一種海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，是基于IEEE1588V2協(xié)議和T-MPLS配置的時(shí)間同步方法。岸基站PTP主時(shí)鐘接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，同步其本地時(shí)鐘，并作為時(shí)間同步系統(tǒng)時(shí)鐘源為海底觀測網(wǎng)提供授時(shí)服務(wù)。岸基站PTP主時(shí)鐘通過岸基站PTN、水下主接駁盒PTN以及水下次接駁盒交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備與水下PTP從時(shí)鐘相連，通過PTP時(shí)間同步報(bào)文的交互同步水下PTP從時(shí)鐘時(shí)間，并由PTP從時(shí)鐘為觀測網(wǎng)絡(luò)提供多種形式時(shí)間信號的授時(shí)服務(wù)。通過T-MPLS分別設(shè)置PTP時(shí)間同步報(bào)文與數(shù)據(jù)包的虛擬專用通道，使得PTP時(shí)間同步報(bào)文能夠及時(shí)響應(yīng)傳輸，大大提升海底觀測網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的精度。
【專利說明】—種海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，尤其是一種基于IEEE1588 V2協(xié)議和T-MPLS配置的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的海洋探測方法已經(jīng)越來越不能滿足人類的需求。長時(shí)間、寬范圍、連續(xù)的實(shí)時(shí)探測方法一海底觀測網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。作為人類探測地球系統(tǒng)新的觀測平臺(tái)，海底觀測網(wǎng)絡(luò)能夠連接成百上千個(gè)各式各樣的海底科學(xué)儀器，對海洋科學(xué)研究，地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)防，海底熱液現(xiàn)象的觀察、全球氣候變化的長期跟蹤以及海底資源勘探等起到越來越重要的作用。所有這些科學(xué)儀器與岸基系統(tǒng)必須具有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，并且能夠在時(shí)間上精確同步，只有這樣才能使得采集到的各種科學(xué)數(shù)據(jù)具有實(shí)際分析意義。
[0003]由于受到海水的阻隔，連接在海底觀測網(wǎng)絡(luò)上的各科學(xué)儀器無法通過衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行直接授時(shí)。使用基于有線以太網(wǎng)的IEEE 1588V2協(xié)議，能夠?yàn)楹５卓茖W(xué)儀器提供時(shí)間同步服務(wù)，并在無流量或小流量情況下實(shí)現(xiàn)對時(shí)精度達(dá)到微妙級別，然而隨著通訊數(shù)據(jù)量的不斷增大，正常情況下的對時(shí)精度也會(huì)受到較大程度的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，以實(shí)現(xiàn)在大流量通訊背景下的對海底觀測網(wǎng)絡(luò)的納秒級別的精確時(shí)間同步。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明擬采用的技術(shù)解決方案是:
海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，包括以下步驟:
1)岸基站PTP主時(shí)鐘通過天線接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，使得岸基站PTP主時(shí)鐘的本地時(shí)鐘與UTC時(shí)間誤差范圍在10ns以內(nèi)；
2)將岸基站PTN通過百兆網(wǎng)線分別與岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和岸基站PTP主時(shí)鐘連接，岸基站PTN通過千兆光纖與水下主接駁盒PTN相連；將水下次接駁盒交換機(jī)通過百兆網(wǎng)線分別與水下主接駁盒PTNdKT PTP從時(shí)鐘以及N個(gè)海底科學(xué)儀器相連，將水下PTP從時(shí)鐘的時(shí)間同步信號輸出端與N個(gè)海底科學(xué)儀器相連，N^l；
3)將岸基站PTN的百兆網(wǎng)口、水下主接駁盒PTN的百兆網(wǎng)口和水下次接駁盒交換機(jī)上的百兆網(wǎng)口通過T-MPLS配置劃分成兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)，其中，以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)是包含岸基站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、岸基站PTN、水下主接駁盒PTN、水下次接駁盒交換機(jī)和海底科學(xué)儀器的數(shù)據(jù)包傳輸專用通道；以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)是包含GPS或北斗衛(wèi)星、岸基站PTP主時(shí)鐘、岸基站PTN、水下主接駁盒PTN、水下次接駁盒交換機(jī)和水下PTP從時(shí)鐘的PTP時(shí)間同步報(bào)文傳輸專用通道，兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)之間不進(jìn)行通訊。
[0006]本發(fā)明中，所述的岸基站PTN、水下主接駁盒PTN以及水下次接駁盒交換機(jī)均是支持IEEE 1588 V2協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。
[0007]本發(fā)明中，所述的海底科學(xué)儀器是接入海底觀測網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線觀測和數(shù)據(jù)采集的設(shè)備，例如海底地震儀、深海攝像機(jī)、水聽器等。
[0008]本發(fā)明中，所述的岸基站PTP主時(shí)鐘是指通過GPS或北斗衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)，支持IEEE1588 V2協(xié)議且工作在Master模式下的時(shí)間服務(wù)器。作為海底觀測網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間源；水下PTP從時(shí)鐘是指采用IEEE 1588 V2協(xié)議與岸基站PTP主時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間同步的工作在Slave模式下的時(shí)間服務(wù)器；PTP時(shí)間同步報(bào)文是由IEEE 1588 V2協(xié)議定義的時(shí)間同步報(bào)文信號。
[0009]本發(fā)明中，使用的岸基站PTP主時(shí)鐘可以是德國Meinberg提供的TimeCenterM612，內(nèi)置高質(zhì)量恒溫晶振(HQ-OCXO)，鎖定GPS或北斗衛(wèi)星信號時(shí)，跟蹤UTC的精度優(yōu)于100ns，頻率穩(wěn)定性優(yōu)于I X 10_12。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法中，通過在系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備上的T-MPLS配置，分別劃分PTP時(shí)間同步報(bào)文和數(shù)據(jù)包兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬傳輸專用通道，使得PTP時(shí)間同步報(bào)文和數(shù)據(jù)包的傳輸互不干擾，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)包傳輸產(chǎn)生的大流量背景下的海底觀測網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步精度由數(shù)微秒提升到數(shù)百納秒，滿足海底科學(xué)儀器的高精度時(shí)間同步要求。避免因科學(xué)儀器的高精度時(shí)間要求而產(chǎn)生的時(shí)間同步系統(tǒng)通道的額外建設(shè)費(fèi)用，大大降低了海底觀測網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，并能夠滿足儀器的高精度時(shí)間同步要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
[0013]參照圖1，海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，包括以下步驟:
1)岸基站PTP主時(shí)鐘I通過天線接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，使得岸基站PTP主時(shí)鐘的本地時(shí)鐘與UTC時(shí)間誤差范圍在10ns以內(nèi)；岸基站PTP主時(shí)鐘是指能接收GPS或北斗衛(wèi)星信號進(jìn)行本身時(shí)間同步的工作在IEEE 1588 V2協(xié)議Master模式下的時(shí)間服務(wù)器，其本身作為海底觀測網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間源；
2)將岸基站PTN3通過百兆網(wǎng)線分別與岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2和岸基站PTP主時(shí)鐘I連接，岸基站PTN 3通過千兆光纖與水下主接駁盒PTN 4相連；將水下次接駁盒交換機(jī)5通過百兆網(wǎng)線分別與水下主接駁盒PTN 4、水下PTP從時(shí)鐘6以及N個(gè)海底科學(xué)儀器7相連，將水下PTP從時(shí)鐘6的時(shí)間同步信號輸出端與N個(gè)海底科學(xué)儀器7相連，N^l；
所說的岸基站PTN 3、水下主接駁盒PTN 4以及水下次接駁盒交換機(jī)5均是支持IEEE1588 V2協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。
[0014]3)將岸基站PTN 3的百兆網(wǎng)口、水下主接駁盒PTN 4的百兆網(wǎng)口和水下次接駁盒交換機(jī)5上的百兆網(wǎng)口通過T-MPLS配置劃分成兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)A、B，其中，以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)A是包含岸基站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2、岸基站PTN 3、水下主接駁盒PTN 4、水下次接駁盒交換機(jī)5和海底科學(xué)儀器7的數(shù)據(jù)包傳輸專用通道；以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)B是包含GPS或北斗衛(wèi)星、岸基站PTP主時(shí)鐘1、岸基站PTN 3、水下主接駁盒PTN 4、水下次接駁盒交換機(jī)5和水下PTP從時(shí)鐘6的PTP時(shí)間同步報(bào)文傳輸專用通道。兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)A、B之間不進(jìn)行通訊。
[0015]上述以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)A作為傳輸岸基站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2和海底科學(xué)儀器7之間數(shù)據(jù)包的專用通道，以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)B作為岸基站PTP主時(shí)鐘I和水下PTP從時(shí)鐘6之間的PTP時(shí)間同步報(bào)文傳輸專用通道，其中岸基站PTN 3、水下主接駁盒PTN 4、水下次接駁盒交換機(jī)5分屬兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)接口相互獨(dú)立，在兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)之間不進(jìn)行通訊。
[0016]工作時(shí)，岸基站PTP主時(shí)鐘接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，將自身時(shí)間同步到UTC時(shí)間，并以自身作為海底觀測網(wǎng)時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)鐘源,通過PTP時(shí)間同步報(bào)文的交互，將水下PTP從時(shí)鐘的時(shí)間同步到岸基站PTP主時(shí)鐘，并用水下PTP從時(shí)鐘為N個(gè)海底科學(xué)儀器提供授時(shí)服務(wù)，授時(shí)方式有PPS、DCLSUOMhz以及El時(shí)鐘同步信號等等。PTP時(shí)間同步報(bào)文是由IEEE 1588 V2協(xié)議定義的時(shí)間同步報(bào)文信號。
[0017]岸基站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與海底科學(xué)儀器通過網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，進(jìn)行大流量普通采集數(shù)據(jù)的上傳以及控制指令的傳輸；其中岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對整個(gè)海底觀測網(wǎng)絡(luò)科學(xué)儀器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、歸檔和存儲(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.一種海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)岸基站PTP主時(shí)鐘(I)通過天線接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，使得岸基站PTP主時(shí)鐘的本地時(shí)鐘與UTC時(shí)間誤差范圍在10ns以內(nèi)； 2)將岸基站PTN(3)通過百兆網(wǎng)線分別與岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(2)和岸基站PTP主時(shí)鐘(I)連接，岸基站PTN (3)通過千兆光纖與水下主接駁盒PTN (4)相連；將水下次接駁盒交換機(jī)(5)通過百兆網(wǎng)線分別與水下主接駁盒PTN (4)、水下PTP從時(shí)鐘(6)以及N個(gè)海底科學(xué)儀器(7 )相連，將水下PTP從時(shí)鐘(6 )的時(shí)間同步信號輸出端與N個(gè)海底科學(xué)儀器(7 )相連，N彡I ; 3)將岸基站PTN(3)的百兆網(wǎng)口、水下主接駁盒PTN (4)的百兆網(wǎng)口和水下次接駁盒交換機(jī)(5)上的百兆網(wǎng)口通過T-MPLS配置劃分成兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)(A、B)，其中，以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)(A)是包含岸基站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(2)、岸基站PTN (3)、水下主接駁盒PTN (4)、水下次接駁盒交換機(jī)(5)和海底科學(xué)儀器(7)的數(shù)據(jù)包傳輸專用通道；以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)(B)是包含GPS或北斗衛(wèi)星、岸基站PTP主時(shí)鐘(I )、岸基站PTN (3)、水下主接駁盒PTN (4)、水下次接駁盒交換機(jī)(5)和水下PTP從時(shí)鐘(6)的PTP時(shí)間同步報(bào)文傳輸專用通道，兩個(gè)以太網(wǎng)虛擬專用局域網(wǎng)(A、B)之間不進(jìn)行通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，其特征在于所述的岸基站PTP主時(shí)鐘(I)是指通過GPS或北斗衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)，支持IEEE 1588 V2協(xié)議且工作在Master模式下的時(shí)間服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，其特征在于所述的水下PTP從時(shí)鐘(6)是指采用IEEE 1588 V2協(xié)議與岸基站PTP主時(shí)鐘(I)進(jìn)行時(shí)間同步的工作在Slave模式下的時(shí)間服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底觀測網(wǎng)大流量背景下的時(shí)間同步方法，其特征在于所述的岸基站PTN (3)、水下主接駁盒PTN (4)以及水下次接駁盒交換機(jī)(5)均是支持IEEE 1588V2協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底觀測網(wǎng)大流量背景下時(shí)間同步方法，其特征在于所述的海底科學(xué)儀器(7)是接入海底觀測網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線觀測和數(shù)據(jù)采集的儀器設(shè)備。
【文檔編號】H04L7/00GK104320238SQ201410558451
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李德駿, 王俊, 馮建設(shè), 郁茂旺, 張志峰, 朱雨時(shí), 楊燦軍, 金波 申請人:浙江大學(xué)