电力5G融合通信网络时间同步系统、方法和设备技术方案

本发明专利技术提供一种电力5G融合通信网络时间同步系统、方法和设备，涉及通信技术领域，该系统包括：电力5G核心网、5G基站、融合通信终端无线网格网络、电力业务终端和云服务器；目标融合通信终端用于响应电力业务授时请求，向云服务器发送同步请求；云服务器用于响应同步请求，生成主从时钟时间同步路径，并在从时钟接收到主时钟传输的授时消息后，基于扩散卡尔曼滤波器结合电力业务授时精度需求信息生成误差补偿信息；目标融合通信终端还用于接收云服务器发送的误差补偿信息，基于误差补偿信息对授时消息进行补偿，得到目标授时消息，可以将授时消息传递和误差补偿解耦，实现对融合通信网络广覆盖场景下电力业务的精确授时。网络广覆盖场景下电力业务的精确授时。网络广覆盖场景下电力业务的精确授时。

【技术实现步骤摘要】
电力5G融合通信网络时间同步系统、方法和设备


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种电力5G融合通信网络时间同步系统、方法和设备。

技术介绍

[0002]以第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)为主体的多无线通信体制融合的电力广覆盖组网是实现对新型电力系统通信网络的全面覆盖的一种的组网方式。该组网方式以5G通信技术为主体结合无线网络通信技术(Wi
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Fi)、工作于免许可频段的5G空中接口(5G New Radio in Unlicensed Spectrum，5G NR
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U)、整合接入回传(Integrated Access and Backhaul，IAB)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)与北斗卫星通讯、5G电力专网等通讯方式，实现广覆盖、多无线通信体制融合与业务灵活部署。
[0003]时间同步为5G融合通信网络的运行和维护提供统一的时间参考。电力系统全网业务调度和可靠性需要全网时间同步的紧密支持。因此，建立安全、可靠、高精度的时间同步系统，是5G融合通信网络运行的一项基本要求。
[0004]5G融合通信网络接入侧由融合通信终端通过无线方式形成网格(Mesh)自组网，Mesh网络内融合通信终端通过多跳方式传递业务数据信息，扩大融合通信终端的通信范围，实现电力通信业务的广域覆盖。多无线通信体制融合的Mesh组网架构增加了分组转发网络的拓扑复杂程度，目前广泛使用的精确时间协议(Precision Time Protocol，PTP)基于双向时间同步路径对称这一前提，在无线Mesh网络通信场景下，无线信道以及Mesh多跳传递的特征导致时间同步路径极易发生跳变，且时间同步误差会随着时间同步消息在网络中传递。
[0005]现有技术中，Mesh网络内每个节点部署一台专用网络设备，采用专用网络设备对授时消息每一跳的传递误差进行补偿，会导致误差的积累，无法满足融合通信网络广覆盖场景下电力业务的精确授时需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种电力5G融合通信网络时间同步系统、方法和设备，用以解决现有技术中Mesh网络内每个节点部署一台专用网络设备，采用专用网络设备对授时消息每一跳的传递误差进行补偿，会导致误差的积累，无法满足融合通信网络广覆盖场景下电力业务的精确授时需求的缺陷，可以将授时消息传递和误差补偿解耦，实现对融合通信网络广覆盖场景下电力业务的精确授时。
[0007]本专利技术提供一种电力5G融合通信网络时间同步系统，包括：电力5G核心网、5G基站、融合通信终端无线网格网络、电力业务终端和云服务器；其中：
[0008]所述电力业务终端用于向所述融合通信终端无线网格网络中的目标融合通信终端发送电力业务授时请求；
[0009]所述目标融合通信终端用于响应所述电力业务授时请求，向所述云服务器发送携带电力业务授时精度需求信息和所述目标融合通信终端的信息的同步请求；
[0010]所述云服务器用于响应所述同步请求，基于所述目标融合通信终端的信息从所述电力5G核心网的各节点中确定目标节点，生成以所述目标节点为主时钟、以所述目标融合通信终端为从时钟、且经过所述5G基站的主从时钟时间同步路径，并在所述从时钟接收到所述主时钟通过所述主从时钟时间同步路径传输的授时消息后，基于扩散卡尔曼滤波器结合所述电力业务授时精度需求信息生成误差补偿信息；
[0011]所述目标融合通信终端还用于接收所述云服务器发送的所述误差补偿信息，基于所述误差补偿信息对所述授时消息进行补偿，得到目标授时消息；
[0012]所述电力业务终端还用于接收所述从时钟发送的所述目标授时消息。
[0013]根据本专利技术提供的一种电力5G融合通信网络时间同步系统，所述云服务器包括：
[0014]同步控制模块，用于响应所述同步请求，基于所述目标融合通信终端的信息从所述电力5G核心网的各节点中确定目标节点，生成以所述目标节点为主时钟、以所述目标融合通信终端为从时钟、且经过所述5G基站的主从时钟时间同步路径；
[0015]时间戳管理模块，用于对所述主从时钟时间同步路径上的各融合通信终端进行调度，接收调度的所述各融合通信终端上报的时间戳报文；所述时间戳报文包括授时消息到达时间戳和授时消息离开时间戳；
[0016]同步路径时延计算模块，用于基于所述时间戳报文计算所述主从时钟时间同步路径的传播时延；
[0017]补偿策略生成模块，用于在所述从时钟接收到所述主时钟通过所述主从时钟时间同步路径传输的授时消息后，基于不同融合通信终端的历史主从时钟时间同步路径的网络拓扑图、所述主从时钟时间同步路径的传播时延以及所述电力业务授时精度需求信息，生成基于扩散卡尔曼滤波器的自适应误差补偿策略；
[0018]滤波计算模块，用于利用所述基于扩散卡尔曼滤波器的自适应误差补偿策略调整多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重，生成所述误差补偿信息。
[0019]根据本专利技术提供的一种电力5G融合通信网络时间同步系统，所述滤波计算模块包括：
[0020]同步更新子模块，用于在所有历史主从时钟时间同步路径上的各融合通信终端与相邻节点交换时间戳报文的同时更新状态估计值；
[0021]传递子模块，用于将噪声协方差和所述状态估计值沿所述历史主从时钟时间同步路径逐跳传递至所述从时钟的相邻节点；
[0022]预测更新子模块，用于基于所述从时钟的所有相邻节点的状态估计值对所述从时钟的所有相邻节点的本地时钟偏差进行预测更新，得到所述从时钟的所有相邻节点的误差估计值；
[0023]权重调整子模块，用于调整多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重；
[0024]误差融合子模块，用于根据调整后的多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重对所述从时钟的所有相邻节点的误差估计值进行融合，得到所述误差补偿信息。
[0025]根据本专利技术提供的一种电力5G融合通信网络时间同步系统，所述权重调整子模块还用于通过以下方式确定所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重：
[0026]确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子；
[0027]基于所述从时钟的每个相邻节点的权重因子和所述从时钟的所有相邻节点的总权重因子之间的比值，确定所述从时钟的每个相邻节点对应的所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重。
[0028]根据本专利技术提供的一种电力5G融合通信网络时间同步系统，所述权重调整子模块具体用于通过以下方式确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子：
[0029]确定所述从时钟的每个相邻节点对应的所述历史主从时钟时间同步路径的同步时间；
[0030]确定所述从时钟对应的估计协方差矩阵的特征值；
[0031]基于所述同步时间和所述特征值确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子。
[0032]根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，包括：电力5G核心网、5G基站、融合通信终端无线网格网络、电力业务终端和云服务器；其中：所述电力业务终端用于向所述融合通信终端无线网格网络中的目标融合通信终端发送电力业务授时请求；所述目标融合通信终端用于响应所述电力业务授时请求，向所述云服务器发送携带电力业务授时精度需求信息和所述目标融合通信终端的信息的同步请求；所述云服务器用于响应所述同步请求，基于所述目标融合通信终端的信息从所述电力5G核心网的各节点中确定目标节点，生成以所述目标节点为主时钟、以所述目标融合通信终端为从时钟、且经过所述5G基站的主从时钟时间同步路径，并在所述从时钟接收到所述主时钟通过所述主从时钟时间同步路径传输的授时消息后，基于扩散卡尔曼滤波器结合所述电力业务授时精度需求信息生成误差补偿信息；所述目标融合通信终端还用于接收所述云服务器发送的所述误差补偿信息，基于所述误差补偿信息对所述授时消息进行补偿，得到目标授时消息；所述电力业务终端还用于接收所述从时钟发送的所述目标授时消息。2.根据权利要求1所述的电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，所述云服务器包括：同步控制模块，用于响应所述同步请求，基于所述目标融合通信终端的信息从所述电力5G核心网的各节点中确定目标节点，生成以所述目标节点为主时钟、以所述目标融合通信终端为从时钟、且经过所述5G基站的主从时钟时间同步路径；时间戳管理模块，用于对所述主从时钟时间同步路径上的各融合通信终端进行调度，接收调度的所述各融合通信终端上报的时间戳报文；所述时间戳报文包括授时消息到达时间戳和授时消息离开时间戳；同步路径时延计算模块，用于基于所述时间戳报文计算所述主从时钟时间同步路径的传播时延；补偿策略生成模块，用于在所述从时钟接收到所述主时钟通过所述主从时钟时间同步路径传输的授时消息后，基于不同融合通信终端的历史主从时钟时间同步路径的网络拓扑图、所述主从时钟时间同步路径的传播时延以及所述电力业务授时精度需求信息，生成基于扩散卡尔曼滤波器的自适应误差补偿策略；滤波计算模块，用于利用所述基于扩散卡尔曼滤波器的自适应误差补偿策略调整多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重，生成所述误差补偿信息。3.根据权利要求2所述的电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，所述滤波计算模块包括：同步更新子模块，用于在所有历史主从时钟时间同步路径上的各融合通信终端与相邻节点交换时间戳报文的同时更新状态估计值；传递子模块，用于将噪声协方差和所述状态估计值沿所述历史主从时钟时间同步路径逐跳传递至所述从时钟的相邻节点；预测更新子模块，用于基于所述从时钟的所有相邻节点的状态估计值对所述从时钟的所有相邻节点的本地时钟偏差进行预测更新，得到所述从时钟的所有相邻节点的误差估计值；
权重调整子模块，用于调整多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重；误差融合子模块，用于根据调整后的多条所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重对所述从时钟的所有相邻节点的误差估计值进行融合，得到所述误差补偿信息。4.根据权利要求3所述的电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，所述权重调整子模块还用于通过以下方式确定所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重：确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子；基于所述从时钟的每个相邻节点的权重因子和所述从时钟的所有相邻节点的总权重因子之间的比值，确定所述从时钟的每个相邻节点对应的所述历史主从时钟时间同步路径的融合权重。5.根据权利要求4所述的电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，所述权重调整子模块具体用于通过以下方式确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子：确定所述从时钟的每个相邻节点对应的所述历史主从时钟时间同步路径的同步时间；确定所述从时钟对应的估计协方差矩阵的特征值；基于所述同步时间和所述特征值确定所述从时钟的每个相邻节点的权重因子。6.根据权利要求5所述的电力5G融合通信网络时间同步系统，其特征在于，所述从时钟对应的估计协方差矩阵包括所述从时钟对应的状态噪声协方差和测量噪声协方差。7.一种电力5G融合通信网络时间同步方法，其特征在于，应用于云服务器，所述方法包括：接收融合通信终端无线网格网络中的目标融合通信终端响应电力业务终端发送的电力业务授时请求发送的携带电力业务授时需求信息和所述目标融合通信终端的信息的同步；响应所述同步请求，基于所述目标融合通信终端的信息从电力5G核心网的各节点中确定目标节点，生成以所述目标节点为主时钟、以所述目标融合通信终端为从时钟、且经过5G基站的主从时...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红，王文帝，蒋承伶，邵苏杰，王政普，钱欣，欧清海，王艳茹，马文洁，郭少勇，张洁，王颖，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司北京邮电大学北京中电飞华通信有限公司国家电网有限公司国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：