一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法与流程

1.本发明涉及行波双端定位领域，特别是涉及一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法。


背景技术：

2.当前行波双端定位中要求两端的行波定位装置保持时间同步，其中，电力时间同步装置（time synchronism device，tsd）为行波定位装置提供了高精度同步时钟。
3.目前，电力tsd采用全球定位系统（gps）/北斗卫星导航定位系统明文民码传输的时标信号作为外部无线时间基准信号，缺乏认证加密保障措施，可能接收恶意攻击者发送的虚假卫星信号，产生和输出错误的时间信号，再借助电力监控系统的工作机制，会导致系统/设备功能紊乱、失控，甚至做出错误控制决策，造成时间同步攻击（time synchronization attack，tsa）。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法，能够保证行波定位装置的时间同步，进而提高行波定位装置的可靠性和安全性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种应用于行波定位装置的时间同步系统，包括：主时钟服务器、5g基站、部署有5g网络时间同步模块的行波定位装置以及5g时间同步网；所述主时钟服务器通过所述5g时间同步网与所述5g基站进行通信；所述5g基站与所述行波定位装置进行通信；所述主时钟服务器用于从卫星和原子钟获取时间同步信号；所述5g时间同步网采用1588v2技术以及ptp协议将时间同步信号传输至所述5g基站；所述5g基站采用ptp协议将时间同步信号传输至所述行波定位装置中的所述5g网络时间同步模块；所述5g网络时间同步模块用于根据时间同步信号确定所述5g基站与行波定位装置之间的误差，利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号传输至所述行波定位装置中的时间测试仪；所述行波定位装置还用于利用存储的公钥将真实身份supi加密为用户隐藏标识符suci，并将所述用户隐藏标识符suci通过所述5g基站传输至所述5g时间同步网；所述5g时间同步网还用于将用户隐藏标识符suci进行解密，并对解密后的身份采用相应的认证方式提取对应的鉴权密钥与鉴权结果；并当鉴权结果为真时，开始进行行波定位装置的时间同步。
6.可选地，所述5g时间同步网包括：核心层、汇聚层以及接入层；所述核心层用于利用交换机进行时间同步信号的传输；
所述汇聚层用于为所述接入层提供基于策略的连接以及进行行波定位装置身份的认证；基于策略的连接包括：地址合并、协议过滤、路由服务、认证管理；所述接入层用于将时间同步信号传输至所述5g基站。
7.可选地，所述5g基站采用3gppts36.331通信标准和3gppts38.331通信标准。
8.可选地，所述5g网络时间同步模块包括：无线终端核和时间同步处理核；所述无线终端核用于接收所述5g基站传输的时间同步信号，并将时间同步信号以串口时间报文的形式发送给所述时间同步处理核；所述时间同步处理核根据所述无线终端核传输的信号进行处理确定误差，并利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号以串口时间报文的形式发送给时间测试仪。
9.一种应用于行波定位装置的时间同步方法，应用于所述的一种应用于行波定位装置的时间同步系统，所述时间同步方法包括：5g时间同步网对行波定位装置的身份进行验证，当验证通过后，将从主时钟服务器获取的时间同步信号通过5g基站传输至行波定位装置；行波定位装置中的5g网络时间同步模块根据时间同步信号确定所述5g基站与行波定位装置之间的误差，利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号传输至所述行波定位装置中的时间测试仪。
10.可选地，所述5g时间同步网对行波定位装置的身份进行验证，当验证通过后，将从主时钟服务器获取的时间同步信号通过5g基站传输至行波定位装置，具体包括：行波定位装置利用存储的公钥将真实身份supi加密为用户隐藏标识符suci；将所述用户隐藏标识符suci通过5g基站传输至5g时间同步网；5g时间同步网中的汇聚层对用户隐藏标识符suci进行解密，并对解密后的身份采用相应的认证方式提取对应的鉴权密钥与鉴权结果，进而对鉴权结果进行验证。
11.可选地，所述时间同步方法还包括：所述主时钟服务器从卫星和原子钟获取时间同步信号。
12.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所提供的一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法，利用主时钟服务器、5g基站、部署有5g网络时间同步模块的行波定位装置以及5g时间同步网构建了5g网络时间同步架构，消除了5g基站与行波定位装置的误差，实现高精度时间同步。利用5g时间同步网为行波定位装置（终端）提供时间同步信号，防止造成时间同步攻击，提高电力时间同步装置的可靠性。此外，本发明引入了用户隐藏标识符(subscription concealed identifier，suci)，防止行波定位装置的真实身份信息的泄露，解决了目前电力时间同步装置普遍采用gps/北斗的民码授时，民码相对于加密的5g网络信号，缺乏安全保障，可能受到恶意攻击者发送的虚假卫星信号攻击，进而导致定位系统产生误差和故障的问题。可见，本发明能够有效提高行波定位装置的可靠性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明所提供的一种应用于行波定位装置的时间同步系统原理示意图；图2为5g网络时间同步模块结构示意图；图3为5g基站-终端的时间同步机制原理示意图；图4为行波定位装置硬件原理框图。
具体实施方式
15.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.本发明的目的是提供一种应用于行波定位装置的时间同步系统及方法，能够保证行波定位装置的时间同步，进而提高行波定位装置的可靠性和安全性。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
18.如图1所示，本发明所提供的一种应用于行波定位装置的时间同步系统，包括：主时钟服务器、5g基站、部署有5g网络时间同步模块的行波定位装置以及5g时间同步网。
19.所述主时钟服务器通过所述5g时间同步网与所述5g基站进行通信；所述5g基站与所述行波定位装置进行通信。
20.所述主时钟服务器用于从卫星和原子钟获取时间同步信号；卫星（gps/北斗系统）和原子钟给主时钟服务器提供最高精度时间信号。主时钟服务器对卫星信号进行解码和处理，获得高精度时间同步源。在卫星不可用的情况下，通过原子钟获取超高精度时间同步信号。卫星授时采用双频接收技术，双频接收机可同时接收单个卫星系统的2个频点载波信号（gps的l1、l2或北斗的b1、b2），通过特定算法可有效消除电离层对电磁波信号延迟的影响，授时精度可达
±
30ns。同时卫星（gps/北斗系统）参考的基础上增加国家高精度地面授时（原子钟授时）专用光纤网络参考源，可以实现天上卫星失效时的可靠备份。原子钟与服务器间的时间信息通过光纤传递，最大程度上减少传输过程中的误差。
21.所述5g时间同步网采用1588v2技术以及ptp协议将时间同步信号传输至所述5g基站；采用1588v2技术将分散、独立运行的时钟同步。
22.如图1所示，时间同步实现单向传递，包括4个主要参考点：a为主时钟服务器主时钟输出；b为5g时间同步网输出；c为从时钟输出；d表示无线空口输出。参考点a之前属于高精度时间源设备，由gps/北斗系统和原子钟提供超高精度时间源；参考点a和b之间属于5g时间同步网的核心部分，应采用高精度同步传输技术；参考点c属于5g时间同步网与5g基站的连接点。
23.所述5g基站采用ptp协议将时间同步信号传输至所述行波定位装置中的所述5g网络时间同步模块；ptp协议通过以太网接口实现局间互联。
24.所述5g网络时间同步模块用于根据时间同步信号确定所述5g基站与行波定位装置之间的误差，利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号传输至所
述行波定位装置中的时间测试仪。
25.所述行波定位装置还用于利用存储的公钥将真实身份supi加密为用户隐藏标识符suci，并将所述用户隐藏标识符suci通过所述5g基站传输至所述5g时间同步网；所述5g时间同步网还用于将用户隐藏标识符suci进行解密，并对解密后的身份采用相应的认证方式提取对应的鉴权密钥与鉴权结果；并当鉴权结果为真时，开始进行行波定位装置的时间同步。
26.主时钟通过传输ptp协议报文实现时间同步，报文于物理层被打上时间戳，用以计算时间偏移和路径时延，从而调整本地时间，完成对各个5g基站时钟的授时功能。
27.所述5g时间同步网包括：核心层、汇聚层以及接入层。
28.所述核心层用于利用交换机进行时间同步信号的传输；核心层的设备采用双机冗余热备份来改善网络性能，提高容错性。
29.所述汇聚层用于为所述接入层提供基于策略的连接以及进行行波定位装置身份的认证；基于策略的连接包括：地址合并、协议过滤、路由服务、认证管理；所述接入层用于将时间同步信号传输至所述5g基站。
30.所述5g基站采用3gppts36.331通信标准和3gppts38.331通信标准。5g基站每10ms向终端设备广播发送1次系统帧号（system frame number，sfn），sfn数据帧中的sib9数据块表示世界协调时间（coordinated universal time，utc）相关信息，utc时间对应sfn帧头时间；行波定位装置（终端）通过接收的sfn数据帧恢复时间信息。
31.如图2所示，所述5g网络时间同步模块包括：无线终端核和时间同步处理核；所述无线终端核用于接收所述5g基站传输的时间同步信号，并将时间同步信号以串口时间报文的形式发送给所述时间同步处理核；所述时间同步处理核根据所述无线终端核传输的信号进行处理确定所述5g基站与行波定位装置之间的误差，并利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号以串口时间报文的形式发送给时间测试仪。
32.作为一个具体的实施例，时间同步处理核对终端无线核输出1pps信息进行处理，提高授时精度。终端无线核输出1pps信息时存在一定范围波动，偏差甚至会达到毫秒级，需要通过终端时间同步处理模块对抖动进行滤除并提高授时精度。
33.如图3所示，5g基站-终端的时间同步的过程为：1)5g基站侧于t1时刻发送下行同步消息1，该下行消息中带有t1时刻信息；2)终端设备于t2时刻接收到下行同步消息1；3)终端设备于t3时刻发送上行消息，t4时刻5g基站收到该消息；4)随后终端设备收到下行同步消息2，其中带有t4时刻信息。
34.通过上述步骤，终端侧获得t
1-t4时刻信息，进一步在网络路径时延对称前提下计算传播时延（t
delay
）及偏移量（t
offset
）：（1.1）（1.2）（1.3）
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1.4）则终端侧时钟调整为：
ꢀꢀꢀ
（1.5）式中t
before
、t
after
分别为终端时钟调整前和调整后时刻。
35.调整后时刻t
after
以串口时间报文的形式发送给行波定位装置中的时间测试仪，完成高精度时间同步。
36.如图4所示，现代行波定位装置在硬件上一般采用上位机和下位机的结构。下位机一般负责完成高速数据采集、时间同步、与对端通讯、以及故障启动等功能。上位机负责测距和选相、人机接口界面显示、故障报告生成、暂态波形显示、结果打印、实现与调度中心通讯等功能。
37.5g网络时间同步模块应用于图4中的5g接收硬件部分，该部分和gps/北斗接收同级，同时提供高精度同步时间，这两个部分所提供的时间信号将由时间测试仪硬件进行测试评估，得出最优的同步时间信号与从互感器经隔离变换得出的行波信号一起输出给下位机，最后由下位机实现故障定位。5g网络时间信号与gps/北斗接收的时间信号属于互补关系，当gps/北斗信号中断时，采用5g网络时间信号，也可以实现故障定位。
38.本发明通过分析5g无线终端授时的基本原理，构建了5g网络时间同步架构，研究了5g基站和终端的时间同步机制实现无线终端的高精度时间输出及应用，同时，目前的5g标准中引入了用户隐藏标识符防止用户真实身份信息的泄露，这相对于目前电力时间同步装置采用gps/北斗民码传输时标信号更加安全可靠。
39.本发明所提供的一种应用于行波定位装置的时间同步方法，应用于上述一种应用于行波定位装置的时间同步系统，所述时间同步方法包括：s101，5g时间同步网对行波定位装置的身份进行验证，当验证通过后，将从主时钟服务器获取的时间同步信号通过5g基站传输至行波定位装置；s101具体包括：行波定位装置利用存储的公钥将真实身份supi加密为用户隐藏标识符suci；将所述用户隐藏标识符suci通过5g基站传输至5g时间同步网；5g时间同步网中的汇聚层对用户隐藏标识符suci进行解密，并对解密后的身份采用相应的认证方式提取对应的鉴权密钥与鉴权结果，进而对鉴权结果进行验证。
40.s102，行波定位装置中的5g网络时间同步模块根据时间同步信号确定所述5g基站与行波定位装置之间的误差，利用误差进行时间同步信号的调整，并将调整后的时间同步信号传输至所述行波定位装置中的时间测试仪。
41.本发明所提供的一种应用于行波定位装置的时间同步方法，还包括：所述主时钟服务器从卫星和原子钟获取时间同步信号。
42.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
43.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。