CN102833027A - 一种基于时间偏移的同步状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于时间偏移的同步状态监测方法，通过接口1588v2时间同步的PTP协议模块，获取时间同步周期计算的时间偏移数据Offset和偏移数据产生的时间TOD信息，对采集的Offset进行计算分析，得出对应的数据同步状态的同步状态指示信息，将Offset的值、同步状态指示信息和对应的TOD信息，通过网管系统接口传递给网管系统NMS，NMS将接收的数据进行储存，进行对应图像化显示，并根据数据同步状态指示触发相应告警。本发明所述的方法，基于1588v2时间同步的时间戳机制，通过接口时间同步协议层，采集时间同步计算的偏移数据，进行数据计算分析，上报网管服务器进行数据的长期存储、图形化显示和触发同步状态异常告警。

Description

一种基于时间偏移的同步状态监测方法

技术领域

本发明涉及1588v2时间同步的同步状态监测，具体说是一种基于时间偏移的同步状态监测方法。尤指一种1588v2时间同步的同步状态监测方法，能够对光通信网络中具有1588v2时间同步功能的节点的同步运行状态进行长期实时监测和分析。

背景技术

光通信网络作为现代移动通信业务承载网络，随着技术的进步，需要具备时间同步功能，将时间同步信息传送给每个网络节点，实现高精度的时间同步。1588v2时间同步技术是一种被广泛采纳并应用的技术方案。但是，随着承载网络规模的扩大，时间同步网络中节点数目也越来越多。如何对承载网络中的时间同步节点进行运维管理，由于标准的缺失，成为目前研究的重要课题。尤其是1588v2时间同步大规模应用中同步状态监控缺失，导致故障定位困难，1588v2时间同步技术在大规模组网应用中，如何监控每个节点的长时间运行状态，如何定位故障节点和类型，缺乏有效的技术手段，这给1588v2时间同步技术的推广、运用、普及带来困扰，形成了很大的障碍，迫切需要得到解决。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于时间偏移的同步状态监测方法，解决1588v2时间同步大规模应用中同步状态监控缺失，故障定位困难的技术问题，是对1588v2时间同步长时间运行运行状态进行监测和故障时定位的有效方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过接口1588v2时间同步的PTP协议模块，获取时间同步周期计算的时间偏移数据Offset和偏移数据产生的时间TOD信息，

对采集的时间偏移数据Offset进行计算分析，得出对应的数据同步状态的同步状态指示信息，

将时间偏移数据Offset的值、同步状态指示信息和对应的偏移数据产生的时间TOD信息，通过网管系统接口传递给网管系统NMS，

网管系统NMS将接收的数据进行储存，进行对应图像化显示，并根据数据同步状态指示触发相应告警。

在上述技术方案的基础上，由协议接口单元PIU负责接口1588v2时间同步的PTP协议模块，采集所需要的数据，其中：

时间偏移数据Offset，是由PTP协议，根据从时钟Slave与主时钟Master之间报文交互所采集的时间戳，计算出来的当前本地时间与上游主时间之间的偏差值，时间偏移数据Offset包括秒域数据和纳秒域数据；

偏移数据产生的时间TOD信息，是时间偏移数据Offset的值产生时刻的时间，只需要精确到秒域。

在上述技术方案的基础上，协议接口单元PIU进行数据采集的周期根据系统的不同，由时间同步周期来确定，与之一致，时间同步周期的典型值为1秒；

对于时间同步周期小于1秒的系统，需要记录同一秒内所有时间偏移数据Offset，然后取平均值作为时间偏移数据Offset，该秒即为时间偏移数据Offset的值产生时刻TOD；

对于时间同步周期大于1秒的系统，则通过插值扩展的方式将数据按照1秒为单位进行记录。

在上述技术方案的基础上，由计算分析单元ACU负责对采集到的时间偏移数据Offset进行分析计算，以确定节点时间同步的状态是否有异常，具体的分析过程如下：

步骤1，Offset越限分析：单个时间偏移数据Offset超过门限范围，确认为同步出现较大跳动，为异常状态，设置该数据状态Status为“偏移越限”，否则设置该数据状态Status为“偏移正常”；

所述门限范围的设置，根据系统时间同步精度设计要求来确定，门限典型值为±250ns，

步骤2，Offset离散性分析：对采集的时间偏移数据Offset的数据集进行标准差运算，对于标准差超过门限值的，认为同步状态不稳定，如果数据集第一个数据对应的数据状态Status为“偏移正常”，则修改该数据状态Status为“离散越限”；

如果该数据的状态为“偏移越限”，则不作修改；

计算的数据集的长度典型值为100，离散门限典型值为30ns。

在上述技术方案的基础上，由网管接口单元NMSI负责将计算分析单元ACU处理后的数据传送给NMS，数据传送周期与计算分析周期一致，所传递的数据分为两种类型：

第一种为偏移数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，这里所述偏移数据状态Status有两种状态：偏移正常和偏移越限，对应于计算分析单元ACU的步骤1的分析结果，

第二种为状态数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，偏移数据状态Status，这里所述偏移状态数据有三种状态：偏移正常，偏移越限，离散越限，对应于计算分析单元ACU的步骤2的分析结果。

在上述技术方案的基础上，数据存储单元DSU运行于NMS，负责接收网管接口单元NMSI传送过来的数据并进行存储，

存储的数据包含以下信息：

偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，按照偏移数据产生的时间顺序储存，

当数据存储单元DSU接收到状态数据时，则需要根据携带的TOD信息，对应更新存储数据的偏移数据状态；

数据存储单元DSU应至少保存72小时的数据以供分析查阅，并支持数据的导出保存。

在上述技术方案的基础上，图形处理单元GPU负责根据数据存储单元DSU保存的数据，将数据进行图形化处理，便于对同步状态的观察；

图形处理单元GPU能将DSU保存的数据处理成折线图进行显示，支持整体和分页显示，处理原则如下：

原则1，以TOD信息为X轴,以记录的第一个数据的TOD为原点；

原则2，以Offset信息为Y轴，单位为纳秒；

原则3，根据Status信息，将对应折线显示为不同颜色。

在上述技术方案的基础上，“偏移正常”显示为蓝色，“偏移越限”显示为红色，“离散越限”显示为橙色。

在上述技术方案的基础上，告警单元ALMU负责及时查询数据存储单元DSU保存的数据，根据偏移数据状态，触发该时间点的告警，提醒维护者注意同步状态出现异常；

告警单元ALMU有两类告警：

第一类告警：偏移越限告警，关联“偏移越限”数据状态，指示时间同步出现大的跳动；

第二类告警：偏移离散告警，关联“离散越限”数据状态，指示时间同步出现不稳定状态。

本发明所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，基于1588v2时间同步的时间戳机制，通过接口时间同步协议层，采集时间同步计算的偏移数据，进行数据计算分析，上报网管服务器进行数据的长期存储、图形化显示和触发同步状态异常告警，有效地解决了1588v2时间同步大规模应用中同步状态监控缺失，故障定位困难的技术问题。

附图说明

本发明有如下附图：

图1 为功能模块框图

图2 为数据插值扩展示例

图3 为数据存储结构例图

图4 为数据状态转移图

图5 为状态数据结构例图

图6 为偏移正常典型图形示例

图7 为偏移越限典型图形示例

图8 为离散越限典型图形示例

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案的更加清晰明了，下面结合附图和实例对本发明进行进一步的说明。此处的说明仅限于解释，并不限定本发明。

本发明所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，包括以下步骤：

通过接口1588v2时间同步的PTP协议模块，获取时间同步周期计算的时间偏移数据Offset和偏移数据产生的时间TOD信息，

对采集的时间偏移数据Offset进行计算分析，得出对应的数据同步状态的同步状态指示信息，

将时间偏移数据Offset的值、同步状态指示信息和对应的偏移数据产生的时间TOD信息，通过网管系统接口传递给网管系统NMS，

网管系统NMS将接收的数据进行储存，进行对应图像化显示，并根据数据同步状态指示（同步状态指示信息）触发相应告警。

在上述技术方案的基础上，如图1所示，由协议接口单元PIU负责接口1588v2时间同步的PTP协议模块，采集所需要的数据，其中：

时间偏移数据Offset，亦可称为时间偏移值，是由PTP协议，根据从时钟（Slave）与主时钟（Master）之间报文交互所采集的时间戳，计算出来的当前本地时间与上游主时间之间的偏差值，时间偏移数据Offset包括秒域（s）数据和纳秒域数据（ns）；

偏移数据产生的时间TOD信息，亦可称为日时间，是时间偏移数据Offset的值产生时刻的时间，只需要精确到秒域。

在上述技术方案的基础上，协议接口单元PIU进行数据采集的周期根据系统的不同，由时间同步周期来确定，与之一致，时间同步周期的典型值为1秒；

对于时间同步周期小于1秒的系统，需要记录同一秒内所有时间偏移数据Offset，然后取平均值作为时间偏移数据Offset，该秒即为时间偏移数据Offset的值产生时刻TOD；

对于时间同步周期大于1秒的系统，则通过插值扩展的方式将数据按照1秒为单位进行记录。

在上述技术方案的基础上，由计算分析单元ACU负责对采集到的时间偏移数据Offset进行分析计算，以确定节点时间同步的状态是否有异常，具体的分析过程如下：

步骤1，Offset越限分析：单个时间偏移数据Offset超过门限范围，确认为同步出现较大跳动，为异常状态，设置该数据状态（Status）为“偏移越限”，否则设置该数据状态（Status）为“偏移正常”；

所述门限范围的设置，根据系统时间同步精度设计要求来确定，门限典型值为±250ns，对于超过门限范围（>±250ns）的时间偏移数据Offset的值，均确定为“偏移越限”；

步骤2，Offset离散性分析：对采集的时间偏移数据Offset的数据集进行标准差（Standard Deviation）运算，对于标准差超过门限值的，认为同步状态不稳定，如果数据集第一个数据对应的数据状态（Status）为“偏移正常”，则修改该数据状态（Status）为“离散越限”；

如果该数据的状态为“偏移越限”，则不作修改；

计算的数据集的长度典型值为100，离散门限典型值为30ns。

在上述技术方案的基础上，由网管接口单元NMSI负责将计算分析单元ACU处理后的数据传送给NMS，数据传送周期与计算分析周期一致，所传递的数据分为两种类型：

第一种为偏移数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，这里所述偏移数据状态Status有两种状态：偏移正常和偏移越限，对应于计算分析单元ACU的步骤1的分析结果，

第二种为状态数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，偏移数据状态Status，这里所述偏移状态数据有三种状态：偏移正常，偏移越限，离散越限，对应于计算分析单元ACU的步骤2的分析结果。

由于要进行Offset的离散性计算分析，同一Offset的状态数据较偏移数据要迟一些产生，在偏移数据中携带偏移越限状态的设计是为了NMS及时触发偏移越限告警。

在上述技术方案的基础上，数据存储单元DSU运行于NMS，负责接收网管接口单元NMSI传送过来的数据并进行存储，

存储的数据包含以下信息：

偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，按照偏移数据产生的时间顺序储存，

当数据存储单元DSU接收到状态数据时，则需要根据携带的TOD信息，对应更新存储数据的偏移数据状态；

数据存储单元DSU应至少保存72小时的数据以供分析查阅，并支持数据的导出保存。

在上述技术方案的基础上，图形处理单元GPU负责根据数据存储单元DSU保存的数据，将数据进行图形化处理，便于对同步状态的观察；

图形处理单元GPU能将DSU保存的数据处理成折线图进行显示，支持整体和分页显示，处理原则如下：

原则1，以TOD信息为X轴,以记录的第一个数据的TOD为原点；

原则2，以Offset信息为Y轴，单位为纳秒（ns）；

原则3，根据Status信息，将对应折线显示为不同颜色，例如：“偏移正常”显示为蓝色，“偏移越限”显示为红色，“离散越限”显示为橙色。

在上述技术方案的基础上，告警单元ALMU负责及时查询数据存储单元DSU保存的数据，根据偏移数据状态，触发该时间点的告警，提醒维护者注意同步状态出现异常；

告警单元ALMU有两类告警：

第一类告警：偏移越限告警，关联“偏移越限”数据状态，指示时间同步出现大的跳动；

第二类告警：偏移离散告警，关联“离散越限”数据状态，指示时间同步出现不稳定状态。

1588v2时间同步技术应用于承载网，随着网络规模越来越大，节点数目越来越多，对于时间同步状态的监测也就越来越困难。缺乏有效的监测方法，对于时间同步状态是否稳定的分析判断，故障时问题节点的查找等运维问题也变得难以完成。本发明能够有效解决1588v2时间同步大规模应用中同步状态监控缺失，故障定位困难的技术问题。数据的准确采集和存储，能够对时间同步的过往同步状态和变化进行准确观察。图形化显示，使同步状态的观测和分析过程变得一目了然。告警的设置能够及时提供异常定位信息，提醒并方便维护者进行故障的处理，能够很大程度的降低时间同步网维护的工作量和难度。

以下为本发明的一个实施例，本实例是在POTS设备中实现，将各部分实现和工作方式说明如下：

PIU（协议接口单元）实现实例

PIU放置于POTS设备运行PTP协议的线路盘中。当PTP协议每完成一次同步运算后，将更新标志置“1”。PIU轮询更新标志，检测到同步完成时，在相关寄存器中获取当前同步周期完成的TOD和Offset，并将更新标志置“0”。

PIU在获取所需数据后，将分析同步周期。当同步周期设置小于1秒时，则需要采集1秒内所有Offset，计算平均值再与对应的TOD存入数据队列中。当同步周期设置大于1秒的时候，则按照插值扩展的方式，将数据扩展为1秒为单位记录于数据队列中。差值扩展的方式见图2的示例说明。

数据队列的设计考虑后续计算，队列长度设置为最多100个数据条目。每个条目的数据结构的具体设计参看图3。每存入一新数据，队列长度加1。其中新数据的状态设置为“初始状态”，这里赋为“0”值。数据队列条目每1秒添加一个新条目，每添加一新条目，数据队列条目数加1。

ACU（计算分析单元）实现实例

ACU置于PIU同一线路盘相同任务中，顺序执行，对数据队列中的数据进行计算分析。运行周期为1秒。

计算分析的第一步是对数据队列中状态为“初始状态”的数据进行偏移门限计算分析。根据《高精度时间同步技术要求》，将门限设置为±250ns。对于超过门限范围（>±250ns）的时间偏移数据Offset的值，将其对应的数据状态由“初始状态”修改为“偏移越限”，这里赋值为“2”。对于在门限范围（≤±250ns）的时间偏移数据Offset的值，将其对应的数据状态由“初始状态”修改为“偏移正常”，这里赋值为“1”。

计算分析的第二步是对数据队列的所有100条目的Offset进行标准差（Standard Deviation）计算。数据队列条目小于100时不进行此项计算分析。这项计算的目的是分析偏差的离散性。根据目前时间同步设备的精度，离散门限设定为30ns。对于超过离散门限（>30ns）的计算值，将数据队列顶端的第一个条目的数据状态由“偏移正常”修改为“离散越限”，这里赋值为“3”；如果该条目数据状态为“偏移越限”则不修改状态。对于符合离散门限（<30ns）的计算值，则维持数据队列顶端的第一个条目的数据状态不变。数据状态的转换方式参见图4。

计算分析结束，将数据队列末端最后的条目拷贝到偏移数据发送队列；将顶端的第一个条目数据移送到状态数据发送队列，数据队列条目数变为99。

NMSI（网管接口单元）实现实例

NMSI置于一线路盘，负责将偏移数据发送队列和状态数据发送队列中的数据，按照NMS接口的封装协议封装数据，将数据发送给远端的NMS。

在POTS设备中，偏移数据和状态数据均按照即时性能数据上报NMS。数据的发送频率取决于NMS获取性能数据的频率。将偏移数据发送队列和状态数据发送队列的条目的长度均设置为20。

其中偏移数据结构参见图3，状态数据结构参见图5。

DSU（数据存储单元）实现实例

DSU设计在远端NMS，利用NMS服务器巨大的数据存储空间，来保存接收到的数据。设计数据库保存72小时的数据，所存储的数据能够转换成Excel表格文件从NMS服务器导出保存和分析。

DSU接收到偏移数据，按照数据携带的时间，顺序存储。存储的数据结构参见图3。

DSU接收到状态数据，按照数据携带的时间，更新对应已存储偏移数据中的状态信息。

对于超过72小时的数据，需要从NMS服务器数据库中删除，以保证有足够的空间存储新的数据。

GPU（图形处理单元）实现实例

GPU在远端NMS实现，对存储在数据库里的时间偏移数据按照时间轴向进行图形化显示，便于运维人员对节点的时间同步状态进行监测。

GPU根据查看指令所设定的查看区间，显示对应的数据图形，或是对采集的数据进行实时图形显示。图形为折线形式，将分离的采样数据连接起来形成曲线。当数据状态为“偏移正常”时，对应折线显示蓝色；当数据状态为“偏移越限”时，对应折线显示为红色；当数据状态为“离散越限”时，对应折线显示为橙色。X轴表示时间，刻度单位为秒，位于图形底部。Y轴表示时间偏移值，单位为纳秒（ns）。平行于X轴，位于Y轴0点的实线，为零偏移指示线；平行于X轴，位于Y轴±250ns点的2条虚线指示的是则是偏移门限。

将时间偏移图形典型的3种形态结合图例说明如下：

1、偏移正常

如图6例图所示，显示的时间同步稳定时的典型数据图形。偏移数据位于偏移门限范围内，通常贴近X轴。临近数据的数值接近，变化小。

2、偏移越限

如图7例图所示，显示的是时间同步偏移数据出现越限时的典型数据图形。时间同步偏移数据不连续越限，一般表明相邻同步节点出现性能劣化或节点同步状态不稳定。时间同步偏移数据连续越限，一般说明时间同步同步丢失。

3、离散越限

如图8例图所示，显示的是时间同步偏移数据离散越限时的典型数据图形。时间同步偏移数据的离散性，反应的是时间同步的稳定性。离散越限，一般表明时间同步设备出现时间同步不稳定或系统时钟频率出现波动。

ALMU（告警单元）实现实例

ALMU在远端NMS实现，通过告警指示，提示运维人员时间同步状态出现异常，需要关注异常情况和查找原因。告警的触发根据接收到的偏移状态数据。告警有以下两类：

1、偏移越限告警，关联“偏移越限”数据状态，指示时间同步出现大的跳动，在系统中定义为“重要告警”。ALMU在接收到新的偏移数据时，查询对应的数据状态来触发告警。

2、偏移离散告警，关联“离散越限”数据状态，指示时间同步出现不稳定状态，在系统中定义为“提示告警”。ALMU在接收到新的状态数据时，查询对应的数据状态来触发告警。偏移离散告警较偏移越限告警，时间点要滞后约100秒。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过接口1588v2时间同步的PTP协议模块，获取时间同步周期计算的时间偏移数据Offset和偏移数据产生的时间TOD信息，

对采集的时间偏移数据Offset进行计算分析，得出对应的数据同步状态的同步状态指示信息，

将时间偏移数据Offset的值、同步状态指示信息和对应的偏移数据产生的时间TOD信息，通过网管系统接口传递给网管系统NMS，

网管系统NMS将接收的数据进行储存，进行对应图像化显示，并根据数据同步状态指示触发相应告警。

2.如权利要求1所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：由协议接口单元PIU负责接口1588v2时间同步的PTP协议模块，采集所需要的数据，其中：

时间偏移数据Offset，是由PTP协议，根据从时钟Slave与主时钟Master之间报文交互所采集的时间戳，计算出来的当前本地时间与上游主时间之间的偏差值，时间偏移数据Offset包括秒域数据和纳秒域数据；

偏移数据产生的时间TOD信息，是时间偏移数据Offset的值产生时刻的时间，只需要精确到秒域。

3.如权利要求2所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：协议接口单元PIU进行数据采集的周期根据系统的不同，由时间同步周期来确定，与之一致，时间同步周期的典型值为1秒；

对于时间同步周期小于1秒的系统，需要记录同一秒内所有时间偏移数据Offset，然后取平均值作为时间偏移数据Offset，该秒即为时间偏移数据Offset的值产生时刻TOD；

对于时间同步周期大于1秒的系统，则通过插值扩展的方式将数据按照1秒为单位进行记录。

4.如权利要求1所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：由计算分析单元ACU负责对采集到的时间偏移数据Offset进行分析计算，以确定节点时间同步的状态是否有异常，具体的分析过程如下：

步骤1，Offset越限分析：单个时间偏移数据Offset超过门限范围，确认为同步出现较大跳动，为异常状态，设置该数据状态Status为“偏移越限”，否则设置该数据状态Status为“偏移正常”；

所述门限范围的设置，根据系统时间同步精度设计要求来确定，门限典型值为±250ns，

步骤2，Offset离散性分析：对采集的时间偏移数据Offset的数据集进行标准差运算，对于标准差超过门限值的，认为同步状态不稳定，如果数据集第一个数据对应的数据状态Status为“偏移正常”，则修改该数据状态Status为“离散越限”；

如果该数据的状态为“偏移越限”，则不作修改；

计算的数据集的长度典型值为100，离散门限典型值为30ns。

5.如权利要求4所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：由网管接口单元NMSI负责将计算分析单元ACU处理后的数据传送给NMS，数据传送周期与计算分析周期一致，所传递的数据分为两种类型：

第一种为偏移数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，这里所述偏移数据状态Status有两种状态：偏移正常和偏移越限，对应于计算分析单元ACU的步骤1的分析结果，

第二种为状态数据，其包含以下信息：偏移数据产生的时间TOD，偏移数据状态Status，这里所述偏移状态数据有三种状态：偏移正常，偏移越限，离散越限，对应于计算分析单元ACU的步骤2的分析结果。

6.如权利要求5所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：数据存储单元DSU运行于NMS，负责接收网管接口单元NMSI传送过来的数据并进行存储，

存储的数据包含以下信息：

偏移数据产生的时间TOD，时间偏移数据Offset，偏移数据状态Status，按照偏移数据产生的时间顺序储存，

当数据存储单元DSU接收到状态数据时，则需要根据携带的TOD信息，对应更新存储数据的偏移数据状态；

数据存储单元DSU应至少保存72小时的数据以供分析查阅，并支持数据的导出保存。

7.如权利要求6所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：图形处理单元GPU负责根据数据存储单元DSU保存的数据，将数据进行图形化处理，便于对同步状态的观察；

图形处理单元GPU能将DSU保存的数据处理成折线图进行显示，支持整体和分页显示，处理原则如下：

原则1，以TOD信息为X轴,以记录的第一个数据的TOD为原点；

原则2，以Offset信息为Y轴，单位为纳秒；

原则3，根据Status信息，将对应折线显示为不同颜色。

8.如权利要求7所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：“偏移正常”显示为蓝色，“偏移越限”显示为红色，“离散越限”显示为橙色。

9.如权利要求6所述的基于时间偏移的同步状态监测方法，其特征在于：告警单元ALMU负责及时查询数据存储单元DSU保存的数据，根据偏移数据状态，触发该时间点的告警，提醒维护者注意同步状态出现异常；

告警单元ALMU有两类告警：

第一类告警：偏移越限告警，关联“偏移越限”数据状态，指示时间同步出现大的跳动；

第二类告警：偏移离散告警，关联“离散越限”数据状态，指示时间同步出现不稳定状态。

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