CN105187275B - 一种测量光纤传输链路非对称时延的方法及装置 - Google Patents

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    • H04B10/0795—Performance monitoring; Measurement of transmission parameters

Abstract

本发明公开了一种测量光纤传输链路非对称时延的方法及装置，涉及光通信技术领域和高精度时间频率同步技术领域。本发明技术要点包括：主站设备与从站设备之间先后彼此向对方发射波长为λ1的光信号及波长为λ2的光信号，得到主站设备和从站设备相互发送和接收报文的时刻值；根据时刻值计算出主从设备之间光纤链路的非对称时延值并进行同步校正。

Description

一种测量光纤传输链路非对称时延的方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和高精度时间频率同步技术领域，尤其涉及光纤传输链路非对称时延的测量技术。
背景技术
IEEE 1588v2时钟同步技术是替代GPS/GLONASS/北斗卫星等天基授时系统解决通信网络时间同步问题的技术手段，是目前解决移动通信网络时间同步问题的可选方案。IEEE 1588v2是一种适用于多点通信的分布式控制系统的精确时间协议(简称PTP，Precision Time Protocol)。在分组传送网(PTN)中，普遍采用IEEE 1588v2协议将时间同步信号传递到网络中的各个节点设备，从而实现整个通信网络的高精度时间同步。理论上，IEEE 1588v2时钟同步技术可以使时间信号的传递精度达到亚微秒级。IEEE 1588v2通过在主从设备之间传递时间消息报文的方式，计算出主从设备之间的时间偏差，从而实现主从设备之间的时间同步，其工作原理示意图如图1所示，图中M表示主站时钟Master Clock，S表示从站时钟Slave Clock。由图1可以得到以下的计算公式：
t2-t1＝Delay_MS+offset； (1a)
t4-t3＝Delay_SM-offset； (2a)
式中t1,t3分别为主从设备发送消息报文的时刻；t2,t4分别为主从设备接收消息报文的时刻；Delay_MS为主站设备到从站设备的光纤传输路径时延；Delay_SM为从站设备到主站设备的光纤传输路径时延；offset为主站设备和从站设备之间的同步时间偏差。
假设主站设备到从站设备的光纤传输路径与从站设备到主站设备的光纤传输路径是同一条路径，其传输时延相等，即满足：
Delay_MS＝Delay_SM； (3a)
利用公式(3a)，将公式(1a)减去公式(2a)得到：
由上述理论计算可知，IEEE 1588v2的理论基础是假定主站设备和从站设备之间传递时间信号的两根光纤的长度相同，即假设由主站设备到从站设备的传输路径的时延Delay_MS和由从站设备到主站设备的传输路径的时延Delay_SM相等，在Delay_MS＝Delay_SM这种假设的基础上建立的计算传输时延的数学模型。但是，这种假设是不符合实际情况的。在现网中，由于光缆中的纤芯长度存在误差、光缆施工的接续误差、光缆故障的接续误差、尾纤跳线的长度误差等多种原因，导致光纤通信中收发双向的两根光纤存在长度非对称的现象。由于双向传递时间信号的两根光纤的长度不相同，导致了双向传输的时延不相等，即Delay_MS≠Delay_SM，因此，存在着非对称性时延。物理上长度为1米的光纤，传输时延大约为5ns(纳秒)。现网实际测试数据表明，光纤长度的非对称性导致的时延误差在100ms(毫秒)以上的概率非常大，光纤传输链路的非对称性时延严重影响了时间信号的传递精度。
为了解决IEEE 1588v2时钟同步技术存在的因主从站之间光纤链路不对称带来的非对称性时延的问题，必须对收发光纤传输链路的非对称时延值进行精确测量，将测量出的光纤链路的非对称时延值，代入IEEE 1588v2的计算公式中，对时间偏差进行补偿，从而消除因收发光纤链路不对称而造成的时间同步误差。
针对IEEE 1588v2存在的非对称时延问题，需要测量出光纤链路的非对称时延值。然而，快速准确地测量出光纤链路非对称性时延是工程中的一个难题。目前采用的解决方法主要有IEEE 1588测试仪表、光时域反射仪(OTDR)测试、光纤倒换、环网自动测试等，但是现有的方法都存在各自的缺陷。
比如使用IEEE 1588专用测试仪表，先由人工手动的方式测量出光纤传输链路实际的非对称时延值相对于GPS授时的时间偏差，然后再对非对称时延进行补偿。这是一种相对测试，测试精度受到测试仪表和GPS卫星授时精度的影响。这种方法需要架设GPS卫星接收天线，不仅费时费力，而且当光纤链路发生变化时，无法自动测量出实际的非对称时延，难以保证时间同步的精度。
光时域反射仪(OTDR)测试法使用标准的光时域反射仪表，直接测量出发射光纤链路的长度和接收光纤链路的长度，然后计算出光纤的不对称性。这种测量方法需要工程技术人员拿着测试仪表到各个站点逐点测量，纯粹依靠人工手动操作，测试效率低下。如果光纤中有熔接头，那么会对光纤内部反射和散射回来的光信号产生影响，从而使测量的光纤长度不准确，容易产生测量误差。
光纤倒换的方法，也称为换纤时间戳方法。该方法利用光开关采用对换光纤的方式进行测试，即先测试第一根光纤的时延，再测试第二根光纤的时延。通过发送测试报文，获取时间戳数据，根据采集到的时间戳数据计算出光纤链路的非对称时延。这是一种绝对测试，不需要昂贵的测试仪表和架设GPS卫星接收天线，测试精度由时间戳精度决定，但是只适用于没有光放大器(EDFA)和光中继器(REG)的光纤链路。
环网自动测试的方式，适用范围有限，只能对已经建成的环形时间同步网进行路径自动保护倒换判断和时延补偿，并且也是假设内环和外环的光纤长度相等。
总之，现有的针对非对称时延的测量方法都存在着各自的不足之处，适用范围十分有限，尤其是不能适用于具有光中继器(REG)和光放大器(EDFA)的场合。而光中继器和光放大器是目前光通信网络中为了实现远距离传输普遍采用的增强光信号的技术手段，得到了非常广泛的应用。因此，如何针对具有光中继器(REG)和光放大器(EDFA)的光纤链路进行非对称时延的精确测量是IEEE 1588v2时间同步技术急需解决的问题。
发明内容
本发明提供的光纤传输链路非对称时延的测量方法，包括：
步骤1主站设备先向从站设备发送波长为λ1的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ1的光信号：
(1)主站设备在t1时刻发送第一信息到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到所述第一信息；
(3)从站设备在t3时刻发送第二信息给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到所述第二信息；
(5)得到以下表达式：
步骤2主站设备先向从站设备发送波长为λ2的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ2的光信号：
(6)主站设备在t5时刻发送第三信息到从站设备；
(7)从站设备在t6时刻接收到所述第三信息；
(8)从站设备在t7时刻发送第四信息给主站设备；
(9)主站设备在t8时刻接收到所述第四信息；
(10)得到以下表达式：
步骤3主站设备先向从站设备发送波长λ1的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ2的光信号：
(11)主站设备在t9时刻发送第五信息到从站设备；
(12)从站设备在t10时刻接收到所述第五信息；
(13)从站设备在t11时刻发送第六信息给主站设备；
(14)主站设备在t12时刻接收到所述第六信息；
(15)得到以下表达式：
步骤4主站设备先向从站设备发送波长为λ2的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ1的光信号：
(16)主站设备在t13时刻发送第七信息到从站设备；
(17)从站设备在t14时刻接收到所述第七信息；
(18)从站设备在t15时刻发送第八信息给主站设备；
(19)主站设备在t16时刻接收到所述第八信息；
(20)得到以下表达式：
步骤5计算公式
得到信号传输在主站设备和从站设备之间的时间偏差offset；
其中，
表示波长为λ1的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ1的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延；
L1为主站设备到从站设备的光纤链路长度，L2为从站设备到主站设备的光纤链路长度。
优选的，步骤1进一步包括：
(1)主站设备在t1时刻发送包含有t1时刻的同步报文到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到所述同步报文；
(3)从站设备在t3时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到所述延迟请求报文；然后将包含有t4时刻的延迟请求响应报文发送给从站设备；
步骤2进一步包括：
(6)主站设备在t5时刻发送包含t5时刻的同步报文到从站设备；
(7)从站设备在t6时刻接收到所述同步报文；
(8)从站设备在t7时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(9)主站设备在t8时刻接收到所述发送延迟请求报文；然后将包含有t8时刻的延迟请求响应报文发送给从站设备；
步骤3进一步包括：
(11)主站设备在t9时刻发送包含有t9时刻的同步报文到从站设备；
(12)从站设备在t10时刻接收到所述同步报文；
(13)从站设备在t11时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(14)主站设备在t12时刻接收到所述延迟请求报文；然后将包含有t12时刻的延迟请求响应报文发送到从站设备；
步骤4进一步包括：
(16)主站设备在t13时刻发送包含t13时刻的同步报文到从站设备；
(17)从站设备在t14时刻接收到所述同步报文；
(18)从站设备在t15时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(19)主站设备在t16时刻接收到所述延迟请求报文；然后发送包含t16时刻的延迟请求响应报文给从站设备；
所述t1、t4、t5、t8、t9、t12、t13、t16均基于主站设备的系统时钟记录的；所述t2、t3、t6、t7、t10、t11、t14、t15均基于从站设备的系统时钟记录的。
本发明还提供了一种测量光纤传输链路非对称时延的装置，包括：主站设备、信号下行链路、从站设备及信号上行链路；
其中主站设备包括第一光接收器、第一时间戳单元、第一协议处理单元、第一光发射器、第二光发射器及第一二选一光开关；第一光接收器的信号输出端与第一时间戳单元的信号输入端连接，第一时间戳单元与第一协议处理单元具有信号连接；第一时间戳单元的第一信号输出端与第一光发射器的信号输入端连接；第一时间戳单元的第二信号输出端与第二光发射器的信号输入端连接；第一光发射器的信号输出端、第二光发射器的信号输出端均与第一二选一光开关连接；
从站设备包括第二光接收器、第二时间戳单元、第二协议处理单元、时延计算单元、第三光发射器、第四光发射器及第二二选一光开关；第二光接收器的信号输出端与第二时间戳单元的信号输入端连接；第二时间戳单元与第二协议处理单元具有信号连接；第二协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；第二时间戳单元的第一信号输出端与第三光发射器的信号输入端连接，第二时间戳单元的第二信号输出端与第四光发射器的信号输入端连接；第三光发射器的信号输出端、第四光发射器的信号输出端均与第二二选一光开关连接；
信号下行链路包括第一光放大器或第一光中继器；第一光放大器的信号输入端或第一光中继器的信号输入端与第一二选一光开关的输出端连接，第一光放大器的信号输出端或第一光中继器的信号输出端与第二光接收器的信号输入端连接；
信号上行链路包括第二光放大器或第二光中继器；第二光放大器的信号输入端或第二光中继器的信号输入端与第二二选一光开关的输出端连接，第二光放大器的信号输出端或第二光中继器的信号输出端与第一光接收器的信号输入端连接；
上述设备中，第一时间戳单元用于基于主站设备的系统时钟产生时间戳，第一协议处理单元用于将第一时间戳单元产生的时间戳封装到待发射的数据包中，第一光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第二光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去；
第二时间戳单元用于基于从站设备的系统时钟产生时间戳，第二协议处理单元用于从接收到的信号中提取时间戳，第三光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第四光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去，时延计算单元用于根据接收到数据包的时间戳及第二时间戳单元产生的时间戳计算主站设备与从站设备之间的信号传输时间偏差。
本发明还提供了一种可用于测量光纤传输链路非对称时延的主站设备，包括第一光接收器、第一时间戳单元、第一协议处理单元、多个光发射器、第一二选一光开关及第一合波器；第一光接收器的信号输出端与第一时间戳单元的信号输入端连接，第一时间戳单元与第一协议处理单元具有信号连接；第一时间戳单元的第一信号输出端与第一光发射器的信号输入端连接；第一时间戳单元的第二信号输出端与第二光发射器的信号输入端连接；第一光发射器的信号输出端、第二光发射器的信号输出端均与第一二选一光开关连接；
合波器与第一二选一光开关及除第一光发射器、第二光发射器的其他光发射器的输出端具有信号连接；
第一时间戳单元用于基于主站设备的系统时钟产生时间戳，第一协议处理单元用于将第一时间戳单元产生的时间戳封装到待发射的数据包中，第一光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第二光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去；
其余光发射器用于将待发送的业务数据以其余波长的光信号发射出去。
本发明还提供了一种可用于测量光纤传输链路非对称时延的从站设备，包括第二光接收器、第二时间戳单元、第二协议处理单元、时延计算单元、多个光发射器、合波器及第二二选一光开关；第二光接收器的信号输出端与第二时间戳单元的信号输入端连接；第二时间戳单元与第二协议处理单元具有信号连接；第二协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；第二时间戳单元的第一信号输出端与其中一个光发射器的信号输入端连接，第二时间戳单元的第二信号输出端与其中另一个光发射器的信号输入端连接；所述其中一个光发射器的信号输出端、所述其中另一个光发射器的信号输出端均与第二二选一光开关连接；
合波器与第二二选一光开关及其他光发射器的输出端具有信号连接；
第二时间戳单元用于基于从站设备的系统时钟产生时间戳，第二协议处理单元用于从接收到的信号中提取时间戳，所述其中一个光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，所述其中另一个光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去，时延计算单元用于根据接收到数据包的时间戳及第二时间戳单元产生的时间戳计算主站设备与从站设备之间的信号传输时间偏差；
其余光发射器用于将待发送的业务数据以其余波长的光信号发射出去。
采用本发明的方法及装置，能够对主站设备与从站设备之间信号传输的时间偏差offset进行精确计算，解决了双纤双向光传输系统(例如SDH、PTN和WDM等)中光纤链路非对称时延的测量问题，解决了包含光中继器(REG)和光放大器(EDFA)的光纤链路的非对称时延的测量问题，以及解决了IEEE 1588v2难以克服的时延非对称差值问题，使IEEE 1588v2时间同步技术能够方便地应用于包含了光中继器(REG)和光放大器(EDFA)的光纤链路中的节点设备的时间同步。
附图说明
图1为IEEE 1588v2工作原理示意图；
图2～图5分别展示了本发明方法中步骤1～步骤4的工作原理图；
图6为本发明方法的流程图；
图7为本发明中测量光纤传输链路非对称时延的装置的第一实施例；
图8为本发明中测量光纤传输链路非对称时延的装置的第二实施例。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决前述的技术问题，本发明采用的技术方案是：基于双纤双向传输的光纤通信系统，通过在主、从设备之间传递时间戳信息报文的方式，来计算主从设备之间的时间偏差，从而实现主从设备之间的时间同步，具体的实施方法和步骤如下：
假设双向传输的两条光纤链路的长度不相等。主站设备M到从站设备S的光纤链路长度为L1，从站设备S到主站设备M的光纤链路长度为L2；在下述公式中，offset表示主站设备和从站设备之间的时间偏差；
表示波长为λ1的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ1的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延。
步骤1、主站设备先以波长λ1向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ1向主站设备发送光信号，如图2所示；
(1)主站设备在t1时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t1时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(3)从站设备在t3时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(5)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t4时刻”时间信息发送给从站设备；
(6)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t1，t2，t3，t4四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(7)可以得到以下计算公式：
步骤2、主站设备先以波长λ2向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ2向主站设备发送光信号，如图3所示；
(8)主站设备在t5时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t5时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(9)从站设备在t6时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(10)从站设备在t7时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(11)主站设备在t8时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(12)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t8时刻”时间信息发送给从站设备；
(13)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t5，t6，t7，t8四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(14)可以得到以下计算公式：
步骤3、主站设备先以波长λ1向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ2向主站设备发送光信号，如图4所示；
(15)主站设备在t9时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t9时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(16)从站设备在t10时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(17)从站设备在t11时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(18)主站设备在t12时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(19)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t12时刻”时间信息发送给从站设备；
(20)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t9，t10，t11，t12四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(21)可以得到以下计算公式：
步骤4、主站设备先以波长λ2向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ1向主站设备发送光信号，如图5所示；
(22)主站设备在t13时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t13时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(23)从站设备在t14时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(24)从站设备在t15时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(25)主站设备在t16时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(26)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t16时刻”时间信息发送给从站设备；
(27)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t13，t14，t15，t16四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(28)可以得到以下计算公式：
步骤5、计算主站设备和从站设备之间的非对称时延和时间偏差；
由公式(1b)加上公式(2b)可得：
由公式(3b)加上公式(4b)可得：
由公式(5b)加上公式(6b)可得：
由公式(7b)加上公式(8b)可得：
众所周知，不同波长的光信号在同一根光纤中的传输时延不相等。假设波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延之比为R1；波长为λ1的光信号和波长为λ2的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延之比为R2，则有：
由于L1和L2往往是同一条光缆中不同纤芯的两根光纤，可以近似认为R1＝R2，因此可得到：
由公式(9b)减去公式(11b)，并将公式(15b)代入可得：
由公式(9b)减去公式(12b)，并将公式(15b)代入可得：
将公式(16b)除以公式(17b)，可得：
将公式(18b)代入公式(10b)可得：
至此，计算出了主站设备到从站设备的时延和以及主站设备和从站设备之间的时间偏差offset，在从站设备扣除时间偏差offset即可实现与主站设备之间的时间同步。
根据上述实施例的指导，本领域技术人员还可以想到将从站设备收到同步报文的时间，及从站设备发送延迟请求报文的时间发送给主站设备，由主站设备计算时间偏差offset。也可以想到，使用第三方仪器记录主站设备、从站设备收发报文的时间，计算时间偏差offset。本领域技术人员也可以合理预测到，主站设备、从站设备之间传输的数据还可以是其他形式，并不局限于上述实施例提到的同步报文、延迟请求报文及延迟请求响应报文。
本领域技术人员不难看出，本发明方法中的步骤1～4的顺序并不是固定的，这4个步骤的顺序可以随意调换，并不会影响技术问题的解决。
图7示出了实现本发明方法的装置的第一实施例，包括光中继器(REG)或者光放大器(EDFA)的光纤链路非对称时延的装置。
该装置由主站设备和从站设备构成。
其中主站设备包括二选一光开关、光发射器λ1、光发射器λ2、光接收器、时间戳单元、协议处理单元；光接收器的信号输出端与时间戳单元的信号输入端连接，时间戳单元与协议处理单元具有信号连接；时间戳单元的第一信号输出端与光发射器λ1的信号输入端连接；时间戳单元的第二信号输出端与光发射器λ2的信号输入端连接；光发射器λ1的信号输出端、光发射器λ2的信号输出端均与二选一光开关连接。
从站设备包括二选一光开关、光发射器λ1、光发射器λ2、光接收器、时间戳单元、协议处理单元、时延计算单元。光接收器的信号输出端与时间戳单元的信号输入端连接；时间戳单元与协议处理单元具有信号连接；协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；时间戳单元的第一信号输出端与光发射器λ1的信号输入端连接，时间戳单元的第二信号输出端与光发射器λ2的信号输入端连接；光发射器λ1的信号输出端、光发射器λ2的信号输出端均与二选一光开关连接。
主站设备和从站设备之间的光纤链路是目前光纤通信网络中常见的包含有光放大器(EDFA)或光中继器(REG)的双纤双向光传输系统，并且光放大器或光中继器的数量不只局限于一个，可以包含有多个。
各模块的功能说明如下：
一选二光开关：具有二选一的功能，可以对两路输入光信号进行选择连接，使其只输出一路光信号，用于在两个波长λ1和λ2中选择一个作为发射波长。
光发射器λ1：进行电/光转换，将电信号转换成波长为λ1的光信号，并耦合进光纤中进行传输。
光发射器λ2：进行电/光转换，将电信号转换成波长为λ2的光信号，并耦合进光纤中进行传输。
光接收器：进行光/电转换，恢复出经过光纤传输的光信号所携带的信息。
时间戳单元：当主站设备和从站设备之间相互发送和接收携带有时间戳信息的报文时，产生和记录时间戳信息。
协议处理单元：控制和处理主站设备和从站设备之间时间戳信息报文的发送和接收。
时延计算单元：当从站设备采集到所有时间戳信息的数据后，完成对时间戳数据的分析和计算，得出主站设备和从站设备之间的时间偏差offset，并对光纤链路非对称时延差值进行扣除，使从站设备与主站设备保持同步。
为了便于理解，现以发射波长λ1和λ2分别为1550nm和1310nm为例，阐述上述装置的工作过程：
步骤1、主站设备先以波长1550nm向从站设备发送光信号，从站设备再以波长1550nm向主站设备发送光信号；
(1)主站设备在t1时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t1时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(3)从站设备在t3时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(5)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t4时刻”时间信息发送给从站设备；
(6)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t1，t2，t3，t4四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(7)可以得到以下计算公式：
步骤2、主站设备先以波长1310nm向从站设备发送光信号，从站设备再以波长1310nm向主站设备发送光信号；
(8)主站设备在t5时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t5时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(9)从站设备在t6时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(10)从站设备在t7时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(11)主站设备在t8时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(12)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t8时刻”时间信息发送给从站设备；
(13)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t5，t6，t7，t8四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(14)可以得到以下计算公式：
步骤3、主站设备先以波长1550nm向从站设备发送光信号，从站设备再以波长1310nm向主站设备发送光信号；
(15)主站设备在t9时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t9时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(16)从站设备在t10时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(17)从站设备在t11时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(18)主站设备在t12时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(19)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t12时刻”时间信息发送给从站设备；
(20)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t9，t10，t11，t12四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(21)可以得到以下计算公式：
步骤4、主站设备先以波长1310nm向从站设备发送光信号，从站设备再以波长1550nm向主站设备发送光信号；
(22)主站设备在t13时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t13时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
(23)从站设备在t14时刻接收到同步报文(Sync报文)；
(24)从站设备在t15时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
(25)主站设备在t16时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
(26)主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t16时刻”时间信息发送给从站设备；
(27)通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t13，t14，t15，t16四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
(28)可以得到以下计算公式：
步骤5、计算主站设备和从站设备之间的非对称时延和时间偏差；
根据公式就可计算出主站设备到从站设备的传输时延，以及主站设备和从站设备之间的时间偏差：
完成对主站设备和从站设备之间的时间偏差offset的计算后，通过在从站对光纤传输链路的非对称时延进行扣除，即可使从站设备和主站设备保持同步。
参见图8，本发明装置第二实施例提供的是包含有光放大器(EDFA)的波分复用(WDM)光传输链路的非对称时延的装置。
该装置由主站设备和从站设备构成。
其中主站设备包括二选一光开关、光发射器λ1～光发射器λ8、光接收器、时间戳单元、协议处理单元及合波器。
光接收器的信号输出端与时间戳单元的信号输入端连接，时间戳单元与协议处理单元具有信号连接；时间戳单元的第一信号输出端与光发射器λ1的信号输入端连接；时间戳单元的第二信号输出端与光发射器λ2的信号输入端连接；光发射器λ1的信号输出端、光发射器λ2的信号输出端均与二选一光开关连接。
合波器与二选一光开关及光发射器λ3～光发射器λ8的输出端具有信号连接。
从站设备包括二选一光开关、光发射器λ1～光发射器λ8、光接收器、时间戳单元、协议处理单元、时延计算单元及合波器。
光接收器的信号输出端与时间戳单元的信号输入端连接；时间戳单元与协议处理单元具有信号连接；协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；时间戳单元的第一信号输出端与光发射器λ1的信号输入端连接，时间戳单元的第二信号输出端与光发射器λ2的信号输入端连接；所述光发射器λ1的信号输出端、光发射器λ2的信号输出端均与二选一光开关连接。
合波器与二选一光开关及光发射器λ3～光发射器λ8的输出端具有信号连接。
主站设备和从站设备之间的光纤链路是目前光纤通信网络中常见的包含有光放大器(EDFA)的波分复用(WDM)光传输系统。
各模块的功能说明如下：
二选一光开关：具有二选一的功能，可以对两路输入光信号进行选择连接，使其只输出一路光信号，用于在两个波长λ1和λ2中选择一个作为发射波长。
光发射器λ1～光发射器λ8：进行电/光转换，将电信号转换成波长为λ1～λ8的光信号，并耦合进光纤中进行传输。λ1～λ8是波分复用系统(WDM)的工作波长，其中λ1和λ2用于主站设备和从站设备相互传送携带了时间戳信息的报文，λ3～λ8用于在主站设备和从站设备之间传送业务信息。
光接收器：进行光/电转换，恢复出经过光纤传输的光信号所携带的信息。
时间戳单元：当主站设备和从站设备之间相互发送和接收含有时间戳信息的报文时，产生和记录时间戳信息。
协议处理单元：控制和处理主站设备和从站设备之间时间戳信息报文的发送和接收。
时延计算单元：当从站设备采集到所有时间戳信息的数据后，完成对时间戳数据的分析和计算，得出主站设备和从站设备之间的时间偏差offset，并对光纤链路非对称时延差值进行补偿。
本实施例可以选择目前光纤通信系统中常用的粗波分复用(CWDM)系统或者密集波分复用(DWDM)系统的标称中心波长作为工作波长。本实施例装置的工作过程包括以下步骤：
步骤1、主站设备先以波长λ1向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ1向主站设备发送光信号；
主站设备在t1时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t1时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
从站设备在t2时刻接收到同步报文(Sync报文)；
从站设备在t3时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
主站设备在t4时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t4时刻”时间信息发送给从站设备；
通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t1，t2，t3，t4四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
可以得到以下计算公式：
步骤2、主站设备先以波长λ2向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ2向主站设备发送光信号；
主站设备在t5时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t5时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
从站设备在t6时刻接收到同步报文(Sync报文)；
从站设备在t7时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
主站设备在t8时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t8时刻”时间信息发送给从站设备；
通过上述含有时间信息的报文传递，从站设备获得了t5，t6，t7，t8四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
可以得到以下计算公式：
步骤3、主站设备先以波长λ1向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ2向主站设备发送光信号；
主站设备在t9时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t9时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
从站设备在t10时刻接收到同步报文(Sync报文)；
从站设备在t11时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
主站设备在t12时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t12时刻”时间信息发送给从站设备；
通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t9，t10，t11，t12四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
可以得到以下计算公式：
步骤4、主站设备先以波长λ2向从站设备发送光信号，从站设备再以波长λ1向主站设备发送光信号，如图5所示；
主站设备在t13时刻发送同步报文(Sync报文)，并将“t13时刻”时间信息随着同步报文(Sync报文)传送到从站设备；
从站设备在t14时刻接收到同步报文(Sync报文)；
从站设备在t15时刻发送延迟请求报文(Delay_Req)给主站设备；
主站设备在t16时刻接收到延迟请求报文(Delay_Req)；
主站设备随后通过发送延迟请求响应报文(Delay_Resp)将“t16时刻”时间信息发送给从站设备；
通过上述含有时间戳信息的报文传递，从站设备获得了t13，t14，t15，t16四个时间信息。上述报文离开和到达的时间戳都是基于主站和从站设备内部的系统时钟。
可以得到以下计算公式：
步骤五、计算主站设备和从站设备之间的非对称时延和时间偏差；
根据公式就可计算出主站设备到从站设备的传输时延，以及主站设备和从站设备之间的时间偏差：
完成对主站设备和从站设备之间的时间偏差offset的计算后，通过在从站对光纤传输链路的非对称时延进行补偿，即可使从站设备和主站设备保持同步。由于主站设备和从站设备使用波长λ1和λ2相互传送携带了时间戳信息的报文，因此，不会影响主站设备与从站设备之间使用波长λ3～λ8传送其它的业务信息。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其它实施例的排除，而可用于各种其它组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种光纤传输链路非对称时延的测量方法，其特征在于，包括：
步骤1主站设备先向从站设备发送波长为λ1的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ1的光信号：
(1)主站设备在t1时刻发送第一信息到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到所述第一信息；
(3)从站设备在t3时刻发送第二信息给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到所述第二信息；
(5)得到以下表达式：
<mrow> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>D</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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步骤2主站设备先向从站设备发送波长为λ2的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ2的光信号：
(6)主站设备在t5时刻发送第三信息到从站设备；
(7)从站设备在t6时刻接收到所述第三信息；
(8)从站设备在t7时刻发送第四信息给主站设备；
(9)主站设备在t8时刻接收到所述第四信息；
(10)得到以下表达式：
<mrow> <mi>T</mi> <mn>3</mn> <mo>=</mo> <mi>t</mi> <mn>6</mn> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mn>5</mn> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>D</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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步骤3主站设备先向从站设备发送波长为λ1的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ2的光信号：
(11)主站设备在t9时刻发送第五信息到从站设备；
(12)从站设备在t10时刻接收到所述第五信息；
(13)从站设备在t11时刻发送第六信息给主站设备；
(14)主站设备在t12时刻接收到所述第六信息；
(15)得到以下表达式：
<mrow> <mi>T</mi> <mn>5</mn> <mo>=</mo> <mi>t</mi> <mn>10</mn> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mn>9</mn> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>D</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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步骤4主站设备先向从站设备发送波长为λ2的光信号，从站设备再向主站设备发送波长为λ1的光信号：
(16)主站设备在t13时刻发送第七信息到从站设备；
(17)从站设备在t14时刻接收到所述第七信息；
(18)从站设备在t15时刻发送第八信息给主站设备；
(19)主站设备在t16时刻接收到所述第八信息；
(20)得到以下表达式：
<mrow> <mi>T</mi> <mn>7</mn> <mo>=</mo> <mi>t</mi> <mn>14</mn> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mn>13</mn> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>D</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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步骤5计算公式
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得到信号传输在主站设备和从站设备之间的时间偏差offset；
其中，
表示波长为λ1的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ1的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L1的光纤链路上的传输时延；
表示波长为λ2的光信号在长度为L2的光纤链路上的传输时延；
L1为主站设备到从站设备的光纤链路的长度，L2为从站设备到主站设备的光纤链路的长度；
步骤1～步骤4的先后顺序是不固定的。
2.根据权利要求1所述的一种光纤传输链路非对称时延的测量方法，其特征在于，
步骤1进一步包括：
(1)主站设备在t1时刻发送包含有t1时刻的同步报文到从站设备；
(2)从站设备在t2时刻接收到所述同步报文；
(3)从站设备在t3时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(4)主站设备在t4时刻接收到所述延迟请求报文；然后将包含有t4时刻的延迟请求响应报文发送给从站设备；
步骤2进一步包括：
(6)主站设备在t5时刻发送包含t5时刻的同步报文到从站设备；
(7)从站设备在t6时刻接收到所述同步报文；
(8)从站设备在t7时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(9)主站设备在t8时刻接收到所述发送延迟请求报文；然后将包含有t8时刻的延迟请求响应报文发送给从站设备；
步骤3进一步包括：
(11)主站设备在t9时刻发送包含有t9时刻的同步报文到从站设备；
(12)从站设备在t10时刻接收到所述同步报文；
(13)从站设备在t11时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(14)主站设备在t12时刻接收到所述延迟请求报文；然后将包含有t12时刻的延迟请求响应报文发送到从站设备；
步骤4进一步包括：
(16)主站设备在t13时刻发送包含t13时刻的同步报文到从站设备；
(17)从站设备在t14时刻接收到所述同步报文；
(18)从站设备在t15时刻发送延迟请求报文给主站设备；
(19)主站设备在t16时刻接收到所述延迟请求报文；然后发送包含t16时刻的延迟请求响应报文给从站设备；
所述t1、t4、t5、t8、t9、t12、t13、t16均基于主站设备的系统时钟记录的；所述t2、t3、t6、t7、t10、t11、t14、t15均基于从站设备的系统时钟记录的。
3.一种测量光纤传输链路非对称时延的装置，其特征在于，包括：主站设备、信号下行链路、从站设备及信号上行链路；
所述测量装置执行如权利要求1或2所述的方法；其中主站设备包括第一光接收器、第一时间戳单元、第一协议处理单元、第一光发射器、第二光发射器及第一二选一光开关；第一光接收器的信号输出端与第一时间戳单元的信号输入端连接，第一时间戳单元与第一协议处理单元具有信号连接；第一时间戳单元的第一信号输出端与第一光发射器的信号输入端连接；第一时间戳单元的第二信号输出端与第二光发射器的信号输入端连接；第一光发射器的信号输出端、第二光发射器的信号输出端均与第一二选一光开关连接；
从站设备包括第二光接收器、第二时间戳单元、第二协议处理单元、时延计算单元、第三光发射器、第四光发射器及第二二选一光开关；第二光接收器的信号输出端与第二时间戳单元的信号输入端连接；第二时间戳单元与第二协议处理单元具有信号连接；第二协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；第二时间戳单元的第一信号输出端与第三光发射器的信号输入端连接，第二时间戳单元的第二信号输出端与第四光发射器的信号输入端连接；第三光发射器的信号输出端、第四光发射器的信号输出端均与第二二选一光开关连接；
信号下行链路包括第一光放大器或第一光中继器；第一光放大器的信号输入端或第一光中继器的信号输入端与第一二选一光开关的输出端连接，第一光放大器的信号输出端或第一光中继器的信号输出端与第二光接收器的信号输入端连接；
信号上行链路包括第二光放大器或第二光中继器；第二光放大器的信号输入端或第二光中继器的信号输入端与第二二选一光开关的输出端连接，第二光放大器的信号输出端或第二光中继器的信号输出端与第一光接收器的信号输入端连接；
上述测量装置中，第一时间戳单元用于基于主站设备的系统时钟产生时间戳，第一协议处理单元用于将第一时间戳单元产生的时间戳封装到待发射的数据包中，第一光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第二光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去；
第二时间戳单元用于基于从站设备的系统时钟产生时间戳，第二协议处理单元用于从接收到的信号中提取时间戳，第三光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第四光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去，时延计算单元用于根据接收到数据包的时间戳及第二时间戳单元产生的时间戳计算主站设备与从站设备之间的信号传输时间偏差。
4.一种测量光纤传输链路非对称时延的装置，其特征在于，包括：主站设备及从站设备；
所述测量装置执行如权利要求1或2所述的方法；其中主站设备包括第一光接收器、第一时间戳单元、第一协议处理单元、多个光发射器、第一二选一光开关及第一合波器；第一光接收器的信号输出端与第一时间戳单元的信号输入端连接，第一时间戳单元与第一协议处理单元具有信号连接；第一时间戳单元的第一信号输出端与第一光发射器的信号输入端连接；第一时间戳单元的第二信号输出端与第二光发射器的信号输入端连接；第一光发射器的信号输出端、第二光发射器的信号输出端均与第一二选一光开关连接；
第一合波器与第一二选一光开关及除第一光发射器、第二光发射器的其他光发射器的输出端具有信号连接；
第一时间戳单元用于基于主站设备的系统时钟产生时间戳，第一协议处理单元用于将第一时间戳单元产生的时间戳封装到待发射的数据包中，第一光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，第二光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去，其余光发射器用于将待发送的业务数据以其余波长的光信号发射出去；
从站设备包括第二光接收器、第二时间戳单元、第二协议处理单元、时延计算单元、多个光发射器、合波器及第二二选一光开关；第二光接收器的信号输出端与第二时间戳单元的信号输入端连接；第二时间戳单元与第二协议处理单元具有信号连接；第二协议处理单元与时延计算单元具有信号连接；第二时间戳单元的第一信号输出端与其中一个光发射器的信号输入端连接，第二时间戳单元的第二信号输出端与其中另一个光发射器的信号输入端连接；所述其中一个光发射器的信号输出端、所述其中另一个光发射器的信号输出端均与第二二选一光开关连接；
第二合波器与第二二选一光开关及其他光发射器的输出端具有信号连接；
第二时间戳单元用于基于从站设备的系统时钟产生时间戳，第二协议处理单元用于从接收到的信号中提取时间戳，所述其中一个光发射器用于将待发送的数据包以波长为λ1的光信号发射出去，所述其中另一个光发射器用于将待发射的数据包以波长为λ2的光信号发射出去，时延计算单元用于根据接收到数据包的时间戳及第二时间戳单元产生的时间戳计算主站设备与从站设备之间的信号传输时间偏差，其余光发射器用于将待发送的业务数据以其余波长的光信号发射出去。
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