1、IEEE1588精準(zhǔn)時(shí)間同步協(xié)議,軟件二部,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588同步過程 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 系統(tǒng)時(shí)間及其重要性 時(shí)鐘同步精度 為什么引入IEEE1588協(xié)議 IEEE1588同步過程 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,系統(tǒng)時(shí)間定義及作用,提供參考時(shí)間的時(shí)鐘所表示的數(shù)值 系統(tǒng)時(shí)間 協(xié)調(diào)測(cè)量常數(shù) 測(cè)量時(shí)間間隔 確定事件觸發(fā)順序 確定數(shù)據(jù)或動(dòng)作存活時(shí)間 執(zhí)行協(xié)同操作的基礎(chǔ) 精準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間-設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)新方式,系統(tǒng)時(shí)間精確性及穩(wěn)定性,時(shí)間同步精度為

2、什么需要低于us級(jí)的精度,自動(dòng)化和控制系統(tǒng) 測(cè)量和自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng) 遙測(cè)、遙感和導(dǎo)航系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡(luò) NGN時(shí)間和頻率分發(fā) 包交換網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用TDM 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 基站同步 報(bào)文解析、小區(qū)和用戶區(qū)分（CDMA2000） GPS備用時(shí)鐘源,時(shí)間同步協(xié)議協(xié)議之間的比較,時(shí)間同步協(xié)議為什么選擇IEEE1588,NTP Internet上廣域AS 目前不能實(shí)現(xiàn)足夠高的精度 GPS 天線安裝、維護(hù)不易 成本較高 IEEE1588 針對(duì)LAN設(shè)計(jì) 在硬件支持下可以實(shí)現(xiàn)高精度(sub-us),時(shí)間同步協(xié)議IEEE1588設(shè)計(jì)目標(biāo),Sub-microsecond synchronization of real-ti

3、me clocks in components of a networked distributed measurement and control system Intended for relatively localized systems typical of industrial automation and test and measurement environments. Applicable to any local area networks supporting multicast communications Simple, administration free in

4、stallation, easy configuration Support heterogeneous systems of clocks with varying precision, resolution and stability Minimal resource requirements on networks and host components Fast convergence,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 系統(tǒng)時(shí)間及其重要性 時(shí)鐘同步精度 為什么引入IEEE1588協(xié)議 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,內(nèi)容

5、提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 基本報(bào)文交互流程 偏差和延遲測(cè)量 時(shí)鐘調(diào)整 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,IEEE1588基本操作報(bào)文發(fā)送與接收,但遠(yuǎn)不止如此簡(jiǎn)單,IEEE1588基本操作Delay, Jitter兩個(gè)待解決問題,IEEE1588基本操作Drift (Phase change rate)計(jì)算,IEEE1588基本操作Drift 補(bǔ)償頻率同步,Drift誘因 Slave晶振處于free-running狀態(tài)，頻率與Master晶振不同 晶振頻率隨環(huán)境參數(shù)而變化 Drift補(bǔ)償方法 通過連續(xù)的Sync報(bào)文確定頻率偏差并

6、補(bǔ)償 補(bǔ)償操作（改變晶振頻率）周期性執(zhí)行, interval = f ( stability, accuracy) 頻率調(diào)整后slave晶振處于syntonized狀態(tài),IEEE1588基本操作Offset, Delay計(jì)算,IEEE1588基本操作Offset校準(zhǔn)相位同步,校準(zhǔn)簡(jiǎn)要過程 根據(jù)報(bào)文中時(shí)間戳確定offset 計(jì)算往返網(wǎng)絡(luò)延遲Delay Delay Request-Response mechanism Peer Delay Request-Response mechanism 根據(jù)offset, delay值計(jì)算時(shí)間調(diào)整量 校準(zhǔn)Slave時(shí)鐘為Master時(shí)鐘,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)

7、議概述 IEEE1588基本操作 基本報(bào)文交互流程 偏差和延遲測(cè)量 時(shí)鐘調(diào)整 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 時(shí)鐘類型及模型 報(bào)文類型、數(shù)據(jù)類型 拓?fù)?、BMC、協(xié)議狀態(tài)機(jī)及Data sets 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容時(shí)鐘類型,Version 1 Ordinary clock 單個(gè)PTP端口 一般為系統(tǒng)end設(shè)備 Boundary clock 多個(gè)PTP端口 通常為網(wǎng)絡(luò)中的路由器或交換機(jī)等通信設(shè)備 Version 2 E

8、nd-to-End transparent clock Peer-to-Peer transparent clock,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Ordinary clock,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Ordinary clock,一個(gè)物理端口通過兩個(gè)邏輯端口通信 Event interface 發(fā)送和接收event報(bào)文 General interface 發(fā)送和接收general報(bào)文 在網(wǎng)絡(luò)中的角色 Grand-master clock Slave clock in Master-Slave hierarchy,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Ordinary clock,右圖為有硬件支持的Ordinar

9、y clock,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容硬件時(shí)間標(biāo)簽操作,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Boundary clock,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Boundary clock model,多個(gè)物理端口通過兩個(gè)邏輯端口通信 一個(gè)slave端口 N-1個(gè)Master端口 除管理報(bào)文外的協(xié)議報(bào)文在此處終止 對(duì)于非PTP報(bào)文正常轉(zhuǎn)發(fā)或路由,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Boundary clock的多子網(wǎng)拓?fù)鋺?yīng)用,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容End-to-end transparent clock,等同路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，正常轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文 對(duì)于event報(bào)文，需要測(cè)量報(bào)文在設(shè)備內(nèi)的駐留時(shí)間(residence time bri

10、dge) 同一個(gè)設(shè)備上不同端口上測(cè)量所得駐留時(shí)間不一定相同 同一個(gè)路徑下不同報(bào)文所得駐留時(shí)間也不一定相同,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容End-to-end transparent clock,駐留時(shí)間修正模型,在精度要求較高的情況下，還需考慮透明時(shí)鐘頻率與主時(shí)鐘頻率不同步引入的誤差,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容E2E transparent clock應(yīng)用拓?fù)?Linear topology,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Peer-to-peer transparent clock,處理PTP時(shí)間報(bào)文的方式與E2E透明時(shí)鐘不同，其他方面一致 僅校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)發(fā)Sync, Follow_Up報(bào)文 與對(duì)等Peer之間

11、通過Pdelay_Req - Pdelay_Resp報(bào)文交互測(cè)量鏈路延遲 與Delay_Req - Delay_Resp機(jī)制不兼容,所以支持該機(jī)制的設(shè)備不能出現(xiàn)在P2P鏈路中 逐跳測(cè)量與Peer之間延遲，correctField中反映的是真實(shí)路徑延遲（E2E則只是新路徑延遲對(duì)之前路徑延遲的大致估計(jì)）,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Peer-to-peer transparent clock,駐留時(shí)間及鏈路延遲修正模型,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容P2P transparent clock應(yīng)用拓?fù)?Multiply connected topology,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容報(bào)文類型,Event報(bào)文ac

12、curate timestamp Sync Delay_Req Pdelay_Req(v2) Pdelay_Resp(v2) General報(bào)文 Announce(v2) Follow_Up Delay_Resp Pdelay_Resp_Follow_Up(v2) Management Signaling,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Sync,Master clock發(fā)送 記錄并交互兩端時(shí)間信息 包含時(shí)鐘特性信息 為了提高精度，這種報(bào)文應(yīng)較易被PHY識(shí)別和監(jiān)測(cè)，并精確地記錄發(fā)送時(shí)間,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Follow_Up,Master clock發(fā)送 包含Sync報(bào)文的精確發(fā)送時(shí)間 如果Syn

13、c報(bào)文中發(fā)送時(shí)間戳精度足夠高則不需要Follow_Up報(bào)文,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Delay_Req, Delay_Resp,Delay_Req報(bào)文格式（上） Delay_Resp報(bào)文格式（下）,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容其他報(bào)文,Announce報(bào)文 建立同步關(guān)系 接收節(jié)點(diǎn)執(zhí)行BMC時(shí)應(yīng)用報(bào)文中的信息 Management報(bào)文 查詢、更新時(shí)鐘所維護(hù)的PTP data sets Signaling報(bào)文 用于時(shí)鐘間協(xié)商，如報(bào)文發(fā)送間隔等,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容時(shí)間格式,時(shí)間基點(diǎn)：1970.1.1 00:00 126年后s域溢出 8925512年后epoch_number溢出 與其他時(shí)間基準(zhǔn)之間

14、的轉(zhuǎn)換 PTP_sec = NTP_sec 2208988800 + currentUTCoffset PTP_sec = GPS_sec + 315964819 其中，currentUTCoffset = TAI - UTC,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Data sets,Ordinary, boundary clocks defaultDS:本地時(shí)鐘屬性，用于確定作為grandmaster時(shí)的性能和行為 twoStepFlag clockIdentity currentDS: Current synchronization and topological operational propert

15、ies offsetFromMaster meanPathDelay parentDS: parent和master clock的屬性 parentPortIdentity grandmasterIdentity timeProperitiesDS: Time base屬性 currentUTCoffset Leap59 timeSource portDS: Clock port properties peerMeanPathDelay logSyncInterval delayMechanism,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容Data sets,Transparent clocks transpa

16、rentClockDefaultDS clockIdentity numberPorts delayMechanism transparentClockPortDS portIdentity logMinPdelayReqInterval peerMeanPathDelay,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容時(shí)鐘狀態(tài),在狀態(tài)機(jī)運(yùn)行過程中本地時(shí)鐘可能經(jīng)歷的狀態(tài)有如下幾種： PTP_INITIALIZING 端口初始化狀態(tài)，初始化data sets,硬件等 PTP_FAULTY 不參與協(xié)議同步操作，可以執(zhí)行特定操作解除fault狀態(tài) PTP_DISABLED 不能發(fā)送任何報(bào)文 PTP_LISTENING 等

17、待sync報(bào)文，從而在sub-domain內(nèi)有序添加新的時(shí)鐘 PTP_PRE_MASTER 與Master狀態(tài)下操作相同，但不能發(fā)送non-management報(bào)文 PTP_MASTER Master port PTP_PASSIVE 除非用戶指定不發(fā)送任何報(bào)文 PTP_UNCALIBRATED 監(jiān)測(cè)到多個(gè)Master，BMC算法執(zhí)行過程中的瞬態(tài)，選中新Master情況下執(zhí)行同步servo初始化和data sets更新等操作 PTP_SLAVE 與選中的Master端口同步,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容State machine,Full-implementation,Slave-only,IEE

18、E1588協(xié)議內(nèi)容Best Master Clock算法,BMC 在每個(gè)端口上獨(dú)立運(yùn)行 用于確定PTP系統(tǒng)中每個(gè)端口的狀態(tài) 各個(gè)時(shí)鐘之間不相互協(xié)商，各自獨(dú)立決定自身狀態(tài) 算法持續(xù)運(yùn)行，能夠重新適應(yīng)(re-adapt)網(wǎng)絡(luò)或時(shí)鐘變化 端口狀態(tài)的確定是基于Sync報(bào)文中所包含信息以及本地時(shí)鐘的defaultDS Preferred:用戶指定的特定時(shí)鐘系列(defaultDS.priority1) Stratum:時(shí)鐘層級(jí)(defaultDS.clockIdentity) Identifier:時(shí)鐘精度(defaultDS.clockQuality.clockAccuracy) Variance:時(shí)

19、鐘穩(wěn)定性和噪聲特性(offsetScaledLogVariance) Closest: 生成樹算法中的最短距離(stepsRemoved) UUID: tie-breaker,IEEE1588協(xié)議內(nèi)容BMC狀態(tài)判決,Erbest, Ebest Class 1-127 自身不是Master時(shí)同步到其他參考時(shí)鐘源的節(jié)點(diǎn)clockClass值應(yīng)大于127，即在1-127范圍內(nèi)的時(shí)鐘不能為slave clockClass值小于128的時(shí)鐘至少要比其值大于128的時(shí)鐘穩(wěn)定,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 時(shí)鐘類型及模型 報(bào)文類型、數(shù)據(jù)類型 拓?fù)?、BMC、協(xié)議狀態(tài)機(jī)及D

20、ata sets 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 協(xié)議實(shí)現(xiàn) 同步精度 硬件對(duì)協(xié)議的支持 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,協(xié)議實(shí)現(xiàn) PTP over UDP/IPv4/Ethernet,UDP Port 319: event port Port 320: general port IP TTL=0 MC address: 224.0.1.129 default domain 224.0.1.130 132 alternate domain 224.0.0.107 P

21、TP-pdelay Ethernet Ethertype:88F7 MC MAC address: 01-1b-19-00-00-00 01-80-c2-00-00-0e,協(xié)議實(shí)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步,獲取時(shí)間戳的位置盡量靠近PHY 消除操作系統(tǒng)和協(xié)議棧對(duì)時(shí)間戳的影響 有硬件支持 MII處增加報(bào)文監(jiān)測(cè)和打時(shí)間戳裝置 為每個(gè)timing報(bào)文獲取精準(zhǔn)時(shí)間戳 無硬件支持 通過SW在ISR出口和入口獲取時(shí)間戳 交換機(jī)或路由器設(shè)備支持邊界時(shí)鐘 設(shè)備時(shí)鐘同步到Master時(shí)鐘源 一個(gè)端口工作在slave狀態(tài)，其余端口Master狀態(tài) 統(tǒng)計(jì)方法減小抖動(dòng) 數(shù)值過濾，求均值等方法 引入統(tǒng)計(jì)操作減緩收斂時(shí)間 區(qū)

22、分報(bào)文優(yōu)先級(jí) 本地時(shí)鐘穩(wěn)定性 消除路徑延遲非對(duì)稱性 超出協(xié)議討論范圍,協(xié)議實(shí)現(xiàn)遺留的誤差,時(shí)間戳表示方法的量子化效應(yīng) 數(shù)據(jù)路徑的抖動(dòng) 晶振不穩(wěn)定性 非對(duì)稱性 物理傳輸介質(zhì) 收發(fā)器 測(cè)量誤差,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 協(xié)議實(shí)現(xiàn) 同步精度 硬件對(duì)協(xié)議的支持 IEEE1588 v2新特性 協(xié)議應(yīng)用,內(nèi)容提綱,時(shí)間分發(fā)協(xié)議概述 IEEE1588基本操作 協(xié)議內(nèi)容介紹 協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)及精度保證 IEEE1588 v2新特性 設(shè)備類型 報(bào)文類型和報(bào)文格式 其他 協(xié)議應(yīng)用,IEEE1588 v2新特性設(shè)備類型,E2E transparent clocks 可用于hierarchy systems 適用于線性系統(tǒng) 隨著設(shè)備數(shù)量增加性能降低（所有slave設(shè)備對(duì)Master可見） P2P transparent clocks 可用于hierarchy systems 能夠適應(yīng)設(shè)備較多的情況 系統(tǒng)拓?fù)渥兓瘯r(shí)能夠快速恢復(fù) 必須在每個(gè)端口都維護(hù)路徑長(zhǎng)度狀態(tài)和測(cè)量機(jī)制 只能應(yīng)用于homogenous P2P系統(tǒng) 每個(gè)鏈路都要執(zhí)行6次測(cè)量，一定程度上降低了精度,IEEE158