CN104486017A - 一种基于ip光传输的卫星授时多节点同步监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步监测方法，基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，该方法包括了多中心同步状态监测方法和同步异常处理机制。本发明面向的卫星授时节点同步监测网络节点的主要部分为时间服务器，时间服务器之间通过以太网和直通光纤连接，构建同步监测专用的光网络，通过多中心同步监测方法监测各个节点之间的同步效果，当节点发生同步异常后根据同步异常处理机制选择同步主时钟，通过地面备份光网络实现节点的同步。本发明可以监测到单节点和多节点同步异常，并提供异常节点的处理机制，提高卫星同步系统的容灾抗毁能力。

Description

一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法

技术领域

本发明属于卫星时间同步技术领域，特别是一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法。

背景技术

卫星授时是指地面节点通过GPS、GLONASS、伽利略和北斗等卫星系统获取时间的过程。卫星授时包括单向授时和双向授时两种，单向授时无需接收机发送本地信息，只是被动接收来自卫星的广播信息，接收机根据导航电文及相关信息，自主计算钟差，修正本地时间；双向授时需要接收机通过卫星中转，向地面中心站发送位置等本地信息，中心通过大气模型、星历误差等参数解算出接收机的时间，并通过卫星链路回传给本地接收机。

以北斗二号为例，单向授时精度为50ns，双向授时精度为10ns，当前的卫星同步系统一般认为卫星是绝对准确的，但是如果卫星信号受到干扰或者卫星本身发生故障，时间基准就会被拉偏，导致时间体系无法同步。这种情况在对时间同步稳定性要求非常高的军用、民用系统中是无法接受的，很可能导致极大的经济、政治损失。

为了监测不同节点之间的同步情况，一般可以借助光纤双向时间比对系统来实现。光纤双向时间比对系统通过B码和PPS接收本地时间服务器时间，将时间信息通过脉宽调制加载到10MHz的信号上，最后通过光端机和直通光纤传递到对端，通过对时报文的收发计算出两个端机之间的同步偏差。但是光纤双向时间比对系统需要很大的投入成本，而且其星型的对时结构不够灵活，发现失步节点后缺乏补救措施。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，卫星授时节点同步监测网络包括两种节点，分别是边缘节点和中央节点，边缘节点指只有一个邻居节点的节点，中央节点指有两个以上邻居节点的节点，每个节点的包括时间服务器，节点之间的路由器通过E1接口(30路脉码调制PCM)和光端机直连，光端机之间直通光纤，同步监测过程包含以下步骤：

1)给各个同步节点配置监测邻居节点列表；

2)各个同步节点之间互相收发监测报文，生成相对于其他监测邻居节点之间的时间偏差；

3)同步节点A以从时钟的角色接收其所有监测邻居节点的同步消息，记录接收时间戳t1、t2；

4)步骤3中的同步节点A给所有监测邻居节点发送同步消息确认报文，并记录发送时间戳t3；

5)所有的监测邻居节点收到同步消息确认报文时记录时间戳t4，并向步骤4中同步节点A发送含有时间戳t4的报文；

6)根据四个时间戳t1、t2、t3、t4，计算主从偏差offset，

$\mathrm{offset}=\frac{(t_2-t_1)+(t_3-t_4)}{2},$

通过滤波生成同步节点A和其所有监测邻居节点的偏差；

7)若一个中央节点i有n个监测邻居节点，则对应产生n个主从偏差，中央节点i本身的主从偏差offset_i设为0,计算本中央节点i及其监测邻居节点的主从偏差的离差ε_i，

${\mathrm{\&epsiv;}}_i=|{\mathrm{offset}}_i-\frac{1}{n+1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{offset}}_k|,0<k\&le;n,$

如果中央节点i的离差超过50ns，则判定中央节点i发生同步异常，offset_k表示第k个监测邻居节点的主从偏差。

本发明中，在发生同步异常的情况下，同步异常处理机制包括以下步骤：

21)给整个卫星授时节点同步监测网络内的节点配置静态同步主从关系，作为整个网络不用卫星信号情况下的地面备份同步手段；

22)给各个同步节点配置监测网络内的节点列表和各节点的监测邻居节点列表；

23)各个中央节点根据节点列表计算自己到其他所有中央节点的总延时和总跳数，生成节点质量，并向时间同步网络内其他所有中央节点发送；

24)各个中央节点根据其他中央节点质量生成优先级列表；

25)把异常节点的默认同步卫星同步状态切换为光纤同步；

26)如果是单个节点异常：

a)如果边缘节点异常，则边缘节点选择和自己直连的中央节点作为自己的主时钟进行对时；

b)如果中央节点异常，则中央节点根据优先级列表选择优先级最高且同步正常的节点作为同步主时钟；

如果是多个节点异常，则根据21)中提到的静态同步主从关系实现地面网络同步。

本发明公开了一种时间同步监测方法，基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，该方法包括了多中心同步状态监测方法和同步异常处理机制。本发明面向的卫星授时节点同步监测网络节点的主要部分为时间服务器，时间服务器之间通过以太网和直通光纤连接，构建同步监测专用的光网络，通过多中心同步监测方法监测各个节点之间的同步效果，当节点发生同步异常后根据同步异常处理机制选择同步主时钟，通过地面备份光网络实现节点的同步。本发明可以监测到单节点和多节点同步异常，并提供异常节点的处理机制，提高卫星同步系统的容灾抗毁能力。

本发明的特点包括以下部分：

1：设定时间同步节点之间的监测邻居节点和中央节点组成的节点列表，通过时间同步节点间的直通光纤构建地面监测网络；

2：单个节点通过路由器上的两个以上E1接口和两个以上其他节点实现监测报文交互，从而实现多节点比对；

3：在IP监测报文中添加硬件时间戳，通过IP监测报文交互计算实现时间同步节点之间的时间比对；

4：根据IP监测报文计算同步偏差，并计算同步偏差的离差值，判断是否发生异常；

5：使用聚类算法，比较多个比对节点的同步偏差值，同步偏差值离差超过50us则认为同步异常；若只有一个点发生异常则在监测邻居节点中根据节点质量选择合适的节点作为主时钟，若有两个以上点发生异常则将同步关系转为人工静态配置。

本发明与现有成果相比，其有益效果为：1)显著增强了现有借助卫星实现时间同步的地面系统的鲁棒性，有效的防止了整个同步体系被单个卫星异常的节点拉偏；2)即使整个体系的卫星同步信号都出现了异常，也可以通过地面光网络实现高精度的时间同步，有很强的冗余抗毁性能。

本发明通过直通光纤，监测通过直通光纤互联的同步节点之间的同步偏差，对于超过阈值的节点进行报警，并从借助卫星同步转为有线链路同步，杜绝了卫星故障或信号干扰等原因导致地面节点同步异常的情况，提高了系统的容灾抗毁能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明同步监测光网络示意图。

图2是本发明同步监测报文示意图。

具体实施方式

本发明面向的卫星授时节点同步监测网络包括两种节点，分别是边缘节点1和中央节点2，边缘节点指只有一个邻居节点的节点，中央节点指有两个或者两个以上邻居节点的节点，每个节点的主要部分为时间服务器，节点之间的路由器通过E1接口和光端机直连，光端机之间直通光纤。同步监测光网络的示意图如图1所示。

本发明多卫星同步节点监测系统内的节点由光纤直连而成，正常状态下节点和卫星实现时间同步，监测到同步异常后根据一定的机制实现光纤链路的同步。

同步状态监测方法包括以下步骤：

1)给各个同步节点配置监测邻居节点列表(邻居节点列表包括所有邻居节点IP地址)；

2)各个同步节点之间互相收发监测报文，生成相对于其他监测邻居节点之间的时间偏差；

3)结合图2，某同步节点以从时钟的角色接收其所有监测邻居节点的同步消息，和每个监测邻居节点的同步消息交互都形成一组时间戳t1、t2，如图2所示，并记录；

4)某同步节点给所有监测邻居节点发送同步消息确认报文，并记录发送时间戳t3；

5)所有的监测邻居节点收到同步消息确认报文时记录时间戳t4，并向某同步节点发送含有时间戳t4的报文；

6)根据t1、t2、t3、t4四个时间戳，计算主从偏差，通过滤波后生成某同步节点和其他几个监测邻居节点的偏差；

7)若一个中央节点i有n个监测邻居节点就会产生n个offset，另外再加上中央节点i本身的offfset(认为中央节点i本身的offset＝0),计算本中央节点i及其监测邻居节点的offset的离差，如果中央节点i的offset的离差超过50ns，则认为中央节点i发生同步异常。

同步异常处理机制包括以下步骤：

21)给整个时间同步网络内的节点配置静态同步主从关系(即人为设定固定不变的主从关系)，作为整个网络不用卫星信号异常情况下的地面备份同步手段；

22)给各个同步节点配置监测网络内的节点列表(包括监测网络内所有节点IP地址)和各节点的监测邻居节点列表(由所有邻居节点IP地址组成)；

23)给整个时间同步网络内的节点配置静态同步主从关系，作为整个网络不用卫星信号情况下的地面备份同步手段；

24)各个中央节点根据节点列表计算到其他所有中央节点的总延时和总跳数，生成节点质量，并向系统内其他所有中央节点发送；

25)各个中央节点根据其他中央节点质量生成优先级列表(按照优先级顺序排列的IP表)，质量越高的节点，在越能够被优先选为主时钟；

26)进入异常的节点把自己的默认同步状态(卫星同步)切换为光纤同步；

27)如果是单个节点异常，

c)如果边缘节点异常则选择和自己直连的中央节点作为自己的主时钟进行对时；

d)如果中央节点异常，则根据优先级列表选择优先级最高且同步正常的节点作为同步主时钟。

如果是多个节点异常，则根据21)中提到的静态同步主从关系实现地面网络同步。

本发明主要内容是基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，该构建方法包括了多中央节点同步状态监测方法和同步异常处理机制。本发明面向的卫星授时节点同步监测网络节点的主要部分为时间服务器，时间服务器之间通过以太网和直通光纤连接，构建同步监测专用的光网络，通过多中央节点同步监测方法监测各个节点之间的同步效果，当节点发生同步异常后根据同步异常处理机制选择同步主时钟，通过地面备份光网络实现节点的同步。

本发明提供了一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，其特征在于，卫星授时节点同步监测网络包括两种节点，分别是边缘节点和中央节点，边缘节点指只有一个邻居节点的节点，中央节点指有两个以上邻居节点的节点，每个节点的包括时间服务器，节点之间的路由器通过E1接口和光端机直连，光端机之间直通光纤，同步监测过程包含以下步骤：

1)给各个同步节点配置监测邻居节点列表；

2)各个同步节点之间互相收发监测报文，生成相对于其他监测邻居节点之间的时间偏差；

3)同步节点A以从时钟的角色接收其所有监测邻居节点的同步消息，记录接收时间戳t1、t2；

4)步骤3中的同步节点A给所有监测邻居节点发送同步消息确认报文，并记录发送时间戳t3；

5)所有的监测邻居节点收到同步消息确认报文时记录时间戳t4，并向步骤4中同步节点A发送含有时间戳t4的报文；

6)根据四个时间戳t1、t2、t3、t4，计算主从偏差offset，

$\mathrm{offset}=\frac{(t_2-t_1)+(t_3-t_4)}{2},$

通过滤波生成同步节点A和其所有监测邻居节点的偏差；

7)若一个中央节点i有n个监测邻居节点，则对应产生n个主从偏差，中央节点i本身的主从偏差offset_i设为0,计算本中央节点i及其监测邻居节点的主从偏差的离差ε_i，

${\mathrm{\&epsiv;}}_i=|{\mathrm{offset}}_i-\frac{1}{n+1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{offset}}_k|,0<k\&le;n,$

如果中央节点i的离差超过50ns，则判定中央节点i发生同步异常，offset_k表示第k个监测邻居节点的主从偏差。

2.根据权利要求1所述的基于IP光传输的卫星授时多节点同步监测方法，其特征在于：在发生同步异常的情况下，同步异常处理机制包括以下步骤：

21)给整个卫星授时节点同步监测网络内的节点配置静态同步主从关系，作为整个网络不用卫星信号情况下的地面备份同步手段；

22)给各个同步节点配置监测网络内的节点列表和各节点的监测邻居节点列表；

23)各个中央节点根据节点列表计算自己到其他所有中央节点的总延时和总跳数，生成节点质量，并向时间同步网络内其他所有中央节点发送；

24)各个中央节点根据其他中央节点质量生成优先级列表；

25)把异常节点的默认同步卫星同步状态切换为光纤同步；

26)如果是单个节点异常：

a)如果边缘节点异常，则边缘节点选择和自己直连的中央节点作为自己的主时钟进行对时；

b)如果中央节点异常，则中央节点根据优先级列表选择优先级最高且同步正常的节点作为同步主时钟；

如果是多个节点异常，则根据21)中提到的静态同步主从关系实现地面网络同步。