WO2011023007A1

WO2011023007A1 - 无源光网络中时间同步的方法和系统

Info

Publication number: WO2011023007A1
Application number: PCT/CN2010/073215
Authority: WO
Inventors: 陆建鑫; 何苑凌
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-03-03
Also published as: EP2472768B1; KR101285277B1; CN101998192A; CN101998192B; EP2472768A4; KR20120048700A; EP2472768A1

Description

无源光网络中时间同步的方法和系统技术领域

本发明涉及 PON ( Passive Optical Network, 无源光网络）通信领域，尤其涉及一种无源光网络中时间同步的方法和系统。背景技术

光接入技术提供大带宽、高可靠性，是接入技术的发展方向。 PON是光接入的主要技术之一，特别是 EPON ( Ethernet Passive Optical Network , 以太无源光网络）技术，在全球多个地区都得到了大规模应用。

随着数据业务的飞速发展，数据接入的可移动性要求不断突显，有线、无线融合将更好的满足用户体验。 EPON技术具备数据、语音和 TDM( Time Division Multiplex, 时分复用）全业务接入能力，能够满足不断演进中的无线接入需求。特别是在微蜂窝、家庭基站接入应用中， PON的收敛特性能使整个网络层次清楚、施工方便、管理高效。

CDMA2000 ( Code Division Multiple Access 2000, 码分多址 2000 )、 TD-SCDMA ( Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, 时分同步码分多址）以及 WiMAX ( Worldwide Interoperability for Microwave Access, 全球微波互联接入）等移动基站对时间同步有着严格的要求。移动网络提供的一些增值业务也是需要严格的时间同步的。目前移动基站上主要使用无线网络授时方式，如 GPS ( Global Positioning System, 全球定位系统）等技术。在构建高质量的移动网络中，使用有线网络授时在经济、稳定性上都有重要的意义。

在网络 IP化的进程中， IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers , 美国电气和电子工程师协会） 1588 中的 PTP ( Precision Time Protocol, 网络精确定时协议）在移动基站上得到了广泛应用。但是 PTP在网络上下行延时对称的情况下，会工作的比较好，如果是非对称网络就需要对非对称节点进行处理。而 PON就是一个上下行延迟非对称的网络，在 PON上直接处理 PTP, 工作量非常大、处理流程复杂，并且占用较多的网络带宽。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无源光网络中时间同步的方法和系统，用于解决在 PON中使用标准 PTP进行时间同步时处理流程复杂、工作量大、占用较多网络带宽的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无源光网络（PON ) 中时间同步的方法，包括：

光线路终端（OLT )将第一时间 t_n以及与所述第一时间 t_n对应的 OLT 多点控制协议（ MPCP )计数器值 s_n传送给光网络单元（ ONU );

ONU收到所述 ^和 s_n之后，结合测距信息，通过确定的 ONU MPCP 计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n, 或者通过确定的第二时间 t'_n计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n , 并对本地时间进行更新。

在所述 s'_n与所述 s_n之间， ONU MPCP计数器有 N次溢出发生的情况下，所述通过确定的 ONU MPCP计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n, 具体为：

t'n = t_n+(s'_n + Nx2^m _ s_n + RTT_ds)x T_n

其中， m是 MPCP计数器的比特宽度； RTT_ds是从所述 OLT到所述 ONU 的下行测距结果； ϊ _n为 MPCP计数器单位值对应的时间； N>=0。

在所述 t_n与所述 t'_n之间， ONU MPCP计数器有 N次溢出发生的情况下，所述通过确定的第二时间 ^计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n, 具体为： s'_n=(s„ + INT((t'_n - t_n)/ T _n) - RTT_ds) mod 2^m

其中， "INT"运算为取整操作； "mod"运算为取模操作； m是 MPCP计数器的比特宽度； RTT_ds是从所述 OLT到所述 ONU的下行测距结果； ϊ_η 为 MPCP计数器单位值对应的时间； N>=0。

所述 ONU MPCP计数器的溢出次数 N, 具体为：

N=INT((s_n + INT((t'_n - t_n)/ _n) - RTT_ds)/2^m ) 其中， "INT"运算为取整操作； m是 MPCP计数器的比特宽度； RTT_ds 是从所述 OLT到所述 ONU的下行测距结果； ϊ_η为 MPCP计数器单位值对应的时间。

在所述 s'_n与所述 s_n之间， ONU MPCP计数器有 1次或 0次溢出发生的情况下，所述通过确定的 ONU MPCP计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n, 具体为：

t'n = t_n + SMOD_m(s'_n - s_n)x _n+(RTT/2 + Δ)χ Τ _η 其中， m是 MPCP计数器的比特宽度; SMOD_m(x) = (x + 2^m) mod 2^m; "mod"运算为取模操作； Δ为整个回程处理过程中上下行非对称引起的差异； η为 MPCP计数器单位值对应的时间； RTT为环路时延。

在所述第一时间 ^与所述第二时间 t'_n之间，在 ONU MPCP计数器有 1次或 0次溢出发生的情况下，所述通过确定的第二时间 ^计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n , 具体为：

s'_n=SMOD_m(s_n + INT((t'_n - t_n)/ Ϊ _n) — (RTT/2 + Δ)) 其中， m是 MPCP计数器的比特宽度； SMOD_m(x) = (x + 2^m) mod 2^m; "mod"运算为取模操作； Δ为整个回程处理过程中上下行非对称引起的差异； η为 MPCP计数器单位值对应的时间； RTT为环路时延。

所述 ^由 ONU通过将所述第一时间 t_n、第二时间 ^之间的间隔时间除以该时间段内的 ONU MPCP计数器值 s_n与 ONU MPCP计数器值 s'_n的差值来得到。

在所述 OLT MPCP计数器及 ONU MPCP计数器的参考时钟同步于所传递的所述第一时间的情况下，所述 ^为常数。

所述将第一时间 t_n以及与所述第一时间 t_n对应的 OLT多点控制协议 ( MPCP )计数器值8„传送给 ONU之前，进一步包括： OLT周期性地对下挂的 ONU进行测距，在发现新的 ONU或发现 ONU的测距信息有变化时，则将新的测距信息传送给 ONU。

所述第一时间 t_n和 OLT MPCP计数器值 s_n由 OLT以固定周期或非固定周期发送给 ONU作为时间参考。

所述测距信息通过管理平面或业务平面以单播方式传送给 ONU; 和 / 或，

所述第一时间 t_n和 OLT MPCP计数器值 s_n通过管理平面或业务平面以广播方式传送给 ONU。

一种无源光网络中时间同步的系统，包括 OLT和 ONU,

所述 OLT, 用于将第一时间以及与所述第一时间对应的 OLT MPCP计数器值传送给所述 ONU;

所述 ONU ,用于收到所述第一时间以及所述 OLT MPCP计数器值之后，结合测距信息，通过确定的 ONU MPCP计数器值计算出所对应的第二时间，或者通过确定的第二时间计算出所对应的 ONU MPCP计数器值，并对本地时间进行更新。

所述 OLT,还用于周期性地对下挂的所述 ONU进行测距，在发现新的 ONU或发现所述 ONU的测距信息有变化时，则将新的测距信息传送给所述 ONU。

所述测距信息通过管理平面或业务平面以单播方式传送给所述 ONU; 和 /或，所述第一时间和所述 OLT MPCP计数器值通过管理平面或业务平面以广播方式传送给所述 ONU。

本发明方案中，利用 OLT和 ONU的 MPCP计数器参考时钟严格同步的特点，可以灵活选择同步设置的时刻，没有实时要求，处理流程简单，不需要增加复杂的硬件设备，且减少了对带宽的占用。附图说明

图 1为本发明中 PON系统的结构示意图；

图 2为本发明中 PON中时间同步的流程示意图；

图 3为本发明实施例的 OLT与 ONU时间同步关系示意图。具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图 1为 PON系统的结构示意图， PON系统一般由 OLT ( Optical Line Terminal, 光线路终端）、 ODN ( Optical Distribution Network, 光分配网络）和 ONU ( Optical Network Unit, 光网络单元）三部分组成。其中， OLT与 ONU距离一般比较远。时间提供者一般为时间服务器（如 IEEE1588时间 ) 或者 GPS。图中虚线框部分是本发明技术方案所涉部分， OLT本地时间与外部的时间提供者同步并保证一定的精度，而本发明时间同步方法关注于 ONU与 OLT的时间同步。

本发明旨在将 OLT侧的时间信息精确地同步到 ONU侧，在 CDMA2000 系统中，要求时间同步误差不超过 3微秒；在 TD-SCDMA系统中该误差要求不超过 1.5微秒，而通过本发明的技术方案能够实现从 OLT到 ONU的时间同步误差不超过 100纳秒。

本发明的关键点在于， OLT 将某一时间和该时间读取到的 MPCP ( Multi-Point Control Protocol, 多点控制协议）计数器值通过管理或业务平面消息传送给 ONU, ONU收到该时间和 MPCP计数器值后，结合测距信息 RTT ( Round Trip Time, 环路时延）等信息确定 ONU上某一 MPCP计数器值所对应的时间，或某一时间对应的 ONU的 MPCP计数器值，并对本地时间进行更新。

具体地 , 本发明实施例的 PON中时间同步的系统 , 包括 OLT和 ONU , OLT将包含第一时间 t_n以及与该第一时间 t_n对应的 OLT MPCP计数器值 s_n 的数据帧通过管理或业务平面消息传送给 ONU; ONU收到数据帧之后，结合测距信息 RTT, 通过确定的 ONU MPCP计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n,或者通过确定的第二时间 ^计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n , 并对本地时间进行更新。

上述系统中， OLT周期性地对下挂的 ONU进行测距，在发现新的 ONU 或发现某个 ONU的测距信息 RTT有变化时，则将新的测距信息 RTT传送给该 ONU。

其中，测距信息 RTT通过管理平面或业务平面以单播方式传送给 ONU , 第一时间 t_n和 OLT MPCP计数器值 s_n通过管理平面或业务平面以广播方式传送给 ONU, 即通过广播信道发送。

OLT按照 IEEE 802.3规程对 ONU进行测距得到测距信息 RTT值，并且 ONU按照 PON的工作方式将 ONU的 MPCP计数器同步于 OLT的计数计数器值， ONU接收到 MPCP协议数据帧时按照一定的规则同步自己的计数器，因此 ONU的 MPCP计数器滞后于 OLT约 RTT/2时间。

本发明方案正是利用了上述 OLT和 ONU中的 MPCP计数器参考时钟严格同步的特点。

下面详细描述本发明的 PON中时间同步的方法的实施例。以下所有实施例的方案可同时应用于本发明的 PON中时间同步的系统中。

图 2为本发明中 PON中时间同步的流程示意图，如图 2所示， PON中时间同步的过程包括：

步骤 1 : OLT在发现新 ONU或发现某 ONU的测距信息 RTT有变化时，将测距信息 RTT通过管理或业务平面消息传送给该 ONU。

步骤 2: OLT在某时刻 t_n读取 OLT MPCP计数器值 s_n。

步骤 3: OLT将包含 t_n和 s_n的数据帧通过管理或业务平面消息传送给

ONU。

步骤 4: ONU收到上述数据帧 (t_n, s_n)之后，可以通过确定的 ONU MPCP 计数器值 s'_n计算出所对应的时间 t'_n。

其中， t'_n可结合上述信息及测距信息 RTT、 MPCP计数器参考时钟周期等计算得到。 _s'_n可以是接收到 (t_n, s_n)之后立刻读取的，也可以是未来某一时刻的 ONU MPCP计数器值。

ONU收到上述数据帧 (t_n, s_n)之后，也可通过确定的时间 t'_n计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n。

其中， s'_n可结合上述信息及测距信息 RTT、 MPCP计数器参考时钟周期等计算得到。 t'_n—般可以是接收到 (t_n, s_n)之后的某一时间。

ONU计算 s'_n对应的时间 t'_n具体为：

ONU时间 t'_n主要由三部分确定： t_n、 s'_n与 s_n之间的时间以及 RTT_ds。 RTT_ds是从 OLT到 ONU的下行测距结果，约等于 RTT/2。

PON系统中， EPON的 MPCP计数器值为 32比特，溢出的情况有可能发生。这里假设 8'„和 s_n之间有 N次 MPCP计数器溢出发生，则 t'_n可通过如下公式计算得到：

+ Nx2^¾— S_n + RTT_ds)x T„

其中， ϊ _n为 MPCP计数器单位值对应的时间。由于 MPCP计数器参考时钟周期满的时间为大于 1分钟，一般情况下不会利用一个消息计算 1分钟以后的时间，所以 N—般不会大于 1。

也可以通过 t_n之后确定的 t'_n, 反过来计算在这一时间对应的 MPCP计数值 s'_n和 ONU的 MPCP计数器溢出次数 N。

N=INT((s_n + INT((t'_n - t_n)/ _n) — RTT_ds)/2³²) ； s'_n=(s„ + INT((t'_n - t_n)/ _n) - RTT_ds) mod 2³²

其中， "INT"运算为取整操作， "mod"运算为取模操作。

ONU根据历史发送的 (t_n, s_n)和 (t_n-_x, 8„- 计算出时间量值 ϊ_η。 (t_n-_x, s_n-_x) 中的 x为间隔次数。 t_n和 t_n - _x之间的间隔时间除以该时间段内的 MPCP计数差值可以得到时间量值 ϊ_η。在 ONU MPCP计数器参考时钟、 OLT MPCP 计数器参考时钟同步于所传递时间的情况下， ϊ_η为常数 16纳秒。

上述 t'_n或者 s' 出后， ONU利用该计算出的 t'_n或者 s'_n来更新本地时间，具体如何更新为现有技术，此处不再赘述。

上述方法中， OLT周期性地对下挂的 ONU进行测距，若发现新的 ONU 或某 ONU的测距信息 RTT有变化，则将新的测距信息 RTT传送给该 ONU。其中，测距信息 RTT通过管理平面或业务平面单播传送给 ONU, (t_n, s_n)通过管理平面或业务平面广播传送给 ONU。 OLT可以固定周期或非固定周期地给出（t_n, s_n)作为 ONU的时间参考。

本发明将 IEEE802.3所定义的 MPCP计数器作为时间参考。在 EPON 中， OLT发送 MPCP数据帧时，将把当前 MPCP计数器值同步给 ONU。 ONU接收到 MPCP数据帧，将接收的 MPCP值与本地计数器值作比较，如果差异超过一定的阔值（该阔值参照 IEEE802.3 标准的定义）则更新本地 MPCP计数器。 ONU釆用环回定时的方式，其 MPCP计数器参考时钟与 OLT同源，因此依据 EPON测距原理， ONU和 OLT的 MPCP计数器之间相差 RTT/2 +△,其中，为整个回程处理过程中上下行非对称引起的差异，该差异一般较小，可以由 0LT、 ONU芯片、系统实现原理进行计算给出参数，也可以通过测试对该值进行部分补偿。

EPON中， MPCP计数器参考时钟的频率是 62.5MHz, MPCP计数器为 32比特宽度，其计数周期约为 64秒。一般情况下，多次溢出可以比较时间间隔，或通过系统设计来防止。因此，在只考虑计数器一次溢出或没有溢出的情况下，本发明的方法针对这种情况也可通过以下方式来实施。

定义 SMOD₃₂(x)函数如下：

SMOD₃₂(x) = (x + 2³²) mod 2³²

OLT获取每个 ONU的 RTT值，用单播的方式发送给每个 ONU。当某个 ONU的 RTT发生改变时， OLT重新通知 ONU。

图 3为本实施例的 OLT与 ONU时间同步关系示意图，如图 3所示， OLT在 t_n时刻读取 OLT MPCP计数器（ OLTMPCPTimeStamp )值 s_n, 并将 (t_n, s_n)信息发送给 ONU。

(t_n, s_n)信息可以通过 PON数据（业务）平面通信，也可以通过 PON管理平面通信。本实施例中釆用了 PON管理平面，更具体地，在本实施例中釆用了 PON管理平面的 OAM ( Operation Administration and Maintenance, 操作管理维护）帧。其中，（t_n, s_n)通过广播的方式发送给 ONU以节省带宽。

ONU接收到 (t_n, s_n)后，可以计算 ONU MPCP计数器为 s'_n所对应的时间 t'_n。计算公式如下：

t'_n = t_n + SMOD₃₂(s '_η - s_n)x亍 _n + (RTT/2 + Δ)χ亍 _n 也可以计算在收到 (t_n, s_n)后的某一时间 ^所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n。计算公式如下：

s'_n=SMOD₃₂(s_n + INT((t'_n - t_n)/ _n) - (RTT/2 + Δ》其中， ϊ_η为时间量值，也就是 MPCP计数器单位值对应的时间，可以由历史的 (t_n, S_n)和 (t_n - _x, S_n- _x)计算得到，这个计算值可以有多种方法实现。举例说明，本实施例中选择合适的间隔次数 X, 可以按照如下公式得到：

T_n = (t_n - t_n-_x)/SMOD₃₂(s_n - s_n-_x)

进一步说明，如果 ONU MPCP计数器参考时钟与 OLT所传递时间同源，则^为常数 16纳秒。

本实施例中， OLT将固定周期地获取 (t_n, s_n)信息并下发给 ONU, 其周期为可配置参数，一般选择 0.5秒、 1秒或 2秒等等。

例如，当选择周期为 1秒且 OLT和 ONU的 MPCP计数器参考时钟同源时， OLT每隔 1秒通过 OAM帧下发 (t_n, s_n)信息， ONU收到后根据 ONU 上确定的 MPCP计数器值 s'_n, 利用下面的公式获得对应的 t'_n:

t'_n = t_n + (s'_n - s_n)xl6ns+(RTT/2 + A)xl6ns 上述 t'_n或者 s' 出后， ONU利用该计算出的 t'_n或者 s'_n来更新本地时间。

根据本发明提供的方案， ONU时间同步于 OLT后可获得相当高的精度，处理简单高效。 PON系统引入的时间模糊度与 MPCP计数器的时间量值相关，在补偿较好的 PON系统中， ONU时间与 OLT之间偏差小于 2个 MPCP 计数器时间量值。

在具体实施例中说明了 PON中 ONU同步 OLT时间的实现方式，但不构成对本发明的限制，也不局限于 EPON,该思想也可以通过适当变换用于其他 PON中的实现。在不冲突的情况下，以上实施例的方案可以相互组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明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

权利要求书

1、一种无源光网络（PON ) 中时间同步的方法，其特征在于，包括：光线路终端（OLT )将第一时间 t_n以及与所述第一时间 t_n对应的 OLT 多点控制协议（ MPCP )计数器值 s_n传送给光网络单元（ ONU );

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在所述 s'_n与所述 8„之间， ONU MPCP计数器有 N次溢出发生的情况下，

所述通过确定的 ONU MPCP计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n, 具体为：

t'n = t_n+(s'_n + Nx2^m _ s_n + RTT_ds)x T_n

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在所述 t_n与所述 t'_n之间，

ONU MPCP计数器有 N次溢出发生的情况下，

所述通过确定的第二时间 ^计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n, 具体为：

s'_n=(s„ + INT((t'_n - t_n)/T _n) - RTT_ds) mod 2^m 其中， "INT"运算为取整操作； "mod"运算为取模操作； m是 MPCP计数器的比特宽度； RTT_ds是从所述 OLT到所述 ONU的下行测距结果； ϊ_η 为 MPCP计数器单位值对应的时间； N>=0。

4、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述 ONU MPCP计数器的溢出次数 N, 具体为： N=INT((s_n + INT((t'_n - t_n)/ _n) - RTT_ds)/2^m )

其中， "INT"运算为取整操作； m是 MPCP计数器的比特宽度； RTT_ds 是从所述 OLT到所述 ONU的下行测距结果； ϊ_η为 MPCP计数器单位值对应的时间。

5、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在所述 s'_n与所述 s_n之间，

ONU MPCP计数器有 1次或 0次溢出发生的情况下，

所述通过确定的 ONU MPCP计数器值 s'_n计算出所对应的第二时间 t'_n,具体为：

t'n = t_n + SMOD_m(s'_n - s_n)x _n+(RTT/2 + Δ)χ Τ_η 其中， m是 MPCP计数器的比特宽度； SMOD_m(x) = (X + 2^m) mod 2^m;

"mod"运算为取模操作； Δ为整个回程处理过程中上下行非对称引起的差异； η为 MPCP计数器单位值对应的时间； RTT为环路时延。

6、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在所述第一时间^与所述第二时间 ^之间，在 ONU MPCP计数器有 1次或 0次溢出发生的情况下，

所述通过确定的第二时间 ^计算出所对应的 ONU MPCP计数器值 s'_n,具体为：

s'_n=SMOD_m(s_n + INT((t'_n - t_n)/ _n) - (RTT/2 + Δ)) 其中， m是 MPCP计数器的比特宽度； SMOD_m(x) = (x + 2^m) mod 2^m; "mod"运算为取模操作； Δ为整个回程处理过程中上下行非对称引起的差异； ϊ _η为 MPCP计数器单位值对应的时间； RTT为环路时延。

7、根据权利要求 2至 6任一所述的方法，其特征在于，所述 ϊ_η由 ONU 通过将所述第一时间 t_n、第二时间 t'_n之间的间隔时间除以该时间段内的 ONU MPCP计数器值 s_n与 ONU MPCP计数器值 s'_n的差值来得到。

8、根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，在所述 OLT MPCP计数器及 ONU MPCP计数器的参考时钟同步于所传递的所述第一时间的情况下，所述 ϊ _η为常数。

9、根据权利要求 1至 6任一所述的方法，其特征在于，所述将第一时间 t_n以及与所述第一时间 t_n对应的 OLT多点控制协议（MPCP )计数器值 s_n传送给 ONU之前，进一步包括： OLT周期性地对下挂的 ONU进行测距，在发现新的 ONU或发现 ONU的测距信息有变化时，则将新的测距信息传送给 ONU。

10、根据权利要求 1至 6任一所述的方法，其特征在于，所述第一时间 t_n和 OLT MPCP计数器值 s_n由 OLT以固定周期或非固定周期发送给 ONU 作为时间参考。

11、根据权利要求 9所述的方法，其特征在于，

12、一种无源光网络中时间同步的系统，包括 OLT和 ONU, 其特征在于，

13、根据权利要求 12所述的系统，其特征在于，

14、根据权利要求 13所述的系统，其特征在于，

所述测距信息通过管理平面或业务平面以单播方式传送给所述 ONU; 和 /或，

所述第一时间和所述 OLT MPCP计数器值通过管理平面或业务平面以广播方式传送给所述 ONU。