基于IEEE1588的同步以太网实现方案

1、基于ieee 1588的同步以太网应用解决方案1背景ip化是未来网络业务的发展趋势，而以太网以其优越的性价比、广泛的应用及产品支持，成 为以ip为基础的承载网的主要发展方向。在部署电信级以太网时，如何解决时钟同步问题 是一个要考虑的方面。对分组网络的同步需求有两个方面：一是，分组网络对以承载tdm 业务，并提供tdm业务吋钟恢复的机制，使得tdm 'lk务在穿越分组网络后仍满足定的性 能指标；二是，分组网络可以像tdm网络样，提供高精度的网络参考时钟，以满足网络 节点或终端的同步需求。同步以太网（synce）就是最新的标准解决方法°在svncei",以太网采用与so

2、net （同 步光纤网络）/sdh （同步数字系列）相同的方式，通过高品质、可跟踪级基准时钟信号 同步其位时钟。2006年，国际电信联盟在其g.8261中描述了 svnce概念。2007年，在g.8262 中对synce的性能耍求进行了标准化，规定了同步以太网网络设备中使用的时钟的最低性能 要求。ieee在2002年发布ieee 1588标准，该标准左义了一种精确时间同步协议（ptp）, 2005 年乂制泄了新版本的 ieee 1588,即 ieee 1588v2。2相关标准与协议2.1 ieee 1588ieee 1588通过硬件和软件配合获得更楕确的定时同步；在传输时间时钟信号时无需额 外

3、的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，既简化了组网连接，又降低了成ieee 1588在技术规范中特别定义了一套星丁消息的同步协议，通过周期性地发布带有 吋间戳的信息包，可以使各个测控节点的吋钟得到校正，从而实现整个系统的同步运彳门其 实现原理如图1所示。1s-i0018lsl-ioo2sts=io52s丁炉1053$tm2_1053s0 n$et=ts2-t n)2-delay=1053-10524=0delay-1ts=l000s从时钟tm= 1050s tml= 1051s主时钟图1时钟误差校止原理首先，1：时钟节点周期性（般为2 s）地向整个系统发送同步包（sync）,接着将

4、同步包时 间戳打包再发送同步跟随包（followup）。曲各从时钟节点收到主时钟节点发來的同步包和同步跟随包丿g依据各门吋间戳、接收同步包吋间戳和解析同步跟随包的吋间戳，计算主从吋 钟差值；并用这个差值调整自身时钟，直到与主时钟同步为止。分布式测控系统中，每个测控设备在网络中所处位置、布线方式、布线长度以及h前网 络技术中的固冇问题，也将造成测控数据在传输过程中的不同延迟。为了冇效消除网络延迟 对分布式系统实时性的影响，ieee 1588也定义了 2个信息包，校i：原理如图2所示。tm2 108 ktm= 1050sts= 1060sdelays itm3=1082stm4=1083stm5=

5、1085s>i>cts3=1080sredckiy=( tm3 i s3 /2= 1ts= 1082si .1.由ts4=io«3soflset=ts4-tm4-delav -1083-1083-1its=1085sts5=1086soffset ts5-tm5-delavd()s6-1085-l-f)aim (l«图2网络延迟校匸原理从时钟节点可以不定期（一般为460 s）地向丄时钟节点发送延迟请求包（delay request）, i寸钟节点收到延迟请求包后，立即将接收时间戳打包并返冋延迟应答包。当从时钟节点收 到延迟应答包后，依据门身发送延迟请求包吋间戳和

6、解析延迟应答包吋间戳计算网络延迟吋 间，并川这个差值调整自身时钟，直到9主时钟同步。革丁以上方法，可以冇效消除主从时 钟怎界和测控数据在网络屮的传输延迟，从而实现分布式网络化测控系统的时钟同步。2.2基准时钟信号的分配方式g. 8261定义了分组网屮的定吋同步网元，规定了网络屮所容许的最大抖动和漂移值， 以及分组网边界与tdm接口时需要达到的抖动和漂移容限的最小值；概述了网元实现同步 功能的最小耍求；提出了两种離准时钟信号的分配方式一一网络同步方式（同步以太网）和 基于分纟r方式，解决了分纟r*别是以太网的同步问题。特别指出的是，两种分配方式各有优 点，口混介应用将构建既能实现频率同步，乂能实

7、现时间同步的下一代同步网。（1）网络同步方式（同步以太网）与现在的sonet/sdh链路一样，同步以太网通过0si七层协议的第一层（即物理层） 实现网络同步。同步以太网方式又称"prc分配方式（如gps）或用同步物理层的丄从方式。 它支持基于网络同步线路码方式的时钟分配，已广泛地运用到同步tmd网小。其特点是：使用以a网物理层；仅能分配同步频率，不能分配同步吋间；不会因网络高 层产生损伤而受到影响，同步质量好，可靠性高。 基于分纟h方式该方式是指定时信息由分组承载，发送门的时间戳消息，双向传送定时信息的方法对能是ntp或类似的协议。值得注意的是，双向协议还能传送吋间信息。英特点是：9

8、物理层无关；能分配同步频率和同步时间；会因电信网的损伤而受到影响， 如分组延时抖动。3应用实例3.1 si5325 芯片在实际应用中，采用silicon labs公司牛产的si5315芯片。该芯片为款抖动衰减时钟 倍频芯片，采用8khz*.53mhz的双时钟输入，并ti产生2个独立的倍频时钟。在同步方 而，主要采用silicon labs的第三代dspll技术，能够产生任意比率的频率介成以及在高速 率下的去抖动。除支持sonet/sdh和以太网时钟外，si5315还可支持:log线路编码率的同 步以太网时钟倍频芯片。具体应用实例如图3所示。木地时钟输入62.5 mhz作为芯片的一路输入，经过s

9、i5315 倍频爪输出端"路为125 mhz。将其信号引入以太网设备的cdr模块（数据时钟恢复模 块）作为参考时钟。当数据进入cdr后恢复出 个接近62.5 mhz的时钟，再次输入si5315, 经过dpll锁相达到芯片认为符合耍求的时钟后，本地时钟的输入被屏蔽。为网络中所有的 设备都完成此项操作后，整个网络的时钟同步完成。在具体的应用屮前级的数据时钟往往抖 动丨分严巫，经过si5315芯片处理后，时钟能恢复得很好，并几所冇设备的时钟都保持了 致性。本地时钟本坦时钟图3 si5315同步芯片应用实例3.2 dp83640 芯片ieee 1588的精密时钟协议（ptp）能够实现高精度的

10、以太网时间同步，但是如果需要达 到ns级的时钟同步性能，仅仅通过软件是很难实现的。因为在线路上接收ptp包之示，对 它们进行处理的每一种器件都会增加同步误泾。dp83640通过在物理层以硬件加软件的方式 使得ns级的吋钟同步成为可能。dp83640是-款基于ieee 1588标准的时钟同步芯片，采用换件和软件结合的方式提供 最高的精确度实时工业的时钟同步，町确保分布式上各肖点能按照主机吋钟的吋间同步定时, 并确保各节点之间的时间偏差不会超过8 ns。 旦线路上有ptp包，即被dp83640的精密 phyter所读取。dp83640貝-有儿个内部时钟，包括本地参考时钟、1个以太网接收时钟和个ptp时钟 信号源；同时，述包括1个内部的ptp数字计数器，以及吋以控制数字计数器和ptp时钟速率（频率）的逻辑。在同步以太网交换机的方案中，通过替换以太网层并增加ieee 1588 ptp软件实现。如 图4所示，cpu、交换芯片和dp83640通过mil丨i连接起来组成个系统。交换机成为以太 网中同步的 个器件，使得交换机所形成的以太网及该网络卞所挂的器件都满足ieee 1588 协议，授终形成同步以太网。图4棊于dp83640的同步以太网交换机应用框图结语从h前的原型