分析PTN時鐘同步技術(shù)及應(yīng)用

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 分析PTN時鐘同步技術(shù)及應(yīng)用 同步消息類型有一般消息和事件消息。一般消息（例如Follow_Up）本身不開展時戳處理，它可以攜帶事件消息（如Sync）的準(zhǔn)確發(fā)送或接收時間，還具有完成網(wǎng)絡(luò)配置、管理，或PTP節(jié)點(diǎn)之間通信的功能。事件消息本身需要開展時戳處理，并可攜帶或不攜帶時戳。從時鐘根據(jù)事件消息的時戳或由一般消息攜帶的時戳計(jì)算路徑延遲和主從時鐘之間的時間差。 3.2.2 時鐘類型 1588v2基于Ethernet/IPv4/v6/UDP等協(xié)議之上，共定義了3種基本時鐘類型：普通時鐘（OC）、邊界時鐘（BC）和透明時鐘（TC）。 普通時鐘是單端口器件，可以作為主時

2、鐘或從時鐘。一個同步域內(nèi)只能有的主時鐘。主時鐘的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個同步網(wǎng)絡(luò)的性能。一般可考慮PRC或同步于定位系統(tǒng)（GPS）。從時鐘的性能決定時戳的精度以及Sync消息的速率。 邊界時鐘是多端口器件，可連接多個普通時鐘或透明時鐘。邊界時鐘的多個端口中，有一個作為從端口，連接到主時鐘或其他邊界時鐘的主端口，其余端口作為主端口連接從時鐘或下邊界時鐘的從端口，或作為備份端口。 透明時鐘連接主時鐘與從時鐘，它對主從時鐘之間交互的同步消息開展透明轉(zhuǎn)發(fā)，并且計(jì)算同步消息（如Sync、Delay_Req）在本地的緩沖處理時間，并將該時間寫入同步消息的CorrectionField字節(jié)塊中。從時

3、鐘根據(jù)該字節(jié)中的值和同步消息的時戳值Delay和Offset實(shí)現(xiàn)同步。TC又可分為E2E TC和P2P TC。 3.2.3 1588v2協(xié)議的延遲 延遲是影響1588v2精度的主要因素之一。延遲主要有時戳處理延遲、節(jié)點(diǎn)緩沖延遲和路徑延遲。 （1）時戳處理延遲 1588v2的時戳處理由硬件完成，時戳處理單元的位置處于物理層與MAC層之間。如圖5所示。 硬件時戳處理可以補(bǔ)償1588v2協(xié)議幀通過協(xié)議棧時消耗的時間，保證端口消息發(fā)送和接收時戳的精度。 （2）節(jié)點(diǎn)緩沖與路徑延遲 1588v2定義兩種透明時鐘，用于節(jié)點(diǎn)緩沖延遲補(bǔ)償：E2E TC和P2P TC。對于傳輸路徑的補(bǔ)償，有兩種方式：時延請求反應(yīng)

4、方式和點(diǎn)對點(diǎn)時延方式。 時延請求反應(yīng)方式結(jié)合E2E TC使用。TC只需要在入口和出口處在報(bào)文上標(biāo)記處理時戳，時間延遲補(bǔ)償?shù)挠?jì)算全部由Slave完成。 點(diǎn)對點(diǎn)時延方式結(jié)合P2P TC使用。TC參與端點(diǎn)間的時間延遲計(jì)算，每個端點(diǎn)分別與TC交互，并計(jì)算P2P之間的時間延遲。Slave利用計(jì)算結(jié)果計(jì)算延遲補(bǔ)償。 3.2.4 1588v2協(xié)議在PTN上的實(shí)現(xiàn) 1588v2的同步精度在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中受到多方面因素的影響，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（如微波和交換網(wǎng)絡(luò)的混合組網(wǎng)）的使用目前還在研究當(dāng)中。在純分組的測試網(wǎng)絡(luò)中，1588v2可以到達(dá)100 ns級的精度，但是由于網(wǎng)絡(luò)時延復(fù)雜性和1588v2的雙向路徑非對稱性的不

5、可控，導(dǎo)致單純依賴1588v2協(xié)議和數(shù)理分析算法去適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，存在著難以預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。例如在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時，由于單純1588v2報(bào)文發(fā)包頻率很高，在網(wǎng)絡(luò)中1588v2報(bào)文容易受到業(yè)務(wù)報(bào)文的影響，對時間延遲精度產(chǎn)生很大的影響。而降低報(bào)文發(fā)包頻率，又會導(dǎo)致時間收斂速度較慢。另外在實(shí)際工程中，需要對1588v2算法開展雙向路徑非對稱性補(bǔ)償。非對稱性主要于光纖不對稱。測量光纖不對稱通常做法是采用昂貴的時間同步測試儀和示波器開展時間誤差測量，再開展非對稱性時延補(bǔ)償。由于PTN接入節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，工作量大且需要人員操作，而且時間同步測試儀和示波器等相關(guān)儀器工程人員攜帶不方便，難以普遍推廣實(shí)施，導(dǎo)致1588v2

6、在工程可實(shí)施性上存在爭論。 中興通訊的PTN產(chǎn)品針對上述問題，提出了同步以太網(wǎng)根底的1588v2時間傳遞方案。方案思想是建立時鐘和時間分離且高度可控的網(wǎng)絡(luò)，排除了不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。在同步以太網(wǎng)物理層穩(wěn)定頻率同步的根底上實(shí)施1588v2，有助于時間同步的快速收斂，而且可以降低1588v2報(bào)文發(fā)送頻率，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時，也不影響時間精度，使PTN時間同步具有更高可靠性和更高精度。為了解決PTN非對稱性測量的工程問題，接入層PTN設(shè)備上集成了時間誤差測量功能，迅速準(zhǔn)確，不需要儀表，容易操作實(shí)施。 4 典型應(yīng)用 4.1 同步以太網(wǎng)應(yīng)用 同步以太網(wǎng)的組網(wǎng)應(yīng)用和SDH類似，支持環(huán)網(wǎng)和樹狀網(wǎng)組網(wǎng)，通常由無線網(wǎng)

7、絡(luò)控制器（RNC）提供時鐘源，時鐘信息通過同步以太網(wǎng)傳送后到達(dá)各個基站，從而保持全網(wǎng)同步狀態(tài)。在樹狀組網(wǎng)中，無時鐘路由保護(hù)；在環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)中，如果當(dāng)前時鐘路由發(fā)生故障，通過告警、SSM信息等相關(guān)網(wǎng)元可以從其他方向跟蹤源時鐘，從而實(shí)現(xiàn)時鐘路由保護(hù)。同步以太網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)例如圖6所示。 同步信息經(jīng)過網(wǎng)元傳遞后抖動會增加，因此在網(wǎng)絡(luò)部署中，設(shè)備如果能以短路徑跟蹤時鐘源，則可以獲得較好的時鐘質(zhì)量。中興通訊的PTN設(shè)備采用了改良的擴(kuò)展SSM算法，在SSM信息中增加時鐘經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)任何情況下網(wǎng)元以短路徑跟蹤時鐘源。 時鐘跟蹤實(shí)例如圖7所示。網(wǎng)元C可以從B點(diǎn)或D點(diǎn)跟蹤源A發(fā)出的時鐘信息。從B點(diǎn)跟蹤，時鐘只經(jīng)

8、過一個節(jié)點(diǎn)，如果從D點(diǎn)跟蹤，則經(jīng)過了兩個節(jié)點(diǎn)。為了使C點(diǎn)獲得較高的時鐘質(zhì)量，中興通訊的PTN設(shè)備會自動優(yōu)選B點(diǎn)方向的時鐘。 4.2 1588v2協(xié)議應(yīng)用 4.2.1 替代基站GPS 1588v2典型組網(wǎng)應(yīng)用之一是在移動接入網(wǎng)中替代基站GPS。TD-SCDMA和CDMA2000基站GPS天線在工程安裝時需要120度凈空，對環(huán)境要求較高。在室內(nèi)地下等應(yīng)用場景，GPS安裝困難。由于GPS成本相對較高，故障率相對較高，如果PTN傳送網(wǎng)可以為基站提供時間同步，替代GPS的功能或者作為GPS的備份使用，將會為移動網(wǎng)絡(luò)提供更高的安全保障。 基站GPS替代1588v2組網(wǎng)實(shí)例如圖8所示。在PTN網(wǎng)絡(luò)中，只需其

9、中一個網(wǎng)元輸入時間信息，例如通過1PPS+TOD接口從GPS接收時間信息。PTN網(wǎng)絡(luò)通過1588v2協(xié)議將時間信息分發(fā)到其他網(wǎng)元，再通過以太網(wǎng)接口或其他接口到達(dá)基站，從而實(shí)現(xiàn)各基站之間的時間同步。 基站側(cè)需要支持1588v2協(xié)議或者支持時間接口。如果基站支持1588v2協(xié)議，則PTN可工作在透明時鐘方式；如不支持，PTN需要工作在邊界時鐘方式。 4.2.2 頻率恢復(fù) 1588v2的另外一個主要用途是以TOP方式開展頻率恢復(fù)。在很多運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境中，很多網(wǎng)絡(luò)是普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，不支持同步以太網(wǎng)。需要穿越該普通網(wǎng)絡(luò)獲取時鐘頻率時可使用1588v2。 頻率恢復(fù)1588v2組網(wǎng)實(shí)例如圖9所示。當(dāng)分組傳送網(wǎng)絡(luò)設(shè)備A與分組傳送網(wǎng)絡(luò)設(shè)備B的中間網(wǎng)絡(luò)同為普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時，從A點(diǎn)穿越普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞1588v2的Sync報(bào)文到網(wǎng)絡(luò)出口B點(diǎn)；B點(diǎn)通過1588v2恢復(fù)出A點(diǎn)的時鐘，恢復(fù)的時鐘作為B點(diǎn)的參考源，然后再根據(jù)該參考源恢復(fù)業(yè)務(wù)時鐘。 5 結(jié)束語 隨著PTN的逐步引入，對