1558v2協議及其在無線網絡中應用

張麗玲

摘 要：本文介紹同步網及1558v2協議的相關技術，在傳輸承載網中采用1558v2協議作為同步時鐘信號，為無線提供同步定時，減少基站GPS的投資。

關鍵詞：1558v2；頻率同步；相位同步；時間同步

目前我國的無線基站主要是通過GPS系統來進行授時和定位。由于GPS系統是由美國軍方開發的全球衛星定位系統，其信號的質量和穩定性無法得到保證，GPS網絡的升級及調整等變化會隨時影響到我國無線網絡的穩定性。因此，無線網絡全部依靠GSP進行授時存在一定的風險性，網絡安全沒有切實的保障，必須采用更為安全可靠的方式來解決基站的同步授時問題。

目前無線系統中時間同步的解決方案是采用GPS系統進行時鐘同步。采用GPS同步的優點是可以實現頻率同步和時間同步。頻率同步可以保證基站射頻的穩定性小于±0.05ppm，時間同步的最大偏差不超過3us。采用GPS同步的缺點是施工難度大、失效率高，無失效備份保護等。

1 時鐘相關知識

同步指兩個或兩個以上信號之間，在頻率或相位上保持某種特定關系，即兩個或兩個以上信號在相對應的有效瞬間，其相位差或頻率差保持在約定的允許范圍之內。

同步包括頻率同步和時間同步兩個概念：

頻率同步，也稱時鐘同步，是指信號之間的頻率或相位上保持某種嚴格的特定關系，其相對應的有效瞬間以同一平均速率出現，以維持通信網絡中所有的設備以相同的速率運行。

時間同步，是指信號之間的時間、時刻保持一致，以維持通信網絡中所有的設備以相同的速率運行。授時就是“對表”。通過不定期的對表動作，將本地時刻與標準時刻相位同步（中國的授時中心是陜西蒲城）。

2 1558v2關鍵技術

IEEE1588v2的全稱是：網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準。該協議用于精確同步分布式網絡通訊中各個節點的實時時鐘，其基本構思為通過硬件和軟件將網絡設備的內時鐘與主控機的主時鐘實現同步。

2.1 IEEE1588v2概述

IEEE 1588v2定義了以太網絡的精密時鐘同步協議，精度可以達到亞微秒級，實現頻率同步和時間（相位）同步。

IEEE 1588v2協議的關鍵技術點可以分為四個：主從同步原理、透明時鐘TC模型、時戳處理、最佳主時鐘（BMC）算法。

同步原理：Master和Slave端采用Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp協議報文通告精確的時間戳，通過BMC算法選出最佳時鐘源，完成頻率和時間同步。

2.2 IEEE1588v2網絡模型

Ordinary Clock普通時鐘。OC模型只能接收時間，用于整個網絡的時間源或時鐘宿，不能同時作為始端和終端。OC模型對應網絡的純粹時鐘源和時鐘宿。

Boundary Clock邊界時鐘。BC模型相當于時間中繼器，是OC兩種類型的混合體，既可以恢復時鐘，又可以作為時鐘源往下游傳遞時鐘。BC模型對應處于中間位置的網絡節點。

Transparent Clock透明時鐘。TC模型自身不恢復時間和頻率，只對1588v2報文做延時修正。TC模型對應網絡中僅需配合處理1588 v2報文，自身不需恢復時鐘的設備。

2.3 端口狀態

Master狀態意味著該端口作為上游端口向下游端口發送時鐘信息。Slave狀態意味著該端口作為下游端口接收上游端口發送來的時鐘信息。Passive狀態意味不轉發sync協議報文，不傳遞時鐘相關信息，只能處理P2P TC相關的報文。

2.4 主從同步原理

同步過程：

⑴t1時刻主時鐘發送syn message報文，帶t1時刻信息。t1的時刻值由Master通過MAC層以下的邏輯直接填充。

⑵t2時刻從時鐘接收到syn message報文。

⑶t3時刻從時鐘發送Req報文。

⑷t5時刻主時鐘發送Resp報文，帶t4時刻信息。

2.5 透傳時鐘（TC）模型

1588v2增加了TC模型，用于解決報文在中間站點駐留引起的時延問題，消除網絡設備內部的延時不確定性。TC分為E2ETC（end-to-end）和P2PTC（peer-to-peer）兩種模式。

E2ETC只計算設備內部時延，推薦鏈形網絡使用；P2PTC同時計算設備內部及鏈路時延，推薦MESH網絡使用。

2.6 最佳主時鐘（BMC）算法

BMC算法，目的是避免同時出現多個時鐘源或者沒有時鐘源。BMC通過Announce報文宣告各端口上的時鐘源信息，BMC算法通過維護本地獲得的時鐘數據組，按嚴格時鐘等級選擇出最佳時間源，并確定端口狀態。BMC算法對整網時鐘生成時鐘樹，產生一級級的主從關系，從時鐘同步主時鐘，從而消除時鐘環路。

3 1558v2在無線網絡中的應用

時間同步網由三部分組成：時間服務器從衛星接收時間信號、進行時間分配并提供保持功能；傳輸網絡從時間服務器獲取時間源，通過1588v2時間協議進行時間信息的傳送；基站通過傳輸設備獲取高精度時間同步信號。

每個本地網配置主用和備用兩臺時間服務器，時間服務器連接本地頻率同步網BITS設備，頻率溯源一級基準鐘PRC。

傳輸網絡選擇合適的核心層設備分別接入到本地的主備用時間服務器和頻率同步網BITS設備，獲取時間和頻率源。

本地傳輸網絡所有OTN和PTN設備應支持并開通基于1588v2的時間同步和基于同步以太網的頻率同步傳送功能，為無線基站提供時間信號。

基站設備通過以太網接口從PTN設備傳遞的同步以太獲取頻率信號，從1588v2協議獲取時間信號，實現無線網絡的時間同步。

1588v2拓撲規劃：

傳輸鏈路的最長跟蹤路徑不能超過30跳；核心層和匯聚層的節點必須保證至少有兩個參考源，接入層節點盡量保證有兩個參考源，通常只有在和基站對接的末端節點處，可能存在單鏈的情況；所有1588v2節點必須都開啟BMC算法，由BMC協議自動計算最優路徑和防止成環。

4 結論

在傳輸系統中開通基于1588v2的時間同步和基于同步以太網的頻率同步傳送功能，可以為無線基站系統提供高精度的同步定時信號，提高無線網絡安全性，同時減少每基站GPS投資建設，為基站快速開通提供保證。

[參考文獻]

[1]中國移動通信企業標準《中國移動高精度時間同步設備技術規范》（QB-B-018-2010）.

[2]華為技術有限公司.《時鐘透傳技術白皮書》.