CN116419387A - 卫星网络终端与网关时间同步方法、装置、系统及介质 - Google Patents

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CN116419387A CN202310270837.7A CN202310270837A CN116419387A CN 116419387 A CN116419387 A CN 116419387A CN 202310270837 A CN202310270837 A CN 202310270837A CN 116419387 A CN116419387 A CN 116419387A
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Abstract

本发明涉及卫星通信技术领域，具体提供一种卫星网络终端与网关时间同步方法、装置、系统及介质，旨在解决如何不依赖绝对时间实现终端与网关的时间同步的问题。为此目的，本发明的一种卫星网络终端与网关时间同步方法，应用于终端，包括：接收网关发送的时间同步信令报文并在接收时刻添加本地时间戳，所述时间同步信令报文携带有超帧的组包配置参数；根据所述组包配置参数，计算所述超帧对应的本地延迟发送时间；根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，以实现与网关的时间同步。

Description

卫星网络终端与网关时间同步方法、装置、系统及介质
技术领域
本发明涉及卫星通信技术，具体提供一种卫星网络终端与网关时间同步方法、装置、系统及介质。
背景技术
卫星网络系统由地面段、空间段和用户段组成。如图2所示，地面段的网关GW(Gateway)包括三层IP网关(IP Gateway)、前向链路网关MCS(MODCOD Servicing Sys tem)和反向链路网关RCM(Return Channel Manager)；空间段包括透明卫星或者具有再生功能的低轨卫星星座(透明星就是卫星只作为一个透明的转发器，而再生星就是卫星会将信息提取出来，进行路由交换等处理再发送到目标用户)；用户段包括用户终端UT(UserTerminal)以及所连接的终端网络。
RCM把一个信道的一个帧分成若干个子帧，分配给不同用户。用户需要按照分配的子帧位置发送数据。由于各个终端分布在不同位置，与网关的距离不等，传输延迟就不同。如果两个终端发送的信号在网关重叠，会造成网关侧数据接收冲突。为此，各个终端帧边界起始点需要精确控制，根据自己传输信号延迟时间进行调整，以达到与接收网关帧边界同步的目的。
现有终端与网关在实现同步时，终端需要接收到网络设备发送的绝对时间信息后，根据该绝对时间信息以及该绝对时间信息所对应的帧边界调整自身的时钟，使得终端与网络设备在相同帧边界的绝对时间也相同，达到时钟同步的目的。但这种方法依赖于网关的绝对时间，由于传输延时是时变的，且有的终端与网关由于距离远，传输延时很大，如果依然按接收到的绝对时间确定终端的绝对时间，会存在较大误差，同时终端需要不断的调整自身的时钟来满足“同步”，也容易造成误差，同步效果差。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何不依赖绝对时间实现终端与网关的时间同步的技术问题，即一种卫星网络终端与网关时间同步方法、装置、系统及介质。
在第一方面，本发明提供一种卫星网络终端与网关时间同步方法，应用于终端，包括：
接收网关发送的时间同步信令报文并在接收时刻添加本地时间戳，所述时间同步信令报文携带有超帧的组包配置参数；
根据所述组包配置参数，计算所述超帧对应的本地延迟发送时间；
根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，以实现与网关的时间同步。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，
所述方法还包括：
基于时间同步服务器对网关的物理层和链路层进行时间与帧号同步，得到时间与帧号的映射关系；
基于所述映射关系，网关的物理层组织并发送所述时间同步信令。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，
所述组包配置参数包括：超帧帧号、网关延迟接收时间、所述时间同步信令报文的发送延时、网关及卫星的位置信息；其中所述网关延迟接收时间为提前发送所述超帧的时间，所述时间同步信令报文的发送延时基于网关的物理层进行组包预测获得。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，所述根据所述组包配置参数，计算所述超帧对应的本地延迟发送时间，包括：
根据网关及卫星的位置信息，计算与网关之间的传输时间；
所述网关延迟接收时间减去所述时间同步信令报文的发送延时和所述与网关之间的传输时间，得到所述超帧对应的本地延迟发送时间。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，所述终端包括物理层和链路层；
所述物理层用于在接收到所述时间同步信令报文的时刻添加第一本地时间戳，并将所述时间同步报文发送至所述链路层；
所述链路层用于对所述时间同步报文进行解析计算，得到所述超帧对应的本地延迟发送时间；
所述根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，包括：所述物理层根据所述第一本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，计算得到与网关侧对应的超帧的帧边界；
所述链路层还用于在接收到所述时间同步信令报文的时刻添加第二本地时间戳，并记录时间同步信令报文从所述物理层传输到所述链路层的内部传输延迟时间；
所述根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，还包括：所述链路层根据所述第二本地时间戳、所述内部传输延迟时间和所述本地延迟发送时间，计算得到与网关侧对应的超帧的帧边界。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，
所述方法还包括：向网关侧发送数据，根据所述帧边界和发送子帧在帧内的时隙偏移，得到所述数据的发送时间，以使得所述数据经过终端与网关的传输延时在网关设定的子帧接收时刻到达网关。
在上述卫星网络终端与网关时间同步方法的一个技术方案中，所述帧号信息还包括超帧间隔；
所述方法还包括：每隔一个所述超帧间隔接收一次所述时间同步信令报文，并根据新的所述时间同步信令报文检查是否需要使用新的帧边界；
若根据新的所述时间同步信令报文得到的新的帧边界与原来的帧边界之差绝对值小于第一阈值或大于第二阈值，则续用原来的帧边界；否则，使用新的帧边界；其中第二阈值大于第一阈值。
在第二方面，本发明提供一种卫星网络终端与网关时间同步装置，包括存储器、一个或多个处理器、一个或多个应用程序，其中，所述一个或多个应用程序存储在所述存储器中，所述一个或多个应用程序被配置为由所述一个或多个处理器调用时，使得所述一个或多个处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。
在第三方面，本发明提供一种卫星网络系统，所述系统包括如第二方面中所述的装置。
在第四方面，一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行如第一方面中任一项所述的方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，终端接收网关发送的时间同步信令报文，通过解析计算得到与网关侧超帧同步的帧边界，实现发送帧边界与网关接收帧边界的对齐，该帧边界以时间同步信令报文接收时刻终端本地的时间戳为基准，实现没有绝对时间仍可以实现与网关的时间同步，无需依赖绝对时间，同步效果好。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的一种卫星网络终端与网关时间同步方法的主要步骤流程示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的卫星网络体系架构示意图；
图3是根据本发明的反向链路资源分配示意图；
图4是根据本发明的终端与网关帧边界示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的网关侧时间同步架构示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的卫星网络时间同步原理示意图；
图7是根据本发明的一个实施例的具体示例时间同步原理示意图；
图8是根据本发明的一个实施例的终端时间同步计算原理示意图；
图9是根据本发明的一个实施例的网关侧时间同步流程示意图；
图10是根据本发明的一个实施例的终端侧时间同步架构示意图；
图11是根据本发明的一个实施例的终端侧时间同步流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
如图2所示，卫星网络前向使用时分多路复用(TDM)技术，传输多路用户复用的通用数据流。反向使用多频时分多路接入(MF-TDMA)技术。如图3所示，反向链路资源被组织成多个反向可用资源组，在一个组内采用动态竞争按需分配模式。一个组内包括多个信道(channel)，但系统配置参数相同，由一个RCM管理。在每一个信道上的资源被组织成连续的超帧，每个超帧包含固定数量的数据帧，每个数据帧包含固定的时隙(slot)，多个连续时隙构成一个子帧。不同符号率的信道每帧包含的时隙数不同，不同的子帧由不同个数的时隙组成，但是一个时隙不能属于两个子帧。RCM把一个信道的一个帧分成若干个子帧，分配给不同用户。用户需要按照分配的子帧位置发送数据。由于各个终端分布在不同位置，与网关的距离不等，传输延迟就不同。如果两个终端发送的信号在网关重叠，会造成网关侧数据接收冲突。为此，各个终端帧边界起始点需要精确控制，根据自己传输信号延迟时间进行调整。如图4所示，一个帧的子帧0分配给A用户，子帧1分配给B用户，子帧2分配给C用户，不同用户与网关看到的帧边界起始点不同。用户终端需要调整自己的发送帧边界，以达到与接收网关帧边界同步的目的。现有卫星网络标准协议DVB-RCS2通过两个步骤实现时间帧号同步。首先发射机周期性广播网络时钟参考NCR(Network Clock Reference)，终端通过接收NCR实现与网关的时间同步。网关再发送基于NCR时间的超帧组成表SCT(SuperframeComposition Table)，定义基于时间的帧组成计划表。终端需要接收两个报文，实现时间与帧号的同步。同时，现有终端与网关在实现同步时，需要依赖于网关的绝对时间，计算误差大，同步效果差。据此，本发明提出了一种终端与网关的时间同步方法，无需依赖网关绝对时间。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的一种卫星网络终端与网关时间同步方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的一种卫星网络终端与网关时间同步方法，应用于终端，主要包括下列步骤S101-步骤S103。
步骤S101：接收网关发送的时间同步信令报文并在接收时刻添加本地时间戳，时间同步信令报文携带有超帧的组包配置参数；
在本实施例中，网关侧会周期性产生时间同步信令报文并广播给终端，终端在接收报文时刻打上时间戳，在本发明中，通过提前组包模式把终端计算需要的所有参数即组包配置参数均放在报文中，实现一个报文通知所有计算信息。
一个实施方式中，时间同步信令报文的产生基于网关侧的时间同步。网关侧的时间同步可以通过部署时间同步服务器实现，具体的，如图5所示，在卫星网络，网关侧提供统一标准时间源，可以来自GPS或者BD(北斗)，时间源提供秒脉冲(1PPS)和时间码信号(TOD)。网关侧部署时间同步服务器TSS(Time Synchronization Server)，接收1PPS和TOD码。统一标准时间源(TSS也可以配置为PTP server)作为PTP的主时钟，所有网关包括MCS，RCM，IP网关都从时间同步器同步时间。PTP能够实现的精度在100ns。外置调制解调器(MODEM)没有中央处理器(CPU)，没有办法直接支持PTP，因此在TSS实现时间码解析并为调制解调器广播秒脉冲对应的时间码以及附加信息，如相对时间顺序号(Sequence)和帧号FN(FrameNumber)。调制解调器从标准时间源得到秒脉冲信号，可以与时间源进行频率同步。调制解调器从TSS接收TOD/Sequence/FN时间帧号信息。这样，调制解调器可以建立起与秒脉冲对应的时间边界。RCM通过PTP实现本地时钟与时间源的时间同步。同时，RCM从TSS广播信令中接收TOD/Sequence/FN时间帧号信息，与调制解调器建立起基于Sequence和FN的映射关系，即网关链路层与物理层(调制解调器)同时得到时间与帧号的映射关系。网关的调制解调器通过组包预测时间同步帧发送延时，在一个时间同步帧进行广播，即时间同步信令报文。由于前向链路的连续发送模式，没有办法在准确的时间位置发送时间同步报文，但是通过组包预测，可以在组包时刻得到时间同步信令报文发送延时以及终端计算需要的配置参数，通过提前组包模式把包括发送延时的各项参数通过时间同步信令报文广播给终端，实现一个报文通知所有计算信息。
步骤S102：根据组包配置参数，计算超帧对应的本地延迟发送时间；
在本实施例中，由于终端与网关时间同步基于时间同步信令报文实现，基本同步原理如图6所示，网关侧调制解调器的前向发送模块在帧起始时刻前T_GO开始组织时间同步信令报文，对于该信令报文发送时刻与组织时刻的延迟记录在时间同步信令报文里，T_UO为终端的本地延迟发送时间，则存在以下关系：
T_UO＝T_GO-d-t1-t2-t3-t4
其中，帧号FN以及T_GO和d在时间同步信令报文广播，t1，t2，t3，t4基于星历、网关位置、卫星位置与终端位置计算得出,网关和卫星的位置信息配置在时间同步信令报文中。因此，在本发明中，时间同步信令报文的组包配置参数至少包括网关延迟接收时间T_GO、时间同步信令报文的发送延时d以及网关与卫星的位置信息。
步骤S103：根据本地时间戳的时间和本地延迟发送时间，得到与网关侧超帧同步的帧边界，以实现与网关的时间同步。
在本实施例中，在网关侧，前向物理层发射机和反向物理层接收机使用相同的帧边界。在终端侧，通过调整终端物理层发射机的帧边界与反向接收机的帧边界做到“对齐”。这种“对齐”指的是，在帧边界，比如帧0，简称F0，发送的物理层数据帧，经过空口传输的延迟，能够在反向接收机帧边界F0到达。由于反向接收机是一对多接收，而且由于卫星或用户移动，每个用户的空口延迟不一样并可能随时间而改变， 当每个用户的F0都与接收机的F0“对齐”，接收机收到的不同用户的数据不会碰撞并能够被正确接收。事实上，用户的F0和接收机的F0在绝对时间方面不相同，他们相差了每个用户各自的单程空口时间。时间同步的目的就是让用户的F0与接收机的F0“对齐”，即使每个用户的单程空口时延是时变的。
如图6所示，终端调制解调器(物理层)收到的报文打上本地时间计数器(counter)的时间戳(Timestamp)发送给终端L2(链路层)，终端L2根据公式计算时间同步信令报文指示的帧号所对应的时间边界。与此同时，终端L2发送控制报文通知终端调制解调器帧号以及对应的帧边界。例如，假设时间戳的时间计数器以1ns计数，T_UO计算单位也为1ns，则计算公式为：
T_UO＝T_GO-d-t1-t2-t3-t4
T_Marker_FN＝Timestamp+T_UO
其中，时间戳为终端调制解调器的采集值，T_Marker_FN为调制解调器帧号以及对应的帧边界。
一个实施方式中，如图7所示，在网关接收机Rx的F0(或FN，FN是超帧的起始帧号)。如果每个超帧有8个帧，FN(mod 8)＝0。在FN提前一个预设的时间间隔，T_GO，在这个时间点，定期发一个系统时间同步信令报文，称为SFTR(Super Frame Timing Reference)，在系统时间时间同步信令报文里面携带超帧的帧号信息。一个超帧等于8个或若干个帧，每个帧40ms，或者10ms，20ms。如果一个超帧为320ms，每个帧为20ms，那么每个超帧包括16帧。超帧起始边界对应帧号FN的起始边界。在发明中，设默认值一帧为40ms，并可通过配置改变。
系统时间同步信令报文不能保证正好在T_GO的边缘发出，根据网关物理层发射机的实现情况，也许提前或者滞后。 网关物理层计算系统时间同步信令报文的物理封装帧起始边界相对T_GO边界提前或滞后的时间间隔。物理层产生一个很小时间单位的时间序列计数器，时间间隔用计数器的差值表示，这个差值乘以时间单位就是时间间隔，即发送延时记为d(单位T0，T0是物理层时钟计数器的时间单位)。得到时间间隔d后，物理层把d和T0都封装到系统时间同步信令报文。时间间隔d，假设提前于T_GO边界为负数，滞后为正数。一般来说，系统时间同步信令报文应该在T_GO边界后面的第2个物理封装帧发送或预留足够的计算时间。
例如，假设网关物理层和二层(链路层)的时间计数器单位都是T0，T0非常小。二层和物理层的时间计数器能够同步和帧号对齐。假设物理层帧号FN(N Mod 8＝0)对应的计数器为CN，预设提前时间T_GO转换为计数G，即T_GO＝G*T0，那么系统的时间同步信令报文(FN)应该在物理层计数器K＝CN-G时刻发出。系统时间同步信令报文(FN)不一定能保证在物理层计数器K时刻发出，或者提前，或者滞后，假设提前或滞后的间隔为计数d，绝对时间d*T0，系统时间同步信令(FN)实际是在K+/-d时刻发出的。
系统的时间同步信令报文需要携带的信息包括：
超帧的帧号：FN(网关物理层更新)；
GW offset time:T_GO(ms)，是PHY配置参数，默认值620；
Counting unit:T0(ns)，是PHY配置参数；
系统的时间同步信令报文的发送延时：d或-d；
超帧间隔：T_Interval(ms)，默认值320
对应的时间关系如下：
TUO＝TGO-TG-S-G-2*TU-S-TSFTR-Delay
即反向网关预期接收“帧N数据”的接收时刻与终端发送“帧N数据”的发送时刻间满足以上时间关系；
其中，TGO是反向网关延迟接收时间，即发送超帧的理想时刻与预定接收帧N时刻的时间差，对于GEO默认值为620ms(270*2+80)；
TSFTR-Delay是网关侧测量得到的时间同步信令报文的发送延迟；
TG-S是反向网关与卫星之间的传播时间；
TS-U是卫星与终端之间的传播时间；
TUO是终端延迟发送时间，即终端接收超帧FN的理想接收时间与发送帧N数据的实际发送时间的差值；
TS-G是卫星与反向网关之间的传播时间；
TU-S是终端与卫星之间的传播时间；
TG-S-G是反向网关与卫星之间的Round Trip时间；
TG-U是网关到用户的延迟，如果网关在卫星上，则不用考虑馈电侧延时。
注意:
本发明中下标中的S代表卫星(Satellite)，G代表反向网关(Gateway)，U代表终端(User)，O代表时间偏移(Offset)。
无论用户接入网关在地面还是在卫星上，假设TG-U＝网关到用户的延迟，那么在终端侧，用户收到系统时间同步信令报文(FN)后需要计算TUO＝T_GO-d*T0-2*TG-U完成本地的FN时间边界。通过星历和用户参考点坐标计算，d*T0可以为正数或负数。
为了实现终端与反向网关的数据发送、接收时间对准，终端需要依赖于接收到的系统时间同步信令报文，建立起时间基准，即帧边界。由于在终端的L1(调制解调器)处作时间控制，能够获得更好的时间精度，因此终端的时间基准建立，发送时间控制主要由L1(调制解调器)负责，L2(软件)起辅助计算作用。
终端根据时间同步信令报文建立时间基准，反向网关每隔8帧(一个系统时间同步信令报文的时间间隔)调整一次时间基准。一般来讲，如果新的FN和之前同步推导的FN误差很小，终端使用之前同步生成的FN；否则，终端使用最近一次系统时间同步信令报文建立的时间基准，完成之后8帧的数据发送。当某个系统时间同步信令报文消息无效，终端无法更新当前时间基准时，可以重复使用上次的时间基准，实现数据发送的时间控制。
终端的一次数据发送，需要确定以下三个时间信息：
1)依赖时间同步信令报文建立的时间基准信息--当前使用的相对时间原点；
2)具体某帧数据的延迟发送时间信息--终端的本地延迟发送时间TUO；
3)某帧数据内子帧的时隙偏移slot_offset时间信息--终端的帧内时间边界。
具体的，如图8所示，终端L1(调制解调器)使用如下方法，建立时间基准：
1)终端L1(调制解调器)为每个本地接收的数据包(时间同步信令报文)打上时间戳(以时间计数器间隔为单位，计数器数值记为m1)，并将该数据包上传至终端L2(软件)；
2)终端L2(软件)解析数据包，针对其中的时间同步信令报文，提取系统时间同步信令的帧号并将该帧号信息连同“L1(调制解调器)标记的时间戳”信息，记为m1，传递给终端L1(调制解调器)。同时，L2记录本地系统时间同步信令的时间戳计数值m2。注意，m1和m2相互独立。L2解析系统时间同步信令获得d*T0、FN、T_SF，计算TUO＝TGO-d*T0-2*TG-U，TG-U计算与卫星到终端和网关的距离有关，可以通过星历图计算得出。假设终端L1和L2的计数间隔都是t0(t0可以等于T0),预设L1到L2的延迟为k*t0(内部传输延迟时间)。这样L2的FN＝m2-k+round(TUO/t0)，L2也把TUO传给L1。
3)终端L1(调制解调器)依据上述信息，得到系统时间同步信令报文(FN)到达本地时间m1和TUO，建立系统时间同步信令报文的帧号FN与L1本地时间戳时间的对应关系，使用“L1本地时间戳时间”作为相对时间原点，进行本地延迟发送时间计算。对应的FN的本地时间计数值为FN(计数)＝m1+round(TUO/t0)。为了简化调制解调器计算量，L2可以直接计算L1的FN(计数)，连同m1一起发送给调制解调器。
一个实施方式中，接入网关每8个帧发一个系统时间同步信令报文，用户每8个帧收到一个系统时间同步信令报文。为系统灵活设计考虑，在系统时间同步信令报文发送超帧间隔。但是，因为变化，用户收到两个系统时间同步信令报文的间隔可能不是8帧,用户需要每收到一个系统时间同步信令报文都检查同步，如果新的系统时间同步信令产生的FN与原来的系统时间同步信令产生的FN之差小于第一阈值(delta1)，或者大于一个不合理的第二阈值(delta2)，就继续用原来的FN；否则，使用新的系统时间同步信令产生的FN。终端本地时间不仅产生FN，也产生FN+1，FN+2，…,FN+8,等。FN+8也可以用新的系统时间同步信令(FN+8)产生。如果新的FN+8与原来的FN+8差距足够小，就不更新，否则就用新的FN+8。如果新的FN+8异常，也不更新。
数学描述如下：假设第一阈值delta1和第二阈值delta2,
IF delta1<＝|新的FN-原计算FN|<＝delta2
使用新的FN；
ELSE
使用原来计算的FN。
需要注意的是这里的FN是超帧的起始帧，系统时间同步信令只产生FN，之后终端自己生成FN+1，FN+2，…。系统时间同步信令不负责非SF起始帧的同步。但是，在实际中，如果系统反馈需要非SF起始帧调整，则根据需要调整。
基于上述步骤S101-步骤S103，本发明实施例终端接收网关发送的时间同步信令报文，通过解析计算得到与网关侧超帧同步的帧边界，实现发送帧边界与网关接收帧边界的对齐，该帧边界以时间同步信令报文接收时刻终端本地的时间戳为基准，实现没有绝对时间仍可以实现与网关的时间同步，无需依赖绝对时间，同步效果好。
具体的，网关侧把终端计算需要的配置参数通过一个时间同步信令报文广播给终端，终端调制解调器启动时间计数器并在接收时间同步信令报文时刻打时间戳，使用调制解调器自身的时间计数器作为时间戳，相对时间计算更加简洁。终端L2与网关的同步基于终端L2的时间计数器，终端L1与网关的同步基于终端L1的时间计数器。终端没有绝对时间仍可以实现与网关的时间同步。
本发明实施例需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
进一步，本发明还提供了一种卫星网络终端与网关时间同步装置，包括存储器、一个或多个处理器、一个或多个应用程序，其中，所述一个或多个应用程序存储在所述存储器中，所述一个或多个应用程序被配置为由所述一个或多个处理器调用时，使得所述一个或多个处理器执行如上步骤S101-S103技术方案所述的方法。
本发明实施例中的装置主要包括存储器和处理器，存储器可以被配置成存储执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储器中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。
在本发明实施例中卫星网络终端与网关时间同步装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置。在一些可能的实施方式中，装置可以包括多个存储装置和多个处理器。而执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的程序可以被分割成多段子程序，每段子程序分别可以由处理器加载并运行以执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的不同步骤。具体地，每段子程序可以分别存储在不同的存储器中，每个处理器可以被配置成用于执行一个或多个存储器中的程序，以共同实现上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法，即每个处理器分别执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的不同步骤，来共同实现上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法。
上述多个处理器可以是部署于同一个设备上的处理器，例如上述计算机设备可以是由多个处理器组成的高性能设备，上述多个处理器可以是该高性能设备上配置的处理器。此外，上述多个处理器也可以是部署于不同设备上的处理器，例如上述计算机设备可以是服务器集群，上述多个处理器可以是服务器集群中不同服务器上的处理器。
上述卫星网络终端与网关时间同步装置以用于执行图1所示的卫星网络终端与网关时间同步方法实施例，两者的技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，本技术领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，控制装置的具体工作过程及有关说明，可以参考卫星网络终端与网关时间同步方法的实施例所描述的内容，此处不再赘述。
进一步，本发明还提供了一种卫星网络系统，包括上述实施例的卫星网络终端与网关时间同步装置。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。
一个实施方式中，卫星网络系统还包括网关，即在网关侧，标准时间源具有标准时钟信号，产生稳定的秒脉冲信号和时间码信号。时间同步服务器解析时间码生成时间帧号映射广播信令，RCM与物理层调制解调器同时接收广播信令，根据信令配置帧号与秒脉冲计数器之间的映射关系。网关系统的RCM必须同时接收PTP报文，同步时间。一个时间同步服务器TSS管理下的网关系统和调制解调器共用一组帧号和时间边界。网关侧时间同步工作流程如图9所示。系统设计为每帧时间可以整除1000ms，一般取值为10ms，20ms，40ms。假设1s存在N帧，当每帧40ms时，N为25＝1000/40。记帧号为FN，1秒计数器为Counter_1s,则1秒计数器与帧号之间存在如下关系：Counter_1s＝FN/N。FN为无符号32位整数，Counter_1s为无符号32位整数。当帧号到达最大值返回0时，强制Counter_1s也返回0。即Counter_1s不会达到最大值。如果全网的所有TSS服务器生成帧号使用同一规则，比如选择一个固定的时间点作为0帧起始，帧号达到最大值时循环使用，则全网的帧号与时间码绝对时间都是统一的。所有网元在某个绝对时间都拥有相同的帧号。
网关侧调制解调器在初始化时，从NMS(网络管理系统)得到系统时间同步信令提前发送时间T_GO(单位ms)和系统时间同步信令发送间隔时间T_Interval(单位ms)。NMS还可以提供网关部署位置编号，空中卫星编号等辅助信息。根据这些信息，调制解调器在每个超帧FN的提前T_GO时刻，组织系统时间同步信令报文，并计算将发送时刻与组包时刻的延迟Delay，这些信息被组织在系统时间同步信令报文，发送给终端。系统时间同步信令是一个标准的控制信令，报文携带内容如下表1：
Figure BDA0004134582520000141
Figure BDA0004134582520000151
一个实施方式中，卫星网络终端与网关时间同步装置即终端，基于时间同步信令报文可以实现终端侧的时间同步。具体的，终端侧时间同步架构如图10所示。终端调制解调器负责以自己的时间计数器为报文打时间戳。终端L2解析时间同步信令报文，计算帧边界，并向调制解调器发送帧边界配置报文，实现终端的L2、终端的调制解调器分别与网关接收机进行基于超帧的时间同步。终端调制解调器启动时间计数器的计数精度要求为10ns，4ns或者1ns。终端调制解调器与L2的时间同步基于此计数器进行相对时间同步。终端L2知道L1(物理层调制解调器)和L2的时间计数器关系，L1根据L2的控制报文设置帧边界起始点，L2设置调制解调器的帧边界基于调制解调器提供的计数器时间戳实现。
具体的，终端侧时间同步流程如图11所示。终端调制解调器加电后需要启动精度为1ns，4ns或者10ns的时间计数器。终端调制解调器在前向收到所有前向报文都需要打上时间戳发送给L2，时间戳值为接收时刻的时间计数器值。L2解析网关侧周期性广播的时间同步信令报文，通过时间同步算法计算帧边界。帧边界以调制解调器提供的时间计数器为设置依据。L2设置帧号与时间计数器之间的映射关系，调制解调器根据设置调整自己的帧边界。终端发送数据时，对于每个发送的数据报文都提供发送时刻的帧号和时隙偏移值。由于网关侧周期性发送超帧同步信令，终端随时计算帧起始边界，在波动超过预设的容忍值时，L2重新设定帧号与时间计数器的映射关系，否则维持原设置值不变。终端调制解调器需要设计为每个超帧都可以调整帧边界。与此同时，周期性的超帧同步信令，也意味着终端的时钟频率与网关进行了同步。
终端反向发射需要基于帧以及帧内的时隙偏移实现，L2和调制解调器需要对齐帧边界，这样才能在一个可预知的时间L2把将发送的数据交给调制解调器。终端的调制解调器和L2分别启动自己的时间计数器，同步基于各自的时间计数器实现，不必基于绝对时间。
在上述系统中，本发明卫星网络在网关侧提供标准时间源，产生秒脉冲和时间码信号，时间同步服务器解析时间码并生成与反向传输帧号的映射，时间同步服务器广播帧号与秒脉冲映射，同步网络侧调制解调器与网关系统，网关侧周期性产生时间同步信令报文，把时间和帧的映射关系直接广播给所有终端。终端接收时间同步信令报文，根据与卫星的距离计算传输延时，并计算同步的帧边界。终端L2计算的帧边界计算以时间同步信令报文接收时调制解调器打的时间戳为基准，终端L2与物理层(L1)调制解调器实现与网关侧的时间同步。终端发送数据，需要根据帧边界以及发送子帧在帧内的偏移计算准确发送时间，发送的信号经过传输延时在接收机调制解调器设定的接收时刻到达网关，实现发送帧边界与网关接收帧边界的对齐，定义了网关侧L2与L1的同步，终端侧L2与L1的同步，组成了网关本身的同步、终端本身的同步和终端-网关的跨空口同步的完整卫星网络同步方案，网关与终端软件实现后，实际运行效果良好。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的卫星网络终端与网关时间同步方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述的卫星网络终端与网关时间同步方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星网络终端与网关时间同步方法，应用于终端，其特征在于，包括：
接收网关发送的时间同步信令报文并在接收时刻添加本地时间戳，所述时间同步信令报文携带有超帧的组包配置参数；
根据所述组包配置参数，计算所述超帧对应的本地延迟发送时间；
根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，以实现与网关的时间同步。
2.根据权利要求1所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于时间同步服务器对网关的物理层和链路层进行时间与帧号同步，得到时间与帧号的映射关系；
基于所述映射关系，网关的物理层组织并发送所述时间同步信令。
3.根据权利要求1所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述组包配置参数包括：超帧帧号、网关延迟接收时间、所述时间同步信令报文的发送延时、网关及卫星的位置信息；其中所述网关延迟接收时间为提前发送所述超帧的时间，所述时间同步信令报文的发送延时基于网关的物理层进行组包预测获得。
4.根据权利要求3所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述根据所述组包配置参数，计算所述超帧对应的本地延迟发送时间，包括：
根据网关及卫星的位置信息，计算与网关之间的传输时间；
所述网关延迟接收时间减去所述时间同步信令报文的发送延时和所述与网关之间的传输时间，得到所述超帧对应的本地延迟发送时间。
5.根据权利要求1所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述终端包括物理层和链路层；
所述物理层用于在接收到所述时间同步信令报文的时刻添加第一本地时间戳，并将所述时间同步报文发送至所述链路层；
所述链路层用于对所述时间同步报文进行解析计算，得到所述超帧对应的本地延迟发送时间；
所述根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，包括：所述物理层根据所述第一本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，计算得到与网关侧对应的超帧的帧边界；
所述链路层还用于在接收到所述时间同步信令报文的时刻添加第二本地时间戳，并记录时间同步信令报文从所述物理层传输到所述链路层的内部传输延迟时间；
所述根据所述本地时间戳的时间和所述本地延迟发送时间，得到与网关侧所述超帧同步的帧边界，还包括：所述链路层根据所述第二本地时间戳、所述内部传输延迟时间和所述本地延迟发送时间，计算得到与网关侧对应的超帧的帧边界。
6.根据权利要求1所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述方法还包括：向网关发送数据，根据所述帧边界和发送子帧在帧内的时隙偏移，得到所述数据的发送时间，以使得所述数据经过终端与网关的传输延时在网关设定的子帧接收时刻到达网关。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的卫星网络终端与网关时间同步方法，其特征在于，所述组包配置参数还包括超帧间隔；
所述方法还包括：每隔一个所述超帧间隔接收一次所述时间同步信令报文，并根据新的所述时间同步信令报文检查是否需要使用新的帧边界；
若根据新的所述时间同步信令报文得到的新的帧边界与原来的帧边界之差绝对值小于第一阈值或大于第二阈值，则续用原来的帧边界；否则，使用新的帧边界；其中第二阈值大于第一阈值。
8.一种卫星网络终端与网关时间同步装置，其特征在于，包括存储器、一个或多个处理器、一个或多个应用程序，其中，所述一个或多个应用程序存储在所述存储器中，所述一个或多个应用程序被配置为由所述一个或多个处理器调用时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
9.一种卫星网络系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求8中所述的装置。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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