IEEE1588协议基础版课件

IEEE_1588协议基础ppt版2024/4/16IEEE1588协议基础ppt版Contents一、时钟同步模型二、消息字段三、数据集四、数据类型IEEE1588协议基础ppt版一、时钟同步模型IEEE

1588

又叫网络化测量及控制系统的精确时钟同步协议，PTP（精确时钟协议），使用硬件和软件配合，不需要额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，使组网连接简化和降低成本。1.1

PTP消息类型分为两类：事件消息、普通消息。事件消息是在发送和接收端都要打精确的时间戳，普通消息不需要打时间戳。（1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd

l

RIEEE1588协议基础ppt版1.2

消息时间戳的产生当发送和接收任何事件消息时，都会产生时间戳。当消息的时间戳点经过节点与网络的边界时，时间戳事件发生，时间戳产生模型如下图所示：上图中A

B

C为打时间戳的点

这个点越靠近IEEE1588协议基础ppt版1.3

两种同步机制延时请求响应机制（Delay

Request-Response

Mechanism）对等延时机制（Peer

Delay

Mechanism）（1）延时请求响应机制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息进行消息同步，测量一对PTP端口的<meanPathDelay>，模型为t2

−

t1

=

Delay

+

Offsett4

−

t3

=

Delay

−

OffsetDelay

=

(t2

−

t1)

+

(t4

−

t3)

2Offset

=

(t2

−

t1)

−(t4

−

t3)

2IEEE1588协议基础ppt版在算法校正过程中，对从时钟的校正是通过校正offset实现的，Delay通常影响Offset的值，因此要通过测量这个延迟值来修正Offset。IEEE1588协议基础ppt版（2）对等延时机制对等延时机制用来测量端到端传输时间，如支持对等延时机制的通信端口的链路延时。用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息进行同步。对于普通和边界时钟，对等延时机制与端口是master还是slave没有关系。<

meanPathDelay

>=

(t2

−

t1)

+

(t4

−

t3)

2IEEE1588协议基础ppt版1.4

设备类型有5中基本的设备类型（1）普通时钟（Oridinary

clock）（2）边界时钟（Boundary

clock）（3）端到端透明时钟（End-to-end

transparentclock）（4）对等透明时钟（Peer-to-Peer

transparentclock）（5）管理节点（Management

node）普通和边界时钟的端口，两种机制都可以使用，端到端透明时钟与这两个机制无关，对等透明时钟使用对等延时机制。IEEE1588协议基础ppt版（1）普通时钟通过以一个物理端口为媒介的两个逻辑接口和网络通信，事件接口用来发送和接收事件消息，包括两类数据集，分别是时钟数据集和端口数据集。IEEE1588协议基础ppt版端口数据集包含端口属性，包括PTP状态。Protocol

engine：（1）发送和接收PTP消息（2）维护数据集（3）执行与端口相关的状态机（4）如果端口在slave状态，基于接收到的PTP定时消息和产生的时间戳，计算Master的时间。Local

clock：当普通时钟端口在slave状态时，本地时钟的控制环路调节时钟，使它的时钟与它的主一致。如果端口在master状态，本地时钟在freerun状态IEEE1588协议基础ppt版（2）边界时钟边界时钟模型如图所示，有多个物理端口，每个端

口和一个普通时钟的端口类似，但有一些例外：1）时钟数据集对边界时钟的所有端口共用；2）local

clock也对边界时钟的所有端口共用；3）每一个协议引擎需要附加功能，它需要处理所有端口的状态，决定

利用哪个端口提供的时间信号来同步本地时钟。与同步、建立主从层次和信令相关的信息终止在一个边界时钟的协议引擎，不再向前转发，管理消息由边界时钟的其它端口

转发，服从限制一个系统的消息传输时间的约束IEEE1588协议基础ppt版（3）End-to-End透明时钟设备模型如图所示，像一个网桥、路由器和转发器一样，端到端透明时钟发送所有的消息。对于PTP事件消息，驻留时间桥测量PTP事件消息的驻留时间。驻留时间在一个特殊的域－correctionField累积。这些校正是当事件消息进入和离开透明时钟产生的时间戳的不同。校正值计算如下图所示注意

用来计算驻留时间的时间戳是基于本地时间产IEEE1588协议基础ppt版a）RC（Rate

Control）利用延时请求响应机制校正本地时钟频率等于master的时钟频率。这个方法的关键是它的操作是一个闭环，这意味着在一个节点的本地振荡器调节会影响下面的节点。b)

RE（Rate

Estimation）不控制本地振荡器，让其自由运行，用本地时间计算的驻留时间加到Sync或者Follow_Up消息中，比较接收到的sync和Follow_Up的驻留时间，计算本地自由运行时钟与上一级时钟之比。当驻留时间相对于时钟比值的足够大，一连串透明时钟的最差相位误差累IEEE1588协议基础ppt版（4）Peer_to_Peer

透明时钟设备模型如图所示，与End_to_End透明时钟不同在于：它校正和处理PTP定时消息的方式上。对等透明时钟有一个block，这个block用来计算每个端口与其它端口的链路延时。通过交换Pdelay_Req，Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up消息来计算。对等透明时钟和链路延时的校正模型如下图所示。IEEE1588协议基础ppt版（5）管理节点管理节点的设备特征是：a）可以有一个或者多个物理连接连接到网络中；b）PTP管理消息的手动或可编程接口。c）能结合所有的时钟类型。IEEE1588协议基础ppt版1.5

同步在协议的执行过程中又来那个阶段：（1）建立主从层次；（2）同步时钟1.5.1

建立主从层次PTP的状态有：Master、Slave和Passive。利用最佳主时钟算法来找最好的时钟，包含两个独立算法：（1）数据集比较算法（2）状态决策算法数据集比较算法以下列这些优先属性比较算法：（1）priority1：用户可配置的指定，指这个时钟是否是固定的可选时钟；（2）clockClass：详细说明时钟的TAI可跟踪性属性；（3）clockAccuracy：定义一个时钟精度的属性；（4）offsetScaledLogVariance：定义时钟稳定性属性；（5）Priority2：是否是备选的主时钟；（6）clockIdentity：基于独特标志符的附加表示规则。

最佳主时钟算法清楚地选择两个时钟中的一个更优。IEEE1588协议基础ppt版简单的主从层次如下图所示：只有普通和边界时钟维持这种状态形式，同时也只有边界时钟能在主从层次中建立分支点。IEEE1588协议基础ppt版二、消息字段PTP协议根据发送和接收到的消息来计算时间偏差和延迟，每个消息都由一个消息头（header），消息体（body）和消息后缀（suffix）组成。2.1

消息头IEEE1588协议基础ppt版2.1.1

transportSpecific（Nibble）

根据传输的媒介有不同的说明。2.1.2

MessageType（Enumeration4）2.1.3

versionPTP（UInteger4）是发送消息节点的数据集portDS.versionNumber的值。IEEE1588协议基础ppt版2.1.5

domainNumber（UInteger8）此消息的发出节点不同，domainNumber的值不同。2.1.6

flagField（Ocet[2]）一些标志位，表示的意义如下表IEEE1588协议基础ppt版2.1.7

correctionField（Integer64）

它的值是ns数诚意216，如2.5ns表示成0x0000000000028000，它的值依赖于消息类型IEEE1588协议基础ppt版2.1.8

sourcePortIdentity（PortIdentity）sourcePortIdentiy的值是发送消息端口数据集的portDS.portIdentity的值。2.1.9

sequenceId（UInteger16）除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、management消息外，所有的消息都有sequenceId序列池，对于从同一个时钟的同一个端口发出同一个消息，后一个消息的sequenceId是前一个的值＋1，采用循环计数的方式。2.1.10

controlField（UInteger8）主要是为兼容V1版本而设置的一组值，接收方不使用这组消息。2.1.11

logMessageInterval(Integer8)的值决定于消息类型

如IEEE1588协议基础ppt版2.2

Announce消息域如表：2.2.1

originTimestamp（Timestamp）当Announce消息发送时，这个的值置为0或者是与发送节点的本地时间相差在1s之内。2.2.2

currentUtcOffsetIEEE1588协议基础ppt版2.2.3

grandmasterPriority1（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority1的值。2.3.4

grandmasterClockQuality（ClockQuality）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterClockQuality的值。2.3.5

grandmasterPriority2（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority2的值。2.3.6

grandmasterIdentity（ClockIdentity）数据集成员的parentDS.grandmasterIdentity的值。2.3.7

stepsRemoved（UInteger16）发送消息的时钟数据集的currentDS.stepsRemoved的值。IEEE1588协议基础ppt版2.3

Sync和Delay_Req消息2.3.1

originTimestamp（Timestamp）对于Sync消息，当为One-step时钟时，OriginTimestamp的值应该是Sync的<SyncEventEgressTimestamp>，不包括小数ns，Sync消息correctionField的值和originTimestamp的值应该是真实的<SyncEventEgressTimestamp>

。当为Two-step时钟时，originTimestamp的值还是

<SyncEventEgressTimestamp>，不包括小数ns，但是correctionField的值是0，由对应的Follow_Up消息来表示IEEE1588协议基础ppt版2.4

Follow_Up消息2.4.1

preciseOriginTimestamp（Timestamp）

Follow_Up消息的preciseOriginTimestamp是与对应的Sync消息的<syncEventEgressTimestamp>，Follow_Up消息和Sync消息的correctionField的和与preciseOriginTimestamp相加，就是同步消息发送的精确时间。2.5

Delay_Resp消息IEEE1588协议基础ppt版2.6

Pdelay_Req消息注意：这里的reserved域是为了使得Pdelay_Req消息的长度等于Pdelay_Resp消息的长度，因为在一些网络或者网桥中，长度不同的消息有不

同的传输时间，这样会引来不对称误差。2.7

Pdelay_Resp消息IEEE1588协议基础ppt版2.9

管理消息2.9.1

domainNumber

of

the

headerdomainNumber应该是目标domain2.9.2

sequenceId

of

the

header如果是一个响应management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一个序列池。IEEE1588协议基础ppt版012345～FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4

startingBoundaryHops（UInteger8）

对于非响应的管理消息，startingBoundaryHops是依情况变

化的。对于响应的管理消息，它的值是startingBoundaryHops－boundaryHops。2.9.5

boundaryHops（UInteger8）

指管理消息在边界时钟的剩下需连续转发数量。2.9.6

actionFiled（Enumeration4（hex）Value）

ActionIEEE1588协议基础ppt版

三、数据集普通和边界时钟应该维护的数据集有：

（1）defaultDS

（2）currentDS

（3）parentDS

（4）timePropertiesDS

（5）portDS透明时钟应该维护的数据集：

（1）transparentClockDefaultDS

（2）transparentClockPortDS数据集有三种属性：分别为staticdynamicIEEE1588协议基础ppt版3.1

defaultDS数据集成员说明defaultDS数据集是描述时钟本身的属性。成员有--defaultDS.twostepFlag--

defaultDS.clockIdentity--

defaultDS.numberPorts--

defaultDS.clockQuality--

defaultDS.priority1--

defaultDS.priority2

--

defaultDS.domainNumber

--

defaultDS.slaveOnly前三个是静态数据成员defaultDS.clockQuality是动态成员，包括：

（1）defaultDS.clockQuality.clockClass

（2）defaultDS.clockQuality.ClockAccuracy（3）defaultDS.clockQuality.offsetScaledLogVariance这三个数据成员都是时钟自己的属性。IEEE1588协议基础ppt版3.2

currentDS数据集成员说明数据成员都是动态的，包括的成员有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地时钟和grandmaster时钟之间通信路径的数量。（2）currentDS.offsetFromMaster

<offsetFromMaster>=<Ts>－<Tm>（3）currentDS.meanPathDelay

按照两种机制算出来的路径延迟。IEEE1588协议基础ppt版3.3

parentDS数据集说明parentDS数据集的初始化应该在defaultDS数据集初始化之后，它的所有成员都是动态的。数据集成员有：（1）parentDS.parentPortIdentity指的是发送Sync消息的Master的PortIdentity，初始化值应该遵循：a）parentDS.parentPortIdentity.clockIdentity的值是defaultDS.clockIdentity的值。b）parentDS.portNumber的值初始化为0。（2）parentDS.parentStats

如果时钟有一个端口是Slave状态，并且统计地计算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS

observedParentClockPhaseChangeRate的值时IEEE1588协议基础ppt版（4）

parentDS.observedParentClockPhaseChangeRate

以从时钟来观察的parent时钟的相位变化率估计，正值表示

parent时钟的相位变

化率大于slave时钟的相位变化率。初始化值为7FFFFFFF。

注：这个值依赖于测量时间间隔，如果这个值对一个应用来

说确实有用，时间

间隔应该在PTP协议中说明。（5）parentDS.grandmasterIdentity

它是grandmaster时钟的clockIdentity。初始化值为

defaultDS.clockIdentity。（6）parentDS.grandmasterClockQuality（7）parentDS.grandmasterPriority1（8）parentDS.grandmasterPriority25

678都是grandmaster的对应的值初始化时都初始化成IEEE1588协议基础ppt版3.4

timePropertiesDS数据集成员说明timePropertiesDS数据集成员有：（1）timeProtertiesDS.currentUtcOffset（2）timeProtertiesDS.currentUtcOffsetValid（3）timeProtertiesDS.leap59（4）timeProtertiesDS.leap61（5）timeProtertiesDS.timeTraceable（6）timeProtertiesDS.frequencyTraceable（7）timeProtertiesDS.ptpTimescale（8）timeProtertiesDS.timeSourcecurrentDS数据集的所有成员都是动态的。timeProtertiesDS.ptpTimescale的值应该在其它数据集成员初始化之前进行初始化。IEEE1588协议基础ppt版3.5

portDS数据集成员说明对普通时钟的端口和边界时钟的每个端口，应该维护端口数据集来给协议决策和提供消息域的值作为基础。数据集的数量应该是defaultDS.numberPorts的值。静态成员有：（1）portDS.portIdentity这个值就是本地端口的PortIdentity属性。动态成员有：（1）portDS.portState：值与状态的对应关系如下表所示IEEE1588协议基础ppt版（2）portDS.logMinDelayReqInterval指的是Delay_Req消息最小允许的平均时间间隔，这个值是slave发个master，这个的值视master时钟能处理的Delay_Req消息的能力来确定。（3）portDS.peerMeanPathDelay如果时钟是peer-to-peer时钟，这个的值硬挨链路上的当前单路传输延迟的估计。可配置成员有：（1）portDS.logAnnounceInterval

这个值说明Annouce消息发送的时间间隔。（2）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指发出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES时，没有收到Announce消息的个数。（3）portDS.logSyncInterval

指的是Sync消息的时间间隔IEEE1588协议基础ppt版四、数据类型数据类型有源数据类型和衍生数据类型，衍生数据类型都是由源数据类型构成的。4.1

源数据类型IEEE1588协议基础ppt版4.2

衍生数据类型（1）时间间隔类型描述TimeIntervalstruct

TimeInterval{Interger64

scaledNanoseconds；//单位是2-16ns。}（2）时间戳类型描述