GPON系统1588时间同步技术的研究与应用

将计算的值累加并修正correction Field，传送给末端。

1.4 BMC算法

IEEE1588v2中定义了最优时间源算法BMCA (Best Master Clock Algorithm)，能够自动选择时间同步网中的最优时间服务器，自动选择同步路径，并能在时间源故障和链路故障时，自动实现时间源和同步路径的切换。 BMC算法通过每个PTP端口接收到的Announce报文获取每条同步路径对应的GM(祖父时钟)的信息，根据数据集比较算法按照一定的顺序依次比较不同GM之间的各项时钟信息，选出最优的时钟，最后通过状态决策算法决策最佳的GM对应的PTP端口，完成选源操作。这3个流程会根据设定的周期重复进行。对于同一个域中的时钟节点设备，不论网络中部署了几个不同的时间服务器，只要各节点时钟都是统一于IEEE1588v2的BMC算法，协议就能根据GM不同的参数配置，实现有条不紊的时间源选择和切换。

2 GPON系统时间同步技术研究

2.1 OLT与ONU之间的同步机制

在GPON系统中，OLT和ONU与一般的时间同步节点应用场景一致，可以直接参考PTN设备的设计理念，OLT与ONU之间的同步则不能参考。OLT下行和ONU上行通过不同的波长在同一根光纤中实现波分复用(WDM)，但是OLT下行采用广播方式，时延较小，ONU上行使用TDMA方式发送数据，依照OLT的授权时间片来发送，因而上行时延难以控制，对于链路对称性有严格要求的1588时延测量机制来说，这是不可容忍的。

在GPON系统中，下行时延可以通过测距获得，因此可以不使用IEEE 1588v2的延时测量机制计算时延。OLT从上级时间同步源同步了时间后，OLT与ONU之间可以通过其内部机制进行时间同步，ONU通过由OLT下行某一帧中所带精确时间信息，加上通过测距算得的时延来同步自身的时间，其基本原理如图2所示，GPON基于125us帧传输，每个帧头固定有一个 super frame指示位，以此来标记时间。

GPON系统中OLT与ONU之间的这种机制由ITU—T在G.984.3_AMD_2中进行了详细定义，包含高精度时间信息的的ToD消息通过OMCI通道发送给ONU。具体步骤如下：

1)OLT选取未来的super frame计数为N的某下行帧发送时间作为同步时间参考点，并计算出陔下行帧帧头到达零距离时延ONU的时间TstampN，如式3所示

TsendN表示预测的未来超帧计数为N的超帧发送时的内部参考时间点，△OLT表示在OLT内部的时延。n1310和n1490分别表示波长为1 310 nm和1 490 nm的上下行光对应的折射率;

2)计算出该时间TstampN并存储同步时间关系对(N，TstampN)，在此后的任意时刻，OLT都可选取某一下行帧将此关系对通过OMCI通道下发给任意某ONUi;

3)该ONUi根据自身的EqD以及处理时间等计算出序号为N的下行帧帧头到达本地的准确时间TrecvN,i，如式(5)所示

△i表示在ONU内部的时延;

4)当序号为N的下行帧到达ONUi时，ONUi将本地时间调整为TrecvN,i，从而完成与OLT的时间同步。

2.2 GPON系统的时钟模型

GPON系统由于自身架构的复杂，在时钟模型的分析上相对于PTN设备也有所不同。若将GPON作为一个整体分析，OLT上接承载网时钟节点，ONU下接基站，即有Slave端口也有Master端口，应该视作一个BC;但是将GPON各个部分分开分析，OLT和ONU几乎是两个独立的时钟节点，并且 OLT处终结了1588，ONU处是作为起点发起1588，这就可以将OLT和ONU视为OC模型。因此，可以将GPON看作一个由两个背靠背的OC组成的BC模型，如图3所示。

2.3 GPON系统的时钟同步

高精度的时间同步是以高精度的时钟同步为基础的，目前的1588时间同步方案中，为了实现稳定的时间同步性能，都使用了1588+SyncE的混合同步方式。在GPON系统架构下OLT可以从上游的物理线路中提取同步以太网时钟，也可以通过纯1588v2协议来实现频率同步，这个频率也是与上游同源的，并且都可以向下游传递;OLT到ONU之间也支持SvncE同步以太网时钟同步;ONU再将从OLT获得的时钟继续向下游基站传输，这样就与核心网组成了不间断的SyncE频率同步网络。

3 GPON系统时间同步系统设计

在整个GPON系统实现时间同步需要经过3个部分的流程：OLT与上游设备的同步、OLT和ONU之间的同步、ONU与下游基站的同步。 OLT作为GPON的时间接入点，支持带内1588方式同步于上游承载网时间节点，同时还需要预留带外1PPS+TOD接口同步于GPS时间作为备用;在 ONU侧，ONU作为GPON的时间输出点，支持带内1588方式与下游基站进行同步，同时还需要预留带外1PPS+TOD接口直接输出给支持带外方式的基站使用;OLT与ONU之间则是通过ITU—T在G.984.3_AMD_2中定义的内部机制由OMCI通道下发ToD给ONU进行同步。在频率同步方面，GPON整个系统都支持SyncE频率同步，并且OLT预