CN102468898A

CN102468898A - 在时分复用网络中实现时间同步的方法、设备和系统

Info

Publication number: CN102468898A
Application number: CN2010105514893A
Authority: CN
Inventors: 詹喻平
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: WO2012065334A1; CN102468898B

Abstract

本发明公开了一种在时分复用网络中实现时间同步的方法、设备和系统。该方法包括：时钟主站点从外界获取时间信息作为基准时间，该时钟主站点为TDM网络的边界站点；该时钟主站点根据获取的基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。根据本发明，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高，及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间传递应用提供了保障。

Description

在时分复用网络中实现时间同步的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种在时分复用网络中实现时间同步的方法、设备和系统。

背景技术

随着网络和业务的发展，对时间传递的需求也越来越多，现阶段，还没有一种能在传输网络中有效传递时间的方法。时间同步既包括时钟频率的同步，又包括时钟相位的同步，并将时钟的相位以数值表示，即时刻。

目前业界应用广泛的时间同步技术大多采用GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)来解决，该技术中的每个站点上配置有一个GPS模块，用以将该站点同步到GPS时间上。另外，还有一种通过协议包进行时间同步的技术，该技术主要是通过带时间戳的协议包，实现各站点间的时间同步，该技术通常用在IP网络中，用以解决IP网络的时间同步问题。然而通过协议包传递时间时，由于系统中存在延时抖动问题，其时间同步的精度只能达到次微秒级标准。

TDM(Time Division Multiplex and Multiplexer，时分复用)网络(例如SDH光纤网络、微波网络)作为一种承载网络，也有时间同步的需求，如果采用上述GPS同步技术，其成本将比较高、并且也存在一定的安全风险。若采用上述带时间戳的协议包同步方式，则存在同步的精度不高的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种在时分复用网络中实现时间同步的方法、设备和系统，以至少解决上述的GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的方法，包括：时钟主站点从外界获取时间信息作为基准时间，时钟主站点为TDM网络的边界站点；时钟主站点根据获取的基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。

根据本发明的另一方面，提供了一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的设备，包括：基准时间获取模块，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；时间同步模块，用于根据基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。

根据本发明的又一方面，提供了一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的设备，包括：基准时间确定模块，用于以时隙传输方式与上级站点进行时间同步，将同步后的时间信息作为自身的基准时间；时间同步模块，用于根据自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

根据本发明的再一方面，提供了一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的系统，包括：时钟主站点和第一级站点，时钟主站点包括：第一基准时间确定模块，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；第一时间同步模块，用于根据基准时间与第一级站点以时隙传输方式进行时间同步；第一级站点包括：第二基准时间确定模块，用于将与时钟主站点同步后的时间信息作为自身的基准时间；第二时间同步模块，用于根据自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

通过本发明，采用对TDM网络中的各个站点以时隙传递方式逐级进行时间同步，因时隙传输方式是以指定时隙发送的时间戳，不存在延时抖动问题，保证了各个站点间的时间同步精度，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间传递应用提供了保障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例1的在TDM网络中实现时间同步的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例2的微波传输网络的组网示意图；

图3是根据本发明实施例2的微波传输网络中业务处理原理框图；

图4是根据本发明实施例2的微波传输网络中空口时间传递原理框图；

图5是根据本发明实施例2的微波传输网络中空口时间同步的消息交互示意图；

图6是根据本发明实施例2的有线与微波混合传输网络的组网结构示意图；

图7是根据本发明实施例3的在TDM网络中实现时间同步的设备的结构框图；

图8是根据本发明实施例4的在TDM网络中实现时间同步的设备的结构框图；

图9是根据本发明实施例5的在TDM网络中实现时间同步的系统结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例考虑TDM网络有别于纯IP网络，利用TDM网络中指定时隙传输时间固定的特性传递时间戳信息，从而达到TDM网络内部各站点间的时间同步。基于此，本发明实施例提供了一种在TDM网络中实现时间同步的方法、设备和系统。

实施例1

图1示出了根据本发明实施例的在TDM网络中实现时间同步的方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S102，时钟主站点从外界获取时间信息作为基准时间，该时钟主站点为TDM网络的边界站点；

其中，时钟主站点为预先从TDM网络的边界站点中选取的一个站点，该站点的时间信息来源可以是从GPS上获取，也可以通过与其他网络(例如IP网络)中的设备进行时间同步后得到(如带时间戳的协议包方式)。

步骤S104，该时钟主站点根据上述基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。其中，该时隙传输方式中的时隙指TDM时隙。

具体实现时，TDM网络的内部可以包括多个站点，为了描述清楚，将与该时钟主站点相邻的站点作为第一级站点，与第一级站点相邻的下一个站点作为第二级站点，以此类推。步骤S104具体可以包括：

1)时钟主站点根据基准时间以TDM时隙传输方式与第一级站点进行时间同步，该第一级站点为与TDM网络中与时钟主站点相邻的站点；

2)第一级站点将同步后的时间信息作为自身的基准时间；

3)对于TDM网络中除该时钟主站点之外的各级站点，上级站点根据自身的基准时间以时隙传输方式与下级站点进行时间同步，上级站点与下级站点为TDM网络中相邻的两节点。

上述1)步骤可以按照如下方式实现：

时钟主站点在TDM帧的指定时隙上发送同步消息给第一级站点，其中，该同步消息携带有当前的发送时间戳T1；

第一级站点接收到上述同步消息后提取T1，并记录接收同步消息的时刻T2；

第一级站点在TDM帧的上述指定时隙上返回延时请求消息，其中，该延时请求消息携带有当前的时间戳T3；

时钟主站点接收到延时请求消息后，记录接收该延时请求消息的时刻T4，并通过延时响应消息将T4返回给第一级站点；

第一级站点接收到上述延时响应消息后提取T4，根据T1、T2、T3和T4计算与时钟主站点的时间偏差，根据时间偏差进行时间同步补偿。例如：第一级站点与时钟主站点的时间偏差＝{(T1-T2)+(T4-T3)}÷2。

本实施例通过对TDM网络中的各个站点以时隙传输方式逐级进行时间同步，因以指定时隙发送的时间戳，不存在延时抖动问题，保证了各个站点间的时间同步精度，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间同步应用提供了保障。

实施例2

本实施例提供了一种在TDM网络中实现时间同步的方法，该方法以图2所示的微波传输网络的组网示意图为例进行说明，微波传输系统属于TDM传输方式，在每个微波空口两端，一个为“主端口(Master)”，用M表示；另一个为“从端口(Slave)”，用S表示，如图2所示。本实施例在微波传输网络内设一个主站点作为“时钟主站点”，时钟主站点位于网络边界，通过1588 V2协议(或时钟接口)同步于上级高精度时间，其他站点为从站点。主站点各接口只有主同步模式(Master)；从站点的时钟接受端口设为从同步模式(Slave)，当从站点需要向其他从站点提供时钟源时，其时钟发送接口需设置为主同步模式(Master)。微波传输网络内从站点以“主从同步模式”(Master-Slave)跟踪主站时钟，以主站时钟为基准，逐级下传，直到末端从站点。本实例的时间同步方法包括以下步骤：

第一步：微波网络从外部提取频率、时间信息。

如图2所示，微波网络中设置一个时钟主站点，由时钟主站点从外部提取时间，时间信息来源可以是GPS或通过带时间戳协议包的同步方式从外部设备获取。

第二步：微波网络各站点频率同步。

如图2所示，“Slave”端点可以从空口提取“Master”端点的时钟频率(微波射频套芯支持此功能)，并将本地系统时钟同步于空口时钟。这种“Master-Slave”时钟同步方式为现有技术中的方式，通过该方式，可以使得整个微波网络中各从站点时钟皆同步于时钟主站，从而达到整个微波网络站点的频率同步。

第三步：微波网络时间同步。

如图3所示，微波传输设备一般由IDU设备(Indoor Unit又称室内单元)，ODU(Outdoor Unit又称室外单元)设备及天线组成。ODU设备主要完成功率放大及射频收发功能。IDU设备主要由信号处理模块、MODEM(调制/解调)模块、AFE(Analog Front End，模拟前端)模块构成；各模块的功能如下：

信号处理模块：主要将各种业务进行复用/解复用处理、及信号编/解码功能；

MODEM(MOCDEM)：主要完成信号的调制/解调功能；

AFE模块：完成数字信号与模拟信号间转换；

ODU设备：主要完成功率放大、射频信号的收发。

“MODEM”模块、“AFE”模块、“ODU”设备和天线一起组成业务的物理传输通道。时间传递的功能在信号处理模块中实现。

如图4所示，为了实现时间传递，在信号处理模块中设置有“时间戳处理模块”和“时间计数器”2个功能模块。“时间戳处理模块”完成插入/提取时间戳信息功能。“时间计数器”模块完成本地时间生成，及为“插入时间戳模块”提供本地时间信息功能。

以图2的组网结构为例，在微波网络内部，时间传递的步骤及原理包括：时间同步从Master端到Slave端，Master端本地已具有标准时间(即该端所在站点自身的基准时间)，Slave端通过“Sync”、“Delay_Req”和“Delay_Resp”3个交互消息上的时间戳信息，计算出“Master”与“Slave”两端的时间差，并跟踪同步。具体消息交互参见图5，包括下述流程：

1)“Master”端在TDM帧中某个时隙发送“Sync”消息(即同步消息)，并在消息中打上本地时间戳(T1)。

2)“Slave”端接收“Sync”消息，并记录下接收时的本地时间(T2)。

3)“Slave”端在TDM帧中某个时隙返回一个“Delay_Req”消息(即，延时请求消息)，并在该消息中打上当时时间戳(T3)。

4)“Master”端接收“Delay_Req”消息，并记录下接收时的本地时间(T4)。

5)“Master”端通过“Delay_Resp”消息(即延时响应消息)将T4时间戳回传给“Slave”端。

6)“Slave”端根据T1、T2、T3和T4，计算出与“Master”端的时间偏差，并进行补偿即可实现同步要求。

如图5所示，T1为Master第k个Sync消息包发送的时间，T2为Slave接收第k个Sync消息包的时间，T3为Slave第k个Delay_Req消息包发送时间，T4位Master接收第k个Delay_Req消息包的时间。假设：

T_offset：“Master”与“Slave”两端时间偏差；

Δ_sync，k、Δ_delay，k：两次同步的时间间隔；

d_rk、d_fk：Master到Slave以及Slave到Master的延时；

则，主端口与从端口之间的消息传递延时分别为：

Δ_sync，k＝T_1k-T_2k＝T_offset-d_fk；

Δ_delay，k＝T_4k-T_3k＝T_offset+drk；

若Master到Slave与Slave到Master的延时相等，“Master”与“Slave”两端时间偏差为：

T_offset＝(Δ_sync，k+Δ_delay，k)÷2；

“Slave”端根据以上计算出来的时间偏差，调整本地时间计数器即可实现与“Master”端的时间同步。

第四步：微波网络对外提供时间信息。

微波网络各站点通过以上步骤达到时间同步，使各站点具有标准时间信息。当微波网络作为承载网与其它网络相连时，对外部设备提供标准的时间信息，实现传递时间的功能。以图6所示的有线与微波混合传输网络的组网结构示意图为例进行说明，微波网络中的边界节点通过相关技术与从有线网中的站点进行时间同步，并使用同步后的时间信息作为基准时间，按照上述方法进行微波网络内部各站点的时间同步。

实施例3

图7示出了根据本发明实施例的在TDM网络中实现时间同步的设备的结构框图，该时间同步设备可以设置在上述实施例中的时钟主站点上，其包括：

基准时间获取模块72，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；

时间同步模块74，与基准时间获取模块72相连，用于根据上述基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。

其中，以时隙传输方式逐级进行时间同步的具体方式可以采用实施例1或实施例2中的方式实现，这里不再赘述。

本实施例通过对TDM网络中的各个站点以时隙传输方式逐级进行时间同步，因在TDM网络中以指定时隙发送的时间戳，不存在延时抖动问题，保证了各个站点间的时间同步精度，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间传递应用提供了保障。

实施例4

图8示出了根据本发明实施例的另一种在TDM网络中实现时间同步的设备的结构框图，该时间同步设备可以设置在上述实施例中的TDM网络内部的站点上，其包括：

基准时间确定模块82，用于以时隙传输方式与上级站点进行时间同步，将同步后的时间信息作为自身的基准时间；

时间同步模块84，与基准时间确定模块82相连，用于根据自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

优选地，时间同步模块84包括：

同步接收单元，用于接收来自上级站点的同步消息，其中，同步消息携带有上级站点的第一发送时间戳T1；从同步消息中提取T1，并记录接收同步消息的时刻T2；

响应单元，用于在TDM帧的指定时隙上向上级站点返回延时请求消息，其中，延时请求消息携带有当前的时间戳T3；

延时响应接收单元，用于接收来自上级站点的延时响应消息，其中，延时响应消息携带有上级站点的第二发送时间戳T4；从延时响应消息中提取T4；

同步补偿单元，用于根据T1、T2、T3和T4计算与时钟主站点的时间偏差，根据时间偏差进行时间同步补偿。例如：第一级站点与时钟主站点的时间偏差＝{(T1-T2)+(T4-T3)}÷2。

本实施例通过对TDM网络中的各个站点以时隙传输方式逐级进行时间同步，因时隙传输方式是以指定时隙发送的时间戳，不存在延时抖动问题，保证了各个站点间的时间同步精度，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间传递应用提供了保障。

实施例5

图9所示为根据本发明实施例的在TDM网络中实现时间同步的系统的结构框图，包括：时钟主站点90和第一级站点92，其中，时钟主站点90位于TDM网络的边界，第一级站点92为TDM网络的内部站点，与时钟主站点90相连；

时钟主站点90包括：第一基准时间确定模块902，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；第一时间同步模块904，与第一基准时间确定模块902相连，用于根据基准时间与第一级站点92以时隙传输方式进行时间同步；

第一级站点92包括：第二基准时间确定模块922，用于将与时钟主站点同步后的时间信息作为自身的基准时间；第二时间同步模块924，与第二基准时间确定模块922相连，用于根据自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

第一时间同步模块904包括：第一发送单元，用于在TDM帧的指定时隙上发送同步消息给第一级站点92，其中，同步消息携带有当前的发送时间戳T1；第二发送单元，用于接收到延时请求消息后，记录接收延时请求消息的时刻T4，并通过延时响应消息将T4返回给第一级站点92；

第二时间同步模块924包括：同步接收单元，用于接收到同步消息后提取T1，并记录接收同步消息的时刻T2；响应单元，用于在TDM帧的上述指定时隙上返回延时请求消息，其中，延时请求消息携带有当前的时间戳T3；延时响应接收单元，用于接收到延时响应消息后提取T4；同步补偿单元，用于根据T1、T2、T3和T4计算与时钟主站点90的时间偏差，根据时间偏差进行时间同步补偿。

优选地，该系统还包括：n个站点，其中，n为大于等于1的整数；

第N级站点包括：时间接收模块，用于以时隙传输方式与第N-1级站点进行时间同步，将同步后的时间信息作为自身的基准时间；时间发送模块，用于根据自身的基准时间与第N+1级站点以时隙传输方式进行时间同步；其中，N＝n+1。

本实施例通过对TDM网络中的各个站点以时隙传输方式逐级进行时间同步，因时隙传输方式是以指定时隙发送的时间戳，不存在延时抖动问题，保证了各个站点间的时间同步精度，解决了GPS同步技术成本较高、安全风险较高、及带时间戳协议包的同步方式精度不高的问题，为TDM网络的时间传输应用提供了保障。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：以上实施例在TDM网络内部利用TDM工作方式可准确地传递时间信息的特性，采用时隙传输方式逐级进行时间同步，可大大提高时间在TDM网络中的传递精度，同时有效改善整个网络的时间传递精度，并节省了成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

1.一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的方法，其特征在于，包括：

时钟主站点从外界获取时间信息作为基准时间，所述时钟主站点为TDM网络的边界站点；

所述时钟主站点根据获取的所述基准时间与所述TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时钟主站点根据获取的所述基准时间与所述TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步包括：

所述时钟主站点根据所述基准时间以时隙传输方式与第一级站点进行时间同步，所述第一级站点为与所述TDM网络中与所述时钟主站点相邻的站点；

所述第一级站点将同步后的时间信息作为自身的基准时间；

对于所述TDM网络中除所述时钟主站点之外的各级站点，上级站点根据自身的基准时间以时隙传输方式与下级站点进行时间同步，所述上级站点与下级站点为所述TDM网络中相邻的两节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时钟主站点根据所述基准时间以时隙传输方式与第一级站点进行时间同步包括：

所述时钟主站点在TDM帧的指定时隙上发送同步消息给第一级站点，其中，所述同步消息携带有当前的发送时间戳T1；

所述第一级站点接收到所述同步消息后提取T1，并记录接收所述同步消息的时刻T2；

所述第一级站点在TDM帧的所述指定时隙上返回延时请求消息，其中，所述延时请求消息携带有当前的时间戳T3；

所述时钟主站点接收到所述延时请求消息后，记录接收所述延时请求消息的时刻T4，并通过延时响应消息将T4返回给所述第一级站点；

所述第一级站点接收到所述延时响应消息后提取T4，根据T1、T2、T3和T4计算与所述时钟主站点的时间偏差，根据所述时间偏差进行时间补偿。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一级站点根据T1、T2、T3和T4计算与所述时钟主站点的时间偏差包括：

所述第一级站点与所述时钟主站点的时间偏差＝{(T1-T2)+(T4-T3)}÷2。

5.一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的设备，其特征在于，包括：

基准时间获取模块，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；

时间同步模块，用于根据所述基准时间与TDM网络中的其它站点以时隙传输方式逐级进行时间同步。

6.一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的设备，其特征在于，包括：

基准时间确定模块，用于以时隙传输方式与上级站点进行时间同步，将同步后的时间信息作为自身的基准时间；

时间同步模块，用于根据所述自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述时间同步模块包括：

同步接收单元，用于接收来自上级站点的同步消息，其中，所述同步消息携带有所述上级站点的第一发送时间戳T1；从所述同步消息中提取T1，并记录接收所述同步消息的时刻T2；

响应单元，用于在TDM帧的指定时隙上向所述上级站点返回延时请求消息，其中，所述延时请求消息携带有当前的时间戳T3；

延时响应接收，用于接收来自所述上级站点的延时响应消息，其中，所述延时响应消息携带有所述上级站点的第二发送时间戳T4；从所述延时响应消息中提取T4；

同步补偿单元，用于根据T1、T2、T3和T4计算与所述时钟主站点的时间偏差，根据所述时间偏差进行时间同步补偿。

8.一种在时分复用TDM网络中实现时间同步的系统，其特征在于，包括：时钟主站点和第一级站点，

所述时钟主站点包括：第一基准时间确定模块，用于从TDM网络的外界获取时间信息作为基准时间；第一时间同步模块，用于根据所述基准时间与所述第一级站点以时隙传输方式进行时间同步；

第一级站点包括：第二基准时间确定模块，用于将与所述时钟主站点同步后的时间信息作为自身的基准时间；第二时间同步模块，用于根据所述自身的基准时间与下级站点以时隙传输方式进行时间同步。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

第一时间同步模块包括：第一发送单元，用于在TDM帧的指定时隙上发送同步消息给所述第一级站点，其中，所述同步消息携带有当前的发送时间戳T1；第二发送单元，用于接收到所述延时请求消息后，记录接收所述延时请求消息的时刻T4，并通过延时响应消息将T4返回给所述第一级站点；

第二时间同步模块包括：同步接收单元，用于接收到所述同步消息后提取T1，并记录接收所述同步消息的时刻T2；响应单元，用于在TDM帧的所述指定时隙上返回延时请求消息，其中，所述延时请求消息携带有当前的时间戳T3；延时响应接收单元，用于接收到所述延时响应消息后提取T4；同步补偿单元，用于根据T1、T2、T3和T4计算与所述时钟主站点的时间偏差，根据所述时间偏差进行时间同步补偿。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：n个站点，其中，n为大于等于1的整数；

第N级站点包括：

时间接收模块，用于以时隙传输方式与第N-1级站点进行时间同步，将同步后的时间信息作为自身的基准时间；

时间发送模块，用于根据所述自身的基准时间与第N+1级站点以时隙传输方式进行时间同步；

其中，N＝n+1。