CN110784783B - 基于光纤网络的时钟同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤网络的时钟同步方法及装置，其中，方法包括以下步骤：主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；从节点接收Sync数据包在从节点经纯光学器件被分为的一部分，且记录接收时刻的第二时间戳，剩余部分返回到主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；主节点将第一时间戳和第三时间戳通过Resp数据包发送到从节点，由从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。该方法通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题。

Description

基于光纤网络的时钟同步方法及装置

技术领域

本发明涉及时钟同步技术领域，特别涉及一种基于光纤网络的时钟同步方法及装置。

背景技术

时钟信号是时序逻辑的基础，用于决定逻辑单元中的状态何时更新，是有固定周期并与运行无关的信号量。在数字电路中，时钟信号基本是方波，常采用方波的上升沿或下降沿作为电路动作的触发。对于分布式的数字系统，各个节点的均有各自的时钟信号，初始状态下各个节点的时钟之间存在一定的偏差，经过同步之后系统才能有相对统一的时钟。时钟同步的性能决定了设备所采集数据的时间分辨率和设备协同动作操作的频率，当下已经有许多针对时间同步的研究与成熟的实现方案。

目前主流的时钟同步方案是基于IEEE1588-PTP协议，通过主从端之间的数据包交换，测量数据主节点到从节点的时间延迟，计算主从节点之间的始终偏差，以此调节从节点的本地时间。可以通用有线传输(光纤、铜缆等)或者无线传输(射频信号、蓝牙等)的技术实现。其中，光纤由于具有较好的信号传输质量和确定的延迟参数，在高精度长距离的时钟同步方案中具有极大的优势。

White Rabbit技术(以下简称WR)是目前较为成熟的一种基于光纤的时钟同步方案，是由CERN和GSI主导一个开源项目。WR采用波分复用技术，在单光纤上实现了数据的发送和接收，接收和发送采用不同波长信号避免信号反射干扰。

WR的同步过程分为三部分：频率同步，时钟刻度同步，相位同步。

(1)频率同步通过同步以太网技术实现，主节点在利用本地时钟对数据流进行编码，当从节点接收到数据流的时候能够从中恢复出相同频率的时钟信号，因此能够实现两个节点之间的频率同步。

(2)时钟刻度同步通过PTP协议实现，该协议的数据包交换过程如图1所示，主从节点在发送和接收数据包的时候会记录时间戳，链路的往返延迟：Delay_MM＝(t₄-t₁)-(t₃-t₂)，在光纤链路对称的情况下，单向的延迟为往返延迟的一半。但是由于主节点到从节点的信号和从节点到主节点的信号波长不一致，因此链路存在不对称性。因此引入链路的不对称系数α，该系数定义了在某两个波长(主节点发送和接收)下，信号传输单位长度所需时间的关系，该系数可通过实验标定。数据在主从节点之间除了经过光纤，还经过硬件上的电路和单端口SFP光模块等，这些都存在一定的延迟，主从节点之间的链路延迟模型如图2所示，图中Δ_txm、Δ_rxm、Δ_txs、Δ_rxs为硬件延迟，不受信号波长影响，可以通过实验标定；ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟，可以通用软件读出；δ_MS和δ_SM为光纤传输的延迟。光纤不对称性系数的定义为：

其中

Δ＝Δ_txm+Δ_rxm+Δ_txs+Δ_rxs+ε_m+ε_s，

主从节点之间的偏差可以由下式得到

offset＝t₁-t₂+Delay_MS

因此从节点根据offset的数值调整本地的时钟即可与主节点实现时钟刻度上的同步。

(3)对于相位级的同步，WR技术在节点上实现数字双混频鉴相器(DDMTD)，精确测量主从时钟之间的相位偏差，将此信息添加到时间戳的测量中，使得时间戳的精度达到相位级别。在时钟刻度同步之后，通过调整从节点的时钟相位，使主从节点的相位对齐。

在WR网络中，光纤的不对称系数对于同步性能十分重要。这一参数受到信号波长、光纤类型、光纤温度等条件的影响，其中相同型号SFP的激光器中心波长由于工艺原因不能做到完全一致，现有的网络中存在多种光纤混用的情况，长距离的光纤布局不能保证光纤环境温度的稳定，这些因素综合起来，会导致不对称性系数α在实际使用过程中与标定值之间存在偏差，在长距离的时间同步中这一影响将被放大。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

时钟同步在大型分布式系统中十分重要。

目前主流的时钟同步方案是通过主从节点之间的数据包交换，测量主节点到从节点的时间延迟，计算主从节点之间的时钟偏差，以此调节从节点的本地时间使之与主节点同步。但是由于数据往返的光纤链路存在不对称性，因此在长距离且光纤参数未经标定或者环境温度变化的条件下，时钟同步准确度难以保证。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于光纤网络的时钟同步方法，该方法通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题。

本发明的另一个目的在于提出一种基于光纤网络的时钟同步装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于光纤网络的时钟同步方法，所述光纤网络包括主节点、第一光纤环形器、第二光纤环形器、长光纤、光分路器和从节点，在主节点端，双端口SFP模块与所述第一光纤环形器直接相连，所述第一光纤环形器的公共端与所述长光纤的一端相连，所述长光纤的另一端与所述第二光纤环形器的公共端相连，所述第二光纤环形器的输出端与所述光分路器的输入端相连，所述光分路器分别与所述第二光纤环形器的输入端和所述从节点的输入端相连，其中，所述方法包括以下步骤：主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；从节点接收所述Sync数据包在所述从节点经纯光学器件被分为的一部分，且记录接收时刻的第二时间戳，剩余部分返回到所述主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；所述主节点将所述第一时间戳和所述第三时间戳通过Resp数据包发送到所述从节点，由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。

本发明实施例的基于光纤网络的时钟同步方法，通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题，沿用了同步以太网技术和DDMTD技术，能够在三十公里范围内实现亚纳秒级别的时钟同步准确度和皮秒级别的同步精度，并且对于光纤的种类和温度不敏感，不需要对光纤进行标定，在温度变化的情况下也能实现稳定的同步性能。

另外，根据本发明上述实施例的基于光纤网络的时钟同步方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，时间戳数据满足以下关系式：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：根据所述关系式消除光纤的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述延迟的消除公式为：

其中，C_{delay_m}和C_{delay_s}在链路建立之后为常数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步，包括：获取时钟的偏差，以调整本地的时钟以与所述主节点实现时钟同步，其中，所述偏差的计算公式为：

offset＝t₁-t₂+Delay_MS。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于光纤网络的时钟同步装置，所述光纤网络包括主节点、第一光纤环形器、第二光纤环形器、长光纤、光分路器和从节点，在主节点端，双端口SFP模块与所述第一光纤环形器直接相连，所述第一光纤环形器的公共端与所述长光纤的一端相连，所述长光纤的另一端与所述第二光纤环形器的公共端相连，所述第二光纤环形器的输出端与所述光分路器的输入端相连，所述光分路器分别与所述第二光纤环形器的输入端和所述从节点的输入端相连，其中，所述装置包括：第一发送模块，用于通过主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；第二发送模块，用于通过从节点接收所述Sync数据包在所述从节点经纯光学器件被分为的一部分，且记录接收时刻的第二时间戳，剩余部分返回到所述主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；同步模块，用于通过所述主节点将所述第一时间戳和所述第三时间戳通过Resp数据包发送到所述从节点，由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。

本发明实施例的基于光纤网络的时钟同步装置，通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题，沿用了同步以太网技术和DDMTD技术，能够在三十公里范围内实现亚纳秒级别的时钟同步准确度和皮秒级别的同步精度，并且对于光纤的种类和温度不敏感，不需要对光纤进行标定，在温度变化的情况下也能实现稳定的同步性能。

另外，根据本发明上述实施例的基于光纤网络的时钟同步装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，时间戳数据满足以下关系式：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：消除模块，用于根据所述关系式消除光纤的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述延迟的消除公式为：

其中，C_{delay_m}和C_{delay_s}在链路建立之后为常数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述同步模块进一步用于获取时钟的偏差，以调整本地的时钟以与所述主节点实现时钟同步，其中，所述偏差的计算公式为：

offset＝t₁-t₂+Delay_Ms。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术的PTP协议的数据包交换过程示意图；

图2为相关技术的主从节点之间的链路延迟模型示意图；

图3为根据本发明实施例的网络连接结构示意图；

图4为根据本发明实施例的基于光纤网络的时钟同步方法的流程图；

图5为根据本发明实施例的光纤网络的连接结构图；

图6为根据本发明实施例的基于光纤网络的时钟同步装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在介绍本发明实施例的基于光纤网络的时钟同步方法及装置之前，先介绍一下本发明实施例的光纤网络连接结构。

如图3所示，本发明实施例的光纤网络结构上采用双端口的SFP模块，数据发送和接收分别使用一个端口。

在主节点端，双端口SFP与光纤环形器直接相连，光纤环形器允许光束只在一个方向上通过，传播方向如图所示。数据由主节点的发送端输出，经过光纤环形器输出到公共端；公共端传回的数据经过光纤环形器输出到主节点的输入端。

光纤环形器的公共端连接长光纤，实现与远端的互联。

光纤的另一端连接另一个光纤环形器的公共端。环形器的输出端连接光分路器的输入端，光分路器能够将输入的信号分为两部分，一部分输出到从节点的输入端，另一部分输出到光纤环形器的输入端。从节点的输出端并未使用。

在该结构下，数据从主节点SFP的发送端输出到光纤环回器，再通过光纤传输到从端的光纤环回器，经由一个光分路器，数据被分为两部分，一部分传输回主节点，另一部分由从节点接收。

这种结构能够单向地传输数据(主节点到从节点)，同时主节点能够接收到自己发出的数据包。主节点发送的数据包在整个链路中传播后又回到主节点，主节点能够测量数据包发送和接收的时间差得到链路的往返延迟。且由于整个链路仅有一个波长的信号(由主节点SFP的激光器决定)，因此不存在光纤链路的不对称性问题，数据由主节点到从节点和由从节点到主节点在光纤上传输上所需的时间相等。且所用的器件皆为光学器件，引入额外的延迟都是确定的，主从节点之间的单向延迟计算方便。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于光纤网络的时钟同步方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于光纤网络的时钟同步方法。

图4是本发明一个实施例的基于光纤网络的时钟同步方法的流程图。

如图4所示，该基于光纤网络的时钟同步方法包括以下步骤：

在步骤S401中，主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳。

可以理解的是，如图5所示，主节点发送Sync数据包，记录下发送时刻的时间戳t₁。

在步骤S402中，从节点接收Sync数据包在从节点经纯光学器件被分为的一部分，且记录接收时刻的第二时间戳，剩余部分返回到主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳。

可以理解的是，如图5所示，Sync数据包在从节点经纯光学器件被分为两部分，一部分由从节点接收到，从节点接收时刻的时间戳为t₂；另一部分返回到主节点，主节点接收Sync数据包的时间为t₃。

在步骤S403中，主节点将第一时间戳和第三时间戳通过Resp数据包发送到从节点，由从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。

可以理解的是，如图5所示，主节点将t₁和t₃这两个时间信息通过Resp数据包发送到从节点，由从节点进行计算和时钟的调整。

具体而言，三个时间戳中，t₁和t₃是由主节点的本地时钟确定的，t₂则是由从节点的本地时钟确定的，以主节点是时钟为参考时钟，假设当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t₂，。

各个时间戳数据满足以下关系：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟。

利用以上两个式子消除光纤的延迟δ，则主端到从端的延迟为：

其中，C_{delay_s}＝Δ_{cir_txs}+Δ_{spl_m}-Δ_{cir_rxs}-2Δ_{spl_s}-2(Δ_rxs+ε_s)，C_{delay_s}和C_{delay_m}在链路建立之后为常数，可以通过标定和软件计算得出。

则两个时钟的偏差为：

offset＝t₁-t₂+Delay_MS，

从节点根据offset的数值调整本地的时钟即可与主节点实现时钟的同步。

综上，本发明实施例提出的基于光纤网络的时钟同步方法，通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题，沿用了同步以太网技术和DDMTD技术，能够在三十公里范围内实现亚纳秒级别的时钟同步准确度和皮秒级别的同步精度，并且对于光纤的种类和温度不敏感，不需要对光纤进行标定，在温度变化的情况下也能实现稳定的同步性能。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于光纤网络的时钟同步装置。

图6是本发明一个实施例的基于光纤网络的时钟同步装置的结构示意图。

如图6所示，该基于光纤网络的时钟同步装置10包括：第一发送模块100、第二发送模块200和同步模块300。

其中，第一发送模块100用于通过主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；第二发送模块200用于通过从节点接收Sync数据包在从节点经纯光学器件被分为的一部分，且记录接收时刻的第二时间戳，剩余部分返回到主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；同步模块300用于通过主节点将第一时间戳和第三时间戳通过Resp数据包发送到从节点，由从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。本发明实施例的装置10通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，时间戳数据满足以下关系式：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：消除模块。其中，消除模块用于根据关系式消除光纤的延迟。

进一步地，在本发明的一个实施例中，延迟的消除公式为：

其中，C_{delay_m}和C_{delay_s}在链路建立之后为常数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，同步模块300进一步用于获取时钟的偏差，以调整本地的时钟以与主节点实现时钟同步，其中，偏差的计算公式为：

offset＝t₁-t₂+Delay_MS。

需要说明的是，前述对基于光纤网络的时钟同步方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于光纤网络的时钟同步装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于光纤网络的时钟同步装置，通过主从节点之间的数据包交换和计算，得到单向的延迟，以此调节从节点的时钟与主节点同步，从而能够解决光纤链路的不对称性引起的同步不稳定，以及光纤的不对称问题对高精度的时钟同步性能的影响问题，沿用了同步以太网技术和DDMTD技术，能够在三十公里范围内实现亚纳秒级别的时钟同步准确度和皮秒级别的同步精度，并且对于光纤的种类和温度不敏感，不需要对光纤进行标定，在温度变化的情况下也能实现稳定的同步性能。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于光纤网络的时钟同步方法，其特征在于，所述光纤网络包括主节点、第一光纤环形器、第二光纤环形器、长光纤、光分路器和从节点，在主节点端，双端口SFP模块与所述第一光纤环形器直接相连，所述第一光纤环形器的公共端与所述长光纤的一端相连，所述长光纤的另一端与所述第二光纤环形器的公共端相连，所述第二光纤环形器的输出端与所述光分路器的输入端相连，所述光分路器分别与所述第二光纤环形器的输入端和所述从节点的输入端相连，其中，所述方法包括以下步骤：

主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；

所述Sync数据包经过光纤传输到从节点所在位置，所述Sync数据包经过纯光学器件被分为两部分，从节点接收其中一路数据且记录接收时刻的第二时间戳，另一路数据由光学器件经由光纤直接返回到所述主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；以及

所述主节点将所述第一时间戳和所述第三时间戳通过Resp数据包发送到所述从节点，由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，时间戳数据满足以下关系式：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_txm、Δ_rxm、Δ_rxs为硬件延迟，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟；ε_m、Δ_txm、Δ_rxm、Δ_{cir_txm}和Δ_{cir_rxm}归纳为主节点端延迟；Δ_rxs、Δ_{cir_rxs}、Δ_{spl_m}、Δ_{cir_txs}、Δ_{spl_s}和ε_s归纳为从节点端延迟，以上延迟通过实验室标定或节点内部软件读取。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述关系式消除光纤的延迟，其中，所述延迟的消除公式为：

其中，C_{delay_rn}和C_{delay_s}在链路建立之后为常数，分别从主从节点端延迟计算得到。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步，包括：

获取时钟的偏差，以调整本地的时钟以与所述主节点实现时钟同步，其中，所述偏差的计算公式为：

offset＝t₁-t₂+Delay_MS。

5.一种基于光纤网络的时钟同步装置，其特征在于，所述光纤网络包括主节点、第一光纤环形器、第二光纤环形器、长光纤、光分路器和从节点，在主节点端，双端口SFP模块与所述第一光纤环形器直接相连，所述第一光纤环形器的公共端与所述长光纤的一端相连，所述长光纤的另一端与所述第二光纤环形器的公共端相连，所述第二光纤环形器的输出端与所述光分路器的输入端相连，所述光分路器分别与所述第二光纤环形器的输入端和所述从节点的输入端相连，其中，所述装置包括：

第一发送模块，用于通过主节点发送Sync数据包，并且记录发送时刻的第一时间戳；

第二发送模块，用于在所述Sync数据包经过光纤传输到从节点所在位置，所述Sync数据包经过纯光学器件被分为两部分后，通过从节点接收其中一路数据且记录接收时刻的第二时间戳，另一路数据由光学器件经由光纤直接返回到所述主节点，且主节点记录接收时刻的第三时间戳；以及

同步模块，用于通过所述主节点将所述第一时间戳和所述第三时间戳通过Resp数据包发送到所述从节点，由所述从节点进行计算和时钟的调整，使得时钟同步。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，时间戳数据满足以下关系式：

t₃-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_m}+Δ_{cir_txs}+δ+Δ_{cir_rxm}+ε_m+Δ_rxm，

t₂′-t₁＝Δ_txm+Δ_{cir_txm}+δ+Δ_{cir_rxs}+Δ_{spl_s}+Δ_rxs+ε_s，

其中，t₁为第一时间戳，t₂为第二时间戳，t₃为第三时间戳，当从节点接收到Sync数据包的时候，主节点的时钟刻度为t2’，Δ_{cir_txm}为主节点的发送路径固定延时，Δ_{cir_rxs}为长光纤输出端到光分路器输出端的传输延时，Δ_{spl_m}为光分路器一路输出端到第二光纤环形器输入端的传输延时，Δ_{cir_txs}为第二光纤环形器输入端到长光纤输入端的传输延时，δ为长光纤的单向传输延时，Δ_{cir_rxm}为主节点的接收路径固定延时，Δ_{spl_s}为从节点的从光分路器另一路输出端开始的接收路径固定延时，ε_s和ε_m为恢复时钟过程中数据对齐的延迟；ε_m、Δ_txm、Δ_rxm、Δ_{cir_txm}和Δ_{cir_rxm}归纳为主节点端延迟；Δ_rxs、Δ_{cir_rxs}、Δ_{spl_m}、Δ_{cir_txs}、Δ_{spl_s}和ε_s归纳为从节点端延迟，以上延迟通过实验室标定或节点内部软件读取。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

消除模块，用于根据所述关系式消除光纤的延迟，其中，所述延迟的消除公式为：

其中，C_{delay_m}和C_{delay_s}在链路建立之后为常数，分别从主从节点端延迟计算得到。

8.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述同步模块进一步用于获取时钟的偏差，以调整本地的时钟以与所述主节点实现时钟同步，其中，所述偏差的计算公式为：

offset＝t₁-t₂+Delay_MS。

Images