基于OTN的1588v2时间同步传送技术及其应用
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。
基于OTN+PTN承载网的1588v2全网规划方案
基于OTN+PTN承载网的1588v2全网规划方案随着通信技术的快速发展，以及数据业务量的持续增长，对网络传输的时钟同步精度要求越来越高。
为了满足这一需求，1588v2技术被广泛应用于光传输网(OTN)和分组传送网(PTN)中，以实现高精度的时钟同步。
本文将讨论基于OTN+PTN承载网的1588v2全网规划方案，以指导网络规划和设计工作。
一、网络架构1.OTN架构OTN是一种基于光纤的传输网络，具有高带宽、低时延和低误码率的特点。
OTN网络通常由光传送设备(OTN)、光通信设备(ODU)和光交换设备(OCh)组成。
在OTN网络中，1588v2技术通常应用于ODU层，用于对光信号进行时钟同步。
二、1588v2技术原理1588v2技术是一种用于网络时钟同步的协议，通过网络中的1588v2时钟源和1588v2时钟从可以进行时钟同步和对齐。
其原理主要包括1588v2时钟源发送时间戳报文和1588v2时钟从接收时间戳报文，通过两者之间的比对实现时钟同步。
在OTN网络中，通常使用PTP(IEEE1588v2)协议实现时钟同步；在PTN网络中，通常使用SyncE和1588v2的组合来实现高精度时钟同步。
三、规划方案1.网络规划在OTN+PTN承载网络中，需要合理规划网络拓扑结构，考虑不同区域和不同节点之间的物理距离和连接方式，以确保时钟同步的高精度和稳定性。
需要考虑网络的带宽、负载和容量规划，以满足不同业务场景下的时钟同步需求。
2.设备选型在1588v2全网规划方案中，需要选择适合的OTN和PTN设备，确保设备支持1588v2时钟同步功能，并且能够在不同网络场景下实现高精度的时钟同步。
还需要考虑设备的性能、可靠性和可扩展性等因素，以满足网络运营的需求。
3.时钟同步节点部署根据网络规划和设备选型，需要合理部署1588v2时钟同步节点，包括1588v2时钟源节点和1588v2时钟从节点。
时钟源节点通常部署在网络的核心节点或边缘节点，用于向其他节点提供时钟同步信号；时钟从节点通常部署在网络的边缘节点或终端节点，用于接收时钟同步信号并对本地时钟进行校准。
1588V2时间同步信号解决方案
广东移动-上海贝尔 基于PTN网络的1588时间同步技术上海贝尔股份有限公司 2010年11月TD基站对于同步的要求和现状分析All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXTD基站频率和时间同步要求对于TD-SCDMA同步性能的要求 TD-SCDMA 的同步需求由3GPP TR 25.836定义。
TD-SCDMA基站需要的频率 精度为±50 ppb（0.05ppm)。
此外，还需要相邻基站间的相位同步，误差要求在3 μs 以内，即基站和RNC （或PGW)之间的相位误差应该不超过1.5 μs。
TD-SCDMA空口时间同步精度要求： ∣△T1＋ △T2＋ △T3 ∣<±1.5usGPSMaster ClockIub Backhaul Node B△T2按照最坏情况，精度分配如下： ∣△T1∣< 200 ns ∣△T3∣1 BBU+1 RRU情况下为300ns，1 BBU+6 RRU情况下为500ns 因此要求∣△T2∣的范围：800~1000ns△T1△T3△T1：时间源精度△T2：回传网络偏差All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX△T3：基站偏差目前 GPS 定时存在问题及替代方案目前基站通过GPS保证空口同步：GPSn n n对基站安装提出一定的要求 基站成本 安全性问题GPS替代方案：n n n单星方案 北斗 时间同步网 传输分配Node BIub BackhaulRNCn传输分配方案 (借助IEEE 1588)：n n n通过MSTP开销 通过MSTP净荷 通过PTNAll Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX1588v2地面时间同步 vs GPS时间分配方案TD-SCDMA Node BIEEE 1588v2-Synch<1.5us <800ns (1PPS+ToD)GPS/北斗接收机(IEEE1588v2) TD-SCDMA Node B (IEEE1588v2) (1PPS+ToD)(1PPS+ToD)GPS/北斗接收机PTNPTN (Sync Eth) (Sync Eth) (1PPS+ToD)n 1588v2方案成本仅为GPS方案的10%左右成本（GPS方案中考虑100米左右的GPS馈线） n 1588v2方案避免了GPS方案所要求的安装 条件（120度净空角等）成本8000 6000 4000 2000 0 GPS 1588v2n 1588v2方案确保了较高的安全性All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX基于PTN网络的1588 V2时间同步技术All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX基站回传时钟同步需求：G.8261同步以太网 （频率同步)概念 § 采用以太网物理层来传送高质量的参考频率（类似 SDH） § 要采用类似于SDH的SSM同步算法进行时钟分发。
基于1588v2高精度时间长距离传送实践
为一１（）５ ２Ｏ～＋９６．８１ｎｓ，峰值 为 《１１．（）ｌｎｓ．标 水 为３９．１２ｍ 荆… 州 问精 度 满足 铁路 标 准 ±１ ｓ的婴 水
３．２ １ ５８８ｖ２高 精 度 时 间 传 送 保 护 倒 换 性 能 测 试 １（ｂ）场 卜．进 行 各种 肜 ￣－Ｌｆｌ＇Ｊ 护 倒 换 文 岭 ｉ
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尢 ２７， 时 问分析 仪 洲 １５８８ｖ２高 ｒ，ｊ Ｉ］ｉｊｆ／ ｇ送 件琏 ，州 ｉ 按 Ｉ １ 为ＰＰＳ＋ＴｏＤ接 口或ＰＴｐ接口。７１Ｉ休连接 盥殳¨图２断尔 ， 』 】＿ 粗 实 线 为时 钟 跟踪 链 路 ．细 实线 为 ｌＪ１＿ Ｉ＇ｌ１ Ｊ 链路 伶 断 ｆｊｌ叫 ７亡 正 常 之 后 ． 动时 间分 忻 仪 进 仃Ｉ… 芹 删 ｆ￣２４ｈ 测 试 的 时 川 误 蓐 曲 线 奠¨１ａ．Ｂａｆ ｔ示 【ｇ１３）ｆＩ ４ｌ 测 试 ｆｉ＇ＪＨ，Ｊ川
P-OTN网络中IEEE1588v2时间同步技术的实现
P-OTN网络中IEEE1588v2时间同步技术的实现余跃;刘华【摘要】介绍了IEEE1588v2精确时间同步协议的基本原理，结合分析光传送网的帧结构，探讨了分组增强型光传送网中实现全网时间同步的方式，提出了一种实现IEEE1588v2协议的系统设计方案，介绍了其中时间同步机制模块和最佳主时钟算法模块的软件设计。
实验数据显示时间同步波动幅度在20ns以内，表明该方案在现网中部署是可行的。
%The paper introduces the basic fundamental of IEEE 1588v2 precision time protocol, analyses the frame structure of OTN and discusses several implementations of time synchronization in Packet enhanced Optical Transport Network (P-OTN). Then, the paper proposes a concrete system design of IEEE1588v2 time synchronization in P-OTN, including the software design of time synchronization mechanism module and best master clock algorithm module. The experiment result shows that the fluctuation of time synchronization is in the range of 20 ns which verifies that the design is feasible.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)021【总页数】4页(P35-38)【关键词】IEEE1588v2;精确时间同步;最佳主时钟算法;分组增强型光传送网【作者】余跃;刘华【作者单位】武汉邮电科学研究院湖北武汉 430074; 烽火通信科技股份有限公司湖北武汉 430074;武汉邮电科学研究院湖北武汉 430074; 烽火通信科技股份有限公司湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TN929.11近年来，随着宽带、移动通信等业务的快速发展，业务类型重心逐渐向分组业务转变，承载网中IP流量飞速增长，城域网压力越来越大。
PTN1588v2时间同步技术分析
PTN1588v2时间同步技术分析1 概述IEEE1588v2有效解决了GPS同步成本⾼、安装困难等问题，是承载TD-SCDMA/LTE⽹络的关键技术之⼀。
1588v2有3种时钟模式：普通时钟（OC）、边界时钟（BC）和透明时钟（TC）。
OC通常是⽹络始端或终端设备，该设备只有⼀个1588端⼝且只能作为Slave（从端⼝）或Master（主端⼝）。
BC是⽹络中间节点时钟设备，该设备有多个1588端⼝，其中⼀个端⼝可作为Slave，设备系统时钟的频率和时间同步于上⼀级设备，其他端⼝作为Master，可以实现逐级的时间传递。
TC是⽹络中间节点时钟设备，可分为E2E（EndtoEnd）和P2P （PeertoPeer）两种。
1588v2最重要的技术是BMC算法（BestMasterClockAlgorithm，最佳主时钟算法），其作⽤为：建⽴主从同步链，保证时钟路由不成环；⽀持多个时间源的⾃由选择和⾃动切换；主⽤时钟链路出现故障后，能⾃动快速倒换到备⽤时钟链路。
本地时钟通过BMC算法来决策哪个时钟是最好的，并据此来决定端⼝的下⼀个状态值是Master、Slave还是Passive。
在PTN中，1588v2实现时间同步主要有BC和TC两种模式。
2 BC模式BC模式⼜可分为带外和带内两种。
图1所⽰为BC带外模式，主时钟是RNC/BTS，与主时钟直接相连的PTN节点A通过外时间同步接⼝1PPS（PulsePerSecond，秒脉冲）＋TOD （TimeofDate）接⼝同步到RNC/BTS，其后主从同步链上各个节点采⽤BC模式同步其上⼀个节点，实现逐级同步。
在图1中假设已建⽴三条主从同步链，即A－D－E、A－D－C－F 和A－D－C －F－G，主从同步链的建⽴可通过BMC 算法⾃动⽣成或通过⼈⼯配置完成。
RNC:⽆线⽹络控制器BTS：基站收发器Node B:3G移动基站以主从同步链A－D－C－F－G为例分析，可看出BC带外模式特点为：⑴主从同步链的⾸尾节点（A、G）运⾏OC模式，其中节点A运⾏主PTP模式，节点G运⾏从PTP模式，其余中间节点运⾏BC 模式，RNC、基站可不⽤⽀持1588v2协议处理；⑵它是⼀个逐级同步的过程，节点D同步到A，然后节点C再同步到D，依此类推，最终实现NodeB和RNC的时间同步；⑶PTN中主从端⼝数量⼀样，即有⼀个主端⼝就有⼀个从端⼝；⑷每条链路上的PTP包流量与⽹络节点数⽆关；⑸同步链的建⽴需要⼈为指定或运⾏PTP中的BMC算法；⑹若出现节点失效的情况，1588v2可采⽤BMC算法⾃动重新建⽴备⽤主从同步链，实现时间同步路径的⾃动倒换。
中移TD-SCDMA网络1588V2时间同步信号解决方案部-中兴
在OTN网络能够提供标准化1588V2功能情况下，PTN+OTN网络可以组建1588V2时间同步 网络。 在OTN网络不提供1588功能时，采用透传方式，需要进行精细的链路不对称性补偿。
内部公开▲
TD基站时钟同步接口
带外接口： 支持1PPS＋TOD的串口
时钟接口板
串口信号线 1PPS+TOD 基 时传主基基 带带带 钟 处 接输控处处 理 口 FAN 理 理 板板板板板
n
边界时钟BC
l
n
透明时钟TC
l
内部公开▲
1588时钟方案与GPS方式对比
时间源 时间接收 时间传输
GPS替代方案：卫星替代和传输替代分别解决安全隐患和施工问题
Ø卫星替代---采用北斗/GPS双模卫星授时模块替代目前单GPS模块，解决安全
隐患。
Ø 传输替代----采用1588v2地面传送方案，解决施工难题。同时有效减少卫星
内部公开▲
高精度时钟服务器要求
n n n n
满足《中国移动高精度时间同步设备技术规范》。 每个本地网采用主备配置。 应配置满足2级节点从钟要求的铷钟或者高稳晶振 作为内部时钟。 输出接口
l l l
1588带内输出接口 1PPS+TOD带外接口 频率输出接口
内部公开▲
传输网络---整体建议
l
PTN设备已支持1588，可以部署基于PTN承载1588传输。未来可考虑进一步推进 WDM/OTN设备对1588的支持。
各种无线通信系统的同步性能指标要求
内部公开▲
TD-SCDMA时间同步现状
内部公开▲
依赖GPS存在的问题
n
安全问题
l l
GPS系统存在安全隐患。 GPS故障率： GPS部分已成为除射频模块外 的第二高故障率设备，约占总故障数的15% 左右。
TD-SCDMA系统中1588v2时间同步技术探讨
接 口的 时 间 同步 指 标 为 ±１５ Ｓ ． ，基 站 空 中 接 口 载 波 频 率 稳 定 度 要 优 于 ±Ｏ０ ｐ ．５ｐ ｍ。如 果 采
用本 地 时 钟 授 时 ，将 无 法 满足 ＴＤ— ＣＤＭ Ａ高 Ｓ 精 度 时 间 同 步 要 求 ，因 此 ＴＤ— ＣＤＭ Ａ 络 需 Ｓ 网
ｗｗｗ．ｉ ｏ ．ｎ １５ ｔｍ ｃ ｍ ｃ
匝圈
打造新型时间同步网 支撑Ｔ — Ｃ Ｍ 跨越发展 Ｄ ＳＤ Ａ
…
蔽
（ａ）
ｔ
●
＼ 由
ｂ ５８
达 到 ０ １ ｍ １ ８ ｖ 在 原 协 议 的 基 ． ｓ ８２ 。 ５ 础 上 ， 针 对 通 信 网 的 特 点 进 行 了 改 进 ， 提 高 了 同 步 的 精 度 ， 加 入 了 故
・设 备 不 稳 定 因 素 增 加 ： 目前 ＧＰ 时 钟 模 Ｓ
块 已成 为 基 站 损 耗 率 较 高 的 主 要 模 块 ，据 广 东
移 动 和 北 京 移 动 的 设 备 故 障 率 统 计 ，ＧＰ ｍ 钟 ｓＹ 已 成 为 除 射 频 模 块 外 的 第 二 高 故 障 率 设 备 ， 占 总 故 障 数 １％左 右 。 ５
电佑技 求
Ｔ — Ｃ ＭＡ融 Ｄ Ｓ Ｄ
韩柳燕 李 晗 王 磊 李 允博
中
中国移 动通信 研究 院
北 京 １０ ５ ０３ ０
口 背 景
同 步 网 是 通 信 网 必 不 可 少 的 组成 部 分 ，是 保 证 网络 定 时 性 能 的 关 键 。 由 于 ＴＤ— ＣＤＭ Ａ Ｓ
・新 增 端 口 间 延 时 测 量 机 制— —
ｐ ｅ延 时 机制 。 ｅｒ
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２ ０ 年 ４ ，浙 江 移 动 携 手 华 为 ０９ 月
在 杭 州 移 动 ＴＤ— ＣＤＭ Ａ二 期 建 设 中 １ Ｓ
数 量庞大 ，需 增加 额外 投资和 维 护 力
量 。 另 一 方 面 ，ＢＩ 设 备 的 ＧＰ 接 收 ＴＳ Ｓ
采 用 ＢＩ 、ＰＴＮ开 通 了 全 球 第 一 个 ＴＳ ＧＰ 时 问 同步 地 面 传 送 替 代 商 用 网络 ， Ｓ
聚 和 接 入 层 ，提 供 高 可 靠 、 易维 护 的 弹 性 传
送管道 ，为不同基 站的业务提供接入 和汇聚 ； ０Ｔ Ｎ一 般 部 署在 网络 的核 心骨 干层 ，具 备 大 颗
粒 业 务 透 明 传 送 、调 度 和 保 护 功 能 ，以 节 省 光
目 ＧＰ Ｓ时间 同步地 面传 送 替代 解决 方案
么 ０ ＴＮ是 否 同 样 可 以 解 决 时 间 同 步
传 送 问 题 呢 ？ 答 案 是 肯 定 的 ， 难 点 主 要 包 括 两 个 方 面 ： 首 先 ，ｏ ＴＮ采
用 的 是 透 明 、 异 步 复 用 技 术 ，并 不 需 要 复 杂 的 同 步 处 理 ， 如 果 开 通 时 间 同 步 功 能 必 须 要 增 加 时 钟 处 理 模
目前 ，国 内ＴＤ— ＣＤＭＡ网 络 ，Ｉ ｍａ０ ０ Ｓ ￣ｃ ｄ ２ ０ 网络
均 采 用 基 站 内 置 ＧＰ 来 实 现 时 间 同 步 ，但 一 直 Ｓ
存 在 故 障 率 高 、 成 本 高 、ＧＰ ３ 线 安 装 寻 址 困 ｓｖ 难 、安 装 工 程 量 大 和 维 护 困 难 等 问题 ，越 来 越 多 的 密 集 城 区 基 站 和 室 内 覆盖 系 统 进 一 步 加 剧 了 ＧＰ 天 线 部 署 的 难 度 。 因 此 ，利 用北 斗 卫 星 ｓ 替代 ＧＰ ，通 过 地 面 传 送 网 络 实现 ＧＰ 时 间 同步 Ｓ Ｓ 信 号 替 代 具 有 重 要意 义 。
一
业务路径
— － —
—
＋ 时钟 传 送 路 径
目前 主 流 的 ＰＴＮ设 备 均 已 支 持 Ｉ ＥＥ Ｅ
１ ８ ｖ 协 议 ，个 别 厂 商 已 经 具 备 大 规 ５ ８２ 模商用能力。
用 作 高 精 度 时 间 同 步 源 的 ＢＩ 设 备 ＴＳ 对 无 线 网 络 的 性 能 影 响 巨 大 ，其 可 靠 性 、频 率 稳 定 度 、时 间 同 步 精 度 要 求 很 高 ，在 各 子 网单 独 部 署 时 设 备 节 点
常 在 工 程 上 采 用 线 缆 延 时 补 偿 和 光 纤 线 路 不 对 称补 偿 技术 来 进 行误 差 矫 正 ；时延 抖动是 影
响 同 步 精 度 的 关 键 因 素 ，一 般 是 由 网 络 设 备 缓
不 仅 需 要 频 率 同 步 ，还 需 要 精 确 的 时 间 同 步 。
由于 传 送 网 具 备 灵 活 的调 度 能 力 和 丰 富 的 网 络 保 护 能 力 ， 网络 对 称 性 难 以保 证 ，在 网络 运行过程 中业务传送 路径的对称性 会随时发生 变 化 。同 时 ，光 缆 情 况 干 差 万 别 ，必 须 在 传 送 网 络 实 现 方 便 部 署 、 易 于 维 护 的 路 径 时 延 补 偿
存 、报 文 处 理 时 延 等 因 素 引起 的 ，可 以 通 过 对
Ｉ Ｅ ５ ８ ２ 文 进 行 实 时处 理 以减 少 其影 响 。 Ｅ Ｅ １８ｖ 报
中 罔 移 动 的 城 域 传 送 网一 般 可 以 分 成 核 心 骨 干 层 、汇 聚 层 和 接 入 层 。 Ｐ ＴＮ一 般 部 署 在 汇
基 于ＯＴ 的 Ｎ １８ ｖ 时间同步 ８２ ５ 传送 技术 及其应用
王晓义
中国移 动通信 集 团浙ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有 限公 司
杭州
３００ １０ ６
日 移 动 网络对 时钟 同步 的需求
Ｔ Ｓ Ｄ－ ＣＤＭ Ａ ｃ ｍａ０ ０ 和 ｄ ２０ 等无 线 接 入 技 术
１８ ｖ 要 求 传 送 收 发 路 径 的 时 延 是 对 称 的 ，常 ８２ ５
２． 时 间 同 步 地 面 传 送 方 案 １
ＧＰ 时 间 同 步 地 面 传 送 替 代方 案 ，一 般 是 ｓ 指通 过 光 纤 传 送 网 实 现 高 精 度 时 间 同步 信 号 的 可 靠 传 送 ，从 而 摆 脱 对 ＧＰ 信 号 依 赖 的 技术 。 ｓ
缆 资 源 、实 现 大 容 量 多业 务 统 一 传 送 。
送 端 回送 确 认 报 文 ，收 发 信 端 通 过 精 确 记 录 的 接 收 、 发 送 报 文 的 时 刻 计 算 传 送 时 延 ，通 过 精 确 计 算 实 现 时 间 和 频 率 信 号 的 同 步 。 Ｉ ＥＥ Ｅ
２＿ ＴＮ时 间 同 步 ： 案 及 其 局 限 性 ２ Ｐ ８ － Ｐ ＴＮ是 新 一 代 的 Ｉ 化 多 业 务 传 送 技 术 ， Ｐ
网 络 运 行 稳 定 ， 长 时 间 观 测 结 果 表 明
系 统 出 现 故 障 时 容 易 使 各 ＰＴＮ 子 网 形 成 孤 立 的 同 步 岛 ，从 而 影 响 各 同 步
Ｉ Ｅ ５ ８２ 间 同步 是 其 最 重 要 的特 性 之 一 。 Ｅ Ｅ １８ ｖ 时
ＴＥｌＦＣＯ Ｍ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴＩ ＮＳＴＥＣＨＮｏｌ ＧＹ， ｏ ｏ ２Ｏ １Ｏ
・ １
电信技 求
核心层
接入 ， 聚 汇
鞠 Ｏ ０ｏｓ Ｔ９ ｏ。 Ｎ０ ， ３ 。
图 １ ＰＴ Ｎ时 间同 步传 送 方 案
在 传 送 网 络 的 发 送 端 通 过 专 用 或 随 路 同 步 信
和 线 路 不 对 称 补 偿 技 术 ， 才 能 满 足 网络 端 到 端 同步 信 号 的 精 确传 送 需 求 。
道 ，将包含高精度时钟同步信息的Ｉ Ｅ ５ ８２ Ｅ Ｅ １８ ｖ 报文 发送到接 收端 ，接收端通 过反 向信道 向发