5G承载(3):承载网需要怎样的同步?

在承载网中,无论是IP网络还是OTN网络.

在承载网中,无论是IP网络还是OTN网络都是异步网络,其实并不需要同步。但在移动网络中,许多业务都有同步的要求。这里的同步通常有三个等级,分别是频率同步、相位同步和时间同步。它们的关系可以用如下图简单理解。

为了保证各基站之间的同步要求,承载网业务的同步要求,为基站提供基于同步以太网(SyncE)的频率同步和基于1588v2的时间同步。

同步以太网SyncE怎么实现的?

SyncE的结构和功能与SDH/SONET网络中的结构和功能非常相似。SyncE使用物理层(以太网口)将频率从主参考时钟(PRC)分配到从时钟。

对于SyncE的频率同步,它主要有三种来源:

  • 每个以太网端口恢复的时钟;
  • 1588 PTP数据流提取的时钟;
  • 外部同步端口(如SDH/SONET网络中使用的E1/T1等)。

图中的数字锁相环用于跟踪源的变化并过滤高频抖动,其结果用于设备对发射端口进行定时。

SyncE的同步相对来说比较简单。SyncE源的选择可手动配置,也可以由算法来选择确定,由包括源状态(向上/向下)、时钟源的质量(一个源比另一个源更接近主参考时钟(PRC))以及分配的优先级等来决定。

1588v2时间同步怎么实现的?

1588v2中,定义了精确定时协议(PTP),该协议可用于分配频率和/ToD(Time of Day)。这里主从设备之间的同步是通过传输PTP消息中的时间戳完成。

其中,时钟源的确定是通过最佳主时钟算法(BMC:Best Master Clock Algorithm)来确定,其结果输出用于本地时间戳和其他设备。

为了更好的理解1588v2的同步过程,我们来看看PTP协议中所定义的设备类型和消息类型。在1588v2网络中,它有5种设备类型:

同时,包含了两种类型的消息:

  • 事件消息(Event Messages);
  • 一般消息(General Messages)。

其中的事件消息是定时消息,在发送和接收消息时都会生成准确的时间戳。而一般消息不需要时间戳,但包含了其关联事件消息的时间戳。

利用上面的PTP消息,可以通过延迟请求响应机制和对等延迟机制等两种机制来测量PTP端口之间的传播延迟。

比如说使用Sync、Delay_Req、Delay_Resp,Follow_Up等消息来实现延迟请求响应机制。以及使用Pdelay_Req、Pdelay_Resp以及Pdelay_Resp_Follow_Up等消息实现对等延迟机制。在下文中的传播延迟的测量中,将会用到以上两种机制。

下面我们来看看1588v2同步建立的实现过程。同步的实现分为两个阶段:

  • 主从层次的建立;
  • 频率/时间的的同步。

同时在层次结构上,1588v2一般采用一种树形主从层次结构。如下图所示:

这种结构的成型是利用BMCA算法为每两个端口之间建立一种最佳主时钟,即确定各个端口的状态,是Master还是Slave,或者是Passive。另外,这种同步层次结构具有选择替代源的选项,是一种自愈体系结构。

在主从层次结构建立之后,同步就可以开始了。其实同步的过程相对来说比较容易理解。我们要同步,首先就要知道主从设备之间的传播时延,这个可以通过上面提到的两种延迟测量机制来完成。

然后利用这个传播时延计算出时间偏差,以此来校对时钟时间的偏移。从而完成同步。其中频率同步是利用1588v2报文交换时间戳来实现的,而时间同步则是利用设备之间的事件消息的交换产生的时间戳实现的。

以下为基于双步时钟模式下的频率同步和时间同步的报文交换过程。

我们以时间同步中的Delay_Req为例,当从时钟设备知道了t1、t2、t3和t4的定时,就可以计算消息路径的平均时延(tmpd)。

然后根据此延迟计算出主从设备的时间偏差。

即设备依据报文交换产生的时间戳,计算出时间偏差,然后校正本地时间,从而实现频率和时间同步。

那么在承载网中,同步信号是怎么传输的,以及时钟时间同步方案是怎样的部署的,因篇幅有限,我们下次再聊,感谢您的阅读。

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