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时间同步以太网解决方案,打造可靠的网络
浏览次数:3709发布日期:2011-03-30

 

移动网络时间同步要求
 
    在通信网络中,时间同步网是必不可少的一个组成部分,不同的业务对同步有着不同的要求。主要的几种需求包括:计费系统(500ms)、通信网管系统(500ms)、七号信令(1ms)、IP网络维护(100ms)和移动网络业务(几微秒)。其中,zui严格的需求来源于无线网络,移动技术的发展越来越多地对网络提出高精度时间同步要求,例如CDMA2000、WiMAX和TD-SCDMA都有基站间微秒级的时间同步要求。表1是各种无线网络协议制式的同步指标需求。对于传统GSM网络和WCDMA网络,只需要频率同步,传统SDH网络即可以提供满足要求的频率信息,而对于CDMA/TD-SCDMA/WiMAX/LTE等技术,传统的SDH网络已经不能满足传递时间信息的要求,所以当前已部署的网络通常采用GPS解决同步问题。但GPS的工程安装条件较高,而且出于安全性和成本方面的考虑,运营商不希望大量使用GPS。
 
 表1 各种移动制式对时间同步的要求
 
分组网络实现时间同步的相关技术

   
为了适应业务IP化发展的必然趋势,作为基础网络的承载网已经开始由传统的电路交换向分组交换演进。在演进过程中,仍然存在大量的TDM业务,在分组网络中要保证TDM业务的同步特性,并且以移动业务为首的应用层业务也有高精度的业务同步需求,而传统SDH在传递时间同步方面有着先天不足。因此,大家把目光投向了分组网络的时间同步解决方案。
 
    在分组网络中实现对频率和时间同步信号的传送,有两类可行的技术:一是基于物理层的同步技术,如ITU-T G.8261的同步以太网技术;二是基于分组包的同步技术,例如IEEE 1588 V2。
 
    同步以太网通过以太网物理层芯片从串行数据码流中恢复出发送端的时钟,这种方式与SDH时钟恢复方式相同,并且可以获得类似SDH的时钟精度,实现网络时钟同步。通过同步以太网实现物理同步的优点有很多:时钟同步质量接近SDH,能和现有的同步网兼容;不受高层协议的影响,也不会受到数据网络拥塞、丢包、时延等的影响,时钟的质量等级信息可以通过专门的SSM帧进行传送;技术相对成熟,可实现性较好,主要运营商和设备商都支持这种方案;标准化进展很快,已经完成G.8261的同步以太网物理层同步构架编写和G.8262时钟性能内容。但目前同步以太网只能支持频率信号的传送,不支持时间信号的传送,所以单纯的同步以太网方案只适用于不需要时间同步要求的场景。
 
    IEEE 1588V2是一种时间同步协议,简称PTP(Precision Time Protocol),其基本思想是通过设备软硬件配合,利用网络的对称性和延时测量技术,记录同步时钟信息的发出时间和接收时间,并且给每一条信息加上时间标签。有了时间记录,接收方就可以计算出自己在网络中的时间误差和延时,从而实现网络上从设备的内时钟和主控机的主时钟同步。
 
    IEEE 1588V2可以同时实现频率同步和时间同步;同步精度高,可达亚微秒级,理论上可以满足移动制式对时间同步的要求;网络的拥塞、丢包和时延可以通过点到点的方式解决,业界标准统一。缺点是不支持非对称网络,需要硬件支持,而且时间传递的精度保证主要依赖于两个条件:计数器频率准确和链路的对称性。同时,使用IEEE 1588V2进行频率同步时虽然可以独立于同步以太网实现频率同步,但相对于同步以太网,PTP有较长的收敛时间,频率度依赖于时戳的颗粒度。
 
中兴通讯时间同步以太网解决方案
 
    中兴通讯早在2007年起就开始进行分组网络时间同步解决方案的研究,持续关注运营商对移动网络的时间同步需求和标准发展动态,在分组时间同步技术上有深厚的技术积累。
 
    如前所述,同步以太网在实现频率同步方面有着先天优势,但无法实现时间同步;频率同步是相位同步的基础,IEEE1588 V2虽然可以同时实现频率同步和相位同步,但它在实现频率同步时收敛时间过长,频率的度完全依赖于时戳的颗粒度,并且1588报文经过复杂的数据网路,抖动和非对称性的不可控,导致恢复时钟和时间精度难以保证。
 
    在多方位考虑多种分组同步技术的优缺点后,中兴通讯提出了业界的“时间同步以太网”解决方案,在同步以太网基础上实现IEEE 1588V2时间同步,是两种技术的无缝结合,解决了在分组网络中同时传送收敛速度快、高度的频率和相位信息的难题。
 
    在“时间同步以太网”解决方案中,先使用同步以太网实现高精度的频率同步,在此基础上,PTP用来实现相位同步和时间同步,同步以太网的使用有力地保证了PTP协议的收敛时间。PTP协议的时戳插入和提取通过硬件实现,提高了PTP协议的精度,进一步缩小了收敛时间。经实验室的压力测试,“时间同步以太网”解决方案完全可以满足现网条件下的TD-SCDMA对时间同步的需求。
 
    此外,“时间同步以太网”解决方案中的IEEE 1588 V2协议可以穿越普通不支持该协议的二、三层设备,可以独立使用,大大提高了网络部署的灵活程度。对于不支持IEEE 1588 V2协议的基站,可提供带外 1PPS+TOD接口,满足当前基站需求;对于支持带内以太网接口的基站,业务信息和时间信息可通过同一接口传送,满足移动网络长期演进的需求。在时间传送的可靠性方面,我们采用SSM和BMC的协议,实现时间链路的自动保护倒换,为运营商打造稳定可靠高精度的时间传送网络。
 
通过中国移动GPS替代验证
 
    中国移动出于安全性、工程安装、成本因素等综合因素的考虑,非常关注承载网实现GPS替代方案。2008年4月起,中兴通讯配合中国移动完成了TD天线优化和分组传送网设备的GPS替代多个研究方向的项目,并输出了多项研究成果。 2008年8月中兴通讯在深圳完成了与TD基站对接,进行了分组传送网时间同步压力测试。本次测试共实施了35个节点压力测试,测试结果优异,完全满足TD同步要求,具备高精度、高补偿能力以及高可靠性等特点。中兴通讯的“时间同步以太网解决方案”可以作为GPS的替代解决方案在现网进行规模部署,帮助运营商建设稳定时间同步网络,降低网络建设成本,提高网络可维护性和生存性。
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