智簡園區(qū)交換機(jī)1588技術(shù)白皮書

1、華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2技術(shù)白皮書華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2 技術(shù)白皮書摘要摘要1588v2 時鐘是一種采用 IEEE 1588V2 協(xié)議的高精度時鐘，可以實(shí)現(xiàn)納秒級精度的時間同步，精度與當(dāng)前的 GPS 實(shí)現(xiàn)方案類似，但是在成本、維護(hù)、安全等方面有一定的優(yōu)勢，成為業(yè)界最熱門的時間傳遞協(xié)議。華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2 技術(shù)白皮書目錄目錄 HYPERLINK l _bookmark0 摘要i HYPERLINK l _bookmark1 概述3 HYPERLINK l _bookmark2 技術(shù)背景3 HYPERLINK l _bookmark7 技術(shù)優(yōu)勢5 HYPERLINK

2、 l _bookmark8 技術(shù)原理6 HYPERLINK l _bookmark9 同步概念6 HYPERLINK l _bookmark10 頻率同步6 HYPERLINK l _bookmark13 相位同步7 HYPERLINK l _bookmark16 時間同步7 HYPERLINK l _bookmark19 2.2 1588v2 的設(shè)備模型8 HYPERLINK l _bookmark21 2.3 1588v2 報文10 HYPERLINK l _bookmark22 2.3.1 1588v2 報文類型10 HYPERLINK l _bookmark23 2.3.2 1588v

3、2 報文封裝11 HYPERLINK l _bookmark24 2.4 1588v2 同步原理11 HYPERLINK l _bookmark25 2.4.1 1588v2 頻率同步11 HYPERLINK l _bookmark27 2.4.2 1588v2 時間同步12 HYPERLINK l _bookmark28 2.5 1588v2 時戳產(chǎn)生15 HYPERLINK l _bookmark29 建立主從關(guān)系16 HYPERLINK l _bookmark30 BMC 算法原理16 HYPERLINK l _bookmark31 主從建立過程17 HYPERLINK l _bookm

4、ark32 園區(qū)交換機(jī)能力17 HYPERLINK l _bookmark34 典型組網(wǎng)應(yīng)用19 HYPERLINK l _bookmark35 1588v2 頻率+時間同步（BC 模式）20 HYPERLINK l _bookmark37 1588v2 頻率+時間同步（TC 模式）21 HYPERLINK l _bookmark39 SyncE 頻率同步+1588v2 時間同步（BC 模式）22 HYPERLINK l _bookmark41 A 縮 略語23華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2 技術(shù)白皮書1 概述 1 概 述技術(shù)背景為了滿足無線接入網(wǎng)絡(luò)用戶正常接入的需要，不同基站之間的頻率必須

5、同步在一定精度之內(nèi)，否則手機(jī)在進(jìn)行基站切換時容易掉線，嚴(yán)重時會導(dǎo)致手機(jī)無法使用。而某些無線制式，除了頻率同步，還需要求時間同步。 HYPERLINK l _bookmark3 表 1-1 為一些常見的不同制式的無線系統(tǒng)對頻率同步和時間同步的要求：表1-1 不同制式基站對頻率/時間同步的要求無線制式頻率同步精度要求時間同步精度要求GSM0.05ppmNAWCDMA0.05ppmNATD-SCDMA0.05ppm+/-1.5usCDMA20000.05ppm+/-3usWiMax FDD0.05ppmNAWiMax TDD0.05ppm+/-1.5us+/-1usLTE FDD0.05ppmNA

6、(except for MB-SFNclock-classclock- accuracyOffsetScaledLogVariancepriority2 ， 即先比較參選時間源的 priority1 ，若priority1 相同再比較 clock-class，以此類推，優(yōu)先級高、級別高、精度好的時鐘成為最優(yōu)時鐘。通過改變時鐘的優(yōu)先級、級別等屬性，用戶影響 PTP 系統(tǒng)主時鐘的選取，從而選中自己希望同步的時鐘信號。BMC 算法可以實(shí)現(xiàn) PTP 時鐘同步分配和保護(hù)主從建立過程PTP 是通過端口接收到和發(fā)送 Announce 報文，實(shí)現(xiàn)端口數(shù)據(jù)集和端口狀態(tài)機(jī)信息的交互。BMC（Best Master

7、 Clock）算法通過比較端口數(shù)據(jù)集和端口狀態(tài)機(jī)，實(shí)現(xiàn)時鐘主從跟蹤關(guān)系。一般按照下面幾個步驟來建立：接收和處理來自對端設(shè)備端口的 Announce 報文。利用 BMC 算法決策出最優(yōu)時鐘和端口的推薦狀態(tài)，包括 Master、Slave 或者 Passive狀態(tài)。根據(jù)端口推薦狀態(tài)，更新端口數(shù)據(jù)集合。按照推薦狀態(tài)和狀態(tài)決策事件，根據(jù)端口狀態(tài)機(jī)決定端口的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)時鐘同步網(wǎng)絡(luò)的建立。狀態(tài)決策事件包括 Announce 報文的接收事件和接收 Announce 報文的超時時間結(jié)束事件，當(dāng)接口接收 Announce 報文的時間間隔大于超時時間間隔時，將此 PTP 接口狀態(tài)置為 Master。園區(qū)交換機(jī)

8、能力 HYPERLINK l _bookmark33 如圖 2-13 所示為園區(qū)框式交換機(jī)支持 1588v2 的硬件示意圖，框式設(shè)備必須配置帶時鐘扣卡的主控板和支持時鐘的線卡才能支持 1588v2。圖2-13 1588v2 硬件示意圖1588v2 時間同步流程如下：1588v2 報文進(jìn)入 PHY；ASIC 單板邏輯 FPGA 的 1588v2 引擎或者 ENP 單板的 1588v2 模塊識別報文，根據(jù)本地時鐘的時間打時間戳；通過線卡和時鐘扣卡之間的通道將時間戳傳到扣板 FPGA，時鐘扣卡邏輯 FPGA 解出時間戳送到鎖相環(huán)系統(tǒng)；鎖相環(huán)系統(tǒng)根據(jù)時間戳信息，完成主從設(shè)備的時間偏差及正負(fù)號的計算并下

9、發(fā)給系統(tǒng)本地時鐘邏輯；系統(tǒng)本地時鐘邏輯接收到系統(tǒng)鎖相環(huán)系統(tǒng)下發(fā)的時間偏差及校準(zhǔn)開關(guān)后，完成本地時間的校準(zhǔn)；時鐘扣卡的鎖相環(huán)系統(tǒng)將時間傳到線卡邏輯或者 ENP；線卡邏輯或者 ENP 接受扣板下發(fā)的時間信息并刷新本地時鐘，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)元和外時間的同步。如果采用外時間輸入，則整個設(shè)備工作于主狀態(tài)，時間同步路徑如下：外時間信息通過外時間口傳到扣板邏輯 FPGA；扣板時鐘根據(jù)外時間信息實(shí)時刷新本地時間；時鐘扣卡將時間傳到線卡邏輯或者 ENP；線卡邏輯或者 ENP 接受扣板下發(fā)的時間信息并刷新時鐘時間，實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)元和外時間的同步。華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2 技術(shù)白皮書3 典型組網(wǎng)應(yīng)用 3 典型組網(wǎng)應(yīng)用

10、頻率同步是時間同步的前提，頻率同步有 SyncE（同步以太）和 1588v2 兩種方式。這樣時間同步也有兩種組合方案：SyncE + 1588v2：SyncE 實(shí)現(xiàn)頻率同步和 1588v2 實(shí)現(xiàn)時間同步；1588v2 + 1588v2：1588v2 同時實(shí)現(xiàn)頻率同步和時間同步。1588v2 實(shí)現(xiàn)時間同步又分為 BC 模式和 TC 模式，但 TC 模式具有以下問題，實(shí)際組網(wǎng)時一般是不建議采用：可靠性差：TC 節(jié)點(diǎn)無 BMC 算法運(yùn)行，1588v2 路徑保護(hù)只能靠業(yè)務(wù)保護(hù)提供，且不能根據(jù)鏈路狀態(tài)和質(zhì)量等級倒換。維護(hù)困難：協(xié)議故障：TC 節(jié)點(diǎn)不解析報文，只提供傳輸管道和計算駐留時間，無法檢測協(xié)議層面

11、的故障；性能故障：TC 節(jié)點(diǎn)只計算駐留時間，而駐留時間本身是隨機(jī)變化的，無法衡量駐留時間計算是否準(zhǔn)確，導(dǎo)致下游 BC 或者 OC 節(jié)點(diǎn)性能出現(xiàn)問題時，無法定位到網(wǎng)元；帶寬壓力：TC 節(jié)點(diǎn)的報文需要復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)，E2E TC 的所有 Delay_Req/Delay_Resp都會匯聚到上游 OC 或者 BC 節(jié)點(diǎn)，帶寬壓力大，會造成業(yè)務(wù)報文丟包。SyncE + 1588v2 時間同步方案具有以下優(yōu)勢：現(xiàn)網(wǎng)前向兼容性好，SyncE 成熟度高。SyncE 是從 SDH 同步演變而來，現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)大量部署，對于固網(wǎng)運(yùn)營商或者綜合運(yùn)營商，除了給基站提供同步外，可能還需要給其他業(yè)務(wù)或者應(yīng)用提供同步，但這些業(yè)務(wù)可能

12、只需要頻率同步，不需要時間同步，而業(yè)界支持 SyncE 的設(shè)備比支持 1588v2 的設(shè)備更多；雙網(wǎng)絡(luò)帶來的可靠性：在 SyncE + 1588v2 組網(wǎng)模式下，如果 1588v2 Server 或者1588v2 鏈路故障，網(wǎng)元可以依靠 SyncE 來延長 1588v2 保持時間。在 1588v2 +1588v2 組網(wǎng)模式下，當(dāng) 1588v2 Server 故障后，只能依靠網(wǎng)元自身來保持，網(wǎng)元自身的頻率精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到頻率同步的精度；1588v2+ 1588v2 時間同步方案（BC 模式）具有以下優(yōu)勢：網(wǎng)絡(luò)容易規(guī)劃：1588v2 通過 BMC 自動計算跟蹤路徑，不會形成環(huán)網(wǎng)；容易維護(hù)：SyncE

13、+1588v2 方案由于頻率和時間采用不同同步協(xié)議，無法統(tǒng)一同步路徑，而 1588v2+ 1588v2 方案由于頻率和時間采用相同協(xié)議，頻率和時間同步路徑是一致的；1588v2 頻率+時間同步（BC 模式） HYPERLINK l _bookmark36 如圖 3-1 所示為通過 1588v2 實(shí)現(xiàn)的頻率和時間同步網(wǎng)絡(luò)部署系統(tǒng)圖。多個 BITS 作為 OC 設(shè)備向交換機(jī)注入時間源，通過 BMC 算法確定最優(yōu)時鐘 GMC；同步路徑中的所有設(shè)備都必須支持 1588v2 功能；交換機(jī)工作在 BC 模式，逐跳恢復(fù)時間，基站作為 OC 設(shè)備，從交換機(jī)設(shè)備上取時間；由于只有一種同步技術(shù)，均采用 BMC 算

14、法，頻率和時間同步路徑完全一致；需要最小發(fā)包速率：Sync 報文 128/s，Delay_Req/Resp 128/s，Announce 8/s； 圖3-1 1588v2 全網(wǎng)同步應(yīng)用場景BC 全網(wǎng)同步方式的優(yōu)勢在于每一個站點(diǎn)都進(jìn)行時間恢復(fù)，可以逐跳測量同步精度，維護(hù)和問題定位比較方便。同時，BC 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 BMC 算法，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的 BITS 參考源和跟蹤路徑的自動保護(hù)倒換。1588v2 頻率+時間同步（TC 模式）時間透傳場景中，承載設(shè)備作為 TC 設(shè)備，無需恢復(fù)時間，只計算 1588 報文經(jīng)過自身設(shè)備的駐留時間，也就是說 TC 模式承載網(wǎng)設(shè)備本身的時間和 BITS 是不同步的；基站作為

15、從 OC 設(shè)備，通過 1588v2 報文恢復(fù)時間，同步到 BITS 上。圖3-2 1588v2 時間透傳應(yīng)用場景TC 模式下，承載網(wǎng)設(shè)備可以透傳多路不同域的時間。如 HYPERLINK l _bookmark38 圖 3-2，BITS1 和 BITS2 的時間可以屬于不同的運(yùn)營商或者時間域，兩路時間可以完全不一樣。同時承載設(shè)備無需支持BMC 算法，對設(shè)備的軟件要求相應(yīng)較低。但正是由于 TC 節(jié)點(diǎn)本身不恢復(fù)時間，只計算駐留時間，而駐留時間本身就是變化的，因此很難判斷駐留時間計算得是否正確，給維護(hù)和定位帶來一定的困難。同時由于 TC 節(jié)點(diǎn)不運(yùn)行 BMC 算法，如果承載網(wǎng) TC 路徑發(fā)生故障，將不能

16、自動倒換到其他路徑，必須靠 1588v2 協(xié)議之外的業(yè)務(wù)層面的保護(hù)協(xié)議來實(shí)現(xiàn) TC 路徑的保護(hù)。SyncE 頻率同步+1588v2 時間同步（BC 模式） HYPERLINK l _bookmark40 如圖 3-3 所示為通過 SyncE 頻率同步+1588v2 時間同步網(wǎng)絡(luò)部署系統(tǒng)圖。1588v2 Server 從 GPS/北斗等獲取時間源；頻率同步從已規(guī)劃部署的 SDH 網(wǎng)絡(luò)或者 SyncE 網(wǎng)絡(luò)取參考源；時間同步從 1588v2 Server 取參考源；由于 SSM 協(xié)議和 BMC 協(xié)議不同，頻率和時間跟蹤路徑不完全一致；當(dāng) 1588v2 Server 故障后，網(wǎng)絡(luò)可以依賴 SyncE 頻率同步來延長1588v2 的保持時間。圖3-3 SyncE 頻率同步+1588v2 時間同步華為智簡園區(qū)交換機(jī) 1588v2 技術(shù)白皮書A 縮略語 A 縮略語縮略語英文全名中文全稱OCOrdinary Clock普通時鐘BCBoundary Clock邊界時鐘TCTransparent Clock透明時鐘P2PPeer to Peer點(diǎn)對點(diǎn)