专利名称：一种实现时间同步传送的otn设备及方法
技术领域：
本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。
背景技术：
在ITU-T SG15 的标准制定进程中，0TN(0ptical Transport Network,光传输网)传送同步时间信息是一个热点议题，已有相当多的提案对这一需求进行了阐述。比如TD-SCDMA和CDMA2000等无线接入技术分别需要精度为± 1. 5us和± 3us的时间同步，而当前采用基站内置GPS来实现时间同步的方案存在故障率高、成本高、安装和维护困难等问题，通过地面网络实现传送时间同步信号替代具有重要意义。IEEE 1588v2是一个时间同步的最佳技术选择，可以实现频率同步和时间同步。在中国专利公开文本CN101765199A中， OTN支持时间同步传送后，在城域网中，可形成统一的端到端时间同步传送网络。IEEE 1588v2目的是在由网络构成的测量和控制系统中实现精确的时间同步，最初主要针对局域网多播环境(如以太网)制定，在电信网络的复杂环境下，需要做一些修改和剪裁才能应用。图I是IEEE1588v2基本的报文交互，主时钟周期性地发送Announce报文，用于时钟之间主从体系的建立以及通知时间源信息等。主时钟按设定的间隔时间周期性地向从时钟发送Sync报文，其中包括该报文离开主时钟的时间值MT1，从时钟记下收到该报文的到达时间ST1。为了获得更精确的Sync报文发送时间，可以在Sync报文发送后再发一个FolloW_up报文，此报文中携带MT1。从时钟获得MTl和STl后，按STl =MTl+Offset+Delay计算主从时钟偏移值(Offset)。为求得时延值Delay，从时钟向主时钟发出一个Delay_req报文,并记下发送时间ST2。主时钟收到该Delay_req报文后，向从时钟返回一个包含Delay_req报文到达时间戳MT2的Delay_resp报文,从时钟收到后，依据Delay = [ (ST1-MT1) + (MT2-ST2) ]/2 计算时延。OTN技术由WDM技术演进而来，采用固定长度的帧结构，不随线路信号速率和客户信号速率而变化，均为4X4080字节。同时，OTN采用的是透明、异步复用技术，并不需要复杂的时钟同步处理，OTN如需支持高精度时间同步传送，需要在设备上增加新的频率同步功能模块。对于频率同步可以在OTN设备上添加同步以太功能完成全网频率同步，但这种方式要求时钟路径上的所有链路都具备同步以太网特性，实现复杂，代价高。另外，还可以采用IEEE 1588v2技术，对OTN设备的时钟板卡的输出时钟进行频率补偿，在此基础上，同时完成时间同步。目前OTN设备已是各大电信运营商采用的主流传输设备，但IEEE1588v2中未制定在OTN设备上实现高精度时间同步传送的方法。
发明内容
(一 )要解决的技术问题针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中OTN设备无法实现高精度时间同步传送的问题，提供了一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。在IEEE 1588v2定义的同步报文和基本原理的基础上，进行同步报文封装、交互、报文处理、时钟调整等，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送。( 二 )技术方案为此，本发 明具体地采用如下技术方案进行首先，本发明提供一种OTN设备，所述设备包括报文插入提取模块、时间戳处理模块、报文处理模块、实时时间模块和频率补偿模块;其中，报文插入提取模块，将所述报文处理模块发来的报文按字节映射到指定位置的开销内进行传送，并从接收到的指定位置的开销内解封出报文；当检测到同步报文中的事件报文时，发出时间戳记录触发信号给所述时间戳处理模块，由所述时间戳处理模块给相关报文打上时间戳；时间戳处理模块，收到所述时间戳记录触发信号后，从所述实时时间模块读取当前时间值并给相关报文打上时间戳；报文处理模块，通过主从设备间的报文交互和相关算法处理，得到主从时间偏差以及频率补偿值分别给实时时间模块和所述频率补偿模块进行调整；产生相关报文给所述报文插入提取模块并处理所述报文插入提取模块解封出的报文；实时时间模块，为所述时间戳处理模块提供本端当前时间；频率补偿模块，对OTN设备时钟信号进行补偿后用于所述实时时间模块，频率补偿值由所述报文处理模块提供。更进一步地，本发明还同时提供一种实现时间同步传送的方法，采用如上所述的OTN设备实施，所述方法包括步骤主时钟OTN设备和从时钟OTN设备之间利用OTUk开销或ODUk开销中的保留字节进行同步报文的交互；所述主时钟OTN设备或所述从时钟OTN设备为相关报文添加相应的时间戳；提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算；根据所述时延计算结果进行时间偏差计算并对本地时钟的实时时间进行调整；计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿。优选地,所述同步报文包括Announce、Sync、Delay_Req和Delay_Resp四种报文，其中Announce、Sync和Delay_Resp报文由主时钟下行发送，Delay_Req报文由从时钟上行发送；将不足64字节的报文尾部添零扩展为64字节。优选地，所述同步报文的交互方式为将每个256-复帧作为一个报文发送周期，每个发送周期封装4个同步报文，每个报文占用一个64-子巾贞,每个报文的开头与每个64-子巾贞的开头对齐；所述主时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Announce、Sync、Sync、Delay_Resp,而所述从时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req。优选地，所述提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算具体步骤为所述主时钟OTN设备将Announce报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Announce报文后，提取出其携带的有关所述主时钟OTN设备的信息，并与所述主时钟OTN设备建立起主从关系；所述主时钟OTN设备将Sync报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备,且将该Sync报文离开本端的时间戳MasterSyncTime添加到该Sync报文中；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Sync报文后，提取出其携带的MasterSyncTime,并记录该Sync报文到达本端的时间戳SlaveClockTime ；所述从时钟OTN设备将Delay_Req报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述主时钟OTN设备，且记录该报文离开本端的时间戳ST ； 所述主时钟OTN设备将表示对最近一个接收到的Delay_Req报文的响应的Delay_ Resp报文插入到OTN的巾贞开销中，并发送给所述从时钟OTN设备,其中，所述Delay_Resp报文中携带有其对应的Delay_Req报文到达所述主时钟OTN设备的时戳MT ；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Delay_ReSp报文后，提取出MT，并根据Delay_ReSp报文和Delay_Req报文的匹配方法将MT和正确的ST相对应；然后，所述从时钟OTN设备根据发送该Delay_Req报文前最近一次收到的Sync报文所对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳MasterSyncTime/和到达所述从时钟OTN设备的时间戳SlaveClockTime',按下式计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延Delay = [ (SlaveClockTime' -MasterSyncTime' ) + (MT-ST)]/2。优选地，所述时间偏差计算具体步骤为offset = SlaveClockTime-MasterSyncTime-Delay,其中，MasterSyncTime和SlaveClockTime分别为所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延；所述从时钟OTN设备计算出时间偏差值后，依据此时间偏差值对实时时间模块进行调整。优选地，根据时间同步精度所需的Sync报文发送速率，从时钟OTN设备被配置为收到的每个Sync报文均为有效Sync报文、或者每个256-复帧中的两个Sync报文的其中一个为有效Sync报文、或者每j个256-复帧中的其中一个Sync报文为有效Sync报文；其中，j为大于I的自然数。优选地，所述计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿的步骤具体为 所述从时钟OTN设备对接收到的有效Sync报文进行计数，令该计数器值为k，并预设频率调整因子计算的分界值m ;根据计数器值k进行如下判断 a.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值满足2彡k彡m时，计
算频率调整因子
权利要求
1.一种OTN设备，其特征在于，所述设备包括 报文插入提取模块(101)、时间戳处理模块(102)、报文处理模块(103)、实时时间模块(104)和频率补偿模块(105);其中， 报文插入提取模块(101)，将所述报文处理模块(103)发来的报文按字节映射到指定位置的开销内进行传送，并从接收到的指定位置的开销内解封出报文；当检测到同步报文中的事件报文时，发出时间戳记录触发信号给所述时间戳处理模块(102)，由所述时间戳处理模块(102)给相关报文打上时间戳； 时间戳处理模块(102)，收到所述时间戳记录触发信号后，从所述实时时间模块(104)读取当前时间值并给相关报文打上时间戳； 报文处理模块(103)，通过主从设备间的报文交互和相关算法处理，得到主从时间偏差以及频率补偿值分别给实时时间模块(104)和所述频率补偿模块(105)进行调整；产生相关报文给所述报文插入提取模块(101)并处理所述报文插入提取模块(101)解封出的报文； 实时时间模块(104)，为所述时间戳处理模块(102)提供本端当前时间； 频率补偿模块(105)，对OTN设备时钟信号进行补偿后用于所述实时时间模块(104)，频率补偿值由所述报文处理模块(103)提供。
2.一种实现时间同步传送的方法，采用如权利要求I所述的OTN设备实施，其特征在于，所述方法包括步骤 主时钟OTN设备和从时钟OTN设备之间利用OTUk开销或ODUk开销中的保留字节进行同步报文的交互； 所述主时钟OTN设备或所述从时钟OTN设备为相关报文添加相应的时间戳； 提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算； 根据所述时延计算结果进行时间偏差计算并对本地时钟的实时时间进行调整； 计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于，所述同步报文包括Announce、Sync、Delay_Req和Delay_Resp四种报文，其中Announce、Sync和Delay_Resp报文由主时钟下行发送，Delay_Req报文由从时钟上行发送；将不足64字节的报文尾部添零扩展为64字节。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述同步报文的交互方式为 将每个256-复帧作为一个报文发送周期，每个发送周期封装4个同步报文，每个报文占用一个64-子巾贞,每个报文的开头与每个64-子巾贞的开头对齐；所述主时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Announce、Sync、Sync、Delay_Resp,而所述从时钟OTN设备在每个发送周期的报文发送顺序为Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req、Delay_Req。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述提取所述相关报文并获取所述相应的时间戳进行时延计算具体步骤为所述主时钟OTN设备将Announce报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Announce报文后，提取出其携带的有关所述主时钟OTN设备的信息，并与所述主时钟OTN设备建立起主从关系；所述主时钟OTN设备将Sync报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，且将该Sync报文离开本端的时间戳MasterSyncTime添加到该Sync报文中；所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Sync报文后，提取出其携带的MasterSyncTime,并记录该Sync报文到达本端的时间戳SlaveClockTime ； 所述从时钟OTN设备将Delay_Req报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述主时钟OTN设备，且记录该报文离开本端的时间戳ST ； 所述主时钟OTN设备将表示对最近一个接收到的Delay_Req报文的响应的Delay_Resp报文插入到OTN的帧开销中，并发送给所述从时钟OTN设备，其中，所述Delay_Resp报文中携带有其对应的Delay_Req报文到达所述主时钟OTN设备的时戳MT ； 所述从时钟OTN设备接收到所述主时钟OTN设备发送的Delay_ReSp报文后，提取出MT，并根据Delay_ReSp报文和Delay_Req报文的匹配方法将MT和正确的ST相对应； 然后，所述从时钟OTN设备根据发送该Delay_Req报文前最近一次收到的Sync报文所对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳MasterSyncTime'和到达所述从时钟OTN设备的时间戳SlaveClockTime',按下式计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延Delay = [ (SlaveClockTime' -MasterSyncTime' ) + (MT-ST)]/2。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时间偏差计算具体步骤为offset=SlaveClockTime-MasterSyncTime-Delay, 其中，MasterSyncTime和SlaveClockTime分别为所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文对应的离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所述主时钟OTN设备和所述从时钟OTN设备的时延； 所述从时钟OTN设备计算出时间偏差值后，依据此时间偏差值对实时时间模块进行调
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据时间同步精度所需的Sync报文发送速率，从时钟OTN设备被配置为 收到的每个Sync报文均为有效Sync报文、或者每个256-复帧中的两个Sync报文的其中一个为有效Sync报文、或者每j个256-复帧中的其中一个Sync报文为有效Sync报文；其中，j为大于I的自然数。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算频率补偿值并对本地时钟进行补偿的步骤具体为 所述从时钟OTN设备对接收到的有效Sync报文进行计数，令该计数器值为k，并预设频率调整因子计算的分界值m ;根据计数器值k进行如下判断 a.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值满足2 < k < m时，计算频率调整因子ky](MasterClockTimQi - MasterClockTimei^)FSFk=^k-(SlaveClockTime. - SlaveCIockTimei l) i=2 其中，MasterClockTimei = MasterSyncTime^Delay， MasterSyncTimei 和SlaveClockTimei分别是计数器值为i时对应的所述从时钟OTN设备收到的有效Sync报文离开所述主时钟OTN设备的时间戳和到达所述从时钟OTN设备的时间戳，Delay为所述从时钟OTN设备收到该有效Sync报文前最近一次计算所得的时延值； 然后，所述从时钟OTN设备计算频率补偿值FCV = FSFkXFCV'，其中，FCV'为所述从时钟OTN设备上一次计算所得频率补偿值； 所述从时钟OTN设备根据FCV进行频率补偿； b.当所述从时钟OTN设备接收到Sync报文且所述计数器值k > m时，计算频率调整因子
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据OTN设备的时钟精度以及OTN网络中的链路时延抖动情况调节m的取值。
全文摘要
本发明涉及网络通信技术领域，提供了一种实现时间同步传送的OTN设备及方法。本发明的设备及方法基于IEEE 1588v2定义的同步报文和基本原理，提供一种适合在OTN中使用的包括同步报文封装及交互流程、报文处理方式、时钟调整算法等，并提供了相应的设备功能结构，使得采用异步时钟技术的OTN经频率补偿后能够实现高精度的时间同步传送，而无需在添加复杂的同步以太等功能基础上来实现高精度的时间同步传送。
文档编号H04J3/06GK102843620SQ20111017461
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者杨鹏飞, 王立芊, 陈雪, 房超, 孙曙和, 陈江峰 申请人:北京邮电大学, 北京格林威尔科技发展有限公司