专利名称：一种无源光网络时间传递的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及点到多点无源光网络(Passive Optical Network, PON)通信领域，尤 其涉及一种在无源光网络上精确传递时间的方法和系统。
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，其中A/BPON、EPON和GPON都已得到了规模应用。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现，有线、无线融合将 更好的满足用户体验。PON技术具备数据、语音和TDM(Time Division Multiplex)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、TD-SCDMA以及WiMAX等移动基站对时间同步有严格的要求。移动网络 提供一些增值业务是也需要严格的时间同步。目前移动基站上主要使用无线授时方式如 GPS等技术。在构建高质量的无线网络中，使用有线网络授时在经济、稳定性上都有重要的
眉、ο在网络IP化的进程中，IEEE1588中的网络精确定时协议(Precision Time Protocol,PTP)在无线基站上得到了广泛应用。但是PTP协议在网络上下行延时对称情况 下工作比较好，如果是非对称网络需要对非对称节点进行处理。PON是一个上下行延迟非对 称网络，在PON上直接处理PTP协议工作量大、处理流程复杂，且占用较多的网络带宽。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提供一种无源光网络时间传递的方法，用 于解决在PON上使用PTP协议进行时间传递时处理流程复杂、协议工作量大、占用较多网络 带宽的技术问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种无源光网络时间传递的方法，包括光线路终端OLT对光网络单元ONU进行测距得到测距信息，并在周期性秒脉冲的 触发下产生基于本端基准计数器的周期性的秒脉冲时间戳和秒以上时间信息TOD ；OLT将所述测距信息、周期性的秒脉冲时间戳及TOD传送给ONU ；ONU根据所述周期性的秒脉冲时间戳、TOD及测距信息预测下一秒时间并输出对 应秒脉冲。进一步地，ONU预测下一秒时间具体为ONU根据所述周期性的秒脉冲时间戳估算对应于本端基准计数器的秒脉冲周期；ONU根据所述秒脉冲周期、测距信息及当前接收到的秒脉冲时间戳估算出下一个 秒脉冲时间戳对应时刻，并输出基于本地基准计数器的秒脉冲；下一个秒脉冲时间戳对应时刻为当前接收到的秒脉冲时间戳与所述秒脉冲周期之和减去二分之一的测距信息值。
进一步地，OLT周期性对下挂的ONU进行测距，若发现某ONU的测距信息有变化， 则将新的测距信息传送给该0NU。进一步地，所述测距信息通过管理平面或业务平面单播传送给0NU，所述周期性的 秒脉冲时间戳及TOD通过管理平面或业务平面多播传送给0NU。本发明的另一目的在于提供一种无源光网络时间传递的系统，为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的一种无源光网络时间传递的系统，包括OLT时间处理模块，用于在周期性秒脉冲的触发下产生基于本端基准计数器的周 期性的秒脉冲时间戳和秒以上时间信息T0D;对光网络单元ONU进行测距生成测距信息；将 所述秒脉冲时间戳、秒以上时间信息TOD及测得的测距信息传送给ONU时间处理模块；ONU时间处理模块用于依据OLT时间处理模块传递的所述周期性的秒脉冲时间 戳、秒以上时间信息TOD及测距信息预测下一秒时刻并输出对应秒脉冲。进一步地，所述OLT时间处理模块包括时间源选择处理模块，用于选择外部时间源并将外部时间源转换成统一的系统时 钟、秒脉冲PPnS及秒以上时间信息TOD ；OLT处理器，用于按照无源光网络协议实现对ONU测距并得到测距信息；以及根据 所述时间源选择处理模块输入的系统时钟及秒脉冲PPnS产生基于本地基准计数器的秒脉 冲时间戳；OLT控制器，用于将OLT处理器产生的秒脉冲时间戳、时间源选择处理模块输出的 秒以上时间信息TOD以及OLT处理器测得的测距信息形成数据包并通过所述OLT处理器传 送给所述ONU时间处理模块。进一步地，所述OLT处理器包括时间戳生成模块，用于根据所述时间源选择处理模块传送的秒脉冲PPnS产生基 于本地基准计数器的秒脉冲时间戳；测距模块，用于按照无源光网络协议实现对ONU的测距功能，得到测距信息；协议处理模块，用于完成无源光网络协议的处理功能。进一步地，所述时间戳生成模块包含有基准计数器，采用锁存器来产生秒脉冲时 间戳，在秒脉冲的上升沿锁存基准计数器的值；在EPON中采用多点控制协议MPCP计数器作 为基准计数器；在GPON中采用传输汇聚层GTC帧中的Ident字段中的超帧计数器和帧内计 数器的组合作为基准计数器。进一步地，所述测距信息由所述OLT时间处理模块以单播方式通过管理平面或业 务平面传送给特定ONU时间处理模块；所述秒脉冲时间戳及秒以上时间信息TOD由所述 OLT时间处理模块以广播方式通过管理平面或业务平面传送给所有ONU时间处理模块；所述OLT时间处理模块周期性对ONU进行测距，若发现某ONU的测距信息值有变 化，则将新的测距信息传送给该所述ONU时间处理模块。进一步地，所述ONU时间处理模块包括ONU处理器，用于接收所述OLT时间处理模块传送的周期性的秒脉冲时间戳、秒以 上时间信息TOD及测距信息，并为时间同步模块提供基准计数器；
ONU控制器，用于根据所述ONU处理器接收的周期性的秒脉冲时间戳估算基于本 端基准计数器的秒脉冲周期；根据所述秒脉冲周期、测距信息及当前接收到的秒脉冲时间 戳估算下一个秒脉冲时间戳对应的时刻；时间同步处理模块，用于接收所述ONU控制器传送的下一个秒脉冲时间戳对应的 时刻，并将其与所述ONU处理器中的基准计数器比较，同步输出秒脉冲及时间信息。进一步地，所述时间同步处理模块的工作状态分为跟随状态和自行产生状态；跟随状态下，所述时间同步处理模块将所述ONU控制器设定的下一个秒脉冲时刻 与ONU处理器输出的基准计数器比较，两者相等则输出秒脉冲PPmS，同时输出当前TOD信 息；自行产生状态下，所述时间同步处理模块依据之前的秒脉冲周期和秒脉冲时刻， 自行输出秒脉冲PPmS和TOD信息。本发明在时间传递过程中结合了 PON的测距特性，时间传递精确度高，0LT、0NU硬 件成本低，利用PON本身单拷贝广播下发时间信息，占用带宽极少。
图1为PON架构的系统结构图；图2为本发明精确时间传递系统中OLT时间处理模块系统结构图；图3为本发明精确时间传递系统中ONU时间处理模块系统结构图。
具体实施例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架构的系统结构图，PON构架一般由OLT (Optical Line Terminal，光 线路终端)、ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)和 0NU(0ptical Network Unit，光网络单元)三部分组成。OLT与ONU距离一般比较远，EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络)可达 20Km，GPON(Gigabit-Capable PON)可达 60Km。 时间提供者一般为移动时间服务器或者GPS。虚线框部分是本发明技术方案所涉部分，本发 明中的OLT时间处理模块位于OLT中，ONU时间处理模块位于ONU中。本发明的目的在于将OLT侧的时间信息精确的传递到ONU侧，在CDMA2000系统 中，要求时间误差不超过3微秒，在TDS-CDMA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的时间传递误差不超过100纳秒。PON系统中将时间信息分为秒脉冲(PPnS)以及秒以上的时间信息(TOD)，结合PON 特点进行传递。本发明的核心思想是利用PON点到多点以及测距的特性进行高效、经济、 精确地传递时间信息。图2为本发明精确时间传递系统中的OLT时间处理模块的结构图，OLT时间处理 模块用于将当前时间分为秒脉冲PPnS和秒以上时间信息T0D，其中周期性的秒脉冲产生基 于本端基准计数器的秒脉冲时间戳，并将秒脉冲时间戳及秒以上时间信息TOD生成相应数 据包广播给所有下挂的ONU ；以及按照相关协议对下挂的每个ONU测距，得到测距信息即环 回距离RTT (Round Trip Time)，并将RTT值通过单播方式下发给每个0NU。OLT时间处理模块包括OLT时间源选择处理模块、OLT处理器及OLT控制器。 OLT时间源选择处理模块用于进行时间源选择，其中时间源可以是无线授时，也可 以是有线网络授时，该子模块输出统一格式的系统时钟、秒以上的时间信息T0D(Time Of Day)和秒脉冲PPnS (Pulse Per η Second, η为正整数，一般为1,2), TOD和秒脉冲构成了 精确的时间信息，同时OLT时间源选择处理模块还可输出时间状态信息，其包括{时钟源类型、等级、状态；时钟模块锁定指示(跟踪、自由运行和锁定)}
TOD包含当前秒脉冲所对应的年、月、日、时、分、秒。OLT时间源选择处理模块输出系统时钟作为OLT设备的参考时钟。系统时钟不是 必须与时间源同步，如果同步，则有利于ONU时间信息输出更为准确。OLT时间源选择处理模块输出秒脉冲PPnS，该秒脉冲用于触发时间戳生成模块产 生该秒脉冲对应的秒脉冲时间戳，该秒脉冲同时触发OLT控制器，作为秒脉冲时间戳和秒 以上时间信息TOD传送的触发信息。OLT处理器用于完成无源光网络OLT接口所有功能，在本发明中该模块为时间传 递提供ONU的测距功能，得到测距信息RTT值。由于无源光网络上行采用时分复用通信方 式，对每个ONU准确的测距是无源光网络正常工作的前提。OLT处理器模块进一步包括时间戳生成模块、测距模块、协议处理模块。测距模块用于按照无源光网络协议完成测距功能，得到测距信息RTT ；协议处理 模块用于完成无源光网络协议的处理功能；时间戳生成模块用于根据所述时间源选择处理 模块传送的秒脉冲PPnS产生基于本地基准计数器的秒脉冲时间戳。时间戳生成模块包含有基准计数器，基准计数器在不同的PON系统中可能会采用 不同的形式，选择原则是OLT的基准计数器与ONU的基准计数器相关联，一般来说是存在相 对固定差值，该差值与硬件处理时间和物理链路回程时间(RTT)相关，OLT与ONU的基准计 数器差约RTT/2。时间戳生成模块一般采用锁存器来产生秒脉冲时间戳，在秒脉冲的上升沿锁存基 准计数器的值。对于基准计数器在EPON具体实现上，本发明选择IEEE802. 3所定义的MPCP (多点 控制协议)计数器作为基准计数器。在EPON发送MPCP数据单元时，将把当前MPCP计数器 值传递给ONU。ONU接收到MPCP数据单元，将接收的MPCP值与本地计数器值作比较，如果 有差异则更新本地MPCP计数器。依据EPON测距原理，ONU和OLT的MPCP计数器之间相差 RTT/2+Ac，其中Ac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， 可通过测试对该值进行部分补偿。对于基准计数器在GPON具体实现上，本发明所实施的基准计数器的是GPON传 输汇聚层(GPON Transmission Convergence, GTC)帧中的 Ident 字段中的超帧(Super frame)计数器和帧内计数器的组合。在GPON下行帧中，帧以8K的频率发送，帧头中包含 30bit的超帧计数器，每发送一帧增加1。帧内计数器按照155. 52MHz的频率，从GTC帧开 始时计数，周期为19，400。ONU侧从GTC帧内读取当前超帧值，从接收到GTC帧头开始，也 按照155.52MHz的频率，自行累加帧内计数器。GPON测距机制与EPON有所不同，其关注的 是到达OLT的总的回程时间，因此RTT中包含了 ONU的发送处理时间Ts，因此ONU与OLT基 准计数器之间总的延迟约为(RTT-Ts)/2，实际值可以通过测试进行补偿。
OLT控制器用于从OLT处理器中获取每个ONU的RTT值，用单播的方式通过OLT处 理器发给每个0NU。当某个ONU的RTT发生改变时，重新通知0NU。OLT控制器接收到时间源选择处理模块的秒脉冲触发信息，读取时间戳生成模块 生成的秒脉冲时间戳，并与时间源选择处理模块输出的TOD和时间状态一起用广播方式通 过OLT处理器发送给所有的0NU。当然也可以分开发送。OLT控制器发送的上述时间相关信息可以通过PON数据(业务)平面通信，也可以通过PON管理平面通信。本发明的具体实施中采用了管理平面，如具体在EPON中采用了 扩展的 OAM 帧，在 GPON 的实施中通过 OMCC (ONU Manage and Control Channel)传递。OLT 控制器可以根据具体系统特性，对时间戳和ONU的RTT值进行微调，以便使ONU输出的时间 信息更为准确。图3为本发明精确时间传递系统中的ONU时间处理模块，ONU时间处理模块用于 接收OLT侧传递的时间相关信息(秒脉冲时间戳、TOD及时间状态信息等)和RTT值，并通 过周期估算和下一秒时间预测，输出对应的准确秒脉冲。ONU时间处理模块包括ONU处理器、ONU控制器、时间同步处理模块。ONU处理器用于完成无源光网络ONU接口所有功能，在本发明中该模块按照协议 配合OLT时间处理模块完成测距功能、接收OLT时间处理模块发送的时间相关信息以及为 时间同步处理模块提供基准计数器。ONU控制器用于完成如下功能1，接收ONU处理器从OLT侧得到的秒脉冲时间戳、测距信息RTT、TOD和时间状态
fn息；2，根据OLT侧周期发送的秒脉冲时间戳估算基于本端基准计数器的秒脉冲周期 ；估算方法为将每两个相邻秒时间戳相减，得到当前计数器的周期，根据历史的周期取平 均值从而获得T。3，根据本ONU估算的秒脉冲周期 、从OLT侧接收到的本ONU的测距信息RTT及当 前接收到的秒脉冲时间戳估计下一个秒脉冲时间戳对应的时刻(当前接收到的秒脉冲时 间戳+周期 -RTT/2)，并将该时刻值设置到时间同步处理模块中；4，根据当前秒脉冲时间戳所对应的T0D，在其基础上增加1秒，得到下一秒的TOD 值，并设置到时间同步处理模块中。5，根据接收到的时间状态信息设置时间同步处理模块的工作状态。时间同步处理模块用于接收所述ONU控制器传送的下一个秒脉冲时间戳对应的 时刻，并将其与所述ONU处理器中的基准计数器比较，同步输出秒脉冲及时间信息。时间同 步处理模块有两种工作状态，跟随状态和自行产生状态。跟随状态将ONU控制器设定的下一个秒脉冲时刻与ONU处理器输出的基准计数 器比较，两者相等则输出秒脉冲PPmS，同时输出当前TOD信息。自行产生状态依据之前的秒脉冲周期和秒脉冲时刻，自行输出秒脉冲和TOD信 息。该工作状态在OLT时间源丢失或异常情况产生。在自行产生状态下，OLT时间源可能 临时丢失或产生异常，这时ONU仍能连续输出时间信息，并且在一定时间内维持时间信息 的精度。本发明ONU时间处理模块输出的时间信息具备了相当高的精度。整个系统引入的时间模糊度与基准计数器的时钟周期相关，在补偿较好的系统中，ONU时间与OLT之间偏差 小于2个计数时钟周期。
在具体设施中列举了 EP0N/GP0N在基准计数器的选择和实现方式，但不构成对本 发明的限制，也不局限EPON和GP0N。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。
权利要求
一种无源光网络时间传递的方法，其特征在于，包括光线路终端OLT对光网络单元ONU进行测距得到测距信息，并在周期性秒脉冲的触发下产生基于本端基准计数器的周期性的秒脉冲时间戳和秒以上时间信息TOD；OLT将所述测距信息、周期性的秒脉冲时间戳及TOD传送给ONU；ONU根据所述周期性的秒脉冲时间戳、TOD及测距信息预测下一秒时间并输出对应秒脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ONU预测下一秒时间具体为ONU根据所述周期性的秒脉冲时间戳估算对应于本端基准计数器的秒脉冲周期； ONU根据所述秒脉冲周期、测距信息及当前接收到的秒脉冲时间戳估算出下一个秒脉 冲时间戳对应时刻，并输出基于本地基准计数器的秒脉冲；下一个秒脉冲时间戳对应时刻为当前接收到的秒脉冲时间戳与所述秒脉冲周期之和 减去二分之一的测距信息值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，OLT周期性对下挂的ONU进行测距， 若发现某ONU的测距信息有变化，则将新的测距信息传送给该0NU。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测距信息通过管理平面或业务平面 单播传送给0NU，所述周期性的秒脉冲时间戳及TOD通过管理平面或业务平面多播传送给 ONU。
5.一种无源光网络时间传递的系统，其特征在于，包括OLT时间处理模块，用于在周期性秒脉冲的触发下产生基于本端基准计数器的周期性 的秒脉冲时间戳和秒以上时间信息T0D;对光网络单元ONU进行测距生成测距信息；将所述 秒脉冲时间戳、秒以上时间信息TOD及测得的测距信息传送给ONU时间处理模块；ONU时间处理模块用于依据OLT时间处理模块传递的所述周期性的秒脉冲时间戳、秒 以上时间信息TOD及测距信息预测下一秒时刻并输出对应秒脉冲。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述OLT时间处理模块包括时间源选择处理模块，用于选择外部时间源并将外部时间源转换成统一的系统时钟、 秒脉冲PPnS及秒以上时间信息TOD ；OLT处理器，用于按照无源光网络协议实现对ONU测距并得到测距信息；以及根据所述 时间源选择处理模块输入的系统时钟及秒脉冲PPnS产生基于本地基准计数器的秒脉冲时 间戳；OLT控制器，用于将OLT处理器产生的秒脉冲时间戳、时间源选择处理模块输出的秒以 上时间信息TOD以及OLT处理器测得的测距信息形成数据包并通过所述OLT处理器传送给 所述ONU时间处理模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述OLT处理器包括时间戳生成模块，用于根据所述时间源选择处理模块传送的秒脉冲PPnS产生基于本 地基准计数器的秒脉冲时间戳；测距模块，用于按照无源光网络协议实现对ONU的测距功能，得到测距信息； 协议处理模块，用于完成无源光网络协议的处理功能。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述时间戳生成模块包含有基准计数器， 采用锁存器来产生秒脉冲时间戳，在秒脉冲的上升沿锁存基准计数器的值；在EPON中采用多点控制协议MPCP计数器作为基准计数器；在GPON中采用传输汇聚层GTC帧中的Ident 字段中的超帧计数器和帧内计数器的组合作为基准计数器。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述测距信息由所述OLT时间处理模块以单播方式通过管理平面或业务平面传送给 特定ONU时间处理模块；所述秒脉冲时间戳及秒以上时间信息TOD由所述OLT时间处理模 块以广播方式通过管理平面或业务平面传送给所有ONU时间处理模块；所述OLT时间处理模块周期性对ONU进行测距，若发现某ONU的测距信息值有变化，则 将新的测距信息传送给该所述ONU时间处理模块。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述ONU时间处理模块包括ONU处理器，用于接收所述OLT时间处理模块传送的周期性的秒脉冲时间戳、秒以上时 间信息TOD及测距信息，并为时间同步模块提供基准计数器；ONU控制器，用于根据所述ONU处理器接收的周期性的秒脉冲时间戳估算基于本端基 准计数器的秒脉冲周期；根据所述秒脉冲周期、测距信息及当前接收到的秒脉冲时间戳估 算下一个秒脉冲时间戳对应的时刻；时间同步处理模块，用于接收所述ONU控制器传送的下一个秒脉冲时间戳对应的时 亥IJ，并将其与所述ONU处理器中的基准计数器比较，同步输出秒脉冲及时间信息。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述时间同步处理模块的工作状态分 为跟随状态和自行产生状态；跟随状态下，所述时间同步处理模块将所述ONU控制器设定的下一个秒脉冲时刻与 ONU处理器输出的基准计数器比较，两者相等则输出秒脉冲，同时输出当前TOD信息；自行产生状态下，所述时间同步处理模块依据之前的秒脉冲周期和秒脉冲时刻，自行 输出秒脉冲和TOD信息。
全文摘要
本发明公开了一种在无源光网络上精确传递时间的方法和系统，用于解决在无源光网络上使用网络精确定时协议进行时间传递时处理流程复杂、协议工作量大、占用较多网络带宽的技术问题。本发明中，光线路终端OLT对光网络单元ONU进行测距得到测距信息，并在周期性秒脉冲的触发下产生基于本端基准计数器的周期性的秒脉冲时间戳和秒以上时间信息TOD；OLT将所述测距信息、周期性的秒脉冲时间戳及TOD传送给ONU；ONU根据所述周期性的秒脉冲时间戳、TOD及测距信息预测下一秒时间并输出对应秒脉冲。本发明的特征在于时间传递方法中结合了PON点到多点以及测距的特性，时间传递精确度高，OLT、ONU硬件成本低，利用PON本身单拷贝广播下发时间信息，占用带宽极少。
文档编号H04B10/20GK101841736SQ200910080379
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者王静璇, 陆建鑫 申请人:中兴通讯股份有限公司