1 概述
1588v1中的时钟模型有BC和OC(普通时钟)两种,主时钟和从时钟属于OC。OC通常对应单端口设备,并在主从状态中选择一种。BC通常对应多端口设备,其中一个端口作为从端口,其他端口作为主端口。BC是作为时间同步网络中的路由、网桥设备来完成连接组网的。由于边界时钟多个端口处于不同的主从状态,故能在BC节点实现对主从端口的同步,从而实现灵活的同步组网。
由于链路上多个伺服系统的积累效应,多个边界时钟级联的网络同步准确度会因为这种效应而降低,并且边界时钟使用的晶振质量对系统的时钟精度有很大的影响,因此,在1588v2中提出了TC。从理论上来说,TC传递频率以及时间(ToD)信息相对BC更有优势。
从网络的长期精度和覆盖范围考虑,相对BC,TC可以提供对多跳网络更高的精度。
2 BC的应用场景和特性
BC节点通常至少有2个PTP端口,根据收到的PTP端口所连接对端PTP节点的通告信息以及BMC算法,决定每个端口的状态。在BC模式下,本地节点的本地时钟通过从端口与上游节点同步,同时也将本地时钟通过主端口送给下游节点。BC模式与SDHSEC的工作方式类似,只是时钟信息传递方式采用分组包,而不是SDH中固定的同步帧方式。BC模式的组网主要有如下特性。
⑴ BC模式逐级跟踪的工作特性,使其可以和目前TDM的同步网一样采用层次化的同步结构,比较符合传统的同步网络部署方式。特别是外部设备与时间同步网络的边缘节点基于PTP带内通信同步时,承载网和业务侧网络界线清晰,便于故障定位。
⑵ 每个BC节点都需要根据从端口上收到的SYNC/Delay_Response包运行时钟恢复算法,实现本地时钟与上游主时钟的同步。每级BC的本地时钟与上游主时钟都会存在误差,而该误差在BC模式下得不到补偿,当多个BC节点级联起来时,这些误差会不断累积并放大,降低了PTP时间传递的有效范围和节点数。
⑶ 影响BC时钟的最大因素是它的串接效应,网络规模越大,离主时钟越远,风险越高。如果网络中全部使用BC,其直接结果是锁相环的串接,这会导致相位误差和抖动的不断积累,损伤时钟的稳定性和精度。累积抖动随着节点的增加而增大,会导致收敛时间长、振荡,甚至不稳定和收敛失败。
可见,在实际网络中部署BC时,需要注意避免链路跳数过多。
3 TC的应用场景和特性
TC采用补偿设备以及链路传播时延的方式来传递时钟。为提高精度,基本上都是基于硬件实现的,尤其是E2ETC。IEEE1588v2引入TC主要是用于弥补1588v1中BC的不足,TC的主要组网优势如下。
⑴ 时钟误差小,支持高精度大范围多跳网络部署。对于下游的普通时钟节点而言,中间节点采用TC可以对节点内的驻留时间进行补偿,因此节点内的偏移误差相对BC小很多,可以在传递更远的距离和更大范围时保持时钟的高精度,长期稳定性好。
⑵ 可以非常方便地支持多时钟域而不增加额外的负担,且本身机制就可以规避分组同步网成环。
⑶ 在单时钟域内存在大量网元时,由于要发送高频率的同步和跟踪信息,TC模式下基础主时钟节点带的从节点较多,压力较大。目前较为先进的TC系统支持组播地址和OneStep方式,使得基础主时钟节点的负荷大大减轻。通常一个TC的主时钟节点可以携带数百到几千个从节点。需要注意的是,从安全性角度考虑,同步网络架构需要限制单个时间服务器下携带的从节点数。
⑷ TC为扁平化结构,所有从节点都跟踪到基础主时钟节点,当单时钟域内节点较多时不能分层规划。
综上所述,在部署较大规模的网络时,为了保证网络的长期稳定性和故障收敛性能,必须引入TC模式。
4 1588v2时钟模式部署建议
由于TC模式能够避免BC在规模部署时引入的误差积累,在多跳网络中的长期精度、多时钟域、单机性能和规避环网方面比BC更具优势,因此1588v2特别引入了TC机制,包括E2ETC和P2PTC,明确了计算中间网络设备引入的驻留时间,从而实现主从端口间精确的时间同步。
为了能在TC上实现分层规划,ITU-T在G.8261中特别提到可采用分布式PRC的方式来实现纯TC的部署,即部署具有多个基础主时钟节点的时间域,这些基础主时钟节点之间是高精度同步的,例如通过GPS。这样可以把纯TC分成多个域,每个域内的节点数量可控,大大降低了扁平结构下的时钟规划复杂度。结合实际的基站承载,PTN组建大规模的分组时钟网可采用TC+OC或TC+BC的模式。
⑴ TC+OC
如果基站支持1PPS+TOD接口,则可以采用TC+OC方式。PTN的中间网元采用纯TC方式,边缘基站节点采用TC+OC方式,1588v2时间信息在PTN接入设备的1PPS+ToD接口上直接输入各基站。这样实现了时间信息和业务信息的分离,安全性较高。如果基站支持TC(当然也支持OC),可以直接通过FE业务接口把基站并入PTNTC域内,则业务和时间信息在一个FE接口中转发,但不能分离。
⑵ TC+BC
在基站不支持1PPS+TOD接口且不支持TC的情况下,PTN的中间网元采用纯TC方式,边缘基站节点采用TC+BC方式,通过FE业务接口把基站并入PTN的时间域(即带内方式)。此时PTN的边缘节点相当于基站的主时钟节点。该方式结合了TC的大范围覆盖特性和BC边界清晰的优势。
5 1588v2时钟运维建议
在部署1588v2时钟TC模式的过程中需注意以下几点。
⑴ 主时钟的输入时钟源天线一般在楼顶,设备接到主时钟时已经经过了较长的线缆,所以要在主时钟设置一个补偿值,补偿这段线缆造成的时延。
⑵ 在一个时间域中部署2个主时钟,起到备份作用。在实际部署中要考虑切换导致的光路变化对下游从时钟的影响。在前期规划和开通调试时,尽量减小切换后光路的变化,在备用主时钟上设置补偿值以抵消光路变化造成的时延。
⑶ 由于现网规划中存在大量环结构,给部署、规划和时延值的测试调整带来困难。例如环路光缆中断同样会引起保护倒换和业务光路的变化,该变化对从时钟的精度影响很大,为减小该影响需要在设备中设置基于端口的补偿值。
⑷ 在实际的时间同步测试和时延
调整过程中,测试仪表得到的时延并不是一个确切的值,它在一定范围内来回振荡。为了保证配置时延值的操作不影响在线业务,时延调整通常是一个缓慢的过程,即输入一个值后需要数个小时才能补偿到位。建议在实际过程中分多次来补偿:第一次测得补偿值后,只输入当前值的80%,数小时后,第二次测得补偿值并输入当前值的50%,依此类推,逐渐减小时延。完成时延调整后,还要根据(2)、(3)进行倒换测试。
综上所述,在分组化时间同步网络的前期规划设计中,要根据网络规模、应用目标、性能要求等因素合理选择时间同步模式。对于后期的运维管理,时延调整是一个重要工作,对整个网络同步性能的长期稳定有着十分重要的作用。