IEEE_1588协议基础ppt版.ppt

,IEEE1588协议,基础篇,Contents,一、时钟同步模型二、消息字段三、数据集,四、数据类型,一、时钟同步模型,IEEE1588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。,1.1PTP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、,PdlR,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ABC为打时间戳的点这个点越靠近,1.3两种同步机制,延时请求响应机制（DelayRequest-ResponseMechanism）对等延时机制（PeerDelayMechanism）,（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，模型为,t2t1=Delay+Offsett4t3=DelayOffset,Delay=(t2t1)+(t4t3)2Offset=(t2t1)(t4t3)2,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。,（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。,=(t2t1)+(t4t3)2,1.4设备类型,有5中基本的设备类型,（1）普通时钟（Oridinaryclock）（2）边界时钟（Boundaryclock）,（3）端到端透明时钟（End-to-endtransparent,clock）,（4）对等透明时钟（Peer-to-Peertransparent,clock）,（5）管理节点（Managementnode）,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。,（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。,端口数据集包含端口属性，包括PTP状态。Protocolengine：,（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。,Localclock：,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,（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）localclock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,（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,a）RC（RateControl）,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（RateEstimation）,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,（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。,（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。,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。,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。,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,2.1.1transportSpecific（Nibble）根据传输的媒介有不同的说明。,2.1.2MessageType（Enumeration4）,2.1.3versionPTP（UInteger4）,是发送消息节点的数据集portDS.versionNumber的值。,2.1.5domainNumber（UInteger8）,此消息的发出节点不同，domainNumber的值不同。,2.1.6flagField（Ocet2）,一些标志位，表示的意义如下表,2.1.7correctionField（Integer64）它的值是ns数诚意216，如2.5ns表示成,0 x0000000000028000，它的值依赖于消息,类型,2.1.8sourcePortIdentity（PortIdentity）,sourcePortIdentiy的值是发送消息端口数据集的portDS.portIdentity的值。,2.1.9sequenceId（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。,2.1.10controlField（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。,2.1.11logMessageInterval(Integer8),的值决定于消息类型如,2.2Announce,消息域如表：,2.2.1originTimestamp（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。,2.2.2currentUtcOffset,2.2.3grandmasterPriority1（UInteger8）,发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority1的值。,2.3.4grandmasterClockQuality（ClockQuality）,发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterClockQuality的值。,2.3.5grandmasterPriority2（UInteger8）,发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority2的值。,2.3.6grandmasterIdentity（ClockIdentity）,数据集成员的parentDS.grandmasterIdentity的值。,2.3.7stepsRemoved（UInteger16）,发送消息的时钟数据集的currentDS.stepsRemoved的值。,2.3Sync和Delay_Req消息,2.3.1originTimestamp（Timestamp）,对于Sync消息，当为One-step时钟时，OriginTimestamp的,值应该是Sync的,，不包括小数ns，Sync消息,correctionField的值和,originTimestamp的值应该是真实的,。当为Two-,step时钟时，originTimestamp的值还是，不包括小,数ns，但是correctionField的值是0，由对应的Follow_Up消息,来表示,2.4Follow_Up消息,2.4.1preciseOriginTimestamp（Timestamp）,Follow_Up消息的preciseOriginTimestamp是与对应的Sync消息的，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。,2.5Delay_Resp消息,2.6Pdelay_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。,2.7Pdelay_Resp消息,2.9管理消息,2.9.1domainNumberoftheheader,domainNumber应该是目标domain,2.9.2sequenceIdoftheheader,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。,012345F,GETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved,2.9.4startingBoundaryHops（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startingBoundaryHopsboundaryHops。2.9.5boundaryHops（UInteger8）指管理消息在边界时钟的剩下需连续转发数量。2.9.6actionFiled（Enumeration4（hex）,Value）Action,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static,dynamic,3.1defaultDS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。,3.2currentDS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=,（3）currentDS.meanPathDelay按照两种机制算出来的路径延迟。,3.3parentDS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parentDSobservedParentClockPhaseChangeRate的值时,（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.grandmasterPriority2,56,7,8都是grandmaster的对应的值,初始化时都初始化成,3.4timePropertiesDS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.timeSource,currentDS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。,3.5portDS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,（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.announceReceiptTimeout,portDS.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,四、数据类型,数据类型有源数据