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技術(shù)文章
時間同步以太網(wǎng)解決方案，打造可靠的網(wǎng)絡(luò)
點擊次數(shù)：5307 發(fā)布時間：2011-3-30
移動網(wǎng)絡(luò)時間同步要求
在通信網(wǎng)絡(luò)中，時間同步網(wǎng)是*的一個組成部分，不同的業(yè)務(wù)對同步有著不同的要求。主要的幾種需求包括：計費系統(tǒng)（500ms）、通信網(wǎng)管系統(tǒng)（500ms）、七號信令（1ms）、IP網(wǎng)絡(luò)維護(hù)（100ms）和移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（幾微秒）。其中，zui嚴(yán)格的需求來源于無線網(wǎng)絡(luò)，移動技術(shù)的發(fā)展越來越多地對網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議制式的同步指標(biāo)需求。對于傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)和WCDMA網(wǎng)絡(luò)，只需要頻率同步，傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)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(shù)，傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足傳遞時間信息的要求，所以當(dāng)前已部署的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)時間同步的相關(guān)技術(shù)
為了適應(yīng)業(yè)務(wù)IP化發(fā)展的必然趨勢，作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)已經(jīng)開始由傳統(tǒng)的電路交換向分組交換演進(jìn)。在演進(jìn)過程中，仍然存在大量的TDM業(yè)務(wù)，在分組網(wǎng)絡(luò)中要保證TDM業(yè)務(wù)的同步特性，并且以移動業(yè)務(wù)為首的應(yīng)用層業(yè)務(wù)也有高精度的業(yè)務(wù)同步需求，而傳統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的時間同步解決方案。
為了適應(yīng)業(yè)務(wù)IP化發(fā)展的必然趨勢，作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)已經(jīng)開始由傳統(tǒng)的電路交換向分組交換演進(jìn)。在演進(jìn)過程中，仍然存在大量的TDM業(yè)務(wù)，在分組網(wǎng)絡(luò)中要保證TDM業(yè)務(wù)的同步特性，并且以移動業(yè)務(wù)為首的應(yīng)用層業(yè)務(wù)也有高精度的業(yè)務(wù)同步需求，而傳統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的時間同步解決方案。
在分組網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)對頻率和時間同步信號的傳送，有兩類可行的技術(shù)：一是基于物理層的同步技術(shù)，如ITU-T G.8261的同步以太網(wǎng)技術(shù)；二是基于分組包的同步技術(shù)，例如IEEE 1588 V2。
同步以太網(wǎng)通過以太網(wǎng)物理層芯片從串行數(shù)據(jù)碼流中恢復(fù)出發(fā)送端的時鐘，這種方式與SDH時鐘恢復(fù)方式相同，并且可以獲得類似SDH的時鐘精度，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時鐘同步。通過同步以太網(wǎng)實現(xiàn)物理同步的優(yōu)點有很多：時鐘同步質(zhì)量接近SDH，能和現(xiàn)有的同步網(wǎng)兼容；不受高層協(xié)議的影響，也不會受到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包、時延等的影響，時鐘的質(zhì)量等級信息可以通過專門的SSM幀進(jìn)行傳送；技術(shù)相對成熟，可實現(xiàn)性較好，主要運營商和設(shè)備商都支持這種方案；標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展很快，已經(jīng)完成G.8261的同步以太網(wǎng)物理層同步構(gòu)架編寫和G.8262時鐘性能內(nèi)容。但目前同步以太網(wǎng)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(wǎng)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(xié)議，簡稱PTP（Precision Time Protocol），其基本思想是通過設(shè)備軟硬件配合，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時測量技術(shù)，記錄同步時鐘信息的發(fā)出時間和接收時間，并且給每一條信息加上時間標(biāo)簽。有了時間記錄，接收方就可以計算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時間誤差和延時，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上從設(shè)備的內(nèi)時鐘和主控機(jī)的主時鐘同步。
IEEE 1588V2可以同時實現(xiàn)頻率同步和時間同步；同步精度高，可達(dá)亞微秒級，理論上可以滿足移動制式對時間同步的要求；網(wǎng)絡(luò)的擁塞、丟包和時延可以通過點到點的方式解決，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。缺點是不支持非對稱網(wǎng)絡(luò)，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(shù)器頻率準(zhǔn)確和鏈路的對稱性。同時，使用IEEE 1588V2進(jìn)行頻率同步時雖然可以獨立于同步以太網(wǎng)實現(xiàn)頻率同步，但相對于同步以太網(wǎng)，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(wǎng)解決方案
中興通訊早在2007年起就開始進(jìn)行分組網(wǎng)絡(luò)時間同步解決方案的研究，持續(xù)關(guān)注運營商對移動網(wǎng)絡(luò)的時間同步需求和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動態(tài)，在分組時間同步技術(shù)上有深厚的技術(shù)積累。
如前所述，同步以太網(wǎng)在實現(xiàn)頻率同步方面有著先天優(yōu)勢，但無法實現(xiàn)時間同步；頻率同步是相位同步的基礎(chǔ)，IEEE1588 V2雖然可以同時實現(xiàn)頻率同步和相位同步，但它在實現(xiàn)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(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)路，抖動和非對稱性的不可控，導(dǎo)致恢復(fù)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(shù)的優(yōu)缺點后，中興通訊提出了業(yè)界的“時間同步以太網(wǎng)”解決方案，在同步以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)IEEE 1588V2時間同步，是兩種技術(shù)的無縫結(jié)合，解決了在分組網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)”解決方案中，先使用同步以太網(wǎng)實現(xiàn)高精度的頻率同步，在此基礎(chǔ)上，PTP用來實現(xiàn)相位同步和時間同步，同步以太網(wǎng)的使用有力地保證了PTP協(xié)議的收斂時間。PTP協(xié)議的時戳插入和提取通過硬件實現(xiàn)，提高了PTP協(xié)議的精度，進(jìn)一步縮小了收斂時間。經(jīng)實驗室的壓力測試，“時間同步以太網(wǎng)”解決方案*可以滿足現(xiàn)網(wǎng)條件下的TD-SCDMA對時間同步的需求。
此外，“時間同步以太網(wǎng)”解決方案中的IEEE 1588 V2協(xié)議可以穿越普通不支持該協(xié)議的二、三層設(shè)備，可以獨立使用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)部署的靈活程度。對于不支持IEEE 1588 V2協(xié)議的基站，可提供帶外 1PPS+TOD接口，滿足當(dāng)前基站需求；對于支持帶內(nèi)以太網(wǎng)接口的基站，業(yè)務(wù)信息和時間信息可通過同一接口傳送，滿足移動網(wǎng)絡(luò)長期演進(jìn)的需求。在時間傳送的可靠性方面，我們采用SSM和BMC的協(xié)議，實現(xiàn)時間鏈路的自動保護(hù)倒換，為運營商打造穩(wěn)定可靠高精度的時間傳送網(wǎng)絡(luò)。
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(guān)注承載網(wǎng)實現(xiàn)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(yōu)化和分組傳送網(wǎng)設(shè)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(jìn)行了分組傳送網(wǎng)時間同步壓力測試。本次測試共實施了35個節(jié)點壓力測試，測試結(jié)果優(yōu)異，*TD同步要求，具備高精度、高補(bǔ)償能力以及高可靠性等特點。中興通訊的“時間同步以太網(wǎng)解決方案”可以作為GPS的替代解決方案在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行規(guī)模部署，幫助運營商建設(shè)穩(wěn)定時間同步網(wǎng)絡(luò)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)可維護(hù)性和生存性。