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什么是1588v2 ？

對(duì)于無(wú)線通信來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘同步至關(guān)重要，是基站正常工作的必要條件。如果同步有問(wèn)題，輕則切換成功率降低，重則系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。

從3G/4G以來(lái)，隨著連接基站和控制器，核心網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)的逐漸IP化，傳統(tǒng)的TDM（時(shí)分復(fù)用，比如SDH等技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)承載的時(shí)鐘功能，也必須在新的分組交換網(wǎng)中得以解決。

其實(shí)，在IT業(yè)界，這個(gè)問(wèn)題早以太網(wǎng)的發(fā)展初期便被提了出來(lái)。

1985年，以太網(wǎng)被IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)化為802.3協(xié)議；十年之后的1995年，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率從10Mbps提高到了100Mbps，在此過(guò)程中，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)界也在致力于解決以太網(wǎng)的定時(shí)同步能力不足的問(wèn)題。

于是，IEEE便著手制定進(jìn)行基于分組交換的精密時(shí)鐘同步標(biāo)準(zhǔn)。

2000年底，網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)鐘同步委員會(huì)成立。

2002年底，該委員會(huì)制定的同步標(biāo)準(zhǔn)獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的認(rèn)證，IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)誕生，第一個(gè)版本就被稱為1588v1。

2008年初，IEEE組織對(duì)1588進(jìn)行了修訂并重新發(fā)布，這個(gè)版本就是目前正在廣泛使用的1588v2，可以提供小于100ns的時(shí)間同步精度。

IEEE 1588的全稱是“IEEE P1588 DM2.2， Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems”，翻譯為中文就是：“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議”。因此1588協(xié)議也被簡(jiǎn)稱作PTP（Precise Time Protocol ）協(xié)議。

1588協(xié)議的基本構(gòu)思是通過(guò)軟硬件配合，記錄同步時(shí)鐘信息的發(fā)出時(shí)間和接收時(shí)間，并給每條信息都加上時(shí)間標(biāo)簽。有了時(shí)間記錄，接收方就可以計(jì)算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘誤差和延時(shí)，經(jīng)過(guò)修正之后，就可以實(shí)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘源同步的目的。

1588v2組網(wǎng)拓?fù)?/p>

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1588v2 怎樣實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步？

在這樣一個(gè)復(fù)雜的同步網(wǎng)絡(luò)中，1588主時(shí)鐘（Master）和從時(shí)鐘（Slave）主要靠傳遞Sync，F(xiàn)ollow_Up，Delay_Req，以及Delay_Resp這幾條消息來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。

1588v2主從時(shí)鐘間傳遞的報(bào)文

1588v2的時(shí)鐘具體的同步原理如下圖所示：

1588v2時(shí)鐘同步原理

1、主時(shí)鐘向從時(shí)鐘發(fā)出Sync報(bào)文，并攜帶自身的時(shí)鐘t1；

2、從時(shí)鐘收到Sync報(bào)文，并標(biāo)注上該時(shí)刻自己的時(shí)鐘t2；

3、從時(shí)鐘向主時(shí)鐘發(fā)送Delay_Req報(bào)文，并攜帶該時(shí)刻自身的時(shí)鐘t3；

4、主時(shí)鐘收到Delay_Req報(bào)文，并注上該時(shí)刻自己的時(shí)鐘t4；

5、主時(shí)鐘向從時(shí)鐘發(fā)送Delay_Resp報(bào)文，并攜帶時(shí)鐘t4；

6、假設(shè)從時(shí)鐘和主時(shí)鐘兩者之間的差值為偏移量offset，主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的傳輸時(shí)延為t_ms，從時(shí)鐘到主時(shí)鐘的傳輸時(shí)延為t_sm，則有下面兩個(gè)等式：

t2 － t1= t_ms + offset

t4 － t3= t_sm － offset

假設(shè)雙向時(shí)延相同，即：delay = t_ms = t_sm，則可以算出如下結(jié)果：

offset = （ （ t2 - t1 ） - （ t4 - t3 ） ） / 2

delay = （ （ t2 - t1 ） + （ t4 - t3 ） ） / 2

有了上述計(jì)算結(jié)果，然后就可以根據(jù)偏移量offset來(lái)修正從時(shí)鐘，就可以實(shí)現(xiàn)同步。

需要注意的是，上述結(jié)果存在一個(gè)假設(shè)，那就是上下行的時(shí)延delay是一樣的，且不同報(bào)文間的時(shí)延也是相同的。

1588v2主要支持如下3種時(shí)鐘類型：普通時(shí)鐘（Ordinary Clock，OC），邊界時(shí)鐘（Boundary Clock， BC），透明時(shí)鐘（Transparent Clock，TC）。 其中 透明時(shí)鐘又可分為E2E（End to End）透明時(shí)鐘，也叫E2E-TC； 以及P2P（Pear to Pear）透明時(shí)鐘，也叫P2P-TC。

1588v2支持的時(shí)鐘類型

1、普通時(shí)鐘（Ordinary Clock，OC）

在一個(gè)域中，維護(hù)著域內(nèi)使用的時(shí)標(biāo)，并且只有一個(gè)PTP端口的時(shí)鐘。普通時(shí)鐘要么作為主時(shí)鐘提供時(shí)鐘源，要么作為最末一級(jí)終端，從其他的時(shí)鐘源獲取時(shí)鐘，而不能作為中間節(jié)點(diǎn)把時(shí)鐘向其他節(jié)點(diǎn)傳遞。

1588v2普通時(shí)鐘架構(gòu)

2、邊界時(shí)鐘（Boundary Clock，BC）

邊界時(shí)鐘有多個(gè)PTP物理通信端口和網(wǎng)絡(luò)相連，其每個(gè)PTP端口和普通時(shí)鐘的PTP端口是一樣的，其中的一個(gè)端口在收到上級(jí)時(shí)鐘源的PTP報(bào)文后進(jìn)行終結(jié)，然后再生成新的PTP報(bào)文并向下傳遞。

1588v2邊界時(shí)鐘架構(gòu)

3、透明時(shí)鐘（Transparent Clock，TC）

透明時(shí)鐘作為中間節(jié)點(diǎn)，收到PTP報(bào)文之后不進(jìn)行終結(jié)，其內(nèi)部有一個(gè)駐留時(shí)間橋來(lái)計(jì)算報(bào)文在本節(jié)點(diǎn)的駐留時(shí)間，并以此來(lái)修正時(shí)間標(biāo)簽再向下傳遞。

1588v2透明 時(shí)鐘

透明時(shí)鐘可分為 E2E （End to End ） 透明時(shí)鐘，以及P2P（Peer to Peer）透明時(shí)鐘。兩者對(duì)于PTP報(bào)文時(shí)延的修正和處理方法不同，在其他方面是完全一樣的。

E2E-TC

E2E透明時(shí)鐘對(duì)時(shí)延的修正只包含本節(jié)點(diǎn)駐留的時(shí)間，而P2P透明時(shí)鐘對(duì)時(shí)延的修正除了包含本節(jié)點(diǎn)駐留的時(shí)間之外，還添加了傳輸路徑上的時(shí)延。

P2P-TC

除了上述的幾種時(shí)鐘之外，1588v2還定義了管理節(jié)點(diǎn)。 管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理PTP管理報(bào)文，有一個(gè)或者多個(gè)物理接口連接網(wǎng)絡(luò)，可以和任意的時(shí)鐘類型組合在一起工作。

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1588v2 有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？

IEEE 1588獨(dú)立于物理層，可通過(guò)在報(bào)文中加入時(shí)間標(biāo)簽來(lái)傳遞同步信息，因此除了頻率同步之外還可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。但在實(shí)際應(yīng)用中由于會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響，延時(shí)，丟包等都會(huì)影響到精度，所以通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸時(shí)鐘有較多限制。

1、全網(wǎng)支持1588v2功能（FTS）

全網(wǎng)支持1588v2功能（FTS，F(xiàn)ull Timing Support），是指主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的所有傳輸設(shè)備都支持1588功能，包括邊界時(shí)鐘（BC模式）和透?jìng)鲿r(shí)鐘（TC模式）兩種模式。它們的物理拓?fù)浠鞠嗤?，僅在PTP協(xié)議的處理機(jī)制上有所差異。

邊界時(shí)鐘模式（BC模式）下的網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備有多個(gè)1588端口，其中一個(gè)端口作為從時(shí)鐘和上級(jí)時(shí)鐘保持同步，其他端口則作為下一級(jí)網(wǎng)元的主時(shí)鐘。設(shè)備收到1588v2報(bào)文之后進(jìn)行終結(jié)，然后生成新的報(bào)文再向下游傳遞。

普通時(shí)鐘（OC）+邊界時(shí)鐘（BC）組網(wǎng)

透?jìng)鲿r(shí)鐘（TC模式）下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到來(lái)自時(shí)鐘源的1588v2報(bào)文之后不進(jìn)行終結(jié)，而是根據(jù)報(bào)文的駐留時(shí)間和鏈路時(shí)延，修正報(bào)文的時(shí)間戳信息，并將其傳送給下游設(shè)備。

普通時(shí)鐘（OC ） + 透明時(shí)鐘（TC ） 組網(wǎng)

邊界時(shí)鐘模式下，由于分組網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，中間節(jié)點(diǎn)不可能百分之百地恢復(fù)原始時(shí)鐘，而是存在或多或少的誤差，這樣傳遞給下游的時(shí)鐘就產(chǎn)生了漂移，并且這樣的漂移還會(huì)隨著跳數(shù)的增加而不斷累積。而透?jìng)鲿r(shí)鐘模式下，中間節(jié)點(diǎn)只修正時(shí)延，對(duì)跳數(shù)并不敏感，故其理論上的精度高于邊界時(shí)鐘。

然而在實(shí)際使用中，由于邊界時(shí)鐘模式下的漂移是不定向的，可能不斷累積增大，也可能多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生的漂移可能相互抵消，所以實(shí)際上兩種模式的精度相當(dāng)。

2、1588v2 ATR（Auto Timing Recovery，自動(dòng)定時(shí)恢復(fù)）

對(duì)于第一點(diǎn)全網(wǎng)所有傳輸節(jié)點(diǎn)都支持1588v2協(xié)議的場(chǎng)景，畢竟是理想情況，現(xiàn)實(shí)總是和理想有所差距的。 如果主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的傳輸節(jié)點(diǎn)不支持1588v2協(xié)議，還能怎樣實(shí)現(xiàn)頻率同步和相位同步嗎？

答案是，可以。但傳輸網(wǎng)中的時(shí)延，抖動(dòng)，丟包都會(huì)影響時(shí)鐘精度，只能用于傳輸負(fù)載較小，主從時(shí)鐘之間的跳數(shù)較少的非常有限的場(chǎng)景。

3、1588v2同步是否可以用于5G？

理論上來(lái)說(shuō)，1588v2可支持高精度的相位同步，基本能夠滿足5G的同步需求。

但實(shí)際上，分組傳輸網(wǎng)絡(luò)需要所有節(jié)點(diǎn)都支持PTP協(xié)議，組網(wǎng)較為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的擁塞，時(shí)延，抖動(dòng)，丟包都會(huì)影響時(shí)鐘精度。更為重要的是，1588v2同步需要上下行鏈路的時(shí)延相等，否 則就需要人工校準(zhǔn)，這一點(diǎn)在項(xiàng)目實(shí)施中非常困難。

因此，5G網(wǎng)絡(luò)主流的同步方式是GPS或者北斗這樣的GNSS系統(tǒng)。

好了，本期的內(nèi)容就到這里，希望對(duì)大家有所幫助。

責(zé)任編輯：haq