1588V2特性原理解析

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2.1：同步概述

同步基本概念


同步网络需求
IEEE1588v2优势
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同步的基本概念

同步的定义和分类
同步是指两个或两个以上信号之间，在频率或相位上保持某种特定关系，即两个或两个以 上信号在相对应的有效瞬间，其相位差或频率差保持在约定的允许范围之内。同步可分为：
2 TC分为E2ETC（eΒιβλιοθήκη Baidud-to-end）和P2PTC（peer-to-peer）两种模式 3 E2ETC只计算设备内部时延，对两端同步节点完全透明，链路延时由两端节点计 算，推荐链形网络使用 P2PTC同时计算设备内部及链路时延，可以支持链路快速倒换，推荐MESH网络使 用
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1588V2是什么
IEEE1588v2的全称是：网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准
IEEE P1588 TM D2.2 Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems
3
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目录
1 2 3
业界1588v2技术的发展
1588V2原理
1588V2在OTN的运用 3.1 OTN产品1588V2模型 3.2 物理层时钟同步方案 3.3 PTP时钟同步方案 3.4 OTN典型组网
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OTN支持的同步恢复模式
1588v2报文恢复频率 + 1588v2报文恢复时间
物理层方式恢复频率 + 1588v2报文恢复时间
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OTN在1588v2上的优势
完全支持1588v2定义的各 种设备模型（OC、BC、 TC），还支持华为特有的 TC+OC模型 多种接品支持 1588v2，包括接口 有GE、 10GE(V1R6C01) 除了恢复时间外， 还可以通过1588v2 报文恢复恢复
IEEE1588v2概述
Delay_Resp Follow_Up Sync
1588 Master
Delay_Req
1588 Slave
1
IEEE 1588v2是网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，定义了以太网络的 PTP(精密时钟同步)协议，精度可以达到亚微秒级，实现频率同步和时间(相位)同步
IEEE1588协议设计用于精确同步分布式网络通讯中各个结点的实时时 钟。其基本构思为通过硬件和软件将网络设备（客户机）的内时钟与 主控机的主时钟实现同步 ；
IEEE 1588v2
频率同步
时间同步
OK
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IEEE1588v2关键技术点——BMC算法
BMC算法过程：
1.各端口定期发送announce报文，通告时钟信息。
Router / Switch
2.每单板上的各端口，比较收到时钟信息，得出这个
单板的最佳时钟源Erbest。 3.时钟板比较各单板选出的Erbest，决定出最佳时钟 源Ebest，下发给各端口进行同步。 4.同时，根据Ebest、Erbest和其它相关信息，BMC 算法+端口状态机决定出端口的状态。
NA
1us 倾向于采用时间同步
LTE
0.05ppm
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目前无线系统中时间同步的解决方案-GPS
无线基站本地时钟通过同步到GPS提供的信号保证基站时钟频率 的长期稳 定性,保证基站射频的频率稳定性小于± 0.05ppm
t1、t2、t3 t4
Offset和Delay的计算方法： 1.t2－t1=Delay－Offset 2.t4－t3=Delay＋Offset 3.Offset=( (t4－t3) － (t2－t1) ) / 2 4.Delay=( (t4－t3) ＋(t2－t1) ) / 2
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IEEE1588v2基本概念——端口状态
Master
• Master状态意味 着该端口作为上游 端口向下游端口发 送时钟信息。 • OC和BC模型中都 可以存在Master 端口状态，但BC 可以同时存在 Slave端口状态， 而OC不行。

GPS天线对安装环境有特殊要求 ，长距 离下GPS天线馈线较粗

失效率高，无失效备份保护

GPS每年失效率大约在10％；基站每站只 配置1块星卡，无失效保护

可维护性差

GPS失效需要现场硬件更换，无法远程维 护

有安全隐患

战争情况下GPS可能被关掉，从而造成整 网的瘫痪
由于以上的问题，华为提出了1588V2高精度时间解决方案替代无线系统中的GPS设备
1
BMC (Best Master Clock)算法，最佳时钟算法，目的是避免同时出现多个时钟源或 者没有时钟源
2
BMC通过Announce报文宣告各端口上的时钟源信息，BMC算法通过维护本地获得 的时钟数据组，按严格时钟等级选择出最佳时间源，并确定端口状态
BMC算法对整网时钟生成时钟树，产生一级级的主从关系，从时钟同步主时钟，从 而消除时钟环路

时钟同步（频率同步） 频率相同 / 频率锁定；相位不同 / 固定相位差；时间不同 / UTC时间不一致 时间同步（相位同步）

频率相同 / 频率锁定；相位相同 / 无相位差；时间相同 / UTC时间一致
频率同步 相位同步
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从端获取到的 Timestamp
同步过程：
t2
Delay_Req
t1、t2 t1、t2、t3
t3
t4 t5
Delay_Resp
1.t1时刻主时钟发送syn message 报文，带t1时刻信息。t1的时刻值由 Master通过MAC层以下的逻辑直接 填充。 2.t2时刻从时钟接收到syn message报文。 3.t3时刻从时钟发送Req报文。 4.t5时刻主时钟发送Resp报文，带 t4时刻信息。
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3.1 OTN支持的1588v2模型
O C
1588v2设备模型
BC BC+TC
TC
TC+O C
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提供频率同步
通过GPS保证无线网络中所有基站间的空口同步, 保证了无线系统 中连续覆盖区域中任意两个基站之间的帧头的最大偏差不超过3s
提供时间同步
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GPS时间同步的解决方案存在的问题

施工难度大
Slave
• Slave状态意味着 该端口作为下游端 口接收上游端口发 送来的时钟信息。
Passive
• Passive状态意味不 转发sync协议报文， 不传递时钟相关信息， 只能处理P2P TC相 关的报文。 • 在BC模型中存在。 当BMC发现时钟源 出现环路，或出现次 优时钟源时，将把端 口置为passive模式。
2018/10/6
IEEE1588v2特性原理和组 网
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业界1588v2技术的发展
1588V2原理
1588V2在OTN的运用
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目录
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业界1588v2技术的发展 1588V2原理 2.1 同步概述 2.2 1588V2原理
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1588V2在OTN的运用
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业界1588v2技术的发展



随着3G/LTE的发展，无线网络对时间同步性能的要求越来 越高，GPS卫星系统存在安装选址难、维护难、馈缆敷设难、安 全隐患高、成本高等问题，因此高精度的地面时间同步方案成 为一大需求。 2008年底IEEE推出的1588v2国际标准成为了最佳方案，同 年各设备厂家开始了1588v2技术的设备研发工作，经过近两年的 发展，1588v2同步技术已经逐渐成熟。 由于1588时间同步技术早期应用在工业自动控制领域，电信 领域如ITU-T仍在制定1588v2时间同步正式标准，1588v2在电信 领域应用是一项崭新的技术，稳定可靠的运行部署仍然是目前 业界各厂家研究的重点。
BC
• BC：Boundary Clock，边界时钟 • BC模型相当于时间 中继器，是OC两种 类型的混合体，既可 以恢复时钟，又可以 作为时钟源往下游传 递时钟 • BC模型对应处于中 间位置的网络节点
TC
• TC：Transparent Clock，透明时钟 • TC模型自身不恢复 时间和频率，只对 1588报文做延时修 正。 • TC模型对应网络中 仅需配合处理1588 v2报文，自身不需 恢复时钟的设备。
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IEEE1588v2基本概念——网络模型
OC
• OC：Ordinary Clock，普通时钟 • OC模型只能接收 时间，用于整个网 络的时间源或时钟 宿，不能同时作为 始端和终端。 • OC模型对应网络 的纯粹时钟源和时 钟宿
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IEEE1588v2关键技术点——TC模型
Master
驻留时间 驻留时间 驻留时间 驻留时间
Slave
1
1588V2比V1增加了TC模型，用于解决报文在中间站点驻留引起的时延问题，消除 网络设备内部的延时不确定性（Packet Delay Variance，即PDV）
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2.2：IEEE1588v2介绍

IEEE1588v2概述


IEEE1588v2关键技术点
IEEE1588v2技术总结
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2
IEEE 1588V2协议的关键技术点可以分为四个：主从同步原理、 透明时钟TC模型 、时戳处理、 BMC(最佳主时钟)算法
3
同步原理：Master和Slave端采用Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp协 议报文通告精确的时间戳，通过BMC算法选出最佳时钟源，完成频率和时间同步
• OC和BC模型中都 可以存在Slave端 口状态，但BC可 以同时存在Master 端口状态，而OC 不行。
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IEEE1588v2关键技术点——主从同步原理
Master
t1
Sync
Slave
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无线网络的同步需求
Clock1 无线制式 时钟频率 精度要求 时钟相位 同步要求
GSM
WCDMA TD-SCDMA CDMA2000
0.05ppm
0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm
NA
NA 3us 3us
Clock2
WiMax FDD
WiMax TDD
0.05ppm
0.05ppm