IEEE1588精密時鐘同步協(xié)議測試技術

1 引言

　　以太網技術由于其開放性好、價格低廉和使用方便等特點，已經廣泛應用于電信級別的網絡中，以太網的數據傳輸速度也從早期的10M提高到100M，GE，10GE。40GE，100GE正式產品也將于2009年推出。

　　以太網技術是“即插即用”的，也就是將以太網終端接到IP網絡上就可以隨時使用其提供的業(yè)務。但是，只有“同步的”的IP網絡才是一個真正的電信級網絡，才能夠為IP網絡傳送各種實時業(yè)務與數據業(yè)務的多重播放業(yè)務提供保障。目前，電信級網絡對時間同步要求十分嚴格，對于一個全國范圍的IP網絡來說，骨干網絡時延一般要求控制在50ms之內，現(xiàn)行的互聯(lián)網網絡時間協(xié)議NTP（NetworkTimeProtocol），簡單網絡時間協(xié)議SNTP（SimpleNetwork Time Protocol）等不能達到所要求的同步精度或收斂速度。基于以太網的時分復用通道仿真技術（TDM over Ethernet）作為一種過渡技術，具有一定的以太網時鐘同步概念，可以部分解決現(xiàn)有終端設備用于以太網的無縫連接問題。IEEE 1588標準則特別適合于以太網，可以在一個地域分散的IP網絡中實現(xiàn)微秒級高精度的時鐘同步。本文重點介紹IEEE 1588技術及其測試實現(xiàn)。

2 IEEE1588PTP介紹

　　IEEE1588PTP協(xié)議借鑒了NTP技術，具有容易配置、快速收斂以及對網絡帶寬和資源消耗少等特點。IEEE1588標準的全稱是“網絡測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準（IEEE1588Precision Clock Synchronization Protocol）”，簡稱PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網絡中所有節(jié)點的時鐘進行校正同步，可以使基于以太網的分布式系統(tǒng)達到精確同步，IEEE 1588PTP時鐘同步技術也可以應用于任何組播網絡中。

　　IEEE1588將整個網絡內的時鐘分為兩種，即普通時鐘（OrdinaryClock，OC）和邊界時鐘（BoundaryClock，BC），只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘，有一個以上PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每個PTP端口提供獨立的PTP通信。其中，邊界時鐘通常用在確定性較差的網絡設備（如交換機和路由器）上。從通信關系上又可把時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實現(xiàn)主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網內只能有一個主時鐘。整個系統(tǒng)中的最優(yōu)時鐘為最高級時鐘GMC（Grandmaster Clock），有著最好的穩(wěn)定性、精確性、確定性等。根據各節(jié)點上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調時間）的可追溯性等特性，由最佳主時鐘算法（Best Master Clock）來自動選擇各子網內的主時鐘；在只有一個子網的系統(tǒng)中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。每個系統(tǒng)只有一個GMC，且每個子網內只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步。圖1所示的是一個典型的主時鐘、從時鐘關系示意。

圖1主時鐘、從時鐘關系示意圖

　　同步的基本原理包括時間發(fā)出和接收時間信息的記錄，并且對每一條信息增加一個“時間戳”。有了時間記錄，接收端就可以計算出自己在網絡中的時鐘誤差和延時。為了管理這些信息，PTP協(xié)議定義了4種多點傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文（Sync），跟隨報文（Follow_up），延遲請求報文（Delay_Req），延遲應答報文（Delay_Resp）。這些報文的交互順序如圖2所示。收到的信息回應是與時鐘當前的狀態(tài)有關的。同步報文是從主時鐘周期性發(fā)出的(一般為每兩秒一次)，它包含了主時鐘算法所需的時鐘屬性。總的來說同步報文包含了一個時間戳，精確地描述了數據包發(fā)出的預計時間。