使用DP83640實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)IEEE1588的同步

1.0 簡(jiǎn)介

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的DP83640精密PHYTER?實(shí)現(xiàn)了IEEE 1588精密時(shí)間協(xié)議（PTP）的時(shí)鐘關(guān)鍵部分，允許高精度 IEEE 1588節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用包含IEEE1588功能器件、邊界時(shí)鐘和透明時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，利用非常簡(jiǎn)單的時(shí)鐘伺服算法 來(lái)確定速率調(diào)整和時(shí)間校正，可以獲得非常高的精度。不需 要復(fù)雜處理，只需要對(duì)協(xié)議測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)單平均或?yàn)V波即可。 當(dāng)網(wǎng)路由不具有IEEE 1588能力的器件構(gòu)成時(shí)，包延時(shí)偏差 （PDV）就很重要。簡(jiǎn)單時(shí)鐘伺服不會(huì)提供很高精度的同 步。

本文描述了一種同步方法，它可以為較大PDV系統(tǒng)帶 來(lái)更高的同步精度。這里描述的方法試圖檢測(cè)最小延時(shí)，或 “幸運(yùn)包”。這個(gè)方法還利用了DP83640時(shí)鐘控制機(jī)理來(lái)獨(dú) 立控制時(shí)鐘速率和時(shí)間校正，從而將時(shí)鐘時(shí)間精度內(nèi)的過(guò)沖 和擺動(dòng)降低到最小。

2.0 背景

IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議給從機(jī)提供了基本信息，用以確 定相對(duì)于最高級(jí)主時(shí)鐘的頻率以及時(shí)間偏差?；舅惴ò?使用各自的同步和延時(shí)請(qǐng)求消息來(lái)測(cè)量主機(jī)到從機(jī)之間和從 機(jī)到主機(jī)的路徑延時(shí)。 圖1顯示了最基本的IEEE 1588的時(shí)序圖。



主機(jī)到從機(jī)和從機(jī)到主機(jī)的延時(shí)為：

MSdelay = t2 - t1

SMdelay = t4 Ct3

單向延時(shí)或稱為平均路徑延時(shí)正是這兩個(gè)延時(shí)的平均值

MeanPathDelay = (MSdelay + SMdelay)/2

理想情況下，時(shí)間偏移為：

offset_from_master = MSdelay C meanPathDelay

在包含支持IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)元件（橋、開關(guān)、路由器）的網(wǎng)絡(luò)中，包延時(shí)偏差基本上可以忽略。在邊界時(shí)鐘器件中，同步時(shí)鐘在網(wǎng)絡(luò)元件上得以保持，它與上游主機(jī)同步時(shí)間和速率，并充當(dāng)下游器件的主機(jī)。在透明時(shí)鐘器件中，因?yàn)镻TP報(bào)文要經(jīng)過(guò)這個(gè)器件，所以通過(guò)測(cè)量其停留時(shí)間來(lái)校 正包延時(shí)偏差。



在無(wú)1588能力的網(wǎng)絡(luò)中不做補(bǔ)償，導(dǎo)致包延時(shí)變量大概 是幾十或幾百微妙的數(shù)量級(jí)。這些延時(shí)變得非常明顯，使得 單一測(cè)量極度不正確。

在使用只有簡(jiǎn)單平均和濾波的基本算法的單開關(guān)條件 下，得到了圖2在80%流量條件下的MTIE（最大時(shí)間間隔誤差）測(cè)試波形。很容易看到，這種方法提供了相對(duì)較差的同 步，其誤差達(dá)到100ms之大。

2.1 建議算法

在無(wú)1588能力元件的網(wǎng)絡(luò)中，包延時(shí)可能在每個(gè)器件 的最小物理延時(shí)和通過(guò)每個(gè)器件的最大延時(shí)總和的范圍內(nèi)變 化。實(shí)踐中，每個(gè)設(shè)備經(jīng)常會(huì)有最小傳輸延時(shí)，因此主機(jī)到 從機(jī)產(chǎn)生最小的總包延時(shí)?；静僮魇菄L試檢測(cè)最小延時(shí)， 或者“幸運(yùn)延時(shí)”，利用這些包的結(jié)果進(jìn)行速率和時(shí)間校 正。算法基本上可分為三級(jí)：平均路徑延時(shí)測(cè)量、速率校正 和時(shí)間校正。

2.1.1 平均路徑延時(shí)測(cè)量

在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中，最小路徑延時(shí)是相對(duì)恒定的值。再 次配置網(wǎng)絡(luò)能夠引起步長(zhǎng)變化，但是這種配置并不是經(jīng)常性 的。因此有可能采用長(zhǎng)期跟蹤最小環(huán)回延時(shí)（即全部的同步 延時(shí)請(qǐng)求計(jì)算）的方式來(lái)檢測(cè)最小平均路徑。這種方法保持 最后N個(gè)平均路徑延時(shí)測(cè)量記錄，并從中找到最小值：

Min_meanPathDelay(n) = min(meanPathDelay[n+1-N:n]

其中，Min_meanPathDelay(n)為第n次測(cè)量記錄中保留的N個(gè)數(shù)據(jù)中的最小值。

進(jìn)行速率校正和時(shí)間校正時(shí)確定最小平均路徑是關(guān)鍵。