1558v2协议及其在无线网络中应用

张丽玲

摘 要：本文介绍同步网及1558v2协议的相关技术，在传输承载网中采用1558v2协议作为同步时钟信号，为无线提供同步定时，减少基站GPS的投资。

关键词：1558v2；频率同步；相位同步；时间同步

目前我国的无线基站主要是通过GPS系统来进行授时和定位。由于GPS系统是由美国军方开发的全球卫星定位系统，其信号的质量和稳定性无法得到保证，GPS网络的升级及调整等变化会随时影响到我国无线网络的稳定性。因此，无线网络全部依靠GSP进行授时存在一定的风险性，网络安全没有切实的保障，必须采用更为安全可靠的方式来解决基站的同步授时问题。

目前无线系统中时间同步的解决方案是采用GPS系统进行时钟同步。采用GPS同步的优点是可以实现频率同步和时间同步。频率同步可以保证基站射频的稳定性小于±0.05ppm，时间同步的最大偏差不超过3us。采用GPS同步的缺点是施工难度大、失效率高，无失效备份保护等。

1 时钟相关知识

同步指两个或两个以上信号之间，在频率或相位上保持某种特定关系，即两个或两个以上信号在相对应的有效瞬间，其相位差或频率差保持在约定的允许范围之内。

同步包括频率同步和时间同步两个概念：

频率同步，也称时钟同步，是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系，其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行。

时间同步，是指信号之间的时间、时刻保持一致，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行。授时就是“对表”。通过不定期的对表动作，将本地时刻与标准时刻相位同步（中国的授时中心是陕西蒲城）。

2 1558v2关键技术

IEEE1588v2的全称是：网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准。该协议用于精确同步分布式网络通讯中各个节点的实时时钟，其基本构思为通过硬件和软件将网络设备的内时钟与主控机的主时钟实现同步。

2.1 IEEE1588v2概述

IEEE 1588v2定义了以太网络的精密时钟同步协议，精度可以达到亚微秒级，实现频率同步和时间（相位）同步。

IEEE 1588v2协议的关键技术点可以分为四个：主从同步原理、透明时钟TC模型、时戳处理、最佳主时钟（BMC）算法。

同步原理：Master和Slave端采用Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp协议报文通告精确的时间戳，通过BMC算法选出最佳时钟源，完成频率和时间同步。

2.2 IEEE1588v2网络模型

Ordinary Clock普通时钟。OC模型只能接收时间，用于整个网络的时间源或时钟宿，不能同时作为始端和终端。OC模型对应网络的纯粹时钟源和时钟宿。

Boundary Clock边界时钟。BC模型相当于时间中继器，是OC两种类型的混合体，既可以恢复时钟，又可以作为时钟源往下游传递时钟。BC模型对应处于中间位置的网络节点。

Transparent Clock透明时钟。TC模型自身不恢复时间和频率，只对1588v2报文做延时修正。TC模型对应网络中仅需配合处理1588 v2报文，自身不需恢复时钟的设备。

2.3 端口状态

Master状态意味着该端口作为上游端口向下游端口发送时钟信息。Slave状态意味着该端口作为下游端口接收上游端口发送来的时钟信息。Passive状态意味不转发sync协议报文，不传递时钟相关信息，只能处理P2P TC相关的报文。

2.4 主从同步原理

同步过程：

⑴t1时刻主时钟发送syn message报文，带t1时刻信息。t1的时刻值由Master通过MAC层以下的逻辑直接填充。

⑵t2时刻从时钟接收到syn message报文。

⑶t3时刻从时钟发送Req报文。

⑷t5时刻主时钟发送Resp报文，带t4时刻信息。

2.5 透传时钟（TC）模型

1588v2增加了TC模型，用于解决报文在中间站点驻留引起的时延问题，消除网络设备内部的延时不确定性。TC分为E2ETC（end-to-end）和P2PTC（peer-to-peer）两种模式。

E2ETC只计算设备内部时延，推荐链形网络使用；P2PTC同时计算设备内部及链路时延，推荐MESH网络使用。

2.6 最佳主时钟（BMC）算法

BMC算法，目的是避免同时出现多个时钟源或者没有时钟源。BMC通过Announce报文宣告各端口上的时钟源信息，BMC算法通过维护本地获得的时钟数据组，按严格时钟等级选择出最佳时间源，并确定端口状态。BMC算法对整网时钟生成时钟树，产生一级级的主从关系，从时钟同步主时钟，从而消除时钟环路。

3 1558v2在无线网络中的应用

时间同步网由三部分组成：时间服务器从卫星接收时间信号、进行时间分配并提供保持功能；传输网络从时间服务器获取时间源，通过1588v2时间协议进行时间信息的传送；基站通过传输设备获取高精度时间同步信号。

每个本地网配置主用和备用两台时间服务器，时间服务器连接本地频率同步网BITS设备，频率溯源一级基准钟PRC。

传输网络选择合适的核心层设备分别接入到本地的主备用时间服务器和频率同步网BITS设备，获取时间和频率源。

本地传输网络所有OTN和PTN设备应支持并开通基于1588v2的时间同步和基于同步以太网的频率同步传送功能，为无线基站提供时间信号。

基站设备通过以太网接口从PTN设备传递的同步以太获取频率信号，从1588v2协议获取时间信号，实现无线网络的时间同步。

1588v2拓扑规划：

传输链路的最长跟踪路径不能超过30跳；核心层和汇聚层的节点必须保证至少有两个参考源，接入层节点尽量保证有两个参考源，通常只有在和基站对接的末端节点处，可能存在单链的情况；所有1588v2节点必须都开启BMC算法，由BMC协议自动计算最优路径和防止成环。

4 结论

在传输系统中开通基于1588v2的时间同步和基于同步以太网的频率同步传送功能，可以为无线基站系统提供高精度的同步定时信号，提高无线网络安全性，同时减少每基站GPS投资建设，为基站快速开通提供保证。

[参考文献]

[1]中国移动通信企业标准《中国移动高精度时间同步设备技术规范》（QB-B-018-2010）.

[2]华为技术有限公司.《时钟透传技术白皮书》.