采用IEEE 1588的同步以太網(wǎng)解決方案設(shè)計(jì)
1 背景
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/155162.htmIP化是未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì),而以太網(wǎng)以其優(yōu)越的性價(jià)比、廣泛的應(yīng)用及產(chǎn)品支持,成為以IP為基礎(chǔ)的承載網(wǎng)的主要發(fā)展方向。在部署電信級(jí)以太網(wǎng)時(shí),如何解決時(shí)鐘同步問題是一個(gè)要考慮的方面。對(duì)分組網(wǎng)絡(luò)的同步需求有兩個(gè)方面:一是,分組網(wǎng)絡(luò)可以承載TDM業(yè)務(wù),并提供TDM業(yè)務(wù)時(shí)鐘恢復(fù)的機(jī)制,使得TDM業(yè)務(wù)在穿越分組網(wǎng)絡(luò)后仍滿足一定的性能指標(biāo);二是,分組網(wǎng)絡(luò)可以像TDM網(wǎng)絡(luò)一樣,提供高精度的網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘,以滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或終端的同步需求。
同步以太網(wǎng)(SyncE)就是最新的標(biāo)準(zhǔn)解決方法。在SyncE中,以太網(wǎng)采用與SONET(同步光纖網(wǎng)絡(luò))/SDH(同步數(shù)字系列)相同的方式,通過高品質(zhì)、可跟蹤一級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)同步其位時(shí)鐘。2006年,國際電信聯(lián)盟在其G.8261中描述了SyncE概念。2007年,在G.8262中對(duì)SyncE的性能要求進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,規(guī)定了同步以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中使用的時(shí)鐘的最低性能要求。IEEE在2002年發(fā)布了IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)定義了一種精確時(shí)間同步協(xié)議(PTP),2005年又制定了新版本的IEEE 1588,即IEEE 1588v2。
2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議
2.1 IEEE 1588
IEEE 1588通過硬件和軟件配合獲得更精確的定時(shí)同步;在傳輸時(shí)間時(shí)鐘信號(hào)時(shí)無需額外的時(shí)鐘線,仍然使用原來以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)線傳送時(shí)鐘信號(hào),既簡化了組網(wǎng)連接,又降低了成本。
IEEE 1588在技術(shù)規(guī)范中特別定義了一套基于消息的同步協(xié)議,通過周期性地發(fā)布帶有時(shí)間戳的信息包,可以使各個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘得到校正,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的同步運(yùn)行。其實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。
圖1 時(shí)鐘誤差校正原理
首先,主時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)周期性(一般為2 s)地向整個(gè)系統(tǒng)發(fā)送同步包(Sync),接著將同步包時(shí)間戳打包再發(fā)送同步跟隨包(Follow Up)。當(dāng)各從時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)收到主時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)發(fā)來的同步包和同步跟隨包后,依據(jù)各自時(shí)間戳、接收同步包時(shí)間戳和解析同步跟隨包的時(shí)間戳,計(jì)算主從時(shí)鐘差值;并用這個(gè)差值調(diào)整自身時(shí)鐘,直到與主時(shí)鐘同步為止。
分布式測(cè)控系統(tǒng)中,每個(gè)測(cè)控設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所處位置、布線方式、布線長度以及目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的固有問題,也將造成測(cè)控?cái)?shù)據(jù)在傳輸過程中的不同延遲。為了有效消除網(wǎng)絡(luò)延遲對(duì)分布式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響,IEEE 1588也定義了2個(gè)信息包,校正原理如圖2所示。
圖2 網(wǎng)絡(luò)延遲校正原理
從時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)可以不定期(一般為4~60 s)地向主時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)發(fā)送延遲請(qǐng)求包(Delay Request),主時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)收到延遲請(qǐng)求包后,立即將接收時(shí)間戳打包并返回延遲應(yīng)答包。當(dāng)從時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)收到延遲應(yīng)答包后,依據(jù)自身發(fā)送延遲請(qǐng)求包時(shí)間戳和解析延遲應(yīng)答包時(shí)間戳計(jì)算網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間,并用這個(gè)差值調(diào)整自身時(shí)鐘,直到與主時(shí)鐘同步?;谝陨戏椒ǎ梢杂行鲝臅r(shí)鐘差異和測(cè)控?cái)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延遲,從而實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。
2.2 基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的分配方式
G.8261定義了分組網(wǎng)中的定時(shí)同步網(wǎng)元,規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中所容許的最大抖動(dòng)和漂移值,以及分組網(wǎng)邊界與TDM接口時(shí)需要達(dá)到的抖動(dòng)和漂移容限的最小值;概述了網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)同步功能的最小要求;提出了兩種基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的分配方式——網(wǎng)絡(luò)同步方式(同步以太網(wǎng))和基于分組方式,解決了分組*別是以太網(wǎng)的同步問題。特別指出的是,兩種分配方式各有優(yōu)點(diǎn),其混合應(yīng)用將構(gòu)建既能實(shí)現(xiàn)頻率同步,又能實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的下一代同步網(wǎng)。
(1) 網(wǎng)絡(luò)同步方式(同步以太網(wǎng))
與現(xiàn)在的SONET/SDH鏈路一樣,同步以太網(wǎng)通過OSI七層協(xié)議的第一層(即物理層)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。同步以太網(wǎng)方式又稱“PRC分配方式”(如GPS)或用同步物理層的主從方式。它支持基于網(wǎng)絡(luò)同步線路碼方式的時(shí)鐘分配,已廣泛地運(yùn)用到同步TMD網(wǎng)中。
其特點(diǎn)是:使用以太網(wǎng)物理層;僅能分配同步頻率,不能分配同步時(shí)間;不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)高層產(chǎn)生損傷而受到影響,同步質(zhì)量好,可靠性高。
(2) 基于分組方式
該方式是指定時(shí)信息由分組承載,發(fā)送專門的時(shí)間戳消息,雙向傳送定時(shí)信息的方法可能是NTP或類似的協(xié)議。值得注意的是,雙向協(xié)議還能傳送時(shí)間信息。
其特點(diǎn)是:與物理層無關(guān);能分配同步頻率和同步時(shí)間;會(huì)因電信網(wǎng)的損傷而受到影響,如分組延時(shí)抖動(dòng)。
評(píng)論