CN102238719B - 时间同步方法、装置及分布式时间同步系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法、装置及分布式时间同步系统，其中，该方法包括：接收两个以上时间源信息作为时间同步参考；监测时间源信息的异常；在监测到其中一时间源信息异常时，选取另一时间源信息作为时间同步基准。本发明可以提高系统的可靠性，解决现有技术中时间同步可靠性低、网络维护困难等技术问题。本发明的时间同步系统还可以将时间服务器的时间源信息进行互为参考，增加时间同步系统的可靠性。

Description

时间同步方法、装置及分布式时间同步系统

技术领域

本发明涉及通信领域中传输与IP技术，具体地，涉及一种时间同步方法、装置及分布式时间同步系统。

背景技术

随着移动通信技术的发展，时分同步的码分多址(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，简称TD-SCDMA)、CDMA2000等系统均具有高精度时间同步需求，现有技术中可以通过在每个基站加装全球定位系统(GPS)模块来解决基站时间同步问题。考虑到国家安全和成本，还有一些采用对卫星时间源进行收敛集中，通过地面传输网络将卫星时间信息传送给各基站，从而不需在每个基站安装GPS模块以节省成本。网络传输时间采用精确时间协议(Precision Time Protocol，简称PTP)协议可满足高精度时间要求，在此种方式中，本地网上游节点安装时间服务器，时间服务器通过GPS等卫星接收系统获取高精度时间源，并将时间信息通过地面网络传送到网络下游的各基站。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1.当本地网上游节点的时间服务器无法溯源到时间源，比如卫星接收板卡出现故障时，该本地网覆盖范围内末端的几十或者上百个基站都无法获得准确时间，将导致基站失步，通话连接不能建立，系统可靠性低。

2.使用GPS等卫星时间源有可能出现以下情况：虽然系统和设备没有产生告警信息，但输出时间信息有错误导致时间偏差很大，由于此时没有告警信息，网络侧监测不到问题，但基站获取的是错误时间已造成不同步，给网络运行维护造成很大困难。

发明内容

本发明的第一目的是提出一种时间同步方法，以实现提高时间同步的可靠性。

本发明的第二目的是提出一种时间同步装置，以实现提高时间同步的可靠性。

本发明的第三目的是，提出一种分布式时间同步系统，以实现提高系统时间同步的可靠性。

为实现上述第一目的，根据本发明的一个方面，提供了一种时间同步方法，包括：接收两个以上时间源信息作为时间同步参考；监测时间源信息的异常；在监测到其中一时间源信息异常时，选取另一时间源信息作为时间同步基准。

其中，时间源信息可以包括：空中时间源、传输网传送的时间源或内部时间源。

优选地，监测时间源信息的异常可以包括：当两个时间源信息无异常告警时，监测两个时间源信息的时间差值；在两个时间源信息的时间差值大于第一预设值时，判断出现异常。

优选地，判断出现异常的操作可以进一步包括：

根据两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的时间源出现异常；和/或根据两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的时间源出现异常。

其中，两个时间源信息缓变的周期偏移可以通过以下方式获得：

监测到空中时间源和传输网传送的时间源信息的时间差值大于第二预设值时，保存上述两时间源周期时间段内的偏移；第二预设值小于第一预设值，周期时间段内的偏移以内部时钟源为参考周期。

为实现上述第二目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种时间同步装置，包括：接口模块，用于接收两个以上时间源信息；监测模块，用于监测每个时间源信息的异常状态；时间同步模块，用于在监测到其中一时间源信息异常时，选取另一时间源作为时间同步基准。

其中，监测模块可以包括：

异常状态子模块，用于监测时间源信息的异常告警信息；

异常判断子模块，用于监测到两个时间源信息的时间差值大于第一预设值时，判断出现异常；

异常分析子模块，用于分析出现异常的时间源信息。

异常分析子模块可以包括：

缓变分析单元，用于根据两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的时间源出现异常；和/或陡变分析单元，根据两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的时间源出现异常。

该装置可以位于分布式时间同步系统的时间服务器内。

为实现上述第三目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种分布式时间同步系统，包括至少一个用于本地时间同步的时间服务器，时间服务器包括上述时间同步装置，将时间同步基准信息传送至本地区域内的下游设备。

本发明各实施例的时间同步方法、装置及分布式时间同步系统，可以接收两个以上(包括两个)时间源信息，并监测和判断各时间源的异常，选择正常的时间源作为时间同步基准，可以提高系统的可靠性。本发明的时间同步系统还可以将时间服务器的时间源信息进行互为参考，通过分布式结构可增加时间同步系统的可靠性。

本发明一些优选实施例综合利用空中时间源和传输网传输的时间源以及内部时钟进行异常判断，可以有效检测时间信息，判断时间源有误的情况，获得更为准确的同步时间信息。本发明优选实施例还可以解决现有技术中没有告警但输出时间信息有误的技术难题，在此种情况下仍可有效判断出异常并进行告警，同时切换到正常的时间源输出，可提高运维系统的可操作性及可靠性，且不增加额外的成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明时间同步方法实施例一流程图；

图2为根据本发明时间同步方法实施例二流程图；

图3为根据本发明时间同步方法时间监测示意图；

图4为根据本发明分布式时间同步系统实施例示意图；

图5为根据本发明时间同步装置实施例一示意图；

图6为根据本发明时间同步装置实施例二示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

方法实施例

图1为根据本发明时间同步方法实施例一流程图，如图1所示，本实施例包括：

步骤S102：时间服务器接收两个以上时间源信息，如：空中时间源、通过网络传输来的时间源；或者空中时间源、网络传输时间源、内部时间源；或者空中时间源/网络传输时间源任一种、内部时间源；或者有多个网络传输时间源输入情况时，可利用网络选源算法(如PTP协议选源算法)从多个PTP时间源中自动选择获得一个最佳的网络传输时间源，并对最佳的网络传输时间源和空中时间源进行后续监测；

其中，空中时间源可以包括全球定位系统GPS、全球导航卫星系统GLoNAss、和北斗卫星系统中至少一个；

步骤S104：监测时间源信息的异常；例如，时间服务器同时监测接收到的空中时间和/或网络通过PTP协议传输的时间。当两者均无异常或降质告警，且两者时间差值在一定范围内，比如小于一个阈值α时，此时判定两者均为正常，其中阈值α具体数值的选取可取决于基站时间精度需求以及系统可靠性要求，如，+/-1.5微秒，+/-1微秒等。

监测空中时间源是否异常或故障产生异常告警的方式有多种，例如通过卫星接收卡的告警信息，或通过卫星接收卡来监视天线为开路或短路，或跟踪卫星的数量低于1颗则通过卡内串口上报告警，现有系统空中时间源异常告警或降质告警可由多种情况监测引发，比如GPS接收机没有卫星信号、GPS接收机电源有问题，GPS接收机的输出消息中获得降质告警等；

监测网络传输时间源是否异常，可以通过现有系统的PTP告警(如网络线路中断等引起)监测其异常状态，还可以从PTP协议中获得降质告警；

步骤S106：由于接收了两个时间源，在监测到其中一时间源信息异常时，选取另一时间源信息作为时间同步基准，举例如下：

假设接收空中时间源、通过网络传输来的时间源，则监测到其中一种时间源异常时选择另一时间源；假设接收空中时间源、以及内部时间源，则监测到空中时间源异常时采用内部时间源输出作为同步基准；假设接收网络传输时间源、以及内部时间源，则监测到网络传输时间源异常时采用内部时间源输出作为同步基准。

本实施例可以避免单一时间源造成精度低的风险，且监测时间源的异常，可实现提高系统可靠性，且便于运维系统的统一管理、可维护性好。

图2为根据本发明时间同步方法实施例二流程图。本实施例为监测时间源信息无异常告警时的判断过程，可解决现有技术中虽然没有告警信息，但输出时间信息有误，运维困难等技术难题。如图2所示，本实施例包括：

步骤S202：监测到两个时间源无异常告警，但时间差大于一预设值，如α时，判断出现了异常时间源；

步骤S204：根据该两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的为出现异常的时间源信息，此时步骤S106不采用该异常时间源，选取其他时间源作为同步基准；

步骤S206：如果上一步中没有缓变的周期偏移，此时可能是某一时间源产生突变，根据两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的为出现异常的时间源信息。

本实施例以两个时间源为例进行异常判断，具体应用中，如果接收了3个或更多时间源，可以在均无异常告警时，分别采用此方式进行两两判断，找出出现异常但无告警的时间源。在步骤S204或206判断出现异常的时间源之后，还可以进一步产生告警并上报，从而有效监测时间状态。通过图1实施例可知，在监测到有异常/降质告警时，不进行缓变周期偏移或短期陡变偏移进行后续异常判断，可以直接不选用有告警的那种时间源，只有在没有监测异常或告警，但监测出两个时间源的时间差却出现异常时，采用本实施例的方式进行异常判断和分析。

本实施例通过时间源的陡变偏移和长期的缓变偏移总量判断出异常时间源并上报告警，并进行后续选取切换正常时间源，从而可以极大提高运维可操作性和系统可靠性，避免出现时间同步精度低的问题，从而提高时间同步的精度，且可以对出现异常的时间源进行上报，降低了可维护的困难，方便管理和维护。

图3为根据本发明时间同步方法时间监测示意图。下面通过图3举例说明如何根据偏移量判断出异常时间源。

(1)陡变偏移：以时间服务器接收卫星GPS系统时间源或网络传输PTP时间源，与内部配置的原子钟或者晶体钟的频率作为参考周期为例进行陡变偏移的监测。

可以在时间服务器内存储一短期信息数据库，假设内部时钟最小计数时间周期为t，则该短期数据库保存并不断更新上次计数t时间内的一个或多个数据：TIMEA_p、TIMEB_p，分别表示内部时钟前一个计数时刻的卫星时间源和PTP时间源，具体应用时可以根据接收的时间源数目而确定短期数据库存储的数据。

假设监测到两个时间源信息的时间差大于第一预设值时的时间为count(简记为c)，利用该短期数据库保存的前一个计数时刻的时间TIMEA_p、TIMEB_p，以及内部时钟最小计数时间周期t，计算以下两个时间源的陡变偏移：

ΔA_SUM＝TIMEA_c-TIMEA_p-t

ΔB_SUM＝TIMEB_c-TIMEB_p-t

比较ΔA_SUM和ΔB_SUM的绝对值，两者较大的一个认为是异常时间源。

通过短期数据库可以判断出陡变偏移量大的为异常时间源，第(1)种方式可以单独使用，也可以结合下面的第(2)种方式使用。

(2)周期偏移：以时间服务器接收卫星GPS系统时间源以及网络传输PTP时间源，以内部配置的原子钟或者晶体钟的频率作为参考周期为例进行周期偏移的监测。可以在时间服务器内存储一长期信息数据库以存储缓变的周期偏移，假设根据内部时钟的频率作为参考周期T。

设定一个监测阈值β(β值小于α值)。当监测接收到的卫星时间和PTP时间两者差值超过β时，长期信息数据库开始记录参考偏移数据。假设卫星时间为A时间，PTP时间为B时间，开始记录的起始点时间分别记录为TIMEA_0和TIMEB_0，同时依据内部时钟频率进行计数，依据频率可推算出距离起始点时间的时间段，记录为COUNT。当以内部时钟推断的时间段COUNT到达一个周期T时，如果卫星时间和PTP时间两者差值并没有超过阈值α，则重新开始新一轮周期为T的记录，包括新一轮的起始点时间TIMEA_0、TIMEB_0，以及COUNT等，并且在长期信息数据库内保留上一轮时间T内监测的两个时间源信息偏移数据ΔA(n)和ΔB(n)，即长期信息数据库内保留时间源的偏移数据，以及最近一次周期的起始点时间TIMEA_0、TIMEB_0，如图3所示：

ΔA(n)＝TIMEA__T(n)-T-TIMEA__0(n)

ΔB(n)＝TIMEB__T(n)-T-TIMEB__0(n)

其中，n指第n轮T周期，TIMEA__T(n)，TIMEB__T(n)指第n轮T周期结束时刻的卫星时间和PTP时间，TIMEA__0(n)，TIMEB__0(n)指第n轮T周期的起始点时间的卫星时间和PTP时间。

如图3所示，当COUNT时刻卫星时间和PTP时间两者时间差值超过阈值α时(此时刻两者输出为TIMEA_c，TIMEB_c)，这时可根据长期数据库存储的周期偏移参考数据判别异常时间源。具体判别方法如下：

i.如果长期信息数据库不为空，则保留了前面n个T周期的ΔA(n)、ΔB(n)，以及本周期的起始点时间TIMEA_0、TIMEB_0，以及当前时刻(距离本周期起始点时间)的COUNT。计算两个时间源的总偏移量：

ΔA_SUM＝∑ΔA(n)+TIMEA_c-TIMEA_0-COUNT

ΔB_SUM＝∑ΔB(n)+TIMEB_c-TIMEB_0-COUNT

比较ΔA_SUM和ΔB_SUM的绝对值，两者较大的一个认为是异常时间源。

ii.如果长期信息数据库为空，则可以利用方式(1)的短期数据库保存的前一个计数时刻的时间TIMEA_p、TIMEB_p，以及内部时钟最小计数时间周期t，计算陡变偏移量：

ΔA_SUM＝TIMEA_c-TIMEA_p-t

ΔB_SUM＝TIMEB_c-TIMEB_p-t

比较ΔA_SUM和ΔB_SUM的绝对值，总偏移量较大的认为是异常时间源。

上述第(2)种方式中，当某时刻卫星时间和PTP时间两者时间差值已经小于阈值β时，可以清空长期信息数据库并不再进行记录，直到两者时间差值超过β时再开始记录。出现这种情况可能是某时刻两者有微小差别，但过了一段时间又趋于一致(小于阈值β)，则此时长期数据库记录已无参考价值，即没有缓慢偏移，可以停止记录，重新计时。

上述实施例以一个GPS时间源和一个PTP传输的时间源为例，说明根据内部时间频率为参考进行异常判断的过程。具体实现时，如果具有多个PTP时间输入情况时，可利用PTP协议的网络选源算法从多个PTP时间源中自动选择获得一个最佳的PTP时间，比如现有技术中比较路由跳数多少来决定等。从而仍然可以将最佳的PTP时间源和空中时间源进行比较。

图4为根据本发明分布式时间同步系统实施例示意图。如图4，在该系统中，在网络的不同地点分别设置多台时间服务器A、B、C。时间服务器B通过网络传送PTP协议为区域一内的基站设备提供时间；时间服务器C负责为区域二内的基站设备提供时间。时间服务器B和C经由网络与时间服务器A连接。时间服务器A、B和C都可以从GPS等空中时间源获取时间。时间服务器B和C还可以接收时间服务器A通过网络PTP协议传送的时间信息。每个时间服务器参考空中时间源、PTP时间源信息以及内部时钟频率信息，综合获得准确的时间信息。

其中，每个时间服务器同时获取卫星时间和PTP时间，还可以配置原子钟或者晶体钟作为内部时钟参考，并监测各时间源信息，当其中一种上报异常或降质告警时，选取另一种作为时间输出；当时间源均无异常或降质告警，且每两者时间差值在一定范围内时，认为时间源信息均为正常，此时可选取其中一种作为时间输出；当时间源均为正常无告警，但监测到其中两者时间差值超过一定范围时，比如大于阈值α时，依据图3所示的方法，判别出异常时间源，不予采用，选取另一种作为时间输出。同时对判别出的异常时间源产生告警并上报，从而有效地监控时间状态。

现有技术中各服务器并没有连接以及交互，本实施例将时间服务器的时间源信息进行互为参考，以此增加时间同步系统的可靠性。同时，时间服务器不仅监测异常状态，还进行异常判断，从而可以更为准确的判断时间信息异常并进行切换。解决了现有技术中没有告警信息但输出时间信息有误的技术难题，利用本发明各施实例在这种情况下仍可以有效监测出异常，并判别出异常时间源上报告警，同时切换到正常的时间源输出，从而极大地提高了运维可操作性和系统可靠性。另外，本系统中任一台时间服务器可以同时连接到网络中的多台时间服务器为其提供PTP时间输入，增加时间服务器数量和成本不多，不产生额外成本。

图5为根据本发明时间同步装置实施例一示意图，如图5所示，包括：

接口模块，用于接收两个以上时间源信息；

监测模块，用于监测时间源信息的异常状态，具体监测和判断异常的过程可参见方法实施例1-3及系统实施例的相关说明；

时间同步模块，用于在监测到其中一时间源信息异常时，选取一种时间源作为时间同步基准。

图6为根据本发明时间同步装置实施例二示意图。本实施例监测模块包括：

异常状态子模块，用于监测时间源信息的异常告警信息；

异常判断子模块，用于监测到两个时间源信息之间的时间差值大于第一预设值时，判断出现异常；

异常分析子模块，用于异常判断子模块判断出现异常时，分析出现异常的时间源信息。

其中，异常分析子模块可以包括：

缓变分析单元，用于根据两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的为出现异常的时间源信息，具体参见图3方法实施例相关说明；和/或

陡变分析单元，根据两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的为出现异常的时间源信息，具体参见图3方法实施例相关说明。

图6中还包括：缓变存储模块，用于在监测到两个时间源信息的时间差大于第二预设值小于第一预设值时，保存每个时间源信息周期时间段内的偏移；和/或陡变存储模块，用于保存每个时间源信息在预设时间内陡变的偏移。

图6所示的分布式系统时间同步装置可以位于分布式时间同步系统的时间服务器内。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种时间同步方法，其特征在于，包括：

接收两个以上时间源信息作为时间同步参考；

监测所述时间源信息的异常；

在监测到存在时间源信息异常时，选取其它时间源信息作为时间同步基准；所述时间源信息包括：空中时间源、传输网传送的时间源或内部时间源；

所述监测时间源信息的异常包括：

当两个以上所述时间源信息无异常告警时，监测所述每两个时间源信息的时间差值；

在所述两个时间源信息的时间差值大于第一预设值时，判断出现异常；判断出现异常的操作进一步包括：

根据所述两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的时间源出现异常；和/或

根据所述两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的时间源出现异常。

2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述两个时间源信息缓变的周期偏移通过以下方式获得：

监测到空中时间源和传输网传送的时间源信息的时间差值大于第二预设值时，保存上述两时间源周期时间段内的偏移；

所述第二预设值小于所述第一预设值，所述周期时间段内的偏移以内部时钟源为参考周期。

3.根据权利要求2所述的时间同步方法，其特征在于，进一步包括：

监测到所述空中时间源和传输网传送的时间源信息的时间差值大于所述第一预设值时停止保存所述周期时间段内的偏移；或者

监测到所述空中时间源和传输网传送的时间源信息的时间差值小于所述第二预设值时清空所述周期时间段内的偏移。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的时间同步方法，其特征在于，所述监测时间源信息的异常还包括：

所述时间源信息均无异常告警，且每两个时间源信息的时间差值在预设值内，任意选取一时间源作为时间同步基准。

5.一种时间同步装置，其特征在于，包括：

接口模块，用于接收两个以上时间源信息；

监测模块，用于监测每个时间源信息的异常状态；

时间同步模块，用于在监测到存在时间源信息异常时，选取其它时间源作为时间同步基准；所述时间源信息包括：空中时间源、传输网传送的时间源或内部时间源；所述监测模块包括：

异常状态子模块，用于监测两个以上所述时间源信息的异常告警信息；

异常判断子模块，用于监测到所述两个时间源信息的时间差值大于第一预设值时，判断出现异常；

异常分析子模块，用于分析出现异常的时间源信息；所述异常分析子模块包括：

缓变分析单元，用于根据所述两个时间源信息缓变的周期偏移，判断总偏移量大的时间源出现异常；和/或

陡变分析单元，根据所述两个时间源信息在预设时间内陡变的偏移，判断陡变偏移量大的时间源出现异常。

6.根据权利要求5所述的时间同步装置，其特征在于，还包括：

缓变存储模块，用于监测到空中时间源和传输网传送的时间源信息的时间差值大于第二预设值时，保存上述两时间源周期时间段内的偏移，所述第二预设值小于所述第一预设值，所述周期时间段内的偏移以内部时钟源为参考周期；和/或

陡变存储模块，用于保存每个所述时间源信息在预设时间内陡变的偏移。

7.根据权利要求5-6任一项所述的时间同步装置，其特征在于，位于分布式时间同步系统的时间服务器内。

8.一种分布式时间同步系统，包括至少一个用于本地时间同步的时间服务器，其特征在于，所述时间服务器包括权利要求5-7任一项所述的时间同步装置，将时间同步基准信息传送至本地区域内的下游设备。

9.根据权利要求8所述的分布式时间同步系统，其特征在于，每个所述时间服务器进一步包括：

空中接收模块，用于接收空中时间源信息；

传输接收模块，用于接收其它时间服务器传送的时间源信息。