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、時鐘同步模型IEEE

1588

又叫網(wǎng)絡(luò)化測量及控制系統(tǒng)的精確時鐘同步協(xié)議，PTP（精確時鐘協(xié)議），使用硬件和軟件配合，不需要額外的時鐘線，仍然使用原來以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)線傳送時鐘信號，使組網(wǎng)連接簡化和降低成本。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間戳，普通消息不需要打時間戳。（1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd

l

RIEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.2

消息時間戳的產(chǎn)生當(dāng)發(fā)送和接收任何事件消息時，都會產(chǎn)生時間戳。當(dāng)消息的時間戳點經(jīng)過節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)的邊界時，時間戳事件發(fā)生，時間戳產(chǎn)生模型如下圖所示：上圖中A

B

C為打時間戳的點

這個點越靠近IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版1.3

兩種同步機(jī)制延時請求響應(yīng)機(jī)制（Delay

Request-Response

Mechanism）對等延時機(jī)制（Peer

Delay

Mechanism）（1）延時請求響應(yīng)機(jī)制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息進(jìn)行消息同步，測量一對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版在算法校正過程中，對從時鐘的校正是通過校正offset實現(xiàn)的，Delay通常影響Offset的值，因此要通過測量這個延遲值來修正Offset。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（2）對等延時機(jī)制對等延時機(jī)制用來測量端到端傳輸時間，如支持對等延時機(jī)制的通信端口的鏈路延時。用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息進(jìn)行同步。對于普通和邊界時鐘，對等延時機(jī)制與端口是master還是slave沒有關(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）普通時鐘（Oridinary

clock）（2）邊界時鐘（Boundary

clock）（3）端到端透明時鐘（End-to-end

transparentclock）（4）對等透明時鐘（Peer-to-Peer

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

node）普通和邊界時鐘的端口，兩種機(jī)制都可以使用，端到端透明時鐘與這兩個機(jī)制無關(guān)，對等透明時鐘使用對等延時機(jī)制。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版（1）普通時鐘通過以一個物理端口為媒介的兩個邏輯接口和網(wǎng)絡(luò)通信，事件接口用來發(fā)送和接收事件消息，包括兩類數(shù)據(jù)集，分別是時鐘數(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定時消息和產(chǎn)生的時間戳，計算Master的時間。Local

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

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

clock也對邊界時鐘的所有端口共用；3）每一個協(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

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

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

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

Control）利用延時請求響應(yīng)機(jī)制校正本地時鐘頻率等于master的時鐘頻率。這個方法的關(guān)鍵是它的操作是一個閉環(huán)，這意味著在一個節(jié)點的本地振蕩器調(diào)節(jié)會影響下面的節(jié)點。b)

RE（Rate

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

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

同步在協(xié)議的執(zhí)行過程中又來那個階段：（1）建立主從層次；（2）同步時鐘1.5.1

建立主從層次PTP的狀態(tài)有：Master、Slave和Passive。利用最佳主時鐘算法來找最好的時鐘，包含兩個獨(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，指這個時鐘是否是固定的可選時鐘；（2）clockClass：詳細(xì)說明時鐘的TAI可跟蹤性屬性；（3）clockAccuracy：定義一個時鐘精度的屬性；（4）offsetScaledLogVariance：定義時鐘穩(wěn)定性屬性；（5）Priority2：是否是備選的主時鐘；（6）clockIdentity：基于獨(dú)特標(biāo)志符的附加表示規(guī)則。

最佳主時鐘算法清楚地選擇兩個時鐘中的一個更優(yōu)。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版簡單的主從層次如下圖所示：只有普通和邊界時鐘維持這種狀態(tài)形式，同時也只有邊界時鐘能在主從層次中建立分支點。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計算時間偏差和延遲，每個消息都由一個消息頭（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明。2.1.2

MessageType（Enumeration4）2.1.3

versionPTP（UInteger4）是發(fā)送消息節(jié)點的數(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，對于從同一個時鐘的同一個端口發(fā)出同一個消息，后一個消息的sequenceId是前一個的值＋1，采用循環(huán)計數(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，這個的值置為0或者是與發(fā)送節(jié)點的本地時間相差在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)點數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterPriority1的值。2.3.4

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

grandmasterPriority2（UInteger8）發(fā)送節(jié)點數(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）對于Sync消息，當(dāng)為One-step時鐘時，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)該是真實的<SyncEventEgressTimestamp>

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

<SyncEventEgressTimestamp>，不包括小數(shù)ns，但是correctionField的值是0，由對應(yīng)的Follow_Up消息來表示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消息的長度等于Pdelay_Resp消息的長度，因為在一些網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)橋中，長度不同的消息有不

同的傳輸時間，這樣會引來不對稱誤差。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如果是一個響應(yīng)management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一個序列池。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版012345～FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4

startingBoundaryHops（UInteger8）

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

化的。對于響應(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)集成員說明defaultDS數(shù)據(jù)集是描述時鐘本身的屬性。成員有--defaultDS.twostepFlag--

defaultDS.clockIdentity--

defaultDS.numberPorts--

defaultDS.clockQuality--

defaultDS.priority1--

defaultDS.priority2

--

defaultDS.domainNumber

--

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

（1）defaultDS.clockQuality.clockClass

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

currentDS數(shù)據(jù)集成員說明數(shù)據(jù)成員都是動態(tài)的，包括的成員有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地時鐘和grandmaster時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)制算出來的路徑延遲。IEEE1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版3.3

parentDS數(shù)據(jù)集說明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

如果時鐘有一個端口是Slave狀態(tài)，并且統(tǒng)計地計算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS

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

parentDS.observedParentClockPhaseChangeRate

以從時鐘來觀察的parent時鐘的相位變化率估計，正值表示

parent時鐘的相位變

化率大于slave時鐘的相位變化率。初始化值為7FFFFFFF。

注：這個值依賴于測量時間間隔，如果這個值對一個應(yīng)用來

說確實有用，時間

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

它是grandmaster時鐘的clockIdentity。初始化值為

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

678都是grandmaster的對應(yīng)的值初始化時都初始化成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)集成員說明對普通時鐘的端口和邊界時鐘的每個端口，應(yīng)該維護(hù)端口數(shù)據(jù)集來給協(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這個值就是本地端口的PortIdentity屬性。動態(tài)成員有：（1）portDS.portState：值與狀態(tài)的對應(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間間隔，這個值是slave發(fā)個master，這個的值視master時鐘能處理的Delay_Req消息的能力來確定。（3）portDS.peerMeanPathDelay如果時鐘是peer-to-peer時鐘，這個的值硬挨鏈路上的當(dāng)前單路傳輸延遲的估計。可配置成員有：（1）portDS.logAnnounceInterval

這個值說明Annouce消息發(fā)送的時間間隔。（2）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指發(fā)出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES時，沒有收到Announce消息的個數(shù)。（3）portDS.logSyncInterval

指的是Sync消息的時間間隔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）時間間隔類型描述TimeIntervalstruct

TimeInterval{Interger64

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