Ptn設備及其主備交叉盤實現時間同步保護倒換的方法

2023-09-13 19:13:25 2

專利名稱：Ptn設備及其主備交叉盤實現時間同步保護倒換的方法
技術領域：
本發明涉及PTNO^acket Transport Network，分組傳送網)傳送網的精確時間同 步技術領域，特別是涉及一種PTN設備及其主備交叉盤實現時間同步保護倒換的方法。
背景技術：
TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division MultipleAccess，時分同 步碼分多址)無線系統是一個精確時間同步系統，為滿足TD-SCDMA系統設備的相關同步功 能和接口要求，業內規劃實施了通過衛星、地面等多種時間同步傳遞的措施對TD-SCDMA基 站進行同步，以保證整網穩定、可靠的工作。對於地面時間同步，目前可以通過PTN傳送網以支持IEEE 1588v2協議的乙太網 包交互方式實現。通過PTN傳送網實現的這種時間同步傳遞過程大致可以分為三個階段。其中，第一階段為時間同步設備對PTN傳送設備的同步，PTN傳送設備通過 lpps+T0D(lpps-lPulse per Second，即秒脈衝；TOD-Time of Day，即日時間)時間接口與 外部時間同步設備連接，並接收來自時間同步設備的Ipps信號和TOD信息，完成本地時間 校準。第二階段為PTN傳送網內部的時間同步，由已完成本地時間校準的傳送節點作為 MASTER (主時鐘設備)，發起與作為SLAVE (備時鐘設備)的相連節點的1588乙太網包交互， 實現對SLAVE節點的時間同步與傳遞，作為SLAVE的中間節點在完成時間校準後，又將自己 作為新的MASTER，與相連的下一節點完成同樣的包交互過程……就這樣經過逐級同步與傳 遞，最終完成整個傳送網內的時間同步。第三階段為傳送網邊緣節點對基站的同步，此時傳送設備通過lpps+TOD時間接 口與基站連接，並向基站輸出Ipps信號和TOD信息，實現對基站的精確時間同步。這三個階段按照同步原理不同，習慣上又歸納為兩種同步方式，即帶外同步方 式與帶內同步方式。其中第一階段和第三階段屬於帶外同步方式，這種方式直接通過 lpps+TOD時間接口傳送精確時間信息實現；第二階段屬於帶內同步方式，通過1588乙太網 包交互實現。在實際應用中，為了提高時間同步功能的安全性和可靠性，必須對網絡傳送路徑 的各個環節加以保護。目前IEEE 1588￥2協議已提出一種81 出68{ Master Clock，最佳主 時鐘)算法來實現網絡級的保護，但是作為可靠性設計的一部分，需要為lpps+TOD時間接 口和時間同步處理模塊提供設備級的熱備份(Hot Backup)，因此，如何實現為lpps+TOD時 間接口和時間同步處理模塊提供設備級的熱備份，成為本領域亟待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種PTN設備及其主備交叉 盤實現時間同步保護倒換的方法，本發明能夠在交叉盤上集中實現，為lpps+TOD時間接口 和時間同步處理模塊提供熱備份，從帶外和帶內兩種同步方式上實現了有效保護，而且時間源切換平穩，輸入輸出時間抖動小，達到了業內相關要求。本發明提供的PTN設備，包括主交叉盤和備交叉盤，所述主交叉盤和備交叉盤各 包括一個lpps+TOD時間接口和一個時間同步處理模塊，每個lpps+TOD時間接口分別接入 到主交叉盤和備交叉盤的面板上，利用接口的冗餘提供接口保護；時間同步處理模塊內嵌 在主交叉盤和備交叉盤上，藉助主交叉盤和備交叉盤之間的保護倒換功能，為時間同步處 理模塊提供熱備份。本發明提供一種在上述PTN設備的主備交叉盤上實現時間同步保護倒換的方法 對於帶外同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，主、備兩個lpps+TOD時間接口先維持 原輸出，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並完成本地時間校 準，才切換到所述新的處於工作狀態的交叉盤的時間源上，實現對外時間輸出的平穩過渡； 對於帶內同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，系統立即終止與所有相連的SLAVE節 點的包交互過程，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並完成本地 時間校準，才重新發起對SLAVE節點的包交互；在此期間，與本站相連的SLAVE節點保持原 有時間，並繼續對下遊節點進行帶內同步輸出。在上述技術方案中，對於帶外同步方式，當lpps+TOD時間接口工作在輸入方式 時，將時間信息同時發送到本交叉盤和對偶交叉盤上的時間同步處理模塊，採用自動選收 方式進行冗餘保護；當lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，選擇當前處於工作狀態的交 叉盤的時間同步處理模塊，作為輸出時間源，將本交叉盤時間同步處理模塊的時間信息通 過並發方式，輸出到本交叉盤和對偶交叉盤上的兩個lpps+TOD時間接口上，並使用非對稱 輸出補償，來同步兩個lpps+TOD時間接口輸出的時間。本發明在系統設備上已經成功實現了對時間同步的保護倒換功能，系統驗證結果 證明(1)從帶外和帶內兩種同步方式上實現了有效保護，而且時間源切換平穩，輸入輸 出時間抖動小，達到了業內相關要求；(2)不必設計額外的lpps+TOD時間接口端子板，節約了寶貴的系統空間；(3)硬體投入成本低，可共用交叉盤的FPGA和主備倒換電路資源；(4)主要的控制功能以軟體狀態機方式實現，算法簡潔清晰，模塊運行獨立，易於 移植和維護。


圖1是本發明實施例中PTN設備主備交叉盤的功能框圖；圖2是lpps+TOD時間接口工作在輸入方式時，本發明實施例的方法流程圖；圖3是lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，本發明實施例的方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述。本發明實施例提供一種PTN設備，包括主交叉盤和備交叉盤，所述主交叉盤和備 交叉盤各包括一個lpps+TOD時間接口和一個時間同步處理模塊，每個lpps+TOD時間接口 分別接入到主交叉盤和備交叉盤的面板上，利用接口的冗餘提供接口保護；時間同步處理模塊內嵌在主交叉盤和備交叉盤上，藉助主交叉盤和備交叉盤之間的保護倒換功能，為時 間同步處理模塊提供熱備份。圖1中示出了實施例中PTN設備主備交叉盤的功能模塊組成及主要信號的流向關 系，主要包含以下單元(1)系統控制單元由CPU擔任，除了完成交叉盤正常運行涉及到的所有控制動作 外，還要管理調度帶內、帶外時間同步的任務(或進程)；完成1588乙太網包交互的過程； 完成相關計算，並對本地時間進行校準；協調控制各功能模塊間的動作等。(2) 1588時間同步單元內嵌一個高精度的時鐘振蕩器，單盤本地時間就是通過 對該時鐘振蕩器的計數產生；支持IEEE 1588 v2協議，通過包交換實現對本地時間的校 準；接受CPU的控制，通過對片內計數模塊的讀寫操作可以將本地時間讀出及對本地時間 進行修改。(3) Ipps傳送單元選擇Ipps信號源，並進行傳送處理，Ipps傳送單元及TOD存儲 轉發單元由FPGA實現，接受CPU的控制。FPGA對來自對偶盤1588時間同步單元的Ipps信 號做透傳處理，對來自本盤1588時間同步單元的Ipps信號在其傳送路徑上添加延時電路， 再結合軟體輸出補償方法進行信號校正，達到既保證Ipps信號精確輸出，又保證從1588時 間同步單元輸出的Ipps信號無論其來自本盤還是對偶盤，送往lpps+TOD接口的傳輸時間 都相等的目的。G) TOD存儲轉發單元向lpps+TOD接口輸出時，選擇來自主盤或備盤的1588時 間同步單元的精確時間信息源，提取時間信息並轉換為TOD信號格式，按照業內規範要求 在Ipps上升沿Ims後開始輸出，在500ms內傳完；從lpps+TOD接口輸入時，選擇TOD信號 源，提取並暫存時間信息供CPU讀取。(5) lpps+TOD時間接口 接受CPU的控制，對Ipps與TOD信號進行輸入/輸出使 能控制和電平轉換，適應傳送要求。在上述PTN設備的主備交叉盤上的硬體基礎上，本發明實施例提供一種實現時間 同步保護倒換的方法對於帶外同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，主、備兩個lpps+TOD時間接 口先維持原輸出，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並完成本地 時間校準，才切換到所述新的處於工作狀態的交叉盤的時間源上，實現對外時間輸出的平 穩過渡；對於帶內同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，系統立即終止與所有相連的 SLAVE節點的包交互過程，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並 完成本地時間校準，才重新發起對SLAVE節點的包交互；在此期間，與本站相連的SLAVE節 點保持原有時間，並繼續對下遊節點進行帶內同步輸出。對於帶外同步方式，當lpps+TOD時間接口工作在輸入方式時，將時間信息同時發 送到本交叉盤和對偶交叉盤上的時間同步處理模塊，採用自動選收方式進行冗餘保護；當 lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，選擇當前處於工作狀態的交叉盤的時間同步處理 模塊，作為輸出時間源，將本交叉盤時間同步處理模塊的時間信息通過並發方式，輸出到本 交叉盤和對偶交叉盤上的兩個lpps+TOD時間接口上，並使用非對稱輸出補償，來同步兩個 lpps+TOD時間接口輸出的時間。下面按照CPU主要程序執行流程來具體說明系統的工作過程。
參見圖2所示，lpps+TOD時間接口工作在輸入方式，任務開始步驟101 判斷當前外部時間源是否來自主接口，若是，則轉到步驟102，否則轉到 步驟103 ；步驟102 檢測主、備接口的告警狀態，若檢測到主接口有告警而備接口無告警， 則轉到步驟104，否則轉到步驟111 ；步驟103 檢測主、備接口的告警狀態，若檢測到備接口有告警而主接口無告警， 則轉到步驟105，否則轉到步驟106 ；步驟104 立即將內部連接切換到備接口，選收備用時間源，轉到步驟111 ；步驟105 立即將內部連接切換到主接口，選收主用時間源，轉到步驟111 ；步驟106 檢測主、備接口的告警狀態，若檢測到主、備接口均無告警，則轉到步驟 107，否則轉到步驟108 ；步驟107 啟動計時器計時，轉到步驟109 ；步驟108 計時器清零，轉到步驟111 ；步驟109 當任務再度被調用且執行到這裡時，例如檢測到計時時間到，則轉到步 驟110，否則轉到步驟111;步驟110 停止計時，將內部連接重新切回到主接口，選收主用時間源；步驟111 讀取當前外部時間源的精確時間信息，並對本地時間進行校準，為消除 主/備時間接口到FPGA的傳送路徑不等長造成的誤差，對來自備接口的時間進行納秒級負 補償；步驟112 判斷本次任務執行中是否有主備時間接口切換事件發生，即時間源是 否發生改變，如果是，則轉到步驟113，否則轉到步驟114 ；步驟113:計時器清零；步驟114:延時。至此本次任務執行完畢，任務掛起並等待下一次調度。參見圖3所示，lpps+TOD時間接口工作在輸出方式，任務開始步驟201 檢測本交叉盤是否正處於工作狀態，即是否為當前工作盤，如果是，則 轉到步驟202，否則轉到步驟205 ；步驟202 本交叉盤已經確認自身是當前工作盤，判斷是否存在對偶交叉盤，如果 是，則轉到步驟203，否則轉到步驟204 ；步驟203 通過盤間交互總線向對偶交叉盤傳送本交叉盤的時間；步驟204 判斷是否有主備交叉盤切換事件發生，如果是，則轉到步驟206，否則轉 到步驟207 ；步驟206 置主備交叉盤剛剛發生切換的標誌，在新的工作盤通過帶內同步方式 完成時間校準，在清除主備交叉盤發生切換的標誌之前的這段過渡時間內，本盤仍選擇原 工作盤時間為本地時間源，並向主備接口輸出，直到時間校準完成，才清除標誌，選擇新的 工作盤的時間輸出，轉到步驟210 ；步驟207 未檢測到主備交叉盤切換事件發生，選擇本交叉盤時間作為本地時間 源輸出，轉到步驟210;步驟205 本交叉盤得知自身不是當前工作盤，直接判斷是否有主備交叉盤切換事件發生，如果是，則轉到步驟208，否則轉到步驟209 ；步驟208 由於主備交叉盤剛剛發生倒換，在新的工作盤通過帶內同步方式完成 時間校準，在清除主備交叉盤切換事件標誌之前的這段過渡時間內，本交叉盤仍選擇原工 作盤時間為本地時間源，並向主備接口輸出，直到時間校準完成，選擇新的工作盤的時間輸 出，轉到步驟210 ；步驟209 未檢測到主備交叉盤切換事件發生，選擇對偶交叉盤時間為本地時間 源，並向主備接口輸出；步驟210:延時。至此本次任務執行完畢，任務掛起並等待下一次調度。上文中提到，lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，會對來自本交叉盤的1588時 間同步單元的Ipps傳送路徑上添加延時電路，以防止因為本地時間源切換導致的主/備接 口對外輸出時間跳變。為了彌補這一措施對輸出時間精確度的影響，本任務中還對輸出時 間做了納秒級負補償。本發明實施例的工作原理詳細闡述如下每個交叉盤上的lpps+TOD時間接口，都同時通過並發或選收方式，連接主備兩個 交叉盤。lpps+TOD時間接口工作在輸入方式時，時間信息除送給本交叉盤上的時間同步 處理模塊外，同時通過背板發送到另外一塊交叉盤的時間同步處理模塊，這樣一來，每個交 叉盤的時間同步處理模塊都可選擇本交叉盤或另一交叉盤的外部時間信息，設計中可採用 自動選收方式進行冗餘保護，其原理是正常狀態下，交叉盤選收來自主時間接口的時間信 息，當檢測到主接口狀態異常而備接口正常時，立即切換到備接口接收備用時間源的信息， 此後如果檢測到備接口狀態異常而主接口恢復正常時，又立即切回到主接口。這裡還可引 入等待恢復機制，以滿足在正常狀態下系統總能同步於精度較高的外部時間源的應用需 求。實際應用中，也可以是網管固定配置來自某一交叉盤的接口。不管是自動選源，還是網 管固定配置，兩個交叉盤的選擇動作都是協調一致的，這樣經過相同的lpps+TOD時間接口 輸入源信息校準後，兩個交叉盤的時間都是準確同步的。應用此方法，兩個交叉盤都能同時 接收當前處於正常狀態的外部時間源信息，而不會受交叉盤工作保護狀態的影響。lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，為了保證正確的時間同步信息輸出，必須 選擇當前處於工作狀態的交叉盤的時間同步處理模塊作為輸出時間源。本發明實施例中， 交叉盤將本交叉盤時間同步處理模塊的時間信息，通過並發方式，輸出到本交叉盤和對偶 交叉盤上的兩個時間接口上，並使用非對稱輸出補償，使主備接口輸出的時間精確相等。接 口輸出選擇邏輯根據兩交叉盤的工作狀態，自動選擇當前處於工作狀態的交叉盤的時間同 步信息。通過此方法，兩路lpps+TOD時間接口輸出是相同的，基站連接到任一接口上，都能 完成精確時間的穩定接收。因為時間同步處理模塊在主備交叉盤上互為備份，如果任何一個模塊出現硬體故 障而失效，都會影響正常工作，只需藉助於主備交叉盤已有的主備盤切換(Card Switch)功 能，並在切換條件中，加入必要的時間同步處理模塊的失效檢測，滿足條件時，把故障交叉 盤切換到非工作狀態，即可完成時間同步處理的保護功能。採用這種架構，需要注意的是，當主備交叉盤發生切換時，可能會導致時間抖動的 產生，給時間同步的穩定帶來不良影響。主要是因為在本站作為SLAVE同步到上級MASTER節點過程中，系統中的線路盤只選收處於工作狀態的交叉盤的數據，這就決定了處於非工 作狀態的交叉盤無法完成1588乙太網包交互，因此該交叉盤的時間，在此期間實際處於保 持或自由狀態，這種狀態持續時間越長，累計誤差也就越大，相對於精確時間的偏差也就越 遠。更為典型的一種情況是在系統從上電開始後就一直處於非工作狀態的交叉盤， 因為沒有機會通過帶內交互方式進行時間同步，那麼它的時間就完全是不確定的和不可用 的。如果此時主備交叉盤發生切換，很可能會出現短時間的時間抖動，這種抖動如果從本站 lpps+TOD時間接口輸出，會導致與之相連的基站時間產生跳變，如果通過1588乙太網包向 下一級SLAVE站點送出，將可能導致整個網絡的時間產生跳變，造成的這些結果都是不可 接受的。針對這一問題，本發明實施例分別從帶外和帶內兩種時間同步輸出方式提供解決 辦法對於帶外同步輸出，當主備交叉盤發生切換時，主、備時間接口先維持原輸出，直 到新的工作盤已同步到上級MASTER節點並完成本地時間校準，才切換到新的工作盤時間 源上，實現對外時間輸出的平穩過渡，儘可能的減小因單盤切換引起的輸出時間抖動。對於帶內同步輸出，為避免主備交叉盤切換時向下一級SLAVE傳遞跳變時間， 對1588乙太網包交互採取幹預措施，一旦發生交叉盤切換，系統立即終止與所有相連的 SLAVE節點的包交互過程，直到新的工作盤已同步到上級MASTER節點，並完成本地時間校 準，才重新發起對SLAVE節點的包交互，確保包交互過程的有效性。在此期間，與本站相連 的SLAVE節點保持原有時間，並繼續對下遊節點進行帶內同步，一般情況下這一狀態會持 續2個帶內同步周期，之後恢復正常。由於PTN傳送設備中，作為本地時間的時鐘振蕩器，本身具有相當高的精度，因 此，在短暫的保持時間內，足以保證其時間的精確度，較好的避免了因交叉盤主備切換導致 的時間跳變的傳遞，實現了本地時間的平穩輸出。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本 領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種PTN設備，包括主交叉盤和備交叉盤，所述主交叉盤和備交叉盤各包括一個 lpps+TOD時間接口和一個時間同步處理模塊，其特徵在於每個lpps+TOD時間接口分別接 入到主交叉盤和備交叉盤的面板上，利用接口的冗餘提供接口保護；時間同步處理模塊內 嵌在主交叉盤和備交叉盤上，藉助主交叉盤和備交叉盤之間的保護倒換功能，為時間同步 處理模塊提供熱備份。
2.在權利要求1所述PTN設備的主備交叉盤上實現時間同步保護倒換的方法，其特徵 在於對於帶外同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，主、備兩個lpps+TOD時間接口先 維持原輸出，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並完成本地時間 校準，才切換到所述新的處於工作狀態的交叉盤的時間源上，實現對外時間輸出的平穩過 渡；對於帶內同步方式，發生主、備交叉盤之間的切換時，系統立即終止與所有相連的 SLAVE節點的包交互過程，直到新的處於工作狀態的交叉盤已同步到上級MASTER節點，並 完成本地時間校準，才重新發起對SLAVE節點的包交互；在此期間，與本站相連的SLAVE節 點保持原有時間，並繼續對下遊節點進行帶內同步輸出。
3.如權利要求2所述在權利要求1所述PTN設備的主備交叉盤上實現時間同步保護倒 換的方法，其特徵在於對於帶外同步方式，當lpps+TOD時間接口工作在輸入方式時，將時間信息同時發送 到本交叉盤和對偶交叉盤上的時間同步處理模塊，採用自動選收方式進行冗餘保護；當 lpps+TOD時間接口工作在輸出方式時，選擇當前處於工作狀態的交叉盤的時間同步處理 模塊，作為輸出時間源，將本交叉盤時間同步處理模塊的時間信息通過並發方式，輸出到本 交叉盤和對偶交叉盤上的兩個lpps+TOD時間接口上，並使用非對稱輸出補償，來同步兩個 lpps+TOD時間接口輸出的時間。
全文摘要
本發明公開了一種PTN設備及其主備交叉盤實現時間同步保護倒換的方法，該PTN設備包括主交叉盤和備交叉盤，所述主交叉盤和備交叉盤各包括一個1pps+TOD時間接口和一個時間同步處理模塊，每個1pps+TOD時間接口分別接入到主交叉盤和備交叉盤的面板上，利用接口的冗餘提供接口保護；時間同步處理模塊內嵌在主交叉盤和備交叉盤上，藉助主交叉盤和備交叉盤之間的保護倒換功能，為時間同步處理模塊提供熱備份。本發明能夠在交叉盤上集中實現，為1pps+TOD時間接口和時間同步處理模塊提供熱備份，從帶外和帶內兩種同步方式上實現了有效保護，而且時間源切換平穩，輸入輸出時間抖動小，達到了業內相關要求。
文檔編號H04L12/56GK102123046SQ201110023210
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者方瓊, 胡安琪, 陶雪麗, 饒冀 申請人:烽火通信科技股份有限公司