專利名稱：一種海底觀測網岸基站時間同步方法
技術領域：
本發(fā)明屬于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用技術領域，涉及一種UTC高精度時間同步的方法，尤其是一種基于NTP和PTP技術的海底觀測網岸基站時間同步方法。
背景技術：
將通訊網上各種通信設備或者計算機設備的時間信息基于UTC時間(協(xié)調世界時)偏差限定在足夠小的范圍內，這種同步過程叫做時間同步。對于海底觀測網而言，海底設備采集到的數(shù)據(jù)需要包含有一定精度的時間信號，以便于與海底其他地方發(fā)生的事情和地面發(fā)生的事件用來進行分析和對比，從而提供更精確的信息。尤其是在對海底的物理調查和研究如海洋地殼和地幔的速度結構、板塊俯沖帶的演化動力學特征中更是不可或缺。高精度海底觀測網時間同步系統(tǒng)的實現(xiàn)，將從多個方面對海洋觀測產生重要的作用有利于海底現(xiàn)狀的實時觀測、管理和監(jiān)控；有利于深海設備的網絡通信同步，對設備的管理更加方便；有利于對多方面的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，對遠程監(jiān)測各種突發(fā)事件將有著更重要的意義。由于處在深海區(qū)域的設備無法安裝外接天線，因此無法直接接收北斗衛(wèi)星信號或者GPS衛(wèi)星信號，岸基站時間同步系統(tǒng)的設計就顯得尤為重要，對海底觀測網岸基站系統(tǒng)設計提出的要求有高穩(wěn)定性、高可靠性、信號多樣性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于NTP和PTP技術的海底觀測網岸基站時間同步方法，為海底觀測網岸基站提供可靠、穩(wěn)定、精確的時間同步信號。為達到上述目的，本發(fā)明的海底觀測網岸基站時間同步方法，是一種基于NTP和PTP技術的時間同步方法，包括以下步驟
(1)采用PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)星信號作為時間源；兩臺PTP主時鐘優(yōu)先選擇GPS衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS失效時，自動切換至北斗衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS衛(wèi)星信號和北斗衛(wèi)星信號都失效時，兩臺PTP主時鐘選擇主時鐘內置的晶振進行守時；
(2)選擇PTP主時鐘作為岸基站主時鐘，當PTP主時鐘失效時，選擇備用PTP主時作為岸基站主時鐘直到PTP主時鐘恢復；
(3)岸基站主時鐘對接收到的時間源進行處理并輸出PTP同步信號和NTP同步信號；
(4)將岸基站主時鐘輸出的NTP同步信號和PTP同步信號連同岸基站數(shù)據(jù)服務器以太網信號和岸基站網頁服務器以太網信號傳輸至同一個核心交換機，由核心交換機將輸入信號整合為一路以太網信號并通過PTN設備將電信號轉換成光信號后，由深海光電復合纜傳輸至海底觀測網。·
本發(fā)明步驟(I)中所說的PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收GPS衛(wèi)星信號是指兩臺PTP主時鐘直接通過GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號，PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收北斗衛(wèi)星信號是指兩臺PTP主時鐘外掛北斗模塊通過北斗天線接收北斗衛(wèi)星信號，外掛北斗模塊輸入至兩臺PTP主時鐘的信號為IRIG-B碼信號，北斗模塊可采用TimeDAlOOO系列產
品ο步驟(I)中所說的兩臺PTP主時鐘內置的晶振是HQ-OCXO恒溫晶振，守時頻率穩(wěn)定度達 ±1Χ1 Τ。本發(fā)明步驟(2)
中所說的PTP主時鐘失效情況包括PTP主時鐘無法鎖定北斗衛(wèi)星信號或GPS衛(wèi)星信號，或者PTP主時鐘損壞導致無法工作。 步驟(2)中所說的備用PTP主時鐘被選作為岸基站主時鐘直到PTP主時鐘恢復，是指PTP主時鐘失效后，備用PTP主時鐘被選作為岸基站主時鐘；當PTP主時鐘恢復正常工作時，PTP主時鐘被選作為岸基站主時鐘。本發(fā)明步驟(3)中所說的岸基站主時鐘輸出的PTP同步信號是以太網格式，與UTC時間誤差在IOOns內；岸基站主時鐘輸出的NTP同步信號是以太網格式，與UTC時間誤差在25us 內 ο本發(fā)明步驟(4)中所說的核心交換機是支持IEEE1588v2協(xié)議的網管型三層交換機，如MOXA公司的EDS-828的24+4G 口模塊化千兆網管型冗余三層交換機。所說的PTN設備是支持IEEE1588v2協(xié)議的遠距離網絡傳輸設備，工作在邊界時鐘的模式。例如可用阿爾卡特朗訊公司的1850 TSS-5C型號的分組傳輸交換機。上述的PTP主時鐘是指采用IEEE1588 v2協(xié)議與GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)星信號進行時間同步的工作在Master模式下時間服務器，可同時輸出NTP同步信號和PTP同步信號；NTP同步信號是由RFC1305協(xié)議定義的時間同步信號；PTP同步信號是由ΙΕΕΕ1588 ν2協(xié)議定義的時間同步信號；PTN設備是支持IEEE1588 v2協(xié)議的用于遠距離信號傳輸?shù)木W絡傳輸設備碼稱為“美國靶場儀器組碼”，是美國靶場司令委員會制定的一種時間標準。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的海底觀測網岸基站時間同步方法中，采用北斗、GPS組合為岸基站PTP主時鐘授時，可增強時間源的安全性；采用兩臺岸基站PTP主時鐘進行備份，可增強系統(tǒng)的可靠性；PTP主時鐘可以同時輸出NTP同步信號和PTP同步信號，可增強海底觀測網絡時間同步信號的多樣性；ΡΤΡ主時鐘內置晶振進行衛(wèi)星信號失鎖后的守時，可增強系統(tǒng)在衛(wèi)星失鎖后的精度；利用PTN設備將電信號轉換為光信號并經由深海光電復合纜進行傳輸，可實現(xiàn)時間信號在深海海底的遠距離傳輸；本發(fā)明是整個海底觀測網絡進行時間同步的基準。


圖I是海底觀測網岸基站時間同步系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明做詳細的說明。參照圖1，海底觀測網岸基站時間同步方法，包括以下步驟
(I)采用兩臺PTP主時鐘接收GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)星信號作為時間源；其中，一臺為備用PTP主時鐘，兩臺PTP主時鐘可直接通過外置GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號，而北斗衛(wèi)星信號則需要通過外掛北斗模塊通過北斗天線來獲取，北斗模塊接收北斗衛(wèi)星信號并輸出IRIG-B碼信號，再輸入至兩臺PTP主時鐘，北斗模塊可采用型號為TimeDAlOOO系列產品；兩臺PTP主時鐘優(yōu)先選擇GPS衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS失效時，自動切換至北斗衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS衛(wèi)星信號和北斗衛(wèi)星信號都失效時，兩臺PTP主時鐘選擇主時鐘內置的晶振進行守時；晶振是HQ-OCXO恒溫晶振，守時頻率穩(wěn)定度達土 I X 10_12。(2)正常情況下，選擇PTP主時鐘作為岸基站主時鐘，當PTP主時鐘失效時，選擇備用PTP主時作為岸基站主時鐘直到PTP主時鐘恢復；失效情況包括PTP主時鐘無法鎖定北斗衛(wèi)星信號或GPS衛(wèi)星信號，或者PTP主時鐘損壞導致無法工作。一旦PTP主時鐘恢復正常工作，PTP主時鐘就被選作為岸基站主時鐘。(3)岸基站主時鐘對接收到的時間源進行處理并輸出PTP同步信號和NTP同步信號；其中PTP同步信號是以太網格式，與UTC時間誤差在IOOns內，NTP同步信號也是以太網格式，與UTC時間誤差在25us內?！?4)將步驟(3)選出的岸基站的主時鐘輸出的NTP同步信號和PTP同步信號連同岸基站數(shù)據(jù)服務器以太網信號和岸基站網頁服務器以太網信號傳輸至同一個核心交換機，該核心交換機是支持IEEE1588v2協(xié)議的網管型三層交換機，核心交換機將所有輸入信號整合為一路以太網信號并輸出至PTN設備，PTN設備是支持IEEE1588v2協(xié)議的遠距離信號傳輸設備，工作在邊界時鐘的模式；PTN設備將電信號轉換成光信號，通過深海光電復合纜傳輸至海底觀測網。在岸基站時間同步系統(tǒng)工作過程中，若是GPS衛(wèi)星信號失鎖，則兩臺岸基站PTP主時鐘會自動選擇北斗衛(wèi)星信號作為時間源，反之，若是北斗衛(wèi)星信號失鎖，則兩臺岸基站PTP主時鐘會自動選擇GPS衛(wèi)星信號作為時間源；若是GPS衛(wèi)星信號和北斗衛(wèi)星信號二者都失鎖的情況下，兩臺岸基站PTP主時鐘內的晶振開始進行失鎖狀態(tài)守時，以保證衛(wèi)星信號失鎖后的長期守時；在GPS衛(wèi)星信號或者北斗衛(wèi)星信號恢復后，PTP主時鐘繼續(xù)自動跟蹤衛(wèi)星信號并進行授時。
權利要求
1.一種海底觀測網岸基站時間同步方法，其特征在于包括以下步驟(1)采用PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收GPS衛(wèi)星信號或北斗衛(wèi)星信號作為時間源；兩臺PTP主時鐘優(yōu)先選擇GPS衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS失效時，自動切換至北斗衛(wèi)星信號作為時間源，當GPS衛(wèi)星信號和北斗衛(wèi)星信號都失效時，兩臺PTP主時鐘選擇主時鐘內置的晶振進行守時；(2)選擇PTP主時鐘作為岸基站主時鐘，當PTP主時鐘失效時，選擇備用PTP主時作為岸基站主時鐘直到PTP主時鐘恢復；(3)岸基站主時鐘對接收到的時間源進行處理并輸出PTP同步信號和NTP同步信號；(4)將岸基站主時鐘輸出的NTP同步信號和PTP同步信號連同岸基站數(shù)據(jù)服務器以太網信號和岸基站網頁服務器以太網信號傳輸至同一個核心交換機，由核心交換機將輸入信號整合為一路以太網信號并通過PTN設備將電信號轉換成光信號后，由深海光電復合纜傳輸至海底觀測網。
2.根據(jù)權利要求I所述的海底觀測網岸基站時間同步方法，其特征在于，步驟(I)中所說的PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收GPS衛(wèi)星信號是指兩臺PTP主時鐘直接通過GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號，PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收北斗衛(wèi)星信號是指兩臺PTP主時鐘外掛北斗模塊通過北斗天線接收北斗衛(wèi)星信號，外掛北斗模塊輸入至兩臺PTP主時鐘的信號為IRIG-B碼信號。
3.根據(jù)權利要求I所述的海底觀測網岸基站時間同步方法，其特征在于，步驟(I)中所說的兩臺PTP主時鐘內置的晶振是HQ-OCXO恒溫晶振，守時頻率穩(wěn)定度達土 I X 10_12。
4.根據(jù)權利要求I所述的海底觀測網岸基站時間同步方法，其特征在于，步驟(3)中所說的岸基站主時鐘輸出的PTP同步信號是以太網格式，與UTC時間誤差在IOOns內；岸基站主時鐘輸出的NTP同步信號是以太網格式，與UTC時間誤差在25us內。
5.根據(jù)權利要求I所述的海底觀測網岸基站時間同步方法，其特征在于，步驟(4)中所說的核心交換機是支持IEEE1588v2協(xié)議的網管型三層交換機，所說的PTN設備是支持IEEE1588v2協(xié)議的網絡傳輸設備，工作在邊界時鐘的模式。
全文摘要
本發(fā)明公開的海底觀測網岸基站時間同步方法，是基于NTP和PTP技術的同步方法，采用PTP主時鐘和備用PTP主時鐘接收北斗或GPS衛(wèi)星信號作為時間源；選擇PTP主時鐘作為岸基站主時鐘，當PTP主時鐘失效時，選擇備用PTP主時作為岸基站主時鐘直到PTP主時鐘恢復；岸基站主時鐘處理接收到的時間源并輸出NTP同步信號和PTP同步信號；岸基站主時鐘輸出的NTP同步信號、PTP同步信號、岸基站數(shù)據(jù)服務器以太網信號和岸基站網頁服務器以太網信號輸入同一核心交換機并整合為一路以太網信號后，由PTN設備將電信號轉換成光信號通過深海光電復合纜傳輸至海底觀測網。本發(fā)明為海底觀測網提供高穩(wěn)定性、高可靠性、高精度的時間源。
文檔編號H04J3/06GK102938677SQ20121044321
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權日2012年11月8日
發(fā)明者李德駿, 汪港, 楊燦軍, 金波, 朱雨時, 陳燕虎 申請人:浙江大學