CN102938677A - 一种海底观测网岸基站时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的海底观测网岸基站时间同步方法，是基于NTP和PTP技术的同步方法，采用PTP主时钟和备用PTP主时钟接收北斗或GPS卫星信号作为时间源；选择PTP主时钟作为岸基站主时钟，当PTP主时钟失效时，选择备用PTP主时作为岸基站主时钟直到PTP主时钟恢复；岸基站主时钟处理接收到的时间源并输出NTP同步信号和PTP同步信号；岸基站主时钟输出的NTP同步信号、PTP同步信号、岸基站数据服务器以太网信号和岸基站网页服务器以太网信号输入同一核心交换机并整合为一路以太网信号后，由PTN设备将电信号转换成光信号通过深海光电复合缆传输至海底观测网。本发明为海底观测网提供高稳定性、高可靠性、高精度的时间源。

Description

一种海底观测网岸基站时间同步方法
技术领域
本发明属于全球卫星定位系统（GPS）、北斗卫星定位系统应用技术领域，涉及一种UTC高精度时间同步的方法，尤其是一种基于NTP和PTP技术的海底观测网岸基站时间同步方法。
背景技术
将通讯网上各种通信设备或者计算机设备的时间信息基于UTC时间（协调世界时）偏差限定在足够小的范围内，这种同步过程叫做时间同步。对于海底观测网而言，海底设备采集到的数据需要包含有一定精度的时间信号，以便于与海底其他地方发生的事情和地面发生的事件用来进行分析和对比，从而提供更精确的信息。尤其是在对海底的物理调查和研究如海洋地壳和地幔的速度结构、板块俯冲带的演化动力学特征中更是不可或缺。高精度海底观测网时间同步系统的实现，将从多个方面对海洋观测产生重要的作用：有利于海底现状的实时观测、管理和监控；有利于深海设备的网络通信同步，对设备的管理更加方便；有利于对多方面的数据进行联合分析，对远程监测各种突发事件将有着更重要的意义。 
由于处在深海区域的设备无法安装外接天线，因此无法直接接收北斗卫星信号或者GPS卫星信号，岸基站时间同步系统的设计就显得尤为重要，对海底观测网岸基站系统设计提出的要求有：高稳定性、高可靠性、信号多样性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于NTP和PTP技术的海底观测网岸基站时间同步方法，为海底观测网岸基站提供可靠、稳定、精确的时间同步信号。
为达到上述目的，本发明的海底观测网岸基站时间同步方法，是一种基于NTP和PTP技术的时间同步方法，包括以下步骤：
(1)采用PTP主时钟和备用PTP主时钟接收GPS卫星信号或北斗卫星信号作为时间源；两台PTP主时钟优先选择GPS卫星信号作为时间源，当GPS失效时，自动切换至北斗卫星信号作为时间源，当GPS卫星信号和北斗卫星信号都失效时，两台PTP主时钟选择主时钟内置的晶振进行守时； 
(2)选择PTP主时钟作为岸基站主时钟，当PTP主时钟失效时，选择备用PTP主时作为岸基站主时钟直到PTP主时钟恢复；
(3)岸基站主时钟对接收到的时间源进行处理并输出PTP同步信号和NTP同步信号；
(4)将岸基站主时钟输出的NTP同步信号和PTP同步信号连同岸基站数据服务器以太网信号和岸基站网页服务器以太网信号传输至同一个核心交换机，由核心交换机将输入信号整合为一路以太网信号并通过PTN设备将电信号转换成光信号后，由深海光电复合缆传输至海底观测网。
本发明步骤（1）中所说的PTP主时钟和备用PTP主时钟接收GPS卫星信号是指两台PTP主时钟直接通过GPS天线接收GPS卫星信号， PTP主时钟和备用PTP主时钟接收北斗卫星信号是指两台PTP主时钟外挂北斗模块通过北斗天线接收北斗卫星信号，外挂北斗模块输入至两台PTP主时钟的信号为IRIG-B码信号，北斗模块可采用TimeDA1000系列产品。
步骤（1）中所说的两台PTP主时钟内置的晶振是HQ-OCXO恒温晶振，守时频率稳定度达                                                
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本发明步骤（2）中所说的PTP主时钟失效情况包括PTP主时钟无法锁定北斗卫星信号或GPS卫星信号，或者PTP主时钟损坏导致无法工作。
步骤（2）中所说的备用PTP主时钟被选作为岸基站主时钟直到PTP主时钟恢复，是指PTP主时钟失效后，备用PTP主时钟被选作为岸基站主时钟；当PTP主时钟恢复正常工作时，PTP主时钟被选作为岸基站主时钟。
本发明步骤（3）中所说的岸基站主时钟输出的PTP同步信号是以太网格式，与UTC时间误差在100ns内；岸基站主时钟输出的NTP同步信号是以太网格式，与UTC时间误差在25us内。 
本发明步骤（4）中所说的核心交换机是支持IEEE1588v2协议的网管型三层交换机，如MOXA公司的EDS-828的24+4G口模块化千兆网管型冗余三层交换机。
所说的PTN设备是支持IEEE1588v2协议的远距离网络传输设备，工作在边界时钟的模式。例如可用阿尔卡特朗讯公司的1850 TSS-5C型号的分组传输交换机。
上述的PTP主时钟是指采用IEEE1588 v2协议与GPS卫星信号或北斗卫星信号进行时间同步的工作在Master模式下时间服务器，可同时输出NTP同步信号和PTP同步信号；NTP同步信号是由RFC1305协议定义的时间同步信号；PTP同步信号是由IEEE1588 v2协议定义的时间同步信号；PTN设备是支持IEEE1588 v2协议的用于远距离信号传输的网络传输设备；IRIG-B码称为“美国靶场仪器组码”，是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准。
本发明的有益效果是：本发明的海底观测网岸基站时间同步方法中，采用北斗、GPS组合为岸基站PTP主时钟授时，可增强时间源的安全性；采用两台岸基站PTP主时钟进行备份，可增强系统的可靠性；PTP主时钟可以同时输出NTP同步信号和PTP同步信号，可增强海底观测网络时间同步信号的多样性；PTP主时钟内置晶振进行卫星信号失锁后的守时，可增强系统在卫星失锁后的精度；利用PTN设备将电信号转换为光信号并经由深海光电复合缆进行传输，可实现时间信号在深海海底的远距离传输；本发明是整个海底观测网络进行时间同步的基准。
附图说明
图1是海底观测网岸基站时间同步系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做详细的说明。
参照图1，海底观测网岸基站时间同步方法，包括以下步骤：
(1) 采用两台PTP主时钟接收GPS卫星信号或北斗卫星信号作为时间源；其中，一台为备用PTP主时钟，两台PTP主时钟可直接通过外置GPS天线接收GPS卫星信号，而北斗卫星信号则需要通过外挂北斗模块通过北斗天线来获取，北斗模块接收北斗卫星信号并输出IRIG-B码信号，再输入至两台PTP主时钟，北斗模块可采用型号为TimeDA1000系列产品；两台PTP主时钟优先选择GPS卫星信号作为时间源，当GPS失效时，自动切换至北斗卫星信号作为时间源，当GPS卫星信号和北斗卫星信号都失效时，两台PTP主时钟选择主时钟内置的晶振进行守时；晶振是HQ-OCXO恒温晶振，守时频率稳定度达±1×10-12 。
(2) 正常情况下，选择PTP主时钟作为岸基站主时钟，当PTP主时钟失效时，选择备用PTP主时作为岸基站主时钟直到PTP主时钟恢复；失效情况包括PTP主时钟无法锁定北斗卫星信号或GPS卫星信号，或者PTP主时钟损坏导致无法工作。一旦PTP主时钟恢复正常工作，PTP主时钟就被选作为岸基站主时钟。
(3) 岸基站主时钟对接收到的时间源进行处理并输出PTP同步信号和NTP同步信号；其中PTP同步信号是以太网格式，与UTC时间误差在100ns内，NTP同步信号也是以太网格式，与UTC时间误差在25us内。
 (4)将步骤（3）选出的岸基站的主时钟输出的NTP同步信号和PTP同步信号连同岸基站数据服务器以太网信号和岸基站网页服务器以太网信号传输至同一个核心交换机，该核心交换机是支持IEEE1588v2协议的网管型三层交换机，核心交换机将所有输入信号整合为一路以太网信号并输出至PTN设备，PTN设备是支持IEEE1588v2协议的远距离信号传输设备，工作在边界时钟的模式；PTN设备将电信号转换成光信号，通过深海光电复合缆传输至海底观测网。 
在岸基站时间同步系统工作过程中，若是GPS卫星信号失锁，则两台岸基站PTP主时钟会自动选择北斗卫星信号作为时间源，反之，若是北斗卫星信号失锁，则两台岸基站PTP主时钟会自动选择GPS卫星信号作为时间源；若是GPS卫星信号和北斗卫星信号二者都失锁的情况下，两台岸基站PTP主时钟内的晶振开始进行失锁状态守时，以保证卫星信号失锁后的长期守时；在GPS卫星信号或者北斗卫星信号恢复后，PTP主时钟继续自动跟踪卫星信号并进行授时。

Claims (5)

1.一种海底观测网岸基站时间同步方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用PTP主时钟和备用PTP主时钟接收GPS卫星信号或北斗卫星信号作为时间源；两台PTP主时钟优先选择GPS卫星信号作为时间源，当GPS失效时，自动切换至北斗卫星信号作为时间源，当GPS卫星信号和北斗卫星信号都失效时，两台PTP主时钟选择主时钟内置的晶振进行守时； 
(2)选择PTP主时钟作为岸基站主时钟，当PTP主时钟失效时，选择备用PTP主时作为岸基站主时钟直到PTP主时钟恢复；
(3)岸基站主时钟对接收到的时间源进行处理并输出PTP同步信号和NTP同步信号；
(4)将岸基站主时钟输出的NTP同步信号和PTP同步信号连同岸基站数据服务器以太网信号和岸基站网页服务器以太网信号传输至同一个核心交换机，由核心交换机将输入信号整合为一路以太网信号并通过PTN设备将电信号转换成光信号后，由深海光电复合缆传输至海底观测网。
2.根据权利要求1所述的海底观测网岸基站时间同步方法，其特征在于，步骤（1）中所说的PTP主时钟和备用PTP主时钟接收GPS卫星信号是指两台PTP主时钟直接通过GPS天线接收GPS卫星信号，PTP主时钟和备用PTP主时钟接收北斗卫星信号是指两台PTP主时钟外挂北斗模块通过北斗天线接收北斗卫星信号，外挂北斗模块输入至两台PTP主时钟的信号为IRIG-B码信号。
3.根据权利要求1所述的海底观测网岸基站时间同步方法，其特征在于，步骤（1）中所说的两台PTP主时钟内置的晶振是HQ-OCXO恒温晶振，守时频率稳定度达±1×10-12 。
4.根据权利要求1所述的海底观测网岸基站时间同步方法，其特征在于，步骤（3）中所说的岸基站主时钟输出的PTP同步信号是以太网格式，与UTC时间误差在100ns内；岸基站主时钟输出的NTP同步信号是以太网格式，与UTC时间误差在25us内。
5.根据权利要求1所述的海底观测网岸基站时间同步方法，其特征在于，步骤（4）中所说的核心交换机是支持IEEE1588v2协议的网管型三层交换机，所说的PTN设备是支持IEEE1588v2协议的网络传输设备，工作在边界时钟的模式。
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