CN110995387B - 一种gpon网络承载高精度时钟的实现方法 - Google Patents

一种gpon网络承载高精度时钟的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，包括以下步骤：定义光线路终端OLT和光网络单元ONU为1588V2边界时钟BC；OLT通过Slave端口同步于上游网元，通过Master端口向ONU设备分发时间；ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，通过Master端口向基站发送时间；OLT和ONU之间利用GEM帧透明承载1588V2的PTP协议。本发明提供一种利用GPON网络承载高精度时钟的方法，使基站同步能达到数十ns级别的时间同步；而且使用同步GEM帧传送PTP报文，从机制上保证了GPON网络传送过程的高精度同步，同时避免了GPS模式带来的系统组网成本和安装维护的困难。

Description

一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法
技术领域
本发明涉及高精度时钟领域，具体涉及一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法。
背景技术
在传统的移动应用中，所有时间同步都采用基站直接外挂GPS接收器方式，由接收器接收GPS提供时间信息而实现所有基站的时间同步。如果每个基站都安装GPS接收器，成本较高，维护困难；而GPS接收天线安装要满足120度净空要求，也给安装施工带来困难；另外，GPS资源受制于人，也存在资源使用安全隐患。
为了解决上述问题，本发明提供一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，实现基站回传高精度时间同步方案，同时避免了GPS模式带来的系统组网成本和安装维护的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，用以解决上述问题。
一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，包括以下步骤：
定义光线路终端OLT和光网络单元ONU为1588V2边界时钟BC；
OLT通过Slave端口同步于上游网元，通过Master端口向ONU设备分发时间；
ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，通过Master端口向基站发送时间；
OLT和ONU之间利用GEM帧透明承载1588V2的PTP协议。
在一可选或者优选的实施方式中，所述GEM帧由5个字节的GEM帧头和L个字节的GEM净负荷组成；所述GEM帧头包括有效负载帧长度标识符、端口标识符、有效负载类型指示和检测字段。
在一可选或者优选的实施方式中，所述有效负载帧长度标识符占用12个比特；所述端口标识符占用12个比特；所述有效负载类型指示占用3个比特；所述检测字段占用13个比特；所述GEM净负荷长度L大小由帧头的PLI字段指示。
在一可选或者优选的实施方式中，所述有效负载类型指示的编码包括：000-用户数据段，不是帧尾；001-用户数据段，是帧尾；010-PTP数据包；011-预留；100-GEM OAM，不是帧尾；101-GEM OAM，是帧尾；110-预留；111-预留。
在一可选或者优选的实施方式中，周期性进行OLT和ONU之间的时间偏差度检测，当时间偏差度大于等于设定阈值触发产生PTP报文发送，进行时间同步调整。
在一可选或者优选的实施方式中，所述时间偏差度检测包括：
在OLT和ONU均设置有时间戳模块、PTP协议处理模块、时钟处理模块、时间偏差检测与控制模块和成帧模块；
所述时间戳模块对输入输出消息进行识别分类，并对事件消息进行时间标记；
所述PTP协议处理模块处理相关PTP协议，根据主从节点的运行状态执行相应的任务；
所述时钟处理模块可以工作在Server模式和Slave模式，Server模式提供时间戳产生时的精确时间，Slave模式接收PTP协议产生的时间差值调整本地时间；
所述时间检测与控制模块对主从节点时间进行分析比较，触发产生PTP报文；
所述成帧模块将PTP报文封装进GEM帧并传送出去。
在一可选或者优选的实施方式中，所述OLT通过Master端口向ONU设备分发时间和ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，包括以下步骤：
OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议GEM帧；
所有下挂在OLT的注册ONU接收OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议的GEM帧；
ONU根据GEM帧结构中携带的时间信息，结合ONU自身与OLT的时延信息，确定ONU自身与OLT之间的时延差；
ONU根据时延差对本地时间进行调整，实现与OLT时间同步。
在一可选或者优选的实施方式中，所述ONU根据GEM帧结构中携带的时间信息，结合ONU自身与OLT的时延信息，确定ONU自身与OLT之间的时延差,包括以下步骤：
所述ONU获取TOLT-T1，TONU-T1，TONU-T2，TOLT-T2四个时间值；所述TOLT-T1是OLT发送1588 V2 PTP Sync报文给ONU的本地时间；所述TONU-T1是ONU接收到1588 V2 PTPSync报文的本地时间；所述TONU-T2是ONU对报文进行处理后将PTP Delay-Req报文回送给OLT的本地时间；所述TOLT-T2是OLT收到PTP Delay-Req报文的本地时间；
定义OLT与ONU之间的时间偏差为Toffset，下行时延为ToDd，上行时延为ToDu，，则
TONU-T1-TOLT-T1＝ToDd-Toffset，
TONU-T2-TOLT-T2＝ToDd+Toffset，
Figure BDA0002293229250000021
Figure BDA0002293229250000031
所述ONU的时间调整为当前本地时间减去差值Toffset。
在一可选或者优选的实施方式中，所述GEM帧广播发送时，OLT暂停所有ONU发送上行业务，仅能发送相应的封装PTP报文的GEM帧。
本发明与现有技术相比较具有以下有效效果：
本发明提供一种利用GPON网络承载高精度时钟的方法，使基站同步能达到数十ns级别的时间同步；而且使用同步GEM帧传送PTP报文，从机制上保证了GPON网络传送过程的高精度同步，同时避免了GPS模式带来的系统组网成本和安装维护的困难。
附图说明
图1是本发明GPON网络承载高精度时钟的实现方法的示意图；
图2是本发明GPON网络承载高精度时钟的实现方法的流程图；
图3是本发明的GEM帧的示意图；
图4是本发明的GEM净负荷示意图；
图5是本发明的GEM帧的PTI的编码图；
图6是本发明的时间偏差度检测的流程图；
图7是本发明的时间偏差度检测的原理图；
图8是本发明的OLT通过Master端口向ONU设备分发时间和ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号的流程图；
图9是本发明ONU确定自身与OLT之间的时延差的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述。
如附图1-2所示，一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，包括以下步骤：
定义光线路终端OLT和光网络单元ONU为1588V2边界时钟BC；
OLT通过Slave端口同步于上游网元，通过Master端口向ONU设备分发时间；
ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，通过Master端口向基站发送时间；
OLT和ONU之间利用GEM帧透明承载1588V2的PTP协议。
本发明提供一种利用GPON网络承载高精度时钟的方法，使基站同步能达到数十ns级别的时间同步；而且使用同步GEM帧传送PTP报文，从机制上保证了GPON网络传送过程的高精度同步，同时避免了GPS模式带来的系统组网成本和安装维护的困难。
结合附图3-4所示，所述GEM帧由5个字节的GEM帧头和L个字节的GEM净负荷组成；所述GEM帧头包括有效负载帧长度标识符、端口标识符、有效负载类型指示和检测字段。所述有效负载帧长度标识符占用12个比特；所述端口标识符占用12个比特；所述有效负载类型指示占用3个比特；所述检测字段占用13个比特；所述GEM净负荷长度L大小由帧头的PLI字段指示，PTP报文装入GEM净负荷区域，利用G.984.3定义的有效负载类型指示PTI预留控制字节用来指示PTP不同报文类型，实现PTP报文的承载和透明传输，实现高精度时间传输。
结合附图5所示，所述有效负载类型指示的编码包括：000-用户数据段，不是帧尾；001-用户数据段，是帧尾；010-PTP数据包；011-预留；100-GEM OAM，不是帧尾；101-GEMOAM，是帧尾；110-预留；111-预留。
结合附图6-7所示，周期性进行OLT和ONU之间的时间偏差度检测，当时间偏差度大于等于设定阈值触发产生PTP报文发送，进行时间同步调整。
在一可选或者优选的实施方式中，所述时间偏差度检测包括：
在OLT和ONU均设置有时间戳模块、PTP协议处理模块、时钟处理模块、时间偏差检测与控制模块和成帧模块；
所述时间戳模块对输入输出消息进行识别分类，并对事件消息进行时间标记；
所述PTP协议处理模块处理相关PTP协议，根据主从节点的运行状态执行相应的任务；
所述时钟处理模块可以工作在Server模式和Slave模式，Server模式提供时间戳产生时的精确时间，Slave模式接收PTP协议产生的时间差值调整本地时间；
所述时间检测与控制模块对主从节点时间进行分析比较，触发产生PTP报文；
所述成帧模块将PTP报文封装进GEM帧并传送出去。
结合附图8所示，所述OLT通过Master端口向ONU设备分发时间和ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，包括以下步骤：
OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议GEM帧；
所有下挂在OLT的注册ONU接收OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议的GEM帧；
ONU根据GEM帧结构中携带的时间信息，结合ONU自身与OLT的时延信息，确定ONU自身与OLT之间的时延差；
ONU根据时延差对本地时间进行调整，实现与OLT时间同步。
结合附图9所示，所述ONU根据GEM帧结构中携带的时间信息，结合ONU自身与OLT的时延信息，确定ONU自身与OLT之间的时延差,包括以下步骤：
所述ONU获取TOLT-T1，TONU-T1，TONU-T2，TOLT-T2四个时间值；所述TOLT-T1是OLT发送1588 V2 PTP Sync报文给ONU的本地时间；所述TONU-T1是ONU接收到1588 V2 PTPSync报文的本地时间；所述TONU-T2是ONU对报文进行处理后将PTP Delay-Req报文回送给OLT的本地时间；所述TOLT-T2是OLT收到PTP Delay-Req报文的本地时间；
定义OLT与ONU之间的时间偏差为Toffset，下行时延为ToDd，上行时延为ToDu，，则
TONU-T1-TOLT-T1＝ToDd-Toffset，
TONU-T2-TOLT-T2＝ToDd+Toffset，
上行时延差之间的比例关系α为
Figure BDA0002293229250000051
在OLT和ONU之间的信息传输采用单纤双向的情况下，在同一个路由上以不同波长进行区分，减少上下行时延主要受到因上下行波长而产生的速率差别的影响；
Figure BDA0002293229250000052
所述ONU的时间调整为当前本地时间减去差值Toffset。
优选地，所述GEM帧广播发送时，OLT暂停所有ONU发送上行业务，仅能发送相应的封装PTP报文的GEM帧，这样能够提高宽带的利用率。

Claims (7)

1.一种GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
定义光线路终端OLT和光网络单元ONU为1588V2边界时钟BC；
OLT通过Slave端口同步于上游网元，通过Master端口向ONU设备分发时间；
ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，通过Master端口向基站发送时间；
OLT和ONU之间利用GEM帧透明承载1588V2的PTP协议；
所述OLT通过Master端口向ONU设备分发时间和ONU通过Slave端口接收OLT传送的时间信号，包括以下步骤：
OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议GEM帧；
所有下挂在OLT的注册ONU接收OLT广播发送携带本地时间戳的1588 V2 PTP协议的GEM帧；
ONU根据GEM帧结构中携带的时间信息，结合ONU自身与OLT的时延信息，确定ONU自身与OLT之间的时延差,包括以下步骤：
所述ONU获取TOLT-T1，TONU-T1，TONU-T2，TOLT-T2四个时间值；所述TOLT-T1是OLT发送1588V2 PTPSync报文给ONU的本地时间；所述TONU-T1是ONU接收到1588V2 PTP Sync报文的本地时间；所述TONU-T2是ONU对报文进行处理后将PTP Delay-Req报文回送给OLT的本地时间；所述TOLT-T2是OLT收到PTP Delay-Req报文的本地时间；
定义OLT与ONU之间的时间偏差为Toffset，下行时延为ToDd，上行时延为ToDu，，则
TONU-T1-TOLT-T1＝ToDd-Toffset，
TONU-T2-TOLT-T2＝ToDd+Toffset，
Figure FDA0002987894950000011
Figure FDA0002987894950000012
所述ONU的时间调整为当前本地时间减去差值Toffset；
ONU根据时延差对本地时间进行调整，实现与OLT时间同步。
2.根据权利要求1所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：所述GEM帧由5个字节的GEM帧头和L个字节的GEM净负荷组成；所述GEM帧头包括有效负载帧长度标识符、端口标识符、有效负载类型指示和检测字段。
3.根据权利要求2所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：所述有效负载帧长度标识符占用12个比特；所述端口标识符占用12个比特；所述有效负载类型指示占用3个比特；所述检测字段占用13个比特；所述GEM净负荷长度L大小由帧头的PLI字段指示。
4.根据权利要求2所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：所述有效负载类型指示的编码包括：000-用户数据段，不是帧尾；001-用户数据段，是帧尾；010-PTP数据包；011-预留；100-GEM OAM，不是帧尾；101-GEM OAM，是帧尾；110-预留；111-预留。
5.根据权利要求1所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：周期性进行OLT和ONU之间的时间偏差度检测，当时间偏差度大于等于设定阈值触发产生PTP报文发送，进行时间同步调整。
6.根据权利要求5所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：所述时间偏差度检测包括：
在OLT和ONU均设置有时间戳模块、PTP协议处理模块、时钟处理模块、时间偏差检测与控制模块和成帧模块；
所述时间戳模块对输入输出消息进行识别分类，并对事件消息进行时间标记；
所述PTP协议处理模块处理相关PTP协议，根据主从节点的运行状态执行相应的任务；
所述时钟处理模块可以工作在Server模式和Slave模式，Server模式提供时间戳产生时的精确时间，Slave模式接收PTP协议产生的时间差值调整本地时间；
所述时间检测与控制模块对主从节点时间进行分析比较，触发产生PTP报文；
所述成帧模块将PTP报文封装进GEM帧并传送出去。
7.根据权利要求1所述的GPON网络承载高精度时钟的实现方法，其特征在于：所述GEM帧广播发送时，OLT暂停所有ONU发送上行业务，仅能发送相应的封装PTP报文的GEM帧。
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