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1IEEE 1588标准和相关同步协议.doc

1IEEE 1588标准和相关同步协议

平凡的程序员小强
2018-09-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《1IEEE 1588标准和相关同步协议doc》,可适用于工程科技领域

资料来源电子下载网下载时间::本文地址http:ujjcomshejiqianrushihtmlIEEE标准和相关同步协议摘要: 阐述同步以太网的概念介绍IEEE标准和相关同步协议以及实现分布式网络化系统精确时钟同步的原理和方法介绍了款常用的基于IEEE的同步以太网芯片并给出了具体应用实例。关键词:同步以太网IEEESiDP中图分类号:TP文献标识码:ASynchronousEthernetImplementationBasedonIEEE※WuMinliang,ShiXugang,ZhangSheng,ShenYibo(SchoolofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyHangzhouChinaZhejiangUniversityofTechnologyHangzhouAOBOTelecomCo,Ltd)Abstract:TheconceptofsynchronousEthernetIEEEstandardandsynchronousprotocolsareintroducedTheprincipleandmethodsofprecisetimesynchronizationindistributednetworksystemareintroducedTwokindsofsynchronousEthernetchipsbasedonIEEEareintroducedandexamplesofimplementationaregivenKeywords:synchronousEthernetIEEESiDP 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:一是分组网络可以承载TDM业务并提供TDM业务时钟恢复的机制使得TDM业务在穿越分组网络后仍满足一定的性能指标二是分组网络可以像TDM网络一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SyncE中以太网采用与SONET(同步光纤网络)SDH(同步数字系列)相同的方式通过高品质、可跟踪一级基准时钟信号同步其位时钟。年国际电信联盟在其G中描述了SyncE概念。年在G中对SyncE的性能要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在年发布了IEEE标准该标准定义了一种精确时间同步协议(PTP)年又制定了新版本的IEEE即IEEEv。 相关标准与协议 IEEE  IEEE通过硬件和软件配合获得更精确的定时同步在传输时间时钟信号时无需额外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本。IEEE在技术规范中特别定义了一套基于消息的同步协议通过周期性地发布带有时间戳的信息包可以使各个测控节点的时钟得到校正从而实现整个系统的同步运行。其实现原理如图所示。图 时钟误差校正原理  首先主时钟节点周期性(一般为s)地向整个系统发送同步包(Sync)接着将同步包时间戳打包再发送同步跟随包(FollowUp)。当各从时钟节点收到主时钟节点发来的同步包和同步跟随包后依据各自时间戳、接收同步包时间戳和解析同步跟随包的时间戳计算主从时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、布线长度以及目前网络技术中的固有问题也将造成测控数据在传输过程中的不同延迟。为了有效消除网络延迟对分布式系统实时性的影响IEEE也定义了个信息包校正原理如图所示。图 网络延迟校正原理  从时钟节点可以不定期(一般为~s)地向主时钟节点发送延迟请求包(DelayRequest)主时钟节点收到延迟请求包后立即将接收时间戳打包并返回延迟应答包。当从时钟节点收到延迟应答包后依据自身发送延迟请求包时间戳和解析延迟应答包时间戳计算网络延迟时间并用这个差值调整自身时钟直到与主时钟同步。基于以上方法可以有效消除主从时钟差异和测控数据在网络中的传输延迟从而实现分布式网络化测控系统的时钟同步。 基准时钟信号的分配方式  G.定义了分组网中的定时同步网元规定了网络中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要求提出了两种基准时钟信号的分配方式――网络同步方式(同步以太网)和基于分组方式解决了分组网特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其混合应用将构建既能实现频率同步又能实现时间同步的下一代同步网。()网络同步方式(同步以太网)  与现在的SONETSDH链路一样同步以太网通过OSI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)或用同步物理层的主从方式。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网中。  其特点是:使用以太网物理层仅能分配同步频率不能分配同步时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。()基于分组方式  该方式是指定时信息由分组承载发送专门的时间戳消息双向传送定时信息的方法可能是NTP或类似的协议。值得注意的是双向协议还能传送时间信息。  其特点是:与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。 应用实例 Si芯片  在实际应用中采用SiliconLabs公司生产的Si芯片。该芯片为一款抖动衰减时钟倍频芯片采用kHz~MHz的双时钟输入并且产生个独立的倍频时钟。在同步方面主要采用SiliconLabs的第三代DSPLL技术能够产生任意比率的频率合成以及在高速率下的去抖动。除支持SONETSDH和以太网时钟外Si还可支持G线路编码率的同步以太网时钟倍频芯片。  具体应用实例如图所示。本地时钟输入MHz作为芯片的一路输入经过Si倍频后输出端口一路为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后恢复出一个接近MHz的时钟再次输入Si经过DPLL锁相达到芯片认为符合要求的时钟后本地时钟的输入被屏蔽。当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。在具体的应用中前级的数据时钟往往抖动十分严重经过Si芯片处理后时钟能恢复得很好并且所有设备的时钟都保持了一致性。图 Si同步芯片应用实例 DP芯片  IEEE的精密时钟协议(PTP)能够实现高精度的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包之后对它们进行处理的每一种器件都会增加同步误差。DP通过在物理层以硬件加软件的方式使得ns级的时钟同步成为可能。  DP是一款基于IEEE标准的时钟同步芯片采用硬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可确保分布式上各节点能按照主机时钟的时间同步定时并确保各节点之间的时间偏差不会超过ns。一旦线路上有PTP包即被DP的精密PHYTER所读取。  DP具有几个内部时钟包括本地参考时钟、个以太网接收时钟和个PTP时钟信号源同时还包括个内部的PTP数字计数器以及可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IEEEPTP软件实现。如图所示CPU、交换芯片和DP通过MII口连接起来组成一个系统。交换机成为以太网中同步的一个器件使得交换机所形成的以太网及该网络下所挂的器件都满足IEEE协议最终形成同步以太网。图 基于DP的同步以太网交换机应用框图结语  从目前的原型实验和应用来看IEEE中标准化的精确时间协议可以达到亚微秒级的同步精度并且有可能达到更高的精度。IEEE为基于多播技术的标准以太网的实时应用提供了有效的解决方案但同时也存在一些尚待进一步研究的问题如主时钟的容错性能、振荡器的稳定性对时钟的影响等。相信今后该标准会更加完善也会有更多的具体应用可以参考。  编者注:本文为期刊缩略版全文见本刊网站wwwmesnetcomcn。参考文献IEEEStd―IEEEStandardforaPrecisionClockSynchronizationProtocolforNetworkedMeasurementandControlSystems[S]KendalR,SivaramB,AnatolyMTheApplicationofIEEEtoaDistributedMotionControlSystem[OL][]http:ieeenistgovRoesFE,VamanDRIsoEthernet:AnIntegratedServicesLAN[J]IEEECommunicationsMagazine()韦乐平电信级以太网的崛起[OL][]http:wwwChinatelecomcomcn胡昌军电信级以太网技术漫谈[OL][]http:catrcomcn推荐阅读:(按住Ctrl鼠标左键点击标题可以打开详细内容)、IC检测方法、什么是遥感技术、什么是无线网址、制冷设备维修技巧、什么是色温、手机RF设计问答、微波简史、微波小知识、卫星导航知识、卫星与遥感技术

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