淺談網(wǎng)絡(luò)精確時間同步—PTP（IEEE1588)

IEEE1588(the Precision Time Protocol 簡稱為 PTP ）全稱是“網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準”，是針對基于工業(yè)以太網(wǎng)的測控系統(tǒng)的時間同步協(xié)議。IEEE1588 協(xié)議是通用的提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定時同步能力的規(guī)范，在起草過程中主要參考以太網(wǎng)來編制，使分布式通信網(wǎng)絡(luò)能夠具有嚴格的定時同步，并且應(yīng)用于工業(yè)自動化系統(tǒng)。IEEE1588標準有 version1 和 version2 兩個版本。

時鐘同步簡單介紹

PTP時鐘同步包括頻率同步和時間同步兩個過程。頻率同步簡單來講就是調(diào)整主從時鐘時間的快與慢，只要維持他們之間的頻率相同不管他們之間的時間相位，只要調(diào)整本地時鐘信號與時鐘源頻率相同，信號在相同瞬間以同一速率出現(xiàn)，而時間同步就是讓主從時鐘有同樣的時間基準，同樣的時刻。時間同步也就是主從時鐘之間不僅頻率同步，相位也要同步。

在很多應(yīng)用中需要全網(wǎng)同步進行數(shù)據(jù)采集，像橋梁狀態(tài)監(jiān)測，大壩監(jiān)測，飛機的靜力實驗，飛機的動態(tài)力學實驗，因為采集點數(shù)非常多，規(guī)模在幾千點甚至上萬點的規(guī)模，采集速度從幾十赫茲到幾百赫茲不等，這些應(yīng)用通過大規(guī)模的時鐘板卡系統(tǒng)統(tǒng)一高精度時鐘。時鐘同步包括時間同步和頻率同步：

時間同步，即要求各點之間的絕對時間相同，比如，我們國內(nèi)都使用北京時間，時間同步設(shè)備就是調(diào)整本地的時間時鐘，使之與北京時間嚴格同步，并使各地之間的時間時鐘誤差維持在很小的范圍內(nèi)，這種時間同步對時間精度的要求不高，這樣的需求實現(xiàn)同步很簡單了。

頻率同步，即要求時鐘頻率（速率）相同或相近即可，不關(guān)心時間點相同。比如在兩個時鐘系統(tǒng)中一個的系統(tǒng)時間是1970-01-01 00:00:00，另一個系統(tǒng)時間是2019-02-02 00:00:00,只要這兩個系統(tǒng)的時鐘頻率一樣就是頻率同步，比如以太網(wǎng)中分時復用傳輸技術(shù)，需要的就是頻率同步，同步以太網(wǎng)(Synce)同步的就是時鐘頻率同步技術(shù)。時鐘同步，不僅僅是要求時鐘頻率同步，也要求時鐘時間（時鐘相位）同步，這要比僅僅是頻率同步復雜，難度要大，不容易控制。

PTP時鐘處理模式

PTP時鐘同步模式可以分為：two-step(也叫兩步法或雙歩模式)和one-step(一步法或單歩模式)，這兩種模式都需要軟件協(xié)議處理和硬件芯片支持。

one-step和two-step報文標記對比如圖：

當選擇two-step時，標記發(fā)送報文時間戳由兩步報文來完成，比如主時鐘發(fā)送Sync同步報文產(chǎn)生的時間戳t1，發(fā)送的時候硬件芯片標記好并存好放到軟件fifo列表中，等建立followUp報文發(fā)送的時候會過來把時間戳t1取走，放到自己的報文時間戳字段里發(fā)送給從時鐘同步。

當選擇one-step模式時，主時鐘在發(fā)送需要標記的報文時直接發(fā)送出去。如主時鐘發(fā)送Sync報文時硬件芯片標記好t1并放到Sync報文時間戳字段直接發(fā)送出去，不需要followUp過來幫它發(fā)送。One-step這種快速處理就需要硬件支持，并且處理損失的時間可以忽略。

PTP的主要應(yīng)用

PTP在鐵路/公路/橋梁狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實質(zhì)是一個同步數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)。比如橋梁兩端同時測量應(yīng)力計算時， 兩端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時鐘就必須高精度同步。鐵路線路無損檢測系統(tǒng)，信號系統(tǒng)更加需要高精度同步。

PTP在計費方面的應(yīng)用

目前計費業(yè)務(wù)自動化使用十分普遍，比如電話計費、寬/窄帶上網(wǎng)計費、智能網(wǎng)業(yè)務(wù)計費，電網(wǎng)計費等這些業(yè)務(wù)平臺計費系統(tǒng)都是需要精準穩(wěn)定的時鐘同步，支持IEEE1588(PTP)交換機就很適合在這些應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中大量部署了。

PTP在信令系統(tǒng)中的應(yīng)用

通信網(wǎng)中任意兩個通信終端之間的通信都離不開信令，信令必須正確執(zhí)行終端用戶之間才能正常通信。IEEE1588(PTP)就很適合滿足這樣的應(yīng)用需求。

PTP在無線基站中的應(yīng)用

無線技術(shù)不同制式對時鐘的承載有不同的需求。所以看到無線基站要提供精確定位業(yè)務(wù)就必須保證基站間設(shè)備保持亞微米級的高精度同步。

產(chǎn)品推薦

Cronet CC-4526 機架式三層100G工業(yè)以太網(wǎng)交換機

支持24個10G SFP+擴展槽，2個100G QSFP28擴展槽

支持MR-Ring快速環(huán)網(wǎng)（自愈時間<20ms），兼容STP/RSTP/MSTP生成樹協(xié)議

支持ACL,對L2-L4層數(shù)據(jù)進行過濾

支持QoS，基于端口的流量監(jiān)管， WRR、DRR、SP、隊列調(diào)度算法、報文的802.1p

支持靜態(tài)路由、策略路由、RIP V1/2、OSPF、IS-IS、BGP、虛擬路由冗余協(xié)議VRRP

支持IP組播PIM-SM、PIM-DM

支持IPv6路由 OSPFv3、BGP4、ISISv6

滿足工業(yè)4級電磁兼容性，IP40等級，無風扇設(shè)計

MIER-6226 IEEE1588全千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機

支持24個10/100/1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，2個1000M SFP擴展槽

支持IEEE1588同步時鐘

支持MR-Ring快速環(huán)網(wǎng)（自愈時間 < 20 ms），兼容STP/RSTP/MSTP生成樹協(xié)議

支持Port-based VLAN，IEEE 802.1Q VLAN和GVRP 協(xié)議

支持動態(tài)和靜態(tài)鏈路聚合

支持IGMP Snooping和GMRP過濾組播封包

支持基于MAC 地址的端口鎖定，防止非法入侵

支持SNMPv1/v2c/v3不同等級的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

多種網(wǎng)管方式：Web、Snmp，Telnet，console

IP40防護等級，波紋式鋁型材外殼，工業(yè)4級電磁兼容性設(shè)計

Cronet CC-3452G-TX8-PTP 三層千兆/萬兆工業(yè)交換機

24個10/100/1000M電口+24個1000MSFP擴展槽+8個1000M SFP擴展槽/萬兆SFP+擴展槽，或者48個1000M SFP擴展槽+8個1000M SFP擴展槽/萬兆SFP+擴展槽

支持硬件時間戳IEEE1588v2

支持MR-Ring快速環(huán)網(wǎng)（自愈時間<20ms），兼容STP/RSTP/MSTP生成樹協(xié)議

支持芯片上的分組處理，巨幀支持12KB

支持ACL,對L2-L4層數(shù)據(jù)進行過濾

支持QoS，基于端口的流量監(jiān)管， WRR、DRR、SP、隊列調(diào)度算法、報文的802.1p

支持靜態(tài)路由、策略路由、RIP V1/2、OSPF、IS-IS、BGP、虛擬路由冗余協(xié)議VRRP

支持IP組播PIM-SM、PIM-DM

支持IPv6路由 OSPFv3、BGP4、ISISv6

MIE-2816-PTP 卡軌式全千兆網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機

支持8個10/100/1000M電口（POE可選），8個1000M SFP擴展槽

支持硬件時間戳IEEE1588v2

支持POE，AT和AF標準

支持STP/RSTP/MSTP生成樹協(xié)議

支持Port-based VLAN，IEEE 802.1Q VLAN和GVRP 協(xié)議

支持動態(tài)和靜態(tài)鏈路聚合

支持IGMP Snooping和GMRP過濾組播封包

支持基于MAC 地址的端口鎖定，防止非法入侵

支持SNMPv1/v2c/v3不同等級的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

多種網(wǎng)管方式：Web、Snmp，Telnet，console

IP40防護等級，波紋式鋁型材外殼，工業(yè)4級電磁兼容性設(shè)計