CN105356990B - 时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时间同步方法，包括：根据时间同步网中同步节点的分布情况，选取1级同步节点，并在所述1级同步节点设置基准时钟；根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级并确定级联关系，其中，所述同步节点级联至其上层级的至少一个同步节点；根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步。本方法能够缓解大规模组网时传输端口数量和主时钟处理能力受限的问题，并提高组网的灵活性，可以有效进行时间同步。

Description

时间同步方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时间同步方法。
背景技术
工业现场控制的规模的扩大和自动化程度的提高对监控和控制的同步性和实时性提出了越来越高的要求。针对设备之间的时钟同步问题，美国电气与电子工程师协会(IEEE)发布了IEEE1588，1588作为一种高精度的时间同步的实现技术，在电信领域受到广泛关注，其中1588v2规范(又称为精确时间协议，Precision Time Protocol，简称为PTP)中的一些特性是基于电信网络环境的需求而开发的，在大规模组网时能有效减少网络延迟带来的同步精度下降，同时增加了PTP网络的扩展性和组网的灵活性。
目前PTP技术作为全球定位***(Global Positioning System，简称为GPS)的一种替代方案用以解决3G/4G基站的时间同步问题，已经在电信运营商(如***)的城域网中得到了试点应用；在电力***中部分被授时设备如行波测距装置、雷电定位装置等时间精度要求优于±1μs，目前主要采用单站卫星授时的方式为变电站提供高精度时间同步信号，部分地市也组建了PTP时间同步试验网，为变电站内的被授时设备提供高精度的时间同步信号。虽然利用PTP技术已经可以组建时间同步网进行时间传送，可以为网络末端的被授时设备提供亚微秒量级的时间同步信号，但目前所应用到的网络规模仅限于局域网和地市级的城域网，所部署的时间同步服务器数量十分有限。
随着时间同步需求的不断增大以及对网络健壮性安全性要求的日益提高，利用PTP技术进行组网必然要面临大规模网络应用的挑战。最为突出的问题为随着网络规模的扩大，时间同步设备数量的增多，在PTP组网的关键实现技术中，PTP时间同步链路需要依托于现网的传输资源进行规划组织，目前电力等专网以SDH/MSTP(Synchronous DigitalHierarchy，同步数字体系/Multi-Service Transfer Platform，基于SDH的多业务传送平台)传输为主，出于节省带宽的考虑比较可行的方式是通过SDH/MSTP传输网的E1(准同步数字系列帧信号)通道进行PTP时间同步信号的传送。
目前PTP技术仅限于在局域网和城域网中应用，SDH/MSTP传输***中典型的PTP时间同步组网应用如图1所示，由时间同步源头、时间传送网络和末端设备三部分组成。其中，时间同步源头为基准时钟设备，可溯源至卫星授时***GNSS(Global NavigationSatellite System)，并作为全网的时间源头(GM：GrandMaster)，基准时钟设备中有GPS/北斗和高精度原子钟两个源头，以保证时钟源头的可靠性；中间的时间传送网络由PTP时间同步链路和PTP时间同步节点(即从时钟)构成，PTP时间同步节点通过SDH/MSTP设备的E1通道与其它时间同步节点级联构成时间同步链路，对于SDH/MSTP传输网而言则是将PTP时间同步信号当作业务通过E1通道进行传输；末端设备为被授时设备，可为3G/4G基站、变电站内的自动化设备等。由于目前的PTP组网规模有限，因此网络层级比较单一，通常采用两级结构，若干个2级PTP从时钟通过E1通道构成的时间同步链路直接溯源到主备两个1级PTP主时钟上。为了组网灵活并考虑到实际工程中的资源受限情况，2级PTP从时钟之间可以进行级联，如图1中站点1的从时钟通过PTP级联可跟踪站点2的从时钟。
随着未来基于PTP技术大规模网络应用的推广，利用SDH/MSTP传输网的E1通道进行PTP时间同步信号传输将面临如下问题：
1)与1级主时钟对接的SDH/MSTP设备E1端口的资源消耗严重，所有的2级从时钟设备需通过独立的E1通道直接溯源至1级主时钟设备，如图2(a)所示，如果有N个2级从时钟直接溯源至1级从时钟，那么与1级主时钟设备对接的SDH/MSTP设备E1端口数量需为N个，如PTP组网中N数量过大则会导致SDH/MSTP设备E1端口数量受限；
2)1级PTP主时钟设备的处理能力有限，如与1级PTP主时钟设备建立连接的2级PTP从时钟设备数量N过大，则会出现两种情况：一是可建立PTP连接但因PTP主时钟设备处理能力有限，导致输出精度下降，二是无法建立PTP连接；
3)所有2级PTP从时钟均集中溯源至1级PTP主时钟设备，如图2(b)所示，因此如果2级PTP从时钟数量过大，在SDH/MSTP网络中易导致传输带宽资源受限；
目前，上述三个问题极大地限制了PTP技术的推广和组网应用，因此还没有大规模组网解决方案。
发明内容
本发明提供了一种时间同步方法，以至少解决组建大规模时间同步网时，存在传输设备端口数量瓶颈和主时钟设备处理能力瓶颈，不能有效进行时间同步的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种时间同步方法，包括：根据时间同步网中同步节点分布情况，选取1级同步节点，并在所述1级同步节点设置基准时钟；根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级并确定级联关系，其中，所述同步节点级联至其上层级的至少一个同步节点；根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步。
在一个实施例中，根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级，包括：对所述1级同步节点进行标记；以所述1级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行预设距离的节点遍历得到2级同步节点，并对所述2级同步节点进行标记；重复以上方式将所述同步节点划分为N个层级，其中，N为预设值。
在一个实施例中，确定级联关系包括：根据所述同步节点划分层级时的遍历路径确定相邻层级节点间的级联关系。
在一个实施例中，所述根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步之前，还包括：根据所述同步节点的级联关系确定每个同步节点的传输参数；判断所述传输参数是否满足预设条件；若不满足，则调整相关的同步节点之间的级联关系。
在一个实施例中，所述传输参数包括入端口数、出端口数和每两个传输网元之间物理连接中的同步链路数。
在一个实施例中，所述调整相关的同步节点之间的级联关系包括：查找与所述相关的同步节点距离最近的上级同步节点，并建立级联关系。
在一个实施例中，所述根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步包括：通过所述时间同步链路向级联的上层级同步节点获取时间同步信号。
在一个实施例中，所述1级同步节点为两个，分别设置一个主用基准时钟和一个备用基准时钟，所述对所述同步节点划分层级具体包括分别以主用基准时钟和备用基准时钟为起点对所述同步节点划分层级。
在一个实施例中，当采用所述备用基准时钟为主时间源时，所述方法还包括：根据所述备用基准时钟对应的同步节点层级和级联关系进行时间同步。
通过本发明的时间同步方法，将时间同步网中的若干个同步节点划分为多个层级，通过同步节点之间的级联进行时间同步，无需将所有从时钟同步节点全部直接级联到1级同步节点的基准时钟，避免了PTP大规模组网中的1级同步节点E1端口数量瓶颈；各层同步节点之间采用分布式的访问方式，使从时钟节点对基准时钟的PTP处理进行了有效分担，且实现了不同同步节点之间的带宽资源复用，缓解了传输带宽受限的问题。
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限定。在附图中：
图1是现有技术的典型PTP组网应用示意图；
图2(a)是现有技术的大规模PTP组网E1端口数量瓶颈示意图；
图2(b)是现有技术的大规模PTP组网传输带宽瓶颈示意图；
图3是本发明实施例的时间同步方法的流程图；
图4是本发明实施例的建立PTP同步组网连接的具体实现流程图；
图5是本发明实施例的同步节点级联结构示意图；
图6(a)是本发明实施例的同步节点之间物理连接示意图；
图6(b)是本发明实施例的同步节点之间逻辑连接示意图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种时间同步方法。在实际应用中，可以在该方法的基础上，组建大规模的时间同步网，增加被授时设备数量，缓解传输端口数量和主时钟处理能力受限的问题，并提高组网的灵活性，可以有效进行时间同步。
图3是本发明实施例的时间同步方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤S301，根据时间同步网中同步节点分布情况，选取1级同步节点，并在所述1级同步节点设置基准时钟。具体可以根据已知的同步节点分布密度等情况，选取合适的同步节点作为1级同步节点，在所述1级同步节点设置基准时钟，基准时钟通过相应的传输设备接入时间同步网中，作为整个时间同步网中的主时间源。
步骤S302，根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级并确定级联关系，其中，所述同步节点级联至其上层级的至少一个同步节点。即对时间同步网中的同步节点进行分级，以基准时钟为第一层级，对从时钟节点逐层遍历，将所有同步节点分为预设个层级，同时根据遍历的路径确定级联关系，每个同步节点通过时间同步链路级联至其上层级的至少一个同步节点，例如，第三层级的同步节点可以级联至第一层级的同步节点和/或第二层级的同步节点。
步骤S303，根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步。在确定同步节点的层级和级联关系后，每个同步节点都可以通过时间同步链路向级联的上层级的同步节点获取时间同步信号，具体的时间同步过程可以采用现有技术实现，此处不再赘述。
在现有的PTP时间同步组网技术中将所有的从时钟同步节点级联至1级同步节点的基准时钟，而在组建一张大规模的时间同步网时，随着需要被授时的设备增多，从时钟同步节点数量需求增加，1级同步节点的传输端口数量受限，基准时钟的处理能力也有限，导致PTP时间同步精度和连接率下降，同时，从时钟同步节点数量增多导致传输网中的时间同步链路增多，因此还会遇到传输带宽的限制问题。
通过本发明实施例的时间同步方法，将时间同步网中的若干个同步节点划分为多个层级，通过同步节点之间的级联进行时间同步，无需将所有从时钟同步节点全部直接级联到1级同步节点的基准时钟，避免了PTP大规模组网中的1级同步节点E1端口数量瓶颈；各层同步节点之间采用分布式的访问方式，使从时钟节点对基准时钟的PTP处理进行了有效分担，且实现了不同同步节点之间的带宽资源复用，缓解了传输带宽受限的问题。
在一个实施例中，步骤S302中根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级可以包括：对所述1级同步节点进行标记；以所述1级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行预设距离的节点遍历得到2级同步节点，并对所述2级同步节点进行标记；重复以上方式将所述同步节点划分为N个层级，其中，N为预设值。
具体地，本实施例中，对同步节点进行编号，可将同步节点记为n(i，j)，其中，i表示同步节点的层级编号，1≤i≤N，j表示同步节点序号，1≤j≤255，则1级同步节点记为n(1，1)。由于时间同步信号通过传输网元进行传输，每个从时钟设备对应连接到该同步节点的传输网元上，因此可以根据现有的SDH/MSTP传输拓扑G(M，L)(其中M为传输网元，L为传输网元间的实际物理连接)，以1级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行传输网元X跳遍历，得到2级同步节点，2级同步节点对应2级从时钟设备。以划分为6个层级为例，可以将与1级同步节点距离5跳的未经标记的同步节点依次标记为2级同步节点，n(2,1)，n(2，2)，n(2，3)，…，n(2，j)。然后以2级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行传输网元X跳遍历得到3级同步节点，并记为n(3,1)，n(3，2)，n(3，3)，…，n(3，j)，以此类推直到4级同步节点和5级同步节点，可将剩余的未标记的同步节点记为6级同步节点。其中，每次遍历时X的取值可以根据网络规模等实际情况设定。
需要理解的是，以上列举的只是一种优选的分级方案，划分层级的方法还可以有多种，在此不再一一列举。
在一个实施例中，步骤S302中确定级联关系可以包括：根据所述同步节点划分层级时的遍历路径确定相邻层级节点间的级联关系。具体根据遍历路径可以将下层级的同步节点直接级联到最近的上一层级同步节点。
进一步的，还可以根据相级联的两个同步节点的编号确定对应同步链路的编号，同时便于对端口和带宽占用情况进行统计。
在一个实施例中，在根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步之前，还包括：根据所述同步节点的级联关系确定每个同步节点的传输参数；判断所述传输参数是否满足预设条件；若不满足，则调整相关的同步节点之间的级联关系。其中，传输参数包括入端口数、出端口数和每两个传输网元之间物理连接中的同步链路数。
在一个实施例中，所述调整相关的同步节点之间的级联关系包括：查找与所述相关的同步节点距离最近的上级同步节点，并建立级联关系。该上级同步节点可以是上一相邻层级的同步节点，也可以是非相邻层级的上级节点。
在一个实施例中，选取1级同步节点时需选取至少一个主用基准时钟节点和一个备用基准时钟节点，对同步节点划分层级时，可分别以主用基准时钟节点和备用基准时钟节点为起点对同步节点划分层级。当主用基准时钟异常，而采用备用基准时钟为主时间源时，需要以备用基准时钟为起点确定的同步节点层级和级联关系进行时间同步。具体可以将主用基准时钟节点和备用基准时钟节点分别部署在两个异地站点，以提高同步网的源头可靠性。
对于具有大规模同步节点的时间同步网，建立PTP同步组网连接的具体实现流程如图4所示，包括以下步骤：
步骤401，选取1级同步节点：根据大规模网络中同步节点的总数量和分布情况选择主用和备用两个1级同步节点设置主/备用基准时钟。具体的，同步节点的总数量和分布情况可以根据用户(可以是工作人员)输入的信息确定。
步骤402，同步节点分层并标记：分别以主用和备用的1级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行预设距离遍历，将同步节点分为N层，并对各层节点进行标记如下：n(i，j)，其中，i表示同步节点的层级编号，1≤i≤N，j表示同步节点序号，1≤j≤255，例如两个1级同步节点分别记为n(1,1)和n(1,2)。
步骤403，初步确定级联关系和同步链路：可根据遍历路径确定级联关系和时间同步链路，多层级联后的示意图如图5所示。需要理解的是，在确定各层同步节点的层级和级联关系后，级联的节点之间的传输路径即为时间同步链路。
步骤404，统计传输参数：可根据初步确定的级联关***计每个同步节点n(i，j)的出端口数Pout(i，j)和入端口数Pin(i，j)，每两个传输网元之间的物理连接La,b中的E1通道数e(a,b)，其中，a、b为两个传输网元的标记(实际标记形式应为Ma和Mb，此处为简写)。具体地，出端口数Pout(i，j)为该节点向上层节点级联的数量，入端口数Pin(i，j)为该节点被下层节点级联的数量。可以根据如图6(a)和图6(b)所示的PTP链路中物理连接情况和逻辑连接情况统计每条E1通道的一端到另一端共占用的物理连接La,b，比如e(a,b)＝L1，2+L2，3+L3，5+L5，6，则相关联的La，b如上述L1，2，L2，3，L3，5，L5，6占用E1通道数都加1，然后遍历每个E1通道将结果统计到每个物理连接La，b上，得到每个物理连接La,b中的E1通道数e(a,b)。
步骤405，判断所述传输参数是否满足预设条件：其中，预设条件可以根据当前网络中传输设备可以提供的端口数量、各级同步节点的最大处理能力和传输网能提供的带宽资源确定。
步骤406，当步骤404统计得到的传输参数满足步骤405中的预设条件时，即可根据当前同步节点所属的层级和级联关系进行PTP时间同步。
步骤407，而当步骤404统计得到的传输参数有至少一项不满足步骤405中的预设条件时，调整相关的同步节点之间的级联关系：例如6级同步节点与距离最短的5级同步节点之间的连接不满足预设条件，则将该6级同步节点与距离次短的5级同步节点进行连接，再重复步骤404进行统计，直到满足预设条件，完成5、6级同步节点之间的PTP连接，以此类推完成1～5级同步节点之间的PTP连接。在调整级联关系时，还可以根据PTP的级联规则将下级节点与非相邻层级的上层节点级联，例如，第4级的同步节点可以级联至其上层级的同步节点(即1级同步节点、2级同步节点和3级同步节点)中的至少一个。
需要说明的是，在上述方法中，PTP时间同步信号需要在同步节点内处理并转发至下游节点。在实际操作中可通过自动转发或人工规划的方法规划出同步节点的层级和级联关系，在同步时自动跟踪到级联的上层同步节点获取PTP同步信号，完成时间同步。
在PTP技术中每个同步节点最多可连接255个同步节点，那么使用本发明的方法后，避免了PTP大规模组网中的1级同步节点E1端口数量瓶颈，在增加从时钟同步节点时也会相应的增加向下级联时可用的E1端口数量，在大规模网络中每1级可连接的从时钟同步节点数量和每一节点的传输端口数量均具有相应的富余度，而在一定的富余度的基础上，可增设的同步节点一方面可作为备用，用以增加网络的可靠性，另一方面各层同步节点之间采用分布式的访问方式，无需将所有从时钟同步节点全部直接级联到1级同步节点的基准时钟，使从时钟节点对基准时钟的PTP处理进行了有效分担，同时实现了传输网元之间E1通道的带宽资源复用，便于同步网的升级和扩容。并且，在此基础上，根据传输参数对级联关系进行调整，能够有效避免升级和扩容带来的传输端口瓶颈和带宽资源瓶颈，提高了同步组网的灵活性，且可以有效进行组网和时间同步。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时间同步方法，其特征在于，包括：
根据时间同步网中同步节点分布情况，选取1级同步节点，并在所述1级同步节点设置基准时钟；
根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级并确定级联关系，其中，所述同步节点级联至其上层级的至少一个同步节点；
根据所述同步节点的级联关系确定每个同步节点的传输参数，所述传输参数包括入端口数、出端口数和每两个传输网元之间物理连接中的同步链路数；
判断所述传输参数是否满足预设条件；
若不满足，则调整相关的同步节点之间的级联关系；
根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步；
其中，所述根据时间同步网中传输网元的拓扑结构对所述同步节点划分层级，包括：
对所述1级同步节点进行标记；
以所述1级同步节点为起点，对未标记的同步节点进行预设距离的节点遍历得到2级同步节点，并对所述2级同步节点进行标记；
重复以上方式将所述同步节点划分为N个层级，其中，N为预设值；
其中，所述确定级联关系包括：
根据所述同步节点划分层级时的遍历路径确定相邻层级节点间的级联关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整相关的同步节点之间的级联关系包括：
查找与所述相关的同步节点距离最近的上级同步节点，并建立级联关系。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述同步节点所属的层级和级联关系进行时间同步包括：
通过时间同步链路向级联的上层级同步节点获取时间同步信号。
4.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述1级同步节点为两个，分别设置一个主用基准时钟和一个备用基准时钟，所述对所述同步节点划分层级具体包括分别以主用基准时钟和备用基准时钟为起点对所述同步节点划分层级。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当采用所述备用基准时钟为主时间源时，所述方法还包括：
根据所述备用基准时钟对应的同步节点层级和级联关系进行时间同步。
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