IEEE 1588精密时间协议——分组网络上的频率同步

电信网络正在从电路交换技术快速转向分组交换技术，以满足核心网和接入网对带宽需求的迅速扩大。传统的电路交换TDM网络本身就支持在整个网络上实现精密频率同步。为了确保向终端用户设备提供高等级QoS，无线基站和多业务接入点(MSAN)等接入平台仍然依赖网络回传连接上提供的同步功能。在电信网中，能否通过以太网向远端无线基站和接入平台提供运营级的同步质量，是向以太网回传网演进的关键。

时间传输协议

最初使用时间传输协议的电信设备是通过伺服控制环路驱动远端网元(如街道机箱接入平台和无线基站)中的参考振荡器。这些远端网元中的参考振荡器以前都是从T1/E1 TDM回传连接恢复同步。只要TDM传输网络可以跟踪到基准参考时钟(PRC)，远端网元就能采用相对简单的伺服控制将它们的振荡器锁定到可跟踪PRC的回传反馈时钟。当回传连接变成以太网--远端网元与同步源相互隔离时问题就来了。本文将讨论如何使用以太网上的IEEE 1588精密时间协议(PTP)向远端网元提供同步。虽然以太网已得到广泛普及，是低价连接的理想介质，但并不非常适合要求精密同步的应用。以太网生来就是非确定性的网络，很难提供要求同步的实时或对时间敏感的应用。PTP通过网络物理层的硬件时间戳技术很好地克服了以太网的延迟和抖动问题，因此使用以太网络承载时钟数据包可以达到100ns范围内的空前精度，进而显著节省成本。

下一代网络的同步功能

基于GPS的卫星接收器可以提供小于100ns的精度，经常被用于精密时间与频率同步非常关键的领域，如电信、军事和航空应用。但提高精度成本巨大。基于GPS的系统需要安装室外天线，确保直接看到天空以便接收低功率的卫星传输信号，这不仅增加了费用，而且对设施的物理架构也带来了额外的负担。基于这个理由，GPS最适合在中心局用作电信网络的基准参考时钟，然后使用其它技术向远端设备分配同步和定时。电信运营商和设备制造商正在研究通过以太网络提供同步的多种新方法。

* 自适应时钟恢复(ACR)：基于电路仿真业务(CES)的许多非标准化解决方案使用ACR技术在远端下游单元再生网络时钟。然而，运营商在使用这种技术时遇到了一些性能问题，更不用说一些主要运营商通常不愿意将大规模的新业务部署交付给非标准化解决方案来实现。

* 同步以太网：ITU最近已经完成了旨在满足通过以太网传输网络提供频率同步需求的同步以太网(G.8261,G.8262,G.8263)的定义工作。现有以太网和同步以太网(Sync-E)的基本区别是发送PHY时钟。现在的IEEE 802.3要求发送时钟达到100ppb(十亿分之一)的自由振荡时钟精度。在同步以太网中，发送时钟精度必须达到4.6ppb，并能通过外部SSU/BITS参考或接收时钟跟踪到一级时钟。通过简单地将以太网的发送和接收时钟链接起来，同步以太网可以用来与SONET/SDH交换数据。同步以太网面临的挑战是，在PRC和终端设备之间的整个路径上，所有以太网交换机都要通过升级具备同步以太网功能。

* 网络时间协议(NTP)：NTP作为最流行的协议被广泛用于LAN和WAN上的时间同步。NTP实现成本相对较低，几乎不需要修改硬件。然而，目前版本的NTP和实现方案还不能满足电信网络同步所需的更高精度要求。

另一方面，PTP通过使用现有的以太网分配网络可以提供接近NTP的成本效益，并通过使用基于硬件的时间戳技术达到超过NTP的精度。PTP可以与使用高速交换机的标准以太网网络上的正常网络业务共存，同时提供毫秒级的同步精度。达到这个杰出性能指标的关键是硬件辅助下的时间戳技术。

PTP工作原理：硬件辅助下的时间戳技术

在网络时间保持应用中必须克服的两个主要问题是振荡器漂移和时间传输延时。不管采用何种协议，振荡器漂移问题都可以通过使用更高质量的振荡器和从更高精度的时钟源(如GPS)获得时间而得以减轻。时间传输延迟问题解决起来比较困难，它具有双重性：既有与操作系统处理时间数据包有关的延时，也有由于源时钟与目的时钟之间存在的路由器、交换机、电缆和其它硬件引起的网络延时。在减少操作系统延时和抖动方面PTP是最成功的。

PTP将时戳单元(TSU)和主从时钟之间时间戳交换的创新方法结合在一起。

位于以太网介质访问控制(MAC)和以太网PHY接收器之间的TSU同时嗅探输入输出数据流，当识别出IEEE 1588 PTP数据包的前导位时发布一个时间戳，用于精确标记PTP时间数据包的到达或离开(见图1)。

为了估计和减少操作系统延时，主时钟会根据本地时钟周期性地向网络上的