PTN 1588v2时间同步技术分析
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。
基于OTN的1588v2时间同步传送技术及其应用
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 。
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。
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。
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。
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。
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。
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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。
与BC带外模式相比，带内模式下PTN与RNC、基站的同步接口为PTP接口，此时RNC、基站必须支持PTP处理，并运行OC模式[基站要求]，其中RNC运行主PTP模式，NodeB运行从PTP模式。
其余方面同BC带外模式。
3 TC模式
TC模式下，仅每个主从同步链的首末节点运行主从PTP模式，中间节点运行TC模式。
和BC模式一样，TC模式也分带外和带内两种，下面主要介绍带外模式。
图2所示为TC带外模式，假设已建立A－D－E、A－D－C－F和A－D－C－F－G三条主从同步链，可以看出仅节点A运行主PTP模式，节点E、F、G运行从PTP模式，其余节点运行TC模式。
节点F同时运行TC模式和从PTP模式，因为此节点F既是A－D－C－F－G主从同步链中的中间节点，又是A－D－C－F的末节点。
TC带外模式的特点为：
⑴仅需要同步的首末节点分别工作在主/从PTP模式；
⑵在一个时间同步域内，仅有一个主PTP设备，各个从PTP设备同步到该主PTP设备（即图2中一个Master要对应多个从Slave）；
⑶PTN内的中间节点需运行TC时钟模式，在实际组网应用中，PTN大多为环型网，因此，可能某些节点的PTN设备需要同时运行TC模式和从PTP模式（如图2中的节点F），这增加了设备的复杂度；
⑷处于主PTP工作模式的PTN设备，要处理来自每个从时钟节点的PTP信息包，因此，这对其CPU处理能力要求非常高，否则将造成丢包或延时；
⑸处于TC工作模式的PTN节点，要计算出每个PTP事件信息包通过此节点的驻留时间，这需要解决节点内PTP端口记录的时戳与其他PTP端口之间传递的问题；
⑹在节点失效的情况下，无法采用BMC算法重新建立主从同步链。
4 BC、TC模式的比较
BC和TC模式均可实现时间同步，根据以上介绍，两种模式的进一步比较见表1。
从表1来看，BC模式显然更适合PTN。
目前，中国移动关于PTN和时间同步的规范均要求首推BC模式。
5 烽火通信PTN时间同步的应用
⑴全网同步解决方案
在大型本地网或城域承载网中多采用OTN＋PTN的组网方式，如图3所示。
此时涉及到OTN 对时间同步的支持和传送，核心层PTN设备将时间同步信息通过OTN传送到汇聚层PTN设备，烽火通信同时支持OTN＋PTN的时间同步传送方案。
⑵性能
现网测试表明，该方案时间精度长期稳定（小于0.1µs），远小于3G要求的±1.5µs。
在中国移动集团的测试中测试20跳，精度小于0.1µs。
⑶技术优势
烽火通信PTN设备采用BC模式，并利用同步以太技术实现频率同步，时间同步精度高，还支持SSM报文和BMC算法，在主用时钟线路中断的情况下可快速自动倒换到备用线路。
⑷丰富的接口
该方案支持外时间同步接口——1PPS+ToD接口，基站无需支持1588v2协议，还支持PTP接口——带内FE、GE、10GE接口，业务和时间信息通过同一接口传递，满足各类基站的需求。