差以及线路延时时长进行低通滤波，并将滤波后的绝对时间差以及线路延时时长发送给所述调整单元；

所述调整单元，用于接收来自所述滤波单元的滤波后的绝对时间差以及线路延时时长，计算自身绝对时间与所述滤波后的绝对时间差以及线路延时时长相加之和，并将自身当前绝对时间调整为所述计算结果。

17. 根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述滤波单元包括滤波单元1和滤波单元2；

所述滤波单元1，用于接收来自所述时间比较单元的绝对时间差，对所述绝对时间差进行低通滤波，并将滤波后的绝对时间差发送给所述调整单元；

所述滤波单元2，用于接收来自所述时间比较单元的线路延时时长，对所述线路延时时长进行低通滤波，并将滤波后的线路延时时长发送给所述调整单元。

18. 根据权利要求13～17中任一项所述的设备，其特征在于，所述网元位于SDH网络或OTN网络。

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