IEEE1588的一些基本概念

1、 IEEE1588的一些基本概念1PTP系統(tǒng)（from 6.3）22PTP報(bào)文類(lèi)別（from 6.4）23PTP設(shè)備類(lèi)型（from 6.5）34同步概況（from 6.6）45PTP的epoch（from 7.1）66通信路徑非對(duì)稱性（from 7.4）77延遲問(wèn)答機(jī)制Delay request-response mechanism（from 11.3）88Peer 延時(shí)機(jī)制Peer delay mechanism（from11.4）99PTP報(bào)文格式(from 13)10101588組播地址13IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的全稱是“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 1588 Pre

2、cision Clock Synchronization Protocol）”，簡(jiǎn)稱PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通過(guò)一個(gè)同步信號(hào)周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，IEEE 1588PTP時(shí)鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。參考標(biāo)準(zhǔn)及網(wǎng)上其他文章，一些總結(jié)或翻譯的基本概念：1 PTP系統(tǒng)（from 6.3）一個(gè)PTP系統(tǒng)是一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是由PTP設(shè)備和一部分非PTP設(shè)備組成。PTP設(shè)備包括普通時(shí)鐘（ordinary clocks），邊界時(shí)鐘（boundary clocks），端對(duì)端時(shí)

3、鐘（end-to-end transparent clocks），點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)鐘（peer-to-peer transparent clocks）和管理節(jié)點(diǎn)。非PTP設(shè)備包括網(wǎng)橋，路橋及其他基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)備，也可能包括計(jì)算機(jī)，打印機(jī)和其他應(yīng)用設(shè)備。2 PTP報(bào)文類(lèi)別（from 6.4）PTP定義了事件和通用PTP兩種報(bào)文，事件報(bào)文（event message）需要打上精確的時(shí)間戳（timestamp）,通用報(bào)文（general message）不需要精確的時(shí)間戳。事件報(bào)文包括： Sync Delay_Req Pdelay_Req Pdelay_Resp 通用報(bào)文包括：Announce Follow_U

4、p Delay_Resp Pdelay_Resp_Follow_Up Management Signaling Sync, Delay_Req, Follow_Up和Delay_Resp通過(guò)應(yīng)答機(jī)制（delay request-response mechanism）用于產(chǎn)生和通信用于同步普通時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘的時(shí)間信息。Pdelay_Req, Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up通過(guò)peer延時(shí)機(jī)制（peer delay mechanism）用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)時(shí)鐘port之間的鏈接延時(shí)。鏈接延時(shí)被用來(lái)更正在Sync和Follow_Up報(bào)文中的時(shí)間信息。Annouce用于建立

5、同步層次關(guān)系。Management用于查詢和更新時(shí)鐘所維護(hù)的PTP數(shù)據(jù)集。Signaling用于其他的目的，例如在主從之間協(xié)調(diào)單播報(bào)文的發(fā)送頻率。3 PTP設(shè)備類(lèi)型（from 6.5）包括：a) Ordinary clock 普通時(shí)鐘一個(gè)普通時(shí)鐘通過(guò)基于一個(gè)物理端口上的兩個(gè)邏輯接口在網(wǎng)絡(luò)上通信。事件接口用于發(fā)送和接收事件報(bào)文，通用接口用于發(fā)送和接受通用報(bào)文。在一個(gè)PTP的域內(nèi)，普通時(shí)鐘只能處于唯一的一種狀態(tài)，可以是主鐘，也可以是從鐘。 一個(gè)普通時(shí)鐘維護(hù)兩種類(lèi)型的數(shù)據(jù)集：時(shí)鐘數(shù)據(jù)集和端口數(shù)據(jù)集。 協(xié)議引擎負(fù)責(zé)：發(fā)送和接受PTP報(bào)文，維護(hù)數(shù)據(jù)集，執(zhí)行與端口關(guān)聯(lián)的狀態(tài)機(jī)，根據(jù)接收到的PTP時(shí)間報(bào)文和

6、產(chǎn)生的時(shí)間戳計(jì)算主機(jī)時(shí)間（如果端口處于從狀態(tài)）。b) Boundary clock 邊界時(shí)鐘邊界時(shí)鐘通常會(huì)有多個(gè)物理端口，每個(gè)物理端口有兩個(gè)邏輯接口：時(shí)間和通用。邊界時(shí)鐘的每個(gè)端口與普通時(shí)鐘基本一致，除了：邊界時(shí)鐘所有的端口的時(shí)鐘數(shù)據(jù)集是公用的，公用一個(gè)本地時(shí)間。每個(gè)協(xié)議引擎會(huì)有額外的功能來(lái)解析所有端口的狀態(tài)，從而決定哪個(gè)端口用來(lái)提供時(shí)間信號(hào)來(lái)同步本地時(shí)鐘。c) End-to-end transparent clock 端對(duì)端透明時(shí)鐘端對(duì)端透明時(shí)鐘象一個(gè)普通的橋、路由器或中繼器那樣轉(zhuǎn)發(fā)所有的報(bào)文。但對(duì)于PTP事件報(bào)文，resident time bridge會(huì)測(cè)量PTP事件報(bào)文的停留時(shí)間（es

7、idence times：報(bào)文穿越透明時(shí)鐘所需要的時(shí)間）。這個(gè)時(shí)間會(huì)寫(xiě)入到這個(gè)PTP事件報(bào)文或者其后續(xù) follow up報(bào)文（Follow_Up或者Pdelay_Resp_Follow_Up)的特定字段中（correctionField）。這個(gè)更正值是基于事件報(bào)文進(jìn)入和離開(kāi)透明時(shí)鐘時(shí)的時(shí)間戳的差值。d) Peer-to-peer transparent clock點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明時(shí)鐘點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明時(shí)鐘與端對(duì)端透明時(shí)鐘主要區(qū)別在于它更正和處理PTP時(shí)間報(bào)文的方式，除此以外，兩者是一樣的。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明時(shí)鐘對(duì)于每一個(gè)端口有一個(gè)額外的模塊，這個(gè)模塊用來(lái)計(jì)算每個(gè)端口和與它分享這條鏈接的另一端（也要支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明時(shí)

8、鐘）的鏈路延時(shí)。這個(gè)鏈路的延時(shí)計(jì)算是基于與其鏈路端交換Pdelay_Req，Pdelay_Resp和可選的Pdelay_Resp_Follow_Up報(bào)文過(guò)程的。端對(duì)端透明時(shí)鐘是更正所有的PTP Event 時(shí)間報(bào)文，而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)只更正Sync和Follow_Up報(bào)文，因?yàn)檠訒r(shí)已經(jīng)確定了。這些報(bào)文中的correctionField字段會(huì)被Sync報(bào)文的 Residence時(shí)間和鏈路延時(shí)時(shí)間更新。由于鏈路之間的延時(shí)已經(jīng)包含在correctionField中，所以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透明時(shí)鐘中的Master時(shí)鐘不用對(duì)每個(gè)slave時(shí)鐘的Delay_Req作出回應(yīng)。e) Management node有一條或者多條物理

9、鏈接到網(wǎng)絡(luò)上；作為一個(gè)通向PTP管理報(bào)文的人機(jī)或編程接口；可以與任何時(shí)鐘類(lèi)型組合。4 同步概況（from 6.6）建立主從層次關(guān)系：在一個(gè)域中，普通時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘的每個(gè)端口都有一個(gè)獨(dú)立的協(xié)議狀態(tài)機(jī)，每個(gè)端口檢查其接受到的所有的Annouce報(bào)文，利用最佳主時(shí)鐘算法（Best Master Clock，BMC)，決定時(shí)鐘端口的狀態(tài)：Master，Slave還是Passive。 最佳主時(shí)鐘算法通過(guò)比較描述兩個(gè)時(shí)鐘的數(shù)據(jù)來(lái)決定哪個(gè)數(shù)據(jù)描述了更好的時(shí)鐘。這個(gè)算法有兩個(gè)分離的算法組成：數(shù)據(jù)集比較算法和狀態(tài)決定算法。數(shù)據(jù)集比較算法是基于相關(guān)屬性的逐隊(duì)比較的，這些屬性包括有：priority1, clock

10、Class, clockAccurary, offsetScaledLogVariance, priority2, clockIdentity.狀態(tài)決定算法依據(jù)數(shù)據(jù)集比較算法的結(jié)果決定該端口的下一個(gè)狀態(tài)。普通時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘的同步：基本的同步報(bào)文交換過(guò)程：報(bào)文交換過(guò)程：1. Master發(fā)送Sync報(bào)文，記下該報(bào)文的本地發(fā)送時(shí)間t1。2. Slave接收到Sync報(bào)文，并記下其接收到該報(bào)文的本地時(shí)間t2。3. Master有兩種方式告訴Slave該Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)間t1。  1) 將t1時(shí)間嵌入到Sync報(bào)文中，這需要某種硬件處理以獲得高精度。  2）在后續(xù)的Follow

11、_Up報(bào)文中發(fā)送4. Slave發(fā)送Delay_Req報(bào)文往Master，并記下發(fā)送時(shí)間t3。5. Master接收到Delay_Req，并記下該報(bào)文到達(dá)時(shí)間t4。6. Master發(fā)送Delay_Resp報(bào)文告知Slave t4。利用這四個(gè)時(shí)間可以算出從鐘與主鐘之間的offset，以及兩個(gè)鐘之間的平均延時(shí)，（如上圖即為t-ms and t-sm的平均值 ）計(jì)算的前提是假設(shè)主鐘到從鐘和從鐘到主鐘的時(shí)延是相同的。Offsett2-t1Meanpathdelay=(t2 - t1) + (t4 - t3)/2在支持peer-to-peer路徑更正中測(cè)量連接延時(shí)：這里沒(méi)有主從之分Port-1:發(fā)送一

12、個(gè)Pdelay_Req報(bào)文，并記下該時(shí)間t1。Port-2:接收到Pdelay_Req報(bào)文，記下接收時(shí)間t2，然后返回一個(gè)Pdelay_Resp報(bào)文，記下該報(bào)文的發(fā)送時(shí)間t3。（收到報(bào)文到發(fā)送報(bào)文的時(shí)間間隔要盡可能的短以減小由于兩個(gè)端口之間的頻率偏移引起的誤差。）然后Port-2可以：1. 在Pdelay_Resp中返回t2和t3的差值。2. 在Pdelay_Resp_Follow_Up報(bào)文中返回t2和t3的差值。3. 在Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up報(bào)文中分別返回t2和t3。Port-1:接收到Pdelay_Resp后，記下時(shí)間t4。利用這四個(gè)時(shí)間可以計(jì)算

13、平均鏈路延時(shí)。Meanpathdelay=(t2 - t1) + (t4 - t3)/2如果鏈路傳輸不對(duì)稱會(huì)引起鏈路傳輸延時(shí)誤差。5 PTP的epoch（from 7.1）epoch時(shí)間起源PTP epoch is 1 January 1970 00:00:00 TAI, 也就是 31 December 1969 23:59:51.999918 UTC. 6 通信路徑非對(duì)稱性（from 7.4）<meanPathDelay>，delayAsymmetry<meanPathDelay> = (tms + tsm)/2tms = <meanPathDelay>

14、+ delayAsymmetry,tsm = <meanPathDelay> delayAsymmetry. delayAsymmetry的測(cè)量不在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。普通時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘的offset計(jì)算（from 11.2）對(duì)于單步的時(shí)鐘，即只有sync沒(méi)有follow up報(bào)文，slave做如下計(jì)算<offsetFromMaster> = <syncEventIngressTimestamp> <originTimestamp> <meanPathDelay> correctionField of Sync message.對(duì)于兩步的

15、時(shí)鐘，即sync和follow up報(bào)文都有，slave做如下計(jì)算<offsetFromMaster> = <syncEventIngressTimestamp> <preciseOriginTimestamp> <meanPathDelay> correctionField of Sync message correctionField of Follow_Up message.這里，offsetFromMaster是slave與master的時(shí)間偏移，syncEventIngressTimestamp即slave收到的時(shí)間t2，originT

16、imestamp是master發(fā)給slave sync報(bào)文自帶的時(shí)間信息源t1，preciseOriginTimestamp master發(fā)給slave follow up報(bào)文自帶的時(shí)間信息源t1 meanPathDelay 即平均路徑延時(shí)，可以通過(guò)the Delay request-response mechanism和 the peer delay mechanism兩種機(jī)制來(lái)計(jì)算。7 延遲問(wèn)答機(jī)制Delay request-response mechanism（from 11.3）1)如果只收到sync報(bào)文, <meanPathDelay> = (t2 - t3) + (re

17、ceiveTimestamp of Delay_Resp message originTimestamp of Sync message) correctionField of Sync message correctionField of Delay_Resp message/2. 2) 如果收到sync報(bào)文及Follow up報(bào)文， <meanPathDelay> = (t2-t3) + (receiveTimestamp of Delay_Resp message preciseOriginTimestamp of Follow_Up message) correctionF

18、ield of Sync message correctionField of Follow_Up message correctionField of Delay_Resp message/2.8 Peer 延時(shí)機(jī)制Peer delay mechanism（from11.4）3) 如果只有Pdelay_Resp 報(bào)文 <meanPathDelay> = (t4 t1) correctionField of Pdelay_Resp/2 4) 如果有 Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up <meanPathDelay> = (t4 t1) (responseOriginTimestamp requestReceiptTimestamp) correctionField of Pdelay