CN102420667A - 一种基于同步数字体系的时间同步网的系统与实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于同步数字体系的时间同步网的系统与实现方法，该系统包括：主时钟，用于为整个时间同步网提供标准时间信号；同步数字体系模块，连接到主时钟，用于接收并发送主时钟提供的标准时间信号；从时钟，连接到同步数字体系模块，接收同步数字体系模块传送的主时钟标准时间信号，同步对时。本发明充分利用现有的通信资源，在真实的通信网络环境下运行，能够适应SDH网络的倒换，而不影响同步网的指标；系统的同步精度能够完全达到与跟踪卫星相同的水平，时间同步的精确度显著提高，实现时间同步的精确度可以达到小于1微秒，这是地面时间同步网的前沿指标。

Description

一种基于同步数字体系的时间同步网的系统与实现方法

技术领域

本发明涉及时间同步技术领域，特别涉及一种基于同步数字体系的时间同步网的系统与实现方法。

背景技术

随着科学技术不断发展，各行各业对时间同步的要求越来越高，针对时间同步进行的研究也一直在不断的进行。最原始的方法是，在本地相应的安装一台GPS接收器。后来人们意识到，每一个局部的点都与GPS进行对时，安全和质量都得不到保障，也无法形成一个“网”的系统。

针对“时间同步网”的研究和应用，首先出现的是利用数字数据网传送DCLS，也就是未调制的直流IRIG-B码的技术。就是在省一级的机房建一套时间服务器，这套时间服务器跟踪的是GPS，从GPS获得精确的时间，然后系统输出很多的DCLS时间信号，每一路DCLS连接到数字数据网设备上，点对点传送到地市级的机房。在地市级的机房配置了一台接收设备，专门接收省级传来的DCLS时间信号，并与之保持同步。这种方式的同步是单向的，上游往下游传送时间，下游不再返回信号给上游。下游的设备需要对传输链路造成的时延进行手工补偿，通常补偿的数值在毫秒量级。补偿后下游设备基本能稳定在10-20微秒范围。

采用数字数据网传送DCLS的方法，有其明显的缺陷。一方面受制于网络条件，由于数字数据网仅仅是一个阶段的产品，没有得到广泛的推广和应用，因此基于这种网络的时间同步网络也就缺少推广的价值。另外，该方法的同步精度处于10-20微秒级别，没有达到一些业务的精确度要求。

后来又出现了利用同步数字体系，也就是SDH传输秒脉冲的方法建立时间同步网。这种方式改变了以往单向传输的理念，在主时钟和从时钟之间互相发送脉冲信号，从时钟由此估算路径上的延迟，自行补偿与同步。这种方法的时间精度在落在1微秒的范围以内。

但是由于脉冲信号不是数字信号，无法承载状态信息，因此不能有效滤除传输设备造成的阻塞、中断、错位，不能100％保证同步的质量。特别是当SDH发生倒换的时候，脉冲信号没有时标信息，无法计算出倒换带来的延时变化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用同步数字体系也就是SDH传送PTP协议的新型时间同步网的系统与实现方法，实现时间同步的精确度可以达到小于1微秒，并且可以适应SDH网络的倒换，具体技术方案如下：

一种基于同步数字体系的时间同步网的系统，该系统包括：

主时钟，用于为整个时间同步网提供标准时间信号；

同步数字体系模块，连接到主时钟，用于接收并发送主时钟提供的标准时间信号；

从时钟，连接到同步数字体系模块，接收同步数字体系模块传送的主时钟标准时间信号，同步对时。

所述提供标准时间信号为PTP协议信号，所述主时钟进一步提供至少1路满足IEEE1588v2标准的PTP端口。

所述主时钟提供标准时间信号为：主时钟时间信号取自GPS、北斗或铯钟。

在同步数字体系模块的接收信号端和发送信号端各进一步设置协议转换器。

一种基于同步数字体系的时间同步网的实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、开启主时钟，主时钟向同步数字体系发送以太端口的PTP信号；

B、以太端口的PTP信号进入同步数字体系接收端的协议转换器进行协议转换，将以太信号转换成2M信号，进入同步数字体系；

C、同步数字体系将PTP信号传送到从时钟所在的位置，2M端口的PTP信号进入同步数字体系发送端口的协议转换器进行协议转换，将2M端口转换为以太端口，进入从时钟；

D、从时钟根据PTP信号进行同步对时。

该方法进一步包括：

从时钟开启之后，进入锁定状态，用专业的时间精度测量仪表测量从时钟的1PPS输出精度，并对从时钟进行对应的补偿。

根据以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是：利用现有的通信资源，能够在真实的通信网络环境下运行；能够适应SDH网络的倒换，而不影响同步网的指标；系统的同步精度能够完全达到与跟踪卫星相同的水平，时间同步的精确度显著提高，实现时间同步的精确度可以达到小于1微秒，这是地面时间同步网的前沿指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为主时钟上增加同等性能指标的PTP输出端口的实施例示意图；

图2为主时钟接入分配器或者交换机的实施例示意图；

图3为时间同步系统分级同步示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

本发明所述基于同步数字体系的时间同步网的系统，主要结构包括主时钟、同步数字体系模块和从时钟，具体如下：

首先需要建立主时钟。主时钟是为整个时间同步网提供标准时间信号的装置。主时钟提供至少1路满足IEEE1588v2标准的PTP端口。主时钟的时间信号可以取自不同的源，例如GPS、北斗、铯钟等，可以取一个或者多个。主时钟自身可以是冗余设备也可以是非冗余设备。主时钟内部配置可以采用是铷原子钟或者高性能的晶体钟，也可在不影响整体方案的前提下选择其他，但要求主时钟在锁定外部时间源的前提下，输出PTP的精度优于200纳秒。

其次建立PTP从时钟，是指通过网络与上游主时钟通过PTP协议的方式进行时间同步对时的时钟设备。在本发明中从时钟有两种类型，种是接收并同步于上游主时钟后既要提供时间应用给本地的用户，又要继续将时间信号再通过SDH传至更下一级的从时钟，这种节点称之为二级时间服务器，与二级时间服务器同步的这种节点称之为三级时间服务器；另一种是接收并同步于上游的主时钟或二级时间服务器后，仅提供时间应用给本地的用户，不需要再将时间信号往下传送。

从时钟内部振荡器可配置例如铷钟或者高性能的恒温晶体中，也可以在不影响整体方案的情况下做其他选择。从时钟输出的时间信号可以灵活选择，当只是为提供本地对时服务时，输出信号可以为4-6路的DCLS信号；当需要继续通过SDH向下传送时间信号时，输出接口除4-6路DCLS外，还要提供PTP输出端口。

本发明所述时间同步网为星型结构，即一台主时钟同时为多台从时钟提供授时服务。因此，需要对主时钟的PTP输出端口进行扩展。可以在主时钟设备上增加同等性能指标的PTP输出，也可采用类似信号分配器或交换机之类的设备。信号分配器还是交换机，要求输出PTP信号的精度相对输入信号不超过100纳秒。

参照图1，为主时钟上增加同等性能指标的PTP输出端口的实施例；图2为接入分配器或者交换机的实施例。

本发明所述同步数字体系模块，连接主时钟与从时钟，完成二者之间时间信号的传送，还可以用于连接二级服务器和三级服务器。在具体实施例中，同步数字体系模块传送PTP信号有如下方式，PTP输出端口在接入到SDH传输设备之前，需要进行协议转换，将以太的PTP端口转换成2M的PTP端口，以便直接连接到SDH设备上。从协议转换器出来的PTP的2M端口接入到SDH设备后，传输到各个不同远近的站点。这些站点的SDH的2M输出端口又要连接一个2M转以太的协议转换器。协议转换器出来的PTP信号可直接接入到PTP从时钟。在进行PTP协议转换过程中，从信号进入到信号送出，这个过程的时延相对稳定，延时的变化应小于200ns，最大变化不应超过1000ns。

另外，本发明所述利用基于同步数字体系的时间同步网实现时间同步的方法，具体步骤如下：

1、开通主时钟，并确保锁定外部时间信号，确保SDH系统正常运行；确保SDH的2M通道设置正确；

2、开启从时钟，确保从时钟能接收到主时钟的PTP信号，待从时钟进入锁定状态，用专业的时间精度测量仪表测量从时钟的1PPS输出精度，并对从时钟进行对应的补偿，补偿后从时钟的输出精度会稳定在1微秒范围内。至此，时间同步网系统建成；

3、主时钟发送以太端口的PTP信号，PTP信号经过协议转换器，转换为2M端口的PTP信号，接入到SDH设备；

4、2M端口的PTP信号经过SDH传输到从时钟所在位置后，再次进入协议转换器，由2M端口转换为以太端口的PTP信号，进入从时钟；

5、从时钟根据PTP信号进行同步对时。

在具体实施例中，为了提供极端情况下网络瘫痪时的备用时间基准信号，可以在从时钟设备内嵌一个GPS或GPS/北斗双模接收板，可以用来控制该接收板与PTP输入端口的主备用关系，也可强制关闭卫星接收机的功能。此外，当后续时间同步网的运行过程中出现SDH网络的彻底中断，而需要重新对从时钟进行固定路径偏差的补偿时，可以远程开启GPS/北斗接收机，仅用作补偿所需的基准信号。

另外，参照图3，本发明中还采用了分级同步的设计，即从时钟发送PTP信号到下一级从时钟进行同步。与主时钟直接同步的从时钟称之为二级时间服务器，与二级时间服务器同步的从时钟称之为三级时间服务器。二级服务器向三级服务器传送PTP信号的过程与主时钟向从时钟传输PTP信号的过程一致。

需要继续提供PTP输出的从时钟可以采用支持边界时钟功能的设备，也可以采用模拟边界时钟功能的设备。该功能就是在从时钟的基础上增加一块PTP主时钟的卡板，这块卡板接收从时钟内部同步上游信号时生成的1PPS/TOD，然后重新生成PTP输出信号。

由于通过SDH的2M传送PTP信号的方式是点对点的，所以如果不分层次，把所有的从时钟都排列在同等级别，都同时与主时钟进行同步对时，那么，主时钟的这个站点的2M通道就需要很多，这对实际应用是有相当困难的。因此，本发明把不同的从时钟分成两个等级，三级的设备不再与主时钟同步对时，而是直接与某些二级设备同步对时。相应地，减少了主时钟侧的2M压力，把部分2M通道的需要下移到二级服务器。理论上，还可以继续往下延伸四级节点、五级节点甚至更多，但是，由于每增加一个层次，从时钟的同步精度就会下降，因此，从实际情况看，两级的网络可能是比较现实的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于同步数字体系的时间同步网的系统，其特征在于，该系统包括：

主时钟，用于为整个时间同步网提供标准时间信号；

同步数字体系模块，连接到主时钟，用于接收并发送主时钟提供的标准时间信号；

从时钟，连接到同步数字体系模块，接收同步数字体系模块传送的主时钟标准时间信号，同步对时，时间同步的精确度小于1微秒。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于：所述提供标准时间信号为PTP协议信号，所述主时钟进一步提供至少1路满足IEEE1588v2标准的PTP端口。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述主时钟提供标准时间信号为：主时钟时间信号取自GPS、北斗或铯钟。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于：在同步数字体系模块的接收信号端和发送信号端各进一步设置协议转换器。

5.一种利用基于同步数字体系的时间同步网实现时间同步的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、开启主时钟，主时钟向同步数字体系发送以太端口的PTP信号；

B、以太端口的PTP信号进入同步数字体系接收端的协议转换器进行协议转换，将以太信号转换成2M信号，进入同步数字体系；

C、同步数字体系将PTP信号传送到从时钟所在的位置，2M端口的PTP信号进入同步数字体系发送端口的协议转换器进行协议转换，将2M端口转换为以太端口，进入从时钟；

D、从时钟根据PTP信号进行同步对时。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，该方法进一步包括：

从时钟开启之后，进入锁定状态，用专业的时间精度测量仪表测量从时钟的1PPS输出精度，并对从时钟进行对应的补偿。

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