一种无源光网络系统的时钟同步方法及装置与流程

本发明涉及通信领域中的时钟同步技术，尤其涉及一种无源光网络(PON，Passive Optical Network)系统的时钟同步方法及装置。

背景技术：

PON系统由位于核心节点或汇聚节点的局端光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)和位于用户驻地端的光网络单元(ONU，Optical Network Unit)共同组成，一个局端OLT控制多个ONU，各ONU为接入网提供用户侧的接口。目前，业界广泛采用电气与电子工程师协会(IEEE)1588传输协议实现基于以太网端口间的时钟同步，在PON中，OLT可通过IEEE 1588协议获得精确时钟(ToD)，但由于缓冲队列带来延时、光纤中上下行传输延时不对称等因素，OLT到ONU间的时钟同步不能使用IEEE 1588，而必须依靠PON内部机制实现。通常情况下，习惯以OLT的系统时钟为标准时钟，同步ONU中的系统时钟。

假设OLT t1时刻发送消息给ONU，并在t2时刻接收到ONU反馈的响应消息，则t2-t1表示光纤线路上往返一次经历的传输时延，通常叫做往返时延(RTT，Round-Trip Time)。在现有的同步方案中，假设上下行传输时延相等，将(t2-t1)/2作为OLT发送消息的时刻和ONU接收同一消息的时刻之间的时间差，ONU在接收到OLT发送的消息时，将ONU的系统时钟更新为OLT发送该信号的时刻+(t2-t1)/2。

但是，由于ONU在接收到数据后需要对该消息进行识别，然后再向OLT发送相应的响应消息，故现有方案中t2-t1里还包含了ONU对信号进行识别等处理的时间，ONU在接收到OLT发送的消息时将ONU的系统时钟更新为了 ONU处理完该消息的时刻，这就导致ONU上的时钟比OLT上的时钟超前，两者时钟不同步，由于ONU和OLT的同步时间不准，当ONU作为控制方同步用户侧的用户设备的时候，也会使用户设备不同步。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种PON系统的时钟同步方法及装置，可以更加精准地同步OLT和ONU的系统时钟。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种PON系统的时钟同步方法，所述方法包括：

接收光线路终端OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、所述N的值、所述OLT与光网络单元ONU之间的往返时延T_RTT；所述N为大于等于1的整数；

根据所述T_sendN、T_RTT、以及预存的ONU内部延时Δ_ONU，计算获得所述ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN；

在确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧时，更新所述ONU的系统时钟为同步时刻，所述同步时刻为所述T_receiveN加上预存的更新耗时。

上述方案中，所述ONU内部延时Δ_ONU包括ONU的均衡延时T_EqD以及ONU的响应时间T_Rsp。

上述方案中，所述根据所述T_sendN、T_RTT、以及预存的ONU内部延时Δ_ONU，计算获得所述ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN包括：

根据计算获得所述T_receiveN；

其中，n_下为下行传输时光波长的相对折射率，n_上为上行传输时光波长的相对折射率。

上述方案中，所述时间参考帧使用超帧计数器标识，则在确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧时，更新所述ONU的系统时钟为同步时刻，包括：

当接收到的所述数据帧为时间参考帧且超帧号为所述N时，确定接收到的 数据帧为第N个时间参考帧。

一种无源光网络PON系统的时钟同步装置，所述装置包括：

接收模块，用于接收光线路终端OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、所述N值、所述OLT与光网络单元ONU之间的往返时延T_RTT；所述N为大于等于1的整数；

计算模块，用于根据所述接收模块接收到的T_sendN、T_RTT、以及预存的ONU内部延时Δ_ONU，计算获得ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN；

所述接收模块，还用于接收数据帧；

确定模块，用于确定所述接收模块接收到的数据帧是否为第N个时间参考帧；

更新模块，用于在所述确定模块确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧时，更新ONU的系统时钟为同步时刻，所述同步时刻为所述计算模块计算出的T_receiveN加上预存的更新耗时。

上述方案中，所述ONU内部延时Δ_ONU包括ONU的均衡延时T_EqD以及ONU的响应时间T_Rsp。

上述方案中，所述计算模块，具体用于根据计算获得所述T_receiveN；

其中，n_下为下行传输时光波长的相对折射率，n_上为上行传输时光波长的相对折射率。

上述方案中，所述时间参考帧使用超帧计数器标识；则

所述确定模块，具体用于在所述接收模块接收的所述数据帧为时间参考帧且超帧号为所述N时，确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧。

本发明实施例提供了一种PON系统的时钟同步方法及装置，根据OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、OLT与ONU之间的往返时延T_RTT以及预存的ONU内部延时Δ_ONU，计算获得ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN；并在接收到第N个时间参考帧时，更新ONU的系统时钟为同步时刻，所述同 步时刻为所述T_receiveN加上更新耗时。与现有技术相比，本发明实施例考虑到了ONU内部延时Δ_ONU以及更新耗时，这样，可以更加精准地同步OLT和ONU的系统时钟。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种PON时钟同步系统的结构框图；

图2为本发明实施例1提供的一种PON系统的时钟同步方法流程示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种PON系统的时钟同步装置结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，PON时钟同步系统主要由OLT、ONU、原子钟3部分组成，其中原子钟用于提供OLT高精度系统时钟(125M)，OLT使用该时钟作为系统时钟，ONU需要从OLT发送的数据中恢复出时钟作为ONU的系统时钟。本实施例提供的方法可以精确实现ONU中系统时钟与OLT中系统时钟的同步。

实施例1

本发明实施例提供了一种PON系统的时钟同步方法，应用于ONU一侧，如图2所示，本实施例方法的处理流程包括以下步骤：

步骤201、接收OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、所述N的值、OLT与ONU之间的往返时延T_RTT。

在实现本实施例方法时，OLT要首先选择一个下行数据帧作为时间参考帧，该时间参考帧用超帧计数器标识，即时间参考帧中有几位用来表示超帧号，第一个时间参考帧中的超帧超帧号为1，第N个时间参考帧中的超帧超帧号为N；由于超帧计数器一次循环需要大约37小时(在2.5Gbit/s)，OLT可以提前37小时选择这个时间参考帧，且该时间参考帧应该足够远，确保ONU在接收到第N个时间参考帧时，已准备好进行同步处理。示例的，OLT选择的时间参考 帧可以是GTC(GPON传输汇聚层)帧。OLT执行这个过程可以每24小时一次，以及在有新的ONU被激活时执行。

OLT选定时间参考帧后OLT已知其发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN，此时还需要计算OLT与ONU之间的往返时延T_RTT。T_RTT的计算过程与现有技术中相同，具体可以是：以OLT的系统时钟为准，OLT记录OLT发送一个数据帧到ONU的时刻t1，以及OLT接收到ONU根据同一数据帧反馈的响应的时刻t2，这样就可获得OLT与ONU之间的T_RTT为t2-t1；当然为了保证T_RTT的精确性，可以多测量几组时间，以计算平均值的方法计算获得T_RTT。

OLT预先计算出T_RTT后，就将该OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、所述N的值、OLT与ONU之间的往返时延T_RTT发送给ONU。

步骤202、根据所述T_sendN、T_RTT、以及预存的ONU内部延时，计算获得ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN。

在PON系统中，为了保证不同ONU发送的数据可以同时到达OLT，不在分光器上产生冲突，需要以最远的ONU为基准计算最远的ONU到OLT的时延并精确计算两者之间的距离，对别的距离较近的ONU增加一个延时，使之发送的数据到达OLT的时间与最远的ONU一致，这个延时就叫做均衡延时，OLT会为各个ONU配置一个均衡延时T_EqD。ONU接收到数据帧后对数据帧识别并响应的时间记为ONU的响应时间，ONU的响应时间T_Rsp为ONU已知的。

所述ONU会预先计算出ONU内部延时Δ_ONU，ONU内部延时Δ_ONU包括ONU的均衡延时T_EqD以及ONU的响应时间T_Rsp，即Δ_ONU＝T_EqD+T_Rsp。

ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN满足以下公式：

其中，往返时延T_RTT减去ONU的内部延时Δ_ONU的计算结果为数据帧在光纤上的下行传输时延以及响应在光纤上的上行传输时延之和；下行传输时光波长的相对折射率为n_下，上行传输时光波长的相对折射率为n_上，则数据帧在光纤 上的下行传输时延为OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN加上数据帧的下行传输时延为第N个数据帧传输到ONU的时刻即ONU接收到第N个数据帧的时刻T_receiveN。

步骤203、在接收到第N个时间参考帧时，更新ONU的系统时钟为同步时刻，所述同步时刻为所述T_receiveN加上预存的更新耗时。

在步骤201中已经说明OLT选择的时间参考帧应该足够远，保证ONU在接收到第N个时间参考帧时，已经通过步骤202计算出第N个数据帧传输到ONU的时刻T_receiveN。这样ONU在接收到数据帧后，当接收到的所述数据帧为时间参考帧且超帧号为所述N时，确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧；在确定接收到的所述数据帧为第N个时间参考帧时，更新所述ONU的系统时钟为同步时刻。这个确定并更新的过程需要耗费一定的时间，故所述同步时刻为所述T_receiveN加上预存的更新耗时。

示例的，ONU在接收到一个新的数据帧后，将该数据帧从ONU的pon接口输入到开始定界的延时，这个时间是serdes的延时记为T1；对输入数据帧进行定界对齐输出的延时记为T2；确定接收到的数据帧是否为第N个时间参考帧以及在确定接收到的数据帧是第N个时间参考帧时产生脉冲触发更新所述同步时刻的延时记为T3，则更新耗时为T1+T2+T3。T1、T2、T3都是ONU的内部模块处理数据所需的时间，这些时间都是已知的，可以将更新耗时计算好后预存在ONU中。

为了防止超帧计数器循环过，OLT每发送过来的一个第N个时间参考帧的时刻T_sendN，以及所述N的值，ONU就使用一次上述方法更新一次系统时钟。上述方法是针对所述OLT控制下的任意一个ONU来实施的。

将上述方法应用到ONU的具体实例中，举例如下：

所述ONU中包括中央处理器(CPU)、GPON媒体访问控制(MAC)和任务管理(TM)这3个模块。OLT向所述ONU发送OLT发送第N个时间参 考帧的时刻T_sendN、所述N的值、所述OLT与ONU之间的往返时延T_RTT，所述ONU接收到这些信息后通过光网络单元管理控制接口(OMCI)通道将T_sendN、N值以及T_RTT提取给所述ONU的CPU。

所述CPU基于公式：计算出所述ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN，然后所述CPU从寄存器读取预存储的更新耗时，与T_receiveN相加后得出同步时刻，将所述同步时刻写入TM中的ToD计数器更新电路的寄存器gpn_updt_reg中。所述ONU的CPU将所述N值写入GMAC的寄存器。

这样所述GMAC在每次收到一个新的时间参考帧后确定接收到的时间参考帧的超帧号是否为N。如果为N，那么产生一个脉冲gpn_updt_ena送给TM中的ToD计数器更新电路，通知ToD计数器更新电路更新所述同步时刻。

本实施例方法，根据OLT发送第N个时间参考帧的时刻TsendN、OLT与ONU之间的往返时延T_RTT以及预存的ONU内部延时Δ_ONU计算获得ONU接收到第N个时间参考帧的时刻T_receiveN；并在接收到第N个时间参考帧时，更新ONU的系统时钟为同步时刻，所述同步时刻为所述T_receiveN加上更新耗时。与现有技术相比，本发明实施例考虑到了ONU内部延时Δ_ONU以及更新耗时，这样可以更加精准地同步OLT和ONU的系统时钟。

实施例2

本发明实施例提供了一种PON系统的时钟同步装置，该装置可以设置在ONU上，如图3所示，所述装置包括：接收模块301、计算模块302、确定模块303、更新模块304，其中，

接收模块301，用于接收光线路终端OLT发送第N个时间参考帧的时刻T_sendN、所述N值、所述OLT与光网络单元ONU之间的往返时延T_RTT；所述N为大于等于1的整数。所述时间参考帧用超帧计数器标识。

计算模块302，用于根据所述接收模块301接收到的T_sendN和T_RTT，以及预存的ONU内部延时Δ_ONU计算获得ONU接收到第N个时间参考帧的时刻 T_receiveN；其中，所述ONU内部延时Δ_ONU包括ONU的均衡延时T_EqD以及ONU的响应时间T_Rsp。

可选的，所述计算模块302，具体用于根据计算获得所述T_receiveN；其中，n_下为下行传输时光波长的相对折射率，n_上为上行传输时光波长的相对折射率。

所述接收模块301，还用于接收数据帧。

确定模块303，用于确定所述接收模块301接收到的数据帧是否为第N个时间参考帧。可选的，所述时间参考帧用超帧计数器标识；则所述确定模块303，具体用于在所述接收模块301接收的所述数据帧为时间参考帧且超帧号为所述N时，确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧。

更新模块304，用于在所述确定模块303确定接收到的数据帧为第N个时间参考帧时，更新ONU的系统时钟为同步时刻，所述同步时刻为所述计算模块302计算出的T_receiveN加上更新耗时。

在实际应用中，所述接收模块301、计算模块302、确定模块303、更新模块304可以由位于ONU上的中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)等器件实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其 他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。