謝德達(dá)

【摘要】 隨著3G移動(dòng)通信的大范圍普及，PTP時(shí)間同步開(kāi)始大規(guī)模在核心網(wǎng)部屬，而目前PTP非對(duì)稱(chēng)性的補(bǔ)償方法主要靠人工測(cè)量。這里討論一種自動(dòng)計(jì)算非對(duì)稱(chēng)性的方法，幫助實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路的靈活部署和傳輸路徑變更后的同步性能保持。在PTP傳輸路徑兩端各增加一個(gè)光開(kāi)關(guān)，從時(shí)鐘獲得了t1，t2，t3，t4后，切換兩端開(kāi)關(guān)以交換收發(fā)通道，從時(shí)鐘可獲得第二組t1，t2，t3，t4。由此可計(jì)算出收發(fā)通道各自的時(shí)延和主從時(shí)鐘偏差。試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，只要保證光開(kāi)關(guān)連接收發(fā)器件的光纖跳線(xiàn)基本等長(zhǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)精確時(shí)間同步，誤差不超過(guò)30ns。

【關(guān)鍵詞】 PTP 1588V2 時(shí)間同步 非對(duì)稱(chēng)性 時(shí)鐘偏差 延時(shí) 光開(kāi)關(guān)

IEEE 1588V2 定義了兩種時(shí)鐘同步模型：端到端（end-to-end）和對(duì)等（peer-to-peer）模型。這里只討論端到端模型（two-step），主從時(shí)鐘的信息交換流程如圖1所示：

1、主時(shí)鐘在t1時(shí)刻發(fā)出sync報(bào)文，并在物理層打時(shí)戳——該時(shí)戳信息被封裝在Follow_up報(bào)文中跟在sync報(bào)文后面發(fā)送。

2、從時(shí)鐘在t2時(shí)刻收到sync報(bào)文，并在物理層打時(shí)戳——該時(shí)戳信息被送往從時(shí)鐘時(shí)間處理單元；從時(shí)鐘接著收到帶有t1時(shí)間信息的Follow_up報(bào)文。此時(shí)從時(shí)鐘的時(shí)間處理單元收集到t1和t2兩個(gè)時(shí)間信息。

3、從時(shí)鐘在t3時(shí)刻發(fā)送Delay_Req報(bào)文，并在物理層打時(shí)戳。此時(shí)從時(shí)鐘的時(shí)間處理單元收集到t1，t2和t3三個(gè)時(shí)間信息。

4、主時(shí)鐘在t4時(shí)刻收到Delay_Req報(bào)文，并在物理層打時(shí)戳——該時(shí)戳信息被封裝在Delay_Resp報(bào)文中發(fā)送。從時(shí)鐘收到Delay_Resp報(bào)文后，遍獲得了t1，t2，t3和t4四個(gè)時(shí)間信息。

從時(shí)鐘獲得4個(gè)完整時(shí)間信息后開(kāi)始計(jì)算，根據(jù)：

t2- t1 = t_ms+t_offset； （1）

t4 -t3 = t_sm-t_offset； （2）

t_ms為主時(shí)鐘到從時(shí)鐘發(fā)送方向的傳輸時(shí)延，t_sm為從時(shí)鐘到主時(shí)鐘發(fā)送方向的傳輸時(shí)延， t_offset為從時(shí)鐘跟主時(shí)鐘的時(shí)間偏差。

假設(shè)t_ms與t_sm相等，則可以通過(guò)這兩個(gè)方程計(jì)算出時(shí)延和偏差，并用得到的偏差調(diào)整從時(shí)鐘的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)從時(shí)鐘與主時(shí)鐘的時(shí)間同步。

1588V2協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的一個(gè)前提假設(shè)就是收發(fā)通道傳輸時(shí)延相等，否則2個(gè)方程3個(gè)變量無(wú)法求解。但是實(shí)際的傳輸網(wǎng)絡(luò)中，收發(fā)光纖不可能做到等長(zhǎng)，特別在長(zhǎng)距離的傳輸中。根據(jù)公式（1）（2）可以知道：

t_offset=（t2-t1）/2（t4-t3）/2-（t_ms-t_sm）/2 （3）

可見(jiàn)如果t_ms與t_sm不相等，偏差便少計(jì)算了

t_asym=（t_ms - t_sm）/2 （4）

這部分定義為非對(duì)稱(chēng)時(shí)延。實(shí)際光纖傳輸中，1米光纖的傳輸時(shí)延是5ns左右，1公里非對(duì)稱(chēng)時(shí)延便達(dá)到5μS左右。這對(duì)一些高精度時(shí)間同步的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)無(wú)法接受，特別在是中移動(dòng)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中。事實(shí)上傳輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生OLP保護(hù)倒換時(shí)的收發(fā)光纖非對(duì)稱(chēng)性是很容易超過(guò)1公里的，此外經(jīng)過(guò)多跳積累后的非對(duì)稱(chēng)性也很容易超出系統(tǒng)容忍極限。由此可見(jiàn)非對(duì)稱(chēng)性補(bǔ)償非常必要，并且是要求自動(dòng)補(bǔ)償，因?yàn)槭謩?dòng)補(bǔ)償非但不靈活還耗時(shí)——電信級(jí)的應(yīng)用無(wú)法忍受。

從（1）（2）中可知只要有包含三個(gè)變量中的兩個(gè)的第三個(gè)方程，便可求解出t_offset和t_asym。可以設(shè)想在兩個(gè)網(wǎng)元的收發(fā)端各接一個(gè)2 x 2光開(kāi)關(guān)，在從時(shí)鐘獲得t1，t2，t3和t4四個(gè)時(shí)間信息后，交換收發(fā)路徑并再次發(fā)送PTP報(bào)文，如圖2所示：

這樣，從時(shí)鐘可以獲得額外的t1和t2，并且

t2- t1=t_sm+t_offset；（5）

求解（1）（3）（5），可得：

t_asym=（t2-t1）/2-（t2-t1）/2 （6）

t_offset=（t2-t1）/2-（t4 -t3）/2 （7）

從（6）可知，計(jì)算非對(duì)稱(chēng)性只需要t1， t2，t1和t2四個(gè)時(shí)間信息即可?？梢赃@樣設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)自動(dòng)校準(zhǔn)流程：在運(yùn)行PTP協(xié)議之前通過(guò)發(fā)送Syn和Follow_up報(bào)文獲得t1和t2，然后交換收發(fā)通道，再發(fā)送Syn和Follow_up報(bào)文獲得t1和t2。

t_asym獲得后存儲(chǔ)在eeprom中，完成校準(zhǔn)后主從時(shí)鐘執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)PTP協(xié)議便可獲得高精度的時(shí)間同步。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示精度可以控制在30ns以?xún)?nèi)。采用這種補(bǔ)償方式要求每個(gè)PTP物理端口增加一個(gè)2x2光開(kāi)關(guān)硬件并且要求對(duì)端也有同樣的配置和控制算法。