LTE-TDD和LTE-Advanced移動網絡的定時和同步(下)

　　接上篇

　　4.2 PTP、框架和邊界時鐘

　　IEEE 1588精確時間協議(Precision Time Protocol, PTP)是針對廣泛的工業和政府需求，在分組網絡(packet-based network)上實現精確的時間和頻率傳輸而開發的。

　　IEEE 1588采用了一個客戶機/服務器架構來保持所有網絡組件的精確同步。對于在其網域內的所有PTP客戶機來說，該服務器(PTP超級主時鐘(Grandmaster Clock))是主基準源。它不斷發出同步、跟隨和延遲響應信息到它的所有客戶機中。通過分組網絡，客戶機連續不斷地發送延遲請求信息到服務器來保持同步。使用時間標識封包，客戶機可確定頻率并計算正確的時間，而該時間可追溯到超級主時鐘(Grandmaster)的主基準。

　　IEEE標準經設計廣泛用于為大量應用提供服務。為實現易于部署和設備互操作性并滿足特定應用的要求，IEEE 1588-2008引入了應用框架 (profile) 的概念。應用框架規定了PTP選項和屬性值的特定組合來支持給定的應用。例如，一個應用框架可以規定層2或層3、單播或組播、信息交換速率、以及是否需要on-path支持。“電信框架” (Telecom Profile) (ITU-T G.8265.1建議)旨為將PTP應用在電信通信系統 (主要是蜂窩基站) 的頻率同步。ITU-T G.8275.1和G.8275.2仍然還在討論制定中，用于解決時間和相位同步。

　　PTP標準包括了在整個網絡中保持準確性的條款(請參考下文的包時延變化(Packet Delay Variation)和不對稱性(Asymmetry)。邊界時鐘(Boundary Clock)是該on-path支持的一個選擇。邊界時鐘(Boundary Clock) 通常嵌入在網絡單元中，在上游方向作為PTP客戶機，而在下游方向則是其它邊界時鐘和客戶機的超級主時鐘。通過補償交換延時并刷新PTP封包，邊界時鐘幫助保持準確性，而且仍然可以追溯至配置主UTC基準參考的原始超級主時鐘(Grandmaster clock)。

　　IEEE 1588還定義了透傳時鐘 (Transparent Clock) 作為一種支持整個網絡的準確性的技術。目前，用于電信行業的PTP框架并不提供透傳時鐘，所以不需要在這里論述。

　　4.2.1 具有完全On-path支(G.8275.1)的PTP框架

　　IEEE 1588-2008精確時間協議 (Precision Time Protocol)是已獲驗證的技術，用于在封包回程網絡上將同步信息傳輸到要求頻率同步的移動網絡單元。今天，遵循G.8265.1標準PTP框架或準標準實施，有數以百計的網絡成功地使用了該技術。通常它使用集中式PTP超級主時鐘(Grandmaster)(通過GNSS主基準來滿足G.8272 PRTC要求)來部署，然后與移動網絡單元中的從時鐘或客戶機軟件進行互操作，使客戶機能夠確定頻率并計算時間。

　　使用現今部署的頻率框架的PTP，將很可能無法滿足LTE-TDD和LTE-Advanced的嚴格時間和相位準確度要求。因此ITU正在制訂新的標準，包括新的配置框架，能夠利用IEEE 1588-2008所提供的能力。

　　ITU-T G.8275.1是一項正在制訂中的一個新的PTP框架，能夠使跟蹤PTP超級主時鐘的基站在經過多跳數后仍然滿足基站的嚴格時間和相位要求。通過部署PTP定時信號的“完全on-path支持”，保持了精確度和準確性。On-path支持由嵌入到在主時鐘和客戶機之間路徑上每個網絡單元的邊界時鐘(Boundary Clock, BC)功能提供，這些單元包括所有交換機、路由器、微波無線電、NID等等。每一個邊界時鐘都包含了一個PTP客戶機，能夠與其緊接的上游單元互操作來恢復時間，然后充當PTP超級主時鐘(Grandmaster)來為已連接的下游邊界時鐘或終端設備客戶機提供時間。

　　同步以太網(Synchronous Ethernet, SyncE) 已包括在擬議的標準中，為實現更好的性能提供頻率基準支持，但它并不是必需的。早期經驗表明SyncE必須包括在部署中。圖7是一個遵循G.8275.1 PTP框架的網絡的簡化描述。

　　在每一個位置(即未開發地區(Green?eld))部署新的網絡回程設備的最佳環境應該是完全on-path支持。但對于其它網絡環境，它卻存在實際的缺點。許多移動服務提供商并不擁有或控制他們的回程網絡。而獨立的第三方回程網絡提供商可能不愿意去升級他們的網絡單元來完全支持on-path，或可能會對移動網絡運營者收取相應的費用才考慮網絡升級。即便有線網絡和移動運營商屬于同一家公司，也要考慮全面升級、改造或更換的成本。隨著精確定時成為了LTE網絡演進中不可或缺且更難以設計的組件，在無線和回程運行之間的關系中“應該包括同步SLA”，并且在運行實踐中加入監測和報告。

　　在早期部署中，準標準ITU-G.8275.1使用了二層組播技術。雖然這種做法在新的網絡環境中可能不會出現問題，但許多運營商已實施了針對更高層次上MPLS和IP網路的網絡政策，它們可能必須要修改(和網絡重新規劃)來實現二層組播網絡服務。

　　由需要嚴格的相位和時間同步而引出的另一個問題，就是PTP封包通過網絡來往時出現包時延變化(packet delay variation, PDV)或不對稱。邊界時鐘(Boundary Clock)調整了時間標識來補償網絡單元中的時間駐留，包括可產生包時延變化的封包處理、緩沖和排隊延遲以避免在時間計算上引入了錯誤。然而，邊界時鐘無法單獨補償路徑不對稱，即在超級主時鐘和客戶機之間的上游和下游路徑的不同。網絡路徑的不對稱有可能會嚴重到使客戶機的時間計算超出規范，需要運營商手動測量并輸入時間偏移調整來進行補償，并且每次路徑改變后都需進行調整。