基于IEEE1588的同步以太网实现方式
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术关键字：基站数字示波器光纤测试仪光谱仪自动化测试基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
1引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M提高到100M，GE，10GE。
40GE，100GE正式产品也将于200 9年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP网络上就可以随时使用其提供的业务。
但是，只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前，电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms之内，现行的互联网网络时间协议NTP（Network Time Prot ocol），简单网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
2 IEEE 1588PTP介绍IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clo ck Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
基于以太网MACIP核的IEEE1588协议的设计与实现
基于以太网MACIP核的IEEE1588协议的设计与实现为了满足网络设备对时间同步精度越来越高的要求，通过对IEEE 1588协议标准和当前以太网时间同步方案的研究，提出了一种采用FPGA硬件来实现时钟同步的方法。
基于FPGA与ARM开发平台，自主设计实现了支持IEEE 1588标准的主从时钟同步系统，该系统具有成本低廉，移植性强的特点。
通过在该平台上对千兆以太网环境中的时间精度进行测试，标记精度优于50ns。
面对日益复杂的应用环境，以太网存在的一些缺点逐渐显现出来，主要体现在确定性和实时性方面。
精确时间同步协议[1]（Precision Time Protocol，通常简写为PTP）的出现为其提供了实时性方面的保证。
精确时间同步协议能够提供亚微秒级的时间同步精度，它最初是由IEEE 1588-2002[1]标准定义，是用于采用多播技术的网络和总线，占用网络带宽小，对系统资源要求低，在局域网中如若采用物理层硬件辅助时间标记技术和边界时钟等技术，其时间同步精度可达亚微秒数量级，网络中主时钟节点（简称主时钟）的时间和时钟频率信息都是通过报文传递到从时钟节点（简称从时钟）的，主从时钟通过周期性的交换带有时间标记的时钟同步报文来测算出节点间的时间偏差和频率偏差，并采用适当的算法调整从节点的时间和频率，从而达到时钟的同步。
笔者首先对IEEE 1588在国内的研究现状进行了调研，综合前人的研究成果，得出以下结论：(1) 采用软件生成时间戳[2]的方式，精度远不如采用硬件辅助方式产生的高，其同步精度大致在百微秒量级[3]，而使用硬件辅助打时间戳，精度可达百纳秒。
(2) 采用硬件生成时间戳[4]的方式，需要以太网工作在百兆模式(MII接口)[5]下，并且使用专用ASIC芯片来实现1588报文的识别以及时间戳的生成，以中断的方式通知CPU来处理时间戳[6]，在这种模式下，系统各芯片之间的连接关系复杂，系统可移植性很差，并且不便于后期对协议进行升级和维护。
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现IEEE1588，也被称为精确时间协议（PTP），是一种用于网络中实现高精度时间同步的协议。
它在各种工业应用和通信系统中被广泛采用，因为它可以提供微秒级甚至亚微秒级的精度，满足了许多应用的实时性要求。
首先，IEEE 1588协议需要在网络中选择一个主时钟（Master Clock），作为时间同步的源头。
主时钟拥有最高的时间精度，并将其时间信息通过数据包广播给其他时钟节点。
其他节点被称为从时钟（Slave Clock），它们通过接收到的时间数据来调整自身的时钟，并与主时钟保持同步。
在主时钟启动时，它会周期性地发送特殊的数据包，称为同步事件（Sync Event）。
这些数据包包含了主时钟的当前时间戳，从时钟接收到这些数据包后，会记录接收时间戳。
当从时钟收到一定数量的同步事件后，它会计算出与主时钟的相对时间差，并根据这个时间差来调整自身的时钟。
为了确保时间同步的准确性，IEEE 1588采用了两个重要的概念，即时钟同步和时间戳校准。
时钟同步通过周期性的同步事件来实现，从而减小网络延迟带来的时间误差。
而时间戳校准则通过周期性地发送延迟请求（Delay Request）和延迟响应（Delay Response）数据包来估计网络延迟，并相应地调整时间戳。
在实际的实现中，IEEE1588通常使用硬件支持或软件实现的方式。
硬件支持一般通过专用的电路芯片或FPGA来实现，它们能够提供更高的时间精度和更低的延迟。
而软件实现则是在通用的计算机上运行，通过操作系统和网络协议栈来实现时间同步功能。
在软件实现中，IEEE1588通常依赖于操作系统的时钟服务和网络协议栈。
操作系统的时钟服务提供了计算机系统的时间信息，并提供了时间戳的功能。
网络协议栈则负责封装和发送数据包，并处理收到的数据包以提取时间戳信息。
在实现中，需要考虑以下几个关键问题：1.时间同步精度：在实现中，需要根据具体应用的要求选择合适的时钟源和自适应算法，以达到所需的精度。
(完整word)IEEE1588V2时钟同步方案
IEEE1588V2 PTP时钟同步方案介绍一实现原理1。
1 PTP系统概述PTP为Precise Time Protocol的简称，遵循IEEE 1588协议标准，1588协议是解决IP传输的基站之间同步问题的协议。
以前的NODEB基站从GPS获取同步信号1PPS和时间信息TOD,为保证时间同步，每个NODEB 都需要一个GPS。
而1588协议提出通过PTP消息进行时钟信息的传递，NODEB接受到同样的时钟信息作为本NODEB的同步时间信息，从而实现整个系统时钟的同步。
如1。
1，PTP系统的同步时钟系统。
同一个通路上(Path A, Path B , Path C和PathD）获取相同的时钟信息，这样只需要边界时钟（NODEB13和NODEB14；NODEB13和NODEB15;）实现同步即可以实现系统时钟的同步。
图1。
1 PTP同步时钟系统示意图在PTP系统中分为主/从两种时钟提取的方式.当本NODEB为主时钟方式,需要有GPS，通过GPS获取TOD 时间消息和1PPS同步信号。
然后将TOD消息和1PPS封装在UDP数据包中通过以太网连路进行传输。
当本NODEB 为从时钟方式，需要从以太网接受的数据中,解析出该UDP数据包,获取时间信息和同步信息.另外PTP系统之间的时间信息是通过MAC地址进行寻址传输的。
NodeB支持主从两种模式，选用SEMTECH的ACS9510时钟芯片，PTP系统的实现方式如图1.2.图1.2 PTP 系统的实现方式1。
2 PTP 时钟提取模块框图BBU1324A 设备支持IEEE1588 PTP HOST&SLAVE 的功能， BBU1327A 设备支持IEEE1588 PTP SLAVE,都采用SEMTECH 的ACS9510.ACS9510支持IEEE1588 V2.0协议,PTP 时钟提取模块的功能框图如图1。
3.SFPSFP88E1145NP前面板PHYPHYACS9510MPC8280SPIOCXO/TCXO1PPS TODCOPPERRGMIIMII2M SDRAMBBU1324A IEEE1588模块框图UARTRGMIIRGMIISGMIISGMII图1。
IEEE1588高精度同步算法的研究和实现
IEEE1588高精度同步算法的研究和实现
IEEE1588高精度同步算法的研究和实现
随着网络技术的发展,分布式控制系统中对时间同步的要求越来越高.为了满足某些领域中微秒级时间同步的要求,本文对IEEE1588高精度时间同步进行了研究,对该算法实现高精度同步的方法进行了阐述,同时对实际系统中存在的问题进行了剖析,根据分析结果,采用系统晶振补偿和OffsetTime滤波的方法对系统进行了完善,并进行了实验.实验结果表明,通过晶振补偿和OffsetTime滤波很大程度上提高了同步精度,达到了高精度同步系统的要求.
作者：桂本烜刘锦华 GUI Ben-xuan LIU Jin-hua 作者单位：桂本烜,GUI Ben-xuan(浙江大学先进控制研究所,杭州,310027) 刘锦华,LIU Jin-hua(中石油辽河油田分公司,辽宁,盘锦,124010) 刊名：电光与控制ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)：2006 13(5) 分类号：V271.4 TN914 关键词：IEEE1588 时间同步线路延时时间偏差时钟补偿。
IEEE1588同步报文的结构和特点
IEEE1588同步报文的结构和特点将IEEE1588标准引入以太网时，时钟同步报文通过TCP/IP协议进行传输。
依照IEEE1588标准，IEEE1588标准的以太网实现中，所有时钟同步报文（当然也包括管理报文）的传输都以UDP方式进行，故IEEE1588同步报文的格式还需要遵守协议的规定。
要准确检测到网络上的IEEE1588同步报文，不仅需要对同步报文的结构有完整清晰地认识，还需要明确以太网上数据包的封装原理、物理层与MAC接口以及MII信号的时序。
1、IEEE1588同步报文分类时钟同步中所必须的4个报文类型，分别是Sync()、Follow_up()、Delay_Req()、Delay_Resp()。
在完整的报文同步中，还涉及到了时钟管理中的Management报文（由于实际设计中没有涉及，在此不做讨论)。
依据IEEE1588标准，我们归纳时钟同步报文具有的特点如下：（1）Sync以广播方式从主时钟节点发出，需要在主时钟节点处标记其离开时间，在从时钟节点处标记其到达时间。
（2）Delay_Req以点对点方式从各从时钟节点发出，需要在各个从时钟节点处标记其离开时间，在主时钟节点处标记其到达时间。
（3）Follow_Up以广播方式从主时钟节点发出；Delay_Resp以点对点方式从主时钟发出。
这两个报文不需要进行时间标记。
（4）所有报文（包括时钟同步报文和管理报文）使用特定的UDP目的端口发送（表1-1）。
端口类型目的取值事件端口（EventPort）传输Sync、Delay_Req319通用端口（GeneralPort）传输Follow_Up、Delay_Resp和Management320表1-1IEEE1588报文UDP目的端口针对上述特点，所设计的同步报文检测器只需识别Sync()和Delay_Req()就可以了。
这可通过检测UDP目的端口319实现，当然此时还需要应用程序配合，根据control域（如果control域为PTP_SYNC_MESSAGE，则说明报文为Sync；如果control域为PTP_DELAYREQ_MESSAGE，则说明报文为Delay_Req。
基于IEEE 1588的同步以太网实现方案
基于IEEE 1588的同步以太网应用解决方案1 背景IP化是未来网络业务的发展趋势，而以太网以其优越的性价比、广泛的应用及产品支持，成为以IP为基础的承载网的主要发展方向。
在部署电信级以太网时，如何解决时钟同步问题是一个要考虑的方面。
对分组网络的同步需求有两个方面：一是，分组网络可以承载TDM 业务，并提供TDM业务时钟恢复的机制，使得TDM业务在穿越分组网络后仍满足一定的性能指标；二是，分组网络可以像TDM网络一样，提供高精度的网络参考时钟，以满足网络节点或终端的同步需求。
同步以太网（SyncE）就是最新的标准解决方法。
在SyncE中，以太网采用与SONET（同步光纤网络）/SDH（同步数字系列）相同的方式，通过高品质、可跟踪一级基准时钟信号同步其位时钟。
2006年，国际电信联盟在其G.8261中描述了SyncE概念。
2007年，在G.8262中对SyncE的性能要求进行了标准化，规定了同步以太网网络设备中使用的时钟的最低性能要求。
IEEE在2002年发布了IEEE 1588标准，该标准定义了一种精确时间同步协议(PTP)，2005年又制定了新版本的IEEE 1588，即IEEE 1588v2。
2 相关标准与协议2.1 IEEE 1588IEEE 1588通过硬件和软件配合获得更精确的定时同步；在传输时间时钟信号时无需额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，既简化了组网连接，又降低了成本。
IEEE 1588在技术规范中特别定义了一套基于消息的同步协议，通过周期性地发布带有时间戳的信息包，可以使各个测控节点的时钟得到校正，从而实现整个系统的同步运行。
其实现原理如图1所示。
图1 时钟误差校正原理首先，主时钟节点周期性(一般为2 s)地向整个系统发送同步包(Sync)，接着将同步包时间戳打包再发送同步跟随包(Follow Up)。
当各从时钟节点收到主时钟节点发来的同步包和同步跟随包后，依据各自时间戳、接收同步包时间戳和解析同步跟随包的时间戳，计算主从时钟差值；并用这个差值调整自身时钟，直到与主时钟同步为止。
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术关键字：基站数字示波器光纤测试仪光谱仪自动化测试基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
1引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M提高到100M，GE，10GE。
40GE，100GE正式产品也将于200 9年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP网络上就可以随时使用其提供的业务。
但是，只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前，电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms之内，现行的互联网网络时间协议NTP（Network Time Prot ocol），简单网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
2 IEEE 1588PTP介绍IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clo ck Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
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承 载 网 的 主要 发 展 方 向 。在 钟 同 步 问题 是 一 个 要 考 虑 的 方 面 。对 分 组 网络 的 同
步 需 求 有 两 个 方 面 ： 是 ， 组 网 络 可 以 承 载 ＴＤＭ 业 务 ， 一 分
同步 ； 在传 输 时 间时 钟 信 号 时 无 需 额 外 的 时 钟 线 ， 然 使 仍
用 原来 以 太 网 的 数 据 线 传 送 时 钟 信 号 ， 简 化 了组 网 连 既
接 ， 降低 了成 本 。 又 Ｉ Ｅ１８ ＥＥ ５ ８在 技 术 规 范 中特 别 定 义 了 一 套 基 于 消 息 的 同步 协 议 ， 过周 期 性 地 发 布 带 有 时 间 戳 的 信 息 包 ， 通 可 以使 各 个 测 控 节点 的 时钟 得 到校 正 ， 而 实 现 整 个 系统 的 从 同步 运 行 。其 实现 原 理 如 图 １所 示 。首 先 ， 主时 钟 节 点 周 期 性 （ 般 为 ２ ｓ 地 向整 个 系 统 发 送 同 步 包 （ ｙ ｃ ， 着 一 ） Ｓ ｎ） 接
并 提 供 ＴＤＭ 业 务 时 钟 恢 复 的 机 制 ， 得 ＴＤＭ 业 务 在 穿 使
越 分 组 网 络后 仍 满 足 一 定 的性 能 指 标 ； 是 ， 组 网 络 可 二 分
以像 ＴＤＭ 网络 一 样 ， 供 高 精 度 的 网 络 参 考 时 钟 ， 满 提 以 足 网络 节 点 或 终端 的 同步 需 求 。
ＷｕＭｉｌ ｎ Ｓｉ ｕａ ｇ， ｈ ｎ ｈｎ ， ｈｎＹｂ ｎｉ ｇ ， ｈ ｇ ｎ２ Ｚ ａ ｇ ｅ￣ Ｓｅ ｉｏ ａ Ｘ Ｓ
（ ．Ｓ ｈ ｏ ｆＩｆ ｒ ｔ ｎ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ， ｈ ｊ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｈａ ｇ ｈ ｕ３ ０ １ １ ｃ ｏ ｌｏ ｎｏ ｍａｉ ｎ ｉｅ ｒｎ Ｚ ｅｉ ｇＵｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎ ｚ ｏ １ ０ ４，Ｃｈｎ ； ｏ ａ ｉａ
２ 相 关 标 准 与 协 议 １ 背 景
Ｉ Ｐ化 是 未 来 网 络 业 务 的 发 展 趋 势 ， 以 太 网 以 其 优 而 越 的性 价 比 、 泛 的 应 用及 产 品支 持 ， 为 以 Ｉ 广 成 Ｐ为 基 础 的
２． ｌ １ ＥＥＥ １ ８ ５ ８
Ｉ ＥＥ １ ８ Ｅ ５ ８通 过 硬 件 和 软 件 配 合 获 得 更 精 确 的 定 时
同步 以太 网 （ ｙ ｃ 就 是 最 新 的 标 准 解 决 方 法 。 在 Ｓ ｎ Ｅ） Ｓ ｎＥ 中 ， 太 网 采 用 与 Ｓ ｙｃ 以 ＯＮＥ 同 步 光 纤 网 络 ） Ｓ Ｔ（ ／ ＤＨ （ 步数 字系 列 ） 同 的 方 式 ， 过 高 品 质 、 跟 踪 一 级 基 同 相 通 可
２ ｈ ｊ ｎ ｉｅ ｓ ｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ３ ．Ｚ ｅｉ ｇＵｎｖ ｒｉ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ； ．Ｈａ ｇ ｈ ｕ ＡＯＢ Ｔｅｅｏ Ｃｏ Ｌｔ． ａ ｔ ｎ ｚ ｏ Ｏ ｌｃｍ ．， ｄ ）
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｈ ｏ ｅ ｆｓ ｎ ｈｒ ｏｕ ｈｅ ｎｅ ｓｒ ｃ ： ｅ ｃ ｎｃ ｐｔｏ ｙ ｃ ｏｎ ｓＥｔ ｒ ｔ，Ｉ ＥＥＥ ５ ｔ ｎｄ ｄ ａ ｄ ｓ ｃ ｏ ｕｓｐｒ ｔ ｏｌ ｒ ｎｔ ｏ ｕｃ ｄ． Ｔｈｅ ｐ ｉ ｃｐｌ ｎ ｅ ｈ １ ８８ ｓａ ａｒ ｎ ｙｎ ｈｒ ｎｏ ｏ ｏｃ ｓａ ｅｉ ｒ ｄ ｅ ｒｎ ｉ ｅ ａ ｄ ｍ ｔ
关 键 词 ：同步 以 太 网 ；Ｉ Ｅ ５ ８；Ｓ５ １ ；ＤＰ ３ ４ Ｅ Ｅ１８ ｉ３ ５ ８ ６０
中 图分 类 号 ： ３ ６ ＴＰ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｈ ｎ ｍ ｐ ｅｍｅ ｔ ｔｏ ｓ ｄ ｏ ＥＥＥ １ ８ 鲞 ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ Ｅｔ ｅｒ ｅｔＩ ｌ ｎ ａ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ Ｉ ８ ５
基 于 Ｉ Ｅ ８的 同步 以太 网 实 现 方 式 Ｅ Ｅ １８ ５
吴 敏 凉 ’石 旭 刚 ， ， 张胜 沈 一 波 ’ ，
（ ．浙 江工 业 大 学 信 息 工 程学 院 ， 州 ３ ０ １ ； ２ １ 杭 １ ０ ４ ．浙 江工 业 大 学 浙江 省 光 纤 重 点实 验 室 ； ３ ．杭 州 奥 博 通信 有 限 公 司 ）
摘 要 ：阐述 同步 以 太 网的 概 念 ； 绍 Ｉ Ｅ ５ ８标 准 和相 关 同 步协 议 ， 介 Ｅ Ｅ １８ 以及 实现 分 布 式 网络 化 系统 精 确 时钟 同步 的 原 理
和 方 法 ； 绍 了 ２款 常 用 的基 于 Ｉ Ｅ ５ ８的 同步 以太 网芯 片 ， 给 出 了具 体 应 用 实例 。 介 Ｅ Ｅ１８ 并