IEEE 1588精密时间协议——分组网络上的频率同步

从时钟发送一个同步(Sync)报文。TSU对发送的Sync报文标记上确切的时间。从时钟也给到达的Sync报文标上时间戳，然后将到达时间和Sync报文中提供的离开时间进行比较，于是就能判断操作系统中的延时量，最后对时钟作出相应的调整。

通过测量主时钟和从时钟之间的来回延时可以减小与网络有关的延时。从时钟周期性地向主时钟发送一个延时请求报文(Delay_Req)，然后由主时钟发起一个延时应答报文(Delay_Resp)。

由于这两个报文都有精确的时间戳，从时钟可以将这个信息和来自Sync报文的细节结合起来测量和调整网络引入的延时。精密时间戳交换协议详见图2。

Sync数据包在离开主时钟(T1)和到达从时钟(T2)时被标上时间戳。跟随(Follow-up)数据包将Sync数据包离开时间传送给从时钟。延时应答数据包在离开从时钟(T3)和到达主时钟(T4)时也被标上时间戳。Sync数据包和Follow-Up数据包对被主时钟作为延时请求和延时应答数据包周期性地发送出去。用于从时钟校正的公式为：0.5 (T1 – T2 – T3 – T4)。

确定目标精度

PTP协议采用硬件时间戳技术提供亚微秒级的精度。在电信WAN上的性能表现取决于以下三个主要因素：

* 主从时钟中的时间戳引擎的分辨率和精度(起始精度)

* 穿越WAN的延时/数据包延时变化(PDV)，包括跳数、负载以及交换机/路由器配置

* 在从时钟侧的伺服处理增益和振荡器实现(PDV的不确定性被滤除的效率有多高)

在起始精度较高的情况下，电信网络上的数据包延时变化(PDV)将很快成为基于数据包的定时解决方案的误差主导因素。注重QoS配置和负载变化的两层交换网络可以提供最佳的PDV性能。这种情况非常适合IEEE 1588 PTP，因为PTP针对两层交换环境作了优化。然而，PDV是三层软件路由网络中的主导因素。振荡器稳定性和从时钟侧的伺服设计将成为确保满足电信网络同步要求的关键性能因素。

选择广播间隔和振荡器类型

在PTP中，目标定时精度决定了同步报文广播的频度以及使用什么类型的振荡器。更频繁的广播可以得到更精确的同步，但也会产生更多的网络流量，虽然使用的带宽非常小。更高质量的振荡器也能得到更精确的同步。使用较低质量的振荡器同时增加广播频率以便更经济地达到目标精度似乎很有诱惑力，但这种做法是不推荐的。低质量的振荡器缺少为电信应用提供高精度PTP所需的稳定性，因此缩短广播间隔通常得不偿失。

精度也是IEEE 1588主时钟的功能。IEEE 1588主时钟也被称为最高级时钟(grandmaster)，是网络上的最终时间源。最高级时钟通常以GPS为基准，因此非常稳定，也非常精确。UTC(协调世界时)的精度通常在30ns RMS以上。通过使用如此高精度的时钟和绝对时间基准，PTP网络上的时间可以得到很好的同步。高品质的最高级时钟还有其它一些测量特性，可用来表征网元的延时和抖动特征，并测量相对于最高级时钟的从时钟精度。

选择其它硬件

在路由器缓存延时和交换机延时影响时间传输精度的以太网网络上，PTP能够很好地发挥作用。

图3比较了在典型以太网交换机、线速路由器和基于软件的路由器上所做的延时和PDV测量结果。先进的线速路由器在延时和PDV方面可以提供与传统两层交换相媲美的快速交换，使得它们非常适合PTP同步分配应用。

另一方面，与基于软件的路由器相关的高延时和PDV可能成为如上所述的一个限制因素。

图3：表明以太网交换机(上部)、线速路由器(中间)和软件路由器(底部)延时的柱状图。线速路由器性能相当于两层交换机，而软件路由器的PDV高出了两个数量级。

PTP协议还引入了一些特殊部件，如边界时钟和透明时钟，即只有一个端口用于提供PTP从时钟到主时钟、其它端口通过增加功能来保持精度的交换机。边界时钟是指有一个端口是PTP从时钟至主时钟、其它端口是主时钟到下游从时钟的多*换机。边界时钟提供了向众多子网调节同步的好方法。但使用级联边界时钟会在伺服环路中积累非线性时间偏移，最终导致不可接受的精度下降。

透明时钟是PTP网络中的另一个潜在硬件选项。这是一种带有PTP功能的交换机，能够通过修改Delay_Resp和Follow-Up报文中的精密时间戳消除交换机自身内部的接收和发送延时，从而改进从时钟和主时钟之间的同步精度。但是，当原始数据包密码校验和不匹配到达从时钟处的最终数据包时，透明时钟也可能产生安全问题。

PTP在电信中的应用

许多电信网络设备提供商都把IEEE 1588 PTP作为满足下一代无线和接入平台同步要求的最具性价比方法。例如，所有GSM和UMTS基站频率必须同步到±50ppb(十亿分之一)，以支持手机从一个基站移动到另一个基站时的网络切换。不能满足50ppb的同步要求将导致通话中断。为了满足这个要求，基站的传统做法是将内部振荡器锁定到从T1/E1 TDM回传连接恢复的时钟上。当回传通道变为以太网后，基站与传统的网络同步反馈连接断开了。图4给出了使用PTP的无线网络向远端基站提供同步的典型部署情景。基站都将采用PTP从设备恢复出定时数据包，进而用于控制基站的内部振荡器以满足50ppb要求。基站中的PTP从设备需要访问移动交换中心(MSC)中部署的运营商级PTP最高级时钟。在MSC中部署PTP最高级时钟的关键考虑因素包括：