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技術文章
時間同步以太網解決方案，打造可靠的網絡
點擊次數：5468 發布時間：2011-3-30
移動網絡時間同步要求
在通信網絡中，時間同步網是*的一個組成部分，不同的業務對同步有著不同的要求。主要的幾種需求包括：計費系統（500ms）、通信網管系統（500ms）、七號信令（1ms）、IP網絡維護（100ms）和移動網絡業務（幾微秒）。其中，zui嚴格的需求來源于無線網絡，移動技術的發展越來越多地對網絡提出高精度時間同步要求，例如CDMA2000、WiMAX和TD-SCDMA都有基站間微秒級的時間同步要求。表1是各種無線網絡協議制式的同步指標需求。對于傳統GSM網絡和WCDMA網絡，只需要頻率同步，傳統SDH網絡即可以提供滿足要求的頻率信息，而對于CDMA/TD-SCDMA/WiMAX/LTE等技術，傳統的SDH網絡已經不能滿足傳遞時間信息的要求，所以當前已部署的網絡通常采用GPS解決同步問題。但GPS的工程安裝條件較高，而且出于安全性和成本方面的考慮，運營商不希望大量使用GPS。
表1 各種移動制式對時間同步的要求
分組網絡實現時間同步的相關技術
為了適應業務IP化發展的必然趨勢，作為基礎網絡的承載網已經開始由傳統的電路交換向分組交換演進。在演進過程中，仍然存在大量的TDM業務，在分組網絡中要保證TDM業務的同步特性，并且以移動業務為首的應用層業務也有高精度的業務同步需求，而傳統SDH在傳遞時間同步方面有著先天不足。因此，大家把目光投向了分組網絡的時間同步解決方案。
為了適應業務IP化發展的必然趨勢，作為基礎網絡的承載網已經開始由傳統的電路交換向分組交換演進。在演進過程中，仍然存在大量的TDM業務，在分組網絡中要保證TDM業務的同步特性，并且以移動業務為首的應用層業務也有高精度的業務同步需求，而傳統SDH在傳遞時間同步方面有著先天不足。因此，大家把目光投向了分組網絡的時間同步解決方案。
在分組網絡中實現對頻率和時間同步信號的傳送，有兩類可行的技術：一是基于物理層的同步技術，如ITU-T G.8261的同步以太網技術；二是基于分組包的同步技術，例如IEEE 1588 V2。
同步以太網通過以太網物理層芯片從串行數據碼流中恢復出發送端的時鐘，這種方式與SDH時鐘恢復方式相同，并且可以獲得類似SDH的時鐘精度，實現網絡時鐘同步。通過同步以太網實現物理同步的優點有很多：時鐘同步質量接近SDH，能和現有的同步網兼容；不受高層協議的影響，也不會受到數據網絡擁塞、丟包、時延等的影響，時鐘的質量等級信息可以通過專門的SSM幀進行傳送；技術相對成熟，可實現性較好，主要運營商和設備商都支持這種方案；標準化進展很快，已經完成G.8261的同步以太網物理層同步構架編寫和G.8262時鐘性能內容。但目前同步以太網只能支持頻率信號的傳送，不支持時間信號的傳送，所以單純的同步以太網方案只適用于不需要時間同步要求的場景。
IEEE 1588V2是一種時間同步協議，簡稱PTP（Precision Time Protocol），其基本思想是通過設備軟硬件配合，利用網絡的對稱性和延時測量技術，記錄同步時鐘信息的發出時間和接收時間，并且給每一條信息加上時間標簽。有了時間記錄，接收方就可以計算出自己在網絡中的時間誤差和延時，從而實現網絡上從設備的內時鐘和主控機的主時鐘同步。
IEEE 1588V2可以同時實現頻率同步和時間同步；同步精度高，可達亞微秒級，理論上可以滿足移動制式對時間同步的要求；網絡的擁塞、丟包和時延可以通過點到點的方式解決，業界標準統一。缺點是不支持非對稱網絡，需要硬件支持，而且時間傳遞的精度保證主要依賴于兩個條件：計數器頻率準確和鏈路的對稱性。同時，使用IEEE 1588V2進行頻率同步時雖然可以獨立于同步以太網實現頻率同步，但相對于同步以太網，PTP有較長的收斂時間，頻率度依賴于時戳的顆粒度。
中興通訊時間同步以太網解決方案
中興通訊早在2007年起就開始進行分組網絡時間同步解決方案的研究，持續關注運營商對移動網絡的時間同步需求和標準發展動態，在分組時間同步技術上有深厚的技術積累。
如前所述，同步以太網在實現頻率同步方面有著先天優勢，但無法實現時間同步；頻率同步是相位同步的基礎，IEEE1588 V2雖然可以同時實現頻率同步和相位同步，但它在實現頻率同步時收斂時間過長，頻率的度*依賴于時戳的顆粒度，并且1588報文經過復雜的數據網路，抖動和非對稱性的不可控，導致恢復時鐘和時間精度難以保證。
在多方位考慮多種分組同步技術的優缺點后，中興通訊提出了業界的“時間同步以太網”解決方案，在同步以太網基礎上實現IEEE 1588V2時間同步，是兩種技術的無縫結合，解決了在分組網絡中同時傳送收斂速度快、高度的頻率和相位信息的難題。
在“時間同步以太網”解決方案中，先使用同步以太網實現高精度的頻率同步，在此基礎上，PTP用來實現相位同步和時間同步，同步以太網的使用有力地保證了PTP協議的收斂時間。PTP協議的時戳插入和提取通過硬件實現，提高了PTP協議的精度，進一步縮小了收斂時間。經實驗室的壓力測試，“時間同步以太網”解決方案*可以滿足現網條件下的TD-SCDMA對時間同步的需求。
此外，“時間同步以太網”解決方案中的IEEE 1588 V2協議可以穿越普通不支持該協議的二、三層設備，可以獨立使用，大大提高了網絡部署的靈活程度。對于不支持IEEE 1588 V2協議的基站，可提供帶外 1PPS+TOD接口，滿足當前基站需求；對于支持帶內以太網接口的基站，業務信息和時間信息可通過同一接口傳送，滿足移動網絡長期演進的需求。在時間傳送的可靠性方面，我們采用SSM和BMC的協議，實現時間鏈路的自動保護倒換，為運營商打造穩定可靠高精度的時間傳送網絡。
通過中國移動GPS替代驗證
中國移動出于安全性、工程安裝、成本因素等綜合因素的考慮，非常關注承載網實現GPS替代方案。2008年4月起，中興通訊配合中國移動完成了TD天線優化和分組傳送網設備的GPS替代多個研究方向的項目，并輸出了多項研究成果。 2008年8月中興通訊在深圳完成了與TD基站對接，進行了分組傳送網時間同步壓力測試。本次測試共實施了35個節點壓力測試，測試結果優異，*TD同步要求，具備高精度、高補償能力以及高可靠性等特點。中興通訊的“時間同步以太網解決方案”可以作為GPS的替代解決方案在現網進行規模部署，幫助運營商建設穩定時間同步網絡，降低網絡建設成本，提高網絡可維護性和生存性。