1588V2特性原理解析
1588v2，是怎样实现时钟同步的？
1588v2，是怎样实现时钟同步的？1什么是1588v2 ？对于⽆线通信来说，时钟同步⾄关重要，是基站正常⼯作的必要条件。
如果同步有问题，轻则切换成功率降低，重则系统⽆法运⾏。
从3G/4G以来，随着连接基站和控制器，核⼼⽹的传输⽹络的逐渐IP化，传统的TDM（时分复⽤，⽐如SDH等技术）⽹络承载的时钟功能，也必须在新的分组交换⽹中得以解决。
其实，在IT业界，这个问题早以太⽹的发展初期便被提了出来。
1985年，以太⽹被IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电⽓和电⼦⼯程师协会）标准化为802.3协议；⼗年之后的1995年，以太⽹的数据传输速率从10Mbps提⾼到了100Mbps，在此过程中，计算机和⽹络业界也在致⼒于解决以太⽹的定时同步能⼒不⾜的问题。
于是，IEEE便着⼿制定进⾏基于分组交换的精密时钟同步标准。
2000年底，⽹络精密时钟同步委员会成⽴。
2002年底，该委员会制定的同步标准获得IEEE标准委员会的认证，IEEE1588标准诞⽣，第⼀个版本就被称为1588v1。
2008年初，IEEE组织对1588进⾏了修订并重新发布，这个版本就是⽬前正在⼴泛使⽤的1588v2，可以提供⼩于100ns的时间同步精度。
IEEE 1588的全称是“IEEE P1588 DM2.2， Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems”，翻译为中⽂就是：“⽹络测量和控制系统的精密时钟同步协议”。
因此1588协议也被简称作PTP（Precise Time Protocol ）协议。
1588协议的基本构思是通过软硬件配合，记录同步时钟信息的发出时间和接收时间，并给每条信息都加上时间标签。
有了时间记录，接收⽅就可以计算出⾃⼰在⽹络中的时钟误差和延时，经过修正之后，就可以实现和⽹络时钟源同步的⽬的。
1588V2技术白皮书
1588v2技术白皮书Prepared by拟制Date 日期Reviewed by审核Date 日期Reviewed by审核Date 日期Approved by批准Date日期Huawei Technologies Co., Ltd.华为技术有限公司All rights reserved版权所有侵权必究目录1背景介绍 (5)1.1同步概述 (5)1.1.1频率同步 (5)1.1.2时间同步 (5)1.1.3时间同步与频率同步的区别 (6)1.2移动承载网络的同步需求 (6)1.2.1不同无线制式对同步的要求 (6)1.2.2现有的时间同步解决方案 (7)1.2.31588v2同步传送方案 (8)21588v2技术介绍 (9)2.11588V2标准介绍 (9)2.21588V2版本新增的特性 (9)2.31588v2协议简介 (9)2.3.1网络节点模型 (9)2.3.21588V2时戳 (14)2.3.31588报文 (15)2.3.4同步实现过程 (23)2.3.5建立主从层次 (23)2.3.6频率同步 (26)2.3.7时间同步 (27)31588v2典型应用场景 (29)3.1全网同步（BC模式） (29)3.2时间透传（TC模式） (30)3.3网络保护 (31)41588v2部署考虑 (32)4.11588V2网络规划 (32)4.2物理拓扑对同步精度的影响 (32)4.3准确度问题 (32)4.4系统实现问题 (33)4.5性能考虑 (33)图1 时间同步与频率同步示意图 (6)图2 现有时间同步解决方案 (7)图3 1588v2同步传送方案 (8)图4 BMC算法示意图 (24)图5 简单主从时钟体系 (25)图6 修剪后的MESH网络拓扑 (25)图7 1588V2频率同步原理 (26)图8 Delay-Req机制测量平均路径延时原理 (27)图9 Pdelay机制测量平均路径延时原理 (28)图10 时间校正 (29)图11 1588v2全网同步应用场景 (29)图12 1588v2时间透传应用场景 (30)图13 1588v2网络保护应用场景 (31)图14 1588v2同步网络架构 (32)表1 不同无线制式对时钟精度的要求 (6)1 背景介绍1.1 同步概述现代通信网络对于同步的需求主要包括频率同步和时间同步两类需求。
IEEE-1588-v2-简介(共31张)
要协议，即精密时间协议
2. PTP设备：用于产生或收发PTP消息的设备
3. PTP端口：用于访问PTP时钟设备的逻辑端点
4. E2E延迟：端到端延迟 5. P2P延迟：点对点延迟
第18页，共31页。
IEEE-1588v2 关键 名词 (guānjiàn)
3. 网络路径的延迟可能存在不对称性及抖动，软件时标 是造成不对称性与抖动的关键因素
第6页，共31页。
路径延迟(yánchí)的不对称性与抖动
1. IEEE 1588的路径延迟测量假设通信路径延迟是对称的，
即前向路径的传输延迟与后向传输延迟相同。 2. 在延迟测量期间，延迟不应变化。测量期间延迟变化会导
1. PTP普通时钟：PTP ordinary clock
2. PTP边界时钟：PTP boundary clock
3. PTP透明时钟：PTP transparent clock 4. 单步时钟：one step colock 5. 双步时钟：two step colock
第19页，共31页。
边界(biānjiè)时钟与普通时钟
1. 在成百上千台互连设备中，如何确定哪一台设备充当主时钟。 2. IEEE-1588定义了一种称为“最佳主时钟”(BMC) 的算法，用于选择最合适的主时
钟设备。
3. 这种方法要求IEEE-1588网络的每台设备均提供一个数据集，描述其本地时钟 的性质、质量、稳定性、唯一识别符和首选设置。
4. 当一台设备加入IEEE-1588网络时，它会广播其时钟的数据集，并接收所有其它设备 的数据集。
2. 要得到Tms需要两个重要的计算因子
1588V2
1588V2协议基本的时间同步机制1588V2 提供了一套时间同步的方案PTP，可以提供亚微秒级的时间同步精度。
1588V2时间同步过程分为偏移测量阶段和延迟测量2个阶段。
偏移测量阶段用来修正主、从属时钟的时间差。
如图1所示,在该偏移修正过程中,主时钟周期性发出一个确定的同步信息(Sync信息) (缺省为1次/1 s ) ,它包含了一个时间戳,含有数据包发出的预计时间a,即它是真实发出时间T1 的估计值。
由于信息包含的是预计的发出时间而不是真实的发出时间,故主时钟在Sync信息发出后发出一个Follow Up信息,该信息也加了一个时间戳,准确地记载了Sync信息的真实发出时间T 。
这样做的目的是使报文传输和时间测量分开进行,相互不影响。
从属时钟使用Follow Up 信息中的真实发出时间T1 和接收方的真实接收时间T2 ,可以计算出从属时钟与主时钟之间的偏移OffsetOffset=T2 －T1 －Delay。
延迟测量DelayMeasurement 阶段用来测量网络传输造成的延迟时间。
为了测量网络传输延时, IEEE 1588定义了一个延迟请求信息Delay Request Packet (Delay Req )。
从属时钟在收到Sync信息后在T3 时刻发延迟请求信息包Delay Req, 主时钟收到Delay Req后在延迟响应信息包Delay Request Packe（Delay Resp）加时间戳,反映出准确的接收时T4 ,并发送给从属时钟,故从属时钟就可以非常准确地计算出网络延时。
与偏移测量阶段不同是,延迟测量阶段的延迟请求信息包是随机发的,并没有时间限制。
由于T2－T1 = Delay + OffsetT4－T3 = Delay －Offset故可得Delay= [ T2－T1 + T4－T3 ] /2Offset= [ T2－T1－T4＋T3 ] /2最后根据Offset来修正从时钟。
浅析1588V2时间同步部署方案
2020年第1期信息通信2020(总第205期)INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.No205)浅析1588V2时间同步部署方案侯扬(中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，湖南长沙410000)摘要:介绍1588V2时间同步部署的背景、必要性和基本原理，分析时间同步网现状，提出1588V2时间同步部署方案。
关键词:时钟同步；时间同步;GPS;1588V2等中图分类号:TN929.5文献标识码:A文章编号:1673-1131(2020)01-0201-021背景传统的时间同步链路采用的NTP方式，存在的主要问题是无法满足us级别的时间精度。
而在基站侧釆用GPS解决同步问题，也存在诸多的问题，具体如下:①每个基站均需配备一套GPS系统，维护、安装成本高。
②目前不配置1588V2时钟情况下，基站每站只配置1块星卡，无失效保护。
③GPS天线对安装环境有特殊要求，尤其是室分站点，选址困难;长距离下GPS天线馈线较粗，安装困难。
④GPS 失效需要现场硬件更换，无法远程维护。
⑤安全隐患高，依赖于GPS系统,紧急情况下整网可能因失步而瘫痪。
⑥GPS 干扰呈增多趋势，近期的欧洲伽利略停摆以及各种GPS停服的消息,说明只在一种时钟下工作有非常高的风险。
面对无线基站时间同步的高精度要求以及GPS解决方案存在的诸多问题,本文探讨一种高精度的地面传送时间同步解决方案即1588V2。
2同步的基本概念2.1同步的定义同步主要包括频率同步和时间同步。
频率同步一般指源端和宿端的时钟在一定精度内保持相同的频率，其相位不一定对齐或者保持恒定，特点是两个时钟速度一致，但起点可能不一致；时间同步即相位同步，其相位也要对齐，特点是两个时钟速度一致，并且起点也一致。
目前比较成熟的时钟技术中，只有GPS和1588V2同时支持频率同步和时间同步。
2.2无线业务对同步的要求各类无线业务对时间同步要求不同,5G时代对时间同步提出更高的要求。
IEEE1588v2时钟特性和应用方案
IEEE1588v2时钟特性和应用方案作者：俞慧春来源：《信息安全与技术》2015年第04期【摘要】同步网是保证通信网络正常运行的支持系统之一，为网内所有通信设备的时钟和载波提供同步控制信号。
随着通信网络的发展，尤其是3G、4G网络的部署和应用，精确授时成为各大运营商关注的焦点。
基于IEEE1588v2特性的时钟同步方案，是目前通信同步网精确授时的主要解决方案。
【关键词】 1588v2；时钟同步1 引言在现代通信网络中，为保持各类业务的正常运行，要求网络设备之间的时间或频率误差能够保持在合理的范围内，即网络需要时钟同步。
随着我国3G、4G网络的部署和发展，通信网络对时间同步性能的要求越来越高，如何突破传统GPS建设成本高、维护难、安全隐患高等瓶颈，提供高精度的地面时间同步链路方案成为广大运营商的迫切需求。
2 同步的基本概念同步是指多个信号之间，在频率或相位上保持某种特定关系，即多个信号在相对应的节点，其频率差或相位差保持在网络约定的允许范围之内。
通信网络中的同步主要分为时钟同步（频率同步）和时间同步（相位同步）。
2.1 时钟同步（频率同步）所谓时钟同步是指频率相同或者相互之间频率锁定，而不要求时间相位、时间相同，也就是说维持各点的频率相同，而不管它们之间的相位，只要调整本地时钟信号与时钟源频率相同，信号在其相对应的有效瞬间以同一速率出现。
2.2 时间同步（相位同步）时间同步通常也称为相位同步，是指频率相同、相位相同、时间相同，即信号之间的频率和相位都保持一致，信号之间相位差恒定为零。
2.3 同步网的基本架构目前同步网主要采用主从同步的方式。
在全同步网内只有一个或几个基准时钟，其它所有的时钟都同步到该基准时钟上。
在这种类型的同步网中，最高一级时钟为符合G.811规定性能的时钟，即基准时钟（PRC），也称为一级时钟。
它作为主钟为网络提供基准定时信号，该信号通过定时链路传递到全网。
二级时钟、三级时钟从上一级时钟中提取定时，形成主从同步网结构。
1588V2协议介绍
1588V2协议介绍－原理
优点： 时间和频率同步； 同步精度高－－亚微秒级； 网络PDV影响通过点到点的恢复方式解决； 统一的业界标准； 缺点： 不支持非对称网络 需要硬件/软件升级
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需求－－基站同步
基站同步
RNC/BSC
无线制式 GSM WCDMA TD-SCDMA CDMA2000 WiMax FDD WiMax TDD
时钟频率精度要求 0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm 0.05ppm
局限
恢复时钟的质量依赖于承载的PSN网络，受网络延迟抖动、丢 包、错序的影响非常大，需要保证业务高QoS 没有标准化协议，不同设备间兼容性差
不能支持时间同步
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以太网物理层同步
Switch SDH SDH Switch
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传统解决方案
G.811
Core network Building
Core Ring
SDH
SDH
Others
1588V2的原理与方案介绍
1588V2的原理与方案介绍作者：才岩峰来源：《山东工业技术》2014年第21期摘要：目前电信业务传送网络正在完成IP化的转化，以分组交换为主要核心的IPRAN、PTN技术已经成为传送网的主流技术广泛应用于运营商中。
传统的以TDM为内核的MSTP技术逐渐退出现网。
而在转化过程中如何保证网络的适中同步需求成为分组传送网络迫切需要解决的问题。
1588V2技术作为分组传送网中同步解决方案逐步被运营商了解和接受。
本文主要介绍1588V2技术的关键技术以及实现方式介绍。
关键词：同步；1588v2；延时机制1 同步的提出随着传送网发展，各个运营商都展开了IP化传送网络的建设工作。
移动主推的PTN技术和联通、电信主推的IPRAN技术成为目前的主流传送技术。
而目前分组传送网络还存在很多关键点需要解决，其中对基于以太网的同步技术的要求成为业界关注的要点。
2 同步的意义传统的MSTP传送TDM业务的时，如果MSTP网络无法实现时钟同步则很可能出现：（1）业务出现滑码；（2）严重时还会出现指针频繁调整，业务误码率急剧升高，大量告警上报，关键芯片失效。
而在无线IP RAN中，如果无线网络间的时间同步未在要求的精度内，会出现：（1）基站切换时，会导致通话掉线；（2）通话计费，网间结算将无法进行。
3 1588v2协议介绍IEEE 1588V2的在传输网中的应用是将分布在传输网络中的不同的设备保持精确的时钟同步，以PTP（精确时间协议）为标准。
对以太网中设备进行亚微秒级的同步。
4 时钟实体类型IEEE 1588按照时钟是否为透传时钟，将时钟类型分为了透传和非透传时钟两种。
其中，透传时钟，按照时钟采用的延时机制不同，分为了E2E透传时钟和P2P透传时钟；非透传时钟，则按照时钟的ptp端口数目多少分成了普通时钟和边界时钟：（1）普通时钟：只有一个PTP物理通信端口和网络相连；（2）边界时钟：支持多个物理端口与网络相连。
即为多个普通时钟的组合，不同的是其只有一套共用的时钟设备；（3）E2E透传时钟：E2E透传时钟像路由器或交换机一样转发所有的PTP消息；（4）P2P透传时钟：与E2E透传时钟功能相同，只是对PTP时间消息的修正和处理方法不同：他把报文的各段线路延迟累加放到报文的校正字段中。
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• 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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2.2：IEEE1588v2介绍
IEEE1588v2概述
IEEE1588v2关键技术点
IEEE1588v2技术总结
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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, 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
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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
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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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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
2018/10/6
IEEE1588v2特性原理和组 网
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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
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Page 10
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
2 TC分为E2ETC（end-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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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。
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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：
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
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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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
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
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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）
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
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目录
1
业界1588v2技术的发展 1588V2原理 2.1 同步概述 2.2 1588V2原理
2
3
1588V2在OTN的运用
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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
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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