IEEE-1588 v2 简介ppt课件

1、1IEEE-1588 Version 2简介lion38752010-07-122IEEE-1588 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为满足测量及控制应用在分布式网络定时同步的高精度需要，IEEE-1588在2002年被颁布了3IEEE-1588 与其它对时方案的对比GPSNTP北斗原子钟IEEE1588v2典型授时精度20ns10ms100ns10ns100ns需要卫星覆盖需要不需要需要不需要不需要锁定时间40s30ns60s60ns综合成本中低高高低支持以太网端口不支持支持不支持不支持支持可控性低高中高高安全性低低高

2、高中可靠性中高中高高4影响时钟同步性能的因素路径延迟时钟的漂移与抖动控制法则时钟分辨率Sync消息的发送周期测量延迟的频率5IEEE-1588 需要解决的问题时钟的漂移与抖动：各节点的时钟晶振频率存在差异，需要调频以保持各节点时钟步调一致6IEEE-1588 需要解决的问题网络路径存在传输延迟，需要估算延迟，并消除延迟导致的时标误差网络路径的延迟可能存在不对称性及抖动，软件时标是造成不对称性与抖动的关键因素7路径延迟的不对称性与抖动IEEE 1588的路径延迟测量假设通信路径延迟是对称的，即前向路径的传输延迟与后向传输延迟相同。在延迟测量期间，延迟不应变化。测量期间延迟变化会导致不对称和延迟抖

3、动，这将直接影响同步精度。虽然无法在IEEE 1588设备的边界之外控制延迟对称性和抖动，但如果测量基于硬件时间戳，则可在设备内改善路径对称性和抖动。由于中断延时、环境切换和线程调度，软件时间戳会导致明显的抖动，而硬件时间戳则不存在这一问题。8IEEE-1588 需要解决的问题 2、39IEEE-1588 需要解决的问题主时钟设备与各从时钟设备之间的广播路径存在差异，这会进一步降低各从时钟设备之间的同步精度10IEEE-1588 需要解决的问题 411BMC 最佳主时钟在成百上千台互连设备中，如何确定哪一台设备充当主时钟。IEEE-1588定义了一种称为“最佳主时钟”(BMC) 的算法，用于选

4、择最合适的主时钟设备。这种方法要求IEEE-1588网络的每台设备均提供一个数据集，描述其本地时钟的性质、质量、稳定性、唯一识别符和首选设置。当一台设备加入IEEE-1588网络时，它会广播其时钟的数据集，并接收所有其它设备的数据集。利用所有参与设备的数据集，每台设备均运行同一BMC算法，以确定主时钟及其自己的未来状态（主时钟或从时钟）。由于所有设备均采用同样的数据独立执行同一算法，因此结论将会相同，设备之间不需要进行任何协商。12主从时差 TmsTms 即Time Master Slave，主时钟设备与从时钟设备的时间差，PTP协议的最终目标便是补偿此时差要得到Tms需要两个重要的计算因子T

5、msd - 主从通信路径延迟Tsmd - 从主通信路径延迟13测量TmsdTmsd = (Ts1 + Tms) Tm114测量TsmdTsmd = Tm3 (Ts3 + Tms)15求对称路径延迟Td通信路径是对称的（IEEE-1588的关键假设）Tmsd = Tsmd = TdTd = (Tmsd + Tsmd)Td = (Ts1 Tm1) + (Tm3 Ts3)16计算主从时差Tms已知因子Td，根据公式1（Tmsd）或公式2（Tsmd），即可计算出TmsTms = Td (Ts1 Tm1) 【根据公式1】Tms = (Tm3 Ts3) Td 【根据公式2】17如何调整从时钟设备的时间如果

6、时间差Tms过大：例如1秒以上，则应用绝对时间调整，从时钟设备需要加上时间差以调整绝对时间，使其时间在此刻与主时钟时间完全一致如果时间差Tms较小：则使从时钟的频率改变某一百分比，从时钟设备需要调整各自的时钟频率，与主时钟的频率保持一致18IEEE-1588v2 关键名词PTP：IEEE Std 1588-2008（即IEEE-1588v2）中定义的重要协议，即精密时间协议PTP设备：用于产生或收发PTP消息的设备PTP端口：用于访问PTP时钟设备的逻辑端点E2E延迟：端到端延迟P2P延迟：点对点延迟19IEEE-1588v2 关键名词PTP普通时钟：PTP ordinary clockPTP

7、边界时钟：PTP boundary clockPTP透明时钟：PTP transparent clock单步时钟：one step colock双步时钟：two step colock20边界时钟与普通时钟边界时钟与普通时钟21transparent clock 透明透明 时钟时钟22E2E Delay - 端到端延迟在支持 IEEE 1588-2008 的网络中，主时钟设备可以与从时钟设备直接相连，或者隔几个中继站（级）相连。E2E 延迟实际上是主时钟设备到从时钟设备的“总”延迟，包括其间的所有中继站在内。23P2P Delay 点到点延迟在支持 IEEE 1588-2008 的网络中，主时

8、钟设备可以与从时钟设备直接相连，或者隔几个中继站（级）相连。P2P 延迟仅限于两个直接相连的设备。通信路径的总延迟等于所有中继站的 P2P 延迟之和。从确保路径对称性的角度看，P2P 机制可提供更高的精度。24PTP设备类型普通时钟：基于一个物理端口上的两个逻辑接口在网络上通信，事件接口用于发送和接收事件消息，通用接口用于发送和接受通用消息。边界时钟：有多个物理端口，每个物理端口有两个逻辑接口，可看作是多个普通时钟的集成。端到端透明时钟：象一个普通的桥、路由器或中继器那样转发所有的消息。但对于PTP事件消息，它会测量其在端到端透明时钟的滞留时间（消息穿越透明时钟所需要的时间）。这个时间会写入到

9、这个PTP事件消息或其后续Follow Up消息的特定字段中（correctionField）。这个特定字段中的值（校正值）是基于事件消息进入和离开透明时钟的时间戳差值计算出来的。点对点透明时钟：与端对端透明时钟主要区别在于它更正和处理PTP时间消息的方式，其它一样。管理节点：用于配置和监测时钟设备25PTP消息类型事件消息：此类消息在离开和到达一台设备时必须打时标（记录本地时间）SyncDelay_ReqPdelay_ReqPdelay_Resp通用消息：不需要打时间戳AnnounceFollow_UpDelay_RespPdelay_Resp_Follow_UpManagementSign

10、aling26如何为PTP事件消息打时标软件时标：通常由接收/发送的ISR处理，该时标为系统当前时间硬件时标：实际到达/离开PHY时出现的硬件时标，改时标操作由硬件执行，硬件会维护一个自己的连续时间信息27PTP消息作用Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp用于产生和传递时序信息，这种时序信息用来同步普通时钟和边界时钟Pdelay_Req、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up用来测量两个时钟端口之间的路径延迟，测得的路径延迟用于校正Sync与Follow_Up消息中的时间信息Announce消息用于建立同步分层结构Managemen

11、t消息用于查询和更新时钟所维护的PTP数据集。Signaling消息用于其他的目的，例如在主从之间协调单播消息的发送频率。28延迟抖动29PTP状态机状态机30One Step Clock 单步时钟单步时钟也可以解释为一种工作模式当一个时钟是单步时钟时，将只使用SyncMessage报文来计算主从路径延迟，而不需要FollowUpMessage来携带SyncMessage报文的发出时间戳SyncMessage报文的发出时间戳（EgressTimeStamp)会夹带在SyncMessage报文自己的originTimeStamp字段中这种工作模式通常需要有硬件支持，如NI公司的精密PHYTER - DP83640DP83640可以将SyncMessage报文的发出时间记录下来，并插入其originTimeStamp字段中31Two Step Clock 双步时