CN105515704A - 时钟同步方法及光网络单元 - Google Patents

时钟同步方法及光网络单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种时钟同步方法，所述方法包括：预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟；基于所述本地时钟，发出脉冲。相应的，本发明还公开了一种光网络单元，在OLT的时钟来自非高精度原子钟的情况下，实现ONU高精度时钟同步。

Description

时钟同步方法及光网络单元
技术领域
本发明涉及时钟同步技术，尤其涉及一种时钟同步方法及光网络单元。
背景技术
IEEE802.1as协议描述的传统以太网无源光网络(EPON，EthernetPassiveOpticalNetwork)技术采用1588时钟同步协议。
使用标准1588协议实现的时钟同步功能，严重依赖于光线路终端(OLT，opticallineterminal)的时钟精度，若OLT的时钟精度不精准，则OLT和光网络单元(ONU，OpticalNetworkUnit)的1pps脉冲会存在一个固定的偏移。
由于对时钟精度要求极高，使用标准1588协议的时钟同步方法时，要求OLT必须配备原子钟，增加了系统成本；有些以太网无源光网络(EPON，EthernetPassiveOpticalNetwork)系统是不配备原子钟的，要想OLT和ONU的1pps信号能够“勉强”使用，还需要OLT每秒都发给ONU一次1588协议帧，ONU的软件每秒都要给硬件配一次1588参数，OLT的时钟越差，则OLT发给ONU的1588协议帧以及ONU软件配置硬件的频率要求越高，这个频率甚至会高到每秒多次的程度，严重影响系统的开销。
需要一种新的方案，解决现有时钟同步方法严重依赖于OLT时钟精度的问题，以降低系统成本和系统开销。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种时钟同步方法及光网络单元，解决现有时钟同步方法严重依赖于OLT时钟精度的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种时钟同步方法，所述方法包括：
预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟；
基于所述本地时钟，发出脉冲。
其中，所述预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值，包括：连接接收N个时钟同步帧，N为不小于2的整数，每个所述时钟同步帧包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；根据第一个时钟同步帧及最后一个时钟同步帧的时钟参数，计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
其中，所述计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值，包括：计算最后一个时钟同步帧与第一个时钟同步帧之间三个时钟参数的差值；用秒同步时间值的差值与毫微秒同步时间值的差值之和除以时间值的差值，得到当前时钟对应的毫微秒数；将所述当前时钟对应的毫微秒数与标准毫微秒数比较，得到当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
其中，所述根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟，包括：如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟快，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数减去一个所述标准的毫微秒数；如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟慢，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数加上一个所述标准的毫微秒数。
其中，所述基于所述本地时钟，发出脉冲，为：所述本地的毫微秒计时器每到整秒时刻，发出一个脉冲。
其中，所述接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地，包括：接收时钟同步协议报文，所述时钟同步协议报文包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；将所述时间值、秒同步时间值、毫微秒同步时间值配置到本地；在时间值计时器计时到所述时间值时，将本地的秒计时器以及毫微秒计时器分别更新为所述秒同步时间值和毫微秒同步时间值。
一种光网络单元，所述光网络单元包括：计算模块、时钟配置模块、校准模块、发送模块，其中，
计算模块，用于预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
时钟配置模块，用于接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
校准模块，用于根据所述计算模块计算的快慢值和偏移值，校准本地时钟；
发送模块，用于基于所述本地时钟，发出脉冲。
其中，所述计算模块包括获取子模块和计算子模块，其中，获取子模块，用于连接接收N个时钟同步帧并解析获得时钟参数，N为不小于2的整数，每个所述时钟同步帧包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；计算子模块，用于根据获取子模块得到的第一个时钟同步帧及最后一个时钟同步帧的时钟参数，计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
其中，所述计算子模块，具体用于：计算最后一个时钟同步帧与第一个时钟同步帧之间三个时钟参数的差值；用秒同步时间值的差值与毫微秒同步时间值的差值之和除以时间值的差值，得到当前时钟对应的毫微秒数；将所述当前时钟对应的毫微秒数与标准的毫微秒数比较，得到当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
其中，所述校准模块，用于：如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟快，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数减去一个所述标准的毫微秒数；如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟慢，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数加上一个所述标准的毫微秒数。
其中，所述发送模块，具体用于所述本地的毫微秒计时器每到整秒时刻，发出一个脉冲。
其中，所述时钟配置模块，用于：接收时钟同步协议报文，所述时钟同步协议报文包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；将所述时间值、秒同步时间值、毫微秒同步时间值配置到本地；在所述时间值计时器计时到所述时间值时，将本地的秒计时器以及毫微秒计时器分别更新为所述秒同步时间值和毫微秒同步时间值。
本发明中，预先计算快慢值和偏移值，在时钟同步时再基于快慢值和偏移值不断校准本地时钟，使得ONU的时钟能够与OLT的时钟保持高精度的同步，在OLT的时钟来自非高精度原子钟的情况下，实现ONU高精度时钟同步，从而在OLT的时钟精度很差的情况下也可以达到ONU和OLT的1pps脉冲准确同步的效果。既可以摆脱原子钟，又可以降低ONU的CPU配置，CPU只需要定期(不需要1秒一次这么频繁)给硬件配一次时钟，就可以达到OLT和ONU的1pps脉冲精准同步的效果。
附图说明
图1为EPON系统的架构示意图；
图2为根据本发明实施例的时钟同步方法流程图；
图3为根据本发明实施例的时钟同步具体实现流程图；
图4为根据本发明实施例的ONU的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例可以适用于EPON，提供一种在OLT的时钟来自非高精度原子钟的情况下，实现ONU高精度时钟同步的时钟同步方法。
如图1所示，EPON的时钟同步系统主要由OLT、ONU、原子钟三部分组成，其中，原子钟用于为OLT提供高精度时钟(125M)，OLT使用该原子钟提供的时钟作为系统时钟，ONU从OLT发送的时钟报文恢复出所述系统时钟作为ONU自己的系统时钟。
OLT在整秒时会发出脉冲，ONU在整秒时也发出脉冲，ONU和OLT的脉冲应该在同时发出。
而实际使用中，如果OLT没有使用精准的原子钟作为时钟源，则ONU的计时器每个周期都会累计一个很小的偏差，最终反映出来则是ONU发出的脉冲距离OLT的脉冲可能会有一个固定的差值，而且如果ONU不是每秒都配置一次时钟的话，这个差值每秒都会拉大。
本发明实施例的时钟同步方法，可以解决上述问题，在EPON低精度时钟条件下实现ONU的高精度同步，主要包括三个阶段：1)ONU初始化阶段的学习，主要是确定校准时需要的偏移值；2)ONU与OLT的时钟同步；3)在时钟同步过程中不断进行的时钟偏差校准。
如图2所示，本发明实施例的时钟同步方法主要可以包括：
步骤201：ONU预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
步骤202：ONU接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
步骤203：ONU根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟；
步骤204：ONU基于所述本地时钟，发出脉冲。
本发明实施例的时钟同步方法基于标准1588协议，具体处理流程如图3所示，包括：
步骤301：ONU启动，经过一个学习阶段，预先进行时钟偏差的计算。
具体的，计算方法为：
ONU连续接收N次时钟同步帧，每个时钟同步帧都包括三个时钟参数：多点控制协议(MPCP，Multi-PointControlProtocol)的时间值T_tq(tq是epon系统的时间单位，1tq＝16ns)，以及对应的秒同步时间值T_sec、毫微秒同步时间值T_ns(单位分别为sec和ns)；
用最后一个时钟同步帧的三个时钟参数分别减去第一个时钟同步帧的三个时钟参数，算出时间值的差值△T_tq、秒同步时间值的差值△T_sec、及毫微秒同步时间值的差值△T_ns，然后用△T_sec和△T_ns的和除以△T_tq，计算当前时钟对应的毫微秒数；将算出来的毫微秒数与标准毫微秒数(理论上该数值应该是16)比较，如果不相同，则说明当前时钟与标准时钟相比是不准确的，需要校准，那么根据算出来的毫微秒数与标准毫微秒数可以计算得到两个数值：一是表示当前时钟相比标准时钟是快了还是慢了的快慢值，用-或者+表示，-表示当前时钟比标准时钟快，+表示当前时钟比标准时钟慢；二是使用当前时钟的话，需要经过几个时钟周期上述计算结果会达到标准毫微秒数，也就是说，偏移值值是多少。如果算出来的毫微秒数与标准毫微秒数比较是相同的，则说明当前时钟是准确的，不需要校准，偏移值取0。
△T_sec和△T_ns的和除以△T_tq理论上(比如用(1_sec+16_ns)除以62500003等于15.999999488ns)计算结果应该是16ns，实际计算结果与理论结果的偏差就可以代表当前时钟与标准时钟之间的偏差。如果计算结果大于16ns，表示当前时钟1tq大于16ns，说明这个时钟慢了，反之，如果计算结果小于16ns，说明当前时钟快了。
具体的，计算过程包括：根据(△T_sec+△T_ns)/△T_tq＝a，计算出a，a(单位ns/tq)表示当前时钟每tq单位对应的毫微秒数；根据b＝(a-16)/2，计算出b，b(单位ns/时钟周期)表示当前时钟与标准时钟相比每个时钟周期毫微秒数偏差多少，b的正负表示快慢值，如果b是正数，则说明当前时钟相对于标准时钟偏慢，如果b是负数，则说明当前时钟相对于标准时钟偏快；最后，根据c＝8/|b|，计算出c，c(单位是时钟周期)表示偏移值，即补偿周期，表示当前时钟每经过c个时钟周期就要补偿一次本地计时器(毫微秒计时器)。每次补偿的数值与具体采用的时钟模式有关，如果是125M时钟，补偿值是8ns。
具体的，上述的N为不小于2的整数，N值越大，学习阶段占用的时间越久，但是计算的结果越准确。可以根据实际计算的需要，调整N的取值来控制校准精度。
上述的时钟同步帧可以是1588时钟同步协议的数据帧。
步骤302、OLT周期性地给ONU发送时钟同步报文，报文携带两个信息，分别是MPCP的时间值和同步时间值，具体是三个时钟参数：T_tq、T_sec及T_ns；
步骤303、ONU每次收到时钟同步报文后，解析报文，从报文中提取T_tq、T_sec、T_ns，并将T_tq、T_sec、T_ns的值配置到本地的硬件上；
其中，本地的硬件指的是实现本地计时器维护，根据配置定期补偿本地计时器，以及在准点产生脉冲信号的芯片逻辑。这部分由于每个时钟周期都要进行计算，无法用软件完成。
步骤304、ONU的时间值计时器在计时到达T_tq时，将本地的秒计时器及毫微秒计时器分别更新为T_sec和T_ns；
步骤305、ONU的秒计时器和毫微秒计时器每个时钟周期增加8ns，同时根据步骤301中计算出的快慢值以及偏移值，周期性的校准毫微秒计时器；
如果当前时钟比标准时钟快，则每隔偏移值个时钟周期将毫微秒计时器减8ns，如果当前时钟比标准时钟慢，则每个偏移值个时钟周期将毫微秒计时器加8ns。如果偏移值为0，则不需要校准毫微秒计时器。
步骤306、当ONU的毫微秒计时器计时到整秒时刻，发出1pps脉冲。
在一个家庭网关芯片的实现设计中，当OLT没有使用原子钟作为本地时钟的情况下，使用标准1588时钟同步协议的方案测试结果远远不如采用本发明实施例的方案得到的测试结果准确。
本发明实施例还提供了一种ONU，如图4所示，ONU包括：计算模块41、时钟配置模块42、校准模块43、发送模块44，其中，
计算模块41，用于预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
时钟配置模块42，用于接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
校准模块43，用于根据所述计算模块41计算的快慢值和偏移值，校准本地时钟；
发送模块44，用于基于所述本地时钟，发出脉冲。
其中，所述计算模块41包括获取子模块411和计算子模块412，其中，获取子模块411，用于连接接收N个时钟同步帧并解析获得时钟参数，N为不小于2的整数，每个所述时钟同步帧包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；计算子模块412，用于根据获取子模块得到的第一个时钟同步帧及最后一个时钟同步帧的时钟参数，计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
这里，所述计算子模块412，具体用于：计算最后一个时钟同步帧与第一个时钟同步帧之间三个时钟参数的差值；用秒同步时间值的差值与毫微秒同步时间值的差值之和除以时间值的差值，得到当前时钟对应的毫微秒数；将所述毫微秒数与标准的毫微秒数比较，得到当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。具体的计算方法参考上述方法实施例，不再赘述。
其中，所述校准模块43，用于：
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟快，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数减去一个所述标准的毫微秒数；
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟慢，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数加上一个所述标准的毫微秒数。
其中，所述发送模块44，具体用于所述本地的毫微秒计时器每到整秒时刻，发出一个脉冲。
其中，所述时钟配置模块42，用于：接收时钟同步协议报文，所述时钟同步协议报文包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；将所述时间值配置给本地的时间值计时器并开始计时；在所述时间值计时器计时到所述时间值时，将本地的秒计时器以及毫微秒计时器分别更新为所述秒同步时间值和毫微秒同步时间值。
本发明实施例提供的时钟同步方法及上述ONU，与现有技术(1588协议规定的方法)相比较，可以节省OLT侧的原子钟设备，降低系统成本；还可以大大降低ONU对OLT发送时钟同步协议帧的频率以及ONU的CPU配置要求，一般情况下10秒甚至更久的时间配置一次都可以满足要求。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种时钟同步方法，其特征在于，所述方法包括：
预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟；
基于所述本地时钟，发出脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值，包括：
连接接收N个时钟同步帧，N为不小于2的整数，每个所述时钟同步帧包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；
根据第一个时钟同步帧及最后一个时钟同步帧的时钟参数，计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值，包括：
计算最后一个时钟同步帧与第一个时钟同步帧之间三个时钟参数的差值；
用秒同步时间值的差值与毫微秒同步时间值的差值之和除以时间值的差值，得到当前时钟对应的毫微秒数；
将所述当前时钟对应的毫微秒数与标准毫微秒数比较，得到当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述快慢值和偏移值，校准本地时钟，包括：
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟快，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数减去一个所述标准的毫微秒数；
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟慢，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数加上一个所述标准的毫微秒数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述本地时钟，发出脉冲，为：
所述本地的毫微秒计时器每到整秒时刻，发出一个脉冲。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地，包括：
接收时钟同步协议报文，所述时钟同步协议报文包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；
将所述时间值、秒同步时间值、毫微秒同步时间值配置到本地；
在时间值计时器计时到所述时间值时，将本地的秒计时器以及毫微秒计时器分别更新为所述秒同步时间值和毫微秒同步时间值。
7.一种光网络单元，其特征在于，所述光网络单元包括：计算模块、时钟配置模块、校准模块、发送模块，其中，
计算模块，用于预先计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值；
时钟配置模块，用于接收时钟同步协议报文，将所述时钟同步协议报文的时钟参数配置到本地；
校准模块，用于根据所述计算模块计算的快慢值和偏移值，校准本地时钟；
发送模块，用于基于所述本地时钟，发出脉冲。
8.根据权利要求7所述的光网络单元，其特征在于，所述计算模块包括获取子模块和计算子模块，其中，
获取子模块，用于连接接收N个时钟同步帧并解析获得时钟参数，N为不小于2的整数，每个所述时钟同步帧包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；
计算子模块，用于根据获取子模块得到的第一个时钟同步帧及最后一个时钟同步帧的时钟参数，计算当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
9.根据权利要求8所述的光网络单元，其特征在于，所述计算子模块，具体用于：
计算最后一个时钟同步帧与第一个时钟同步帧之间三个时钟参数的差值；
用秒同步时间值的差值与毫微秒同步时间值的差值之和除以时间值的差值，得到当前时钟对应的毫微秒数；
将所述当前时钟对应的毫微秒数与标准的毫微秒数比较，得到当前时钟相对于标准时钟的快慢值和偏移值。
10.根据权利要求7至9任一项所述的光网络单元，其特征在于，所述校准模块，用于：
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟快，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数减去一个所述标准的毫微秒数；
如果所述快慢值表示当前时钟比标准时钟慢，则每隔所述偏移值个时钟周期，将本地的毫微秒计时器的计时数加上一个所述标准的毫微秒数。
11.根据权利要求10所述的光网络单元，其特征在于，所述发送模块，具体用于所述本地的毫微秒计时器每到整秒时刻，发出一个脉冲。
12.根据权利要求10所述的光网络单元，其特征在于，所述时钟配置模块，用于：
接收时钟同步协议报文，所述时钟同步协议报文包括三个时钟参数：多点控制协议的时间值以及对应的秒同步时间值、毫微秒同步时间值；
将所述时间值、秒同步时间值、毫微秒同步时间值配置到本地；
在所述时间值计时器计时到所述时间值时，将本地的秒计时器以及毫微秒计时器分别更新为所述秒同步时间值和毫微秒同步时间值。
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