IEEEStd1588基本技术

2012.05,IEEE Std 1588基本技术,主讲：胡啸,电力系统中常用的对时方式,IRIG-B码 光IRIG-B码 电IRIG-B码（AC、DC） 脉冲对时（PPS、PPM） 串行口报文对时 NTP、SNTP对时 IEEE Std 1588网络对时（PTP对时）,PTP对时与其它对时方案的对比,IEEE Std 1588协议,网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准 (Standard for precision clock synchronization protocol for networked measurement and control system) IEEE Std 1588协议又通常被简称为PTP协议，即Precision Time Protocol,PTP的产生背景,NTP协议解决了以太网定时同步能力的不足，但只能达到毫秒级精度 测量仪器和工业控制需要更高的时间精度（现在MU、PMU等装置都要求微秒级的对时精度）,PTP协议的特点,高精度（可达亚微秒级） 本地化、网络化 网络资源和计算资源占用少 适用于以太网，及其它介质 开放性和互操作性,PTP协议的版本,IEEE Std 1588(v1) 2002.11发布 IEEE Std 1588-2008(v2) 2008.7.24发布 IEC61588-v1 2004.09发布 IEC61588-v2 2009.02发布 V1版本的协议只支持E2E的对时机制 V2版本的协议在V1版本的基础上增加了P2P的对时机制 V1与V2版本的协议的报文格式不兼容,PTP中的基本概念,时元(Timescale)：以TIA为基准，而非UTC 域(Domain)：应用了 PTP协议的网络 端口(Port)：设备上运行了PTP协议的端口 时钟节点(Node)：PTP域中的节点称为时钟节点 根时钟(Grandmaster)：为整个时钟域提供时间基准的主时钟,PTP网络中的节点类型,OC: Ordinary Clock BC: Boundary Clock TC: Transparent Clock P2P-TC E2E-TC MN: Management Node,PTP典型的网络拓扑,交换机在PTP应用中的作用,在PTP应用中需要使用支持PTP协议的专用交换机 PTP的交换机可以完成PTP协议中的TC的功能，一般都可以同时支持E2E-TC和P2P-TC的功能 部分PTP交换机还支持了PTP协议中的BC的功能。BC可以提供E2E与P2P之间的转换,PTP对时实现的技术背景,硬件给报文打时标 这个打时标的功能，可以由PHY或MAC提供 报文传递延时的准确计算 线路延时的计算：IEEE-1588中定义了E2E（EndToEnd）或P2P（PointToPoint）同步机制 报文转发延时的计算：IEEE-1588中定义的TC要提供该功能 乒乓对时原理 基本的乒乓对时原理与NTP对时原理是一致的,PTP通信方式,通信协议层 IEEE802.3(二层协议报文) UDP/IPv4(三层协议报文) UDP/IPv6(三层协议报文),PTP通信方式,单播与多播 多播 使用01-1B-19-00-00-00 或01-80-C2-00-00-0E 作为目的MAC地址 使用224.0.1.129，224.0.0.107为目的IP（UDP时） 使用319,320 为目的通信端口（UDP时） 单播 包括：协商、报文订阅、点对点对时通信、续订报文、节点退出、退订报文、注销等过程 目前大多主钟还只支持多播模式,PTP同步机制,一步法：使用一条报文提供同步时间信息 两步法：事件报文触发的时间信息，由跟随其后的另一条Followup报文提供 一步法要硬件支持，两步法偏向软件支持 目前大部分交换机只支持two step模式，转发时把一步法的报文拆分成两步法的报文,误差和延时的计算(E2E),E2E的模式使用的报文类型 Sync报文：主站发送 Followup报文：主站发送 DelayReq报文：从站发送 DelayResp报文：主站发送,误差和延时的计算(E2E),线路延时Delay：(t2 t1) + (t4 t3) / 2 时钟误差Offset：(t2 t1) - Delay,误差和延时的计算(P2P),P2P的模式使用的报文类型 Sync报文：主站发送 Followup报文：主站发送 PDelayReq报文：主、从站均可发送 PDelayResp报文：主、从站均可发送 PDelayRespFollowup报文：主、从站均可发送,误差和延时的计算(P2P),线路延时Delay：(t6 t5) + (t4 t3) / 2 时钟误差Offset：(t2 t1) - Delay,PTP对的非对称路径的处理,由来 报文转发延时的不确定性 协议中的相关规范 协议中报文格式中定义了一个CorrectionField，专门用于记录报文在转发设备（TC）内驻留的总时长 转发设备（TC）的处理 在转发报文时，把在本设备内的驻留时间累加到报文的CorrectionField,误差和延时的计算(E2E),线路延时Delay：(t4 t1) + (t8 t5) (t3 t2) (t7 t6) / 2 时钟误差Offset：(t4 t1) (t3 t2) - Delay,误差和延时的计算(P2P),线路延时Delay:(t8 - t7) - (t4 - t3) + (t12 - t11) - (t10 - t9) / 2 时钟误差Offset:(t4 - t1) - (t3 t2) - Delay,E2E和P2P的区别,在E2E的机制中，被对时设备会计算出与主时钟节点的总的线路延时 在P2P的机制中，线路中每一个节点都只能计算出其与上一级节点间的线路延时 从确保路径对称性的角度看，P2P 机制可提供更高的精度 当网络的拓扑发生变化时，P2P可以快速恢复时间链路，E2E需要重新建立时间链路,E2E和P2P的区别,在P2P的机制中，时间误差和线路延时的计算是再个完全独立的过程。在E2E中，这两个过程是按顺序进行的 E2E和P2P机制最主要的区别体现在TC设备的处理上 E2E-TC：转发所有的报文 P2P-TC：不转发P2P机制相关的报文：PdelayReq、PdelayResp和PdelayRespFollowup,E2E和P2P的区别,E2E机制时，网络可简化为1：N的拓扑网，主钟可见所有对时设备，应答所有设备的同步请求 P2P机制时，延时请求只在相邻节点间完成 E2E机制时，主时钟的负载会非常重。当节点过多时，可能导致对时性能下降或失效 P2P机制时，TC设备（交换机）需要周期计算每个端口与相邻端口的线路延迟，对TC设备要求较高,PTP中的BMC功能,BMC：Best Master Clock，即最优主钟算法,BMC算法主要用于解决网络中多台主钟设备共享的问题 BMC算法的实