CN101795423A - 无源光网络***的时间同步方法及其同步*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源光网络中时间的同步方法以及一种时间同步***，方法包括：在光线路终端向光网络单元执行时间同步，光线路终端与光网络单元之间使用管理通道进行时间信息的传递；时间信息包括光线路终端和光网络单元间的信息传递时延。本发明实现了无源光网络中时间的同步。

Description

无源光网络***的时间同步方法及其同步***
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种无源光网络***的时间同步方法及其同步***。
背景技术
通信***中的时间同步是指通信设备的时间和世界时协调一致，也称相位同步。
通信网络对通信***间的同步都有要求，特别是无线设备，下表列出了无线设备对同步的具体要求：
  无线技术   时钟频率精度要求   时间同步要求
  GSM   0.05ppm   NA
  WCDMA   0.05ppm   NA
  CDMA2000   0.05ppm   3us
  TD-SCDMA   0.05ppm   1.5us
  WiMax   0.05ppm   1us
  LTE   0.05ppm   倾向于采用时间同步
无源光网络(PON，Passive Optical Network)技术是一种点到多点的光接入技术，它由局侧的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、用户侧的ONU(Optical Network Unit，光网络单元)以及ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)组成。无源光网络有多种类型，大致可以分为波分PON，功率PON和这两种相互结合的混合PON。功率PON又因链路层的协议不同，分为APON(ATM Passive Optical Network，异步传输模式的无源光网络)，GPON(Gigabit Passive Optical Network，千兆无源光网络)和EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络)。
功率PON，一般其下行采用TDM(Time Division Multiplex，时分复用)广播方式，上行采用TDMA(Time Division MultipleAccess，时分多址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构(典型结构为树形结构)。
所谓混合PON是指在一个ODN网络中同时存在多个功率PON，这些功率PON采用不同的波长。
PON网络可用做接入段的承载网络，图1为PON在移动通信领域的组网及时钟传递的示意图，如图1所示为PON在移动通信中的典型组网。PON需要完成两个任务的传递：业务流的传递和时钟同步的传递，附图1中给出了时钟流的传递和分配方式。
PON网络协议本身只实现了频率同步，即ONU同步于OLT，但各ONU的相位差是任意的，即无法支持时间同步，无法满足移动通信或有时间同步要求的网络运用。
IEEE1588可以实现网络设备间的时间同步。
1)基于网络特性对称的假设，采用主从方式，在Packet上进行时间戳标记，周期时钟发布，接收方进行时钟偏移测量与延迟测量；
2)点对点的链路可提供最高的精度，引进边界时钟，与延迟抖动无关，可达到每跳10ns级时间准确度；
3)可实现频率与时间同步。
下面描述其详细实现机理，图2示出了IEEE1588协议实现机理的示意图。
1)假定Master(主)和Slave(从)设备间的时间差是Offset；
2)在T1时刻Master设备向Slave设备发送带时间戳的同步包，Slave设备在其本地T2时刻接收到同步报文，可以建立如下方程式，其中Delay是同步报文从Master设备到Slave设备的传输时延迟。
T2＝T1+Delay+Offset-------------------(1)
3)Master设备向Slave设备发送Follow_up(跟踪)消息；
4)Slave设备在本地T3时刻向Master设备发送Delay_Req(延迟请求)消息；
5)Master设备在其本地T4时刻向Slave设备发送Delay_Resp(延迟响应)消息。可以建立以下方程：
T4＝T3+Delay-Offset----------------(2)
6)联合方程(1)和(2)可以求出Offset值。
7)周期性的在Master和Slave设备间发送，Sync(同步)消息、Follow_up(跟踪)消息、Delay_Req(延迟请求)消息和Delay_Resp(延迟响应)消息，就能动态更新Offset值，从而保持Slave设备在时间上同步于Master设备。
8)Master设备和Slave设备间可以获得10ns级的时间准确度。
从上面描述可知，IEEE1588协议是基于网络特性对称的假设，即从Master设备到Salve设备的延迟和抖动，与从Slave设备到Master设备的延迟和抖动相同，且链路抖动大小直接决定了时间同步的精度。
GPON网络，即ITU G.984.1～4规范的PON网络，其对以太网业务的承载采用如图3示出的GPON网络承载以太网协议包的协议栈。为提高承载效率，GEM可以对上层业务数据流进行包的切分和重组，这样上层数据流的一个报文有可能被切分成多份，每一份在不固定的不同的时间点被发送，收端检测数据包的所有分片是否到齐，到齐后进行组装，恢复出完整的上层数据报文。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：对上层数据报文来说，GPON网络是个延迟不固定的网络，即其抖动很大，IEEE1588协议无法直接在GPON网络上运行，因此，在无源光网络中不能保证ONU在时间上精确同步于OLT。
发明内容
本发明旨在提供一种无源光网络***的时间同步方法，以解决在无源光网络中ONU在时间上不能精确同步于OLT的问题。
本专利公开了一种无源光网络中时间的同步方法以及一种时间同步***，
本***包括：
光线路终端(OLT)时间同步接收处理模块，光线路终端时间信息发送模块，传递时间信息的光纤***，和光网络单元的时间同步接收和处理模块。
其中所述光线路终端时间同步接收处理模块对所接收到的所述光线路终端发送的时间信息进行处理，获得需要与之同步的时间，进而同步本地光网络单元的时间；
其中所述光线路终端时间信息发送模块计算光线路终端到光网络单元的时延。
进一步，时间信息包括所述时延，以及，根据本地时间确定消息发送时刻并通过管理通道传递的时间信息。
进一步，管理通道为PLOAM(物理层操作管理维护)，使用无源光网络***物理层操作管理维护消息承载时间信息。
本专利的时间同步方法包括：
在光线路终端向光网络单元执行时间同步，光线路终端与光网络单元之间使用管理通道进行时间信息的传递；
时间信息包括光线路终端和光网络单元间的信息传递时延。
其中的管理通道可以是PLOAM(物理层操作管理维护)
进一步，时间的信息还包括PLOAM消息的发送时刻
其中PLOAM消息包括秒和/或纳秒的信息。
进一步，ONU通过接收到的PLOAM消息中的时间信息同步本地时间。
进一步，信息传递时延可以通过PON***的测距功能得到，或者使用PLOAM消息承载和1588协议相同信息，模拟1588的协议进行测量时延。
进一步，时间信息可以为信息传递时延加上发送时刻的时间，发送时刻的时间是指这个PLOAM消息发送的OLT的本地时间。
进一步，包涵时间信息的PLOAM消息需要定期发送。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了PON在移动通信领域的组网及时钟传递的示意图；
图2示出了IEEE1588协议实现机理的示意图；
图3示出了GPON网络承载以太网协议包的协议栈示意图；
图4示出了根据本发明实施例的无源光网络中时间的同步方法的流程图；
图5示出了根据本发明实施例的无源光网络中时间同步***的方框图；
图6示出了根据本发明优选实施例的无源光网络中时间的同步方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
图4示出了根据本发明实施例的无源光网络中时间的同步方法的流程图，在本发明的实施例中，提供了一种无源光网络中时间的同步方法，包括：在光线路终端向光网络单元执行时间同步，还包括如下步骤：
光线路终端与光网络单元之间使用管理通道进行时间信息的传递；
时间的信息包括光线路终端和光网络单元间的信息传递时延；
其中的管理通道可以是PLOAM(物理层操作管理维护)或者使用OMCI(ONT management and control interface)消息。
进一步，管理通道是PLOAM时，时间的信息还包括PLOAM消息的发送时刻
其中PLOAM消息包括秒和纳秒的信息。
进一步，ONU通过接收到的PLOAM消息中时间信息同步本地时间。
所述的信息传递时延可以通过PON***的测距功能得到，或者使用PLOAM消息承载和1588协议相同信息，模拟1588的协议进行测量时延。
所述的时间信息可以为信息传递时延加上发送时刻的时间，发送时刻的时间是指这个PLOAM消息发送的OLT的本地时间。
所述的包涵时间信息的PLOAM消息需要定期发送。
如果管理通道使用OMCI，需要设置ONU的相关管理实体，该管理实体包括OLT发送某个触发时间同步的桢的时间信息，还包括触发时间同步的桢号。
进一步，ONU通过接收触发时间同步的桢号后，更加相关管理实体的时间信息同步本地时间。
根据本发明实施例的同步方法，在光线路终端向光网络单元发送PLOAM形式的消息之前还可以包括：采用IEEE1588协议的方法在光线路终端和光线路终端的上级设备间执行时间同步。
根据本发明实施例的同步方法，采用IEEE1588协议的方法在光网络单元和光网络单元的下联设备间执行时间同步。进而保证与光网络单元相连的下联设备同与光线路终端相连的上联网络间的时间同步，进而实现与光网络单元相连的下联设备间的时间同步。实现了时间在无源光网络段的中继传输。
优选地，根据本发明实施例的同步方法，PLOAM形式的消息是不切片的消息。
该实施例在OLT和上联设备间及ONU和下联设备间运行IEEE1588时钟协议，而在OLT和ONU的PON段，采用光线路终端与光网络单元之间周期性使用PLOAM形式的消息，实现时间的传递，该实施例在PON段运行，把上联设备和OLT间及下联设备和ONU间的时间同步起来。
实施例利用GPON特有的POLAM消息或OMCI通道，实现时间在PON段的传递，PLOAM消息或OMCI通道在PON段的传输是不被分片的，PLOAM消息被发送时是作为一个整体一次性发送完毕，避开GPON网络对上层协议数据报文延迟不固定的特性，在PON网络上实现时间的同步传递，保证各ONU有相同的时间，如果在ONU和其下级设备间运行标准的IEEE1588协议，ONU还能把时间精确地传递给下级设备，保证各ONU下接的设备间也有相同的时间。
图5示出了根据本发明实施例的无源光网络中时间同步***的方框图，光线路终端(OLT)时间同步接收处理模块，时间信息发送模块，以及传递时间信息的光纤***，和光网络单元的时间同步接收和处理模块：
其中OLT时间接收处理模块对所接收到的时间信息进行处理，根据接收的时间信息调整本地的时间，从而同步接收到的时间。
其中时间信息发送模块计算OLT到ONU的时延，并通过管理通道传递时间信息。
进一步管理通道可以使用PON***物理层操作管理维护消息承载时间信息，时间信息是通过OLT到ONU的时延与发送物理层操作管理维护消息时刻计算得到的
进一步管理通道也可以使用GPON***的OMCI通道。
其中的传递时间信息的光纤***是点到多点的光纤***，是承载时间信息的物理媒质。
其中的光网络单元的时间同步接收和处理模块对接收到的OLT发送的时间信息进行处理，获得需要与之同步的时间，进而同步本地的ONT时间。
该实施例因为采用光线路终端与光网络单元之间周期性发送时间同步消息的方法，所以克服了在无源光网络中不能保证ONU在时间上精确同步于OLT的问题，进而达到了无源光网络中时间同步的效果。
图6示出了根据本发明优选实施例的无源光网络中时间的同步方法的流程图，该优选实施例的PON网络时间同步机制实现方法，具体包括：
在OLT和与其相连的设备间运行标准的IEEE1588协议，上级设备运行在Master模式，OLT运行在Slave模式，OLT在时间上精确同步于上级设备；
假定“上级设备”和OLT设备间的时间差是Offset；
在T1时刻“上级设备”向OLT发送带时间戳的同步报文，OLT设备在其本地T2时刻接收到同步报文，建立如下方程式，其中Delay是同步报文从“上级设备”到OLT的传输时延迟。
T2＝T1+Delay+Offset---------------(1)
“上级设备”向OLT发送Follow_up消息；
OLT在本地T3时刻向“上级设备”发送Delay_Req消息；
“上级设备”在其本地T4时刻向OLT发送Delay_Resp消息。建立如下方程式：
T4＝T3+Delay-Offset----------------(2)
联合方程(1)和(2)可以求出Offset值。
周期性的在“上级设备”和OLT间发送，Sync、Follow_up、Delay_Req和Delay_Resp消息，就能动态更新Offset值。
在OLT进行时间偏差(Offset)的动态、实时补偿，就能实现OLT在时间上同步于“上级设备”。
如果OLT同时连接两台“上级设备”就能实现时钟源的主备，提供网络可靠性，主备时钟源头的选择根据IEEE15888协议实现。
在OLT和ONU间不运行标准的IEEE1588协议。OLT设备工作在时钟的Master模式，ONU运行在Slave模式，ONU在时间上精确同步于OLT；
如果使用PLOAM通道，在T1时刻OLT向ONU发送带时间戳的同步PLOAM消息，ONU在其本地T2时刻接收到同步PLOAM消息，则OLT向ONU发送的消息中包括：T2，其中T2＝T1+Delay，而Offset就是本地时钟和T2之间的差，用来调整本地时钟。
如果使用OMCI通道，在计算出将要发送时间同步桢的时间T1，ONU在其本地T2时刻接收到相应的桢，则OLT设置相应的管理实体为T2，其中T2＝T1+Delay，在ONU接收到这个桢号时，就触发根据T2与本地时间同步。Offset就是本地时钟和T2之间的差，用来调整本地时钟。
其中Delay可以通过GPON固有的测距方式获得。
也可以通过模拟1588协议的方式获得。也就使用PLOAM消息模拟1588的时延测量过程。方法和1588测量点到点链路的方法相同。
各ONU都同步于OLT，各ONU间就实现了时间的精确同步。
在ONU和“下联设备”间运行标准IEEE1588协议，“下联设备”能在时间上精确同步于ONU，在移动通信领域“下联设备”就是基站。
根据本发明优选实施例的同步方法，为了保证时间精度，传递时间的协议报文都用硬件来收发。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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。

Claims (10)

1.无源光网络中时间的同步方法，在光线路终端向光网络单元执行时间同步，其特征在于：
所述光线路终端与所述光网络单元之间使用管理通道进行时间信息的传递；
所述时间信息包括所述光线路终端和所述光网络单元间的信息传递时延。
2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述管理通道为PLOAM(物理层操作管理维护)。
3.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述时间信息还包括PLOAM消息的发送时刻。
4.根据权利要求3所述的时间同步方法，其特征在于，所述PLOAM消息包括秒和/或纳秒的信息。
5.根据权利要求1或4所述的时间同步方法，其特征在于，所述光网络单元通过接收到的PLOAM消息中的时间信息同步本地时间。
6.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述信息传递时延通过所述无源光网络***的测距功能得到。
7.根据权利要求5所述的时间同步方法，其特征在于，所述PLOAM消息为定期发送。
8.无源光网络中的时间同步***，包括光线路终端时间同步接收处理模块，光线路终端时间信息发送模块，传递时间信息的光纤***，和光网络单元的时间同步接收和处理模块；其特征在于，
其中所述光线路终端时间同步接收处理模块对所接收到的所述光线路终端发送的时间信息进行处理，获得需要与之同步的时间，进而同步本地光网络单元的时间；
其中所述光线路终端时间信息发送模块计算光线路终端到光网络单元的时延。
9.根据权利要求8所述的时间同步***，其特征在于，所述时间信息包括所述时延，以及，根据本地时间确定消息发送时刻并通过管理通道传递的时间信息。
10.根据权利要求9所述的时间同步***，其特征在于，所述管理通道为PLOAM(物理层操作管理维护)，使用无源光网络***物理层操作管理维护消息承载时间信息。
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