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時(shí)間同步以太網(wǎng)解決方案，打造可靠的網(wǎng)絡(luò)
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步要求
在通信網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間同步網(wǎng)是*的一個(gè)組成部分，不同的業(yè)務(wù)對(duì)同步有著不同的要求。主要的幾種需求包括：計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（500ms）、通信網(wǎng)管系統(tǒng)（500ms）、七號(hào)信令（1ms）、IP網(wǎng)絡(luò)維護(hù)（100ms）和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（幾微秒）。其中，zui嚴(yán)格的需求來(lái)源于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越多地對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出高精度時(shí)間同步要求，例如CDMA2000、WiMAX和TD-SCDMA都有基站間微秒級(jí)的時(shí)間同步要求。表1是各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議制式的同步指標(biāo)需求。對(duì)于傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)和WCDMA網(wǎng)絡(luò)，只需要頻率同步，傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)即可以提供滿足要求的頻率信息，而對(duì)于CDMA/TD-SCDMA/WiMAX/LTE等技術(shù)，傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足傳遞時(shí)間信息的要求，所以當(dāng)前已部署的網(wǎng)絡(luò)通常采用GPS解決同步問(wèn)題。但GPS的工程安裝條件較高，而且出于安全性和成本方面的考慮，運(yùn)營(yíng)商不希望大量使用GPS。
表1 各種移動(dòng)制式對(duì)時(shí)間同步的要求
分組網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的相關(guān)技術(shù)
為了適應(yīng)業(yè)務(wù)IP化發(fā)展的必然趨勢(shì)，作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始由傳統(tǒng)的電路交換向分組交換演進(jìn)。在演進(jìn)過(guò)程中，仍然存在大量的TDM業(yè)務(wù)，在分組網(wǎng)絡(luò)中要保證TDM業(yè)務(wù)的同步特性，并且以移動(dòng)業(yè)務(wù)為首的應(yīng)用層業(yè)務(wù)也有高精度的業(yè)務(wù)同步需求，而傳統(tǒng)SDH在傳遞時(shí)間同步方面有著先天不足。因此，大家把目光投向了分組網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步解決方案。
為了適應(yīng)業(yè)務(wù)IP化發(fā)展的必然趨勢(shì)，作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始由傳統(tǒng)的電路交換向分組交換演進(jìn)。在演進(jìn)過(guò)程中，仍然存在大量的TDM業(yè)務(wù)，在分組網(wǎng)絡(luò)中要保證TDM業(yè)務(wù)的同步特性，并且以移動(dòng)業(yè)務(wù)為首的應(yīng)用層業(yè)務(wù)也有高精度的業(yè)務(wù)同步需求，而傳統(tǒng)SDH在傳遞時(shí)間同步方面有著先天不足。因此，大家把目光投向了分組網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步解決方案。
在分組網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和時(shí)間同步信號(hào)的傳送，有兩類(lèi)可行的技術(shù)：一是基于物理層的同步技術(shù)，如ITU-T G.8261的同步以太網(wǎng)技術(shù)；二是基于分組包的同步技術(shù)，例如IEEE 1588 V2。
同步以太網(wǎng)通過(guò)以太網(wǎng)物理層芯片從串行數(shù)據(jù)碼流中恢復(fù)出發(fā)送端的時(shí)鐘，這種方式與SDH時(shí)鐘恢復(fù)方式相同，并且可以獲得類(lèi)似SDH的時(shí)鐘精度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步。通過(guò)同步以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理同步的優(yōu)點(diǎn)有很多：時(shí)鐘同步質(zhì)量接近SDH，能和現(xiàn)有的同步網(wǎng)兼容；不受高層協(xié)議的影響，也不會(huì)受到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包、時(shí)延等的影響，時(shí)鐘的質(zhì)量等級(jí)信息可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的SSM幀進(jìn)行傳送；技術(shù)相對(duì)成熟，可實(shí)現(xiàn)性較好，主要運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商都支持這種方案；標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展很快，已經(jīng)完成G.8261的同步以太網(wǎng)物理層同步構(gòu)架編寫(xiě)和G.8262時(shí)鐘性能內(nèi)容。但目前同步以太網(wǎng)只能支持頻率信號(hào)的傳送，不支持時(shí)間信號(hào)的傳送，所以單純的同步以太網(wǎng)方案只適用于不需要時(shí)間同步要求的場(chǎng)景。
IEEE 1588V2是一種時(shí)間同步協(xié)議，簡(jiǎn)稱(chēng)PTP（Precision Time Protocol），其基本思想是通過(guò)設(shè)備軟硬件配合，利用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱(chēng)性和延時(shí)測(cè)量技術(shù)，記錄同步時(shí)鐘信息的發(fā)出時(shí)間和接收時(shí)間，并且給每一條信息加上時(shí)間標(biāo)簽。有了時(shí)間記錄，接收方就可以計(jì)算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間誤差和延時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上從設(shè)備的內(nèi)時(shí)鐘和主控機(jī)的主時(shí)鐘同步。
IEEE 1588V2可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間同步；同步精度高，可達(dá)亞微秒級(jí)，理論上可以滿足移動(dòng)制式對(duì)時(shí)間同步的要求；網(wǎng)絡(luò)的擁塞、丟包和時(shí)延可以通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式解決，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。缺點(diǎn)是不支持非對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)，需要硬件支持，而且時(shí)間傳遞的精度保證主要依賴于兩個(gè)條件：計(jì)數(shù)器頻率準(zhǔn)確和鏈路的對(duì)稱(chēng)性。同時(shí)，使用IEEE 1588V2進(jìn)行頻率同步時(shí)雖然可以獨(dú)立于同步以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)頻率同步，但相對(duì)于同步以太網(wǎng)，PTP有較長(zhǎng)的收斂時(shí)間，頻率度依賴于時(shí)戳的顆粒度。
中興通訊時(shí)間同步以太網(wǎng)解決方案
中興通訊早在2007年起就開(kāi)始進(jìn)行分組網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步解決方案的研究，持續(xù)關(guān)注運(yùn)營(yíng)商對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步需求和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動(dòng)態(tài)，在分組時(shí)間同步技術(shù)上有深厚的技術(shù)積累。
如前所述，同步以太網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)頻率同步方面有著先天優(yōu)勢(shì)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；頻率同步是相位同步的基礎(chǔ)，IEEE1588 V2雖然可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率同步和相位同步，但它在實(shí)現(xiàn)頻率同步時(shí)收斂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，頻率的度*依賴于時(shí)戳的顆粒度，并且1588報(bào)文經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)路，抖動(dòng)和非對(duì)稱(chēng)性的不可控，導(dǎo)致恢復(fù)時(shí)鐘和時(shí)間精度難以保證。
在多方位考慮多種分組同步技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)后，中興通訊提出了業(yè)界的“時(shí)間同步以太網(wǎng)”解決方案，在同步以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)IEEE 1588V2時(shí)間同步，是兩種技術(shù)的無(wú)縫結(jié)合，解決了在分組網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)傳送收斂速度快、高度的頻率和相位信息的難題。
在“時(shí)間同步以太網(wǎng)”解決方案中，先使用同步以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高精度的頻率同步，在此基礎(chǔ)上，PTP用來(lái)實(shí)現(xiàn)相位同步和時(shí)間同步，同步以太網(wǎng)的使用有力地保證了PTP協(xié)議的收斂時(shí)間。PTP協(xié)議的時(shí)戳插入和提取通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，提高了PTP協(xié)議的精度，進(jìn)一步縮小了收斂時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室的壓力測(cè)試，“時(shí)間同步以太網(wǎng)”解決方案*可以滿足現(xiàn)網(wǎng)條件下的TD-SCDMA對(duì)時(shí)間同步的需求。
此外，“時(shí)間同步以太網(wǎng)”解決方案中的IEEE 1588 V2協(xié)議可以穿越普通不支持該協(xié)議的二、三層設(shè)備，可以獨(dú)立使用，大大提高了網(wǎng)絡(luò)部署的靈活程度。對(duì)于不支持IEEE 1588 V2協(xié)議的基站，可提供帶外 1PPS+TOD接口，滿足當(dāng)前基站需求；對(duì)于支持帶內(nèi)以太網(wǎng)接口的基站，業(yè)務(wù)信息和時(shí)間信息可通過(guò)同一接口傳送，滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期演進(jìn)的需求。在時(shí)間傳送的可靠性方面，我們采用SSM和BMC的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)時(shí)間鏈路的自動(dòng)保護(hù)倒換，為運(yùn)營(yíng)商打造穩(wěn)定可靠高精度的時(shí)間傳送網(wǎng)絡(luò)。
通過(guò)中國(guó)移動(dòng)GPS替代驗(yàn)證
中國(guó)移動(dòng)出于安全性、工程安裝、成本因素等綜合因素的考慮，非常關(guān)注承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)GPS替代方案。2008年4月起，中興通訊配合中國(guó)移動(dòng)完成了TD天線優(yōu)化和分組傳送網(wǎng)設(shè)備的GPS替代多個(gè)研究方向的項(xiàng)目，并輸出了多項(xiàng)研究成果。 2008年8月中興通訊在深圳完成了與TD基站對(duì)接，進(jìn)行了分組傳送網(wǎng)時(shí)間同步壓力測(cè)試。本次測(cè)試共實(shí)施了35個(gè)節(jié)點(diǎn)壓力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果優(yōu)異，*TD同步要求，具備高精度、高補(bǔ)償能力以及高可靠性等特點(diǎn)。中興通訊的“時(shí)間同步以太網(wǎng)解決方案”可以作為GPS的替代解決方案在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行規(guī)模部署，幫助運(yùn)營(yíng)商建設(shè)穩(wěn)定時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)可維護(hù)性和生存性。
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