CN116032892B - 一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统。包括：基础光纤网络、时频传递网、数据业务网和支撑服务平台；以基础光纤网络为物理基础，实现高精度时频信号和数据业务同纤传递；通过高精度光纤时频传递构建时频传递网，实现高精度时间服务和空间服务；基于内嵌时空标签的网络协议构建数据业务网，提供网络空间统一时空基准服务；支撑服务系统提供时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务基础设施和空间服务基础设施。本发明实现了覆盖国家战略要地、支持高精度时频信息和数据业务混合传输的光传输网络体系架构的设计，可以为用户提供高精度时间和空间服务。

Description

一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统

技术领域

本发明属于导航时频技术领域，具体涉及一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统。

背景技术

据统计，人类80%以上的信息与空间位置及时间有关，时间空间信息是建立信息化社会的基础支撑。随着我国自主研发的北斗卫星导航系统建成运行和提供精准时空信息服务，逐步实现区域导航到全球导航，打破了国外时空服务领域的垄断，显著提升了我国时空信息服务保障能力。

然而，卫星导航信号微弱，易被干扰和欺骗，地基增强和星基增强无线电导航定位信号也容易被干扰，而且所有无线电信号的穿透性能均较差，不能惠及地下、水下及其他被遮蔽区域的导航定位。虽然各大卫星导航系统均通过建设多个主控站、发展星间链路等方式，实现地面系统稳健性和自主运行能力的提升，但以上措施并未能从根本上弥补天基时空体系的短板。

因此，如何开发一种有效地导航时频服务系统实现对卫星导航系统的补充是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，以实现有效地为用户提供高精度时间和空间（位置）服务。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，包括：基础光纤网络和以此构建的时频传递网、数据业务网和支撑服务系统；

所述基础光纤网络，用于基于波分复用的光纤链路资源，划分时频信号波道和数据业务波道，实现“时、数”同传的融合技术架构，通过光传输业务站、光中继站和骨干光缆构建基础光传输网络，承载高精度时频信号传递和数据业务传输；

所述时频传递网，用于基于高精度光纤时频传递技术和城域网时频分发技术，构建以基准节点，次基准节点和用户接入节点组成的层次化高精度时频统一网络，通过异地多钟组比对构建高精度弹性可靠的网络化守时系统，建立全网统一的亚纳秒原子时系统，实现网络化分布式的标准时间保障；

所述数据业务网，用于基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点和用户接入节点组成的负责承载数据通信业务的计算机网络，建设支撑时空信息保障网配套的运管中心，互联中心和提供基础时空服务的数据业务中心；

所述支撑服务系统，用于提供时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务基础设施和空间服务基础设施，是时空信息保障网对外服务的信息中心、数据中心和管理中心。

优选地，所述架构运行运维管理体系和安全保障体系；

所述运维管理体系，用于维持时空信息保障网稳定运行所必须的保障措施，包括规章制度建设、人员队伍建设和运维与服务系统建设；

所述安全保障体系，用于保障时空信息保障网安全运行的重要措施，包括法律法规建设，安全运维队伍建设，以及网络安全系统建设。

优选地，所述基础光纤网基于OTN光传输技术构建，包括光传输业务站点、电中继站点、OLA光中继站点和骨干光缆，光传输业务站点和电中继站点由OTN光层设备和OTN电层设备组成，光中继站点由OTN光层设备和专用EDFA放大器组成，光缆线路中时频传递波道采用单纤双向模式，数据通信波道采用双纤双向通信模式，基础光纤网络总体框架包含时频传递平面和数据传输平面，时频信号与业务数据经过不同的OTN设备在光耦合器实现汇聚，接入光纤中进行传输。

优选地，所述时频传递网采用分层分域的建设模式，包含基准层、次基准层和用户接入层，基准层提供全网最高时频基准，含有一个最高时频基准中心和多个分布式国家骨干基准节点，多个分布式基准节点作为最高时频基准中心的一级备份，基准节点之间通过长距离光纤链路相连，最高基准中心逻辑上通过光纤直连或级联方式，向其他基准中心传递时频信号，其余基准中心间保证至少和另一分布式基准中心互联。每个时频基准中心均配备多台高精度原子钟，形成原子钟组，选取其中最高精度的基准钟信号作为该中心的物理信号，注入到基准层中传递；各基准中心间实时比对各基准钟的时频信号，得到初始钟差信息，获得各中心基准钟性能优先次序；将核心网中各个基准节点的原子钟信号，锁定到从最高基准上。

优选地，所述数据业务网基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点和用户接入节点组成的承载数据通信业务的计算机网络，包括主干网、接入网、网络运维管理中心，数据业务网基于专用时频接口实现时频基准信号的注入，实现路由器高精度时钟同步，实现网络数据包时间标签的生成和嵌入。

优选地，所述时频传递网架构通过可配置分布式网络架构，同时实现时间与频率长距离同步，该网络支持超过1000个节点挂载，具有节点动态增加功能，时频传递网分为三级，分别为基准层、次基准层和用户接入层，其中基准层采用1级时频同步设备，次基准层采用2级时频同步设备，用户接入层为终端节点，即包括时空信息网路由器、时频终端用户等需要时钟同步的设备，时空信息网路由器与时频传递节点的时频同步采用专用时频接口，同时支持时间同步接口协议。

优选地，在时频传递网中，各节点之间的时频传递单元包含时频传递主端机、全光中继放大单元和时频传递从端机，在时频传递网络中设置智能监控单元，智能监控单元通过接收各时频端机利用数据通信网传递来的通信信息，监控辖区内时频传递网络中的各种数据，包括各条链路的连通状态以及各链路的时延变化；各守时节点的比对结果以及钟差数据；各比对站的比对结果；每个时频传递单元主端机的时延测量结果与鉴相反馈数据。

优选地，基于所述时频传递网和数据业务网建立支撑服务系统。支撑服务系统是时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务和空间（位置）服务，其中时间服务包括两大类支撑服务，时间同步服务和时间数据服务；

所述时空信息保障网系统包括时空信息互融光网络、时空信息互融计算机网络、时空信息互融应用支撑平台和时空信息互融网络创新应用，通过采用统一的安全管理与控制平台，实现了全网的统一一致管理，在高精度时频同步的基础上，通过融合高精度位置信息，建设成为一个具有高精度时空信息的可信网络。

优选地，所述支撑服务系统，为用户提供时间同步服务。面向不同用户需求，提供多种精度的时间基准服务，纳秒级时频信号下载服务、百纳秒级时间同步服务和毫秒级时间同步服务，纳秒级时频信号下载服务使用时频传输专用设备提供的高精度时频基准信号，百纳秒级时间同步服务使用PTP协议提供的时间同步信号，毫秒级时间同步服务使用NTP协议提供时间同步机制。

优选地，所述支撑服务系统，为用户提供时空数据服务，基于附带时空标签的网络数据包信息开展时空大数据分析和应用。

所述支撑服务系统，提供时间标签服务，用户发起数据业务网的数据服务申请，网络管理者审核通过后，通过网络管理控制器下发时间标记策略；所述数据业务网络的入口路由器根据具体的标记策略，通过SRv6协议头部信息中扩展的时间标签，对用户业务分组标记处理和转发时刻，而网络的其他转发节点在收到该数据分组时，将接收时刻和发送时刻标记并上传给时空信息保障网时空数据服务的大数据平台进行存储和分析，并通过该大数据平台响应用户的数据查询请求。

所述支撑服务系统，提供位置标签服务，利用天地协同的导航定位手段及网络自身的位置标记能力，通过SRv6协议头部信息中扩展的空间位置标签，实现网络空间数据与物理空间转发路径的空间基准统一，通过对时空信息网络数据转发的位置分析，实现网络资源监视、优化及时空大数据挖掘等应用服务。空间标签服务由用户发起申请，由时空信息保障网位置信息服务管理员进行审核，确认提供服务后，通过网络管理控制器下发位置标记策略，由数据业务网核心设备进行位置信息标记和上报，用户的位置标记信息存储在时空信息保障网时空服务大数据平台中，用户和应用服务器通过大数据平台获取相关位置信息。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实现了覆盖国家重点地域、支持高精度时频信息和数据信息混合传输的光传输网络系统的设计，形成了一种对天基时频体系备份并增强和降低天基信号脆弱性隐患的技术方案，给出了一套能够实现附加时空信息标签业务数据传输、统一时空基准延伸至网络信息领域并为用户提供高精度时间和空间（位置）服务的方法路径。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网体系框架的结构图。

图2为本发明实施例提供的一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网多级多层次结构图。

图3为本发明实施例提供的一种光纤传输系统架构图。

图4为本发明实施例提供的一种高精度时频同步系统架构图。

图5为本发明实施例提供的一种时频传递网络层架构图。

图6为本发明实施例提供的一种高精度时频传递网络监控架构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例在现有网络系统基础上进行创新，面向高精度时频信息和其他业务数据在光网络、IP网络的传输，开展多级多层次复杂时频传递网结构设计与优化，实现全网一致的管理，在高精度时频同步的基础上，融合高精度位置信息，建设成为一个具有高精度时空信息的可信网络。

本发明实施例提出的一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统的结构如图1所示，该架构包括四个层次和两个体系，分别是基础光纤网、时频传递网和数据业务网、支撑服务系统、应用系统、运维管理体系和安全保障体系。

所述基础光纤网是利用现有光纤链路资源，通过光传输业务站、光中继站和骨干光缆，构建覆盖全国主要城市和重点地域的光传输网络，基础光纤网承载高精度时频信号传递和计算机网络的数据业务传输。

所述时频传递网是基于远距离高精度时频传递技术和城域网时频传递及分发技术，构建以基准节点，次基准节点和用户接入节点组成的层次化高精度时频统一网络，通过异地多钟组比对，建立全网统一的亚纳秒原子时系统。

所述数据业务网是基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点和用户接入节点组成的，负责承载数据通信业务的计算机网络，建设运管中心，互联中心和提供基础时空服务的数据业务中心。

所述支撑服务系统是广域时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务基础设施和空间（位置）服务基础设施，是时空信息保障网对外服务的信息中心、数据中心和管理中心。

所述应用系统是基于广域时空信息保障网的时间服务和空间（位置）服务的典型示范应用系统。

所述运维管理体系是维持广域时空信息保障网稳定运行所必须的保障措施，包括规章制度建设、人员队伍建设和运维与服务系统建设。

所述安全保障体系是保障广域时空信息保障网安全运行的重要措施，包括法律法规建设，安全运维队伍建设，以及网络安全系统建设。

时频传递网和数据业务网是广域时空信息保障网建设的主要内容，基于此建立广域时空信息保障网支撑服务系统，为全网提供时空服务；同时，在架构上以光纤网为物理基础，实现时频信号和数据业务同纤传递，从业务协议底层嵌入时空标签，统一现实空间与网络空间的时空基准，在应用层构建基本时空服务系统，运维管理系统和安全保障系统。

本发明实施例提供的一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网多级多层次结构图，如图2所示，广域时空信息保障网系统面向高精度时频信息和其他业务数据在光网络、IP网络的传输，设计包括时空信息互融光网络、时空信息互融计算机网络、时空信息互融应用支撑平台和时空信息互融网络创新应用的四层时空信息互融网络系统，通过采用统一的安全管理与控制平台，实现了全网的统一一致管理，在高精度时频同步的基础上，通过融合高精度位置信息，建设成为一个具有高精度时空信息的可信网络。

本发明实施例提供的一种光纤传输系统的架构图如图3所示，时空信息保障网采用OTN (optical transport network，光传送网) 光传输技术构建覆盖全国主要城市和重点地域的光纤传输网络，主要由光传输业务站点（可实现数据业务和时频设备信号落地）、电中继站点（实现光传输信号和时频信号中继再生）、OLA光中继站点（实现光传输信号和时频信号的光信号放大）和骨干光缆构成。光传输业务站点和电中继站点主要由OTN光层设备、OTN电层设备、光耦合器件组成，光中继站点由OTN光层设备和光耦合器件组成，光缆线路采用“时频信号单纤双向+数据通信双纤双向模式”的混合承载方式。光纤传输网总体框架包含两个平面，时频传递平面和数据传输平面。时频信号与业务数据通过不同的OTN设备在光耦合器上实现汇聚，接入光纤中进行传输。时频传递网络平面负责实现跨站点远距离时频同步，并与全网守时基准进行比对溯源，将比对结果进行全局运算后进行站点时间调整，达到整网统一时间基准下的高精度时频同步。光纤时频传递网络的建设方式采用单纤双向的模式，通过波分体制，实现单根光纤内的时频信号双向收发，从而满足光纤时频远距离传递的各项指标要求。数据传输网络平面的应用设备产生数据报文，经过数据传输平面的路由器设备进行转发，站点间经过波分传输。波分设备将数据传输平面使用的波长与时频传递使用的波长进行区分，在数据传输波道中预留出时频传递平面占用的波长范围，在光信号层面通过光耦合器件实现站点时频信息与数据信息共光纤传输。

图4为本发明实施例提供的一种高精度光纤时频同步系统的结构图。如图4所示，地面光纤网络化高精度时频同步系统由时频数据链路层与网络层组成。时频数据链路层完成千公里以上高精度时间、频率及数据业务的融合光纤传输，包含高精度时间频率同传、千公里长距离中继和时频与业务数据融合三大部分，时频数据网络层将时频全网分为基准层、次基准层及用户接入层，定义不同层级功能，控制实际链路数据流动。

图5为本发明实施例提供的一种高精度时频传递网络层架构图。如图5所示，高精度时频传递网络架构通过可配置分布式网络架构，同时实现时间与频率长距离高精度同步，该网络支持超过1000节点挂载，具有节点动态增加功能，方便用户时频下载，其中基准节点时间同步准确度小于100ps，次基准节点同步准确度小于300ps。时频传递网络分为三级，分别为基准层、次基准层和用户接入层，其中基准层采用1级时频同步设备，次基准层采用2级时频同步设备，用户接入层为终端节点，即包括路由器、时频终端用户等需要时钟同步的设备，时空信息网路由器与时频传递节点的时频同步采用专用时频接口，同时支持时间同步接口协议。时频同步网络系统采用分层分域的建设模式，其中基准层旨在提供全网最高时频基准，含有一个最高时频基准中心和多个分布式国家骨干基准节点（位于北京、上海、广州、武汉、成都等），多个分布式基准中心可作为最高时频基准中心的一级备份。基准节点之间通过长距离光纤链路相连（最远可达千公里量级）。网络设计中，最高基准中心逻辑上通过光纤直连或级联方式，向其他基准中心传递时频信号，其余基准中心间，保证至少和另一分布式基准中心互联。每个时频基准中心中，均含有多台高精度原子钟，形成原子钟组。选取其中最高精度的基准钟信号作为该中心的物理信号，注入到基准层中传递；各中心间实时比对各基准钟的时频信号，得到初始钟差信息，获得各中心基准钟性能优先次序；将核心网中各个基准节点的原子钟信号，锁定到从最高基准上。最高基准损坏或劣化时，具备时频信号平滑切换功能。次基准层含有区域次级中心，该中心内可含有小型化原子钟和高稳晶振。次基准层作为中间节点获取并锁定于基准层基准中心传来的时频信号，并向区域内其余次级中心和用户节点传递。次级中心间通过长距离光纤链路互联（百公里量级），形成以环形网络为主的网孔形结构。用户接入层节点间通过中短距离光纤链路连接（几十公里量级），形成以线形网络、分支形网络为主的网络拓扑结构。节点从网络内临近的多个区域性次基准层获取时频信号。用户接入层中的各节点不再拥有原子钟守时，但可有低相噪晶振作为频率变化器件。支持接入层内任意增加和删减接入节点，而不影响整个网络的运行和其他接入节点的使用。高精度时频传递网络中，所有时频信号都会按照主从（Master-Slave）层次关系组织在一起，各节点向系统的最优原子钟上逐级同步时钟，最优原子钟可以通过手动配置，也可动态选举。整个同步的过程根据实时监测主从节点时延，通过光电补偿调整，实现主时钟与从时钟的同步。网络包含三种类型基本时频节点，即基准节点、次基准节点与用户接入节点。基准节点存在多个物理端口参与时频同步，可通过多端口从上游节点同步时间频率，方便异地原子钟时频比对，或者向下游节点发布时间频率，次基准节点具有多个物理端口参与时频同步，其中一个同步上游节点，其他向下游设备发布。

图6为本发明实施例提供的一种高精度时频传递网络监控架构图。如图6所示，在时频传递网络中，各个节点之间的时频传递单元包含高精度时频传递主端机、光纤链路、全光中继放大单元与高精度时频传递从端机均有可能发生故障，为了保证各节点的用户能够持续接收高精度时频信息，需要一个智能监控处理单元对辖区内的时频传递网络的各组成单元进行监控与调度。智能监控的中央处理单元布置在网络中合适的位置，通过接收各个时频端机利用数据通信网络传递来的通信信息，监控辖区内时频网络中的各种数据，包括各个链路的连通状态以及各链路的时延变化、各个守时节点的比对结果以及钟差数据、各个比对站的比对结果、每个时频传递单元主端机的时延测量结果与鉴相反馈数据。

数据业务网是基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点、用户接入节点组成的，负责承载互联网数据业务的计算机网络，建设运管中心，互联中心和提供基础时空服务的数据业务中心。数据业务网包括五个方面的建设内容：主干网、接入网、网络运维管理中心和路由器设备时空能力。主干网包括国家主干节点和地区主干节点。国家主干节点之间互联带宽为2*100Gbps，地区主干节点之间互联带宽为100Gbps。国家主干节点为两层的网络结构，设置6台高性能路由器，包括两台国家主干路由器、两台地区主干路由器和两台接入路由器。国家主干路由器和国家主干路由器之间通过两条100Gbps链路进行互联，实现高性能的国家主干网。在国家主干路由器之下，设置地区主干路由器，地区主干路由器和本地国家主干路由器通过全连接方式互联，形成高性能、高可靠互联结构，同时通过100Gbps链路和地区其他主干节点互联，形成地区主干网络。地区主干网络结构设计以可靠性为第一原则任何一条链路的中断，不会影响网络的连通性，同时增加部分重要主干节点到地区核心节点的直通链路，以提高数据转发的性能和可靠性。地区主干节点为二层的网络结构，设置4台高性能路由器。两台作为地区主干路由器，两台作为地区接入路由器。一般地区主干节点之间互联可以使用100Gbps链路，部分关键地区节点可以选择使用2*100Gbps链路和地区主干节点互联，以提高可靠性和性能。国家主干网核心节点路由器、地区主干网核心节点路由器为同一个自治系统，地区接入路由器和地区接入用户网络为另外独立自治系统，主干核心路由器和地区接入路由器之间运行BGP协议，自治系统内部IGP运行ISIS路由协议。国家主干网和地区主干网路由器可以通过设置不同的级别和区域，隔离各自区域内链路状态变化带来的路由震荡。主干网自治系统全部节点参与IBGP协议交互，国家主干节点开启路由反射器功能，负责全部地区主干节点的路由信息分发。核心节点的所有路由器需要支持新型路由控制和管理技术，以便未来支持更加灵活的路由管理和资源调度。地区接入网络建设方案需要考虑部署准入控制手段，如在地区接入路由器开启准入认证功能，严格控制接入网络的用户身份。也可以通过和接入单位协商，在接入单位内部实现严格的准入认证。对于网络运维管理中心，其负责整个时空信息保障网的网络管理和资源调度，包括时频传递网的网络管理及路径切换，数据业务网的网络管理和资源调度。具备时空标签生成能力的时空信息网路由器设备通过高精度时空标签生成和注入技术，基于专用时频接口实现高精度1PPS、10MHz时频信号的注入，实现与时频传递网的高精度的时钟同步，同时实现网络数据包高精度时间标签的生成和嵌入。

支撑服务系统是时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务和空间（位置）服务，是时频传递网对外服务的信息中心、数据中心和管理中心。时空信息保障网的时间服务包括两大类支撑服务，时间同步服务和时间数据服务。时空信息保障网时间同步服务支撑系统包括三个精度的时间同步服务，纳秒级时间同步服务、百纳秒级时间同步服务和毫秒级时间同步服务。纳秒级时间同步服务使用有高精度时频传输专用设备提供的时钟同步信号，百纳秒级时间同步服务使用PTP协议提供的时间同步信号，毫秒级时间同步服务使用NTP协议提供时间同步机制。时空信息保障网时间数据服务是利用时频传递网和数据通信网特有的时间标记功能，为用户提供的高精度时间标签服务。用户可以申请对自己特有的业务进行高精度网络转发行为测量，判断自己的数据传输过程是否符合预期特性，从而判断业务过程是否正常进行。尤其是在业务发生异常的时候，通过高精度的网络行为测量，可以提供更加准确的信息，辅助用户判断故障发生的位置和原因。时空信息保障网时间数据服务为用户发起申请，网络管理者审核通过后，通过网络管理控制器下发时间标记策略。数据业务网络的入口路由器根据具体的标记策略对用户业务分组标记处理和转发的精确时间，而网络的其他转发节点在收到改数据分组时，将精确的接收时间和发送时间发送给时频传递网时间数据服务的大数据平台进行存储和分析，并通过改大数据平台响应用户的数据查询请求。时空信息保障网空间（位置）服务支撑系统利用天地协同的导航定位手段及网络自身的位置标记能力，通过SRv6协议头部信息中扩展的空间位置标签，实现网络空间数据与物理空间转发路径的空间基准统一，通过分析时频传递网络数据转发的位置分析，可以时刻监视网络转发功能是否正常，判断网络转发路径是否优化，对于提高网络管理的效率，及时发现和处理网络故障，具有重要的指导意义。尤其是结合时空信息保障网时间数据标记功能，判断网络数据转发路径是否符合路由设计，可以更好地指导网络路由策略的优化和设计。时空信息保障网空间（位置）标记服务由用户发起申请，由位置信息服务管理员进行审核，确认提供服务后，通过网络管理控制器下发位置标记策略，由数据业务网络核心设备进行位置信息标记和上报，用户的位置标记信息存储在时空信息保障网空间（位置）服务大数据平台中，用户和示范应用服务器通过大数据平台获取相关位置信息。时空信息保障网空间（位置）大数据支撑平台，可以提供用户位置信息查询、位置溯源、网络虚拟测绘、基于位置信息的大数据分析及时空浏览器等服务。空间（位置）服务将地理空间的位置信息映射到网络空间中，通过一定的编码方式，放置在IPv6协议中，形成空间位置标签，提供给用户。

应用系统是基于时空信息保障网时间服务和空间（位置）服务的典型示范应用系统。系统中的应用示范将开展虚拟测绘与真实重建技术，针对IPv6地址空间大，现有基于IPv4的资源发现与测绘技术无法适用的问题，开展基于IPv6地址空间的资源发现与测绘研究；针对智慧终端、网络空间数据存在时空维度不全或不准确的现状，开展网络空间资源时空重建技术研究；提供专业数据集成、分析挖掘、可视化展现工具平台，支持数据产品研发和生产。

运维管理体系是维持时空信息保障网稳定运行所必须的保障措施，包括规章制度建设、人员队伍建设和运维与服务系统建设。运维制度建设包括通过咨询机构或者内部单位制定时空信息网络运行维护的相关规章制度、管理和运维工作流程以及应急响应机制。运维队伍建设是时空信息网络建设过程中必须完成的内容，项目从第四年开始，网络基本建成，需要专门的运维管理队伍负责整个网络的运维管理。运维系统是运维管理的主要技术手段，建设一套完整的智能运维系统，不但可以有效提高网络运维人员的工作效率。降低网络的故障率，而且可以通过网络运维大数据分析，及时预测故障的发生，避免网络服务中断的发生。进一步还可以发现网络瓶颈，为未来网络扩容和升级提供数据依据。

安全保障体系是保障时空信息网络安全运行的重要措施，包括法律法规建设，安全运维队伍建设，以及网络安全系统建设。安全保障体系建设首先需要的是网络安全相关的法律法规建设，网络安全就是国家安全，而网络安全保障和网络安全管理的前提和基础是完善的法律法规和制度建设。建设时空信息网络安全的相关法规制度，包括信息保密审查制度、信息发布管理制度、重要区域管理制度、网络运维人员安全管理制度、网络安全培训制度、网络安全工作流程、网络安全工作规划、信息系统等级保护制度、安全事件应急响应流程等等。网络安全运维队伍建设，时空信息网络需要建立起一支分级管理、分级负责的安全管理体系，按照“谁主管谁负责；谁在岗谁负责”的要求，实行“一把手”总负责，分管领导具体抓的责任制，建设一支人员齐备素质高、快速反应能力强的安全运维团队。网络安全运行中心是时空信息网络最重要的安全运行系统，包括在网络关键点实行网络安全监测，进一步增强对网络有害行为监测分析的能力，早期抑制网络有害行为的大规模发生，提高时空信息网络的应急响应能力等。安全运行管理中心系统建设包括安全日志分析子系统、威胁情报子系统、信息资产管理系统、应急响应控制子系统。

综上所述，本发明实施例的融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统具有如下的有效果：

（1）以地基高精度时频传递能力构建为核心，将传统的光纤通信网拓展为具备时空基准传递能力的新型通信网，实现时空基准从空间到地面的广域分发、自主维持和有效备份，时空基准服务模式从单一的无线发播模式转变为无线发播与有线发播相结合的模式，从而有效提高时空信息安全稳定能力并提供精准可靠的时空信息保障服务。

（2）通过全新的网络架构设计和新一代软件定义网络技术，可实现时空信息网络中高精度时频信息的优先可靠传输、关键数据的安全保障、网络跨层资源优化和对全网的统一集中管理。

（3）为网络空间信息加注高精度时空标签信息，填补网络时空基准空白，为空间寻址、信息防伪、高精度通信协同等应用供新的能力生成途径。

（4）本发明提供了一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，用以解决当前以天基系统为主要支撑的时空系统存在的脆弱性同时弥补网络空间缺少高精度时空基准等问题，并且用来指导、规划未来地基时空信息网络的建设。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，其特征在于，包括：基础光纤网络和以此构建的时频传递网、数据业务网和支撑服务系统；

所述基础光纤网络，用于基于波分复用的光纤链路资源，划分时频信号波道和数据业务波道，实现“时、数”同传的融合技术架构，通过光传输业务站、光中继站和骨干光缆构建基础光传输网络，承载高精度时频信号传递和数据业务传输；

所述时频传递网，用于基于高精度光纤时频传递技术和城域网时频分发技术，构建以基准节点，次基准节点和用户接入节点组成的层次化高精度时频统一网络，通过异地多钟组比对构建高精度弹性可靠的网络化守时系统，建立全网统一的亚纳秒原子时系统，实现网络化分布式的标准时间保障；

所述数据业务网，用于基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点和用户接入节点组成的负责承载数据通信业务的计算机网络，建设支撑时空信息保障网配套的运管中心，互联中心和提供基础时空服务的数据业务中心；

所述支撑服务系统，用于提供时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务基础设施和空间服务基础设施，是时空信息保障网对外服务的信息中心、数据中心和管理中心；

所述时频传递网采用分层分域的建设模式，包含基准层、次基准层和用户接入层，基准层提供全网最高时频基准，含有一个最高时频基准中心和多个分布式国家骨干基准节点，多个分布式基准节点作为最高时频基准中心的一级备份，基准节点之间通过长距离光纤链路相连，最高基准中心逻辑上通过光纤直连或级联方式，向其他基准中心传递时频信号，其余基准中心间保证至少和另一分布式基准中心互联，每个时频基准中心均配备多台高精度原子钟，形成原子钟组，选取其中最高精度的基准钟信号作为该中心的物理信号，注入到基准层中传递；各基准中心间实时比对各基准钟的时频信号，得到初始钟差信息，获得各中心基准钟性能优先次序；将核心网中各个基准节点的原子钟信号，锁定到从最高基准上；

所述时频传递网架构通过可配置分布式网络架构，同时实现时间与频率长距离同步，该网络支持超过1000个节点挂载，具有节点动态增加功能，时频传递网分为三级，分别为基准层、次基准层和用户接入层，其中基准层采用1级时频同步设备，次基准层采用2级时频同步设备，用户接入层为终端节点，即包括时空信息网路由器、时频终端用户在内的需要时钟同步的设备，时空信息网路由器与时频传递节点的时频同步采用专用时频接口，同时支持时间同步接口协议；

在时频传递网中，各节点之间的时频传递单元包含时频传递主端机、全光中继放大单元和时频传递从端机，在时频传递网络中设置智能监控单元，智能监控单元通过接收各时频端机利用数据通信网传递来的通信信息，监控辖区内时频传递网络中的各种数据，包括各条链路的连通状态以及各链路的时延变化；各守时节点的比对结果以及钟差数据；各比对站的比对结果；每个时频传递单元主端机的时延测量结果与鉴相反馈数据；

基于所述时频传递网和数据业务网建立支撑服务系统，支撑服务系统是时空信息保障网的基础服务支撑平台，包括时间服务和空间服务，其中时间服务包括两大类支撑服务，时间同步服务和时间数据服务；

所述时空信息保障网系统包括时空信息互融光网络、时空信息互融计算机网络、时空信息互融应用支撑平台和时空信息互融网络创新应用，通过采用统一的安全管理与控制平台，实现了全网的统一一致管理，在高精度时频同步的基础上，通过融合高精度位置信息，建设成为一个具有高精度时空信息的可信网络；

所述支撑服务系统，为用户提供时间同步服务，面向不同用户需求，提供多种精度的时间基准服务，纳秒级时频信号下载服务、百纳秒级时间同步服务和毫秒级时间同步服务，纳秒级时频信号下载服务使用时频传输专用设备提供的高精度时频基准信号，百纳秒级时间同步服务使用PTP协议提供的时间同步信号，毫秒级时间同步服务使用NTP协议提供时间同步机制；

所述支撑服务系统，为用户提供时空数据服务，基于附带时空标签的网络数据包信息开展时空大数据分析和应用；

所述支撑服务系统，提供时间标签服务，用户发起数据业务网的数据服务申请，网络管理者审核通过后，通过网络管理控制器下发时间标记策略；所述数据业务网络的入口路由器根据具体的标记策略，通过SRv6协议头部信息中扩展的时间标签，对用户业务分组标记处理和转发时刻，而网络的其他转发节点在收到该数据分组时，将接收时刻和发送时刻标记并上传给时空信息保障网时空数据服务的大数据平台进行存储和分析，并通过该大数据平台响应用户的数据查询请求；

所述支撑服务系统，提供位置标签服务，利用天地协同的导航定位手段及网络自身的位置标记能力，通过SRv6协议头部信息中扩展的空间位置标签，实现网络空间数据与物理空间转发路径的空间基准统一，通过对时空信息网络数据转发的位置分析，实现网络资源监视、优化及时空大数据挖掘应用服务，空间标签服务由用户发起申请，由时空信息保障网位置信息服务管理员进行审核，确认提供服务后，通过网络管理控制器下发位置标记策略，由数据业务网核心设备进行位置信息标记和上报，用户的位置标记信息存储在时空信息保障网时空服务大数据平台中，用户和应用服务器通过大数据平台获取相关位置信息。

2.根据权利要求1所述的融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，其特征在于，所述架构运行运维管理体系和安全保障体系；

所述运维管理体系，用于维持时空信息保障网稳定运行所必须的保障措施，包括规章制度建设、人员队伍建设和运维与服务系统建设；

所述安全保障体系，用于保障时空信息保障网安全运行的重要措施，包括法律法规建设，安全运维队伍建设，以及网络安全系统建设。

3.根据权利要求1所述的融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，其特征在于，所述基础光纤网基于OTN光传输技术构建，包括光传输业务站点、电中继站点、OLA光中继站点和骨干光缆，光传输业务站点和电中继站点由OTN光层设备和OTN电层设备组成，光中继站点由OTN光层设备和专用EDFA放大器组成，光缆线路中时频传递波道采用单纤双向模式，数据通信波道采用双纤双向通信模式，基础光纤网络总体框架包含时频传递平面和数据传输平面，时频信号与业务数据经过不同的OTN设备在光耦合器实现汇聚，接入光纤中进行传输。

4.根据权利要求1所述的融合时频传递与数据传输的广域时空信息保障网系统，其特征在于，所述数据业务网基于内嵌时空标签的网络路由协议，构建由国家骨干节点、地区骨干节点和用户接入节点组成的承载数据通信业务的计算机网络，包括主干网、接入网、网络运维管理中心，数据业务网基于专用时频接口实现时频基准信号的注入，实现路由器高精度时钟同步，实现网络数据包时间标签的生成和嵌入。