IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)版課件

IEEE_1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2024/4/16IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版Contents一、時(shí)鐘同步模型二、消息字段三、數(shù)據(jù)集四、數(shù)據(jù)類型IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版一、時(shí)鐘同步模型IEEE

1588

又叫網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量及控制系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步協(xié)議，PTP（精確時(shí)鐘協(xié)議），使用硬件和軟件配合，不需要額外的時(shí)鐘線，仍然使用原來(lái)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)線傳送時(shí)鐘信號(hào)，使組網(wǎng)連接簡(jiǎn)化和降低成本。1.1

PTP消息類型分為兩類：事件消息、普通消息。事件消息是在發(fā)送和接收端都要打精確的時(shí)間戳，普通消息不需要打時(shí)間戳。（1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd

l

RIEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.2

消息時(shí)間戳的產(chǎn)生當(dāng)發(fā)送和接收任何事件消息時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生時(shí)間戳。當(dāng)消息的時(shí)間戳點(diǎn)經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的邊界時(shí)，時(shí)間戳事件發(fā)生，時(shí)間戳產(chǎn)生模型如下圖所示：上圖中A

B

C為打時(shí)間戳的點(diǎn)

這個(gè)點(diǎn)越靠近IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.3

兩種同步機(jī)制延時(shí)請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制（Delay

Request-Response

Mechanism）對(duì)等延時(shí)機(jī)制（Peer

Delay

Mechanism）（1）延時(shí)請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息進(jìn)行消息同步，測(cè)量一對(duì)PTP端口的<meanPathDelay>，模型為t2

?

t1

=

Delay

+

Offsett4

?

t3

=

Delay

?

OffsetDelay

=

(t2

?

t1)

+

(t4

?

t3)

2Offset

=

(t2

?

t1)

?(t4

?

t3)

2IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版在算法校正過(guò)程中，對(duì)從時(shí)鐘的校正是通過(guò)校正offset實(shí)現(xiàn)的，Delay通常影響Offset的值，因此要通過(guò)測(cè)量這個(gè)延遲值來(lái)修正Offset。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（2）對(duì)等延時(shí)機(jī)制對(duì)等延時(shí)機(jī)制用來(lái)測(cè)量端到端傳輸時(shí)間，如支持對(duì)等延時(shí)機(jī)制的通信端口的鏈路延時(shí)。用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息進(jìn)行同步。對(duì)于普通和邊界時(shí)鐘，對(duì)等延時(shí)機(jī)制與端口是master還是slave沒(méi)有關(guān)系。<

meanPathDelay

>=

(t2

?

t1)

+

(t4

?

t3)

2IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.4

設(shè)備類型有5中基本的設(shè)備類型（1）普通時(shí)鐘（Oridinary

clock）（2）邊界時(shí)鐘（Boundary

clock）（3）端到端透明時(shí)鐘（End-to-end

transparentclock）（4）對(duì)等透明時(shí)鐘（Peer-to-Peer

transparentclock）（5）管理節(jié)點(diǎn)（Management

node）普通和邊界時(shí)鐘的端口，兩種機(jī)制都可以使用，端到端透明時(shí)鐘與這兩個(gè)機(jī)制無(wú)關(guān)，對(duì)等透明時(shí)鐘使用對(duì)等延時(shí)機(jī)制。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（1）普通時(shí)鐘通過(guò)以一個(gè)物理端口為媒介的兩個(gè)邏輯接口和網(wǎng)絡(luò)通信，事件接口用來(lái)發(fā)送和接收事件消息，包括兩類數(shù)據(jù)集，分別是時(shí)鐘數(shù)據(jù)集和端口數(shù)據(jù)集。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版端口數(shù)據(jù)集包含端口屬性，包括PTP狀態(tài)。Protocol

engine：（1）發(fā)送和接收PTP消息（2）維護(hù)數(shù)據(jù)集（3）執(zhí)行與端口相關(guān)的狀態(tài)機(jī)（4）如果端口在slave狀態(tài)，基于接收到的PTP定時(shí)消息和產(chǎn)生的時(shí)間戳，計(jì)算Master的時(shí)間。Local

clock：當(dāng)普通時(shí)鐘端口在slave狀態(tài)時(shí)，本地時(shí)鐘的控制環(huán)路調(diào)節(jié)時(shí)鐘，使它的時(shí)鐘與它的主一致。如果端口在master狀態(tài)，本地時(shí)鐘在freerun狀態(tài)IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（2）邊界時(shí)鐘邊界時(shí)鐘模型如圖所示，有多個(gè)物理端口，每個(gè)端

口和一個(gè)普通時(shí)鐘的端口類似，但有一些例外：1）時(shí)鐘數(shù)據(jù)集對(duì)邊界時(shí)鐘的所有端口共用；2）local

clock也對(duì)邊界時(shí)鐘的所有端口共用；3）每一個(gè)協(xié)議引擎需要附加功能，它需要處理所有端口的狀態(tài)，決定

利用哪個(gè)端口提供的時(shí)間信號(hào)來(lái)同步本地時(shí)鐘。與同步、建立主從層次和信令相關(guān)的信息終止在一個(gè)邊界時(shí)鐘的協(xié)議引擎，不再向前轉(zhuǎn)發(fā)，管理消息由邊界時(shí)鐘的其它端口

轉(zhuǎn)發(fā)，服從限制一個(gè)系統(tǒng)的消息傳輸時(shí)間的約束IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（3）End-to-End透明時(shí)鐘設(shè)備模型如圖所示，像一個(gè)網(wǎng)橋、路由器和轉(zhuǎn)發(fā)器一樣，端到端透明時(shí)鐘發(fā)送所有的消息。對(duì)于PTP事件消息，駐留時(shí)間橋測(cè)量PTP事件消息的駐留時(shí)間。駐留時(shí)間在一個(gè)特殊的域－correctionField累積。這些校正是當(dāng)事件消息進(jìn)入和離開透明時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)間戳的不同。校正值計(jì)算如下圖所示注意

用來(lái)計(jì)算駐留時(shí)間的時(shí)間戳是基于本地時(shí)間產(chǎn)IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版a）RC（Rate

Control）利用延時(shí)請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制校正本地時(shí)鐘頻率等于master的時(shí)鐘頻率。這個(gè)方法的關(guān)鍵是它的操作是一個(gè)閉環(huán)，這意味著在一個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地振蕩器調(diào)節(jié)會(huì)影響下面的節(jié)點(diǎn)。b)

RE（Rate

Estimation）不控制本地振蕩器，讓其自由運(yùn)行，用本地時(shí)間計(jì)算的駐留時(shí)間加到Sync或者Follow_Up消息中，比較接收到的sync和Follow_Up的駐留時(shí)間，計(jì)算本地自由運(yùn)行時(shí)鐘與上一級(jí)時(shí)鐘之比。當(dāng)駐留時(shí)間相對(duì)于時(shí)鐘比值的足夠大，一連串透明時(shí)鐘的最差相位誤差累IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（4）Peer_to_Peer

透明時(shí)鐘設(shè)備模型如圖所示，與End_to_End透明時(shí)鐘不同在于：它校正和處理PTP定時(shí)消息的方式上。對(duì)等透明時(shí)鐘有一個(gè)block，這個(gè)block用來(lái)計(jì)算每個(gè)端口與其它端口的鏈路延時(shí)。通過(guò)交換Pdelay_Req，Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up消息來(lái)計(jì)算。對(duì)等透明時(shí)鐘和鏈路延時(shí)的校正模型如下圖所示。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（5）管理節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)的設(shè)備特征是：a）可以有一個(gè)或者多個(gè)物理連接連接到網(wǎng)絡(luò)中；b）PTP管理消息的手動(dòng)或可編程接口。c）能結(jié)合所有的時(shí)鐘類型。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.5

同步在協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程中又來(lái)那個(gè)階段：（1）建立主從層次；（2）同步時(shí)鐘1.5.1

建立主從層次PTP的狀態(tài)有：Master、Slave和Passive。利用最佳主時(shí)鐘算法來(lái)找最好的時(shí)鐘，包含兩個(gè)獨(dú)立算法：（1）數(shù)據(jù)集比較算法（2）狀態(tài)決策算法數(shù)據(jù)集比較算法以下列這些優(yōu)先屬性比較算法：（1）priority1：用戶可配置的指定，指這個(gè)時(shí)鐘是否是固定的可選時(shí)鐘；（2）clockClass：詳細(xì)說(shuō)明時(shí)鐘的TAI可跟蹤性屬性；（3）clockAccuracy：定義一個(gè)時(shí)鐘精度的屬性；（4）offsetScaledLogVariance：定義時(shí)鐘穩(wěn)定性屬性；（5）Priority2：是否是備選的主時(shí)鐘；（6）clockIdentity：基于獨(dú)特標(biāo)志符的附加表示規(guī)則。

最佳主時(shí)鐘算法清楚地選擇兩個(gè)時(shí)鐘中的一個(gè)更優(yōu)。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版簡(jiǎn)單的主從層次如下圖所示：只有普通和邊界時(shí)鐘維持這種狀態(tài)形式，同時(shí)也只有邊界時(shí)鐘能在主從層次中建立分支點(diǎn)。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版二、消息字段PTP協(xié)議根據(jù)發(fā)送和接收到的消息來(lái)計(jì)算時(shí)間偏差和延遲，每個(gè)消息都由一個(gè)消息頭（header），消息體（body）和消息后綴（suffix）組成。2.1

消息頭IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.1.1

transportSpecific（Nibble）

根據(jù)傳輸?shù)拿浇橛胁煌恼f(shuō)明。2.1.2

MessageType（Enumeration4）2.1.3

versionPTP（UInteger4）是發(fā)送消息節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集portDS.versionNumber的值。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.1.5

domainNumber（UInteger8）此消息的發(fā)出節(jié)點(diǎn)不同，domainNumber的值不同。2.1.6

flagField（Ocet[2]）一些標(biāo)志位，表示的意義如下表IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.1.7

correctionField（Integer64）

它的值是ns數(shù)誠(chéng)意216，如2.5ns表示成0x0000000000028000，它的值依賴于消息類型IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.1.8

sourcePortIdentity（PortIdentity）sourcePortIdentiy的值是發(fā)送消息端口數(shù)據(jù)集的portDS.portIdentity的值。2.1.9

sequenceId（UInteger16）除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、management消息外，所有的消息都有sequenceId序列池，對(duì)于從同一個(gè)時(shí)鐘的同一個(gè)端口發(fā)出同一個(gè)消息，后一個(gè)消息的sequenceId是前一個(gè)的值＋1，采用循環(huán)計(jì)數(shù)的方式。2.1.10

controlField（UInteger8）主要是為兼容V1版本而設(shè)置的一組值，接收方不使用這組消息。2.1.11

logMessageInterval(Integer8)的值決定于消息類型

如IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.2

Announce消息域如表：2.2.1

originTimestamp（Timestamp）當(dāng)Announce消息發(fā)送時(shí)，這個(gè)的值置為0或者是與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間相差在1s之內(nèi)。2.2.2

currentUtcOffsetIEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.2.3

grandmasterPriority1（UInteger8）發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterPriority1的值。2.3.4

grandmasterClockQuality（ClockQuality）發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterClockQuality的值。2.3.5

grandmasterPriority2（UInteger8）發(fā)送節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterPriority2的值。2.3.6

grandmasterIdentity（ClockIdentity）數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterIdentity的值。2.3.7

stepsRemoved（UInteger16）發(fā)送消息的時(shí)鐘數(shù)據(jù)集的currentDS.stepsRemoved的值。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.3

Sync和Delay_Req消息2.3.1

originTimestamp（Timestamp）對(duì)于Sync消息，當(dāng)為One-step時(shí)鐘時(shí)，OriginTimestamp的值應(yīng)該是Sync的<SyncEventEgressTimestamp>，不包括小數(shù)ns，Sync消息correctionField的值和originTimestamp的值應(yīng)該是真實(shí)的<SyncEventEgressTimestamp>

。當(dāng)為Two-step時(shí)鐘時(shí)，originTimestamp的值還是

<SyncEventEgressTimestamp>，不包括小數(shù)ns，但是correctionField的值是0，由對(duì)應(yīng)的Follow_Up消息來(lái)表示IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.4

Follow_Up消息2.4.1

preciseOriginTimestamp（Timestamp）

Follow_Up消息的preciseOriginTimestamp是與對(duì)應(yīng)的Sync消息的<syncEventEgressTimestamp>，F(xiàn)ollow_Up消息和Sync消息的correctionField的和與preciseOriginTimestamp相加，就是同步消息發(fā)送的精確時(shí)間。2.5

Delay_Resp消息IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.6

Pdelay_Req消息注意：這里的reserved域是為了使得Pdelay_Req消息的長(zhǎng)度等于Pdelay_Resp消息的長(zhǎng)度，因?yàn)樵谝恍┚W(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)橋中，長(zhǎng)度不同的消息有不

同的傳輸時(shí)間，這樣會(huì)引來(lái)不對(duì)稱誤差。2.7

Pdelay_Resp消息IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版2.9

管理消息2.9.1

domainNumber

of

the

headerdomainNumber應(yīng)該是目標(biāo)domain2.9.2

sequenceId

of

the

header如果是一個(gè)響應(yīng)management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一個(gè)序列池。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版012345～FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4

startingBoundaryHops（UInteger8）

對(duì)于非響應(yīng)的管理消息，startingBoundaryHops是依情況變

化的。對(duì)于響應(yīng)的管理消息，它的值是startingBoundaryHops－boundaryHops。2.9.5

boundaryHops（UInteger8）

指管理消息在邊界時(shí)鐘的剩下需連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量。2.9.6

actionFiled（Enumeration4（hex）Value）

ActionIEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版

三、數(shù)據(jù)集普通和邊界時(shí)鐘應(yīng)該維護(hù)的數(shù)據(jù)集有：

（1）defaultDS

（2）currentDS

（3）parentDS

（4）timePropertiesDS

（5）portDS透明時(shí)鐘應(yīng)該維護(hù)的數(shù)據(jù)集：

（1）transparentClockDefaultDS

（2）transparentClockPortDS數(shù)據(jù)集有三種屬性：分別為staticdynamicIEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.1

defaultDS數(shù)據(jù)集成員說(shuō)明defaultDS數(shù)據(jù)集是描述時(shí)鐘本身的屬性。成員有--defaultDS.twostepFlag--

defaultDS.clockIdentity--

defaultDS.numberPorts--

defaultDS.clockQuality--

defaultDS.priority1--

defaultDS.priority2

--

defaultDS.domainNumber

--

defaultDS.slaveOnly前三個(gè)是靜態(tài)數(shù)據(jù)成員defaultDS.clockQuality是動(dòng)態(tài)成員，包括：

（1）defaultDS.clockQuality.clockClass

（2）defaultDS.clockQuality.ClockAccuracy（3）defaultDS.clockQuality.offsetScaledLogVariance這三個(gè)數(shù)據(jù)成員都是時(shí)鐘自己的屬性。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.2

currentDS數(shù)據(jù)集成員說(shuō)明數(shù)據(jù)成員都是動(dòng)態(tài)的，包括的成員有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地時(shí)鐘和grandmaster時(shí)鐘之間通信路徑的數(shù)量。（2）currentDS.offsetFromMaster

<offsetFromMaster>=<Ts>－<Tm>（3）currentDS.meanPathDelay

按照兩種機(jī)制算出來(lái)的路徑延遲。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.3

parentDS數(shù)據(jù)集說(shuō)明parentDS數(shù)據(jù)集的初始化應(yīng)該在defaultDS數(shù)據(jù)集初始化之后，它的所有成員都是動(dòng)態(tài)的。數(shù)據(jù)集成員有：（1）parentDS.parentPortIdentity指的是發(fā)送Sync消息的Master的PortIdentity，初始化值應(yīng)該遵循：a）parentDS.parentPortIdentity.clockIdentity的值是defaultDS.clockIdentity的值。b）parentDS.portNumber的值初始化為0。（2）parentDS.parentStats

如果時(shí)鐘有一個(gè)端口是Slave狀態(tài)，并且統(tǒng)計(jì)地計(jì)算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS

observedParentClockPhaseChangeRate的值時(shí)IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（4）

parentDS.observedParentClockPhaseChangeRate

以從時(shí)鐘來(lái)觀察的parent時(shí)鐘的相位變化率估計(jì)，正值表示

parent時(shí)鐘的相位變

化率大于slave時(shí)鐘的相位變化率。初始化值為7FFFFFFF。

注：這個(gè)值依賴于測(cè)量時(shí)間間隔，如果這個(gè)值對(duì)一個(gè)應(yīng)用來(lái)

說(shuō)確實(shí)有用，時(shí)間

間隔應(yīng)該在PTP協(xié)議中說(shuō)明。（5）parentDS.grandmasterIdentity

它是grandmaster時(shí)鐘的clockIdentity。初始化值為

defaultDS.clockIdentity。（6）parentDS.grandmasterClockQuality（7）parentDS.grandmasterPriority1（8）parentDS.grandmasterPriority25

678都是grandmaster的對(duì)應(yīng)的值初始化時(shí)都初始化成IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.4

timePropertiesDS數(shù)據(jù)集成員說(shuō)明timePropertiesDS數(shù)據(jù)集成員有：（1）timeProtertiesDS.currentUtcOffset（2）timeProtertiesDS.currentUtcOffsetValid（3）timeProtertiesDS.leap59（4）timeProtertiesDS.leap61（5）timeProtertiesDS.timeTraceable（6）timeProtertiesDS.frequencyTraceable（7）timeProtertiesDS.ptpTimescale（8）timeProtertiesDS.timeSourcecurrentDS數(shù)據(jù)集的所有成員都是動(dòng)態(tài)的。timeProtertiesDS.ptpTimescale的值應(yīng)該在其它數(shù)據(jù)集成員初始化之前進(jìn)行初始化。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.5

portDS數(shù)據(jù)集成員說(shuō)明對(duì)普通時(shí)鐘的端口和邊界時(shí)鐘的每個(gè)端口，應(yīng)該維護(hù)端口數(shù)據(jù)集來(lái)給協(xié)議決策和提供消息域的值作為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)集的數(shù)量應(yīng)該是defaultDS.numberPorts的值。靜態(tài)成員有：（1）portDS.portIdentity這個(gè)值就是本地端口的PortIdentity屬性。動(dòng)態(tài)成員有：（1）portDS.portState：值與狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（2）portDS.logMinDelayReqInterval指的是Delay_Req消息最小允許的平均時(shí)間間隔，這個(gè)值是slave發(fā)個(gè)master，這個(gè)的值視master時(shí)鐘能處理的Delay_Req消息的能力來(lái)確定。（3）portDS.peerMeanPathDelay如果時(shí)鐘是peer-to-peer時(shí)鐘，這個(gè)的值硬挨鏈路上的當(dāng)前單路傳輸延遲的估計(jì)?？膳渲贸蓡T有：（1）portDS.logAnnounceInterval

這個(gè)值說(shuō)明Annouce消息發(fā)送的時(shí)間間隔。（2）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指發(fā)出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES時(shí)，沒(méi)有收到Announce消息的個(gè)數(shù)。（3）portDS.logSyncInterval

指的是Sync消息的時(shí)間間隔IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版四、數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型有源數(shù)據(jù)類型和衍生數(shù)據(jù)類型，衍生數(shù)據(jù)類型都是由源數(shù)據(jù)類型構(gòu)成的。4.1

源數(shù)據(jù)類型IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版4.2

衍生數(shù)據(jù)類型（1）時(shí)間間隔類型描述TimeIntervalstruct

TimeInterval{Interger64

scaledNanoseconds；//單位是2-16ns。}（2）時(shí)間戳類型描述