PTN 分组时钟技术

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1、Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Internal Use OnlyPTN PTN 分组时钟技术分组时钟技术Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 1前言l分组网络原来只是为传送分组数据而设计的，网络节点间不需严格同步，传统包交换网络是一个异步网络。l随着电信分组化趋势的急速发展，分组网络的应用越来越广泛，分组承载网络也必须承担起原来TMD网络传送时钟的任务。l为了满足新兴分组网络的同步需求，需要

2、分组网络也能够实现网络同步，为此，各种组织制定了多种技术方案和标准。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2培训目标l学完本课程后，您应该能：p描述分组网络同步的意义p理解ACR基本原理p理解同步以太技术基本原理p理解1588v2基本原理Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3目 录l1. IP网络同步概述l2 . ACRl3 . 同步以太网l4 . IEEE 1588v2Copyrigh

3、t 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4目 录l1. IP网络同步概述网络同步概述l2 . ACRl3 . 同步以太网l4 . IEEE 1588v2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5同步的基本概念同步的基本概念 l同步的定义p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。l同步的分类频率同步时间同步（相位

4、同步）Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6同步的意义同步的意义l如果网络中时钟严重不同步，则会产生如下后果：p业务误码率急剧升高p指针调整频繁p各种告警器疯狂上报p关键芯片突然失效Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7无线网络的同步需求无线网络的同步需求 无线制式时钟频率精度要求时钟相位同步要求GSM0.05ppmNAWCDMA基站0.05ppmNATD-SCDMA0.05ppm3u

5、sCDMA20000.05ppm3usWiMax FDD0.05ppmNAWiMax TDD0.05ppm1usLTE0.05ppm倾向于采用时间同步Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 8分组网络同步解决方案分组网络同步解决方案l分组网络面临的问题p传统的PSN为异步网络，节点间不存在同步关系p在PSN中传送数据包，数据包到达目的节点的延时存在不确定性（延时抖动）l业界几种实现PSN同步的主流技术方案pACR(G.8261标准)nCES_ACRnTOP_ACR(自适应)p以太网物理层同步（

6、G.8262/G.82623/G.8264等标准）pIEEE PTP 1588V2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9分组时钟技术概述分组时钟技术概述分组时钟分组时钟物理层时钟物理层时钟同频同频同频同相同频同相CES_ACRTOP_ACR1588v21588v1NTPSyn_EthE1/SDHCopyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10问 题l目前业界有哪些在分组网络中实现同步的技术?C

7、opyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11目 录l1. IP网络同步概述l2 . ACRl3 . 同步以太网l4 . IEEE 1588v2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12ACRACR时钟技术概述时钟技术概述lACR（Adaptive clock recovery）p将本地时钟（timing）信息根据一定的封装格式放入分组数据报文（业务报文/专用报文）中发送，在接受端从分组数据中恢

8、复时钟时，通过算法和封装格式尽量规避PSN传送过程中所带来的损伤。l自适应的含义就是不需源端设备参与时钟恢复，由宿端设备自行恢复同步信息。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13ACRACR的基本实现过程的基本实现过程l根据FIFO队列的长度调整输出时钟频率p 队列过长加快提取频率 p 队列过短减慢提取频率p 对丢包很敏感产生携带时产生携带时钟信息的钟信息的Timing包包时钟源fTiming包队列包队列时钟源f网络网络接口接口时钟时钟处理处理模块模块分组网络分组网络Copyright 2

9、008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14CES_ACRCES_ACR技术简介技术简介lCES_ACR是基于CES电路仿真技术（业务报文）的自适应时钟同步方式。l时钟恢复过程p 在Ingress侧PE设备上，从TMD接口提取时钟，以获取的时钟频率发送CES业务报文。p在Egress侧PE设备上，CES芯片根据CES业务接收缓冲区的变化情况恢复出原始的TMD时钟频率。 BTSE1E1/Ch STM-1TDM+时钟时钟TDM+时钟时钟IP/MPLSCES从TDM接口提取时钟根据CES业务中的信息恢复业务时钟PTNPT

10、NCopyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15CES_ACRCES_ACR应用场景应用场景l基站通过E1接口（可经过微波设备）由PTN作为网关接入异步分组网络。lRNC侧PTN设备作为CES_ACR时钟源，基站侧PTN设备采用自适应算法对RNC侧的时钟信息进行恢复，保证了无线网络同步。NB/BTSNB/BTSBTSBTSBTSBTSBTSPTNPTNNB/BTSPTNBTSE1MWE1E1MWMW异步异步IP网络网络Copyright 2008 Huawei Technologies Co.,

11、 Ltd. All rights reserved. Page 16TOP_ACRTOP_ACR技术简介技术简介l时钟恢复过程p在Ingress侧PE设备上，以固定的频率发送包括Timing信息的分组报文。p在Egress侧PE设备上，接收端连续监测存储在FIFO存储器中的报文信息量偏差，用时钟恢复算法跟踪线路时钟频率。BTSE1E1/Ch STM-1TDM+时钟时钟TDM+时钟时钟IP/MPLSCES从TDM接口提取时钟根据CES业务中的信息恢复业务时钟PTNPTNCopyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved

12、. Page 17ACR/TOPACR/TOP优缺点分析优缺点分析优点优点缺点缺点lACR时钟可以实现与异步包网络相连的同步包网络的同步。l支持PSN网络透传，不要求中间设备支持，运用灵活l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QoSl技术不成熟l不能支持时间（相位）同步Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18问 题l思考题：能使用ACR技术为TD_SCDMA网络提供同步么？Copyright 2008 Huawei Technolog

13、ies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19目 录l1. IP网络同步概述l2 . ACRl3 . 同步以太网同步以太网l4 . IEEE 1588v2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20同步以太技术概述同步以太技术概述l同步以太技术p通过直接利用以太网物理层面上的特性，从串物理层的串行数据码流恢复时钟达到包网络全面同步，与上层业务无关，不受网络负载影响。l同步过程p通过从以太网线路上的串行码流里提取时钟并选源后，时钟锁相环跟踪其中一个以太网线路

14、时钟，产生系统时钟，通过系统时钟作为以太网物理层发送时钟用于发送数据来实现时钟向下级传递。E1fSource (2Mhz)PHYGE/FE/E1/STM-1Master clockEthernetMACMACPHY8B/10B CodingBTSNodeBE1/FERNC/BSCCopyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21同步以太技术实现过程同步以太技术实现过程lStep1：根据网络串行码流从线路上恢复物理层的时钟。p 实现方式：n1、从PHY芯片恢复时钟。n2、从CDR恢复时钟。lStep2

15、：同步以太网提取最优时钟作为系统时钟源，在下发给各单板。PHYPHYPHY 时钟板时钟板系统时钟系统时钟PHY提取时钟提取时钟Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22同步以太技术应用场景同步以太技术应用场景BTSBTSBTSE1BTSBTSBTSBITSBITSE1GEGEGEFEFEE1FEFEE1GEE1GE Ring场景一：链型网络场景一：环型网络Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pag

16、e 23同步以太同步以太SSMSSM报文报文 ITU-T G.8264ITU-T G.8264Octet numberSizeField1-66 octets固定填充IEEE Std 802.3Slow Protocols multicast address: DA=01-80-C2-00-00-02(hex)7-126 octetsSA:填充软件全局配置值13-142 octets固定填充：Slow Protocol Ethertype=88-09(hex)151 octets固定填充：Slow Protocol Subtype=0A(hex)16-183 octets固定填充：ITU-OU

17、L=00-19-A7(hex)19-202 octets固定填充：ITU Subtype=Ox0001214 octetsVersion：填充软件全局配置值1bits分类填充：Event flag：0代表Information PDU;1代表Event PDU3bitsReserved：固定填充全022-243 octetsReserved：固定填充全025-12436-1490octetsData：QL TLVType（1Byte） 类型：0 x01；Length（2Byte）长度：0 x04；SSM扩展信息（4bit）/SSM code(4bit).QL-EECI 相当于G.813 Opt

18、ion 1的QL-SEC,QL-EEC2相当于G.812的Type IV clock。Padding：（必须是整数字节）若5秒未是收到同步以太Information报文，上报中断。125-1284 octetsFCS表Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24同步以太技术优缺点分析同步以太技术优缺点分析优点缺点l时钟恢复质量接近SDH的水平，达到0.01ppm。l受PSNA网络影响较小，可靠性较高。l系统时钟架构与SDH方案相似，实现技术成熟。l需要在全网节点部署，改造成本较高。l不能支持时

19、间（相位）同步。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25问 题l请思考：在部署同步以太网技术时，哪些方面需要注意?Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 26目 录l1. IP网络同步概述l2 . ACRl3 . 同步以太网l4 . IEEE 1588v2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pa

20、ge 271588v21588v2技术概述技术概述lIEEE 1588v2p是网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，采用PTP（精密时钟同步）协议机制，精度可以达到亚微秒级，实现频率同步和时间（相位）同步。lIEEE 1588v2协议的关键技术点可以分为三个pBMC（最佳主时钟）算法p主从同步原理p透明时钟TC模型l1588v2采用握手的方式，利用精确的时间戳完成频率和时间同步。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 281588v21588v2网络设备模型网络设备模型lOC: Ordin

21、ary clockpOC模型用于整个网络的时间源或时钟宿，不能同时作为始端和终端。pOC模型对应网络的纯粹时钟源和时钟宿lBC：Boundary clockpBC模型相当于时间中继器，是OC两种类型的混合体，既可以恢复时钟，又可以作为时钟源往下游传递时钟pBC模型对应处于中间位置的网络节点lTC：Transparent ClockpTC模型自身不恢复时间和频率，仅作1588相关报文的处理及传递pTC模型对应网络中仅需配合处理1588v2报文，自身不需恢复时钟的设备 Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

22、 Page 291588v2设备端口状态lMasterpMaster状态意味着该端口作为上游端口向下游端口发送时钟信息pOC和BC模型中都可以存在Master端口状态，但BC可以同时存在Slaver端口状态lSlaverpSlaver状态意味着该端口作为下游端口接收上游端口发送来的时钟信息pOC和BC模型中都可以存在Slaver端口状态，但BC可以同时存在Master端口状态lPassivepPassive状态意味着该端口作为透明端口往下游端口传送上游端口发送来的时钟信息，但自身不用。pPassive端口状态只在TC模型中存在 Copyright 2008 Huawei Technologie

23、s Co., Ltd. All rights reserved. Page 30设备模型、端口状态示例设备模型、端口状态示例M：MasterS:SlaverP:PassiveBC1S2M3MMOCSOCPTCPBC1S2M3MMOCSOCPTCPP TC PCopyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31主从同步主从同步l同步过程p1.t1时刻主时钟发送syn essage报文，带t1的时刻值由Master通过MAC层直接下插到Syn Message报文中通知Slaver。p2.t2时刻从时钟接收

24、到syn essage报文。p3.t3时刻从时钟发送Req报文。p4.t5时刻主时钟发送Resp报文，带t4时刻信息。 MasterSlaverData at slaver clockt1 、t2t1 、t2、t3t1 t4t5Delay_RespSyn messagDelay_Reqt2t6t3t1 、t2、t3、t4Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32主从同步主从同步l在网络中存在着offset和delaypOffset：主时钟和时钟的时间差pDelay： 网络传输造成的延迟时间l

25、Offset和Delay的计算方法pt2-t1=Delay-Offsetpt4-t3=Delay+OffsetpOffset=(t4-t3)-(t2-t1)/2pDelay=(t4-t3)+(t2-t1)/2Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 331588v21588v2其它关键技术其它关键技术lBMC（Best Master clock）算法pBMC（Best Master clock）算法通过announce报文，系统中每个时钟独立运算确定最佳时钟源pBMC是周期性的，会不断调整网络时

26、钟。p算法比较复杂lTC模型p用于解决报文传送过程中的时延问题。TC有E2E-TC和P2P-TC两种模式pE2E-TC只计算设备时延，用于节点不同步场景pP2P-TC同时计算设备及链路时延，用于节点同步场景l时戳（TS-Time stamp）：是用于标记报文的进出端口时间的关键技术p1588V2将时戳处理下到了MAC层，极大提高了时戳的精确性Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34IEEE 1588v2应用场景l实现同步的网络场景与以太网物理层同步技术类似，需要全路径上的设备均支持该协议。

27、l最大的优点是能够实现网络的频率与时间同步需求，达到亚微秒级的时钟精度。l满足需要时间同步的无线网络场景要求。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 351588v21588v2优缺点分析优缺点分析优点缺点l时钟恢复质量好，最佳情况能达到亚微秒级的水平l可以实现频率、时间（相位）同步，满足移动网络切换的需求。l协议标准化，支持不同厂家对接。lPTN可以实现同步以太到l1588V2的平滑升级。l需要时钟链路所有设备支持，网络改造成本较高。Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36问 题l1588V2有哪几种设备模型？ Copyright 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37总 结l频率、时间同步/无线网络对同步的需求lACR实现原理与应用l同步以太技术优缺点l1588v2的主要特点谢谢