IEEE Std 1588基本技術

1、2012.05,ieee std 1588基本技術,主講：胡嘯,電力系統(tǒng)中常用的對時方式,irig-b碼 光irig-b碼 電irig-b碼（ac、dc） 脈沖對時（pps、ppm） 串行口報文對時 ntp、sntp對時 ieee std 1588網絡對時（ptp對時,ptp對時與其它對時方案的對比,ieee std 1588協(xié)議,網絡測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準 (standard for precision clock synchronization protocol for networked measurement and control system) ieee std 15

2、88協(xié)議又通常被簡稱為ptp協(xié)議，即precision time protocol,ptp的產生背景,ntp協(xié)議解決了以太網定時同步能力的不足，但只能達到毫秒級精度 測量儀器和工業(yè)控制需要更高的時間精度（現在mu、pmu等裝置都要求微秒級的對時精度,ptp協(xié)議的特點,高精度（可達亞微秒級） 本地化、網絡化 網絡資源和計算資源占用少 適用于以太網，及其它介質 開放性和互操作性,ptp協(xié)議的版本,ieee std 1588(v1)2002.11發(fā)布 ieee std 1588-2008(v2)2008.7.24發(fā)布 iec61588-v1 2004.09發(fā)布 iec61588-v2 2009.02

3、發(fā)布 v1版本的協(xié)議只支持e2e的對時機制 v2版本的協(xié)議在v1版本的基礎上增加了p2p的對時機制 v1與v2版本的協(xié)議的報文格式不兼容,ptp中的基本概念,時元(timescale)：以tia為基準，而非utc 域(domain)：應用了 ptp協(xié)議的網絡 端口(port)：設備上運行了ptp協(xié)議的端口 時鐘節(jié)點(node)：ptp域中的節(jié)點稱為時鐘節(jié)點 根時鐘(grandmaster)：為整個時鐘域提供時間基準的主時鐘,ptp網絡中的節(jié)點類型,oc: ordinary clock bc: boundary clock tc: transparent clock p2p-tc e2e-tc

4、mn: management node,ptp典型的網絡拓撲,交換機在ptp應用中的作用,在ptp應用中需要使用支持ptp協(xié)議的專用交換機 ptp的交換機可以完成ptp協(xié)議中的tc的功能，一般都可以同時支持e2e-tc和p2p-tc的功能 部分ptp交換機還支持了ptp協(xié)議中的bc的功能。bc可以提供e2e與p2p之間的轉換,ptp對時實現的技術背景,硬件給報文打時標 這個打時標的功能，可以由phy或mac提供 報文傳遞延時的準確計算 線路延時的計算：ieee-1588中定義了e2e（endtoend）或p2p（pointtopoint）同步機制 報文轉發(fā)延時的計算：ieee-1588中定義的

5、tc要提供該功能 乒乓對時原理 基本的乒乓對時原理與ntp對時原理是一致的,ptp通信方式,通信協(xié)議層 ieee802.3(二層協(xié)議報文) udp/ipv4(三層協(xié)議報文) udp/ipv6(三層協(xié)議報文,ptp通信方式,單播與多播 多播 使用01-1b-19-00-00-00 或01-80-c2-00-00-0e 作為目的mac地址 使用224.0.1.129，224.0.0.107為目的ip（udp時） 使用319,320 為目的通信端口（udp時） 單播 包括：協(xié)商、報文訂閱、點對點對時通信、續(xù)訂報文、節(jié)點退出、退訂報文、注銷等過程 目前大多主鐘還只支持多播模式,ptp同步機制,一步法：

6、使用一條報文提供同步時間信息 兩步法：事件報文觸發(fā)的時間信息，由跟隨其后的另一條followup報文提供 一步法要硬件支持，兩步法偏向軟件支持 目前大部分交換機只支持two step模式，轉發(fā)時把一步法的報文拆分成兩步法的報文,誤差和延時的計算(e2e,e2e的模式使用的報文類型 sync報文：主站發(fā)送 followup報文：主站發(fā)送 delayreq報文：從站發(fā)送 delayresp報文：主站發(fā)送,誤差和延時的計算(e2e,線路延時delay：(t2 t1) + (t4 t3) / 2 時鐘誤差offset：(t2 t1) - delay,誤差和延時的計算(p2p,p2p的模式使用的報文類型

7、 sync報文：主站發(fā)送 followup報文：主站發(fā)送 pdelayreq報文：主、從站均可發(fā)送 pdelayresp報文：主、從站均可發(fā)送 pdelayrespfollowup報文：主、從站均可發(fā)送,誤差和延時的計算(p2p,線路延時delay：(t6 t5) + (t4 t3) / 2 時鐘誤差offset：(t2 t1) - delay,ptp對的非對稱路徑的處理,由來 報文轉發(fā)延時的不確定性 協(xié)議中的相關規(guī)范 協(xié)議中報文格式中定義了一個correctionfield，專門用于記錄報文在轉發(fā)設備（tc）內駐留的總時長 轉發(fā)設備（tc）的處理 在轉發(fā)報文時，把在本設備內的駐留時間累加到報

8、文的correctionfield,誤差和延時的計算(e2e,線路延時delay：(t4 t1) + (t8 t5) (t3 t2) (t7 t6) / 2 時鐘誤差offset：(t4 t1) (t3 t2) - delay,誤差和延時的計算(p2p,線路延時delay:(t8 - t7) - (t4 - t3) + (t12 - t11) - (t10 - t9) / 2 時鐘誤差offset:(t4 - t1) - (t3 t2) - delay,e2e和p2p的區(qū)別,在e2e的機制中，被對時設備會計算出與主時鐘節(jié)點的總的線路延時 在p2p的機制中，線路中每一個節(jié)點都只能計算出其與上一級

9、節(jié)點間的線路延時 從確保路徑對稱性的角度看，p2p 機制可提供更高的精度 當網絡的拓撲發(fā)生變化時，p2p可以快速恢復時間鏈路，e2e需要重新建立時間鏈路,e2e和p2p的區(qū)別,在p2p的機制中，時間誤差和線路延時的計算是再個完全獨立的過程。在e2e中，這兩個過程是按順序進行的 e2e和p2p機制最主要的區(qū)別體現在tc設備的處理上 e2e-tc：轉發(fā)所有的報文 p2p-tc：不轉發(fā)p2p機制相關的報文：pdelayreq、pdelayresp和pdelayrespfollowup,e2e和p2p的區(qū)別,e2e機制時，網絡可簡化為1：n的拓撲網，主鐘可見所有對時設備，應答所有設備的同步請求 p2p機制時，延時請求只在相鄰節(jié)點間完成 e2e機制時，主時鐘的負載會非常重。當節(jié)點過多時，可能導致對時性能下降或失效 p2p機制時，tc設備（交換機）需要周期計算每個端口與相鄰端口的線路延遲，對tc設備要求較高,ptp中的bmc功能,bmc：best master clock，即最優(yōu)主鐘算法,bmc算法主要用于解決網絡中多臺主鐘設備共享的問題 bmc算法