一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法技术

本发明专利技术提供了一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法，通过GNSS卫星共视，实现节点间高精度时间无线比对，解决时间网内节点间时间高精度比对问题；通过网内节点间自适应选择多个比对参考点，解决各节点同步性能完好性自我监测判断问题；根据性能需求差别设计差异化设备类型和组网结构，降低组网成本和简化维护难度；部分重要骨干节点增加光纤同步链路，备份，保证可靠性。

A time synchronization adaptive networking method based on GNSS satellite common view

The invention provides a time synchronization adaptive networking method based on GNSS satellite common view, realizes high-precision time wireless comparison among nodes through GNSS satellite common view, solves the problem of time high-precision comparison among nodes in time network, and solves the synchronization performance of each node by adaptively selecting multiple comparison reference points among nodes in the network. Integrity self-monitoring and judgment issues; design differentiated equipment types and networking structures according to different performance requirements to reduce networking costs and simplify maintenance difficulties; some important backbone nodes add fiber synchronous links, backup, to ensure reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法
本专利技术涉及通讯、电力
，具体涉及一种网络内时间同步的组网方法。
技术介绍
时间同步网是通信网络中必不可少的基础支撑网，为通信网的数字设备提供高精度的定时基准，使通信网内运行的数字设备工作在同一相同的平均速率上，是所有通信设备安全可靠运行的关键。目前通信网内时钟同步主要采用GPS或北斗等卫星导航系统卫星授时结合IEEE1588同步协议，可实现时间网内时间同步精度约1.5微秒。为适应下一代通信网对网内时间同步精度纳秒级的需求，需要新的支撑技术。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法，实现时间网内各节点间时间自适应寻找多个符合标准要求的同步节点作为比对参考，利用两两间比对结果，相互验证各节点间的同步性能，进一步根据自适应决策机制，计算本节点的时间偏差量，控制本节点的时钟输出，使同步网内任意节点间实现30ns以内时间同步，同步精度显著提高。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤一，选择一个参考时间作为时间同步网的唯一时钟基准；步骤二，使用时延测量设备，如时间间隔计数器或类似功能设备，测量时钟基准信号端口到GNSS卫星共视比对终端输入口的时延参数；步骤三，在选定的时钟基准所在地，安装GNSS卫星共视比对终端，并将时钟基准信号接入GNSS卫星共视比对终端，启动终端，测定GNSS卫星共视比对终端天线的坐标参数；步骤四，使用步骤二获得的时延参数设置比对终端的对应参数项；至此，GNSS卫星共视比对终端完成初始化设置过程，开始正式测量；步骤五，准备至少一套便携式GNSS卫星共视复现终端，在时钟基准所在地与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准为参考，测试便携式GNSS卫星共视复现终端与GNSS卫星共视比对终端的相对延迟；步骤四，将需要用于建立骨干网(骨干网是时间同步网的服务对象，时间同步网是骨干网中的一个支撑功能，支持通信骨干网内各节点同步，时间同步网是依托骨干网的通讯网络建立起来的，具体实现方式是在骨干网中的骨干节点安装复现终端，使用骨干网的通信条件实现数据交换，为骨干网节点提供复现信号)的GNSS卫星共视复现终端在布设到所需地点之前，先与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准信号接入，测量GNSS卫星共视比对终端与GNSS卫星共视复现终端的相对延迟参数，作为GNSS卫星共视复现终端的工作参数输入；步骤五，按网络对时间同步性能需求差异，将时间同步网的服务分为两层，一层是骨干层，该层各复现终端所在节点间的时间同步偏差小于10ns，另一层是基站用户层，为基站节点提供时间同步服务，时间同步偏差小于20ns；步骤六，布设骨干节点GNSS卫星共视复现终端，满足城市间以及城市内骨干节点时间的高精度同步(各节点输出的时间信号之间的偏差小于10ns)，骨干层网内终端仅与时钟基准所在地的GNSS卫星共视比对终端或本层级的节点进行比对，节点布设密度根据需求，遵循节点间基线距离大于100km，小于2000km，各终端运行前测定安装点天线坐标信息；步骤七，以骨干节点为圆心，根据基站布设需求，布设用户级节点设备GNSS卫星共视复现终端，节点布设密度遵循与骨干节点间基线距离小于200km的原则；步骤八，各节点的GNSS卫星共视复现终端运行前测定工作参数，包括本终端天线坐标和设备相对延迟，其中，坐标信息由终端设备启动后自动采集；设备相对延迟需要使用便携GNSS卫星共视复现终端进行测量，将一套便携GNSS卫星共视复现终端与需校准的GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用便携终端输出的时间频率信号接入待校准终端，测量两套终端的相对延迟，通过数据交换获得待校准终端的设备相对延迟参数，输入待校准终端校准设备延迟后启动运行；步骤九，完成时延校准后的GNSS卫星复现终端，通过GNSS卫星共视测得本终端与各可视卫星的时间差结果；与此同时，位于时钟基准所在地的GNSS卫星共视比对终端也测得时钟基准与各可视卫星的时间差结果；时钟基准所在地和各复现终端的时间差结果与含各自网络唯一身份识别信息一起，通过通信网络传播；步骤十，网络内的复现终端收到信息后，根据数据选择策略挑选比对参考点，使用该点的时间差结果作为参考，计算得到本终端与参考点的时间偏差之差，并进一步利用该结果控制本终端输出的时间信号，使其与参考终端的时间偏差趋近于零值，从而实现与参考时间同步；具体参考点的选择策略为：基准节点与骨干层节点、基站用户层节点，需要相互比对，但考虑到时间同步网的地理分布特点，若都与某基准节点比对，距离最长的基线可能超过3000km，卫星共视比对链路误差较大，基线最短的距离可能几公里，误差可以忽略不计，不利于整体性能的实现，因此采用自适应匹配策略实现比对数据交互；自适应匹配策略的基本原则包括：一、必须是骨干层节点才可以作为参考节点，二是距离最短原则；初次入网的节点，将自身位置信息和唯一识别的身份信息一起广播给附近节点，各节点根据自身位置信息，计算两站距离，从而根据距离最近原则，自动选择匹配节点的作为参考节点，其余满足骨干节点间基线距离小于1000km、骨干节点与本节点基线小于200km的3～5个节点作为完好性判断节点，使用收到钟差数据计算节点间的钟差，设计异常超限阈值为10～100ns之间(该项参数可由网管中心根据性能需求统一配置)，一旦超过该阈值范围，初步判断该节点的参考时间信号不可用，向网管中心发出告警信息。步骤十一，所有不同类型终端的工作状态数据、比对数据汇聚到网管中心，网管中心监控时间同步网的同步状态及性能。本专利技术的有益效果是：优势一，时间网内各节点时钟同步到同一节点的标准时间UTC(k)，保证网内时间的唯一性和权威性；优势二，各节点间通过卫星共视比对实现时间比对，比对链路使用无线信号，可用于3000km以内任意节点间比对，且比对不确定度优于5ns，较传统的GPS授时、IEEE1588协议等方案，大大提高比对精度和适用距离；优势三，时间同步网内各节点间可以自动建立相互比对、核验链路，为各节点自我监控和系统监控各节点的同步性能提供支撑数据，提升时间网内的健壮性，保证可靠性。附图说明图1是本专利技术的组网方案示意图；图2是GNSS卫星共视复现高性能终端的设备延迟校准原理图；图3是GNSS卫星共视复现终端的设备延迟校准原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术主要解决现网的时间同步技术难以满足下一代通信网络对时间同步精度优于300ns甚至更高性能的要求，引入GNSS卫星共视技术实现节点间时间比对，将节点间比对精度提高到5ns水平，解决时间网内节点间时间高精度比对问题；通过网内节点间自适应选择多个比对参考点，解决各节点同步性能完好性自我判断问题，比对不依赖某个固定的参考节点，提高比对结果的可靠性，增强时间网的健壮性。本专利技术提出了一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法，具有如下优势：1.通过GNSS卫星共视，可实现节点间高精度时间无线比对，解决时间网内节点间时间高精度比对问题；2.通过网内节点间自适应选择多个比对参考点，解决各节点同步性能完好性自我监测判断问题；3.根据性能需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，选择一个参考时间作为时间同步网的唯一时钟基准；步骤二，使用时延测量设备测量时钟基准信号端口到GNSS卫星共视比对终端输入口的时延参数；步骤三，在选定的时钟基准所在地，安装GNSS卫星共视比对终端，并将时钟基准信号接入GNSS卫星共视比对终端，启动终端，测定GNSS卫星共视比对终端天线的坐标参数；步骤四，使用步骤二获得的时延参数设置比对终端的对应参数项；步骤五，准备至少一套便携式GNSS卫星共视复现终端，在时钟基准所在地与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准为参考，测试便携式GNSS卫星共视复现终端与GNSS卫星共视比对终端的相对延迟；步骤四，在布设到所需地点之前，将需要用于建立骨干网的GNSS卫星共视复现终端与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准信号接入，测量GNSS卫星共视比对终端与GNSS卫星共视复现终端的相对延迟参数，作为GNSS卫星共视复现终端的工作参数输入；步骤五，按网络对时间同步性能需求差异，将时间同步网的服务分为两层，一层是骨干层，该层各复现终端所在节点间的时间同步偏差小于10ns，另一层是基站用户层，为基站节点提供时间同步服务，时间同步偏差小于20ns；步骤六，布设骨干节点GNSS卫星共视复现终端，各节点输出的时间信号之间的偏差小于10ns，骨干层网内终端仅与时钟基准所在地的GNSS卫星共视比对终端或本层级的节点进行比对，节点间基线距离大于100km，小于2000km，各终端运行前测定安装点天线坐标信息；步骤七，以骨干节点为圆心，根据基站布设需求，布设用户级节点设备GNSS卫星共视复现终端，节点与骨干节点间基线距离小于200km；步骤八，各节点的GNSS卫星共视复现终端运行前测定工作参数，包括本终端天线坐标和设备相对延迟；将一套便携GNSS卫星共视复现终端与需校准的GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用便携终端输出的时间频率信号接入待校准终端，测量两套终端的相对延迟，通过数据交换获得待校准终端的设备相对延迟参数，输入待校准终端校准设备延迟后启动运行；步骤九，完成时延校准后的GNSS卫星复现终端，通过GNSS卫星共视测得本终端与各可视卫星的时间差结果；与此同时，位于时钟基准所在地的GNSS卫星共视比对终端也测得时钟基准与各可视卫星的时间差结果；时钟基准所在地和各复现终端的时间差结果与含各自网络唯一身份识别信息一起，通过通信网络传播；步骤十，网络内的复现终端收到信息后，根据数据选择策略挑选比对参考点，使用该点的时间差结果作为参考，计算得到本终端与参考点的时间偏差之差，并进一步利用该结果控制本终端输出的时间信号，使其与参考终端的时间偏差趋近于零值，从而实现与参考时间同步；选择策略为：基准节点与骨干层节点、基站用户层节点采用自适应匹配策略实现比对数据交互；自适应匹配策略包括：一、必须是骨干层节点才可以作为参考节点，二、初次入网的节点，将自身位置信息和唯一识别的身份信息一起广播给附近节点，各节点根据自身位置信息，计算两站距离，根据距离最近原则选择匹配节点作为参考节点，其余满足骨干节点间基线距离小于1000km、骨干节点与本节点基线小于200km的3～5个节点作为完好性判断节点，使用收到钟差数据计算节点间的钟差，设计异常超限阈值为10～100ns，一旦超过该阈值范围，初步判断该节点的参考时间信号不可用，向网管中心发出告警信息；步骤十一，所有不同类型终端的工作状态数据、比对数据汇聚到网管中心，网管中心监控时间同步网的同步状态及性能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS卫星共视的时间同步自适应组网方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，选择一个参考时间作为时间同步网的唯一时钟基准；步骤二，使用时延测量设备测量时钟基准信号端口到GNSS卫星共视比对终端输入口的时延参数；步骤三，在选定的时钟基准所在地，安装GNSS卫星共视比对终端，并将时钟基准信号接入GNSS卫星共视比对终端，启动终端，测定GNSS卫星共视比对终端天线的坐标参数；步骤四，使用步骤二获得的时延参数设置比对终端的对应参数项；步骤五，准备至少一套便携式GNSS卫星共视复现终端，在时钟基准所在地与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准为参考，测试便携式GNSS卫星共视复现终端与GNSS卫星共视比对终端的相对延迟；步骤四，在布设到所需地点之前，将需要用于建立骨干网的GNSS卫星共视复现终端与GNSS卫星共视比对终端并址安装，使用时钟基准信号接入，测量GNSS卫星共视比对终端与GNSS卫星共视复现终端的相对延迟参数，作为GNSS卫星共视复现终端的工作参数输入；步骤五，按网络对时间同步性能需求差异，将时间同步网的服务分为两层，一层是骨干层，该层各复现终端所在节点间的时间同步偏差小于10ns，另一层是基站用户层，为基站节点提供时间同步服务，时间同步偏差小于20ns；步骤六，布设骨干节点GNSS卫星共视复现终端，各节点输出的时间信号之间的偏差小于10ns，骨干层网内终端仅与时钟基准所在地的GNSS卫星共视比对终端或本层级的节点进行比对，节点间基线距离大于100km，小于2000km，各终端运行前测定安装点天线坐标信息；步骤七，以骨干节点为圆心，根据基站布设需求，布设用户级节点设备GNSS卫星共视复现终端，节点与骨干节点间基线距离小于200km；步骤八，各节点的GNS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娅，赵志雄，何力，李孝辉，周严伟，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61