CN101945305A - 一种实现时间同步的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现时间同步的方法及***，用以实现GPON***中的ONU与OLT的时间同步。本发明提供的一种实现时间同步的方法包括：当需要向光网络单元ONU发送的下话帧为特定下话帧时，光线路终端OLT记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，ONU记录该特定下话帧的接收时刻；所述ONU根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种实现时间同步的方法及***。
背景技术
吉比特无源光网络(GPON，Gigabit-Capable Passive Optical Network)，是一种采用一点到多点拓扑结构的无源接入技术的网络，由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)以及光分配网络(ODN)组成，如图1所示。其中，ODN中不含任何有源电子器件及电子电源，由光纤和光分/合路器组成。
GPON上下行一般采用波分复用，实现单纤双向传输，在下行方向采用时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)广播方式、上行方向采用时分多址接入(TDMA，Time Division Multiple Access)方式，可以灵活组成树型、星型和总线型等拓扑，其中树型结构最典型。
GPON***可以提供包括64kbit/s业务、E1电路业务、异步传输模式(ATM)业务、互联网协议(IP)业务和有线电视(CATV)等在内的全业务接入能力，而且可提供下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s的带宽。OLT时钟可以同步到具有高等级时钟的业务节点接口(SNI)上，或者同步到外部的其它时钟源(例如全球定位***GPS)。
GPON***的下行数据根据OLT的时钟发送，线路时钟的精度等于OLT的时钟等级；ONU从下行线路中锁定恢复时钟，ONU根据锁定的时钟发送上话数据，ONU锁定恢复的时钟精度等于OLT的时钟精度。虽然ONU可以通过恢复线路时钟来得到高精度的时钟，但是却不能得到精确的时间。
GPON***中，用户端可能会有高精度的时间同步的需求，然而，在现有技术下，GPON***只能提供高精度的时钟，并不能提供时间的同步，因此无法满足用户端的时间同步的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种实现时间同步的方法及***，用以实现GPON***中的ONU与OLT的时间同步。
本发明实施例提供的一种实现时间同步的方法包括：
当需要向光网络单元ONU发送的下话帧为特定下话帧时，光线路终端OLT记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；
当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，ONU记录该特定下话帧的接收时刻；
所述ONU根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整。
本发明实施例提供的一种通信***包括：光线路终端OLT和至少一个光网络单元ONU；
OLT，用于当需要向ONU发送的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；
ONU，用于当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的接收时刻；根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步。
本发明实施例，当需要向光网络单元ONU发送的下话帧为特定下话帧时，光线路终端OLT记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，ONU记录该特定下话帧的接收时刻；所述ONU根据同一特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步，从而实现了GPON***中的ONU与OLT的时间同步。
附图说明
图1为现有技术中的GPON***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种实现时间同步的总体流程示意图；
图3为本发明实施例提供的GPON***中下话帧的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的Ident域的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的RTD测量示意图；
图6为本发明实施例提供的OLT和ONU分别打时间戳的示意图；
图7为本发明实施例提供的实现ONU与OLT时间同步的具体流程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种通信***的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种OLT的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种ONU的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种实现时间同步的方法及***，用以实现GPON***中的ONU与OLT的时间同步。
下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行说明。
参见图2，本发明实施例提供的一种实现时间同步的方法总体包括步骤：
S101、当需要向ONU发送的下话帧为特定下话帧时，OLT记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给ONU。
S102、当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，ONU记录该特定下话帧的接收时刻。
S103、ONU根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差。
S104、ONU根据自身与OLT的时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步。
下面给出具体的解释说明。
GPON标准规定的下话帧结构如图3所示，帧长125微妙(us)，包含下行物理控制块(PCBd)和有效载荷(Payload)两部分。Payload透明承载异步传输模式(ATM)信元及一般帧程序(GFP)帧。PCBd模块用于物理层控制，包括物理同步域(PSync)、标识域(Ident)、下行物理层操作管理维护域(PLOAMd)、比特间插校验域(BIP)、有效载荷长度域(PLend)和带宽映射域(US BW MAP)几部分。PSync用作ONU与OLT的同步，为固定图案0xB6AB31E0(16进制数)。
Ident域主要用来指示超帧，其结构如图4所示，低30比特(bit)是一个超帧的计数器，最高位指示是否启用前向纠错(FEC)。当超帧计数器(Superframe counter)为0时，表示超帧的开始，随后每增加一帧超帧计数器的值都加1，直至最大值后归0。
PLOAMd用来承载下行的物理层操作管理维护(PLOAM)信息。
BIP是比特间插的奇偶校验8bit码，用作误码检测。
Plend指示了US BW Map域的长度及载荷中ATM信元的数目，为了防止出错，Plend出现两次。
US BW MAP指示了上行帧中不同的ONU所占用的不同时隙资源分配。
GPON标准规定，当ONU接入GPON***时，会有一次还回时延(RTD)测量来实现上话帧同步。RTD测量如图5所示，首先，OLT发送下话帧，当ONU接收到下话帧时，作一定均衡时延(EqD)，EqD的值一般为0，或为一个已知量，然后立即发送上话帧。OLT从发送下话帧到接收到ONU发送的上话帧的时间为RTD。图5中所示的Tpd为光纤时延，TiO1、TiO2、TiS1和TiS2分别为光模块的时延，Ts为ONU对信号的处理时延，则有：
RTD＝2*Tpd+TiO1+TiO2+TiS1+TiS2+Ts+EqD
TiO1、TiO2、TiS1、TiS2和Ts都是固定时延，而且时延很小，可以认为是对称的。进行完RTD测量后，为了满足各个ONU的上话帧同步，即对于各个ONU而言OLT期望的均衡还回时延Teqd均相同，OLT对每个ONU设置一个相应的EqD，以满足：
Teqd＝RTD(n)+EqD(n)
其中，RTD(n)表示第n个ONU的RTD，RTD(n)＝2*Tpd+TiO1+TiO2+TiS 1+TiS2+Ts；EqD(n)表示OLT为第n个ONU配置的EqD。Teqd是OLT侧的事先设置的期望的均衡还回延时，一般为帧周期的整数倍。
GPON标准中已经规定，EqD(n)由OLT通过操作管理维护(OAM)消息中的测距时间(Ranging_Time)消息下发到ONU。GPON标准中的Ranging_Time消息的具体结构如下面的表1所示，4-7字节表示的是EqD(n)的值，8-12字节未用到，因此本发明实施例对Ranging_Time消息做一定的扩展，利用8-12字节来传输Teqd的值。这样EqD(n)和Teqd可以通过Ranging_Time消息同时传递到各个ONU。
表1
第n个ONU获得Teqd和EqD(n)后，便可以计算出RTD(n)＝Teqd-EqD(n)，从而计算出OLT与第n个ONU之间的链路时延Delay＝RTD(n)/2。
OLT当有下话帧需要发送时，首先检测将要发送的下话帧的Superframecounter的值是否为预设的特定值，如果是，则判定该下话帧为特定下话帧，需要打时间戳，即记录该特定下话帧的发送时刻。那么在发送该特定下话帧的过程中，将检测到该特定下话帧的物理同步域(PSync)的当前时刻T1，记录为该特定下话帧的发送时刻。如果通过Superframe counter的值判断不需要打时间戳，则不作打时间戳的操作。
同理，ONU在需要接收来自OLT的下话帧时，首先通过检测将要接收的下话帧的Superframe counter的值来判断是否需要打时间戳。如果将要接收的下话帧的Superframe counter的值为预设的特定值，则判定该下话帧为特定下话帧，需要打时间戳，即记录该特定下话帧的接收时刻。那么，在接收该特定下话帧的过程中，将检测到该特定下话帧中的PSync的当前时刻T2记录为该特定下话帧的接收时刻。如果通过Superframe counter的值判断不需要打时间戳，则不作打时间戳的操作。
由此可见，所谓打时间戳的操作，如图6所示，即包括OLT向ONU发送下话帧时，当OLT检测到发送PSync时，记录当前时刻T1的操作；还包括ONU检测到接收的下话帧中的PSync时，记录当前时刻T2的操作。
具体地，Superframe counter的特定值是由OLT设置并通知给各个ONU的。OLT通过PLOAMd域，发送打戳配置(Stamp_Config)消息到各个ONU，通知ONU在接收到Ident域的Superframe counter为特定值的下话帧时打时间戳。
GPON标准中没有定义Stamp_Config消息，可以通过对OAM消息的扩展增加Stamp_Config消息。本发明实施例中对Stamp_Config消息的定义如下面的表2所示。第1字节表示ONU标识(ONU_ID)。第2字节表示Stamp_Config消息的消息标识(ID)，为0b00100000。第3字节表示Superframe counter的掩码比特长度，即打时间戳时从Superframe counter的最低比特位开始匹配Superframe counter的掩码长度内的比特值，匹配上则打时间戳，否则不打时间戳。第4-7字节为需要打时间戳的Superframe counter的特定值。第8-12不做定义。第13字节为CRC校验值。
表2
每次打时间戳完成后，OLT会通过PLOAMd域，将记录的时间T1利用T1时间戳(Stamp_Time_T1)消息告知各个ONU。
Stamp_Time_T1也没有在GPON标准中定义，本发明实施例可以通过对OAM消息的扩展增加Stamp_Time_T1消息。Stamp_Time_T1包含两个子消息：T1整秒时间戳(Stamp_Time_T1_Sec)消息和T1纳秒时间戳(Stamp_Time_T1_Nano)消息。
本发明实施例对Stamp_Time_T1_Sec消息的具体定义如下面的表3所示。Stamp_Time_T1_Sec消息的第1字节表示ONU的标识(ONU_ID)。第2字节表示Stamp_Time_T1_Sec消息的消息ID，为0b01000000。第3-8字节表示Stamp_Time_T1消息的整秒数。第9-12字节表示Stamp_Time_T1消息对应的需要打时间戳的特定下话帧的Superframe counter的特定值。
表3
本发明实施例对Stamp_Time_T1_Nano消息的具体定义如下面的表4所示。Stamp_Time_T1_Nano消息的第1字节表示ONU的标识(ONU_ID)。第2字节表示Stamp_Time_T1_Nano消息的消息ID，为0b01100000。第5-8字节表示Stamp_Time_T1消息的整秒部分之外的小数部分，单位是纳秒。第9-12字节表示Stamp_Time_T1消息对应的需要打时间戳的特定下话帧的Superframecounter的特定值。
表4
假设ONU的时间(t_onu)与OLT的时间(t_olt)不同步，两者的时间差offset＝t_onu-t_olt。因此，可以得到公式：offset＝T2-T1-Delay，即同一特定下话帧的接收时刻T2，减去该特定下话帧的发送时刻T1，再减去ONU与OLT之间的链路时延Delay，所得到的值即为ONU与OLT的时间差offset。
其中，ONU在RTD测量过程中可以获得Delay，ONU可以通过Stamp_Time_T1获得T1；T2是ONU记录的时间，也可以获得。因此，ONU可以计算利用这三个值计算得到offset的值，并进而利用offset的值不断的修正本地时钟，最终达到ONU的时钟与OLT的时钟完全同步。
综上，参见图7，本发明实施例提供的实现ONU与OLT时间同步的具体流程包括：
步骤一：ONU接入GPON***，进行RTD测量。
步骤二：ONU获取OLT发送的均衡时延EqD和期望的均衡还回时延Teqd。
步骤三：ONU利用EqD和Teqd计算得到ONU与OLT之间的链路时延Delay。
步骤四：OLT配置Superframe counter的特定值，并通知ONU记录Superframe counter的值为该特定值的特定下话帧的接收时刻。
步骤五：OLT和ONU分别对Superframe counter的值为该特定值的特定下话帧的打时间戳，即分别记录同一特定下话帧的发送时刻T1和接收时刻T2。
步骤六：OLT将特定下话帧的发送时刻T1通知给ONU。
步骤七：ONU通过T1、T2和Delay计算得到ONU与OLT之间的时间差offset。
步骤八：ONU根据offset的值调整本地时钟，使得自身与OLT的时间同步。
重复执行步骤五至步骤八，即不断调整ONU的本地时钟，使之与OLT的时间保持同步。
参见图8，本发明实施例提供的一种通信***包括：光线路终端OLT 11和至少一个光网络单元ONU 12。
OLT 11，用于当需要向ONU 12发送的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU 12。
ONU 12，用于当需要接收的来自OLT 11的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的接收时刻；根据同一特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT 11之间的链路时延，确定自身与OLT 11的时间差，并根据自身与OLT 11的时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT 11的时间同步。
较佳地，参见图9，所述OLT 11包括：
特定下话帧判定单元111，用于当需要向ONU 12发送的下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值为预先设置的特定值时，判定该下话帧为特定下话帧。
发送时刻记录单元112，用于记录特定下话帧的发送时刻。
发送时刻通知单元113，用于将特定下话帧的发送时刻通知给ONU 12。
较佳地，所述发送时刻记录单元112，将检测到特定下话帧中的物理同步域PSync的时刻，记录为该特定下话帧的发送时刻。
较佳地，参见图10，所述ONU 12包括：
特定下话帧判定单元121，用于当需要向ONU 12发送的下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值为预先设置的特定值时，判定该下话帧为特定下话帧。
接收时刻记录单元122，用于记录特定下话帧的接收时刻。
发送时刻获取单元123，用于从OLT 11获取特定下话帧的发送时刻。
链路时延确定单元124，用于通过OLT 11发送的测距时间Ranging_Time消息，获取所述OLT11期望的均衡还回时延Teqd和为所述ONU 12配置的均衡时延EqD；通过Teqd和EqD，确定所述ONU 12与OLT 11之间的链路时延。
时间差确定单元125，用于根据同一特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及所述ONU 12与所述OLT 11之间的链路时延，确定所述ONU 12与OLT11的时间差。
时钟调整单元126，用于根据所述时间差确定单元125确定的时间差对所述ONU 12的本地时钟进行调整，实现所述ONU 12与OLT 11的时间同步。
较佳地，所述接收时刻记录单元122，将检测到特定下话帧中的PSync的时刻，记录为该特定下话帧的接收时刻。
综上所述，本发明实施例，光线路终端OLT当需要向光网络单元ONU发送的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给ONU；ONU当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的接收时刻；ONU根据同一特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据该时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步，从而实现了GPON***中的ONU与OLT的时间同步，满足了用户端对时间同步的需求，并且，当TD-SCDMA***的基站(NodeB)通过GPON***接入时，ONU可以提供授时服务，从而无需基站提供授时服务，基站可以省去卫星导航接收机，而且也可以省去了架设导航接收机天线的施工麻烦。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种实现时间同步的方法，其特征在于，该方法包括：
当需要向光网络单元ONU发送的下话帧为特定下话帧时，光线路终端OLT记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；
当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，ONU记录该特定下话帧的接收时刻；
所述ONU根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值为预先设置的特定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
所述OLT通过扩展操作管理维护OAM消息，将所述特定值通知给所述ONU 。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OLT记录特定下话帧的发送时刻的步骤包括：
所述OLT将检测到特定下话帧中的物理同步域PSync的时刻，记录为该特定下话帧的发送时刻；
所述ONU记录特定下话帧的接收时刻的步骤包括：
所述ONU将检测到特定下话帧中的PSync的时刻，记录为该特定下话帧的接收时刻。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OLT将所述特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU的步骤包括：
所述OLT通过扩展操作管理维护OAM消息，将所述特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU。
6.根据权利要求1至5任一权项所述的方法，其特征在于，所述ONU获取自身与所述OLT之间的链路时延的步骤包括：
所述ONU通过所述OLT发送的测距时间Ranging_Time消息，获取所述OLT期望的均衡还回延迟Teqd和为所述ONU配置的均衡时延EqD；
所述ONU通过所述Teqd和EqD，确定自身与所述OLT之间的链路时延。
7.一种通信***，其特征在于，该***包括：光线路终端OLT和至少一个光网络单元ONU；
OLT，用于当需要向ONU发送的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的发送时刻，并将该特定下话帧的发送时刻通知给所述ONU；
ONU，用于当需要接收的来自OLT的下话帧为特定下话帧时，记录该特定下话帧的接收时刻；根据该特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及自身与所述OLT之间的链路时延，确定自身与OLT的时间差，并根据所述时间差对本地时钟进行调整，实现自身与OLT的时间同步。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述OLT包括：
特定下话帧判定单元，用于当需要向ONU发送的下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值为预先设置的特定值时，判定该下话帧为特定下话帧；
发送时刻记录单元，用于记录特定下话帧的发送时刻；
发送时刻通知单元，用于将特定下话帧的发送时刻通知给ONU。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述发送时刻记录单元，将检测到特定下话帧中的物理同步域PSync的时刻，记录为该特定下话帧的发送时刻。
10.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述ONU包括：
特定下话帧判定单元，用于当需要向ONU发送的下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值为预先设置的特定值时，判定该下话帧为特定下话帧；
接收时刻记录单元，用于记录特定下话帧的接收时刻；
发送时刻获取单元，用于从OLT获取特定下话帧的发送时刻；
时间差确定单元，用于根据同一特定下话帧的发送时刻、接收时刻、以及所述ONU与所述OLT之间的链路时延，确定所述ONU与OLT的时间差；
时钟调整单元，用于根据所述时间差对所述ONU的本地时钟进行调整，实现所述ONU与OLT的时间同步。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，所述接收时刻记录单元，将检测到特定下话帧中的PSync的时刻，记录为该特定下话帧的接收时刻。
12.根据权利要求10或11所述的***，其特征在于，所述ONU还包括：
链路时延确定单元，用于通过所述OLT发送的测距时间Ranging_Time消息，获取所述OLT期望的均衡还回延迟Teqd和为所述ONU配置的均衡时延EqD；通过所述Teqd和EqD，确定所述ONU与OLT之间的链路时延。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110112 |