PTN 時間同步方案在移動網絡中的應用

移動技術從 2G 向3G、到LTE 發展推動著移動傳送網絡從傳統的TDM 技術向著更高帶寬、更低成本、更加靈活的分組技術演進。PTN（Packettransportnetwork）作為一種面向連接的傳送技術，基于分組架構，借鑒了SDH 完善的保護倒換、豐富的OAM、良好的同步性能，同時融合了MPLS/Ethernet 技術分組交換、QoS管理以及統計復用等思想，為運營商建設可管理、可運維的統一融合的傳送網提供了一個良好解決思路。
PTN 滿足移動網絡同步要求的戰略意義
移動網絡對高精度同步有嚴格的要求，基站工作的切換、漫游等都需要精確的時間控制，避免用戶在基站之間切換過程中出現掉線、影響其它用戶的現象，目前各種無線技術對同步的要求如表所示。

目前已經部署的 TD-SCDMA(以下簡稱TD)網絡，均采用GPS 方案來解決移動網絡同步問題。但GPS 天線安裝需要滿足120°的凈空要求，工程安裝有難度，且GPS 成本較高，維護困難。中國移動一直積極尋求替代GPS 的新技術，一方面通過有線傳輸網絡傳送精確時間同步信號；另一方面利用我國自主發射的北斗衛星作為時間信號源，使用北斗衛星與GPS 衛星雙模授時，并互為主備用。最終從時間信號的來源和傳輸兩個方面相結合，徹底擺脫對GPS 的依賴。
目前業界紛紛把目光投向 PTN，通過PTN 分組網絡上提供高精度同步的解決方案，從而實現GPS 替代。
PTN 網絡實現時間同步的相關技術
在基于 PTN 分組網絡中，同步技術可以通過同步以太網G.8261 和精確時間同步協議IEEE1588V2 來實現。G.8261 通過以太網物理層PHY 芯片從串行數據碼流中恢復出發送端的時鐘，這種方式與SDH 時鐘恢復方式是相同的，并且可以獲得類似SDH 的時鐘精度，實現網絡時鐘同步。時鐘同步質量接近SDH，不會受到數據網絡擁塞、丟包、時延等影響。但目前同步以太網只能支持頻率信號的傳送，不支持時間信號的傳送，所以單純的同步以太網方案只適用于不需要時間同步要求的場景。IEEE1588的核心思想是采用主從時鐘方式，對時間信息進行編碼，利用網絡的對稱性和延時測量技術，實現主從時間的同步，其關鍵在于延時測量，如圖1。IEEE1588V2進行頻率同步時雖然可以獨立于同步以太網實現頻率同步，但相對于同步以太網，PTP有較長的收斂時間，頻率精確度依賴于時戳的顆粒度。

PTN時間同步方案網絡應用的幾個關鍵問題
時間同步是3G移動制式提示的新需求，目前中國移動尚沒有一張精確的時間同步網，時間同步解決方案的部署應該采用逐步建設的方式。
時間源首先部署在本地網核心機房RNC側，對RNC進行授時，RNC通過帶外的方式將PPS（頻率）和TOD（時間）信息傳遞給PTN設備，PTN設備運行1588V2協議，將同步信息傳遞到各個基站側。因為目前現網部署的基站絕大部分都不支持1588V2協議，如果要進行現網改造，其成本和工作量巨大，此時接入端PTN設備采用帶外的方式將同步信息傳遞給基站。如果基站已經支持1588V2協議，則接入端PTN設備通過帶內FE/GE接口同時將業務和時間信息傳遞給基站（如圖2所示）。

PTN網絡運行SSM和BMC的協議方式，實現時間鏈路的自動保護倒換，保證時間的可靠傳送。
PTN時間同步方案在網絡中應用，有幾個關鍵問題值得探討。
精度問題
TD-SCDMA空口同步要求非常精確，頻率精度為0.05ppm，時間同步精度為1.5us，這是空口端到端的指標要求，而分配到承載網一般為900ns左右。如果網絡較大，穿通的節點數多，其精度是否滿足要求？一般來講，基于物理層同步的G.8261可以提供較高質量的參考時鐘，但不能實現時間的同步；而IEEE1588V2同步方式既可以實現頻率同步，也可以實現時間同步，但1588報文經過復雜的數據網路，抖動和非對稱性的不可控，導致從1588報文中恢復時鐘和時間精度難以保證。因此在實際應用中可以考慮兩種同步方式相結合的辦法，通過G.8261完成精確的頻率同步，在G.8261基礎上實現1588V2時間同步，硬件實現1588協議中精確時戳的插入和提取，減少1588報文發包頻率，加快收斂速度，有效提高時間同步精度。
補償問題
這里談到的補償，涉及到兩個方面：1PPS+TOD線纜延時補償和光纖線路不對稱補償。
前面講到1588的關鍵在于延時測量。同步時間源一般是通過帶外線纜將1PPS和TOD信息傳遞給PTN設備，另外目前現網中大部分基站都不具備1588能力，PTN設備也需要通過帶外的方式，將1PPS和TOD傳遞基站。如果時間源和基站不具備延時補償能力，需要PTN設備完成這部分線纜引入的延時補償，將補償結果加到TOD信息。
可靠性問題
為保證PTN網絡對時間信息的可靠傳輸，必須對輸入時間源和傳輸鏈路實行可靠保護設計。
首先對PTN設備通過1PPS＋TOD接口采用高精度時間源進行授時，保證系統在一定的時間內可靠穩定地運行，條件許可情況下，采用主備兩個高精度時間源，增加時間原的冗余備份能力。
PTN傳送網物理鏈路一般采用環型組網，匯聚層和接入層采用相交環或相切環實現互聯，每個外時間源通過環形鏈路中不同兩點接入主用鏈路和備用鏈路。在PTN網絡中啟用BMC算法，BMC算法可基于時鐘質量和最短節點路徑選擇最優的時間源，有效減少時鐘質量的累加誤差，增加時鐘源的冗余備份能力。