PTN 分組時鐘技術(shù)

1、 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. internal use only ptn ptn 分組時鐘技術(shù)分組時鐘技術(shù) copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 1 前言 l分組網(wǎng)絡(luò)原來只是為傳送分組數(shù)據(jù)而設(shè)計的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間不 需嚴格同步，傳統(tǒng)包交換網(wǎng)絡(luò)是一個異步網(wǎng)絡(luò)。 l隨著電信分組化趨勢的急速發(fā)展，分組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣 泛，分組承載網(wǎng)絡(luò)也必須承擔起原來tmd網(wǎng)絡(luò)傳送時鐘的任 務(wù)。 l為了滿足新興分組

2、網(wǎng)絡(luò)的同步需求，需要分組網(wǎng)絡(luò)也能夠?qū)?現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，為此，各種組織制定了多種技術(shù)方案和標準。 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 2 培訓(xùn)目標 l學完本課程后，您應(yīng)該能： p描述分組網(wǎng)絡(luò)同步的意義 p理解acr基本原理 p理解同步以太技術(shù)基本原理 p理解1588v2基本原理 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 3 目 錄 l1. ip網(wǎng)絡(luò)同步概述 l2 . acr l3 . 同步以太網(wǎng)

3、l4 . ieee 1588v2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 4 目 錄 l1. ip網(wǎng)絡(luò)同步概述網(wǎng)絡(luò)同步概述 l2 . acr l3 . 同步以太網(wǎng) l4 . ieee 1588v2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 5 同步的基本概念同步的基本概念 l同步的定義 p指兩個或兩個以上信號之間，在頻率或相位上保持某種特定關(guān)系， 即兩個或兩個以上信號在相對應(yīng)的有效瞬間，其相位差

4、或頻率差保持 在約定的允許范圍之內(nèi)。 l同步的分類 頻率同步 時間同步（相位同步） copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 6 同步的意義同步的意義 l如果網(wǎng)絡(luò)中時鐘嚴重不同步，則會產(chǎn)生如下后果： p業(yè)務(wù)誤碼率急劇升高 p指針調(diào)整頻繁 p各種告警器瘋狂上報 p關(guān)鍵芯片突然失效 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 7 無線網(wǎng)絡(luò)的同步需求無線網(wǎng)絡(luò)的同步需求 無線制式時鐘頻率精度要求時鐘相位同步

5、要求 gsm0.05ppmna wcdma基站0.05ppmna td-scdma0.05ppm3us cdma20000.05ppm3us wimax fdd0.05ppmna wimax tdd0.05ppm1us lte0.05ppm傾向于采用時間同步 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 8 分組網(wǎng)絡(luò)同步解決方案分組網(wǎng)絡(luò)同步解決方案 l分組網(wǎng)絡(luò)面臨的問題 p傳統(tǒng)的psn為異步網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點間不存在同步關(guān)系 p在psn中傳送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包到達目的節(jié)點的延時存在不確定性（延時 抖動） l業(yè)界

6、幾種實現(xiàn)psn同步的主流技術(shù)方案 pacr(g.8261標準) nces_acr ntop_acr(自適應(yīng)) p以太網(wǎng)物理層同步（g.8262/g.82623/g.8264等標準） pieee ptp 1588v2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 9 分組時鐘技術(shù)概述分組時鐘技術(shù)概述 分組時鐘分組時鐘物理層時鐘物理層時鐘 同頻同頻 同頻同相同頻同相 ces_acr top_acr 1588v2 1588v1 ntp syn_eth e1/sdh copyright 2008 huawe

7、i technologies co., ltd. all rights reserved. page 10 問 題 l目前業(yè)界有哪些在分組網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)同步的技術(shù)? copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 11 目 錄 l1. ip網(wǎng)絡(luò)同步概述 l2 . acr l3 . 同步以太網(wǎng) l4 . ieee 1588v2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 12 acracr時鐘技術(shù)概述時鐘技術(shù)概

8、述 lacr（adaptive clock recovery） p將本地時鐘（timing）信息根據(jù)一定的封裝格式放入分組數(shù)據(jù)報 文（業(yè)務(wù)報文/專用報文）中發(fā)送，在接受端從分組數(shù)據(jù)中恢復(fù) 時鐘時，通過算法和封裝格式盡量規(guī)避psn傳送過程中所帶來的 損傷。 l自適應(yīng)的含義就是不需源端設(shè)備參與時鐘恢復(fù)，由宿端設(shè)備 自行恢復(fù)同步信息。 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 13 acracr的基本實現(xiàn)過程的基本實現(xiàn)過程 l根據(jù)fifo隊列的長度調(diào)整輸出時鐘頻率 p 隊列過長加快提取頻率 p 隊列過

9、短減慢提取頻率 p 對丟包很敏感 產(chǎn)生攜帶時產(chǎn)生攜帶時 鐘信息的鐘信息的 timing包包 時鐘源 f timing 包隊列包隊列 時鐘源 f 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 接口接口 時鐘時鐘 處理處理 模塊模塊 分組網(wǎng)絡(luò)分組網(wǎng)絡(luò) copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 14 ces_acrces_acr技術(shù)簡介技術(shù)簡介 lces_acr是基于ces電路仿真技術(shù)（業(yè)務(wù)報文）的自適應(yīng)時鐘同步方 式。 l時鐘恢復(fù)過程 p 在ingress側(cè)pe設(shè)備上，從tmd接口提取時鐘，以獲取的時鐘頻率發(fā)送 ces業(yè)務(wù)報文。 p在

10、egress側(cè)pe設(shè)備上，ces芯片根據(jù)ces業(yè)務(wù)接收緩沖區(qū)的變化情況恢復(fù) 出原始的tmd時鐘頻率。 bts e1e1/ch stm-1 tdm+時鐘時鐘 tdm+時鐘時鐘 ip/mpls ces 從tdm接口 提取時鐘 根據(jù)ces業(yè)務(wù)中的 信息恢復(fù)業(yè)務(wù)時 鐘 ptnptn copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 15 ces_acrces_acr應(yīng)用場景應(yīng)用場景 l基站通過e1接口（可經(jīng)過微波設(shè)備）由ptn作為網(wǎng)關(guān)接入異步分組 網(wǎng)絡(luò)。 lrnc側(cè)ptn設(shè)備作為ces_acr時鐘源，基站側(cè)pt

11、n設(shè)備采用自適應(yīng)算 法對rnc側(cè)的時鐘信息進行恢復(fù)，保證了無線網(wǎng)絡(luò)同步。 nb/bts nb/bts btsbts btsbts bts ptn ptn nb/bts ptn bts e1 mw e1 e1 mw mw 異步異步ip網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 16 top_acrtop_acr技術(shù)簡介技術(shù)簡介 l時鐘恢復(fù)過程 p在ingress側(cè)pe設(shè)備上，以固定的頻率發(fā)送包括timing信息的分組 報文。 p在egress側(cè)pe設(shè)備上，接收端連續(xù)監(jiān)測存儲在fifo存儲器

12、中的報 文信息量偏差，用時鐘恢復(fù)算法跟蹤線路時鐘頻率。 bts e1e1/ch stm-1 tdm+時鐘時鐘 tdm+時鐘時鐘 ip/mpls ces 從tdm接口 提取時鐘 根據(jù)ces業(yè)務(wù)中的 信息恢復(fù)業(yè)務(wù)時 鐘 ptnptn copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 17 acr/topacr/top優(yōu)缺點分析優(yōu)缺點分析 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 lacr時鐘可以實現(xiàn)與異步包網(wǎng)絡(luò)相 連的同步包網(wǎng)絡(luò)的同步。 l支持psn網(wǎng)絡(luò)透傳，不要求中間設(shè)備 支持，運用靈活 l恢復(fù)時鐘的質(zhì)量依賴于承載的psn網(wǎng) 絡(luò)

13、，受網(wǎng)絡(luò)延遲抖動、丟包、錯序的 影響非常大，需要保證業(yè)務(wù)高qos l技術(shù)不成熟 l不能支持時間（相位）同步 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 18 問 題 l思考題：能使用acr技術(shù)為td_scdma網(wǎng)絡(luò)提供同步么？ copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 19 目 錄 l1. ip網(wǎng)絡(luò)同步概述 l2 . acr l3 . 同步以太網(wǎng)同步以太網(wǎng) l4 . ieee 1588v2 copy

14、right 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 20 同步以太技術(shù)概述同步以太技術(shù)概述 l同步以太技術(shù) p通過直接利用以太網(wǎng)物理層面上的特性，從串物理層的串行數(shù)據(jù)碼流恢復(fù)時鐘達到包網(wǎng)絡(luò)全 面同步，與上層業(yè)務(wù)無關(guān)，不受網(wǎng)絡(luò)負載影響。 l同步過程 p通過從以太網(wǎng)線路上的串行碼流里提取時鐘并選源后，時鐘鎖相環(huán)跟蹤其中一個以太網(wǎng)線路 時鐘，產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，通過系統(tǒng)時鐘作為以太網(wǎng)物理層發(fā)送時鐘用于發(fā)送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)時鐘向 下級傳遞。 e1 f source (2mhz) phy ge/fe/ e1/stm-1 master

15、clock ethernet macmacphy 8b/10b coding bts nodeb e1/fe rnc/bsc copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 21 同步以太技術(shù)實現(xiàn)過程同步以太技術(shù)實現(xiàn)過程 lstep1：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)串行碼流從線路上恢復(fù)物理層的時鐘。 p 實現(xiàn)方式： n1、從phy芯片恢復(fù)時鐘。 n2、從cdr恢復(fù)時鐘。 lstep2：同步以太網(wǎng)提取最優(yōu)時鐘作為系統(tǒng)時鐘源，在下發(fā)給各單板。 phy phy phy 時鐘板時鐘板 系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘 phy提取時鐘提取時鐘 co

16、pyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 22 同步以太技術(shù)應(yīng)用場景同步以太技術(shù)應(yīng)用場景 bts bts bts e1 bts bts bts bits bits e1 gege ge fe fe e1 fe fe e1 ge e1 ge ring 場景一：鏈型網(wǎng)絡(luò) 場景一：環(huán)型網(wǎng)絡(luò) copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 23 同步以太同步以太ssmssm報文報文 itu-t g.8264itu-

17、t g.8264 octet numbersizefield 1-66 octets固定填充ieee std 802.3slow protocols multicast address: da=01-80- c2-00-00-02(hex) 7-126 octetssa:填充軟件全局配置值 13-142 octets固定填充：slow protocol ethertype=88-09(hex) 151 octets固定填充：slow protocol subtype=0a(hex) 16-183 octets固定填充：itu-oul=00-19-a7(hex) 19-202 octets固定填

18、充：itu subtype=ox0001 214 octetsversion：填充軟件全局配置值 1bits分類填充：event flag：0代表information pdu;1代表event pdu 3bitsreserved：固定填充全0 22-243 octetsreserved：固定填充全0 25-12436-1490 octets data：ql tlv type（1byte） 類型：0 x01；length（2byte）長度：0 x04； ssm擴展信息（4bit）/ssm code(4bit). ql-eeci 相當于g.813 option 1的ql-sec,ql-eec2相

19、當于g.812的 type iv clock。 padding：（必須是整數(shù)字節(jié)） 若5秒未是收到同步以太information報文，上報中斷。 125-1284 octetsfcs表 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 24 同步以太技術(shù)優(yōu)缺點分析同步以太技術(shù)優(yōu)缺點分析 優(yōu)點缺點 l時鐘恢復(fù)質(zhì)量接近sdh的水平，達 到0.01ppm。 l受psna網(wǎng)絡(luò)影響較小，可靠性較高 。 l系統(tǒng)時鐘架構(gòu)與sdh方案相似，實 現(xiàn)技術(shù)成熟。 l需要在全網(wǎng)節(jié)點部署，改造成本較 高。 l不能支持時間（相位）

20、同步。 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 25 問 題 l請思考：在部署同步以太網(wǎng)技術(shù)時，哪些方面需要注意? copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 26 目 錄 l1. ip網(wǎng)絡(luò)同步概述 l2 . acr l3 . 同步以太網(wǎng) l4 . ieee 1588v2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserve

21、d. page 27 1588v21588v2技術(shù)概述技術(shù)概述 lieee 1588v2 p是網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準，采用ptp（精密時鐘 同步）協(xié)議機制，精度可以達到亞微秒級，實現(xiàn)頻率同步和時間（相位） 同步。 lieee 1588v2協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)點可以分為三個 pbmc（最佳主時鐘）算法 p主從同步原理 p透明時鐘tc模型 l1588v2采用握手的方式，利用精確的時間戳完成頻率和時間同步。 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 28 1588v21588v2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模

22、型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模型 loc: ordinary clock poc模型用于整個網(wǎng)絡(luò)的時間源或時鐘宿，不能同時作為始端和終端。 poc模型對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的純粹時鐘源和時鐘宿 lbc：boundary clock pbc模型相當于時間中繼器，是oc兩種類型的混合體，既可以恢復(fù)時鐘，又可以 作為時鐘源往下游傳遞時鐘 pbc模型對應(yīng)處于中間位置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 ltc：transparent clock ptc模型自身不恢復(fù)時間和頻率，僅作1588相關(guān)報文的處理及傳遞 ptc模型對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中僅需配合處理1588v2報文，自身不需恢復(fù)時鐘的設(shè)備 copyright 2008 huawei technologies co.

23、, ltd. all rights reserved. page 29 1588v2設(shè)備端口狀態(tài) lmaster pmaster狀態(tài)意味著該端口作為上游端口向下游端口發(fā)送時鐘信息 poc和bc模型中都可以存在master端口狀態(tài)，但bc可以同時存在slaver端口狀態(tài) lslaver pslaver狀態(tài)意味著該端口作為下游端口接收上游端口發(fā)送來的時鐘信息 poc和bc模型中都可以存在slaver端口狀態(tài)，但bc可以同時存在master端口狀態(tài) lpassive ppassive狀態(tài)意味著該端口作為透明端口往下游端口傳送上游端口發(fā)送來的時鐘信 息，但自身不用。 ppassive端口狀態(tài)只在tc模

24、型中存在 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 30 設(shè)備模型、端口狀態(tài)示例設(shè)備模型、端口狀態(tài)示例 m： ：master s:slaver p:passive bc 1s2m3m m oc s oc p tc p bc 1s2m3m m oc s oc p tc p p tc p copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 31 主從同步主從同步 l同步過程 p1.t1時刻主時鐘發(fā)送syn es

25、sage報 文，帶t1的時刻值由master通過 mac層直接下插到syn message 報文中通知slaver。 p2.t2時刻從時鐘接收到syn essage 報文。 p3.t3時刻從時鐘發(fā)送req報文。 p4.t5時刻主時鐘發(fā)送resp報文， 帶t4時刻信息。 masterslaver data at slaver clock t1 、 、t2 t1 、 、t2、 、t3 t1 t4 t5 delay_resp syn messag delay_req t2 t6 t3 t1 、 、t2、t3、 t4 copyright 2008 huawei technologies co., lt

26、d. all rights reserved. page 32 主從同步主從同步 l在網(wǎng)絡(luò)中存在著offset和delay poffset：主時鐘和時鐘的時間差 pdelay： 網(wǎng)絡(luò)傳輸造成的延遲時間 loffset和delay的計算方法 pt2-t1=delay-offset pt4-t3=delay+offset poffset=(t4-t3)-(t2-t1)/2 pdelay=(t4-t3)+(t2-t1)/2 copyright 2008 huawei technologies co., ltd. all rights reserved. page 33 1588v21588v2其它關(guān)鍵技術(shù)其它關(guān)鍵技術(shù) lbmc（best master clock）算法 pbmc（best master clock）算法通過anno