[发明专利]基于精确时间协议的时间同步装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络时间同步装置，具体涉及基于精确时间协议的时间同步装置和方法。

背景技术

目前，各种基于精确时间协议的系统在各种行业有着广泛的应用，如通信系统、电力系统、交通系统、金融系统等，例如：

在通信系统中，随着通信网络由传统方式向PTN网络的演变，系统对网络时间同步的要求进一步提高，如LTE对网络时钟同步的要求达到2微秒。众所周知，任何一种有线或无线方式都存在故障的可能，进而使网络时间同步产生偏差，由于LTE通信系统对时间同步要求非常高，一旦出现时间同步偏差就会造成通讯系统的中断，从而给客户和运营商带来巨大的损失。因此，基于精确协议时间协议的时间同步方式正在被越来越多的通信网络所采用。

在电力系统中，电力通信调度网、电厂和变电站等场所都需要非常精确的时间同步控制。毫秒或微秒级的时间同步偏差会造成系统的中断，甚至电网的瘫痪，给客户和电力公司带来巨大的损失。因此，高精度的时间同步系统也是保障电厂、变电站和电力通信畅通的必备条件。

在交通系统中，尤其是轨道交通和高速交通的大力发展，对时间同步系统的要求也是越来越强烈，如其控制系统、无线和有线的通信调度系统、故障记录系统等。

在金融系统中，各大银行、证劵系统的实时交易系统、通信系统和灾难恢复系统都需要时间同步控制，以支持高频交易，实现以毫秒的速度买进和卖出数以百万计的股票。

目前，世界上普遍使用的时间同步方法是通过时间同步装置下载GPS、北斗或格洛纳斯GLONASS的卫星导航系统的UTC（世界标准时间）并应用到每个需要精确时钟信号的通讯设备上，从而实现各种通讯设备的时间同步。尽管GPS授时系统是目前最普遍使用的技术，但是卫星接收的时钟有以下缺点：

（1）由于GPS是美国军方控制的全球卫星导航系统，受美国军方控制,没有保障；

（2）天馈线维护费用高，需要防雷防水措施，在无线信号比较纷杂的城市和电力设备，轨道交通设备周边,也容易受到无线的干扰;

(3)城市里高楼林立，卫星接收视野受到限制，很难保证持续接收到足够的卫星信号。

另外，不同的系统，其通信通道各不相同。在通信系统中，大的运行商拥有自己的PTN网络，在此基础上建PTP时间同步网，成本较低，关键是要解决跨路由器和多跳网络的PTP传输；电力系统的通信骨干网主要采用SDH网络，但SDH网络固有的不对称切换延迟并不在PTP协议设计的考虑之内，会严重影响了PTP时钟的传输精度，但可以采用基于SDH组建专门的PTP传输网络和专有科学算法来克服其不对称性。在交通系统中，其PTP通信通道往往也是专有，和电信系统类似。在金融系统中，其通信网络往往是租借通信公司的线路组成一个专网，其PTP传输关键在接入点的时间恢复。

有鉴于此，上述各种系统急需一种精度高、费用低、安全性高的网络时间同步装置，以满足业务需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何实现精度高、费用低、安全性高的网络时间同步的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于精确时间协议的时间同步方法，包括以下步骤：

利用本地时钟振荡源生成本地时钟信号；

捕获PTP报文，并记录此时本地时钟信号的本地时间戳；

解析所述PTP报文，并获得此时主时钟信号的主时钟时间戳；

根据所述本地时间戳与所述主时钟时间戳的差值，调整所述本地时钟信号，使本地时钟信号与主时钟信号同步。

在上述方法中，还包括：当所述主时钟信号丢失时，读取所述本地时钟信号作为备用时钟信号，并利用所述备用时钟信号替换所述PTP报文中的主时钟信号。

在上述方法中，根据所述本地时钟信号输出相应的秒脉冲信号和频率信号给其他电路使用。

本发明还提供了一种基于精确时间协议的时间同步装置，包括本地时钟振荡源、PTP硬件辅助模块、PTP协议处理模块和时间调整模块，所述本地时钟振荡源用于生成本地时钟信号；所述PTP硬件辅助模块捕获途经以太网物理层芯片的PTP报文，并记录此时本地时钟信号的本地时间戳；所述PTP协议处理模块解析所述PTP报文，并获得此时主时钟信号的主时钟时间戳；所述时间调整模块根据所述本地时间戳与所述主时钟时间戳的差值，调整所述本地时钟信号，使本地时钟信号与主时钟信号同步。