CN117097427B - 一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统 - Google Patents

一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统，该网络是由一个主节点和多个从节点组成的环形结构。主节点通过控制信道发送包含参考时钟信息的光信号，各从节点通过时钟恢复模块提取参考时钟信息，实现与主时钟频率同步。主节点在连续多个时间隙的光信号中加载时间戳作为同步帧，发送至各从节点，各从节点接收对应时隙中的时间戳，记录到达时间，再次发送该同步帧，记录发送时间，待该同步帧返回主节点，记录各时间隙到达时间并加载到同步帧中再次发出，对应时隙再次传输到对应从节点时被读取，利用四个时间进行时间同步计算及时延不对称补偿。本发明为环形光网络提供了一种高精度时间同步方法，避免了现有技术中时间误差累加的问题。

Description

一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统
技术领域
本发明涉及时间同步技术领域，尤其涉及一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统。
背景技术
在光时隙网络中，时间同步对于低延时和低抖动业务至关重要。在时间同步的网络中，各个节点通过统一的全局时间协调光时隙的发送与接收时间，即在预留好的固定时间来发送和接收信息，以确保光时隙帧的无冲突交换与传输。
在传统的以太网网络中，时间同步的标准方案为IEEE 1588。其工作的基本原理是通过主从节点之间进行同步数据帧的发送，记录数据帧的发送时间和接收时间信息，并且将该时间信息添加到同步数据帧中。从节点接收并获取这些时间信息，并计算该节点本地时钟与主时钟的时间偏差和网络节点之间的传输延时，对本地时钟进行纠正，使之与主节点时钟同步。
现有的时间同步技术方案都是基于以太链路进行点对点的主从式同步，上一级的从节点作为下一级的主节点进行时间同步，这种方案并不能够完全适用于典型光时隙交换网络拓扑，并且同步误差会在多节点网络的多层级结构中累加，影响同步精度。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统，以解决现有技术方案中主从节点多层级结构造成的误差累加影响时间同步精度的问题。
本发明的一个方面提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法，所述方法在环形光时隙交换网络中执行，所述环形光时隙交换网络包括一个主节点和多个从节点，主节点与多个从节点通过控制信道连接成环形结构并进行通信，所述主节点包含晶振时钟，各从节点包含时钟恢复模块，该方法包括以下步骤：
主节点通过控制信道向各个从节点发送包含参考时钟信息的光信号，各个从节点通过本地的时钟恢复模块提取所述参考时钟信息，以驱动所述从节点完成时钟频率同步；
主节点在预设数量个连续时间隙的光信号中，在每个时间隙写入主节点时间戳作为同步帧，其中，每个时间隙关联至一个所述从节点；所述同步帧在所述环形光时隙交换网络中传输，依此由各从节点接收发送并对其关联的时间隙进行读写，所述预设数量为所述环形光时隙交换网络中的从节点个数；
在每一个所述从节点第一次接收到所述同步帧时，读取所述同步帧中与该从节点关联的第一时间隙，并将对应的所述主节点时间戳记录为第一发出时间；记录所述同步帧到达该从节点的时间为第一到达时间；在所述同步帧的所述第一时间隙中写入该第二发出时间，并发出所述同步帧；
当所述同步帧返回至所述主节点时，由所述主节点记录接收到所述第一时隙的第二到达时间，将所述第二到达时间写入至所述第一时隙并再次向各从节点转发；
在每一个所述从节点第二次接收到所述同步帧时，由所述从节点读取所述同步帧内所述第一时间隙中记载的所述第二到达时间；所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算该从节点与所述主节点的时间误差，并根据所述时间误差与所述主节点进行时间同步。
在本发明的一些实施例中，所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算该从节点与所述主节点的时间误差，包括：
计算所述主节点至所述从节点间第一路径的第一路径时延，以及所述从节点至所述主节点间第二路径的第二路径时延；
对比所述第一路径时延和所述第二路径时延，若相等，则该从节点与所述主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间；
若不相等，则该从节点与所述主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，Delay_d_fiber表示所述第一路径与所述第二路径间的光纤路径时延差；T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间。
在本发明的一些实施例中，所述第一路径时延的计算式为：
Delay(m to s)＝T2s-i-T1m-i；
T1m-i＝T1s-i+offset；
则
Delay(m to s)＝T2s-i-T1s-i-offset；其中，Delay(m to s)表示所述第一路径时延，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间；T1s-i表示所述主节点处于T1m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示所述主节点与所述从节点之间的时间误差。
在本发明的一些实施例中，所述第二路径时延的计算式为：
Delay(s to m)＝T4m-i-T3s-i；
T4m-i＝T4s-i+offset；
则
Delay(s to m)＝T4s-i-T3s-i+offset；
其中，Delay(s to m)表示所述第二路径时延，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间，T4s-i表示所述主节点处于T4m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示所述主节点与所述从节点之间的时间误差。
在本发明的一些实施例中，所述第一路径与所述第二路径间的光纤路径时延差的计算式为：
Delay_d_fiber＝L*k；
其中，L为所述第一路径与所述第二路径的长度差，k为单位长度光纤时延，k为5ns/km。
在本发明的一些实施例中，所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算该从节点与所述主节点的时间误差，并根据所述时间误差与所述主节点进行时间同步之后，还包括：
由各从节点生成时间同步完成信息并发送至所述主节点；
由所述主节点统计完成时间同步的从节点数量，若该数量小于所述预设数量，则重新发起时间同步。
在本发明的一些实施例中，所述方法按照设定条件发起所述主节点与各从节点的时间同步，包括：
基于一个或多个所述从节点的请求发起所述主节点与各从节点的时间同步；
和/或，按照设定间隔时长发起所述主节点与各从节点的时间同步。
在本发明的一些实施例中，包括：
一个主节点，所述主节点包括晶振时钟、主节点数据处理模块和主节点数据收发模块；
多个从节点，所述从节点包括从节点数据处理模块、从节点数据收发模块以及时钟恢复模块；
其中，所述主节点与所述从节点通过光纤连接形成环形光时隙交换网络，所述主节点和所述从节点采用上述方法中任意一项光时隙交换网络中的时间同步方法执行时间同步。
在本发明的一些实施例中，所述晶振时钟采用晶体振荡器或铁电振荡器。
在本发明的一些实施例中，所述时钟恢复模块采用时钟数据恢复芯片、相位锁定环或数字时钟恢复器。
本发明的有益效果至少是：
本发明提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统，该网络是由一个主节点和多个从节点构成的环形网络结构。主节点包含晶振时钟，主节点将带有参考时钟信息的光信号发送至各从节点，各从点利用本地的时间恢复模块提取参考时钟信息，实现与主节点的时间频率同步。完成时间频率同步之后，主节点在连续多个时间隙的光信号中加载时间戳作为同步帧，每个时间隙匹配唯一的从节点对时间戳数据进行交互，同步帧发送至各从节点，各从节点读取对应光时隙中时间戳，记录同步帧到达时间，再次发送该同步帧，录入发送时间，待该同步帧返回主节点，记录各时间隙到达时间并加载到同步帧中再次发出，对应时隙再次传输到对应从节点时被读取，从节点利用获取的四个时间进行时间同步计算及时延不对称补偿。本发明避免了现有技术中主节点多层级结构产生的时间误差累加的问题，同时对同步节点间的路径时延不对称造成的误差进行补偿，能够得到更高精度的时间同步效果。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例所述环形光时隙交换网络中时间同步方法的流程图。
图2为本发明另一实施例所述环形光时隙交换网络中时间同步方法的流程图。
图3为本发明另一实施例所述主从节点之间的时间戳交换流程图。
图4为本发明另一实施例所述主节点和从节点在每个步骤中执行的工作步骤图。
图5为本发明另一实施例所述主节点和从节点之间的路径时延和时间误差示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
光时隙网络通过在时间域上对光信号进行复用来实现高速数据传输。具体来说，光时隙网络利用短脉冲光信号来表示不同的数据流，每个数据流被安排在特定的时间时隙中。在发送端，多个数据流被转换为短脉冲光信号并依次发送到光纤上。在接收端，光信号被解析并恢复为原始的数据流。这种时间分割和复用的方法使得多个信号能够在光纤上同时传输，从而大大提高了传输速率。因此，确保网络中各节点之间的数据传输和通信能够在正确的时间窗口内进行，使光时隙帧的无冲突交换与传输，需要光时隙网络达到高精度的时间同步。
本发明的一个方面提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法，该方法在环形光时隙交换网络中执行，环形光时隙交换网络包括一个主节点和多个从节点，主节点与多个从节点通过控制信道连接成环形结构并进行通信，主节点包含晶振时钟，各从节点包含时钟恢复模块，如图1所示，该方法包括以下步骤S101～S105：
步骤S101：主节点通过控制信道向各个从节点发送包含参考时钟信息的光信号，各个从节点通过本地的时钟恢复模块提取参考时钟信息，以驱动从节点完成时钟频率同步。
步骤S102：主节点在预设数量个连续时间隙的光信号中，在每个时间隙写入主节点时间戳作为同步帧，其中，每个时间隙关联至一个从节点；同步帧在所述环形光时隙交换网络中传输，依此由各从节点接收发送并对其关联的时间隙进行读写，预设数量为环形光时隙交换网络中的从节点个数。
步骤S103：在每一个从节点第一次接收到所述同步帧时，读取同步帧中与该从节点关联的第一时间隙，并将对应的主节点时间戳记录为第一发出时间；记录同步帧到达该从节点的时间为第一到达时间；在同步帧的第一时间隙中写入该第二发出时间，并发出同步帧。
步骤S104：当同步帧返回至主节点时，由主节点记录接收到第一时隙的第二到达时间，将第二到达时间写入至第一时隙并再次向各从节点转发。
步骤S105：在每一个所述从节点第二次接收到同步帧时，由从节点读取同步帧内第一时间隙中记载的第二到达时间；从节点利用第一发出时间、第一到达时间、第二发出时间和第二到达时间计算该从节点与主节点的时间误差，并根据时间误差与主节点进行时间同步。
其中，晶振时钟的晶体在受到电场激励时会发生机械振荡，产生一个非常稳定的固定的频率。晶体的振荡频率与晶体的物理结构和材料特性有关，不受外部环境影响。因此晶振时钟可以提供非常准确的时间基准。主节点以晶振时钟为基准，产生稳定的时钟信号作为整个网络统一的参考时钟，提供统一的参考时钟频率。晶振时钟采用晶体振荡器或铁电振荡器。
其中，时钟恢复模块通过解析接收到的光信号来恢复出参考时钟的的时钟频率，以便在光时隙网络中进行数据传输和同步。光信号到达各从节点的接收器端，通过光电转换器被转换为电信号。时钟恢复模块解析该电信号以恢复时参考时钟频率。时钟恢复模块可以加载误差校正机制，以使得最终提取出的时钟频率更准确。时钟恢复模块采用时钟数据恢复芯片、相位锁定环或数字时钟恢复器。
其中，在步骤S101中，参考时钟信息是指参考时钟频率。
其中，主节点先发送包含参考时钟信息的光信号以执行时钟频率同步。待该网络中所有节点完成频率同步后，在连续多个时间隙内发送带有本地时间戳即第一发出时间的同步帧。待同步帧返回主节点后，接收同步帧中各从节点信息并记录本地接收时间戳即第二到达时间，将第二到达时间写入同步帧中再次发送至从节点。
其中，环形网络中各从节点接收上游节点的同步信号。首先，各从节点本地的时钟恢复模块提取提取上游节点传输的光信号中的参考时钟信息，完成时钟频率同步。待该网络中所有节点完成频率同步后，各从节点接收本节点对应时间隙中的同步帧，读取其中的主节点时间戳即第一发出时间，记录接收时间即第一到达时间，并再次发出同步帧，记录发出时间即第二发出时间并将其写入同步帧中。待该同步帧带着返回主节点后获取的第二到达时间再次到达对应从节点，从节点进行时间同步计算，并调整本地时间，完成时间同步。
在本发明的一些实施例中，从节点利用所述第一发出时间、第一到达时间、第二发出时间和第二到达时间计算该从节点与主节点的时间误差，包括：
计算主节点至从节点间第一路径的第一路径时延，以及从节点至主节点间第二路径的第二路径时延；
对比第一路径时延和第二路径时延，若相等，则该从节点与主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间；
若不相等，则该从节点与主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，Delay_d_fiber表示第一路径与第二路径间的光纤路径时延差；T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，Tim-i表示第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间。
在本发明的一些实施例中，第一路径时延的计算式为：
Delay(m to s)＝T2s-i-T1m-i；
T1m-i＝T1s-i+offset；
则
Delay(m to s)＝T2s-i-T1s-i-offset；
其中，Delay(m to s)表示第一路径时延，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示第i个从节点对应的第一发出时间；T1s-i表示主节点处于T1m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示主节点与从节点之间的时间误差。
在本发明的一些实施例中，第二路径时延的计算式为：
Delay(s to m)＝T4m-i-T3s-i；
T4m-i＝T4s-i+offset；
则
Delay(s to m)＝T4s-i-T3s-i+offset；
其中，Delay(s to m)表示第二路径时延，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间，T4s-i表示主节点处于T4m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示主节点与从节点之间的时间误差。
在本发明的一些实施例中，第一路径与所述第二路径间的光纤路径时延差的计算式为：
Delay_d_fiber＝L*k；
其中，L为第一路径与第二路径的长度差，k为单位长度光纤时延，k为5ns/km。
在本发明的一些实施例中，从节点利用所述第一发出时间、第一到达时间、第二发出时间和第二到达时间计算该从节点与主节点的时间误差，并根据时间误差与主节点进行时间同步之后，还包括：
由各从节点生成时间同步完成信息并发送至主节点。
由主节点统计完成时间同步的从节点数量，若该数量小于预设数量，则重新发起时间同步。
在本发明的一些实施例中，方法按照设定条件发起主节点与各从节点的时间同步，包括：
基于一个或多个从节点的请求发起主节点与各从节点的时间同步。
和/或，按照设定间隔时长发起主节点与各从节点的时间同步。
在本发明的一些实施例中，包括：
一个主节点，主节点包括晶振时钟、主节点数据处理模块和主节点数据收发模块；
多个从节点，从节点包括从节点数据处理模块、从节点数据收发模块以及时钟恢复模块。
其中，主节点与从节点通过光纤连接形成环形光时隙交换网络，主节点和从节点采用上述任意方法执行时间同步。
可选的，本发明的另一个实施例提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法，如图1所示，该网络是一个由一个主节点和若干个从节点组成的环形网络，节点间的链路为控制信道，其作用为划分光时隙，并进行时钟分发及时间同步。每个从节点中均包含一个时钟恢复模块，其作用为从接收到的控制链路中的信号中提取出信号的源时钟，即主节点的晶振时钟，进而驱动从节点的运行，使得主从节点的参考时钟频率保持一致，提升时间同步的精度。节点们在每个时隙所收发的时间戳为携带时间信息的数据包，通过时间戳的交换，从节点可以获取关键的4个时间信息，从而进行时间同步。
主从节点之间的时间戳交换流程图如图2所示，主节点和从节点在每个步骤中执行的工作步骤如图3所示。该方法具体包括以下步骤S201～S206：
步骤S201：主节点利用通信信道与从节点之间进行时钟频率同步。
步骤S202：时钟频率同步完成后主节点在连续n个时间隙的光信号中加载自身的时间戳信息T1m-1到T1m-n作为同步帧；这里n为环形网络中的节点个数。
步骤S203：在第i个时间隙中的同步帧传输至第i个从节点时，该节点读取同步帧中的时间戳T1m-i，并记录该同步帧的到达时间T2s-i。随后将同步帧在该时隙发出，记录发出时间T3s-i。
步骤S204：当第i个时隙再次返回至主节点时，主节点记录该时隙中同步帧的到达时间T4m-i，并将该时间戳加载于同步帧中在当前时隙中发出。
步骤S205：当第i个时隙再次传输至第i个从节点时，该节点读取其中时间戳T4m-i。至此，从节点进行时间同步所需要的4个时间戳均已得到。
步骤S206：从节点根据所得4个时间戳进行时间同步计算及时延不对称补偿。
进一步的，实现步骤S201的具体方法包括以下步骤S2011～S2014：
步骤S2011：主节点利用通信信道发出以本地参考时钟调制的光信号，并将其发送至相邻从节点。
步骤S2012：与主节点相邻的从节点对来自于主节点的光信号进行时钟数据恢复。
步骤S2013：提取的出的时钟信号则被作为该从节点的参考时钟来驱动其运行，且该从节点也相应地发出以该时钟调制的光信号至下游从节点。
步骤S2014：下游从节点重复过程步骤S212和步骤S213，直至环形网络中所有的从节点均获得主节点所提供的参考时钟频率。
进一步的，在步骤S206中，由于光时隙环形网络多为单向环，故而主节点至从节点的路径和从节点至主节点的路径距离不同，从而导致了主从节点之间时延不对称，影响同步结果，因此需要对时间误差进行补偿。进行时间同步计算及时延不对称补偿包括包括以下步骤S2061～S2063：
步骤S2061：判断主从节点之间路径时延是否对称，具体方法如下：
如图4所示，根据主从节点之间的时间戳交换可得，主从节点之间的路径时延和时间误差的计算公式如下：
T2s-i-T1m-i＝Delay(m to s)
T1m-i＝T1s-i+offset
通过上面两个式子的计算，可以得到下式：
T2s-i-T1s-i-offset＝Delay(m to s) (1)
其中，Delay(m to s)表示主节点至从节点的路径时延，T1s-i表示主节点处于T1m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示同一真实时间下主从节点之间的时间误差。从节点至主节点的时延表示为Delay(s to m)。
同理：
T4m-i-T3s-i＝Delay(s to m)
T4m-i＝T4s-i+offset
可得：
T4s-i-T3s-i+offset＝Delay(s to m) (2)
其中，Delay(s to m)表示从节点至主节点的时延，T4s-i表示主节点处于T4m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示同一真实时间下主从节点之间的时间误差。
步骤S2062：当时延路径不对称时，即Delay(m to s)≠Delay(s to m)时，通过式(1)和(2)可得到补偿时延差后的时间误差计算公式，如下所示：
其中，Delay_d_fiber表示主从节点之间的光纤路径时延差。
主从节点之间的光纤路径时延差的计算式为：
Delay_d_fiber＝L*k；
其中，L表示主从节点之间的光纤路径的长度差，k为单位长度光纤时延，k为5ns/km。
步骤S2063：当时延路径对称时，即Delay(m to s)＝Delay(s to m)时，由公式(1)和(2)可得主从节点的时间误差offset如以下公式(4)所示：
其中，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间，T1s-i表示主节点处于T1m-i时第i个从节点的本地时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间，Delay表示从节点与主节点之间的路径时延。
步骤S2064：从节点根据时间误差offset的值调整本地时间，从而达到与主节点的时间同步。
综上所述，传统的以太网网络中，时间同步方案采用IEEE 1588标准，通过主从节点之间同步数据帧的发送，计算时间偏差和传输延时来实现本地时钟与主节点时钟的同步。然而这种方案并不完全适用于光时隙交换网络拓扑，并且同步误差在多节点网络的多层级结构中会累加，影响同步精度。因此本发明提供了一种光时隙交换网络中的时间同步方法和系统。所述环形光时隙网络由一个主节点和多个从节点组成。主节点通过控制信道发送包含参考时钟信息的光信号，各从节点通过时钟恢复模块提取参考时钟信息，从而实现与主时钟频率的同步。关键在于主节点在连续多个时间隙的光信号中加载时间戳作为同步帧，发送至各从节点。各从节点接收对应时间隙中的时间戳，并记录到达时间。然后各从节点再次发送该同步帧，记录发送时间，并等待该同步帧返回主节点，主节点接收到各时间隙的到达时间，并将其加载到同步帧中再次发出，对应时间隙再次传输到对应从节点时被读取。从节点利用四个时间戳进行时间同步计算及时延不对称补偿，从而实现高精度的时间同步。这种时间同步方法解决了现有技术中多层级主从节点网络结构中时间误差累积的问题，确保光时隙帧的无冲突交换与传输，提高网络效率和稳定性。
本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述方法在环形光时隙交换网络中执行，所述环形光时隙交换网络包括一个主节点和多个从节点，主节点与多个从节点通过控制信道连接成环形结构并进行通信，所述主节点包含晶振时钟，各从节点包含时钟恢复模块，该方法包括以下步骤：
主节点通过控制信道向各个从节点发送包含参考时钟信息的光信号，各个从节点通过本地的时钟恢复模块提取所述参考时钟信息，以驱动所述从节点完成时钟频率同步；
主节点在预设数量个连续时间隙的光信号中，在每个时间隙写入主节点时间戳作为同步帧，其中，每个时间隙关联至一个所述从节点；所述同步帧在所述环形光时隙交换网络中传输，依此由各从节点接收发送并对其关联的时间隙进行读写，所述预设数量为所述环形光时隙交换网络中的从节点个数；
在每一个所述从节点第一次接收到所述同步帧时，读取所述同步帧中与所述从节点关联的第一时间隙，并将对应的所述主节点时间戳记录为第一发出时间；记录所述同步帧到达所述从节点的时间为第一到达时间；在所述同步帧的所述第一时间隙中写入所述从节点的第二发出时间，并发出所述同步帧；
当所述同步帧返回至所述主节点时，由所述主节点记录接收到所述第一时隙的第二到达时间，将所述第二到达时间写入至所述第一时隙并再次向各从节点转发；
在每一个所述从节点第二次接收到所述同步帧时，由所述从节点读取所述同步帧内所述第一时间隙中记载的所述第二到达时间；所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算所述从节点与所述主节点的时间误差，并根据所述时间误差与所述主节点进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算所述从节点与所述主节点的时间误差，包括：
计算所述主节点至所述从节点间第一路径的第一路径时延，以及所述从节点至所述主节点间第二路径的第二路径时延；
对比所述第一路径时延和所述第二路径时延，若相等，则所述从节点与所述主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间；
若不相等，则所述从节点与所述主节点的时间误差offset的计算式为：
其中，Delay_d_fiber表示所述第一路径与所述第二路径间的光纤路径时延差；T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间。
3.根据权利要求2所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述第一路径时延的计算式为：
Delay(m to s)＝T2s-i-T1m-i；
T1m-i＝T1s-i+offset；
则
Delay(m to s)＝T2s-i-T1s-i-offset；其中，Delay(m to s)表示所述第一路径时延，T2s-i表示第i个从节点对应的第一到达时间，T1m-i表示所述第i个从节点对应的第一发出时间；T1s-i表示所述主节点处于T1m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示所述主节点与所述从节点之间的时间误差。
4.根据权利要求2所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，
所述第二路径时延的计算式为：
Delay(s to m)＝T4m-i-T3s-i；
T4m-i＝T4s-i+offset；
则
Delay(s to m)＝T4s-i-T3s-i+offset；
其中，Delay(s to m)表示所述第二路径时延，T3s-i表示第i个从节点对应的第二发出时间，T4m-i表示第i个从节点对应的第二到达时间，T4s-i表示所述主节点处于T4m-i时第i个从节点的本地时间，offset表示所述主节点与所述从节点之间的时间误差。
5.根据权利要求2所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述第一路径与所述第二路径间的光纤路径时延差的计算式为：
Delay_d_fiber＝L*k；
其中，L为所述第一路径与所述第二路径的长度差，k为单位长度光纤时延，k为5ns/km。
6.根据权利要求1所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述从节点利用所述第一发出时间、所述第一到达时间、所述第二发出时间和所述第二到达时间计算所述从节点与所述主节点的时间误差，并根据所述时间误差与所述主节点进行时间同步之后，还包括：
由各从节点生成时间同步完成信息并发送至所述主节点；
由所述主节点统计完成时间同步的从节点数量，若该数量小于所述预设数量，则重新发起时间同步。
7.根据权利要求1所述的光时隙交换网络中的时间同步方法，其特征在于，所述方法按照设定条件发起所述主节点与各从节点的时间同步，包括：
基于一个或多个所述从节点的请求发起所述主节点与各从节点的时间同步；
和/或，按照设定间隔时长发起所述主节点与各从节点的时间同步。
8.一种光时隙交换网络时间同步系统，其特征在于，包括：
一个主节点，所述主节点包括晶振时钟、主节点数据处理模块和主节点数据收发模块；
多个从节点，所述从节点包括从节点数据处理模块、从节点数据收发模块以及时钟恢复模块；
其中，所述主节点与所述从节点通过光纤连接形成环形光时隙交换网络，所述主节点和所述从节点采用权利要求1至7任意一项所述光时隙交换网络中的时间同步方法执行时间同步。
9.根据权利要求8所述的光时隙交换网络时间同步系统，其特征在于，所述晶振时钟采用晶体振荡器或铁电振荡器。
10.根据权利要求8所述的光时隙交换网络时间同步系统，其特征在于，所述时钟恢复模块采用时钟数据恢复芯片、相位锁定环或数字时钟恢复器。
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