CN102378350A - 时间同步方法、服务器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步方法、服务器及系统，其中，该方法包括：时间服务器接收地面集中时钟源发送的频率信息；所述时间服务器根据所述频率信息及初始时间计算时间，将所述时间信息发送下游基站。本发明可以解决现有技术中时间同步可靠性低的缺陷，在卫星长时间失效时仍可实现时间同步。

Description

时间同步方法、服务器及系统

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、服务器及系统。

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，对于TD-SCDMA系统，采用同频组网，如果两个基站的时间偏差超过系统临界值3微秒，会引起时隙间和上/下行帧间的干扰。对于CDMA2000系统，小区主导频码以时间相位区分，如果基站之间时间偏差超过10微秒，会引起导频码判断失误，小区识别和切换有问题。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或者对卫星接收时间源进行收敛集中，通过地面网络传输IEEE 1588协议将卫星时间信息传送给各基站。卫星接收源进行收敛集中不需在每个基站安装GPS模块，在此种方式中，上游时间服务器安装卫星接收机，接收卫星时间系统高精度时间源，并将时间信息通过地面网络传送到网络下游的各基站。本地网局部范围内基站的时间信息依靠上游时间服务器获得，不同区域分别由不同的时间服务器向下传递时间。

发明人发现现有技术中两种方式当卫星长时间失效时都无法实现时间同步，不能满足通信时间同步需求，系统可靠性低。

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服务器，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，提供了一种时间同同步方法，包括：时间服务器接收地面集中时钟源发送的频率信息；时间服务器根据频率信息及初始时间计算当前时间，将当前时间信息发送下游基站。

优选地，上述方法还可以包括：新加入的时间服务器与已运行的时间服务器进行时间同步，计算初始时间；新加入的时间服务器从地面集中时钟源接收频率信息，根据频率信息及初始时间进行频率守时并计算当前时间；新加入的时间服务器从已运行的时间服务器获得当前时间，与本地计算的当前时间进行时间差比较；当时间差小于预设的阈值时，新加入的时间服务器停止与已运行的时间服务器进行时间同步及结束时间差比较；新加入的时间服务器将计算的当前时间信息发送下游基站。

为实现上述第二目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种时间服务器，包括：频率输入单元，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；时间输入单元，用于获取初始时间；计算单元，用于根据频率信息及初始时间计算当前时间；时间输出单元，用于发送当前时间信息。该时间输出单元将当前时间信息发送下游的基站，或者根据新加入时间服务器的时间同步消息返回当前时间

为实现上述第二目的，根据本发明的另一个方面，还提供了另一种时间服务器，包括：频率输入单元，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；时间输入单元，用于与已运行的时间服务器进行时间同步，获取已运行时间服务器的时间；计算单元，用于根据与已运行时间服务器的同步时间计算初始时间，并根据频率信息及初始时间计算本地当前时间；时间输出单元，用于发送当前时间信息。

为实现上述第三目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种时间同步系统，包括：地面集中时钟源，用于向各个本地网时间服务器传送统一的频率信息；本地网时间服务器，用于根据初始时间以及所述频率信息计算当前时间，并将当前时间信息发送下游基站。

本发明各实施例的时间同步方法、服务器和系统，由于在地面建立高精度集中时钟源，并将统一的高精度频率信息发送各个本地网内的时间服务器。时间服务器获取到高精度频率信息，进一步根据初始化时配置的初始时间信息进行守时和计时，获得时间信息并输出。由于本发明初始时间能保证时间偏差较小，因此，下游的基站虽然从不同的时间服务器获得时间信息，仍能保持相对的时间同步，满足移动通信需求。本发明在运行过程中可以不需要依靠卫星接收系统，因此当卫星长时间失效时仍可实现时间同步，大大提高了系统可靠性。

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及系统实施例一示意图；

图2为根据本发明时间同步方法中初始时间示意图；

图3为根据本发明时间同步方法及系统实施例二示意图；

图4为图3中时间同步报文交互流程图；

图5为根据本发明时间服务器实施例一的示意图；

图6为根据本发明时间服务器实施例二示意图。

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及系统实施例一示意图。如图1所示，本实施例的时间同步系统包括：

地面集中时钟源A以及备用的地面集中时间源B，主要提供统一的高精度频率信息。

时间服务器A、时间服务器B、时间服务器C，接收地面集中时钟源A或B的频率信息，并且根据系统初始建设时输入的初始时间，以及接收到的频率信息，计算当前时间，并传送到本地网的下游各个基站，进行时间同步，其中当前时间＝初始时间+1/f×n，n为频率计数值，1/f为频率信息的周期。

本实施例的时间同步方法包括：

1、在地面集中建立一个高精度时钟源，如铯原子钟组等。为了提高可靠性，可在不同地点设立两个高精度时钟中心互为主备用。时间服务器同时接收两个高精度时钟中心的输出。在其中一个时钟中心发生故障时，时间服务器可选用另外一路高精度频率信号，并且通过时钟比对等方法提供高精度频率信号，时钟比对方法可应用于多台原子钟，采用时钟源之间进行相互比对，即测量它们之间的时差，当某台时钟输出有问题时能检测到，提高时钟源的准确度。

2、从这个高精度时钟源通过频率基准传输链路向各个本地网内的时间服务器A、时间服务器B或时间服务器C传送高精度频率信息。

3、时间服务器可以配置外频率输入接口，从外频率输入接口获取到高精度频率信息，时间服务器的本振时钟(较低等级)通过内部锁相环路锁定外部高精度频率信息。

4、时间服务器在系统初始建设时，配置输入初始时间信息。

5、时间服务器通过高精度频率信息和初始时间信息进行守时和计时，计算时间信息并输出。

6、每个本地网内的时间服务器通过IEEE 1588协议将时间信息传送给下游基站。

本实施例的系统和方法中，在地面建立高精度集中时钟源，并可以通过频率基准传输链路将高精度频率信息提供给各个本地网内的时间服务器。时间服务器获取到高精度频率信息，进一步根据初始化时配置的初始时间信息进行守时和计时，获得时间信息并输出传送给下游基站。本实施例当卫星长时间失效时仍可以通过地面高精度时钟源实现时间同步，大大提高时间同步的可靠性。各个时间服务器均依靠统一的高精度频率信息计时，时间性能基本一致，因此，下游的基站虽然从不同时间服务器获得时间信息，仍能保持相对的时间同步，即任意两个基站时间偏差在一定范围内，满足移动通信需求。

图2为根据本发明时间同步方法中初始时间示意图。图1实施例中，系统初始化建立时的本地网服务服务器会输入初始时间，本实施例为了保证不同时间服务器之间的时间偏差满足系统应用的高精度时间同步需求，时间服务器初始化时间如图2所示：

当系统初始建设时，每个时间服务器输入GPS或其他卫星时刻时间或者通过其他时间源统一输入一初始时间。假设地面集中的高精度时钟源提供的频率信息准确度为δ，则为保证各时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差α，进行时间服务器初始化输入时刻操作的时间差不得大于T：

T＝α/δ                            公式1

举例：对于TD-SCDMA系统应用，要求时间服务器的时间偏差不超过1微秒。高精度时钟源提供的频率信息准确度达到3×10^-12级别时，T＝1μs/3×10^-12＝3.8天。则所有初始建设的时间服务器输入初始时间要在3.8天内完成。

如图2，时间服务器A输入的初始时间t0，与时间服务器B输入的初始时间的时间差β小于T，这样能保证各时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差α。

图3为根据本发明时间同步方法及系统实施例二示意图。图3为当整个系统初始建设完成，已有时间服务器运行超过一定时间时，新加入的时间服务器获得初始时间的过程，如图3所示：

(1)时间服务器A为系统初始建立时的服务器，且已运行一段时间，时间服务器E为新加入的本地网时间服务器，这两个服务器均可以配备输入输出时间端口(也称接口、单元等)；

(2)新加入的时间服务器与已有运行的时间服务器通过如图3虚线所示的传输链路相连，同时，新加入的时间服务器E接收上游高精度时钟源传送的频率信息；

(3)传输链路两端已运行的时间服务器A的端口强制设置为主时钟状态，将新加入的时间服务器E端口设置为从时钟状态。

(4)新加入的时间服务器E与已运行的时间服务器A之间传送时间同步协议，如图4所示。

图4为图3中时间同步报文交互流程图。具体过程如下：

41：由于已运行的时间服务器A的端口强制设置为主时钟状态，新加入的时间服务器E端口设置为从时钟状态，因此当时间服务器A检测到新加入时间服务器E时，会首先在t1时刻向新加入的时间服务器E发送同步“Sync”消息，Sync消息包含有发送时间戳信息t1。

42：时间服务器E记下收到“Sync”消息时的时间t2；并在t3时刻发送延迟请求“Delay_Req”消息。

43：时间服务器A记下收到Delay_Req消息的时间t4，然后发送延迟响应“Delay_Resp”消息，携带t4时间告知时间服务器E。

假设上下行链路对称，链路传输时延为“Trans Delay”。

假设新加入的时间服务器E时钟与已运行的时间服务器A时钟的时间差值为Δ，则有：

(t2-Δ)-t1＝Trans Delay        公式2

t4-(t3-Δ)＝Trans Delay        公式3

由上面公式2、公式3计算出新加入的时间服务器E与已运行的时间服务器时钟的时间偏差量：

Δ＝[(t2-t1)+(t3-t4)]/2        公式4

在根据图4所示方法获得Δ后，时间服务器E即可获得初始时间，然后再通过地面集中时钟源接收频率信息，如图3所示，根据初始时间以及频率信息计算当前时间，输出至下游基站。

为保证新加入的时间服务器与原有运行的时间服务器相对偏差满足同步需求，上述图3以及图4计算出Δ后，还可以包括下面步骤：

1.新加入的时间服务器E时钟根据Δ纠正本地时间获得初始时间。

2.时间服务器E基于获得的初始时刻和高精度时钟源传送的频率计算本地时间。

3.时间服务器E同时继续与已运行的时间服务器A之间传送1588时间协议，并根据图4所示的方法计算Δ值。

4.当Δ值大于预设的阈值Φ，如Φ可设置为100ns，新加入的时间服务器E将根据Δ逐步调整本地时间，直到Δ值小于该预设的阈值Φ，本领域技术人员应了解，Φ可根据实际情况进行灵活设置，不限于本实施例所例举的100ns。

5.当检测到在一定时间段(可设置为一分钟)内的Δ值均小于阈值Φ时，判定加入的时间服务器初始化过程结束，即时间服务器E完成了高精度时钟源频率的跟踪过程以及和已有的时间服务器A的时间同步过程。之后，时间服务器E不再从时间服务器A获取时间，而是独立的基于高精度频率信息计算时间，并向下游网络传送。

上述各方法和系统实施例使得移动通信系统不再依赖卫星授时系统，时间同步做到可管可控，提高了整个系统的可靠性。本发明各施实例的时间服务器在每个本地网放置一台，不会额外增加费用，可以正常时依靠卫星接收机，卫星失效时依靠本方法仍可时间同步，或者不依赖卫星接收机仅使用本发明的地面集中时钟源也可。

图5为根据本发明时间服务器实施例一的示意图，本实施例主要从系统初始建立的时间服务器的运行以及内部结构进行说明，如图5所示，包括：

频率输入单元2，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；

时间输入单元4，用于获取初始时间，如从GPS或其他空中时间源获得初始时间；

计算单元6，用于根据频率输入单元2的频率信息及时间输入单元4获取的初始时间计算当前时间，当前时间＝初始时间+1/f×n，其中n为频率计数值，1/f为频率信息的周期；

时间输出单元8，用于发送当前时间信息。

其中，如图1和图2所示，时间输入单元2在T内从空中时间源获得初始时间；其中，T＝α/δ，δ为所述地面时钟源提供的频率信息准确度，α为保证时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差。

时间输出单元8可以将本地时间信息发送下游的基站，或者根据图4所示，与新加入时间服务器进行时间同步消息，在消息中返回本地当前时间。

图6为根据本发明时间服务器实施例二示意图。本实施例主要从系统初始建立并运行一段时间后新加入的时间服务器的运行以及内部结构进行说明，如图6所示，包括：

频率输入单元1，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；

时间输入单元3，用于与已运行的时间服务器进行时间同步，获取已运行时间服务器的时间，具体可参见图3或图4中的相关说明；

计算单元5，用于根据时间输入单元3与已运行时间服务器的同步时间计算初始时间，并根据频率输入单元1的频率信息及初始时间计算本地当前时间，计算初始时间可参见图3或图4中的相关说明；

时间输出单元7，用于发送本地时间信息。

计算单元5，进一步用于计算本地时间与已运行的时间服务器的时间差Δ＝[(t2-t1)+(t3-t4)]/2，根据该时间差及本地时间计算初始时间；

其中，Δ为新加入的时间服务器时间与所述已运行时间服务器时钟的时间差，t1、t2、t3、t4分别为根据所述时间输入单元获取的已运行时间服务器发送时间同步消息的发送时间、新加入时间服务器接收所述消息的时间、新加入时间服务器发送应答消息的时间、已运行时间服务器接收所述应答消息的时间，具体过程可参见图3或图4中的相关说明。

本实施例还可以包括：调整单元9，用于在时间差Δ大于预设的阈值时，继续通过时间输入单元3与已运行的时间服务器进行时间同步，并根据时间差调整本地时间。

可通过各种手段实施本文描述的技术。举例来说，这些技术可实施在硬件、固件、软件或其组合中。对于硬件实施方案，计算单元5或6可实施在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、其它经设计以执行本文所描述的功能的电子单元或其组合内。

对于固件和/或软件实施方案，可用执行本文描述的功能的模块(例如，过程、步骤、流程等)来实施所述技术。固件和/或软件代码可存储在存储器中并由处理器(例如，图6中的计算单元5)执行。存储器可实施在处理器内或处理器外部。

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 (15)

1.一种时间同步方法，其特征在于，包括：

时间服务器接收地面集中时钟源发送的频率信息；

所述时间服务器根据所述频率信息及初始时间计算当前时间；

将所述当前时间信息发送下游基站。

2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，根据所述频率信息及初始时间计算当前时间包括：

所述时间服务器根据空中卫星时间源获得所述初始时间；

根据所述频率信息及所述初始时间计算当前时间。

3.根据权利要求2所述的时间同步方法，其特征在于，所述时间服务器根据空中卫星时间源获得初始时间包括：

所述时间服务器在T内获得所述初始时间；

其中，T＝α/δ，δ为所述地面时钟源的频率信息准确度，α为时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差。

4.根据权利要求1-3任一项所述的时间同步方法，其特征在于，还包括：

新加入的时间服务器与已运行的时间服务器进行时间同步，计算所述新加入时间服务器的初始时间；

所述新加入的时间服务器从所述地面集中时钟源接收频率信息，根据所述频率信息及时间同步后计算的所述初始时间进行频率守时，计算当前时间；

所述新加入的时间服务器从所述已运行的时间服务器获得当前时间，与本地计算的当前时间进行时间差比较；

当所述时间差小于预设的阈值时，所述新加入的时间服务器停止所述时间同步并且结束所述时间差比较；

所述新加入的时间服务器将计算的当前时间信息发送下游基站。

5.根据权利要求4所述的时间同步方法，其特征在于，新加入的时间服务器与已运行的时间服务器进行时间同步，计算所述新加入时间服务器的初始时间包括：

所述新加入的时间服务器与所述已运行的时间服务器进行时间同步， 计算时间差Δ＝[(t2-t1)+(t3-t4)]/2；

根据所述时间差及本地时间计算初始时间；

其中，Δ为新加入的时间服务器时间与所述已运行时间服务器当前时钟的时间差，t1、t2、t3、t4分别为已运行时间服务器发送时间同步消息的发送时间、新加入时间服务器接收所述消息的时间、新加入时间服务器发送应答消息的时间、已运行时间服务器接收所述应答消息的时间。

6.根据权利要求5所述的时间同步方法，其特征在于，新加入的时间服务器与已运行的时间服务器进行时间同步，计算所述新加入时间服务器的初始时间之后还包括：

所述新加入的时间服务器与所述已运行的时间服务器继续进行时间同步，计算所述时间差Δ；

当所述时间差Δ大于预设的阈值时，根据所述时间差调整本地时间。

7.一种时间服务器，其特征在于，包括：

频率输入单元，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；

时间输入单元，用于获取初始时间；

计算单元，用于根据所述频率信息及初始时间计算当前时间；

时间输出单元，用于发送所述当前时间信息。

8.根据权利要求7所述的时间服务器，其特征在于，所述时间输入单元在T内从空中时间源获得所述初始时间；

其中，T＝α/δ，δ为所述地面时钟源提供的频率信息准确度，α为保证时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差。

9.根据权利要求7或8所述的时间服务器，其特征在于，所述时间输出单元将所述时间信息发送下游的基站，或者根据新加入时间服务器的时间同步消息返回当前时间。

10.一种时间服务器，其特征在于，包括：

频率输入单元，用于接收地面集中时钟源发送的频率信息；

时间输入单元，用于与已运行的时间服务器进行时间同步，获取已运行时间服务器的时间；

计算单元，用于根据与所述已运行时间服务器的同步时间计算初始时间，并根据所述频率信息及所述初始时间计算本地当前时间； 

时间输出单元，用于发送所述当前时间信息。

11.根据权利要求10所述的时间服务器，其特征在于，所述计算单元，进一步用于计算本地时间与所述已运行的时间服务器的时间差Δ＝[(t2-t1)+(t3-t4)]/2，根据所述时间差及本地时间计算初始时间；

其中，Δ为新加入的时间服务器时间与所述已运行时间服务器时钟的时间差，t1、t2、t3、t4分别为根据所述时间输入单元获取的已运行时间服务器发送时间同步消息的发送时间、新加入时间服务器接收所述消息的时间、新加入时间服务器发送应答消息的时间、已运行时间服务器接收所述应答消息的时间。

12.根据权利要求11所述的时间服务器，其特征在于，还包括：

调整单元，用于在所述时间差Δ大于预设的阈值时，继续通过所述时间输入单元与所述已运行的时间服务器进行时间同步，并根据所述时间差调整本地时间。

13.一种时间同步系统，其特征在于，包括：

地面集中时钟源，用于向各个本地网时间服务器传送统一的频率信息；

本地网时间服务器，用于根据初始时间以及所述频率信息计算当前时间，并将所述当前时间信息发送下游基站。

14.根据权利要求13所述的时间同步系统，其特征在于，每个所述本地网时间服务器在T内从空中卫星时间源获得所述初始时间，其中，T＝α/δ，δ为所述地面集中时钟源提供的频率信息准确度，α为保证时间服务器间的相对误差小于系统要求的最大时间偏差。

15.根据权利要求13或14所述的时间同步系统，其特征在于，还包括：

新加入的时间服务器，用于与已运行的所述本地网时间服务器进行时间同步，获得初始时间；从所述地面集中时钟源接收频率信息，根据所述频率信息及初始时间进行频率守时并计算当前时间；当本地计算的当前时间与所述本地网时间服务器的当前时间的时间差小于预设的阈值时，将计算的当前时间信息发送下游基站。 

Images