CN113852418A - 一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法及装置。本发明的方法包括：本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
本端根据所获取的所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
Description
技术领域
本发明涉及到时钟时间同步系统，特别是一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法及装置。
背景技术
当通信和网络应用上越来越多的使用分布式系统时，需要在一个统一的标准协议下才能实现多厂商的协作。而传统NTP协议只能实现ms级别的时间同步，GPS等卫星同步方式又存在诸多限制，均不能满足越来越多的高精度时间同步要求。因此1588协议应运而生，它的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，基本功能是使分布式网络内的最精确时钟与其他时钟保持同步。它定义了一种精确时间协议PTP(Precision TimeProtocol)，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。
实现时间的同步，必须考虑两点之间的传送延时和频率误差。1588标准是采用了对时算法，通过两点之间的一些特殊报文。能够计算出两点间的线路传递延时，从而实现同步。其实现同步的方法如图1所示，包括：
拥有标准时间的节点，被称为Master(主站)产生一个报文，称为Synch报文，于Master的时间t1发出。通知从节点开始同步过程。该报文经过线路传递的延时为t-ms。而Slave节点接受到该报文的时刻为Slave节点(从站)自己的时间t2。
之后Master再向Slave发送一个报文，为Follow up报文，该报文记录前面的Synch报文的发送时间t1，通过该报文Slave可以知道t1的值。
之后Slave再向Master发送一个Delay_req报文，自己记录该报文的发送时间为t3，报文的线路传递时间为tsm，然后Master记录该报文的接收时间为t4。
之后Master再向Slave发送一个Delay_resp报文，告诉Slave节点t4的值。
根据以上信息，如果把两点间的时间误差设置为tΔ。那么根据以上的传递关系可以得到以下等式：
t2＝t1+tms+tΔ
t4＝t3+tsm-tΔ
如果假设tms＝tsm，则可以通过以上等式解出tms和tΔ的值。Slave根据tΔ则可以知道Master的标准时间值。
这个过程为1588标准的算法。可用于两个远程点之间的对时工作。通过计算过程可以知道，要实现1588标准的高精度，必须要有满足两个条件：一是tms和tsm相等，即路径是对称的；二是两个节点的时间偏差是稳定的，不允许有变化。这两个条件如果任一不满足都会对同步的精度引起很大偏差。
在实际应用中，保持时间节点的时间偏差稳定，是相对容易实现的，可以通过频率同步来实现。但路径的对称性往往无法保证，设备内部时延还可以通过预先测量来进行补偿，但通过光纤传输时，光纤长度不一致导致的不对称性往往无法准确获取，因此在实现1588对时时，只要条件允许，一般是通过单纤双向的方法来实现。
只是在中长距的传输中，收发光纤往往还是分离的，这就导致实际计算过程中，tms和tsm一般是不等的，目前一般的解决办法是通过仪表进行对时，根据结果计算出需要补偿的时间，作为固定参数加入算法。这样的方法一个是比较繁琐，需要仪表配合，而且一旦中间路径发生变化，可能需要重新测量校准。而tms和tsm作为光纤的传输时延，与光纤长度成正比，因此如果可以知道收发光纤长度或对应的比例关系，则可以根据对应参数对tms和tsm进行校正。
在目前OTN网络的中长距传输中，一般使用的是特定波长的光传递信号，但由于光传输的特性，在光纤中传输的光信号(脉冲)的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真(脉冲展宽)，这种现象称为光纤的色散。色散使光脉冲发生展宽。当色散严重时，会使光脉冲前后相互重叠，造成码间干扰，增加误码率。而色散为解决这个问题，目前长距传输使用的光模块，都具备了色散补偿功能，用来对光纤传输过程中产生的色散进行补偿，保证数据接收的正确性。色散作为光纤固有属性，与传输距离成正比，对应关系为色散系数，不同类型的光纤色散系数不同，但总体遵循相同规律。
发明内容
本发明的目的是提供一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法及装置，以便在中长距传输中使用高精度时钟时间1588协议时，自动对光纤不对称性进行补偿。
根据本发明第一方面，提供了一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法，其包括：
本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
本端根据所获取的所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
优选地，本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
具体为：
本端实时获取收光纤色散值Dms和发光纤色散值Dsm；
本端对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获得所述收光纤色散均值
本端对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，获得所述发光纤色散均值
优选地，本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
具体为：
本端实时获取收光纤色散值Dms，对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获取所述收光纤色散均值
本端通过接收对端发送的发光纤色散均值
获取所述发光纤色散均值
优选地，所述本端是从站Slave，所述对端是主站Master，以及所述同步协议是1588协议。
优选地，本端通过本端1588时钟时间协议处理模块获取本端相干光模块实时计算出的收光纤色散值Dms；本端实时接收对端通过信令传送的发光纤色散值Dsm，所述发光纤色散值Dsm是对端1588时钟时间协议处理模块获取的由对端相干光模块计算的色散值。
优选地，本端根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿包括：
根据所述
和所述
以及包括光纤型号和相干光模块使用的波长的预设参数，确定与所述
和所述
相适应的收发光纤长度比例Lms/Lsm；
利用所确定的收发光纤长度比例Lms/Lsm与报文经收发光纤传递的延时比例tms/tsm相等关系，对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿。
优选地，所述对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿具体为：将所述Lms/Lsm代入1588协议计算公式中，计算出本端和对端的时间误差t△。
优选地，将所述Lms/Lsm代入1588协议计算公式，计算出本端和对端的时间误差t△具体为，通过解以下方程组，得到本端和对端的时间误差t△：
t2＝t1+tms+tΔ
t4＝t3+tsm-tΔ
tms/tsm＝Lms/Lsm；
其中，t1是对端发出同步报文的时间；t2是本端收到同步报文的时间；t3是本端收到对端同步报文后发出延时响应报文的时间；t4是对端收到延时响应报文的时间。
优选地，本端通过收集1588协议报文，获取所述t1、t2、t3和t4。
根据本发明第二方面，提供了一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿装置，其包括：
色散值获取模块，用于获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
自动补偿模块，用于根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
在本发明一个实例中，色散值获取模块包括：发光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，获得所述发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获得所述收光纤色散均值
在本发明另一个实例中，所述色散值获取模块包括：发光纤色散均值
获取模块，用于获取对端发送的发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于实时获取收光纤色散值Dms，对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，得到所述收光纤色散均值
优选地，所述自动补偿模块是1588时钟时间协议处理模块。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果是，通过获取长距传输时，相干光模块测量计算得到的色散值，结合相关参数来对光纤不对称时延进行估算，可以有效的自动降低1588色散调整过程中因不对称时延引入的时间误差，特别是针对线路可能存在倒换，导致传输路径出现变化，无法完全根据预先设置的时间补偿参数进行补偿时，可自动实现光纤不对称补偿。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
附图说明
图1是现有技术的时钟时间测量原理；
图2A是本发明的一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法的示意图；
图2B是本发明在时钟时间测量中本端获取色散值的示意图；
图3是本发明的本端时钟时间协议处理模块内部逻辑算法的流程图。
具体实施方式
图1显示了本发明的一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法，如图1所示，所述方法包括：本端实时获取收光纤色散值Dms和发光纤色散值Dsm；本端对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获得收光纤色散均值
本端对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，获得发光纤色散均值
本端根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
在本发明的上述方法中，本端是从站Slave，对端是主站Master，所述同步协议是1588协议。
在本发明的上述方法中，本端通过本端1588时钟时间协议处理模块获取本端相干光模块实时计算出的收光纤色散值Dms；本端实时接收对端通过信令传送的发光纤色散值Dsm，所述发光纤色散值Dsm是对端1588时钟时间协议处理模块获取的由对端相干光模块计算的色散值。
在本发明的上述方法中，本端根据所述
和所述
以及包括光纤型号和相干光模块使用的波长的预设参数，确定与所述
和所述
相适应的收发光纤长度比例Lms/Lsm；本端利用所确定的收发光纤长度比例Lms/Lsm与报文经收发光纤传递的延时比例tms/tsm相等关系，对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿。
在本发明的上述方法中，通过将所述Lms/Lsm代入1588协议计算公式中，计算出本端和对端的同步时间误差t△，即，通过解以下方程组，得到本端和对端的时间误差t△：
t2＝t1+tms+tΔ
t4＝t3+tsm-tΔ
tms/tsm＝Lms/Lsm；
其中，t1是对端发出同步报文的时间；t2是本端收到同步报文的时间；t3是本端收到对端同步报文后发出延时响应报文的时间；t4是对端收到延时响应报文的时间。本端通过收集1588协议报文，可以获取所述t1、t2、t3和t4。
在本发明的一个具体实例中，可以将原有1588时钟时间协议处理模块，与本端相干光模块(以下简称光模块)间建立通讯关系，实时获取本端光模块计算出的色散值。
接着，本端和对端可以预先完成已知相关参数的配置，如使用光纤的型号，光模块使用的波长，是否有中继节点等，以作为收发光纤长度Lms和Lsm的比例关系的考虑因素。
对端设备正常运行后，也会采集和本端对接的光模块锁定后的色散值，并通过开销或者报文传递给本端。
本端时钟时间协议处理模块获取在获取了两端的色散值后，可根据一定算法分别计算两端的色散均值(估算算法可能有多种，如简单计算平均值或计算最小均方差等),均值需要考虑取足够长的时间进行平均。
根据计算出的色散均值
和
参考预先配置的包括使用光纤的型号、光模块使用的波长以及是否有中继节点的预设参数，算出收发光纤长度Lms和Lsm的比例关系，具体计算方法属于现有技术，本发明不再赘述。
然后，将所述Lms/Lsm代入1588协议计算公式中，得到上述的同步时间误差tΔ，从而实现本端与对端间的时间同步。
通过对色散长期统计均值计算，估算收发光纤的不对称时延，可实现1588协议计算中的误差自动补偿，提高对时精度。
图2B显示了本发明的一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿装置，该自动补偿装置可以设置在本端或对端中。下面以本端为例进行说明。
本发明的自动补偿装置包括：
色散值获取模块，用于获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
自动补偿模块，用于根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
在本发明一个实例中，色散值获取模块包括：发光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，获得所述发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获得所述收光纤色散均值
在该实例中，收光纤色散均值
获取模块可以集成在本端光模块中，也可以集成在本端处理器中，发光纤色散均值
获取模块可以集成在本端处理器中。
在本发明另一个实例中，所述色散值获取模块包括：发光纤色散均值
获取模块，用于获取对端发送的发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于实时获取收光纤色散值Dms，对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，得到所述收光纤色散均值
在该实例中，收光纤色散均值
获取模块可以集成在本端光模块中，也可以集成在本端处理器中；发光纤色散均值
获取模块可以是一个接收模块，将收到的发光纤色散均值
交给自动补偿模块使用。
光模块是用于长距传输的支持单色光源的相干光模块，可在内部实现传输过程中的色散补偿功能，并提供精确的色散补偿结果供时钟时间协议处理单元查询与应用。
本发明的自动补偿模块是1588时钟时间协议处理模块。时钟时间协议处理单元，作为时钟时间功能处理核心，用于发送与接收1588协议报文，提取时戳，提取本端光模块色散测量值，获取对端光模块色散测量值，并通过算法估算两端色散平均值，最后结合网络配置信息，计算收发光纤上的时延不对称关系，最后根据1588协议公式，计算得到本端与对端的时间差值，实现时间同步。
本发明的预设参数是网关配置单元下发的。
在本发明的一个实施例中，时钟时间协议处理单元需要知道线路上的不对称情况，简化来说，除可以预先知道的参数(如光纤型号，设备内部时延等)就是希望知道光纤的长度或者说双向光纤的长度比值。不失一般性，色散补偿性能，在已知光纤类型下，也是一个和光纤长度正相关的参数，因此考虑通过可以直接测量的色散补偿值，来对光纤长度或者说传输时延进行估算，实现自动补偿。
图3显示了本端时钟时间协议处理模块内部逻辑算法的流程，用于进行不对称补偿处理，具体流程包括：
在步骤S201，首先初始化时钟时间协议处理单元，设置为初始状态
在步骤S202，与现有1588时间协议处理保持一致，通过报文传递，获取同步所需的相关时间戳参数t1,t2,t3,t4。
在步骤S203-S207，根据预设参数，如光纤类型，设备已知内部时延等参数，设置计算时延所需的固定补偿值。
在步骤S208-S209，在模块已锁定的状态下，通过获取本端模块提供的色散补偿值，以及对端通过报文或者开销传递过来的对应线路的色散补偿值，通过统计平均的算法，获取收发线路上对应的色散补偿平均值，作为收发线路上传输时延的不对称参数比值
在步骤S210，时钟时间协议处理单元，根据已知的各项参数根据基本公式以及补偿算法，完成对本端与对端的时间差值估算，并完成校时工作。
在图3的控制流程中，获取固定补偿值的方法可参考现有技术实现，也可考虑扩展到如不同波长，是否有色散固定补偿设备等其他影响参数，均可以通过固定补偿值的方式加入算法中。
与现有技术相比较，本发明通过将用于中长距传输的相干光模块使用的色散补偿功能，用于实现估算光纤不对称补偿值，与现有1588时钟时间同步算法相结合，可以实现自动补偿光纤线路中的不对称性，达到提升现有光网络智能化的目的。
具体地说，在图1所示传统的时钟时间测量时，假设光纤在两个方向上的传输时延相等，这样才能根据两端的时间戳t1,t2,t3,t4解出线路上的传输时延以及两端的时间差值。但这个假设在绝大部分情况下是不成立的，设备内部时延不同，光纤长度不对称，包括波长的影响等，都可能造成双向时延的不对称，最后对计算结果产生影响。以往的办法主要是通过仪表进行人工测量，将测量出的不对称时延作为固定值加入算法进行补偿。
本发明通过直接测量色散补偿值，并利用色散补偿值与光纤长度的对应关系，实现了光纤在两个方向上的传输时延补偿，即利用不对称光纤长度的比例，而不是利用光纤在两个方向上的传输时延，得到时间误差t△，因而解决了现有技术上述缺陷。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，但这只是为便于理解而举的实例，不应认为本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出各种可能的等同改变或替换，这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法，其特征在于，包括：
本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
本端根据所获取的所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
2.根据权利要求1所述的自动补偿方法，其特征在于，本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
具体为：
本端实时获取收光纤色散值Dms和发光纤色散值Dsm；
本端对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，得到所述收光纤色散均值
本端对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，得到所述发光纤色散均值
3.根据权利要求1所述的自动补偿方法，其特征在于，本端获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
具体为：
本端实时获取收光纤色散值Dms，对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，得到所述收光纤色散均值
本端通过接收对端发送的发光纤色散均值
获取所述发光纤色散均值
4.根据权利要求2所述的自动补偿方法，其特征在于，本端通过本端1588协议处理模块获取本端相干光模块实时计算出的收光纤色散值Dms；本端实时接收对端通过信令传送的发光纤色散值Dsm，所述发光纤色散值Dsm是对端1588协议处理模块获取的由对端相干光模块计算的色散值。
5.根据权利要求2或3所述的自动补偿方法，其特征在于，本端根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿包括：
根据所述
和所述
以及包括光纤型号和相干光模块使用的波长的预设参数，确定与所述
和所述
相适应的收发光纤长度比例Lms/Lsm；
利用所确定的收发光纤长度比例Lms/Lsm与报文经收发光纤传递的延时比例tms/tsm相等关系，对收发光纤不对称时延造成的1588协议计算中的误差进行自动补偿。
6.根据权利要求5所述的自动补偿方法，其特征在于，将所述Lms/Lsm代入1588协议计算公式，计算出本端和对端的时间误差t△具体为，通过解以下方程组，得到本端和对端的时间误差t△：
t2＝t1+tms+tΔ
t4＝t3+tsm-tΔ
tms/tsm＝Lms/Lsm；
其中，t1是对端发出同步报文的时间；t2是本端收到同步报文的时间；t3是本端收到对端同步报文后发出延时响应报文的时间；t4是对端收到延时响应报文的时间。
7.根据权利要求6所述的自动补偿方法，其特征在于，本端通过收集1588协议报文，获取所述t1、t2、t3和t4。
8.一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿装置，其特征在于，包括：
色散值获取模块，用于获取收光纤色散均值
和发光纤色散均值
自动补偿模块，用于根据所述收光纤色散均值
和发光纤色散均值
对收发光纤不对称时延造成的同步协议计算的误差进行自动补偿。
9.根据权利要求8所述的自动补偿装置，其特征在于，色散值获取模块包括：
发光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的发光纤色散值Dsm进行均值处理，获得所述发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，获得所述收光纤色散均值
10.根据权利要求8所述的自动补偿装置，其特征在于，色散值获取模块包括：
发光纤色散均值
获取模块，用于获取对端发送的发光纤色散均值
收光纤色散均值
获取模块，用于实时获取收光纤色散值Dms，对实时获取的收光纤色散值Dms进行均值处理，得到所述收光纤色散均值
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|---|---|---|---|
| CN202010599063.9A CN113852418A (zh) | 2020-06-28 | 2020-06-28 | 一种中长距传输中光纤不对称时延的自动补偿方法及装置 |
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