CN105472483A - 一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，包括：OLT根据第一本地时钟计数器周期性的产生同步时间信息；OLT对ONU进行测距得到环路时延并发送至ONU；ONU根据接收到的时间信息输出同步抽样脉冲；ONU在同步抽样脉冲的上升沿锁存第二本地时钟计数器的值；通过缓存得到同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值；ONU将上述值发送至插值模块进行插值运算得到同步抽样插值结果，并将插值结果在同步抽样脉冲的下降沿输出，可将结果发送至ONU本地处理器进行处理实现数据同步采集和传输，其提供的方法不需要在多个无源光网络之间建立时间同步关系，各无源光网络可采用独立的抽样频率，获得稳定、可靠的同步采集数据。

Description

一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无源光网络的数据采集方法。

背景技术

无源光网络(PassiveOpticalNetwork，PON)系统是在90年代初期出现的一种新型的光纤接入网技术，是一种典型的点到多点传输，局端设备(opticallineterminal，OLT)与多个用户端设备(OpticalNetworkUnit，ONU)之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网(OpticalDistributionNetwork，ODN)连接的网络，具有与现有以太网相兼容、高带宽、低成本、应用灵活便捷等优点。

现有的信息采集通信系统的工作主要依赖于系统中多点数据信息和统一精确的时间基准信息，特别是对系统中大量的同步数据采集传输更要求同步、实时、可靠。但是传统的同步数据采集(如，智能配网系统的区域保护)通信技术或多或少存在一些问题，特别是当多个主机都需要对同步数据进行抽样时，就要求主机之间保持时间同步的关系，传统的时间同步技术如以GPS/北斗为基准时间的IRIG-B码对时、秒脉冲1PPS对时或基于以太网络的IEEE-1588对时，这些方法虽然能完成时间的同步，但存在对时精度低、可靠性差、管理维护困难、组网成本高等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其与传统的用于计算机局域网的以太网技术不同，本发明仅采用了以太网的帧结构和接口，两者的网络结构和工作原理都完全不同，本发明提供的数据采集方法在多点同步数据采集传输的应用中能充分发挥无源光网络点到多点的传输优势，进行可靠、精确的数据同步采集和传输。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，包括以下步骤：

S1OLT根据第一本地时钟计数器周期性的产生同步时间信息；

S2所述OLT对ONU进行测距得到环路时延，且根据得到所述环路时延对所述同步时间信息进行处理得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU；

S3所述ONU根据接收到的所述时间信息输出同步抽样脉冲；

S4所述ONU在所述同步抽样脉冲的上升沿锁存第二本地时钟计数器的值；同时所述ONU通过缓存得到所述同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值；

S5所述ONU将得到的所述第二本地时钟计数器的值和N个所述采样值发送至插值模块进行插值运算得到同步抽样插值结果，并将所述插值结果在所述同步抽样脉冲的下降沿输出；

S6所述ONU将所述插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将所述插值结果发送至PON主机中进行处理，实现所述无源光网络的数据同步采集和传输。

所述ONU根据接收到的所述时间信息输出的同步抽样脉冲，即为二次抽样脉冲。

优选地，在步骤S2中，根据得到所述环路时延对所述同步时间信息进行处理得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU，具体包括：

所述OLT将所述同步时间信息减去所述环路时延的一半得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU。

优选地，在步骤S3中，所述ONU根据接收到的所述时间信息输出同步抽样脉冲具体包括：

所述ONU根据接收到的所述时间信息采用延时补偿技术输出相应的同步抽样脉冲。

优选地，在步骤S5中，所述插值模块中进行的插值运算为平均值法或拉格朗日插值法或阿基玛插值法或牛顿插值法或线性插值法。

优选地，在步骤S6中，所述ONU将所述插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将所述插值结果生成数据包通过以太网帧和接口发送至PON主机中进行处理，实现所述无源光网络的数据同步采集和传输。

通过本发明提供的基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.在本发明中，以无源光网络PON作为通讯媒介，实现区域内ONU与PON主机之间的物理连接，使整个系统中具有统一精确的时间，并采用同步数据插值运算，不需要在多个无源光网络之间建立时间同步关系，各无源光网络可采用独立的抽样频率，获得稳定、可靠的同步采集数据，实现全网同步数据的抽样(采集)和数据包的传输。相比较以往的时间同步系统以GPS/北斗为基准时间的IRIG-B码对时、秒脉冲1PPS对时或基于以太网络的IEEE-1588对时，具有时间传递精度高，同步数据采集误差小(误差为ns级)的优点；尤其满足电力系统需要实现主备(冗余)同步采样通信网络的应用需求；

2.在本发明中，依托PON网络的高带宽，可实现系统中大量同步采样数据的实时传输，满足不断增长的带宽需求；同时，无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，降低数据交互的故障率，满足同步采样数据稳定可靠传输要求；再有，光纤/光缆低成本以及具有拓扑结构的无源光网络，具有维护简单，容易扩展，易于升级的特点，且无源光网络在传输中无需电源和机房，没有其他电子部件，光纤容易铺设，可很大程度上节省运营成本和管理成本。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明中基于二次抽样的无源光网络数据采集方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明中基于二次抽样的无源光网络数据采集方法流程示意图。

具体实施方式

由于一般来说ONU端进行AD(AnalogtoDigital)转化的时钟是ONU各自的本地时钟，因此各个ONU端通过AD转化得到的采样数据是在不同时刻得到的，是不同步的，因此，在本发明中，为了使ONU端得到统一时刻的采样数据，我们通过OLT统一向各个ONU端下发时间信息，ONU端使用该统一的时间信息得到二次抽样时刻，这样ONU端得到该二次抽样时刻都是以OLT发送的时间信息为依据的，实现了各个ONU端的同步。具体来说，如图1所示为本发明中基于二次抽样的无源光网络数据采集方法流程示意图，包括以下步骤：

S1OLT根据第一本地时钟计数器周期性的产生同步时间信息。具体来说，这里OLT使用第一本地时钟计数器产生同步时间信息再进行处理得到统一下发的时间信息，在本发明中，ONU只有依据OLT统一下发的时间同步信息得到二次抽样时刻以实现同步数据的采集。当然，在这里，我们对OLT端的第一本地时钟计数器的实现方式不做具体限定，如，可以使用集成电路来实现，也可以使用单片机等处理器芯片来实现，只要其能实现本发明的目的，都包括在本发明的内容中。

S2OLT通过对ONU进行测距得到环路时延，且根据得到环路时延对同步时间信息进行处理得到时间信息，并将环路时延和时间信息一起发送至ONU。具体来说，由于该时间信息从OLT中传输到ONU中时需要一定的时间，因此，OLT在对ONU进行了测距得到环路时延之后，OLT将同步时间信息减去环路时延的一半得到时间信息，随即将时间信息发送至ONU，这样就能保证各个ONU中接收到的时间信息是统一的，以作为各个ONU得到二次抽样时刻的时间基准。

S3ONU接收到OLT发送的时间信息之后，随即根据接收到的时间信息输出同步抽样脉冲。具体来说，在这里，由于ONU在接收时间信息过程中需要一定的处理时间才能得到OLT下发的时间信息，因此，在本发明中，我们在ONU端中采用了延时补偿技术以保证各个ONU端在统一时刻输出同步抽样脉冲，即得到相同的二次抽样时刻。

以下对我们这里提及的延时补偿技术进行详细的描述：首先我们将环路时延分为下行路径时间和上行路径时间，其中，下行路径时间包括OLT下行处理时间、ONU下行路径时间和下行光纤传输时间，上行路径时间包括OLT上行路径时间、ONU上行路径时间和上行光纤传输时间；进一步来说，OLT下行路径时间包括OLT在对ONU进行测距过程中本地时间戳值打上报文至此报文由电信号转换为光开始传输之间的延时，OLT的上行处理时间为OLT收到包含ONU本地时间戳值的光信号至将此光信号转换为电信号并提取出ONU本地时间戳值之间的延时；ONU的下行处理时间为ONU收到包含OLT本地时间戳值的光信号至将此光信号转换为电信号并提取出OLT本地时间戳值之间的延时；ONU的上行处理时间为ONU将本地时间戳值打上报文至此报文由电信号转换为光开始传输之间的延时。在处理的过程中，我们只需要分别获取上述时间，将OLT下行处理时间加上ONU下行处理时间分别减去OLT上行处理时间和ONU上行处理时间最后除以2，即可以得到修正时间，各个ONU端只需要将各自对应的这部分修正时间减去就可以延时补偿，使得各个ONU在同一时刻输出同步抽样脉冲。当然了，在上面我们只是详细介绍了一种延时补偿技术，在实际应用中，还可以采用其他形式的延时补偿技术，只要其能实现本发明的目的，都包括在本发明的内容中。

S4ONU在同步抽样脉冲的上升沿锁存第二本地时钟计数器的值；同时ONU通过缓存得到同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值。具体来说，在这里，我们定义第二本地时钟计数器的值为Cnt_s，通过缓存得到的同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值分别为Sample1、Sample2、......、SampleN，总共得到N+1个数据。这里第二本地时钟计数器与第一本地时钟计数器的实现方式类似，再此不做赘述。

S5ONU将得到的第二本地时钟计数器的值和N个采样值发送至插值模块进行插值运算得到同步抽样插值结果，并将该同步抽样插值结果在同步抽样脉冲的下降沿输出。在本发明中，这里我们使用插值运算的目的在于使ONU中进行采样后得到的数字信息接近模拟量，由于模拟信号在经过ONU中的AD芯片转化为数字信息之后，得到的数字信号与真实的模拟信号不能完全等同，因而，为了使得到的数字信息更加接近模拟信息，在本发明中，我们使用了插值运算进行插值。依据上面我们对各个数据值的定义，使用插值运算得到的插值结果为f(Sample1，Sample2，...，SampleN，Cnt_s，Cnt_cycle)，其中，N＝1、2、3...N，Cnt_cycle为变量第二本地时钟计数器的最大值。当然，我们对插值运算的具体形式不做限定，插值运算可以为平均值法或拉格朗日插值法或阿基玛插值法或牛顿插值法或线性插值法等，甚至可以使用如，(A+B)/2，只要其能实现本发明的目的，都包括在本发明的内容中。

S6ONU将插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将插值结果发送至PON主机中进行处理，实现无源光网络的数据同步采集和传输。具体来说，在本发明中，ONU将插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将插值结果生成数据包通过以太网帧和接口发送至PON主机中进行处理，实现无源光网络的数据同步采集和传输。当然，如果采用将插值结果发送至PON主机中进行处理的方式，需要根据不同的应用，使用不同的通信规约进行数据的传输，如，在电力系统保护中可以采用IEC61850-9-2(SMV-92)协议进行传输，我们在这里对其设计的通信规约同样不作具体限定。

作为本发明的一个完整的实施例，对本发明的实施过程进行完整的描述：

首先OLT根据第一本地时钟计数器周期性的产生同步时间信息；同时OLT对ONU进行测距得到环路时延RTT，且将得到的同步信息时间减去RTT/2得到时间信息分别发送至各个ONU，ONU接收到的时间信息之后，分别计算出各个ONU对应的修正时间Tcor，并分别将接收到的时间信息减去修正时间Tcor，最后根据减去了修正时间的Tcor输出同步抽样脉冲。

ONU在得到了同步抽样脉冲之后，随即在同步抽样脉冲的上升沿锁存第二本地时钟计数器的值Cnt_s；同时ONU通过缓存得到同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值Sample1、Sample2、......、SampleN；使用插值算法得到插值结果，并将插值结果在同步抽样脉冲的下降沿输出；最后将插值结果发送至ONU本地处理器或发送至PON主机进行处理，实现无源光网络的数据同步采集和传输。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。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。

Claims (5)

1.一种基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1OLT根据第一本地时钟计数器周期性的产生同步时间信息；

S2所述OLT对ONU进行测距得到环路时延，且根据得到所述环路时延对所述同步时间信息进行处理得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU；

S3所述ONU根据接收到的所述时间信息输出同步抽样脉冲；

S4所述ONU在所述同步抽样脉冲的上升沿锁存第二本地时钟计数器的值；同时所述ONU通过缓存得到所述同步抽样脉冲之前的N个周期的采样值；

S5所述ONU将得到的所述第二本地时钟计数器的值和N个所述采样值发送至插值模块进行插值运算得到同步抽样插值结果，并将所述插值结果在所述同步抽样脉冲的下降沿输出；

S6所述ONU将所述插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将所述插值结果发送至PON主机中进行处理，实现所述无源光网络的数据同步采集和传输。

2.如权利要求1所述基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其特征在于,在步骤S2中，根据得到所述环路时延对所述同步时间信息进行处理得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU，具体包括：

所述OLT将所述同步时间信息减去所述环路时延的一半得到时间信息，并将所述环路时延和所述时间信息一起发送至所述ONU。

3.如权利要求2所述基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其特征在于，在步骤S3中，所述ONU根据接收到的所述时间信息输出同步抽样脉冲具体包括：

所述ONU根据接收到的所述时间信息采用延时补偿技术输出相应的同步抽样脉冲。

4.如权利要求1所述基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其特征在于，在步骤S5中，所述插值模块中进行的插值运算为平均值法或拉格朗日插值法或阿基玛插值法或牛顿插值法或线性插值法。

5.如权利要求1-4任意一项所述基于二次抽样的无源光网络数据采集方法，其特征在于，在步骤S6中，所述ONU将所述插值结果发送至ONU本地处理器进行处理或将所述插值结果生成数据包通过以太网帧和接口发送至PON主机中进行处理，实现所述无源光网络的数据同步采集和传输。