CN102843620B - 一种实现时间同步传送的otn设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络通信技术领域，提供了一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。本发明的设备及方法基于IEEE？1588v2定义的同步报文和基本原理，提供一种适合在OTN中使用的包括同步报文封装及交互流程、报文处理方式、时钟调整算法等，并提供了相应的设备功能结构，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送，而无需在添加复杂的同步以太等功能基础上来实现高精度的时间同步传送。

Description

一种实现时间同步传送的OTN设备及方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。

背景技术

在ITU-T SG15的标准制定进程中，OTN(Optical TransportNetwork，光传输网)传送同步时间信息是一个热点议题，已有相当多的提案对这一需求进行了阐述。比如TD-SCDMA和CDMA2000等无线接入技术分别需要精度为±1.5us和±3us的时间同步，而当前采用基站内置GPS来实现时间同步的方案存在故障率高、成本高、安装和维护困难等问题，通过地面网络实现传送时间同步信号替代具有重要意义。IEEE 1588v2是一个时间同步的最佳技术选择，可以实现频率同步和时间同步。在中国专利公开文本CN101765199A中，OTN支持时间同步传送后，在城域网中，可形成统一的端到端时间同步传送网络。

IEEE 1588v2目的是在由网络构成的测量和控制系统中实现精确的时间同步，最初主要针对局域网多播环境(如以太网)制定，在电信网络的复杂环境下，需要做一些修改和剪裁才能应用。图1是IEEE1588v2基本的报文交互，主时钟周期性地发送Announce报文，用于时钟之间主从体系的建立以及通知时间源信息等。主时钟按设定的间隔时间周期性地向从时钟发送Sync报文，其中包括该报文离开主时钟的时间值MT1，从时钟记下收到该报文的到达时间ST1。为了获得更精确的Sync报文发送时间，可以在Sync报文发送后再发一个Follow_up报文，此报文中携带MT1。从时钟获得MT1和ST1后，按ST1＝MT1+Offset+Delay计算主从时钟偏移值(Offset)。为求得时延值Delay，从时钟向主时钟发出一个Delay_req报文，并记下发送时间ST2。主时钟收到该Delay_req报文后，向从时钟返回一个包含Delay_req报文到达时间戳MT2的Delay_resp报文，从时钟收到后，依据Delay＝[(ST1-MT1)+(MT2-ST2)]/2计算时延。

OTN技术由WDM技术演进而来，采用固定长度的帧结构，不随线路信号速率和客户信号速率而变化，均为4×4080字节。同时，OTN采用的是透明、异步复用技术，并不需要复杂的时钟同步处理，OTN如需支持高精度时间同步传送，需要在设备上增加新的频率同步功能模块。对于频率同步可以在OTN设备上添加同步以太功能完成全网频率同步，但这种方式要求时钟路径上的所有链路都具备同步以太网特性，实现复杂，代价高。另外，还可以采用IEEE 1588v2技术，对OTN设备的时钟板卡的输出时钟进行频率补偿，在此基础上，同时完成时间同步。

目前OTN设备已是各大电信运营商采用的主流传输设备，但IEEE 1588v2中未制定在OTN设备上实现高精度时间同步传送的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中OTN设备无法实现高精度时间同步传送的问题，提供了一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。在IEEE 1588v2定义的同步报文和基本原理的基础上，进行同步报文封装、交互、报文处理、时钟调整等，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送。

(二)技术方案

为此，本发明具体地采用如下技术方案进行：

首先，本发明提供一种OTN设备，所述设备包括：

报文插入提取模块、时间戳处理模块、报文处理模块、实时时间模块和频率补偿模块；其中，

报文插入提取模块，将所述报文处理模块发来的报文按字节映射到指定位置的开销内进行传送，并从接收到的指定位置的开销内解封出报文；当检测到同步报文中的事件报文时，发出时间戳记录触发信号给所述时间戳处理模块，由所述时间戳处理模块给相关报文打上时间戳；

时间戳处理模块，收到所述时间戳记录触发信号后，从所述实时时间模块读取当前时间值并给相关报文打上时间戳；

报文处理模块，通过主从设备间的报文交互和相关算法处理，得到主从时间偏差以及频率补偿值分别给实时时间模块和所述频率补偿模块进行调整；产生相关报文给所述报文插入提取模块并处理所述报文插入提取模块解封出的报文；

实时时间模块，为所述时间戳处理模块提供本端当前时间；

频率补偿模块，对OTN设备时钟信号进行补偿后用于所述实时时间模块，频率补偿值由所述报文处理模块提供。

更进一步地，本发明还同时提供一种实现时间同步传送的方法，采用如上所述的OTN设备实施，所述方法包括步骤：

主时钟OTN设备和从时钟OTN设备之间利用OTUk开销或ODUk开销中的保留字节进行同步报文的交互；

所述主时钟OTN设备或所述从时钟OTN设备为相关报文添加相应的时间戳；

提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算；

根据所述时延计算结果进行时间偏差计算并对本地时钟的实时时间进行调整；

计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿。

优选地，所述同步报文包括Announce、Sync、Delay_Req和Delay_Resp四种报文，其中Announce、Sync和Delay_Resp报文由主时钟下行发送，Delay_Req报文由从时钟上行发送；将不足64字节的报文尾部添零扩展为64字节。

优选地，所述同步报文的交互方式为：

将每个256-复帧作为一个报文发送周期，每个发送周期封装4个同步报文，每个报文占用一个64-子帧，每个报文的开头与每个64-子帧的开头对齐；所述主时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Announce、Sync、Sync、Delay_Resp，而所述从时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req。

优选地，所述提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算具体步骤为：

所述主时钟OTN设备将Announce报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Announce报文后，提取出其携带的有关所述主时钟OTN设备的信息，并与所述主时钟OTN设备建立起主从关系；

所述主时钟OTN设备将Sync报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，且将该Sync报文离开本端的时间戳MasterSyncTime添加到该Sync报文中；

所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Sync报文后，提取出其携带的MasterSyncTime，并记录该Sync报文到达本端的时间戳SlaveClockTime；

所述从时钟OTN设备将Delay_Req报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述主时钟OTN设备，且记录该报文离开本端的时间戳ST；

所述主时钟OTN设备将表示对最近一个接收到的Delay_Req报文的响应的Delay_Resp报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，其中，所述Delay_Resp报文中携带有其对应的Delay_Req报文到达所述主时钟OTN设备的时戳MT；

所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Delay_Resp报文后，提取出MT，并根据Delay_Resp报文和Delay_Req报文的匹配方法将MT和正确的ST相对应；

然后，所述从时钟OTN设备根据发送该Delay_Req报文前最近一次收到的Sync报文所对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳MasterSyncTime′和到达所述从时钟OTN设备的时间戳SlaveClockTime′，按下式计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延：

Delay＝[(SlaveClockTime′-MasterSyncTime′)+(MT-ST)]/2。

优选地，所述时间偏差计算具体步骤为：offset＝SlaveClockTime-MasterSyncTime-Delay，

其中，MasterSyncTime和SlaveClockTime分别为所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延；

所述从时钟OTN设备计算出时间偏差值后，依据此时间偏差值对实时时间模块进行调整。

优选地，根据时间同步精度所需的Sync报文发送速率，从时钟OTN设备被配置为：

收到的每个Sync报文均为有效Sync报文、或者每个256-复帧中的两个Sync报文的其中一个为有效Sync报文、或者每j个256-复帧中的其中一个Sync报文为有效Sync报文；其中，j为大于1的自然数。

优选地，所述计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿的步骤具体为：

所述从时钟OTN设备对接收到的有效Sync报文进行计数，令该计数器值为k，并预设频率调整因子计算的分界值m；根据计数器值k进行如下判断：

a.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值满足2≤k≤m时，计算频率调整因子

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{MasterClockTime}}_i-{\mathrm{MasterClockTime}}_{i-1})}{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{SlaveClockTime}}_i-{\mathrm{SlaveClockTime}}_{i-1})}$

其中，MasterClockTime_i＝MasterSyncTime_i+Delay，MasterSyncTime_i和SlaveClockTime_i分别是计数器值为i时对应的所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值；

然后，所述从时钟OTN设备计算频率补偿值FCV＝FSF_k×FCV′，其中，FCV′为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值；

所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿；

b.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值k＞m时，计算频率调整因子

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=k-m+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{MasterClockTime}}_i-{\mathrm{MasterClockTime}}_{i-1})}{\underset{i=k-m+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{SlaveClockTime}}_i-{\mathrm{SlaveClockTime}}_{i-1})}$

其中，MasterClockTime_i＝MasterSyncTime_i+Delay，MasterSyncTime_i和SlaveClockTime_i分别是计数器值为i时对应的所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值；

然后，所述从时钟OTN设备计算频率补偿值FCV＝FSF_k×FCV′，其中，FCV′为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值；

所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿。

优选地，根据OTN设备的时钟精度以及OTN网络中的链路时延抖动情况调节m的取值。

(三)有益效果

本发明提供的实现时间同步传送的OTN设备及方法，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送，而无需在添加复杂的同步以太等功能基础上来实现高精度的时间同步传送，技术实现简单，复杂度低，与相关已有标准的兼容性好，对整个时间同步网的建设有积极的促进作用。

附图说明

图1为IEEE 1588v2中基本的报文交互的示意图；

图2为本发明实施例中在OTN网络中进行时间同步传送的示意图；

图3为本发明实施例中OTN的帧结构示意图；

图4为本发明实施例中主时钟报文封装格式示意图；

图5为本发明实施例中从时钟报文封装格式示意图；

图6为本发明实施例中OTN设备的结构示意图；

图7为本发明实施例中从时钟OTN设备接收同步报文的处理流程示意图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的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。

本发明基于IEEE 1588v2定义的一些同步报文以及基本技术原理，提供一种适合在OTN中使用的包括同步报文封装及交互流程、报文处理方法、时钟调整算法和设备功能结构的技术方案，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送，而无需在添加复杂的同步以太等功能基础上来实现高精度的时间同步传送，技术实现简单，复杂度低，与相关已有标准的兼容性好，对整个时间同步网的建设有积极的促进作用。

下面结合本发明附图和具体实施例详细说明本发明所述一种在OTN网络中实现高精度时间同步传送的方案。

如图2所示为一般的Mesh拓扑的OTN网络，其中A-B-C-D是一条通过网管规划好的时间同步传送链路。A作为主时钟网元，从标准的PTP接口或者1PPS+TOD接口获取来自BITS或GPS等高精度时钟源的参考时间信息，提供同步时间输出。D点作为从时钟网元，通过标准的PTP接口或者1PPS+TOD接口向其他子网或无线基站提供时间同步信息。而C、D节点网元为边界时钟，时间同步信息由从时钟端口输入，边界时钟据此调节本地时钟，再根据调节后的本地时钟产生时间同步信息通过主时钟端口输出。各节点采用边界时钟模式，具有时间分配功能，可对非对称时延逐点进行补偿，另外，采用边界时钟时，时间是分段传递的，能容易地定位故障发生在哪一段。

如图3所示为OTN的帧结构，其中，RES1部分为OTUk(opticalchannel transport unit，光通道传送单元k)信号的保留开销，RES2部分为ODUk(optical channel data unit，光通道数据单元k)信号的保留开销，这两处均可作为时间同步信息的传送通道。但如果时间同步信息跨域传送的话，采用OTUk开销则要求3R再生器支持时间同步功能，而由于ODUk的复用，采用低阶ODUk的开销作为传送通道，时间同步性能也会受到复用/解复用的时延抖动影响。应根据具体实施情况选择采取哪种开销作为时间同步信息的传送通道，为节约开销资源，本发明采用一个保留开销字节，而本实施例采用OTU1信号的一个保留开销字节。因此，每一同步报文可以通过多个连续OTN帧中的保留开销字节来承载，且每种同步报文所占用的保留开销位置及字节数都相同。

本发明中采用的同步报文有Announce、Sync、Delay_Req和Delay_Resp四种。其中Announce和Delay_Resp属于通用报文，Announce主要用于时钟节点向外部通告时钟属性，不需对其进行时间戳处理，其他节点收到此报文后，提取其中的属性参数并根据最佳主时钟算法确定各端口的主、从状态。Sync和Delay_Req属于事件报文，需要进行相关的时间戳处理，从时钟根据这些时间戳，测量主从时钟的时延，计算主从时钟的偏差以及频率补偿值。Announce、Sync和Delay_Resp报文由主时钟下行发送，Delay_Req报文由从时钟上行发送。由于这四种报文最长的Announce为64字节，本方法中将不足64字节的其余三种报文尾部添零扩展为64字节，以方便OTN的开销模块处理。

OTN最高可以提供256帧的复帧信号，每个子帧通过其帧开销的MFAS字节指示。上述方法将每个256-复帧作为一个报文发送周期，每个发送周期封装4个同步报文，即每个报文占用一个64-子帧。所述主时钟在每个发送周期的报文发送顺序为Announce、Sync、Sync、Delay_Resp，而所述从时钟在每个发送周期的报文发送顺序为Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req，其中，每个发送周期里所述主时钟发送的Delay_Resp报文与主时钟最后接收到的一个Delay_Req报文相对应，其具体的配对方法按IEEE1588v2规范中的通用方法实施即可。如图4和图5所示，各同步报文占用256-复帧中的一个64-子帧，报文的开头与每个子帧的起始位置对齐，方便报文插入提取模块的处理，插入/提取每个同步报文。

具体地，本发明中提供一种支持时间同步传送的OTN设备及方法，参见图6，其中，

(1)在主时钟OTN设备侧，主要利用报文插入提取模块101、时间戳处理模块102、报文处理模块103和实时时间模块104进行处理：

报文插入提取模块101用于将报文处理模块103发来的Announce报文、Sync报文和Delay_Resp报文插入到多个连续的帧信号中的指定开销中，本实施例选取OTU1信号的一个保留开销字节，这3种报文在每个256-复帧中的位置如图4所示。报文插入提取模块101还从接收到的OTU1信号的约定位置中提取Delay_Req报文给报文处理模块103。另外，当主时钟发送Sync报文和接收Delay_Req报文均有时戳处理，当报文插入提取模块101在插入Sync报文时，检测到帧信号中MFAS＝0x40或0x80，发出时戳记录触发信号给时间戳处理模块102；当报文插入提取模块101在提取Delay_Req报文时，检测到帧信号中MFAS＝0x00或0x40或0x80或0xc0，发出时戳记录触发信号给时间戳处理模块102。需要注意的是，实施中还可以采用ODUk信号的保留开销，发送和接收也可以采用非对称的信号，比如发送采用OTU1信号的一个保留开销字节，而接收采用OTU3信号的对应保留开销字节。此外，时戳触发记录信号的产生也可采用与本实施例不同的方式。

时间戳处理模块102用于收到报文插入提取模块101提供的时戳记录触发信号后，相应地从实时时间模块104读取当前时间并发送给报文处理模块103为相关事件报文打上时戳。

报文处理模块103用于产生Announce报文、Sync报文和Delay_Resp报文，将Sync报文离开本端的时戳加到对应的Sync报文里以及将接收到的Delay_Req报文到达本端的时戳加到匹配的Delay_Resp报文里，并将这些报文交给报文插入提取模块101进行发送。另外，报文处理模块103还通过实时时间模块104获取关于本地时钟的质量等级等信息，Announce报文将把这些信息传递给下游从时钟，使其通过最佳主时钟算法建立时钟节点的主从关系，相关方法参照IEEE 1588v2规范。

实时时间模块104用于向时间戳处理模块102提供本端当前时间以及向报文处理模块103提供关于本地时钟的信息。实时时间模块104所需的外部时钟信号可以取自OTN设备的高精度时钟信号(本实施例采用)，或GPS的1PPS信号或高精度的BITS时钟，并经相关处理使时钟的相位抖动较小，使得实时时间模块104的计数精度达纳秒级。

(2)在从时钟OTN设备侧，主要利用报文插入提取模块101、时间戳处理模块102、报文处理模块103、实时时间模块104和频率补偿模块105进行处理：

报文插入提取模块101用于将报文处理模块103发来的Delay_Req报文插入到多个连续的帧信号中的指定开销中，本实施例选取OTU1信号的一个保留开销字节，Delay_Req报文在每个256-复帧中的位置如图5所示。报文插入提取模块101还从接收到的OTU1信号的约定位置中提取Announce报文、Sync报文和Delay_Resp报文给报文处理模块103。另外，当从时钟接收Sync报文和发送Delay_Req报文均有时戳处理，当报文插入提取模块101在提取Sync报文时，检测到帧信号中MFAS＝0x40或0x80，发出时戳记录触发信号给时间戳处理模块102；当报文插入提取模块101在插入Delay_Req报文时，检测到帧信号中MFAS＝0x00或0x40或0x80或0xc0，发出时戳记录触发信号给时间戳处理模块102。需要注意的是，实施中从时钟和主时钟应约定好用于上、下行传送的信号及其中用作报文承载通道的保留开销字节的位置。

时间戳处理模块102用于收到报文插入提取模块101提供的时戳记录触发信号后，相应地从实时时间模块104读取当前时间并发送给报文处理模块103为相关事件报文打上时戳。

报文处理模块103用于产生Delay_Req报文，将其交给报文插入提取模块101进行发送，并记录其离开本端的时戳；通过接收到的Announce报文运行最佳主时钟算法建立时钟节点的主从关系以及选择最好的主时钟，相关方法参照IEEE 1588v2规范；接收主时钟发送的Sync报文，记录其到达本端的时戳；接收主时钟发送的Delay_Resp报文，提取其中携带的时戳信息；按照本发明中的时延测量方法，计算主从时钟间的时延值；接收到每个256-复帧中的第一个Sync报文时将有效Sync报文计数器加1，并使用这些报文的时戳以及从时钟记录的其他相关报文的时戳按照本发明中的方法进行主从时钟的时间偏差计算和频率补偿值计算；使用计算出的时间偏差值调整实时时间模块104的本端当前时间以及使用计算出的频率补偿值对用于实时时间模块104的时钟进行补偿。

实时时间模块104用于向时间戳处理模块102提供本端当前时间以及向报文处理模块103提供关于本地时钟的信息用于最佳主时钟算法。实时时间模块104所需的外部时钟信号为经过频率补偿的OTN设备时钟信号。

频率补偿模块105，对OTN设备时钟信号进行补偿后用于实时时间模块104，频率补偿值由报文处理模块103提供，经补偿后主从时钟实现了频率同步，在此基础上进行时间同步，精度更高。

具体地，在本发明提供的一种支持时间同步传送的方法中，作为主时钟的OTN设备的报文处理根据报文类型主要包括以下情况：

Announce报文处理：将Announce报文按顺序插入到每个256-复帧中的第一个64-子帧(MFAS＝0x00～0x3f)的约定位置的保留开销字节中，并发送到OTN接口；

Sync报文处理：将Sync报文尾部添零至64字节长后按顺序插入到每个256-复帧中的第二个或第三个64-子帧(MFAS＝0x40～0x7f或MFAS＝0x80～0xbf，如图4所示)的约定位置的保留开销字节中，并将这两个Sync报文离开本端的时戳(MasterSyncTime)加到对应的Sync报文中，然后发送到OTN接口；

Delay_Req报文处理：从OTN接口中接收OTN帧，从约定位置的OTU1信号的保留开销字节中提取Delay_Req报文，并记录其到达本端的时戳(MT)；

Delay_Resp报文处理：将Delay_Resp报文尾部添零至64字节长后按顺序插入到每个256-复帧中的第四个64-子帧(MFAS＝0xc0～0xff)的约定位置的保留开销字节中，并将在发送该64-子帧之前，主时钟收到的最后一个Delay_Req报文到达本端的时戳(MT)加到该Delay_Resp报文中，这两个报文的配对方法按照IEEE 1588v2中的相关规定。

从以上步骤可以看到，主时钟端只需从指定位置的开销中插入或提取相关报文并进行对应的时戳处理即可。但作为从时钟的OTN设备对报文的处理则要复杂一些，其对接收报文的处理流程如图7所示，从时钟OTN设备针对不同类型的报文发送和接收处理包括：

Announce报文处理：作为从时钟的OTN设备从OTN接口中接收OTN帧，从约定位置的保留开销字节中提取Announce报文，并将其上送给时钟节点的报文处理模块后同所述主时钟建立起主从关系。

Sync报文处理：作为从时钟的OTN设备从OTN接口中接收OTN帧，从约定位置的保留开销字节中提取Sync报文并获得其携带的时戳(MasterSyncTime)，并记录其到达本端的时戳(SlaveClockTime)，根据本发明方法，从时钟OTN设备要对有效的Sync报文进行计数，若收到有效的Sync报文，则计数器加1。本实施例配置为每个256-复帧中的第一个Sync报文为有效的。另外，从时钟OTN设备收到有效的Sync报文后，还要进行时间偏差计算并调整本地实时时间，以及频率补偿值计算并补偿本地时钟。

其中，Sync报文处理包括如下步骤：

步骤1：作为从时钟的OTN设备开机运行后，首先要设置一个频率补偿初值，在本实施例中，频率补偿的初值FCV₀设为1，具体实施时可根据OTN设备上的时钟精度进行设置，使算法能够快速收敛。

步骤2：从时钟OTN设备接收有效Sync报文，并对其进行计数，按下式计算主从时间偏差：

offset＝SlaveClockTime-MasterSyncTime-Delay    (1)

其中，MasterSyncTime和SlaveClockTime分别所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟的时戳和到达所述从时钟OTN设备的时戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延所得(计算方式见下文中对Delay_Resp报文处理的式2)。所述从时钟OTN设备计算出时间偏差值后，依据此时间偏差值对其实时时间模块进行调整。

步骤3：a.若步骤2中从时钟OTN设备的有效Sync报文计数器的值k满足2≤k≤5，则计算频率调整因子为：

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{MasterClockTime}}_i-{\mathrm{MasterClockTime}}_{i-1})}{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{SlaveClockTime}}_i-{\mathrm{SlaveClockTime}}_{i-1})},$

根据该频率调整因子FSF_k计算频率补偿值：FCV＝FSF_k×FCV′。

上式中，MasterClockTime_i＝MasterSyncTime_i+Delay，MasterSyncTime_i和SlaveClockTime_i分别为计数器值为i时收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时戳和到达所述从时钟OTN设备的时戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值。FCV′为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值。所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿。

b.若步骤2中从时钟OTN设备判断有效Sync报文接收计数器的值k＞5，则计算频率调整因子为：

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=k-4}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{MasterClockTime}}_i-{\mathrm{MasterClockTime}}_{i-1})}{\underset{i=k-4}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{SlaveClockTime}}_i-{\mathrm{SlaveClockTime}}_{i-1})},$

根据该频率调整因子FSF_k计算频率补偿值：FCV＝FSF_k×FCV′。

方法b中各符号量与方法a中对应的符号量的含义相同。从时钟OTN设备计算出FCV后，用其对本地时钟进行补偿。

Delay_Req报文处理：作为从时钟的OTN设备将四个Delay_Req报文尾部添零至64字节长后按顺序插入到每个256-复帧的约定位置的保留开销字节中(如图5所示)，并记录每个Delay_Req报文离开本端的时戳(ST)。

Delay_Resp报文处理：作为从时钟的OTN设备从OTN接口中接收OTN帧，从约定位置的保留开销字节中提取Delay_Resp报文并获得其携带的表示配对的Delay_Req报文到达主时钟的时戳MT，同时获取所述配对的Delay_Req报文离开从时钟的时戳ST，然后进行时延计算：

Delay＝[(SlaveClockTime′-MasterSyncTime′)+(MT-ST)]/2   (2)

其中，MasterSyncTime′为从时钟OTN设备在发送与Delay_Resp报文配对的Delay_Req报文之前最近一次收到的有效Sync报文所携带的时戳，而SlaveClockTime′则为从时钟OTN设备记录的该Sync报文到达本端的时戳。

从以上从时钟端计算与主时钟端的时间偏差以及频率补偿值的方法可以看到，应尽量保证其能获得Sync报文到达本端的时戳SlaveClockTime和Delay_Req报文离开本端的时戳ST的精确值，而主时钟端也应尽量保证能获得Sync报文离开本端的时戳MasterSyncTime和Delay_Req报文的到达本端时戳MT的精确值，这里可采用硬件打时戳的方法保证相关精确度。

本发明提供的实现时间同步传送的OTN设备及方法，基于IEEE1588v2定义的一些同步报文以及基本技术原理，设计出一套适合在OTN中使用的包括同步报文封装及交互流程、报文处理方法、时钟调整算法和设备功能结构的技术方案，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送，而无需在添加复杂的同步以太等功能基础上来实现高精度的时间同步传送，技术实现简单，复杂度低，与相关已有标准的兼容性好，对整个时间同步网的建设有积极的促进作用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种实现时间同步传送的方法，采用OTN设备实施，其特征在于，所述OTN设备包括：

报文插入提取模块(101)、时间戳处理模块(102)、报文处理模块(103)、实时时间模块(104)和频率补偿模块(105)；其中，

报文插入提取模块(101)，将所述报文处理模块(103)发来的报文按字节映射到指定位置的开销内进行传送，并从接收到的指定位置的开销内解封出报文；当检测到同步报文中的事件报文时，发出时间戳记录触发信号给所述时间戳处理模块(102)，由所述时间戳处理模块(102)给相关报文打上时间戳；

时间戳处理模块(102)，收到所述时间戳记录触发信号后，从所述实时时间模块(104)读取当前时间值并给相关报文打上时间戳；

报文处理模块(103)，通过主从设备间的报文交互和相关算法处理，得到主从时间偏差以及频率补偿值分别给实时时间模块(104)和所述频率补偿模块(105)进行调整；产生相关报文给所述报文插入提取模块(101)并处理所述报文插入提取模块(101)解封出的报文；

实时时间模块(104)，为所述时间戳处理模块(102)提供本端当前时间；

频率补偿模块(105)，对OTN设备时钟信号进行补偿后用于所述实时时间模块(104)，频率补偿值由所述报文处理模块(103)提供；

所述方法包括步骤：

主时钟OTN设备和从时钟OTN设备之间利用OTUk开销或ODUk开销中的保留字节进行同步报文的交互；

所述主时钟OTN设备或所述从时钟OTN设备为相关报文添加相应的时间戳；

提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算；

根据所述时延计算结果进行时间偏差计算并对本地时钟的实时时间进行调整；

计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿；

所述同步报文包括Announce、Sync、Delay_Req和Delay_Resp四种报文，其中Announce、Sync和Delay_Resp报文由主时钟下行发送，Delay_Req报文由从时钟上行发送；将不足64字节的报文尾部添零扩展为64字节；

所述提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算具体步骤为：

所述主时钟OTN设备将Announce报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Announce报文后，提取出其携带的有关所述主时钟OTN设备的信息，并与所述主时钟OTN设备建立起主从关系；

所述主时钟OTN设备将Sync报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，且将该Sync报文离开本端的时间戳MasterSyncTime添加到该Sync报文中；

所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Sync报文后，提取出其携带的MasterSyncTime，并记录该Sync报文到达本端的时间戳SlaveClockTime；

所述从时钟OTN设备将Delay_Req报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述主时钟OTN设备，且记录该报文离开本端的时间戳ST；

所述主时钟OTN设备将表示对最近一个接收到的Delay_Req报文的响应的Delay_Resp报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，其中，所述Delay_Resp报文中携带有其对应的Delay_Req报文到达所述主时钟OTN设备的时戳MT；

所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Delay_Resp报文后，提取出MT，并根据Delay_Resp报文和Delay_Req报文的匹配方法将MT和正确的ST相对应；

然后，所述从时钟OTN设备根据发送该Delay_Req报文前最近一次收到的Sync报文所对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳MasterSyncTime'和到达所述从时钟OTN设备的时间戳SlaveClockTime'，按下式计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延：

Delay＝[(SlaveClockTime'-MasterSyncTime')+(MT-ST)]/2；

所述时间偏差计算具体步骤为：offset＝SlaveClockTime-MasterSyncTime-Delay，

其中，MasterSyncTime和SlaveClockTime分别为所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延；

所述从时钟OTN设备计算出时间偏差值后，依据此时间偏差值对实时时间模块进行调整；

所述计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿的步骤具体为：

所述从时钟OTN设备对接收到的有效Sync报文进行计数，令该计数器值为k，并预设频率调整因子计算的分界值m；根据计数器值k进行如下判断：

a.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值满足2≤k≤m时，计算频率调整因子

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{MasterClock}{\mathrm{Time}}_i-\mathrm{MasterClock}{\mathrm{Time}}_{i-1})}{\underset{i=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{SlaveClock}{\mathrm{Time}}_i-\mathrm{SlaveClock}{\mathrm{Time}}_{i-1})}$

其中，MasterClockTime_i＝MasterSyncTime_i+Delay，MasterSyncTime_i和SlaveClockTime_i分别是计数器值为i时对应的所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值；

然后，所述从时钟OTN设备计算频率补偿值FCV＝FSF_k×FCV'，其中，FCV'为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值；

所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿；

b.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值k>m时，计算频率调整因子

${\mathrm{FSF}}_k=\frac{\underset{i=k-m+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{MasterClock}{\mathrm{Time}}_i-\mathrm{MasterClock}{\mathrm{Time}}_{i-1})}{\underset{i=k-m+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{SlaveClock}{\mathrm{Time}}_i-\mathrm{SlaveClock}{\mathrm{Time}}_{i-1})}$

其中，MasterClockTime_i＝MasterSyncTime_i+Delay，MasterSyncTime_i和SlaveClockTime_i分别是计数器值为i时对应的所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值；

然后，所述从时钟OTN设备计算频率补偿值FCV＝FSF_k×FCV'，其中，FCV'为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值；

所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步报文的交互方式为：

将每个256-复帧作为一个报文发送周期，每个发送周期封装4个同步报文，每个报文占用一个64-子帧，每个报文的开头与每个64-子帧的开头对齐；所述主时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Announce、Sync、Sync、Delay_Resp，而所述从时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据时间同步精度所需的Sync报文发送速率，从时钟OTN设备被配置为：

收到的每个Sync报文均为有效Sync报文、或者每个256-复帧中的两个Sync报文的其中一个为有效Sync报文、或者每j个256-复帧中的其中一个Sync报文为有效Sync报文；其中，j为大于1的自然数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据OTN设备的时钟精度以及OTN网络中的链路时延抖动情况调节m的取值。