1588通信基础原理

meteor2520

网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准

它定义了一种精确时间协议PTP(Precision Time Protocol)，用于实现网络中不同设备间的精确时间同步。
协议共有两个版本，v2版本针对通信网的特点进行了改进，更适合通信领域的应用。IEEE1588v2时间同步需要App协议和硬件高精度时间戳技术结合实现。

时延测量机制
  基本原理是采用主从时钟方式，通过节点之间交换PTP协议报文测量对称网络之间的时延确定主从时钟之间的时间偏差，由此纠正从时钟的时间实现同步。

时钟模型
IEEE1588v2将网络中每个支撑1588的节点设备定义为一个时钟，根据不同的应用场景协议定义了OC、BC、TC这3种时钟模型：
1)普通时钟OC(Ordinay Clock)。网络始端或终端设备，该设备只有一个PTP端口，只工作在Slave或Master状态。
2)边界时钟BC(Boundary Clock)。网络中间节点设备，该设备有多个PTP端口。其中一个端口可作为Slave，设备系统时钟和时间通过此端口同步于上一级设备，其他端口作为 Master，提供给下一级时间节点的Slave端口用作同步，实现逐级的时间传递。
3)透传时钟TC(Transparent Clock)。网络中间透传时间设备，该设备不终结PTP同步报文，也不用同步于上一级设备。只是对报文中修正域数据进行更新，并转发到下一节点。按照链路时延计算方式，可分为E2E(END TO END)和P2P(PEER TO PEER)两种。
    E2E模式：在始端和末端交互报文，进行线路时延的计算。在中间节点只计算驻留时间并修正correction Field。
    P2P模式：在始端到末端的每一段都进行线路时延和节点驻留时间的计算，将计算的值累加并修正correction Field，传送给末端。

BMC算法
    最优时间源算法BMCA (Best Master Clock Algorithm)，能够自动选择时间同步网中的最优时间服务器，自动选择同步路径，并能在时间源故障和链路故障时，自动实现时间源和同步路径的切换。
    BMC算法：
    1.通过每个PTP端口接收到的Announce报文获取每条同步路径对应的GM(祖父时钟)的信息，
    2.根据数据集比较算法按照一定的顺序依次比较不同GM之间的各项时钟信息，选出最优的时钟，
    3.最后通过状态决策算法决策最佳的GM对应的PTP端口，完成选源操作。
    这3个流程会根据设定的周期重复进行。
    对于同一个域中的时钟节点设备，不论网络中部署了几个不同的时间服务器，只要各节点时钟都是统一于IEEE1588v2的BMC算法，协议就能根据GM不同的参数配置，实现有条不紊的时间源选择和切换。

背景：
    OLT下行和ONU上行通过不同的波长在同一根光纤中实现波分复用(WDM)，但是OLT下行采用广播方式，时延较小，ONU上行使用TDMA方式发送数据，依照OLT的授权时间片来发送，因而上行时延难以控制，对于链路对称性有严格要求的1588时延测量机制来说，这是不可容忍的。
    在GPON系统中，下行时延可以通过测距获得，因此可以不使用IEEE 1588v2的延时测量机制计算时延。OLT从上级时间同步源同步了时间后，OLT与ONU之间可以通过其内部机制进行时间同步，ONU通过由OLT下行某一帧中所带精确时间信息，加上通过测距算得的时延来同步自身的时间。
    GPON系统由于自身架构的复杂，在时钟模型的分析上相对于PTN设备也有所不同。若将GPON作为一个整体分析，OLT上接承载网时钟节点，ONU下接基站，即有Slave端口也有Master端口，应该视作一个BC;但是将GPON各个部分分开分析，OLT和ONU几乎是两个独立的时钟节点，并且 OLT处终结了1588，ONU处是作为起点发起1588，这就可以将OLT和ONU视为OC模型。因此，可以将GPON看作一个由两个背靠背的OC组成的BC模型。

GPON系统的时钟同步   
  高精度的时间同步是以高精度的时钟同步为基础的，目前的1588时间同步方案中，为了实现稳定的时间同步性能，都使用了1588+SyncE的混合同步方式。
  在GPON系统架构下OLT可以从上游的物理线路中提取同步以太网时钟，也可以通过纯1588v2协议来实现频率同步，这个频率也是与上游同源的，并且都可以向下游传递;
  OLT到ONU之间也支撑SyncE同步以太网时钟同步;
  ONU再将从OLT获得的时钟继续向下游基站传输，这样就与核心网组成了不间断的SyncE频率同步网络。

GPON系统时间同步系统设计
  在整个GPON系统实现时间同步需要经过3个部分的流程：
    1、OLT与上游设备的同步
    2、OLT和ONU之间的同步
    3、ONU与下游基站的同步。

    OLT作为GPON的时间接入点，支撑带内1588方式同步于上游承载网时间节点，同时还需要预留带外1PPS+TOD接口同步于GPS时间作为备用;
    在 ONU侧，ONU作为GPON的时间输出点，支撑带内1588方式与下游基站进行同步，同时还需要预留带外1PPS+TOD接口直接输出给支撑带外方式的基站使用;
    OLT与ONU之间则是通过ITU-T在G.984.3_AMD_2中定义的内部机制由OMCI通道下发ToD给ONU进行同步。（ToD:Time of Day）
    在频率同步方面，GPON整个系统都支撑SyncE频率同步，并且OLT预留了BITS时钟接口，ONU也能直接输出2 M时钟。