ieee 1588精密时间协议──封包网路上的频率同步

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1、IEEE1588精密時間協議──封包網路上的頻率同步電信網路正從電路交換技術快速轉向封包交換技術，以滿足核心網路和接取網路對頻寬需求的迅速擴大。傳統的電路交換TDM網路本身就支援在整個網路上實現精密頻率同步。為了確保向終端用戶設備提供高等級QoS，無線基地台和多服務接取點(MSAN)等接取平台仍然依賴網路回傳連接上提供的同步功能。在電信網中，能否透過乙太網路向遠端無線基地台和接取平台提供營運級的同步品質，是向乙太網路回傳網路演進的關鍵。時間傳輸協定最初使用時間傳輸協定的電信設備是透過伺服控制迴路驅動遠端網元(如街道機箱接取平台和無線基地台)中的參考振盪器。這些遠端網元中的參考振盪器

2、以前都是從T1/E1TDM回傳連接恢復同步。只要TDM傳輸網路可以追蹤到基準參考時脈(PRC)，遠端網元就能採用相對簡單的伺服控制將它們的振盪器鎖定到可追蹤PRC的回傳反饋時脈。當回傳連接變成乙太網路──遠端網元與同步源相互隔離時問題就來了。本文將討論如何使用乙太網路上的IEEE1588精密時間協議(PTP)向遠端網元提供同步。雖然乙太網路已得到廣泛普及，是低價連接的理想介質，但並不非常適合要求精密同步的應用。乙太網路生來就是非確定性的網路，很難提供要求同步的即時或對時間敏感的應用。PTP透過網路實體層的硬體時間戳技術很好地克服了乙太網路的延遲和抖動問題，因此使用乙太網路承載時脈數

3、據封包可以達到100ns範圍內的空前精密度，進而顯著節省成本。下一代網路的同步功能基於GPS的衛星接收器可以提供小於100ns的精密度，經常被用於精密時間與頻率同步非常關鍵的領域，如電信、軍事和航空應用。但提高精密度成本巨大。基於GPS的系統需要安裝室外天線，確保直接看到天空以便接收低功率的衛星傳輸訊號，這不僅增加了費用，而且對設備的實體架構也帶來了額外的負擔。基於這個理由，GPS最適合在局端作為電信網路的基準參考時脈，然後使用其它技術向遠端設備分配同步和定時。電信廠商和設備製造商正研究透過乙太網路提供同步的多種新方法。*自適應時脈恢復(ACR)：基於電路模擬服務(CES)的許多非

4、標準化解決方案使用ACR技術在遠端下游單元再生網路時脈。然而，廠商在使用這種技術時遇到了一些性能問題，更不用說一些主要廠商通常不願意採用非標準化解決方案來實現大規模的新服務部署。*同步乙太網路：ITU最近已經完成了旨在滿足透過乙太網路傳輸網路提供頻率同步需求的同步乙太網路(G.8261,G.8262,G.8263)的定義工作。現有乙太網路和同步乙太網路(Sync-E)的基本區別是發送PHY時脈。現在的IEEE802.3要求發送時脈達到100ppb(十億分之一)的自由振盪時脈精密度。在同步乙太網路中，發送時脈精密度必須達到4.6ppb，並能透過外部SSU/BITS參考或接收時脈追蹤到

5、一級時脈。透過簡單地將乙太網路的發送和接收時脈鏈接起來，同步乙太網路可以用來與SONET/SDH交換數據。同步乙太網路面臨的挑戰是，在PRC和終端設備之間的整個路徑上，所有乙太網路交換機都要透過升級，才能具備同步乙太網路功能。*網路時間協議(NTP)：NTP作為最流行的協議被廣泛用於LAN和WAN上的時間同步。NTP實現成本相對較低，幾乎不需要修改硬體。然而，目前版本的NTP和實現方案還不能滿足電信網路同步所需的更高精密度要求。另一方面，PTP透過使用現有的乙太網路分配網路可以提供接近NTP的成本效益，並透過使用基於硬體的時間戳技術達到超過NTP的精密度。PTP可以與使用高速交換機

6、的標準乙太網路上的正常網路服務共存，同時提供毫秒級的同步精密度。達到這個傑出性能指標的關鍵是硬體輔助下的時間戳技術。PTP原理：硬體輔助的時間戳技術在網路時間保持應用中必須克服的兩個主要問題是振盪器漂移和時間傳輸延遲。不管採用何種協議，振盪器漂移問題都可以透過使用更高品質的振盪器和從更高精密度的時脈源(如GPS)獲得時間而得以減輕。時間傳輸延遲問題解決起來比較困難，它具有雙重性：既有與作業系統處理時間數據封包有關的延遲，也有由於源時脈與目的時脈之間存在的路由器、交換機、電纜和其它硬體引起的網路延遲。在減少作業系統延遲和抖動方面PTP是最成功的。PTP將時戳單元(TSU)和主從時脈之

7、間時間戳交換的創新方法結合在一起。位於乙太網路介質存取控制(MAC)和乙太網路PHY接收器之間的TSU同時嗅探輸入輸出數據串流，當識別出IEEE1588PTP數據封包的前導位元時發佈一個時間戳，用於精確標記PTP時間數據封包的到達或離開(圖1)。圖1：TSU位於乙太網路MAC和乙太網路PHY接收器之間。為了估計和減少作業系統延遲，主時脈會根據本地時脈週期性地向網路上的從時脈發送一個同步(Sync)報文。TSU對發送的Sync報文標記上確切的時間。從時脈也給到達的Syn