CN102142891A - 光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统，其中以光纤长度测量的方法为例，包括：在一根光纤中接收和发送光信号，所述光纤连接本设备与对端设备；根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；根据所述时间延时以及光信号在所述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间所述光纤的长度。上述实施方式采用一根光纤中接收和发送的光信号，通过精密时钟协议计算时延，然后通过时延和光信号在上述光纤中单位长度的延时来计算本设备与对端设备间上述光纤的长度，计算复杂度较小；另外，该测量方法不需要工作人员到被测光纤两端的站点进行数据采集，降低了施工难度。

Description

光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统。

背景技术

光纤传感技术是伴随着光导纤维及光通信技术的发展而逐渐发展形成的，在光通信系统中，光纤用做远举例传输光信号的媒介。在实际光的传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境条件的变化英气光波量和光强度、相位、频率、偏振态等的变化。而在很多应用场景都中都需要获得光纤的长度。因而光纤长度测量的方法被广泛研究。

其中有一种光纤长度测量的方法，利用光纤微位移传感器对金属丝杨氏模量和金属黄铜棒的线性膨胀系数进行测量，给出了光纤位移传感器理论公式及理论以及对比曲线，并对光纤传感器探头进行了标定，采用逐差法和线性回归法两种方法进行数据处理，从而得到光纤的长度，测量精度很高。

发明人在实现本发明的过程中发现：该方法需要测量金属丝杨氏模量和金属黄铜棒的线性膨胀系数，对光纤传感器探头进行了标定，采用逐差法和线性回归法两种方法进行数据处理，计算复杂；另外，在现网中测量光纤长度需要工作人员到被测光纤两端的站点进行数据采集，施工难度大。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统，降低光纤长度测量的计算复杂度及施工难度。

为解决上述技术问题，本发明所提供的光纤长度测量的方法实施例可以通过以下技术方案实现：

在一根光纤中接收和发送光信号，所述光纤连接本设备与对端设备；

根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

根据所述时间延时以及光信号在所述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间所述光纤的长度。

一种光纤长度的测量装置，包括：

光接收单元，用于接收光信号；

光发送单元，用于在所述光接收单元接收光信号的光纤中发送光信号；

延时计算单元，用于根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

长度计算单元，用于根据所述时间延时以及光信号在所述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间所述光纤的长度。

一种光纤长度的测量系统，包括：第一设备与第二设备采用单纤双向连接，若第一设备为本发明实施例提供的光纤长度的测量装置则第二设备为对端设备。

一种时间同步的方法，包括：

根据本发明实施例提供的光纤长度的测量方法计算得到本设备与对端设备间所述光纤的长度；

根据接收和发送的光信号的波长以及所述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

通过所述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

一种时间同步的装置，包括：

本发明实施例提供的任意一项的光纤长度的测量装置；

偏差计算单元，用于根据接收和发送的光信号的波长以及所述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

补偿单元，用于通过所述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

一种时间同步的系统，包括：第一设备与第二设备采用单纤双向连接，若第一设备为本发明实施例提供的时间同步的装置，那么第一设备为从设备第二设备为主设备。

在本发明实施例中，采用一根光纤中接收和发送的光信号，通过精密时钟协议计算时延，然后通过时延和光信号在上述光纤中单位长度的延时来计算本设备与对端设备间上述光纤的长度，计算复杂度较小；另外，该测量方法不需要工作人员到被测光纤两端的站点进行数据采集，降低了施工难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例光纤长度测量的方法流程示意图；

图2为本发明实施例时间同步的方法流程示意图；

图3为本发明实施例光纤长度测量的装置结构示意图；

图4为本发明实施例光纤长度测量的装置结构示意图；

图5为本发明实施例光纤长度测量的装置结构示意图；

图6为本发明实施例光纤长度测量的系统结构示意图；

图7为本发明实施例时间同步的装置结构示意图；

图8为本发明实施例时间同步的系统结构示意图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种光纤长度的测量方法，包括：

101：在一根光纤中接收和发送光信号，上述光纤连接本设备与对端设备；

上述在一根光纤中接收和发送光信号包括：通过单纤双向光模块在一根光纤中接收和发送光信号。当然在一根光纤中接收和发送光信号还可以采用其他方式实现，例如使用合波分波技术做成的其他模块。另外，单纤双向光模块也称为光收发一体模块，其具有多种型号，各信号的有效传输距离等参数存在差异。

102：根据上述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

根据上述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时包括：通过精密时钟协议计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和的一半，作为本设备与对端设备的时间延时。

更具体地，在电子电气工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，IEEE)推出了1588v2协议也称为精密时钟协议(Precision TimeProtocol，PTP)，根据1588v2可知：t2-t1＝Delay-Offset，t4-t3＝Delay+Offset；由此可得：Offset＝((t4-t3)-(t2-t1))/2，Delay＝((t4-t3)+(t2-t1))/2；其中，Offset是主时钟和从时钟的时间差，Delay是网络传输造成的延迟时间，t1是主设备(Master)发送定时同步消息(SYNC)报文在端口打下的发送时戳，t2是从设备(Slave)接收SYNC报文打下的接收时戳，t3是Slave回复的延时回复(DelayReq)报文的发送时戳，t4是Master接收到DelayReq报文的接收时戳。其中从设备由于在时间上需要跟踪主设备，使从设备保持与主设备时间同步，因而处于从属地位。上述102中slave设备根据1588v2协议可以通过Delayl+Delay2＝(t4-t3)+(t2-t1)计算出精密时钟协议(Precision TimeProtocol，PTP)的报文在光纤中的来回传递的延时之和后，发现Delay1与Delay2的差值相对Delay很小，所以可以近似地计算Delay＝((t4-t3)+(t2-t1))/2。

103：根据上述时间延时以及光信号在上述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间上述光纤的长度。

更具体地，若光信号在每米光纤中传播的延时大约为5ns，那么可以计算出光纤长度L＝Delay/5(m)。

上述实施例中各步骤的执行主体可以为光通信中光纤两端的任一设备，本实施例方案采用一根光纤中接收和发送的光信号，通过精密时钟协议计算时延，然后通过时延和光信号在上述光纤中单位长度的延时来计算本设备与对端设备间上述光纤的长度，计算复杂度较小；另外，该测量方法不需要工作人员到被测光纤两端的站点进行数据采集。

随着无线网络对时间同步精度要求越来越高，IEEE推出的1588v2协议也称为PTP相关的时间同步技术开始普遍使用。由于1588v2协议假设收发光纤都是对称的；无线技术对时间同步的精度要求非常高；光纤不对称引入的延时对1588v2时间同步的精度影响也就非常大，因而在现网工程实施中必须考虑光纤不对称问题。光纤不对称问题如果不能解决，将严重影响1588v2的大规模商用。通常使用的时间同步的方法可以是：通过时间分析仪测量各个站点的跟踪时间与全球定位系统(Global Position System，GPS)之间的时间偏差，各个站点的跟踪时间与GPS之间的时间偏差得到信号在各站点之间传输的时延偏差，在设备上进行补偿。通过时间分析仪下站测量需要事先跟踪GPS，GPS信号好坏受到站点地理位置的影响，接收GPS信号困难造成了施工难度大；另外GPS抖动大，时间分析仪跟踪GPS需要较长时间，对于网络1588v2的大规模部署，这种方案代价高，不易于推广使用；在频繁的网络改造过程中，光纤收发不对称的特性变化后，需要再次下站测量，维护难度大。

基于本发明实施例提供的光纤长度的测量方法，本发明实施例还提供了一种时间同步的方法，如图2所示，包括：

201：使用本发明实施例提供的光纤长度的测量方法计算得到本设备与对端设备间上述光纤的长度；

202：根据接收和发送的光信号的波长以及上述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

色散补偿公式为： $\mathrm{\Δt}=L*{\∫}_{\mathrm{\λ}1}^{\mathrm{\λ}2}(\mathrm{k\λ}+b)\mathrm{d\λ}=L*[\frac{k({\mathrm{\λ}}_2^2-{\mathrm{\λ}}_1^2)}{2}+b({\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1)]$

其中，k＝0.093ps/(nm²·km)，b＝-124.15ps/(nm·km)为常量，在上面公式中，L已为201中计算的本设备与对端设备间光纤的长度，而接收和发送的光信号的波长λ1，λ2也容易获取，因此可以根据色散补偿公式计算出收发延时不对称偏差Δt。

203：通过上述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

上述时间同步方法的执行主体为从设备，通过计算出Δt后，可以在slave的端口将Δt自动补偿，使收发延时对称，从而完成1588v2精确时间同步。该方法不依赖于GPS，消除了使用GPS带来的施工难度大以及不易于推广的问题；该时间同步的方法不需要下站，降低了施工和维护的难度。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种光纤长度的测量装置，包括：

光接收单元301，用于接收光信号；

光发送单元302，用于在上述光接收单元接收光信号的光纤中发送光信号；

延时计算单元303，用于根据上述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

长度计算单元304，用于根据上述时间延时以及光信号在上述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间上述光纤的长度。

更具体地，如图4所示，上述延时计算单元303包括：

第一延时计算单元401，用于通过精密时钟协议计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和；

第二延时计算单元402，用于计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和的一半，作为本设备与对端设备的时间延时。

可选地，如图5所示，上述光接收单元301和光发送单元302为单纤双向光模块300。

如图6所示，本发明实施例还提供了一种光纤长度的测量系统，包括：第一设备601与第二设备602采用单纤双向连接，若第一设备601为本发明实施例提供的任意一中光纤长度的测量装置则第二设备602为对端设备。

本实施例方案采用一根光纤中接收和发送的光信号，通过精密时钟协议计算时延，然后通过时延和光信号在上述光纤中单位长度的延时来计算本设备与对端设备间上述光纤的长度，计算复杂度较小；另外，该测量方法不需要工作人员到被测光纤两端的站点进行数据采集。

如图7所示，本发明实施例还提供了一种时间同步的装置，包括：

上述实施例中任意一种光纤长度的测量装置701；

偏差计算单元702，用于根据接收和发送的光信号的波长以及上述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

补偿单元703，用于通过上述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

如图8所示，本发明实施例还提供了一种时间同步的系统，包括：第一设备801与第二设备802采用单纤双向连接，若第一设备801为上述实施例中的时间同步的装置，那么第一设备801为从设备第二设备802为主设备。

上述时间同步方法的执行主体为从设备，通过计算出Δt后，可以在slave的端口将Δt自动补偿，使收发延时对称，从而完成1588v2精确时间同步。该方法不依赖于GPS，消除了使用GPS带来的施工难度大以及不易于推广的问题；该时间同步的方法不需要下站，降低了施工和维护的难度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，上述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的光纤长度测量的方法、时间同步的方法、相应装置及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光纤长度的测量方法，其特征在于，包括：

在一根光纤中接收和发送光信号，所述光纤连接本设备与对端设备；

根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

根据所述时间延时以及光信号在所述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间所述光纤的长度。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时包括：

通过精密时钟协议计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和的一半，作为本设备与对端设备的时间延时。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述在一根光纤中接收和发送光信号包括：

通过单纤双向光模块在一根光纤中接收和发送光信号。

4.一种光纤长度的测量装置，其特征在于，包括：

光接收单元，用于接收光信号；

光发送单元，用于在所述光接收单元接收光信号的光纤中发送光信号；

延时计算单元，用于根据所述接收和发送光信号以及精密时钟协议计算本设备与对端设备的时间延时；

长度计算单元，用于根据所述时间延时以及光信号在所述光纤中单位长度的延时，计算本设备与对端设备间所述光纤的长度。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述延时计算单元包括：

第一延时计算单元，用于通过精密时钟协议计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和；

第二延时计算单元，用于计算光信号在本设备与对端设备间传输的延时之和的一半，作为本设备与对端设备的时间延时。

6.根据权利要求4或5所述装置，其特征在于，所述光接收单元和光发送单元为单纤双向光模块。

7.一种光纤长度的测量系统，其特征在于，包括：第一设备与第二设备采用单纤双向连接，若第一设备为权利要求4至6任意一项的光纤长度的测量装置则第二设备为对端设备。

8.一种时间同步的方法，其特征在于，包括：

根据权利要求1至3任意一项所述的光纤长度的测量方法计算得到本设备与对端设备间所述光纤的长度；

根据接收和发送的光信号的波长以及所述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

通过所述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

9.一种时间同步的装置，其特征在于，包括：

权利要求4至6任意一项的光纤长度的测量装置；

偏差计算单元，用于根据接收和发送的光信号的波长以及所述光纤的长度使用色散补偿公式计算收发延时不对称偏差；

补偿单元，用于通过所述收发延时不对称偏差对接收和发送的光信号进行补偿。

10.一种时间同步的系统，其特征在于，包括：第一设备与第二设备采用单纤双向连接，若第一设备为权利要求9中的时间同步的装置，那么第一设备为从设备第二设备为主设备。

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