CN110995389A - 一种光纤单向时频同步信号传递方法、装置、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种光纤单向时频同步信号传递方法、装置、介质及设备。本申请中通过光电转换器将公网的高精度时间电信号和高精度频率电信号对应转换为时间光信号和频率光信号；通过光复用器将时间光信号和频率光信号复用至同一条单光纤链路中；通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号和高精度频率光信号；通过光电转换器将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号和高精度频率电信号。本申请在隔离网络侧无需添加时频驯服设备的条件下，选择物理距离临近的公网为隔离网络进行单纤同纤单向低损高精度时频信号导入，隔离网络用时、用频设备直接使用导入的时频电信号与公网进行时频同步。

Description

一种光纤单向时频同步信号传递方法、装置、介质及设备

技术领域

本申请涉及光纤单向时间频率传输领域，具体而言，涉及一种光纤单向时频同步信号传递方法、装置、介质及设备。

背景技术

在某些隔离网络中，对于网络的安全性有着较高的要求。为了避免网络中的业务被攻击或篡改，需要对隔离网络进行物理隔离，禁止在某些隔离网络与公网产生信息交互。但隔离网络的业务运行需要时频同步进行支撑。

为确保与公网物理隔离。目前在隔离网络中进行时间同步的方式一般采用各节点独立同步。

各节点独立同步一般采用在隔离网络各级节点应用独立的时频同步设备对本地网元进行时频同步；需要在每个网络节点配置一台接收卫星授时信号的时频服务器设备，需要配置卫星天线及板卡等导致时频同步设备成本较高，依赖卫星导致可靠性较低。

例如：名称是：光纤单向时间频率传输系统和方法，公开号是：CN106571874A的专利文档公开：一种光纤单向时间频率传输系统和方法，该方法包括：将包含发射端参考时间频率源的时频信息的电信号转换为光信号；接收端通过光线链路接收光信号；将光信号转换为电信号；使用相位微跃器进行恢复信号，产生时间频率信号，测量发射端参考时间信号和接收端产生的时间信号的时差进而得到发射端的时间频率源的时频信息；根据发射端的时间频率源的时频信息、接收端和发射端之间已经校准的光纤传输链路对接收端的时间频率源进行驯服，以使接收端的时间频率源和发射端的时间频率源同步。

接收端需要配置频率源，并采用接收同步信号进行驯服，不仅增加了成本，而且需要驯服频率源导致接入时间过长，不能实现即插即用。

实现时频信号单向导入需要调用两路光链路，接收端需配置时间、频率驯服设备，增加隔离网络侧实施成本。

发明内容

本申请提供一种光纤单向时频同步信号传递方法、装置、介质及设备，以解决现有的技术问题，使得在隔离网络侧无需添加时频驯服设备的条件下，选择物理距离临近的公网为隔离网络进行单纤同纤单向低损高精度时频信号导入，隔离网络用时、用频设备直接使用导入的时频电信号与公网进行时频同步。

本申请的实施例通过如下方式实现：

一种光纤单向时频同步信号传递方法包括：通过第一光电转换器、第二光电转换器分别将公网的高精度时间电信号(IRIGB-DC码)和高精度频率电信号(E1)对应转换为时间光信号(波长λ₁)和频率光信号(波长λ₂)；通过光复用器将时间光信号(波长λ₁)和频率光信号(波长λ₂)复用至同一条单光纤链路中；通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号(波长λ₁)和高精度频率光信号(波长λ₂)；通过第三光电转换器和第四光电转换器分别将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号(IRIGB-DC码)和高精度频率电信号(E1)。

优选的，所述光复用器和解复用器之间时间误差是单光纤链路产生的时间误差；所述单光纤链路产生的时间误差指的是光纤链路的固定时延。(单光纤链路产生的时间误差包括两部分：一是光纤链路的固定时延，该固定时延于光纤链路长度成正比，此类固有时延可通过对隔离网络侧的光电转换器电信号输出进行直接测试得到，并进行固有延时补偿。二是对于光纤链路来说，环境温度每变化1℃，光纤链路的延时变化约为0.37ps/km(非线性变化)。我国国土内的地理位置中有记录的最大24h温差为32℃，以30km光纤链路为例，由温度导致的该光纤链路的时延变化最大不会超过0.4ns。因此，由温度变化导致的光纤链路时延变化对于用户使用的影响可以忽略不计。因此在光纤链路确定后，Δt3为当前光纤链路的固有延时)。

优选的，所述高精度频率电信号指的是频率优于3*10^-12的E1信号；高精度时间电信号指的是相对UTC的时间精度优于(UTC是协调世界时)±50ns的电信号。

优选的，所述第一光电转换器、第二光电转换器是将光信号转换为电信号的光电转换器；第三光电转换器、第四光电转换器是将电信号转换为光信号的光电转换器。

优选的，所述高精度时间电信号是IRIGB-DC码；高精度频率电信号是指频率准确度优于3*10^-12的E1信号(SDH等传统传输设备常用的一种外部时钟，传输设备采用同步时分复用技术将30个语音信道和2个控制信道复合在一条2.048Mbit/s的高速信道上，即E1就是2.048Mbit/s)；时间光信号波长为λ1；频率光信号波长为λ2；单光纤链路波长是λ1+λ2。

一种光纤单向时频同步信号传递装置包括：电光信号转换模块，用于通过第一光电转换器、第二光电转换器分别将公网的高精度时间电信号和高精度频率电信号对应转换为时间光信号(波长λ₁)和频率光信号(波长λ₂)；单光纤链路模块，用于通过光复用器将时间光信号和频率光信号复用至同一条单光纤链路中；通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号和高精度频率光信号；光电信号转换模块，用于通过第三光电转换器和第四光电转换器分别将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号和高精度频率电信号。

一种计算机可读存储介质所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的光纤单向时频同步信号传递方法的步骤。

一种光纤单向时频同步信号传递设备包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的光纤单向时频同步信号传递方法的步骤。

有益效果：

根据本发明实施例的隔离网络光纤同纤单向低损时频同步信号导入方法，利用现有传输链路，并根据链路的固有延时对隔离网络侧的接收设备进行延时补偿，以使隔离网络的网元设备与公网时频源同步，并且消除固有延时影响。

由单纤代替双线进行隔离网络的时间、频率同传。向隔离网络进行时间与频率同纤单向导入；

使用时频信号专用光电转换器以降低高精度时频同步信号的导入损耗，时频信号专用光电转换器应具备高精度外部时钟输入接口，隔离网络侧的时频信号专用光电转换器应工作于提取线路时钟模式；

相对于现网逐点安装时频服务器和升级网络，本方案实现成本低，技术指标满足使用要求，并利旧现有隔离网络设备；

无需在隔离网络侧配置时频驯服设备，导入的时频信号直接接入隔离网元；

导入链路确定后，应使用时延测试获取隔离网络的固有延时，并在光电转换器处进行补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的信号传递示意图；

图2为本申请实施例提供的不同稳定度采样时钟对IRIGB-DC码采样的相位信息。

图3为本申请实施例提供的时频信号专用光电转换器内部功能单元示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参照图1，为了实现上述目的，本发明的实例公开了一种光纤单向时频同步信号传递方法，包括以下步骤：

步骤101：通过第一光电转换器、第二光电转换器分别将公网的高精度时间电信号(IRIGB-DC码)和高精度频率电信号(E1)对应转换为时间光信号(波长λ₁)和频率光信号(波长λ₂)；

其中，IRIGB-DC码是一种由服务器单向传送至客户端的时间码，将公网时频服务器的IRIGB-DC码通过光纤单向接入到隔离网络的用时网元，不会使公网与隔离网络用户设备产生信息交互。

E1(2048kbit/s)是一种携带了同步状态信息的且具有指定帧结构的时钟信号，将公网时频服务器的E1时钟通过光纤单向接入到隔离网络的用频网元，不会使公网与隔离网络用户设备产生信息交互。

步骤102：通过光复用器将时间光信号(波长λ1)和频率光信号(波长λ2)复用至同一条单光纤链路中；

步骤103：通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号(波长λ1)和高精度频率光信号(波长λ2)；

步骤104：通过第三光电转换器和第四光电转换器分别将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号(IRIGB-DC码)和高精度频率电信号(E1)

在步骤S101与S104中，使用的光电转换器应为时频信号专用光电转换器，用于降低光电互转时带来的信号损耗及转换延时。

其中，图1中MUX为光复用器，DMUX为光解复用器。

采用上述方法由公网向隔离网络进行低损时频同步信号导入，隔离网络与公网的时间偏差ΔT＝Δt1+Δt2+Δt3。

Δt1为时频信号专用光电转换器将时频电信号转换为光信号时产生的时间误差；

Δt2为时频信号专用光电转换器将时频光信号恢复为电信号时产生的时间误差；

Δt3为光纤链路的产生的时间误差。(Δt3为所述光复用器和解复用器之间时间误差；所述光纤链路产生的时间误差指的是光纤链路的固定时延)，具体原因为：

由于本发明的实例采用单纤单向方式导入时频同步信号，因此不考虑光纤链路的倒换情况。Δt3主要由两部分构成：

一是光纤链路的固定时延，该固定时延于光纤链路长度成正比，此类固有时延可通过对隔离网络侧的光电转换器电信号输出进行直接测试得到，并进行固有延时补偿。

二是对于光纤链路来说，环境温度每变化1℃，光纤链路的延时变化约为0.37ps/km(非线性变化)。我国国土内的地理位置中有记录的最大24h温差为32℃，以30km光纤链路为例，由温度导致的该光纤链路的时延变化最大不会超过0.4ns。因此，由温度变化导致的光纤链路时延变化对于用户使用的影响可以忽略不计。

因此在光纤链路确定后，Δt3为当前光纤链路的固有延时。

具体实施例一：

由图2可见IRIGB-DC码信号由光电转换器外部时钟接口输入的高精度外时钟进行采样时，不会发生相对于高精度时频信号准时延的相位抖动或抖动在可接受的范围内。

公网侧，以短期稳定度在±0.03ppm外部时钟10MHz输入为例，单向提取一个稳定的IRIGB-DC码电信号并转换为光信号时产生的相位抖动不超过Δt1＝±30ns。

隔离网络侧，光电转换器工作在提取线路时钟模式，将此光信号转换为电信号时产生的抖动不超过Δt2＝±30ns。

此时将IRIGB-DC码电信号导入隔离网络用户设备，隔离网络用户设备与公网的时间偏差ΔT＝Δt1+Δt2+Δt3＝(±30ns)+(±30ns)+(光纤链路固有延时)＝±60ns+(光纤链路固有延时)。

而普通的晶振的短期稳定度约为30ppm，使用该普通晶振作为内部时钟提取一个稳定的IRIGB-DC码时产生的相位抖动在30μs。此时将IRIGB-DC码电信号导入隔离网络用户设备，隔离网络用户设备与公网的时间偏差ΔT＝Δt1+Δt2+Δt3＝(±30μs)+(±30μs)+(光纤链路固有延时)＝±60μs+(光纤链路固有延时)。

对于第一光电转换器、第二光电转换器应具备如图3所示的高精度外部时钟输入接口；对于第三光电转换器、第四光电转换器应具备提取线路时钟的功能；以降低高精度时频信号的在传递过程钟的损耗。

由以上分析可知：第一光电转换器、第二光电转换器内部的采样和高速率编码模块使用外部接口输入的高精度时钟信号作为工作时钟，且第三光电转换器、第四光电转换器工作在提取线路时钟模式，能够显著减少高精度时频同步信号在光电/电光互转时产生的损耗和误码，并稳定信号转换延时。

对于隔离网络时间用户设备，如不支持IRIGB-DC码的直接注入，可使用专用IRIGB-DC码转换器将该时间码转换为设备可使用的时间(如1PPS+ToD、NTP、PTP等)。

对于隔离网络频率用户设备，如不支持E1时钟的直接注入，可使用专用E1时钟转换器将该E1时钟转换为设备可使用的时钟(1MHz、5MHz、10MHz等)。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种光纤单向时频同步信号传递方法，其特征在于包括：

通过第一光电转换器、第二光电转换器分别将公网的高精度时间电信号和高精度频率电信号对应转换为时间光信号和频率光信号；

通过光复用器将时间光信号和频率光信号复用至同一条单光纤链路中；

通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号和高精度频率光信号；

通过第三光电转换器和第四光电转换器分别将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号和高精度频率电信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述光复用器和解复用器之间时间误差是单光纤链路产生的时间误差；所述单光纤链路产生的时间误差指的是光纤链路的固定时延。

3.如权利要求1或2所的方法，其特征在于所述高精度频率电信号指的是频率优于3*10^-12的电信号；高精度时间电信号指的是时间上相对UTC的时间精度优于±50ns的电信号。

4.如权利要求3所的方法，其特征在于所述第一光电转换器、第二光电转换器是将光信号转换为电信号的光电转换器；第三光电转换器、第四光电转换器是将电信号转换为光信号的光电转换器。

5.如权利要求3所的方法，其特征在于所述高精度时间电信号是IRIGB-DC码；高精度频率电信号是指频率准确度优于3*10^-12的E1信号；时间光信号波长为λ₁、频率光信号波长为λ₂、单光纤链路波长是λ₁+λ₂。

6.一种光纤单向时频同步信号传递装置，其特征在于，包括：

电光信号转换模块，用于通过第一光电转换器、第二光电转换器分别将公网的高精度时间电信号和高精度频率电信号对应转换为时间光信号和频率光信号；

单光纤链路模块，用于通过光复用器将时间光信号和频率光信号复用至同一条单光纤链路中；通过解复用器，从单光纤链路中恢复出高精度时间光信号和高精度频率光信号；

光电信号转换模块，用于通过第三光电转换器和第四光电转换器分别将高精度时间光信号和高精度频率光信号对应转换为高精度时间电信号和高精度频率电信号。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的光纤单向时频同步信号传递方法的步骤。

8.一种光纤单向时频同步信号传递设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的光纤单向时频同步信号传递方法的步骤。

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