CN106921457B - 基于sdh网络实现时钟同步的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SDH网络实现时钟同步的方法及装置，该方法包括：设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号时，获取与GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS。由于SDH网络是同步网络，保证了网络数据的正常传输。当GPS不能搜到GPS卫星时，利用SDH网络上输入的高精度的2.048MHz的频率来进行时钟的同步，使得主钟仍然可以较长时间保持亚微秒级的时钟同步，即使GPS在不能搜到GPS卫星时也能守时几天或更长时间而不出现超出1微秒的精度，该方法不仅能够满足电力行业时钟同步的要求，还为用户定位分析、恢复GPS卫星异常情况提供足够的时间。

Description

基于SDH网络实现时钟同步的方法及装置

技术领域

本发明涉及工业以太络技术领域，尤其涉及一种基于SDH网络实现时钟同步的方法及装置。

背景技术

在电力系统中，发电厂或变电站等场所都需要非常精确的时间同步控制。毫秒或微秒级的时间同步偏差会造成系统的中断，甚至造成电网的瘫痪，给客户和电力公司带来巨大的损失。

目前，发电厂或变电站内部会使用一个带有GPS的主钟作为整个厂区内部系统的主钟，所有的设备(从钟)都会与其进行时钟同步，可是一旦该GPS不能搜到GPS卫星，而进入守时阶段后，可能短时间(例如，一两个小时)内还能维持在几百纳秒的精度，但时间略长就超出1微秒的范围，而不能满足电力行业要求的1微秒的精度要求。因此，如何使GPS在不能搜到GPS卫星时也能守时几天或更长时间而不出现超出1微秒的精度成为了亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于SDH网络实现时钟同步的方法及装置，实现了在GPS不能搜到GPS卫星时，可以利用SDH设备上输出的高精度的2.048MHz的频率来进行时钟的同步

第一方面，本发明提供了一种基于SDH网络实现时钟同步的方法，包括：

设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

所述GPS卡根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

可选的，设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之前，所述方法还包括：

所述GPS卡对所述GPS天线的输入信号进行监测，在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

可选的，设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；

所述GPS卡在所述SDH网络的输入接口开启且输入有时钟频率的时钟信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

可选的，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将预设在所述主钟上的第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零；

所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻之前，所述第一精度的循环计数器和所述第二精度的循环计数器进行计数，并在再次根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将所述第一精度的循环计数器的第一计数值和所述第二精度的循环计数器的第二计数值进行锁存，并继续第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零。

可选的，GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡监测所述第一循环计数器的计数值和所述第二循环计数器的计数值，并在所述第一循环计数器的计数值到达所述第一计数值和所述第二循环计数器的计数值到达所述第二计数值时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

可选的，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

相应的，在监测到GPS天线无输入信号时，所述根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，包括：

在预设时间段内通过所述时间偏差调节根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间。

可选的，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

将所述时间偏差最小的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号作为在所述GPS天线无输入信号时的输入信号输出PPS。

第二方面，本发明还提供了一种基于SDH网络实现时钟同步的装置，包括：

获取模块，用于在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

同步模块，用于根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

可选的，所述装置还包括：

监测模块，用于对所述GPS天线的输入信号进行监测；

输出模块，用于在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

可选的，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；

所述获取模块，用于在所述SDH网络的输入接口开启且输入有时钟频率的时钟信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

由上述技术方案可知，本发明提供一种基于SDH网络实现时钟同步的方法及装置，由于SDH网络是同步网络，保证了网络数据的正常传输。当GPS不能搜到GPS卫星时，利用SDH网络上输入的高精度的2.048MHz的频率来进行时钟的同步，使得主钟仍然可以较长时间保持亚微秒级的时钟同步，即使GPS在不能搜到GPS卫星时也能守时几天或更长时间而不出现超出1微秒的精度，该方法不仅能够满足电力行业时钟同步的要求，还为用户定位分析、恢复GPS卫星异常情况提供足够的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的基于SDH网络实现时钟同步的方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的时钟同步组网的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的基于SDH网络实现时钟同步的方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的时钟同步组网的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的基于SDH网络实现时钟同步的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种基于SDH网络实现时钟同步的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

101、设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

可理解的是，本实施例中的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号可以理解为是以2.048MHz频率输入的时钟信号，当然也可以其他频率输入，下面通过以2.048MHz频率输入的时钟信号进行详细说明。

例如，图2所示的时钟同步组网的结构示意图，每个站点的主钟和从钟上均需要安装GPS卡，主钟上的GPS卡上需要接入GPS天线和从SDH网络设备上接入2.048MHz频率的时钟信号，GPS天线正常时，GPS卡使用GPS卫星进行对时，只有当GPS卡不能获取GPS卫星信息时，才切换到利用外部时钟频率来进行守时。

102、所述GPS卡根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

由于一般SDH网络都会从外部接入了高精度原子钟的频率(精度在10的-11次方)。基于SDH是同步网络，所以能够保证该网络中每个设备节点的频率精度也能达到10的-9次方以上，这样才能保证了网络数据的正常传输。当GPS不能搜到GPS卫星时，可以利用SDH设备上输出的高精度的2.048MHz的频率来进行时钟的同步，保证主钟仍然可以较长时间保持亚微秒级的时钟同步。另外在SDH网络上对时的精度，使对时精度能够达到一百纳秒之内。

该方法不仅能够满足电力行业时钟同步的要求，还为用户定位分析、恢复GPS卫星异常情况提供足够的时间。

下面通过具体的实施例对上述方法进行详细说明，如图3所示，该方法具体可以包括以下步骤：

301、所述GPS卡对所述GPS天线的输入信号进行监测。

302、判断是否有GPS天线的输入信号，若是，则执行步骤303，否则，执行步骤304。

303、在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS进行训钟，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

304、所述GPS卡判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；若是，则执行步骤305-306，否则，执行步骤307。

305、获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

306、所述GPS卡根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行训钟。

307、不进行训钟。

需要说明的是，为了获知在GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号的时间，本实施例中在监测到GPS天线有输入信号时，通过第一精度循环计数器和第二精度循环计数器获取GPS天线每输出一次PPS时的计数值，以根据该计数值确定在GPS天线无输入信号时，何时通过SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行训钟。

具体的，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括图中未示出的步骤：

所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将预设在所述主钟上的第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零。

所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻之前，所述第一精度的循环计数器和所述第二精度的循环计数器进行计数，并在再次根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将所述第一精度的循环计数器的第一计数值和所述第二精度的循环计数器的第二计数值进行锁存，并继续第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零。

GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡监测所述第一循环计数器的计数值和所述第二循环计数器的计数值，并在所述第一循环计数器的计数值到达所述第一计数值和所述第二循环计数器的计数值到达所述第二计数值时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

上述第一循环计数器可以理解为使用本地晶振(从10M倍频到100M)，0～99,999,999循环计数器，其精度较高。第二循环计数器为外部输入2.048MHz时钟，其精度较第一循环计数器较低。

一部分使用2.048M时钟，0～2,047,999循环计数器；一部分使用本地晶振(从10M倍频到100M)，当2.048MHz时钟上升沿时，计数器归0，当计数器到达47时，保持不变(100/2.048＝48.828125)。

由于GPS天线产生PPS，是在第一循环计数器为0的时刻，所以，更改GPS天线产生PPS的相位，只需更改第一循环计数器和第二循环计数器归0时刻即可；更改SDH网络输入的2.048MHz时钟产生PPS的相位，由于2.048MHz时钟产生PPS，是在第一循环计数器和第二循环计数器的计数值分别到达第一计数值和第二计数值(锁存值)时，所以，更改2.048MHz时钟产生PPS的相位，只需更改2.048M时钟的两个计数器锁存的值即可。

可以理解的是，当GPS天线有输入信号时，使用GPS天线输出PPS，并在输出PPS的时刻获取第一循环计数器的第一计数值和第二循环计数器的第二计数值，并将第一计数值和第二计数值作为锁存值。当GPS天线无输入信号时，在SDH网络输入接口开启即输入使能且有输入的时钟频率的时钟信号时，且时间超过预设阈值时，通过SDH网络的输入信号输出PPS。由于使用2.048M时钟输出PPS时，需要参照之前的锁存值，所以，在2.048M时钟输出PPS前，需有已经准备好的锁存值。“时间超过预设阈值”就是为准备锁存值而需要的时间。该预设阈值可以为几秒钟，例如7秒，本实施例不对其进行限定。

为了能更加准确的判断时钟频率的准确性，并计算出该频率的误差，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

相应的，在监测到GPS天线无输入信号时，所述根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，包括：

在预设时间段内通过所述时间偏差调节根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间。

例如，从卫星上获取的PPS来跟输入的2.048MHz的频率产生的PPS(2.048M个周期即一秒，1PPS)进行比较，他们的宽度是否一致，如果不一致，则随着时间的累积，他们之间的偏差会越来越大，假如在预设时间段T内，累积出的偏差达到了Offset纳秒，则需要储存下该数据。当GPS不能搜到GPS天线输入的信号时，切换到2.048MHz来进行守时时，就每经过T时间，来调整一次相位Offset纳秒。这样就可以达到，在2.048MHz不是非常精确的情况下，也可以精确守时。当然，在本方案中可以是每经过T时间，调整一次相位Offset纳秒，也可以是每1PPS调整一次相位Offset纳秒，本方案不做具体限定。

为了使得在GPS天线无输入信号时，利用SDH网络输入的信号进行守时的数据精度较高，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

将所述时间偏差最小的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号作为在所述GPS天线无输入信号时的输入信号输出PPS。

如图4所示，主钟上安装的GPS卡同时接入两个SDH网络(SDH网络1和SDH网络2)，在GPS天线有信号输入时时，用从GPS天线上获取的PPS来跟两个输入的2.048MHz的频率产生的PPS进行比较，他们的宽度是否一致，如果不一致，记录在时间T内，两个SDH网络设备积累的偏差。

当GPS卡不能获取GPS天线输入的信号时，从两个接入的SDH网络设备中，选取时间偏差较小的，作为切换对象，利用外部时钟频率来进行守时。

图5还示出了本发明实施例提供的一种基于SDH网络实现时钟同步的装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：

获取模块51，用于在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

同步模块52，用于根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

在本实施例的一个优选的实施方式中，所述装置还包括：

监测模块，用于对所述GPS天线的输入信号进行监测；

输出模块，用于在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

在本实施例的一个优选的实施方式中，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；

所述获取模块，用于在所述SDH网络的输入接口开启且输入有时钟频率的时钟信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

可理解的是，上述装置与上述方法是一一对应的关系，上述方法中的实施细节同样适用于上述装置，本实施例不再对上述装置的实施细节进行详细说明。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于SDH网络实现时钟同步的方法，其特征在于，包括：

设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

所述GPS卡根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步；

设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之前，所述方法还包括：所述GPS卡对所述GPS天线的输入信号进行监测，在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步；

在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将预设在所述主钟上的第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零；所述GPS卡在根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻之前，所述第一精度的循环计数器和所述第二精度的循环计数器进行计数，并在再次根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将所述第一精度的循环计数器的第一计数值和所述第二精度的循环计数器的第二计数值进行锁存，并继续将所述第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零；

GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述方法还包括：所述GPS卡监测所述第一循环计数器的计数值和所述第二循环计数器的计数值，并在所述第一循环计数器的计数值到达所述第一计数值和所述第二循环计数器的计数值到达所述第二计数值时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

其中，所述第一精度的循环计数器的精度比所述第二精度的循环计数器的精度高。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置在主钟上的GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；

所述GPS卡在所述SDH网络的输入接口开启且输入有时钟频率的时钟信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

相应的，在监测到GPS天线无输入信号时，所述根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，包括：

在预设时间段内通过所述时间偏差调节根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述方法还包括：

所述GPS卡将根据所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS进行比较，获取预设时间段内所述GPS天线的输入信号输出PPS与预设多个SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS的时间偏差；

将所述时间偏差最小的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号作为在所述GPS天线无输入信号时的输入信号输出PPS。

5.一种基于SDH网络实现时钟同步的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于在监测到GPS天线无输入信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

同步模块，用于根据所述SDH网络输入的时钟频率的时钟信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步；

第一训钟模块，用于通过所述GPS卡对所述GPS天线的输入信号进行监测，在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步；

计数模块，用于在监测到所述GPS天线有输入信号之后，所述GPS卡根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将预设在所述主钟上的第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零；所述GPS卡在根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻之前，所述第一精度的循环计数器和所述第二精度的循环计数器进行计数，并在再次根据所述GPS天线的输入信号输出PPS的时刻，将所述第一精度的循环计数器的第一计数值和所述第二精度的循环计数器的第二计数值进行锁存，并继续将所述第一精度的循环计数器和第二精度的循环计数器归零；

第二训钟模块，用于GPS卡在监测到GPS天线无输入信号之后，所述GPS卡监测所述第一循环计数器的计数值和所述第二循环计数器的计数值，并在所述第一循环计数器的计数值到达所述第一计数值和所述第二循环计数器的计数值到达所述第二计数值时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号；

其中，所述第一精度的循环计数器的精度比所述第二精度的循环计数器的精度高。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

监测模块，用于对所述GPS天线的输入信号进行监测；

输出模块，用于在监测到所述GPS天线有输入信号时，根据所述GPS天线的输入信号输出PPS，以实现所述主钟和与所述主钟相连接的至少一个从钟的时间同步。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述SDH网络的输入接口是否开启，且是否输入有时钟频率的时钟信号；

所述获取模块，用于在所述SDH网络的输入接口开启且输入有时钟频率的时钟信号时，获取与所述GPS卡相连接的SDH网络输入的时钟频率的时钟信号。