一种GPON的授时方法及系统
阅读：360发布：2024-02-14
专利汇可以提供一种GPON的授时方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种GPON的授时方法及系统，用以使得GPON系统中的ONU获取授时服务设备的时间信息。本发明提供的一种GPON的授时方法包括：GPON中的光线路终端OLT从授时服务设备获取时间信息；所述OLT将所述时间信息发送给GPON中的光网络单元ONU；所述ONU通过所述OLT获取所述授时服务设备提供的时间信息。，下面是一种GPON的授时方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种吉比特无源光网络GPON的授时方法，其特征在于，该方法包括：
GPON中的光线路终端OLT从授时服务设备获取时间信息；
所述OLT将所述时间信息发送给GPON中的光网络单元ONU。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间信息包括：
整数秒和该整数秒的起始时刻信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，OLT将所述时间信息中的整数秒的起始时刻信息发送给所述ONU的步骤包括：
所述OLT将用于标记所述整数秒的起始时刻的特定下话帧发送给所述ONU。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述OLT通过将所述特定下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值设为预先设置的第一特定值，标记所述整数秒的起始时刻。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述OLT发送的下话帧中的Superframe counter的值，从所述第一特定值开始，每帧累计加1，在当前需要发送的下话帧中的Superframe counter的值累积达到预先设置的第二特定值时，将当前需要发送的下话帧中的Superframe counter的值重新置为所述第一特定值；
其中，所述第二特定值与所述第一特定值的差值，为秒的整数倍与所述OLT发送下话帧所采用的发送速率的乘积。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述OLT将所述时间信息中的整数秒发送给所述ONU的步骤包括：
所述OLT通过所述特定下话帧中预先与所述ONU协商好的下行物理控制块PCBd域的特定字段，将所述整数秒发送给所述ONU。
7.一种通信系统，其特征在于，该系统包括：授时服务设备、光线路终端OLT和至少一个光网络单元ONU； 授时服务设备，用于提供时间信息；
OLT，用于从所述授时服务设备获取时间信息，并将所述时间信息发送给ONU；
ONU，用于通过所述OLT获取所述授时服务设备提供的时间信息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述OLT包括：
时间信息获取单元，用于从所述授时服务设备获取时间信息，其中包括整数秒和该整数秒的起始时刻信息；
特定下话帧设置单元，用于当获取所述时间信息时，将当前需要向ONU发送的下话帧设置为用于标记所述整数秒的起始时刻的特定下话帧，并将所述整数秒设置在该特定下话帧中；
下话帧发送单元，用于向ONU发送下话帧，其中包括所述特定下话帧。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述特定下话帧设置单元，通过将所述特定下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值设为预先设置的第一特定值，标记所述整数秒的起始时刻。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述下话帧发送单元，从所述第一特定值开始，将需要发送的每一下话帧中的Superframe counter的值累计加1，在当前需要向ONU发送的下话帧中的Superframe counter的值累计达到预先设置的第二特定值时，将当前需要向ONU发送的下话帧中的Superframe counter的值重新置为所述第一特定值；
其中，所述第二特定值与所述第一特定值的差值，为秒的整数倍与所述OLT发送下话帧所采用的发送速率的乘积。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述特定下话帧设置单元，将所述整数秒设置在所述特定下话帧中预先与所述ONU协商好的下行物理控制块PCBd域的特定字段。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述ONU包括：
接收单元，用于接收所述OLT发送的下话帧；
解析单元，用于对所述下话帧进行解析，从预先与所述OLT协商好的下行物理控制块PCBd域的特定字段获取所述授时服务设备提供的时间信息。
一种GPON的授时方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种吉比特无源光网络(GPON，Gigabit-Capable Passive Optical Network)的授时方法及系统。
背景技术
[0002] 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)和用户侧的光网络单元(ONU)组成，如图1所示。
[0003] 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。
[0004] GPON系统可以提供包括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。
[0005] 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，例如全球定位系统(GPS)。也就是说，目前的GPON系统中，OLT可以获取授时服务设备提供的时间信息，但是ONU还无法获取授时服务设备提供的时间信息。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供了一种GPON的授时方法及系统，用以使得GPON系统中的ONU获取授时服务设备的时间信息。
[0007] 本发明实施例提供的一种GPON的授时方法包括：
[0008] GPON中的光线路终端OLT从授时服务设备获取时间信息；
[0009] 所述OLT将所述时间信息发送给GPON中的光网络单元ONU。
[0010] 本发明实施例提供的一种通信系统包括：授时服务设备、光线路终端OLT和至少一个光网络单元ONU；
[0011] 授时服务设备，用于提供时间信息；
[0012] OLT，用于从所述授时服务设备获取时间信息，并将所述时间信息发送给ONU；
[0013] ONU，用于通过所述OLT获取所述授时服务设备提供的时间信息。
[0014] 本发明实施例，通过GPON中的光线路终端OLT从授时服务设备获取时间信息；所述OLT将所述时间信息发送给GPON中的光网络单元ONU；所述ONU通过所述OLT获取所述授时服务设备提供的时间信息，从而实现了GPON系统中的ONU也可以获取授时服务设备提供的时间信息。附图说明
[0015] 图1为现有技术中的基本GPON网络拓扑示意图；
[0016] 图2为本发明实施例提供的增加了GPS接收机的GPON网络拓扑示意图；
[0017] 图3为本发明实施例提供的一种GPON的授时方法的总体流程示意图；
[0019] 图5为本发明实施例提供的Ident域的结构示意图；
[0020] 图6为本发明实施例提供的GPON的授时方法的具体流程示意图；
[0021] 图7为本发明实施例提供的一种通信系统的结构示意图；
[0022] 图8为本发明实施例提供的一种OLT的结构示意图；
[0023] 图9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
[0024] 本发明实施例提供了一种GPON的授时方法及系统，用以使得GPON系统中的ONU获取授时服务设备的时间信息。
[0025] GPON上下行都使用8千赫兹(khz)的时钟频率，下行以广播方式发送125微秒(us)帧长的广播消息，上行每个ONU以突发方式发送数据，到达OLT侧后组成125us帧长的虚拟帧，上行时钟严格锁定于下行的8khz时钟。上行虚拟帧内各ONU的突发帧时钟频率锁定，但相位不一定相同。这样的网络特点为网络授时提供了很好的基础，OLT的时钟可以同步到全球定位系统(GPS)等授时服务设备的时钟，因此本发明实施例提供的一种基于GPON网络进行授时的网络拓扑结构如图2所示，从图2可以看到，利用GPON进行网络授时，只需在GPON网路中增加少量的GPS接收机(或北斗接收机)，GPS接收机(或北斗接收机)可以设置在OLT内部或外部，用来接收授时服务设备提供的时间信息。
[0026] 本发明实施例采用的授时服务设备以GPS为例，当然，还可以采用其他的授时服务设备。
[0027] 下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行说明。
[0028] 参见图3，本发明实施例提供的一种GPON的授时方法总体包括步骤：
[0029] S101、GPON中的OLT从授时服务设备获取时间信息。
[0030] S102、OLT将时间信息发送给GPON中的ONU。
[0031] S103、ONU通过OLT获取授时服务设备提供的时间信息。
[0032] 较佳地，授时服务设备提供的时间信息包括整数秒和该整数秒的起始时刻信息，其中所述整数秒为绝对时间或相对时间。当OLT发送给ONU的整数秒为相对时间时，OLT还需要把该相对时间的参考时间发送给ONU。
[0033] OLT可以将授时服务设备提供的整数秒和该整数秒的起始时刻信息通过同一下话帧同时发送给ONU，具体地，OLT可以将授时服务设备提供的整数秒和该整数秒的起始时刻信息通过同一下话帧内的PCBd字段(GPON网络的下话帧分为PCBd和Payload两个字段，其中PCBd字段是公共字段，Payload字段是私有字段)同时发送给系统内的各个ONU，也可以通过同一下话帧内的Payload字段分别发送给系统内的各个ONU。
[0034] 当然，OLT也可以将授时服务设备提供的整数秒和该整数秒的起始时刻信息通过不同的下话帧发送给ONU。
[0035] 较佳地，OLT将时间信息中的整数秒的起始时刻信息发送给ONU的步骤包括：
[0036] OLT将用于标记整数秒的起始时刻的下话帧(称之为特定下话帧)发送给ONU。
[0037] 较佳地，OLT通过将下话帧中的超帧计数器(Superframe counter)的值设为预先设置的第一特定值，标记整数秒的起始时刻。也就是说，Superframecounter的值为第一特定值的下话帧为特定下话帧，用于指示整数秒的起始时刻。本发明实施例中，假设第一特定值为0。
[0038] 较佳地，OLT将时间信息中的整数秒发送给ONU的步骤包括：
[0039] OLT通过特定下话帧中预先与ONU协商好的下行物理控制块(PCBd)域的特定字段，将整数秒发送给ONU。
[0040] 下面给出具体的解释说明。
[0041] 本发明实施例提供的技术方案包括预先准备的部分和具体的实施部分。
[0042] 预先准备的部分包括：
[0044] OLT和准备接入的多个ONU初始化硬件和软件，以G.984标准提供的两种接入方式中的任意一种方式接入GPON系统。其中，所述的两种接入方式包括：方式1、ONU的串码(serial number)预先通过操作系统(OPS，OperationsSystem)在OLT注册，则未在OLT注册的ONU上报的serial number与OLT注册的ONU不匹配；方式2、OPS未在OLT注册ONU，需要自动检测机制注册新的ONU，指定新的ONU标识(ONU-ID)。
[0045] ONU利用时钟检测恢复(CDR)技术实现和OLT之间的频率同步。
[0046] OLT和ONU之间利用还回时延测量(RTD)技术实现GPON网内的每个ONU的相位同步。
[0047] 具体的实施部分包括：
[0049] 特定下话帧的产生原理是在GPS PPS信号整数秒开始时，触发OLT当前需要发送的下话帧内的Superframe counter清零，从而记录该整数秒的起始时刻。
[0050] 并且，在该特定下话帧中，通过物理层操作管理维护(PLOAM)控制协议携带整数秒信息，即使用PLOAM接口，按照PLOAM消息的格式自定义一个时间消息(可以把这个消息称为当日内时刻信息(TOD，Time of day)，时间表示方式为时-分-秒，变化范围从00:00:00到23:59:59)，用于传输整数秒。
[0051] OLT将整数秒以及该整数秒的起始时刻这两种信息通过使用x7+x6+1多项式整除的方式进行编码后输送到ONU。
[0052] ONU通过从该特定下话帧内预先与OLT协商好的消息域解出这两种信息并进行记录。
[0053] OLT周期更新发送给ONU的整数秒的值，并以广播方式下发给各个ONU。例如，整数秒的值的更新周期可以为1秒钟。
[0054] OLT周期初始化Superframe counter的值，目的是为了避免特定下话帧失效。
[0055] 综上，实现GPON网络授时，就必须要在OLT和ONU上做专项的限制，首先，在OLT侧：OLT的工作时钟频率需要锁定在GPS的PPS信号上；OLT可以发送用于正确标志一个整数秒的开始的特定下话帧，并携带绝对时间的整数秒。OLT可以视作GPON网络的授时源。其次，ONU设备要能检测出OLT发来的特定下话帧，并解析出其中的Superframe counter的值，以及整数秒。
[0056] OLT发送的下话帧的帧格式，如图4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。其中，PCBd域对应的字段即公共字段，Payload域对应的字段即私有字段，
[0057] Payload用于透明承载异步传输模式(ATM)信元及一般帧程序(GFP)帧。PCBd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)。
[0058] Ident域主要用来指示超帧，其结构如图5所示，低30比特(bit)是一个超帧计数器(Superframe counter)，最高位指示是否启用前向纠错(FEC)。当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。
[0059] PLOAMd用来承载下行的PLOAM信息，本发明实施例中，通过PLOAMd字段携带授时服务设备提供的绝对时间(整数秒)，当然，也可以通过PCBd域中的其他字段携带授时服务设备提供的绝对时间，或者通过Payload域携带。
[0060] BIP是比特间插的奇偶校验8bit码，用作误码检测。
[0061] 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。
[0062] 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。
[0063] 当OLT开始对ONU进行授时时，OLT在接收到GPS输出的最新的PPS信号时，将当前需要发送的下话帧的Superframe counter清零，表示一个整秒的开始，并将该PPS信号中的绝对时间设置在该下话帧中发送给ONU。
[0064] 由GPON帧格式可知，OLT一秒可发8千帧下话帧给ONU，所以下话帧不会由于频率不同步而导致输出的Superframe counter为零的特定下话帧不能同步于GPS PPS信号。
[0065] 再由图5所示的Ident域可知，Superframe counter由30比特组成，因此Superframe counter这个字段最多可以统计1073741824个下话帧个数，相对于每秒8千帧的发送速率，1073741824这个数值折合到以秒为单位的帧的个数并不是一个整数，而是134217.728。因此，本发明实施例对Superframe counter进行周期初始化的操作，即让Superframe counter所统计的下话帧的个数，为秒的整数倍与OLT发送下话帧所采用的发送速率的乘积，使得每个特定下话帧(Superframe counter归零的下话帧)都对应于整数秒的开始。
[0066] 本发明实施例称Superframe counter的初始值为第一特定值，因此，较佳地，在特定下话帧之后，OLT发送的下话帧中的Superframe counter的值，从第一特定值开始，每帧累计加1。例如，第一特定值为0，从特定下话帧开始，当前需要发送的下话帧是第5帧，则当前需要发送的下话帧中的Superframecounter的值为4。
[0067] 在当前需要发送的下话帧中的Superframe counter的值累积达到预先设置的第二特定值时，将当前需要发送的下话帧中的Superframe counter的值重新置为第一特定值；其中，第二特定值与第一特定值的差值，为秒的整数倍与OLT发送下话帧所采用的发送速率的乘积。
[0068] 例如，第一特定值为0，对Superframe counter每24小时进行一次初始化操作，则当Superframe counter计数到691199999(如果从0开始累加，到691199999时正好可以累计86400秒，即24小时)后，Superframe counter重新从0开始计数。具体的实现流程如图6所示，包括：
[0069] 步骤一：OLT对每一下话帧Superframe counter计数，PLOAMd域保留。
[0070] 步骤二：OLT判断是否需要进行授时操作，如果是，则执行步骤三，否则执行步骤一。具体判断的方法可以是判断是否接收到网管发出的授时指令，如果接收到了，则执行授时操作，否则无需执行授时操作。
[0071] 步骤三：OLT令当前需要发送的下话帧的Superframe counter的值为0，并令该下话帧的PLOAMd域的值为当前获取的来自GPS的绝对时间。
[0072] 步骤四：OLT对Superframe counter进行计数，并且每秒更新一次PLOAMd域的值，即每秒获取最新的GPS的绝对时间，并发送给ONU。
[0073] 步骤五：OLT判断当前需要发送的下话帧(还未发送)的Superframe counter的值是否为691200000，即从步骤三令Superframe counter归零到上一下话帧(对应的Superframe counter的值为691199999)发送完毕，是否已经达到691200000/8000＝24小时，如果是，则执行步骤六，否则执行步骤四。
[0074] 步骤六：OLT令当前需要发送的下话帧的Superframe counter的值为0，即Superframe counter的值最终不会被置为691200000，并令该下话帧的PLOAMd域的值为当前获取的来自GPS的绝对时间，然后再执行步骤四。
[0075] 通过上述三个具体步骤，可以实现OLT对ONU的授时，使得ONU可以不断获得GPS最新提供的绝对时间，以及该绝对时间的起始时刻。
[0076] 参见图7，本发明实施例提供的一种通信系统包括：授时服务设备10、光线路终端OLT 11和至少一个光网络单元ONU 12。
[0077] 授时服务设备10，用于提供时间信息。
[0078] OLT 11，用于从授时服务设备10获取时间信息，并将该时间信息发送给ONU 12。
[0079] ONU 12，用于通过OLT 11获取授时服务设备10提供的时间信息。
[0080] 较佳地，参见图8，所述OLT 11包括：
[0081] 时间信息获取单元111，用于从授时服务设备10获取时间信息，其中包括整数秒和该整数秒的起始时刻信息。
[0082] 如果授时服务设备10是GPS的话，则时间信息获取单元111相当于GPS接收机。
[0083] 特定下话帧设置单元112，用于当时间信息获取单元111获取了授时服务设备10提供的时间信息时，将当前需要向ONU 12发送的下话帧设置为用于标记该时间信息中的整数秒的起始时刻的特定下话帧，并将该时间信息中的整数秒设置在该特定下话帧中。
[0084] 下话帧发送单元113，用于向ONU 12发送下话帧，其中包括特定下话帧。
[0085] 较佳地，所述特定下话帧设置单元112，通过将特定下话帧中的超帧计数器Superframe counter的值设为预先设置的第一特定值，标记整数秒的起始时刻。
[0086] 较佳地，所述下话帧发送单元113，从第一特定值开始，将需要发送的每一下话帧中的Superframe counter的值累计加1，在当前需要向ONU 12发送的下话帧中的Superframe counter的值累计达到预先设置的第二特定值时，将当前需要向ONU 12发送的下话帧中的Superframe counter的值重新置为第一特定值；其中，第二特定值与第一特定值的差值，为秒的整数倍与OLT 11发送下话帧所采用的发送速率的乘积。
[0087] 较佳地，所述特定下话帧设置单元112，将整数秒设置在特定下话帧中预先与所述ONU 12协商好的下行物理控制块PCBd域的特定字段。
[0088] 较佳地，参见图9，所述ONU 12包括：
[0089] 接收单元121，用于接收OLT 11发送的下话帧。
[0090] 解析单元122，用于对接收单元121接收的下话帧进行解析，从预先与所述OLT 11协商好的下行物理控制块PCBd域的特定字段获取所述授时服务设备10提供的时间信息。
[0091] 综上所述，本发明实施例，协商规定GPON网络的帧结构中的特定字段的值作整数秒的起始标志，在网络中进行传递，使得ONU侧可以恢复出和OLT侧相同的整数秒的起始标志；并且利用PLOAM中的控制消息传递绝对时间，达到网络授时的目的。因此，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
[0092] 1.实现成本低，只需要在现有的GPON网络中增加少量的GPS或北斗接收机，并作相应的软件改动即可。
[0093] 2.授时精度高，从GPON技术标准中可以得到下话帧恢复的相位不会超过1个单位时间间隔(UI，Unit Interval)，如果下话方向以1.25G速率传输，则授时精度可以达到8纳秒(ns)。
[0094] 3.授时可靠安全性好，由于GPON网络上下话同频，且下话帧的发送频率是8千赫兹等特点，使得利用GPON网络授时可靠且安全性好。
[0095] 4.应用范围广，随着TD-SCDMA网络的深入建设，GPON已经成为运营商主要采用的接入网技术，因此利用GPON网络进行授时会有很丰富的应用场景。
[0096] 5.操作维护简单，由于GPON网络的GPON传输汇聚层(GTC，GigabitPON Transmission Convergence)层实现ONU管理控制接口(OMCI，ONUManagement and Control Interface)和PLOAM操作维护接口，使得授时功能可以通过网络发送消息进行控制，因此网络操作维护非常简单易行。
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