一種基于電力sdh傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)裝置及其授時(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，特別涉及電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]SDH (Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體，并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。由于它可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，不同設(shè)備間的互通等多項(xiàng)功能，完善的通道保護(hù)能力，能大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，實(shí)現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)，在電力傳輸網(wǎng)中廣泛使用。
[0003]SDH這種傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級(jí)和接口碼型等特性。SDH是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)等級(jí)(即速率等級(jí))?；镜男盘?hào)傳輸結(jié)構(gòu)等級(jí)是同步傳輸模塊STM-1 (SynchronousTransmiss1n Mode)，相應(yīng)的速率是155Mbit/s。高等級(jí)的數(shù)字信號(hào)系列可通過(guò)將低速率低等級(jí)的信息模塊(例如STM-1)通過(guò)字節(jié)間插同步復(fù)接而成。這樣就使低速SDH信號(hào)在高速SDH信號(hào)的幀中的位置是固定的、有規(guī)律性的，也就是說(shuō)是可預(yù)見(jiàn)的。同理，由于采用了同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，可將PDH低速支路信號(hào)(例如2Mbit/s的E1信號(hào))復(fù)用進(jìn)SDH信號(hào)的幀中去(STM-N)，這樣使低速支路信號(hào)在STM-N幀中等位置也是可預(yù)見(jiàn)的，于是可以從STM-N信號(hào)中直接分/插低速支路信號(hào)。
[0004]因此，PTP over SDH技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用方案如圖1所示。該技術(shù)將PTP(Precis1nTime Protocol，精確時(shí)鐘同步協(xié)議)報(bào)文(又稱IEEE1588)封裝在E1信號(hào)，通過(guò)SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備精確授時(shí)，精度優(yōu)于1微妙。解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP)的同步準(zhǔn)確度不能滿足電力時(shí)間同步系統(tǒng)的要求。
[0005]現(xiàn)有的PTP over SDH方案要求SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的雙向不對(duì)稱延時(shí)應(yīng)小于25ns ;系統(tǒng)工作上電時(shí)需手工對(duì)時(shí)校準(zhǔn)；通道倒換后同步精度累計(jì)變差；裝置斷電重啟后需手工重新設(shè)置。降低了設(shè)備的適用性，不利于現(xiàn)場(chǎng)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決已有PTP over SDH方案中的通道不對(duì)稱延時(shí)導(dǎo)致授時(shí)偏差過(guò)大、通道倒換后對(duì)時(shí)精度累計(jì)變差、設(shè)備斷電需重設(shè)參數(shù)的問(wèn)題。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于電力SDH傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)裝置，包括HDB3解碼模塊、IEEE1588模塊、多源比對(duì)模塊、脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊及高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊，所述IEEE1588模塊分別與HDB3解碼模塊及多源比對(duì)模塊連接，所述脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊分別與多源比對(duì)模塊及高精度RTC(Real-time Clock，實(shí)時(shí)時(shí)鐘)時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊連接；
[0008]HDB3解碼模塊，接收PTP主時(shí)鐘信息后進(jìn)行HDB3碼的解碼，并將解碼后的信息封裝成以太包發(fā)送給IEEE 1588模塊；
[0009]IEEE1588模塊，提取所述以太包中的時(shí)鐘信息和秒沿脈沖，并發(fā)送給多源比對(duì)模塊；
[0010]多源比對(duì)模塊，將所述秒沿脈沖與外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源的秒沿脈沖進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出通道非對(duì)稱延時(shí)參數(shù)并發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊；
[0011]脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，根據(jù)已得到的延時(shí)參數(shù)，進(jìn)行通道非對(duì)稱性延時(shí)補(bǔ)償，調(diào)整時(shí)間，并輸出給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊；
[0012]高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊，以接收的調(diào)整后的時(shí)間或自身計(jì)數(shù)器的守時(shí)時(shí)間為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出。
[0013]具體地，所述高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊包含高精度穩(wěn)壓10MHz晶振、10倍倍頻器、時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、后備供電電池及時(shí)間轉(zhuǎn)碼輸出模塊，所述10倍倍頻器與高精度穩(wěn)壓10MHz晶振及時(shí)鐘計(jì)數(shù)器連接，所述時(shí)鐘計(jì)數(shù)器與時(shí)間轉(zhuǎn)碼輸出模塊連接，所述時(shí)間轉(zhuǎn)碼輸出模塊用于根據(jù)目標(biāo)授時(shí)設(shè)備接口的類型輸出時(shí)間對(duì)應(yīng)的碼元，所述后備電池用于為高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊工作供電。
[0014]優(yōu)選地，所述時(shí)間轉(zhuǎn)碼輸出模塊以直流B碼進(jìn)行授時(shí)時(shí)間輸出。
[0015]進(jìn)一步地，所述高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊與多源比對(duì)模塊連接，當(dāng)裝置斷電時(shí)，高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊通過(guò)模塊自身的后備電池供電，依賴自身的計(jì)時(shí)器守時(shí)，以計(jì)時(shí)器的守時(shí)時(shí)間為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出，當(dāng)裝置斷電后再次上電時(shí)，多源比對(duì)模塊同時(shí)對(duì)比計(jì)算來(lái)自IEEE 1588模塊和高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊的秒沿脈沖，計(jì)算出通道非對(duì)稱延時(shí)參數(shù)并發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊根據(jù)收到的延時(shí)參數(shù)相應(yīng)地調(diào)整時(shí)鐘信息，并將調(diào)整后的時(shí)鐘信息傳遞給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊，高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊以接收的調(diào)整后的時(shí)鐘信息為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出。
[0016]具體地，多源比對(duì)模塊由高精度穩(wěn)壓10MHz晶振、10倍倍頻器、秒表計(jì)數(shù)器及比較器組成，所述10倍倍頻器分別與10MHz晶振及秒表計(jì)數(shù)器連接，秒表計(jì)數(shù)器與比較器連接;
[0017]多源比對(duì)模塊收到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源的秒沿脈沖、IEEE1588模塊的秒沿脈沖和高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊的秒沿脈沖時(shí)，分別打上時(shí)間戳，記為T(mén)S1、TS2、TS3，比較器比較時(shí)間戳，計(jì)算出通道延時(shí)和通道倒換延時(shí)，將這兩個(gè)延時(shí)參數(shù)發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，TS2-TS1為通道延時(shí)，TS3-TS2為通道倒換延時(shí)，差值為正數(shù)則表示時(shí)間滯后，差值為負(fù)數(shù)則表示時(shí)間超前。
[0018]具體地，所述脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊對(duì)TS3-TS2的數(shù)值進(jìn)行判斷，當(dāng)10ms>TS3-TS2>800ns時(shí)，認(rèn)定發(fā)生通道倒換，進(jìn)行通道倒換延時(shí)補(bǔ)償，調(diào)整時(shí)間，并輸出給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊。
[0019]較佳地，還包括脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器與多源比對(duì)模塊連接，外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源通過(guò)脈沖發(fā)生器解碼產(chǎn)生秒沿脈沖，并發(fā)送給多源比對(duì)模塊。
[0020]對(duì)應(yīng)于上述基于電力SDH傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)裝置，本發(fā)明還提供一種基于電力SDH傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)方法，包括如下步驟:
[0021]HDB3解碼模塊接收PTP主時(shí)鐘信息后進(jìn)行HDB3碼的解碼，并將解碼后的信息封裝成以太包發(fā)送給IEEE 1588模塊；
[0022]IEEE1588模塊提取所述以太包中的時(shí)鐘信息和秒沿脈沖，并發(fā)送給多源比對(duì)模塊；
[0023]多源比對(duì)模塊將所述秒沿脈沖與外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源的秒沿脈沖進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出通道非對(duì)稱延時(shí)參數(shù)并發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊；
[0024]脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊根據(jù)已得到的延時(shí)參數(shù)，進(jìn)行通道非對(duì)稱性延時(shí)補(bǔ)償，調(diào)整時(shí)間，并輸出給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊；
[0025]高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊以接收的調(diào)整后的時(shí)間或自身計(jì)數(shù)器的守時(shí)時(shí)間為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出。
[0026]進(jìn)一步地，當(dāng)裝置斷電時(shí)，高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊則通過(guò)模塊自身的后備電池供電，依賴自身的計(jì)時(shí)器守時(shí)，以計(jì)時(shí)器的守時(shí)時(shí)間為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出，當(dāng)裝置斷電后再次上電時(shí)，多源比對(duì)模塊同時(shí)對(duì)比計(jì)算來(lái)自IEEE1588模塊和高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊的秒沿脈沖，計(jì)算出通道非對(duì)稱延時(shí)參數(shù)并發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊根據(jù)收到的延時(shí)參數(shù)相應(yīng)地調(diào)整時(shí)鐘信息，并將調(diào)整后的時(shí)鐘信息傳遞給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊，高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊以接收的調(diào)整后的時(shí)鐘信息為基準(zhǔn)輸出授時(shí)時(shí)間進(jìn)行授時(shí)輸出。
[0027]進(jìn)一步地，多源比對(duì)模塊收到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源的秒沿脈沖、IEEE1588模塊的秒沿脈沖和高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊的秒沿脈沖時(shí)，分別打上時(shí)間戳，依次記為T(mén)S1、TS2、TS3，比較器比較時(shí)間戳，計(jì)算出通道延時(shí)和通道倒換延時(shí)，將這兩個(gè)延時(shí)參數(shù)發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，TS2-TS1為通道延時(shí)，TS3-TS2為通道倒換延時(shí)，差值為正數(shù)則表示時(shí)間滯后，差值為負(fù)數(shù)則表示時(shí)間超前，所述脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊對(duì)TS3-TS2的數(shù)值進(jìn)行判斷，當(dāng)10ms>TS3-TS2>800ns時(shí)，認(rèn)定發(fā)生通道倒換，進(jìn)行通道倒換延時(shí)補(bǔ)償，調(diào)整時(shí)間，并輸出給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊。
[0028]本發(fā)明中，所述高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊采用FPGA器件。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:
[0030]1.采用外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源自動(dòng)校準(zhǔn)通道不對(duì)稱性延時(shí)，解決傳統(tǒng)PTP協(xié)議要求傳輸網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的雙向不對(duì)稱延時(shí)應(yīng)小于25ns，而現(xiàn)有的電力系統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際不對(duì)稱延時(shí)無(wú)法滿足其要求的問(wèn)題。
[0031]2.采用多源比對(duì)法及脈沖補(bǔ)償恢復(fù)設(shè)計(jì)保證通道倒換后精，避免線路通道頻繁倒換累計(jì)誤差。
[0032]3.采用基于FPGA的不掉電式高精度RTC維持時(shí)間基準(zhǔn)，避免斷電重設(shè)參數(shù)問(wèn)題。使得裝置斷電重啟后自動(dòng)快速恢復(fù)正常工作。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的PTP over SDH的應(yīng)用方案的原理示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明基于電力SDH傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)裝置的原理框圖；
[0035]圖3為多源比對(duì)模塊的原理框圖；
[0036]圖4為高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)注意的是，實(shí)施例僅僅是為了幫助讀者更好地理解本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，其并不用以限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0038]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的PTP over SDH方案中的通道不對(duì)稱延時(shí)導(dǎo)致授時(shí)偏差過(guò)大、通道倒換后對(duì)時(shí)精度累計(jì)變差、設(shè)備斷電需重設(shè)參數(shù)的問(wèn)題，提供一種基于電力SDH傳輸網(wǎng)的高精度授時(shí)裝置，如圖2所示，包括HDB3解碼模塊、IEEE 1588模塊、多源比對(duì)模塊、脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊及高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊，所述IEEE1588模塊分別與HDB3解碼模塊及多源比對(duì)模塊連接，所述脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊分別與多源比對(duì)模塊及高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)維持模塊連接；HDB3解碼模塊，接收PTP主時(shí)鐘信息后進(jìn)行HDB3碼的解碼，并將解碼后的信息封裝成以太包發(fā)送給IEEE1588模塊；IEEE1588模塊，提取所述以太包中的時(shí)鐘信息和秒沿脈沖，并發(fā)送給多源比對(duì)模塊；多源比對(duì)模塊，將所述秒沿脈沖與外部基準(zhǔn)時(shí)鐘源的秒沿脈沖進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出通道非對(duì)稱延時(shí)參數(shù)并發(fā)送給脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊；脈沖補(bǔ)償恢復(fù)模塊，根據(jù)已得到的延時(shí)參數(shù)，進(jìn)行通道非對(duì)稱性延時(shí)補(bǔ)償，調(diào)整時(shí)間，并輸出給高精度RTC時(shí)間基準(zhǔn)