OTN网络中基于IEEE1588的高精度时间同步的研究与实现

摘要

移动通信技术的发展日新月异，从3G时代开始，由中国主导的时分双工模式移动通信标准TD-SCDMA因其频谱利用率高在国际主流移动通信标准中占有重要地位，4G两大标准之一的TDD-LTE也已经在世界范围内商用部署。有别于另一种频分复用的移动通信技术，准确的定时是时分双工模式系统稳定运行的关键。一直以来，基站部署GPS这种主要的授时手段在成本、安装要求、安全等方面备受诟病。从空口授时转向地面授时成为电信运营商的迫切要求，从而对地面传输网络也提出了新的要求：承载时间的传递。而IEEE1588协议的提出，使得通过网络提供纳秒级精度的时间同步成为可能，这完全能符合移动网对定时的要求，很快受到 ITU-T的关注。当今电信业务向IP化转变已是不可阻挡的趋势，基于分组技术的PTN（Packet Transport Network）传输网络应运而生，很快得到市场的青睐，重要的是它可以很好地承载 IEEE1588，但是受限于其容量，目前只能作为城域网的接入层/汇聚层来应用，而核心层普遍部署的OTN（Optical Transport Network）网络由于是异步网络，对IEEE1588的支持存在着各种问题，因此研究OTN网络中基于IEEE1588的高精度时间同步具有较大的现实意义。
　　同步在通信领域是一个非常重要的概念，论文从不同的应用对同步的具体要求入手，论述主流的同步技术和实现原理，强调IEEE1588协议对时间同步实现的重要性。根据OTN网络的特点，论文选择了在业界普遍认为相对更优的光监控通道（OSC）承载IEEE1588方案，首先研究了OTN网络架构中OSC的处理机制，分析其承载IEEE1588的可行性，并提出实现方案；然后，针对移动通信应用对时间同步精度要求比较高以及设备宽温度范围运行的情况，通过提高关键器件的温度稳定性，从而提高IEEE1588承载设备时间同步的精确度和稳定性；最后，从整个时间传递网络模型的角度，分析了影响终端同步精度的因素，研究了噪声的来源和累积过程。
　　目前，同步精度是OTN网络实现高精度时间同步关注的重点问题，论文围绕该关键问题，展开了三方面研究：其一、提出了一套完整的利用OSC承载时间同步的硬件实施方案，来实现全网的时间同步。传统的OSC在OTN中只负责管理监控信息传送，若用来传送时间消息，必须进行硬件改造，论文通过搭建同步以太网来保证全网的时钟频率同步，以及在接近以太网物理媒介的位置打时戳来减小非对称误差，并通过新增时钟同步板卡来集中处理频率同步和时间同步，提高时间同步的精度。其二、研究了同步的温度稳定性问题，通过分析通信设备在宽温度范围运行下的同步稳定性问题，提出了选用温控晶振来提高的受温度影响较大的时钟频率短期稳定性，明显减缓了从时钟在保持状态下的时间漂移，提高了在参考时钟失效的情况下时间同步的精度，并针对时间同步接口上信号传输延时易受温度影响的问题，提出了一套温度补偿方案，显著提高了时间同步接口的稳定度。其三、研究了复杂电信网络中时间信息跨越多个时钟节点导致的时间误差累积及其对同步精度影响的问题，分析了噪声的成分和累积过程，提出了时钟节点噪声仿真模型，计算了噪声预算的分配，为改进时钟节点噪声、提高同步精度提供了理论依据。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

英语缩略语表

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作与安排

第二章 传输网络时间同步的需求与实现技术

2.1 同步的概念与原理

2.2 同步技术的类型

2.3 移动网络对时间同步的要求

2.4 传输网支持IEEE1588的现状

2.5 本章小结

第三章 IEEE1588v2精准时间同步协议

3.1 IEEE1588协议介绍

3.2 IEEE1588时钟模型

3.3 IEEE1588 BMC算法

3.4 本章小结

第四章 OTN网络承载1588方案的研究与实现

4.1 OTN承载方案的

4.2 OSC承载方案的系统研究

4.3 OSC承载方案的硬件实现

4.4 时间同步精度的分析

4.5 时间同步精度的改进与验证

4.6 本章小结

第五章 网络噪声分析和时钟噪声模型研究

5.1 网络参考模型与噪声源分析

5.2 网络中噪声极限分析和累计时间误差分析

5.3 系统设计中时间误差预算分配

5.4 节点时钟噪声模型研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

答辩决议书