一种基于电力sdh传输网的高精度授时装置及其授时方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力传输网络，特别涉及电力传输网络的时间同步技术。
【背景技术】
[0002]SDH (Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。由于它可实现网络有效管理，实时业务监控，动态网络维护，不同设备间的互通等多项功能，完善的通道保护能力，能大大提高网络资源利用率，实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，在电力传输网中广泛使用。
[0003]SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级和接口码型等特性。SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级(即速率等级)。基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1 (SynchronousTransmiss1n Mode)，相应的速率是155Mbit/s。高等级的数字信号系列可通过将低速率低等级的信息模块(例如STM-1)通过字节间插同步复接而成。这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的。同理，由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号(例如2Mbit/s的E1信号)复用进SDH信号的帧中去(STM-N)，这样使低速支路信号在STM-N帧中等位置也是可预见的，于是可以从STM-N信号中直接分/插低速支路信号。
[0004]因此，PTP over SDH技术应运而生，应用方案如图1所示。该技术将PTP(Precis1nTime Protocol，精确时钟同步协议)报文(又称IEEE1588)封装在E1信号，通过SDH传输网络实现远端设备精确授时，精度优于1微妙。解决传统网络时间协议(NTP)的同步准确度不能满足电力时间同步系统的要求。
[0005]现有的PTP over SDH方案要求SDH传输网络产生的双向不对称延时应小于25ns ;系统工作上电时需手工对时校准；通道倒换后同步精度累计变差；装置断电重启后需手工重新设置。降低了设备的适用性，不利于现场使用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决已有PTP over SDH方案中的通道不对称延时导致授时偏差过大、通道倒换后对时精度累计变差、设备断电需重设参数的问题。
[0007]为达到上述目的，本发明提供一种基于电力SDH传输网的高精度授时装置，包括HDB3解码模块、IEEE1588模块、多源比对模块、脉冲补偿恢复模块及高精度RTC时间基准维持模块，所述IEEE1588模块分别与HDB3解码模块及多源比对模块连接，所述脉冲补偿恢复模块分别与多源比对模块及高精度RTC(Real-time Clock，实时时钟)时间基准维持模块连接；
[0008]HDB3解码模块，接收PTP主时钟信息后进行HDB3码的解码，并将解码后的信息封装成以太包发送给IEEE 1588模块；
[0009]IEEE1588模块，提取所述以太包中的时钟信息和秒沿脉冲，并发送给多源比对模块；
[0010]多源比对模块，将所述秒沿脉冲与外部基准时钟源的秒沿脉冲进行比对，计算出通道非对称延时参数并发送给脉冲补偿恢复模块；
[0011]脉冲补偿恢复模块，根据已得到的延时参数，进行通道非对称性延时补偿，调整时间，并输出给高精度RTC时间基准维持模块；
[0012]高精度RTC时间基准维持模块，以接收的调整后的时间或自身计数器的守时时间为基准输出授时时间进行授时输出。
[0013]具体地，所述高精度RTC时间基准维持模块包含高精度稳压10MHz晶振、10倍倍频器、时钟计数器、后备供电电池及时间转码输出模块，所述10倍倍频器与高精度稳压10MHz晶振及时钟计数器连接，所述时钟计数器与时间转码输出模块连接，所述时间转码输出模块用于根据目标授时设备接口的类型输出时间对应的码元，所述后备电池用于为高精度RTC时间基准维持模块工作供电。
[0014]优选地，所述时间转码输出模块以直流B码进行授时时间输出。
[0015]进一步地，所述高精度RTC时间基准维持模块与多源比对模块连接，当装置断电时，高精度RTC时间基准维持模块通过模块自身的后备电池供电，依赖自身的计时器守时，以计时器的守时时间为基准输出授时时间进行授时输出，当装置断电后再次上电时，多源比对模块同时对比计算来自IEEE 1588模块和高精度RTC时间基准维持模块的秒沿脉冲，计算出通道非对称延时参数并发送给脉冲补偿恢复模块，脉冲补偿恢复模块根据收到的延时参数相应地调整时钟信息，并将调整后的时钟信息传递给高精度RTC时间基准维持模块，高精度RTC时间基准维持模块以接收的调整后的时钟信息为基准输出授时时间进行授时输出。
[0016]具体地，多源比对模块由高精度稳压10MHz晶振、10倍倍频器、秒表计数器及比较器组成，所述10倍倍频器分别与10MHz晶振及秒表计数器连接，秒表计数器与比较器连接;
[0017]多源比对模块收到外部基准时钟源的秒沿脉冲、IEEE1588模块的秒沿脉冲和高精度RTC时间基准维持模块的秒沿脉冲时，分别打上时间戳，记为TS1、TS2、TS3，比较器比较时间戳，计算出通道延时和通道倒换延时，将这两个延时参数发送给脉冲补偿恢复模块，TS2-TS1为通道延时，TS3-TS2为通道倒换延时，差值为正数则表示时间滞后，差值为负数则表示时间超前。
[0018]具体地，所述脉冲补偿恢复模块对TS3-TS2的数值进行判断，当10ms>TS3-TS2>800ns时，认定发生通道倒换，进行通道倒换延时补偿，调整时间，并输出给高精度RTC时间基准维持模块。
[0019]较佳地，还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器与多源比对模块连接，外部基准时钟源通过脉冲发生器解码产生秒沿脉冲，并发送给多源比对模块。
[0020]对应于上述基于电力SDH传输网的高精度授时装置，本发明还提供一种基于电力SDH传输网的高精度授时方法，包括如下步骤:
[0021]HDB3解码模块接收PTP主时钟信息后进行HDB3码的解码，并将解码后的信息封装成以太包发送给IEEE 1588模块；
[0022]IEEE1588模块提取所述以太包中的时钟信息和秒沿脉冲，并发送给多源比对模块；
[0023]多源比对模块将所述秒沿脉冲与外部基准时钟源的秒沿脉冲进行比对，计算出通道非对称延时参数并发送给脉冲补偿恢复模块；
[0024]脉冲补偿恢复模块根据已得到的延时参数，进行通道非对称性延时补偿，调整时间，并输出给高精度RTC时间基准维持模块；
[0025]高精度RTC时间基准维持模块以接收的调整后的时间或自身计数器的守时时间为基准输出授时时间进行授时输出。
[0026]进一步地，当装置断电时，高精度RTC时间基准维持模块则通过模块自身的后备电池供电，依赖自身的计时器守时，以计时器的守时时间为基准输出授时时间进行授时输出，当装置断电后再次上电时，多源比对模块同时对比计算来自IEEE1588模块和高精度RTC时间基准维持模块的秒沿脉冲，计算出通道非对称延时参数并发送给脉冲补偿恢复模块，脉冲补偿恢复模块根据收到的延时参数相应地调整时钟信息，并将调整后的时钟信息传递给高精度RTC时间基准维持模块，高精度RTC时间基准维持模块以接收的调整后的时钟信息为基准输出授时时间进行授时输出。
[0027]进一步地，多源比对模块收到外部基准时钟源的秒沿脉冲、IEEE1588模块的秒沿脉冲和高精度RTC时间基准维持模块的秒沿脉冲时，分别打上时间戳，依次记为TS1、TS2、TS3，比较器比较时间戳，计算出通道延时和通道倒换延时，将这两个延时参数发送给脉冲补偿恢复模块，TS2-TS1为通道延时，TS3-TS2为通道倒换延时，差值为正数则表示时间滞后，差值为负数则表示时间超前，所述脉冲补偿恢复模块对TS3-TS2的数值进行判断，当10ms>TS3-TS2>800ns时，认定发生通道倒换，进行通道倒换延时补偿，调整时间，并输出给高精度RTC时间基准维持模块。
[0028]本发明中，所述高精度RTC时间基准维持模块采用FPGA器件。
[0029]本发明的有益效果是:
[0030]1.采用外部基准时钟源自动校准通道不对称性延时，解决传统PTP协议要求传输网络产生的双向不对称延时应小于25ns，而现有的电力系统SDH网络的实际不对称延时无法满足其要求的问题。
[0031]2.采用多源比对法及脉冲补偿恢复设计保证通道倒换后精，避免线路通道频繁倒换累计误差。
[0032]3.采用基于FPGA的不掉电式高精度RTC维持时间基准，避免断电重设参数问题。使得装置断电重启后自动快速恢复正常工作。
【附图说明】
[0033]图1为现有技术的PTP over SDH的应用方案的原理示意图；
[0034]图2为本发明基于电力SDH传输网的高精度授时装置的原理框图；
[0035]图3为多源比对模块的原理框图；
[0036]图4为高精度RTC时间基准维持模块原理框图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，应当注意的是，实施例仅仅是为了帮助读者更好地理解本发明的技术构思，其并不用以限制本发明权利要求的保护范围。
[0038]本发明针对现有的PTP over SDH方案中的通道不对称延时导致授时偏差过大、通道倒换后对时精度累计变差、设备断电需重设参数的问题，提供一种基于电力SDH传输网的高精度授时装置，如图2所示，包括HDB3解码模块、IEEE 1588模块、多源比对模块、脉冲补偿恢复模块及高精度RTC时间基准维持模块，所述IEEE1588模块分别与HDB3解码模块及多源比对模块连接，所述脉冲补偿恢复模块分别与多源比对模块及高精度RTC时间基准维持模块连接；HDB3解码模块，接收PTP主时钟信息后进行HDB3码的解码，并将解码后的信息封装成以太包发送给IEEE1588模块；IEEE1588模块，提取所述以太包中的时钟信息和秒沿脉冲，并发送给多源比对模块；多源比对模块，将所述秒沿脉冲与外部基准时钟源的秒沿脉冲进行比对，计算出通道非对称延时参数并发送给脉冲补偿恢复模块；脉冲补偿恢复模块，根据已得到的延时参数，进行通道非对称性延时补偿，调整时间，并输出给高精度RTC时间基准