一种基于光纤网络的高精度时间同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，由分机主动向主机发送时间同步请求，并携带时间信息，主机收到同步请求后，回复携带时间信息的时间同步应答帧，通过协议帧的交互计算来校准分机的时间，同步帧协议采用软硬件相结合的方式，在物理层由硬件打时间戳，帧协议由软件控制组装及解析。本发明专利技术采用单纤双向克服了环境对光纤传递的影响，从而达到高精度时间同步。

A High Precision Time Synchronization Method Based on Optical Fiber Network

The invention discloses a high-precision time synchronization method based on optical fiber network. The extension sends time synchronization request to the host actively and carries time information. After the host receives the synchronization request, the host replies to the time synchronization response frame with time information. The time of the extension is calibrated by the interactive calculation of protocol frames. The synchronization frame protocol adopts a combination of hardware and software, and in physics. Layer is timestamped by hardware and frame protocol is assembled and parsed by software control. The invention adopts single fiber bidirectional to overcome the influence of environment on optical fiber transmission, thereby achieving high precision time synchronization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤网络的高精度时间同步方法
本专利技术涉及光纤时频传递
，尤其涉及一种基于光纤网络的高精度时间同步方法。
技术介绍
随着科技的发展，各行各业对时间同步的要求也越来越高，高精度、高稳定性时间同步为航天、电力、交通等领域提供了安全可靠的保障。基于光纤的时间传递在地面授时中具有高稳定、高精度、长短距离均适应等性能特点，它将成为将来高精度地面时间同步网络的主要发展趋势。目前基于光纤网络的时间同步已经做了许多实验，取得了一些重要成果，区别于卫星授时，通过光纤网络传递高精度、高稳定性的时间频率，可以有效的避免时间、频率等信号在传播过程中受到的电离层、对流层的影响，同时基于光网络的授时网络由于光纤屏蔽效应的本质特点，具备优良的抗干扰性能。利用光纤进行数据传输时需要考虑环境因素：一是光信号在传输过程中会产生衰减，引起较大的噪声；二是光纤色散特性使用不同波长时造成线路时延不同；三是由于光信号在传输过程中会产生反射，引起反射噪声；四是由于环境的温度变化对传输时延造成较大的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对以上问题，本专利技术提出了一种基于光纤网络的双向时间传递法来达到高精度时间同步的方法，在该方法中采用单纤双向克服了环境对光纤传递的影响，从而达到高精度时间同步。本专利技术提供的一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，包括：分机的CPU组装同步请求帧并由CPU总线发送到分机的FPGA，在该同步请求帧中包含了同步请求帧预留时延，所述同步请求帧预留时延为同步请求帧从生成到发送所需的发送时间，所述分机为时间同步的请求方；分机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录同步请求帧的发送时间戳数据；分机的FPGA优先处理同步请求帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向主机发送该同步请求帧，并在该同步请求帧中插入发送时刻的时间戳T1，所述主机为时间同步的响应方；主机接收到分机发送过来的通信帧后，通过主机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录接收时刻的时间戳T2，；主机的CPU组装同步应答帧并由CPU总线发送到主机的FPGA，在该同步应答帧中包含了同步应答帧预留时延、时间戳T1和时间戳T2，所述同步应答帧预留时延为同步应答帧从生成到发送所需的发送时间；主机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录同步应答帧的发送时间戳数据；主机的FPGA优先处理同步应答帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向分机发送该同步应答帧，并在该同步应答帧中插入发送时刻的时间戳T3；分机收到主机回复后，通过分机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录接收时刻的时间戳T4；分机的CPU从同步应答帧中提取出时间戳T1-T4，根据时间戳T1-T4计算出主分机之间的时间偏差与线路时延，然后根据时间偏差与线路时延来校准分机的时间。进一步，主机和分机的FPGA将同步帧存储在同步帧存储区，将非同步帧存储在非同步帧存储区，对于同步帧，根据同步帧发送时间戳数据，作为该同步帧的发送时间控制数据。进一步，同步帧结构包括帧头、预留时延、通信内容和同步帧校验域，所述通信内容由时间戳T1-T4组成，每个时间戳里面包含了整数秒和小数秒。进一步，分机计算线路时延Delay与时间偏差Offset的公式为：如果Offset小于预设值，且该值变化稳定在预设范围内，则不校准分机本地时间，否则校准分机本地时间。进一步，所述预设值为10ns。本专利技术另一方面提供的一种基于光纤网络的时间同步帧发送方法，包括：CPU组装时间同步帧并由CPU总线发送到FPGA，在该时间同步帧中包含了预留时延，所述预留时延为时间同步帧从生成到发送所需的发送时间；FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的时间同步帧，并记录时间同步帧的发送时间戳数据；FPGA优先处理时间同步帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路发送该时间同步帧，并在该时间同步帧中插入发送时刻的时间戳。进一步，FPGA将时间同步帧存储在同步帧存储区，将非时间同步帧存储在非同步帧存储区，对于时间同步帧，根据时间同步帧发送时间戳数据，作为该时间同步帧的发送时间控制数据。进一步，同步帧结构包括帧头、预留时延、通信内容和同步帧校验域，所述通信内容由时间戳T1-T4组成，每个时间戳里面包含了整数秒和小数秒。本专利技术另一方面提供的一种基于光纤网络的时间同步帧接收方法，包括：接收设备接收到发送设备发送过来的通信帧后，通过其FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的时间同步帧，并记录接收时刻的时间戳；接收设备的CPU对接收的时间同步帧进行处理，当接收设备为主机时，则根据权利要求6-8任一项所述的时间同步帧发送方法向分机发送时间同步帧，此时由CPU组装的时间同步帧还包括所述接收时刻的时间戳和接收的时间同步帧中的发送时刻时间戳；当接收设备为分机时，则CPU从时间同步帧中提取出时间戳，根据时间戳计算出主分机之间的时间偏差与线路时延，然后根据时间偏差与线路时延来校准分机的时间，所述主机为时间同步的响应方，所述分机为时间同步的请求方。进一步，FPGA将时间同步帧存储在同步帧存储区，将非时间同步帧存储在非同步帧存储区。本专利技术在光纤网络中通过双向时间传递法，避免了外界环境对传输信号的影响，使用硬件打时间戳及软件的灵活控制协议，提高了系统的精度和稳定性。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术实施例的同步帧结构示意图；图2为本专利技术实施例的同步帧中的通信内容结构示意图；图3为本专利技术实施例的同步方法示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本专利技术提出一种基于光纤网络的双向时间传递法来达到高精度时间同步的方法，在该方法中采用单纤双向克服了环境温度对系统精度的影响，同步帧协议采用软硬件相结合的方式，在物理层由硬件打时间戳，帧协议由软件控制组装及解析，该方法包括能够准确控制同步帧的发送时间的同步帧发送方法，以及能够准确获取同步帧的接收时间的同步帧接收方法。本专利技术的能够准确控制同步帧的发送时间的同步帧发送方法包括以下步骤：1)CPU组装同步帧并由CPU总线发送到FPGA(Field－ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)，在该同步帧中包含了预留时延，所述预留时延为同步帧从生成到发送所需的发送时间。2)FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步帧，并记录同步帧的发送时间戳数据。3)FPGA优先处理同步帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路发送该同步帧，并在该同步帧中插入发送时刻的时间戳。优选地，FPGA还依据同步帧的发送时间戳和本地系统时间，计算下一帧可发的非同步帧。在一些实施例中，步骤2)中，FPGA将同步帧存储在同步帧存储区，将非同步帧存储在非同步帧存储区，对于同步帧，根据同步帧发送时间戳数据，作为该同步帧的发送时间控制数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，其特征在于，包括：分机的CPU组装同步请求帧并由CPU总线发送到分机的FPGA，在该同步请求帧中包含了同步请求帧预留时延，所述同步请求帧预留时延为同步请求帧从生成到发送所需的发送时间，所述分机为时间同步的请求方；分机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录同步请求帧的发送时间戳数据；分机的FPGA优先处理同步请求帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向主机发送该同步请求帧，并在该同步请求帧中插入发送时刻的时间戳T1，所述主机为时间同步的响应方；主机接收到分机发送过来的通信帧后，通过主机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录接收时刻的时间戳T2；主机的CPU组装同步应答帧并由CPU总线发送到主机的FPGA，在该同步应答帧中包含了同步应答帧预留时延、时间戳T1和时间戳T2，所述同步应答帧预留时延为同步应答帧从生成到发送所需的发送时间；主机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录同步应答帧的发送时间戳数据；主机的FPGA优先处理同步应答帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向分机发送该同步应答帧，并在该同步应答帧中插入发送时刻的时间戳T3；分机收到主机回复后，通过分机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录接收时刻的时间戳T4；分机的CPU从同步应答帧中提取出时间戳T1‑T4，根据时间戳T1‑T4计算出主分机之间的时间偏差与线路时延，然后根据时间偏差与线路时延来校准分机的时间。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，其特征在于，包括：分机的CPU组装同步请求帧并由CPU总线发送到分机的FPGA，在该同步请求帧中包含了同步请求帧预留时延，所述同步请求帧预留时延为同步请求帧从生成到发送所需的发送时间，所述分机为时间同步的请求方；分机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录同步请求帧的发送时间戳数据；分机的FPGA优先处理同步请求帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向主机发送该同步请求帧，并在该同步请求帧中插入发送时刻的时间戳T1，所述主机为时间同步的响应方；主机接收到分机发送过来的通信帧后，通过主机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步请求帧，并记录接收时刻的时间戳T2；主机的CPU组装同步应答帧并由CPU总线发送到主机的FPGA，在该同步应答帧中包含了同步应答帧预留时延、时间戳T1和时间戳T2，所述同步应答帧预留时延为同步应答帧从生成到发送所需的发送时间；主机的FPGA对来自CPU总线的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录同步应答帧的发送时间戳数据；主机的FPGA优先处理同步应答帧，在其发送时间戳时刻通过光纤链路向分机发送该同步应答帧，并在该同步应答帧中插入发送时刻的时间戳T3；分机收到主机回复后，通过分机的FPGA对接收的通信帧进行识别和缓存，识别出其中的同步应答帧，并记录接收时刻的时间戳T4；分机的CPU从同步应答帧中提取出时间戳T1-T4，根据时间戳T1-T4计算出主分机之间的时间偏差与线路时延，然后根据时间偏差与线路时延来校准分机的时间。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，其特征在于，主机和分机的FPGA将同步帧存储在同步帧存储区，将非同步帧存储在非同步帧存储区，对于同步帧，根据同步帧发送时间戳数据，作为该同步帧的发送时间控制数据。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，其特征在于，同步帧结构包括帧头、预留时延、通信内容和同步帧校验域，所述通信内容由时间戳T1-T4组成，每个时间戳里面包含了整数秒和小数秒。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤网络的高精度时间同步方法，其特征在于，分机计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭，
申请(专利权)人：电信科学技术第五研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51