1558v2協(xié)議及其在無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用

張麗玲

摘 要：本文介紹同步網(wǎng)及1558v2協(xié)議的相關(guān)技術(shù)，在傳輸承載網(wǎng)中采用1558v2協(xié)議作為同步時(shí)鐘信號(hào)，為無線提供同步定時(shí)，減少基站GPS的投資。

關(guān)鍵詞：1558v2；頻率同步；相位同步；時(shí)間同步

目前我國(guó)的無線基站主要是通過GPS系統(tǒng)來進(jìn)行授時(shí)和定位。由于GPS系統(tǒng)是由美國(guó)軍方開發(fā)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性無法得到保證，GPS網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)及調(diào)整等變化會(huì)隨時(shí)影響到我國(guó)無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。因此，無線網(wǎng)絡(luò)全部依靠GSP進(jìn)行授時(shí)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，網(wǎng)絡(luò)安全沒有切實(shí)的保障，必須采用更為安全可靠的方式來解決基站的同步授時(shí)問題。

目前無線系統(tǒng)中時(shí)間同步的解決方案是采用GPS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步。采用GPS同步的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間同步。頻率同步可以保證基站射頻的穩(wěn)定性小于±0.05ppm，時(shí)間同步的最大偏差不超過3us。采用GPS同步的缺點(diǎn)是施工難度大、失效率高，無失效備份保護(hù)等。

1 時(shí)鐘相關(guān)知識(shí)

同步指兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)之間，在頻率或相位上保持某種特定關(guān)系，即兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)在相對(duì)應(yīng)的有效瞬間，其相位差或頻率差保持在約定的允許范圍之內(nèi)。

同步包括頻率同步和時(shí)間同步兩個(gè)概念：

頻率同步，也稱時(shí)鐘同步，是指信號(hào)之間的頻率或相位上保持某種嚴(yán)格的特定關(guān)系，其相對(duì)應(yīng)的有效瞬間以同一平均速率出現(xiàn)，以維持通信網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備以相同的速率運(yùn)行。

時(shí)間同步，是指信號(hào)之間的時(shí)間、時(shí)刻保持一致，以維持通信網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備以相同的速率運(yùn)行。授時(shí)就是“對(duì)表”。通過不定期的對(duì)表動(dòng)作，將本地時(shí)刻與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻相位同步（中國(guó)的授時(shí)中心是陜西蒲城）。

2 1558v2關(guān)鍵技術(shù)

IEEE1588v2的全稱是：網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議用于精確同步分布式網(wǎng)絡(luò)通訊中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其基本構(gòu)思為通過硬件和軟件將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)時(shí)鐘與主控機(jī)的主時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步。

2.1 IEEE1588v2概述

IEEE 1588v2定義了以太網(wǎng)絡(luò)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議，精度可以達(dá)到亞微秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間（相位）同步。

IEEE 1588v2協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)可以分為四個(gè)：主從同步原理、透明時(shí)鐘TC模型、時(shí)戳處理、最佳主時(shí)鐘（BMC）算法。

同步原理：Master和Slave端采用Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp協(xié)議報(bào)文通告精確的時(shí)間戳，通過BMC算法選出最佳時(shí)鐘源，完成頻率和時(shí)間同步。

2.2 IEEE1588v2網(wǎng)絡(luò)模型

Ordinary Clock普通時(shí)鐘。OC模型只能接收時(shí)間，用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間源或時(shí)鐘宿，不能同時(shí)作為始端和終端。OC模型對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的純粹時(shí)鐘源和時(shí)鐘宿。

Boundary Clock邊界時(shí)鐘。BC模型相當(dāng)于時(shí)間中繼器，是OC兩種類型的混合體，既可以恢復(fù)時(shí)鐘，又可以作為時(shí)鐘源往下游傳遞時(shí)鐘。BC模型對(duì)應(yīng)處于中間位置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

Transparent Clock透明時(shí)鐘。TC模型自身不恢復(fù)時(shí)間和頻率，只對(duì)1588v2報(bào)文做延時(shí)修正。TC模型對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中僅需配合處理1588 v2報(bào)文，自身不需恢復(fù)時(shí)鐘的設(shè)備。

2.3 端口狀態(tài)

Master狀態(tài)意味著該端口作為上游端口向下游端口發(fā)送時(shí)鐘信息。Slave狀態(tài)意味著該端口作為下游端口接收上游端口發(fā)送來的時(shí)鐘信息。Passive狀態(tài)意味不轉(zhuǎn)發(fā)sync協(xié)議報(bào)文，不傳遞時(shí)鐘相關(guān)信息，只能處理P2P TC相關(guān)的報(bào)文。

2.4 主從同步原理

同步過程：

⑴t1時(shí)刻主時(shí)鐘發(fā)送syn message報(bào)文，帶t1時(shí)刻信息。t1的時(shí)刻值由Master通過MAC層以下的邏輯直接填充。

⑵t2時(shí)刻從時(shí)鐘接收到syn message報(bào)文。

⑶t3時(shí)刻從時(shí)鐘發(fā)送Req報(bào)文。

⑷t5時(shí)刻主時(shí)鐘發(fā)送Resp報(bào)文，帶t4時(shí)刻信息。

2.5 透?jìng)鲿r(shí)鐘（TC）模型

1588v2增加了TC模型，用于解決報(bào)文在中間站點(diǎn)駐留引起的時(shí)延問題，消除網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部的延時(shí)不確定性。TC分為E2ETC（end-to-end）和P2PTC（peer-to-peer）兩種模式。

E2ETC只計(jì)算設(shè)備內(nèi)部時(shí)延，推薦鏈形網(wǎng)絡(luò)使用；P2PTC同時(shí)計(jì)算設(shè)備內(nèi)部及鏈路時(shí)延，推薦MESH網(wǎng)絡(luò)使用。

2.6 最佳主時(shí)鐘（BMC）算法

BMC算法，目的是避免同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)時(shí)鐘源或者沒有時(shí)鐘源。BMC通過Announce報(bào)文宣告各端口上的時(shí)鐘源信息，BMC算法通過維護(hù)本地獲得的時(shí)鐘數(shù)據(jù)組，按嚴(yán)格時(shí)鐘等級(jí)選擇出最佳時(shí)間源，并確定端口狀態(tài)。BMC算法對(duì)整網(wǎng)時(shí)鐘生成時(shí)鐘樹，產(chǎn)生一級(jí)級(jí)的主從關(guān)系，從時(shí)鐘同步主時(shí)鐘，從而消除時(shí)鐘環(huán)路。

3 1558v2在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

時(shí)間同步網(wǎng)由三部分組成：時(shí)間服務(wù)器從衛(wèi)星接收時(shí)間信號(hào)、進(jìn)行時(shí)間分配并提供保持功能；傳輸網(wǎng)絡(luò)從時(shí)間服務(wù)器獲取時(shí)間源，通過1588v2時(shí)間協(xié)議進(jìn)行時(shí)間信息的傳送；基站通過傳輸設(shè)備獲取高精度時(shí)間同步信號(hào)。

每個(gè)本地網(wǎng)配置主用和備用兩臺(tái)時(shí)間服務(wù)器，時(shí)間服務(wù)器連接本地頻率同步網(wǎng)BITS設(shè)備，頻率溯源一級(jí)基準(zhǔn)鐘PRC。

傳輸網(wǎng)絡(luò)選擇合適的核心層設(shè)備分別接入到本地的主備用時(shí)間服務(wù)器和頻率同步網(wǎng)BITS設(shè)備，獲取時(shí)間和頻率源。

本地傳輸網(wǎng)絡(luò)所有OTN和PTN設(shè)備應(yīng)支持并開通基于1588v2的時(shí)間同步和基于同步以太網(wǎng)的頻率同步傳送功能，為無線基站提供時(shí)間信號(hào)。

基站設(shè)備通過以太網(wǎng)接口從PTN設(shè)備傳遞的同步以太獲取頻率信號(hào)，從1588v2協(xié)議獲取時(shí)間信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。

1588v2拓?fù)湟?guī)劃：

傳輸鏈路的最長(zhǎng)跟蹤路徑不能超過30跳；核心層和匯聚層的節(jié)點(diǎn)必須保證至少有兩個(gè)參考源，接入層節(jié)點(diǎn)盡量保證有兩個(gè)參考源，通常只有在和基站對(duì)接的末端節(jié)點(diǎn)處，可能存在單鏈的情況；所有1588v2節(jié)點(diǎn)必須都開啟BMC算法，由BMC協(xié)議自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)路徑和防止成環(huán)。

4 結(jié)論

在傳輸系統(tǒng)中開通基于1588v2的時(shí)間同步和基于同步以太網(wǎng)的頻率同步傳送功能，可以為無線基站系統(tǒng)提供高精度的同步定時(shí)信號(hào)，提高無線網(wǎng)絡(luò)安全性，同時(shí)減少每基站GPS投資建設(shè)，為基站快速開通提供保證。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中國(guó)移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)移動(dòng)高精度時(shí)間同步設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（QB-B-018-2010）.

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