PTP主時鐘（時間同步裝置）是怎樣實作時鐘同步的？

PTP主時鐘（時間同步裝置）是怎樣實作時鐘同步的？

PTP主時鐘（時間同步裝置）是怎樣實作時鐘同步的？

京準電子科技官微——ahjzsz

1、什么是PTP1588v2？

對于無線通信來說，時鐘同步至關重要，是基站正常作業的必要條件，如果同步有問題，輕則切換成功率降低，重則系統無法運行，

從3G/4G以來，隨著連接基站和控制器，核心網的傳輸網路的逐漸IP化，傳統的TDM（時分復用，比如SDH等技術）網路承載的時鐘功能，也必須在新的分組交換網中得以解決，

其實，在IT業界，這個問題早以太網的發展初期便被提了出來，

1985年，以太網被IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣和電子工程師協會）標準化為802.3協議；十年之后的1995年，以太網的資料傳輸速率從10Mbps提高到了100Mbps，在此程序中，計算機和網路業界也在致力于解決以太網的時間同步能力不足的問題，

于是，IEEE便著手制定進行基于分組交換的精密時鐘同步標準，

2000年底，網路精密時鐘同步委員會成立，

2002年底，該委員會制定的同步標準獲得IEEE標準委員會的認證，IEEE1588標準誕生，第一個版本就被稱為1588v1，

2008年初，IEEE組織對1588進行了修訂并重新發布，這個版本就是目前正在廣泛使用的1588v2，可以提供小于100ns的時間同步精度，

IEEE 1588的全稱是“IEEE P1588 DM2.2， Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems”，翻譯為中文就是：“網路測量和控制系統的精密時鐘同步協議”，因此1588協議也被簡稱作PTP（Precise Time Protocol ）協議，

1588協議的基本構思是通過軟硬體配合，記錄同步時鐘資訊的發出時間和接收時間，并給每條資訊都加上時間標簽，有了時間記錄，接收方就可以計算出自己在網路中的時鐘誤差和延時，經過修正之后，就可以實作和網路時鐘源同步的目的，

1588v2組網拓撲

2、1588v2 怎樣實作時鐘同步？

在這樣一個復雜的同步網路中，1588主時鐘（Master）和從時鐘（Slave）主要靠傳遞Sync，Follow_Up，Delay_Req，以及Delay_Resp這幾條訊息來實作同步的，

1588v2主從時鐘間傳遞的報文

1588v2的時鐘具體的同步原理如下圖所示：

1588v2時鐘同步原理

1、主時鐘向從時鐘發出Sync報文，并攜帶自身的時鐘t1；

2、從時鐘收到Sync報文，并標注上該時刻自己的時鐘t2；

3、從時鐘向主時鐘發送Delay_Req報文，并攜帶該時刻自身的時鐘t3；

4、主時鐘收到Delay_Req報文，并注上該時刻自己的時鐘t4；

5、主時鐘向從時鐘發送Delay_Resp報文，并攜帶時鐘t4；

6、假設從時鐘和主時鐘兩者之間的差值為偏移量offset，主時鐘到從時鐘的傳輸時延為t_ms，從時鐘到主時鐘的傳輸時延為t_sm，則有下面兩個等式：

t2 － t1= t_ms + offset

t4 － t3= t_sm － offset

假設雙向時延相同，即：delay = t_ms = t_sm，則可以算出如下結果：

offset = （ （ t2 - t1 ） - （ t4 - t3 ） ） / 2

delay = （ （ t2 - t1 ） + （ t4 - t3 ） ） / 2

有了上述計算結果，然后就可以根據偏移量offset來修正從時鐘，就可以實作同步，

需要注意的是，上述結果存在一個假設，那就是上下行的時延delay是一樣的，且不同報文間的時延也是相同的，

1588v2主要支持如下3種時鐘型別：普通時鐘（Ordinary Clock，OC），邊界時鐘（Boundary Clock， BC），透明時鐘（Transparent Clock，TC）， 其中透明時鐘又可分為E2E（End to End）透明時鐘，也叫E2E-TC； 以及P2P（Pear to Pear）透明時鐘，也叫P2P-TC， 

1588v2支持的時鐘型別

1、普通時鐘（Ordinary Clock，OC）

在一個域中，維護著域內使用的時標，并且只有一個PTP埠的時鐘，普通時鐘要么作為主時鐘提供時鐘源，要么作為最末一級終端，從其他的時鐘源獲取時鐘，而不能作為中間節點把時鐘向其他節點傳遞，

1588v2普通時鐘架構

2、邊界時鐘（Boundary Clock，BC）

邊界時鐘有多個PTP物理通信埠和網路相連，其每個PTP埠和普通時鐘的PTP埠是一樣的，其中的一個埠在收到上級時鐘源的PTP報文后進行終結，然后再生成新的PTP報文并向下傳遞， 

1588v2邊界時鐘架構

3、透明時鐘（Transparent Clock，TC）

透明時鐘作為中間節點，收到PTP報文之后不進行終結，其內部有一個駐留時間橋來計算報文在本節點的駐留時間，并以此來修正時間標簽再向下傳遞，

1588v2透明時鐘

透明時鐘可分為 E2E （End to End ） 透明時鐘，以及P2P（Peer to Peer）透明時鐘，兩者對于PTP報文時延的修正和處理方法不同，在其他方面是完全一樣的， 

E2E-TC

E2E透明時鐘對時延的修正只包含本節點駐留的時間，而P2P透明時鐘對時延的修正除了包含本節點駐留的時間之外，還添加了傳輸路徑上的時延，

 P2P-TC

除了上述的幾種時鐘之外，1588v2還定義了管理節點， 管理節點負責處理PTP管理報文，有一個或者多個物理介面連接網路，可以和任意的時鐘型別組合在一起作業，

3、1588v2有哪些應用場景？

IEEE 1588獨立于物理層，可通過在報文中加入時間標簽來傳遞同步資訊，因此除了頻率同步之外還可以實作時間同步，但在實際應用中由于會受到網路狀態的影響，延時，丟包等都會影響到精度，所以通過交換網路來傳輸時鐘有較多限制，

①全網支持1588v2功能（FTS）

全網支持1588v2功能（FTS，Full Timing Support），是指主時鐘和從時鐘之間的所有傳輸設備都支持1588功能，包括邊界時鐘（BC模式）和透傳時鐘（TC模式）兩種模式，它們的物理拓撲基本相同，僅在PTP協議的處理機制上有所差異，

邊界時鐘模式（BC模式）下的網路中間節點設備有多個1588埠，其中一個埠作為從時鐘和上級時鐘保持同步，其他埠則作為下一級網元的主時鐘，設備收到1588v2報文之后進行終結，然后生成新的報文再向下游傳遞， 

普通時鐘（OC）+邊界時鐘（BC）組網

透傳時鐘（TC模式）下的網路節點設備接收到來自時鐘源的1588v2報文之后不進行終結，而是根據報文的駐留時間和鏈路時延，修正報文的時間戳資訊，并將其傳送給下游設備， 

普通時鐘（OC ） + 透明時鐘（TC ）組網

邊界時鐘模式下，由于分組網路的不穩定性，中間節點不可能百分之百地恢復原始時鐘，而是存在或多或少的誤差，這樣傳遞給下游的時鐘就產生了漂移，并且這樣的漂移還會隨著跳數的增加而不斷累積，而透傳時鐘模式下，中間節點只修正時延，對跳數并不敏感，故其理論上的精度高于邊界時鐘，

然而在實際使用中，由于邊界時鐘模式下的漂移是不定向的，可能不斷累積增大，也可能多個節點之間產生的漂移可能相互抵消，所以實際上兩種模式的精度相當，

②1588v2 ATR（Auto Timing Recovery，自動定時恢復）

對于第一點全網所有傳輸節點都支持1588v2協議的場景，畢竟是理想情況，現實總是和理想有所差距的， 如果主時鐘和從時鐘之間的傳輸節點不支持1588v2協議，還能怎樣實作頻率同步和相位同步嗎？

答案是，可以，但傳輸網中的時延，抖動，丟包都會影響時鐘精度，只能用于傳輸負載較小，主從時鐘之間的跳數較少的非常有限的場景，

③1588v2同步是否可以用于5G？

理論上來說，1588v2可支持高精度的相位同步，基本能夠滿足5G的同步需求，

但實際上，分組傳輸網路需要所有節點都支持PTP協議，組網較為復雜，網路的擁塞，時延，抖動，丟包都會影響時鐘精度，更為重要的是，1588v2同步需要上下行鏈路的時延相等，否則就需要人工校準，這一點在專案實施中非常困難，

因此，5G網路主流的同步方式是GPS或者北斗這樣的GNSS系統，

標籤：其他

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