IEEE1588精密時間協(xié)議——分組網(wǎng)絡(luò)上的頻率同步

1、ieee 1588精密時間協(xié)議分組網(wǎng)絡(luò)上的頻率同步關(guān)鍵字：軸金廿間語議 討間竹輸協(xié)議同步以人網(wǎng)電信網(wǎng)絡(luò)正在從電粘交換技術(shù)快速轉(zhuǎn)向分組交換技術(shù)以滿足核心網(wǎng)和按入網(wǎng)対帶寬需求的迅逵擴大傳統(tǒng)的電路交換tdm m絡(luò)木身就支抒在整個m絡(luò)卜.實現(xiàn)榊密頻率同步。 為了姍保向終端用戶設(shè)備扯供島等級qos.無線基站和多業(yè)務接入點(msan)等接入平臺仍燃依煥網(wǎng)絡(luò)冋傳連接上探供的問步功能.在屯佶網(wǎng)中，能否通過以太沏向遠城無線 塞站和接入丫臺捉供運營級的冋步質(zhì)fil是向以太網(wǎng)回傳網(wǎng)演進的關(guān)uh時間傳輸協(xié)議垃奶使用時間傳紛協(xié)諫的電佇設(shè)備是通過何腥控制環(huán)垢驅(qū)動遠端網(wǎng)元(如街道機箱接入*臺和無線怨站)中的夠考振蕩器，這凹

2、遠端網(wǎng)元中的參考抿躋器以向邵是從t1/e1 tdm 回傳連接恢復河步只婪tdm傳輸網(wǎng)絡(luò)對以廉蹤到荃準參考時鐘(prc),遠端網(wǎng)尤祖能采用郴對簡/的伺囁控制將它們的抿蕩器說定到叩蹤prc的回傳反饋時鐘。當回 傳連按變成以a網(wǎng)一遠端網(wǎng)元與同步源相互隔離時問題淞來了。本丈將討論如何便用以太網(wǎng)上的ieee 1588梢豹時何協(xié)辿ptp)向遠瑞網(wǎng)元捉供同步雖然以太網(wǎng)已那翎廣 泛普及.是低價連接的理想介質(zhì).但并不卜常適合姿求輅密同步的應用.以太網(wǎng)生來就足非確定性的網(wǎng)絡(luò)很難提供要求同步的實時或?qū)潟r間敏密的應用ptp通過網(wǎng)絡(luò)物 理層的拔if i in間戢技術(shù)很好地克服了以太網(wǎng)的延遲和抖動紂題.因此使用以太網(wǎng)絡(luò)承

3、拔時忡數(shù)據(jù)包可以達創(chuàng)100ns范用內(nèi)的空前粘度進而顯苦節(jié)省成本.下一代網(wǎng)絡(luò)的同步功能莫j gps的衛(wèi)星接收器可以提供小j- 100ns :vjw度.經(jīng)常被用j粘密時間與麵率同步非常關(guān)愷的領(lǐng)域.如電佶.軍耶和航空應用.但提髙榊度成木巨人.基j gps的系統(tǒng) 需要安裝室外天線.mti接看到天空以便接收低功率的衛(wèi)®.傳紛佔號.這不僅增加了費用.而且對設(shè)施的物理架構(gòu)也惜來了額外的負擔。叢于這個理由，gps最適合在中 心局用作電倍網(wǎng)絡(luò)的呈準參石時鐘，然后使用其它技術(shù)向遠端設(shè)條分配同步和定時。電佶運営福和設(shè)備制造麗正在研究通過以太網(wǎng)絡(luò)提供同步的多種新方法。白適應時鐘恢m(acr)：基于電路仿真業(yè)

4、務(ces)的許實非標準化解決方案使用acr技術(shù)農(nóng)遠端下游單元再生網(wǎng)絡(luò)時仲.熱而.運苛商在使用這秤技術(shù)時辿到了一些性能何 辿,見不用說-空主要運營商通常不廳匾將犬規(guī)検的新業(yè)務部茗交付給非標準化解決方案來實現(xiàn)，同步以太網(wǎng):itu艱近已經(jīng)完成了旨在滿足通過以人網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)捉供頻率同步需求的同步以木網(wǎng)(g.8261g8262g.8263)的定義t.作?，F(xiàn)有以太網(wǎng)和同步以太網(wǎng)(sync-e) 的基本區(qū)別是發(fā)送ph丫時饑 現(xiàn)在的ieee 802.3 ®求發(fā)送時鐘達到100ppb( i億分之一)的自山抿蕩時忖粒度.在同步以太網(wǎng)中發(fā):送時紳帶度必須達到4.6ppb井能通過 外部ssu/bits參勺或

5、接收時鐘跟蹤到一級時鐘.通過簡單地將以太網(wǎng)的發(fā)送和接收時鐘蟻接起來.同庁以k網(wǎng)町以用來u sonet/sdh交換數(shù)據(jù).同步以太網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn) 足，在prc和終瑞設(shè)備之間的箱個略徑上，所冇以太網(wǎng)交換機都婪通過升級凡備冋步以太網(wǎng)功能。網(wǎng)絡(luò)吋間協(xié)議(ntp)： ntp作為呆流行的協(xié)議被廣泛用干lan和wan上的時間同步.ntp實現(xiàn)成本相対狡低.兒乎不需要修改便件。然而h前版本的ntp和實現(xiàn)方案 還不能滿址電佶網(wǎng)絡(luò)冋步所需的史島酬度要求.另一方面,ptp通過使用現(xiàn)有的以太網(wǎng)分甩網(wǎng)絡(luò)町以提供接近ntp的成本效益，并通過使用基于礎(chǔ)件的時間戰(zhàn)技術(shù)達飼超過ntp的楙皮。ptp町以與使用海速交換機的標 凍以太網(wǎng)網(wǎng)

6、絡(luò)i：的正常網(wǎng)絡(luò)業(yè)務共行同時捉供奈抄級的同步秸度。達到這個杰出件能描標的關(guān)鋌足硬件輔助下的吋間峨技術(shù)。ptp工作廉理：鎖件輔助下的時間戳技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)時間保持應用中必須克眼的兩個主要問題尼抿蕩器漂移和時間傳輸址時。不許釆用何種協(xié)議，娠蕩器淤移何題椰可以通過使用更島質(zhì)塹的振蕩器和從更nf/i/i的時鈴池 (如gps)獲得時間而得以筱輕.吋間傳輸寇遲何題解決起來比較因難它貝有雙璽件：既有與操作系統(tǒng)處埋時間數(shù)據(jù)包有關(guān)的延時.也有由于源時鐘與冃的時鐘之間行在的 購由湍、交換機、虐盜和賓它皎件引尼的網(wǎng)絡(luò)延時。在瞇少操作系統(tǒng)延ihjfilk動方miptp是最成功的°ptp將時戰(zhàn)單尤(tsu)和主從時

7、鐘z間時間微交換的創(chuàng)新方壯結(jié)合在一起。位于以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控$1(mac)以太網(wǎng)ph丫接牧器么間的tsu列時咽探輸入輸出救也流，當識別出ieee 1588 ptp數(shù)據(jù)包的前導位吋發(fā)布 個時何峨.用/桔確杯記ptp吋何數(shù)據(jù)包的到達或離開(見圖1)f1: tsu位于以太同mac和以太網(wǎng)phy接收益之間。為了估計和減少操作系統(tǒng)延時.主時鐘會根據(jù)木地時鐘周期性地向網(wǎng)絡(luò)上的從時鐘發(fā)送一個同步(sync)報文.tsu對發(fā)送的sync報文標記上確切的時何。從時鐘也給詞達的 sync報文標i:時間臨 勲后將到達吋間利sync報文中捉供的離開時間進行比較.于是就能刈斷操作系統(tǒng)中的砥時謝最后對時鐘作出相應的調(diào)悅通過

8、測f5主時件和從時鐘z間的來回延対可以統(tǒng)小與網(wǎng)絡(luò)仃關(guān)的延時。從時鐘刪期性地向主時仰發(fā)送一個延時請求報文(delay req).汝后由主則鐘發(fā)繪一個延時應答報文 (delay_resp).由j這兩個報文都有柏碓的時何抵，從時鐘可以將這個倍息和來自sync的細廿結(jié)合起來測杲和調(diào)滋網(wǎng)絡(luò)引入的址時。箱密時間戢交換協(xié)諫詳見圖2。用2用)從ptp主時忡向ptp從肘忡傳參時同的數(shù)據(jù)色序列.sync數(shù)據(jù)包在離開主時件仃1)和詞達從時鐘仃2)時玻標上時何戢。fll«i(follow-up)sk據(jù)包將sync數(shù)據(jù)包離開時間傳送給從時鐘。遷時應答數(shù)據(jù)包在離開從時鈴仃3)和到達主 時鐘(t4)時也被杯上時間

9、裟sync敵據(jù)包4ll follow-up敵舞包對被主時鐘作為征時詁求和征時應答敵據(jù)包周期性地發(fā)送出去用于從時鐘校正的公式為：0.5 (t1-t2-t3- t4).確定目標精皮ptp協(xié)議采用坡件時間繊技術(shù)提供亞微秒級的粘度.在電佶wan上的性能衣現(xiàn)取決j以下三個主咚因累：主從時鐘屮的時間戳引率的分辨率和梢皮(起始謝更)"穿越wan的延時/數(shù)押;包延時變化(pdv)包描跳負找以及交換卩"略山器配丙 在從時釧創(chuàng)的何阪處脛增益和掘蕩搭炙現(xiàn)(pdv的不確定性枝遽除的效率仃多高)在包始箱度牧戰(zhàn)的情況下，電佇網(wǎng)絡(luò)i.的數(shù)據(jù)包延時變化(pdv)絡(luò)很快成為荃于數(shù)摳包的足時娜決方架的誤差主導

10、因素。注更qos rtd'fi!和負找變化的兩層交換網(wǎng)絡(luò)可以捉供 6he的pdv性幅 這種情況非常適合ieee 1588 ptp, b4為ptp針對兩層左換環(huán)境作了優(yōu)化，錢而.pdv足三層軟件路山網(wǎng)絡(luò)屮的主導因軋 振蕩器穩(wěn)定性和從時鐘側(cè)的 伺腋設(shè)計將成為確保滿足電信網(wǎng)絡(luò)同步要求的xsh能因素。選擇廣播間隔和扳蕩糯類型a： ptp中.目標定時粘喪決定了同步報文廣攔的頻喪以及使用什么類空的報蕩器。更頻緊的廣播可以紂到更椅衡的同步，但也會產(chǎn)生更多的網(wǎng)絡(luò)池世.雖然使用的帝寬ii常 小.更菸質(zhì)貸的按蕩器也能紂到更林確的同步.使用牧低質(zhì)敬的抿蕩器同時增加廣播頫率以便更紳濟地達到ii標箱度似乎很有誘

11、感力但這種做法是不推薦的.低質(zhì)銖的抿蕩 器磯少為電缶應用捉供高箱度ptp所需的穩(wěn)定性因眈縮更廣搭間陽通常得水償失，箱度也ieee 1588主時件的功能-ieee 1588匸時鐘也玻禰為址高級時鐘(grandmaster).足網(wǎng)絡(luò)上的坨終時何源.畑丹級時鐘通當以gps為基準.因此非常穩(wěn)定.也非 常秸確utc(協(xié)調(diào)世界吋)的秸度通常在30ns rms以h通過使用如此高菇度的時鐘和絕對時間基準.ptp網(wǎng)絡(luò)卜.的時何可以得到很好的同步。高品質(zhì)的城高級時鐘還冇 其它一些測靈持性.可用來茨征網(wǎng)元的延時和抖動轉(zhuǎn)征，并測趾相對于城陽級時鐘的從時鐘軸必選擇其它硬件在路山器緩存延時和交換機延時彫響時間傳輸粘度的以

12、太剛網(wǎng)絡(luò)上.ptp能夠很好地發(fā)揮作用圖3比較了存與型以太網(wǎng)交換札 線速路山器和基干伙件的路山辭上所做的 延時和pdv測毋結(jié)果.先進的線速賂山器在延時和pdv方面可以提供與傳統(tǒng)兩層交換和媲關(guān)的快速交換.使御它適合ptp同步分配應川另一方面.與基于軟件的 滋由器相關(guān)的髙ii時和pdv町能成為如上所述的一個限制因索.ethernet switchsundcid dckn 5z« mccwire-speed router圖3：去明以太燉交換機（上部）、綾速路山飆屮間）和軟件跑山器（底部）延時的柱狀圖。線迷埒山器性能相當于陽層交換機,而軟件埒山器的pdv冏出了阿個數(shù)幘級ptp協(xié)議還引入了一些特

13、殊部件如j邊界時鐘和透明時鐘.即只有一個端口用于捉供ptp從時鐘到主時訊 其它端ii通過堆加功能來保持帶度的殳換機。邊界時鐘足指冇- 個端口是ptp從時鐘至主時職 其它端口是主時餅到下游從時鐘的多口交換機.邊界時仰提供了向眾多子網(wǎng)調(diào)節(jié)同步的好方法.但使用級聯(lián)邊界時鐘會在個jjr環(huán)路屮積累非 線性時間僞移.垃終導致不可接受的輔度下降。透明時許足ptp網(wǎng)絡(luò)中的另一個潛在換件選項。這是-種帶存ptp功能的交換機.能夠通過條改deiay.resp和follow-up報文中的椅磴時間峨消除交換機自身內(nèi)部的按收 和發(fā)送延時.從而改進從時忡和主時忡之間的列步將度.但是.當原始數(shù)抑:包密碼找!臉和不匹配到達從

14、時忡處的最終數(shù)據(jù)包時.透明時鐘也可能產(chǎn)生安全問越.ptp在電信中的應用許婦u侑網(wǎng)絡(luò)設(shè)備握供商都耙ieee 1588 ptp作為滿足下一代無線和接入平臺同步耍求的最具性價比方法例如.所有g(shù)sm和umts基站頻韋必復同步到±5oppb（ i億分 z-）,以支持手機從一個基站移動到另一個基站旳的網(wǎng)絡(luò)切換.不能満忙50ppb的冋步姿求將導致通話中陸.為了滿足這個翌求，也站的傳統(tǒng)做法址將內(nèi)部振蕩群鎖定到從 t1/e1 tdm回竹連接恢父的時鐘卜“當回傳通邁變?yōu)橐蕴玬al堆站弓傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)同步反慣連接斷開了.圖4給hl了使用ptp的無線網(wǎng)絡(luò)向遠堆熾h捉供冋步的與塑部署悄 敘 越站都將來用ptp從設(shè)

15、備恢復出定時數(shù)據(jù)包，進而用j；控制基站的內(nèi)部抿蕩器以滿足50ppb近氏 基站中的ptp從設(shè)備需耍訪問夠動交換中心（msc）屮部客的運營商 級ptp城島級時鐘。在msc中潔粹ptp城高級時鐘的關(guān)鍵占電因素包括:umts網(wǎng)絡(luò)bits/ssu-msc/ rncptp主時tfabs8 點 節(jié)節(jié)點8ptp從時鐘ip回傳ptp從時鐘丄ptp從時鐘國4：向卜代umts基給提供同步需?？朴迷趍scrnc中部丼的ptp誡高級肘鐘“同步數(shù)據(jù)包從誡高級時鐘流向基姑中的從時鐘.將ptp嵐奇級時鐘功能集成進現(xiàn)有的msc i可步半臺（即bits大樓綜合則鐘供應系統(tǒng).以及ssu同步提供單元“以丈網(wǎng)傳輸單元配置一抉連交換報蕩

16、器選樣和ptp從/何服控制msan和ip-dslam也要求支持傳統(tǒng)的tdm應用.如巧/e1落地業(yè)務.設(shè)備制造術(shù)將ptp作為向叢于遠程終端的接入半臺分配同步的方法。itu眾近發(fā)們了 g.8261標準.以期呦立分組網(wǎng)絡(luò)的問步翌求.在幾體實施時的考曲犬i素與上述無線平臺相冋，關(guān)健仍然是將ptp境為級時鐘功能集成進電佶中心局的bits和ssu平臺（圖5）.pstnpstncginternetinternetmulti ser/ice access node15 帥 ptp sim15ft9 ptp simt1/e1adsladslrecdenbalrecdenbalgatewayethernetgatevar/圖5：叟持轉(zhuǎn)統(tǒng)tdm業(yè)務的msan翌求從中