CN112737723A - 一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤对时方法，特别涉及一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法。包括有通信光纤及与通信光纤连接的光纤对时主机，光纤对时主机采用广播模式发送带时标的对时报文，通信光纤上设有至少一个获取时钟信号的节点设备，节点设备直接串入到光纤的信道上，每个节点设备上电后，向通信光纤两端的光纤端口上的两端设备分别发送握手协议，确认首端设备、尾端设备及各个节点设备的编号，各节点设备收到广播报文后，回复对时应答报文实现光纤对时。本发明提供了一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，利用同沟敷设的光纤作为通信介质，利用网络路径延时消除算法，利用节点自组网算法，实现光纤上任一节点纳米级对时精度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤对时方法，特别涉及一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法。
背景技术
城市电缆敷设于电缆沟内，安装于电缆沟内的监测仪器，因不能获取GPS信号而无法实现精确对时，进而导致各个独立监测系统，时间信号紊乱，无法满足业务使用需求。
目前常用的点对点对时方法包括：GPS卫星授时、TCP/IP网络协议对时等。GPS卫星授时需要实时接收卫星信号，而卫星信号质量受天气影响较大，而且在电缆沟等地下环境则完全没有信号，所以GPS卫星授时存在可靠性和可用性受限的问题；在电缆线路施工过程中，电缆以直埋形式或地下隧道形式敷设，获取GPS卫星信号困难，导致隧道内的监测仪器无法通过该方案对时。而TCP/IP网络协议对时，受制于通信延时的问题，无法实现纳秒级的对时精度。
本方案主要通过使用同沟敷设的通信光纤，基于路径延时消除算法，达到光纤通道上的任一节点实现纳米级对时精度的目的。
发明内容
为了克服背景技术的不足，针对现有可行技术方案存在的问题，本发明提供了一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，利用同沟敷设的光纤作为通信介质，利用网络路径延时消除算法，利用节点自组网算法，实现光纤上任一节点纳米级对时精度的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，包括有通信光纤及与通信光纤连接的光纤对时主机，光纤对时主机采用广播模式发送带时标的对时报文，通信光纤上设有至少一个获取时钟信号的节点设备，节点设备直接串入到光纤的信道上，每个节点设备上电后，向通信光纤两端的光纤端口上的两端设备分别发送握手协议，确认首端设备、尾端设备及各个节点设备的编号，各节点设备收到广播报文后，回复对时应答报文实现光纤对时。
进一步的，两端设备收到握手协议后，节点设备会收到其中一端设备发回来的响应协议，经多次发送握手信号无响应时的设备确实为首端设备，收到握手协议信号并发回响应协议的为尾端设备。
进一步的首端设备确认的同时，首端设备开始向相邻的设备发送编号确认报文，收到首端设备编号确认报文的下一级设备再向尾端设备方向的相邻的节点设备报文，依次传递，使全线节点设备得到自身设备编号。
进一步的，光纤对时主机通过GPS授时模块实现实时时钟调整，通过光纤通道与各个节点设备进行带时标信息的信号交互，节点通过多次路径延时消除逻辑，实现对时。
进一步的，光纤对时主机内部使用高精度晶振，维持一个相对参考系时钟信号，然后通过光纤通道与各个节点设备进行带时标信息的信号交互，节点通过多次路径延时消除逻辑，实现对时。
进一步的，该方法的具体步骤为：
(1)光纤对时主机广播模式发起对时报文，对时报文中带绝对时间信息，记为时间T1；
(2)首端设备接收到广播报文后，经过内部固有延时，完成广播应答，同时，往下级传递该广播报文；
(3)经过逐级传递，节点设备N经过路径延时ΔT1后收到该报文，经过内部固有延时，完成广播应答，应答报文中带设备编号N；
(4)对时主机在收到节点设备N的对时应答报文时，记为时间T2，据此即可得出从光纤主机到节点设备N的路径延时为ΔTd＝(T2-T1)/2；
(5)光纤对时主机发送节点设备N的对时报文，发送时标为T＝T3+ΔTd,其中T3为光纤对时主机当时的绝对时间；
(6)节点设备N收到该对时报文后，更新到自身时钟系统，即可完成对时过程。
进一步的，光纤对时主机定期刷新应答节点设备列表，当网络中某个节点设备被移除时，光纤对时主机重新发起握手协议，建立设备编号。
本发明的有益效果是：该方案实施简单，可扩展性强，可用于安装于隧道内需实现对时的所有监测设备。该方案对时精度高，达到纳米级别，可用于电缆故障定位，电缆局放检测等对时精度要求高的系统。
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
附图说明
图1为本发明中光纤对时主机的流程图；
图2为本发明中节点设备与首尾设备握手过程图；
图3为本发明中光纤对时主机发送对时报文流程图；
图4为本发明中对时方法流程图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明所采用的技术方案是：一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，包括有通信光纤及与通信光纤连接的光纤对时主机，整个光纤通道上，需要获取时钟信号的设备，可以直接串入到信道上，节点设备通过与前后级设备进行通信交互，达到自适应接入对时系统的目的。
节点中的每台设备上电后，向两个光纤端口分别发送握手协议，两端设备收到该握手协议后，节点设备立刻回复一条握手响应协议。如此一来，网络中首尾节点只能收到一侧端口发回来的响应协议，这样即可确定网络的首尾设备。
首端设备经多次发送握手信号无响应，即可确定自身为首端设备，设备编号为1。同时，首端设备开始向右侧设备发送编号确认报文。收到首端设备编号确认报文的下一级设备，即可获知自身设备编号为2，并依次往下传递，据此逻辑，全线设备即可得到自身设备编号。
站内光纤对时主机，采用广播模式，发送带时标的对时报文。各节点收到广播报文后，回复对时应答报文，对时应答报文带设备编号。
节点设备转发左侧接收到的任何非自身编号的报文，通过右侧端口无延时发送，保障每次操作时延均一致。
站内光纤对时主机，工作在两种模式。模式一：有外部GPS，主机通过GPS授时模块实现实时时钟调整，达到绝对的纳米级时间精度。通过光纤通道与各个节点进行带时标信息的信号交互，节点通过多次路径延时消除逻辑，达到高对时精度的目的。模式二：无外部GPS，主机内部使用高精度晶振，维持一个相对参考系时钟信号。使用同样的方式与节点进行时标交互。
下面以节点设备N为例，对对时逻辑进行说明：
(1)光纤对时主机广播模式发起对时报文，对时报文中带绝对时间信息，记为时间T1；
(2)首端设备接收到广播报文后，经过内部固有延时，完成广播应答，同时，往下级传递该广播报文；
(3)经过逐级传递，节点设备N经过路径延时ΔT1后收到该报文，经过内部固有延时，完成广播应答，应答报文中带设备编号N；
(4)对时主机在收到节点设备N的对时应答报文时，记为时间T2，据此即可得出从光纤主机到节点设备N的路径延时为ΔTd＝(T2-T1)/2；
(5)光纤对时主机发送节点设备N的对时报文，发送时标为T＝T3+ΔTd,其中T3为光纤对时主机当时的绝对时间；
(6)节点设备N收到该对时报文后，更新到自身时钟系统，即可完成对时过程。
上述节点自适应接入过程，与路径延时消除算法，在整个系统运行过程中实时维护。保障了网络结构变更时，系统能自动恢复。
比如，系统运行一段时间后，网络中的某个节点被移除，鉴于光纤主机会定期刷新应答节点列表，当发现节点数量不一致时，通过重新发起握手过程，建立设备编号，即可重新建立网络结构。极大提高了整个网络的可靠性。
本发明针对电缆沟、电缆隧道内，无法获取GPS信号实现纳秒级对时的问题，提出利用同沟敷设的光纤作为通信介质，利用网络路径延时消除算法，利用节点自组网算法，实现光纤上任一节点纳米级对时精度的目的。该方案实施简单，可扩展性强，可用于安装于隧道内需实现对时的所有监测设备。该方案对时精度高，达到纳米级别，可用于电缆故障定位，电缆局放检测等对时精度要求高的系统。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此本发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，包括有通信光纤及与通信光纤连接的光纤对时主机，光纤对时主机采用广播模式发送带时标的对时报文，通信光纤上设有至少一个获取时钟信号的节点设备，节点设备直接串入到光纤的信道上，每个节点设备上电后，向通信光纤两端的光纤端口上的两端设备分别发送握手协议，确认首端设备、尾端设备及各个节点设备的编号，各节点设备收到广播报文后，回复对时应答报文实现光纤对时。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，两端设备收到握手协议后，节点设备会收到其中一端设备发回来的响应协议，经多次发送握手信号无响应时的设备确实为首端设备，收到握手协议信号并发回响应协议的为尾端设备。
3.根据权利要求2所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，首端设备确认的同时，首端设备开始向相邻的设备发送编号确认报文，收到首端设备编号确认报文的下一级设备再向尾端设备方向的相邻的节点设备报文，依次传递，使全线节点设备得到自身设备编号。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，光纤对时主机通过GPS授时模块实现实时时钟调整，通过光纤通道与各个节点设备进行带时标信息的信号交互，节点通过多次路径延时消除逻辑，实现对时。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，光纤对时主机内部使用高精度晶振，维持一个相对参考系时钟信号，然后通过光纤通道与各个节点设备进行带时标信息的信号交互，节点通过多次路径延时消除逻辑，实现对时。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
(1)光纤对时主机广播模式发起对时报文，对时报文中带绝对时间信息，记为时间T1；
(2)首端设备接收到广播报文后，经过内部固有延时，完成广播应答，同时，往下级传递该广播报文；
(3)经过逐级传递，节点设备N经过路径延时ΔT1后收到该报文，经过内部固有延时，完成广播应答，应答报文中带设备编号N；
(4)对时主机在收到节点设备N的对时应答报文时，记为时间T2，据此即可得出从光纤主机到节点设备N的路径延时为ΔTd＝(T2-T1)/2；
(5)光纤对时主机发送节点设备N的对时报文，发送时标为T＝T3+ΔTd,其中T3为光纤对时主机当时的绝对时间；
(6)节点设备N收到该对时报文后，更新到自身时钟系统，即可完成对时过程。
7.根据权利要求6所述的一种基于网络延时及节点自组网的光纤对时方法，其特征在于，光纤对时主机定期刷新应答节点设备列表，当网络中某个节点设备被移除时，光纤对时主机重新发起握手协议，建立设备编号。
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