1588时间同步解决方案介绍

广东移动-上海贝尔 基于PTN网络的1588时间同步技术上海贝尔股份有限公司 2010年11月TD基站对于同步的要求和现状分析All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXXTD基站频率和时间同步要求对于TD-SCDMA同步性能的要求 TD-SCDMA 的同步需求由3GPP TR 25.836定义。

TD-SCDMA基站需要的频率 精度为±50 ppb（0.05ppm)。

此外，还需要相邻基站间的相位同步，误差要求在3 μs 以内，即基站和RNC （或PGW)之间的相位误差应该不超过1.5 μs。

TD-SCDMA空口时间同步精度要求： ∣△T1＋ △T2＋ △T3 ∣<±1.5usGPSMaster ClockIub Backhaul Node B△T2按照最坏情况，精度分配如下： ∣△T1∣< 200 ns ∣△T3∣1 BBU+1 RRU情况下为300ns，1 BBU+6 RRU情况下为500ns 因此要求∣△T2∣的范围：800~1000ns△T1△T3△T1：时间源精度△T2：回传网络偏差All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX△T3：基站偏差目前 GPS 定时存在问题及替代方案目前基站通过GPS保证空口同步：GPSn n n对基站安装提出一定的要求 基站成本 安全性问题GPS替代方案：n n n单星方案 北斗 时间同步网 传输分配Node BIub BackhaulRNCn传输分配方案 (借助IEEE 1588)：n n n通过MSTP开销 通过MSTP净荷 通过PTNAll Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX1588v2地面时间同步 vs GPS时间分配方案TD-SCDMA Node BIEEE 1588v2-Synch<1.5us <800ns (1PPS+ToD)GPS/北斗接收机(IEEE1588v2) TD-SCDMA Node B (IEEE1588v2) (1PPS+ToD)(1PPS+ToD)GPS/北斗接收机PTNPTN (Sync Eth) (Sync Eth) (1PPS+ToD)n 1588v2方案成本仅为GPS方案的10%左右成本（GPS方案中考虑100米左右的GPS馈线） n 1588v2方案避免了GPS方案所要求的安装 条件（120度净空角等）成本8000 6000 4000 2000 0 GPS 1588v2n 1588v2方案确保了较高的安全性All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX基于PTN网络的1588 V2时间同步技术All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2008, XXXXX基站回传时钟同步需求：G.8261同步以太网 （频率同步)概念 § 采用以太网物理层来传送高质量的参考频率（类似 SDH） § 要采用类似于SDH的SSM同步算法进行时钟分发。

IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现IEEE1588，也被称为精确时间协议（PTP），是一种用于网络中实现高精度时间同步的协议。

它在各种工业应用和通信系统中被广泛采用，因为它可以提供微秒级甚至亚微秒级的精度，满足了许多应用的实时性要求。

首先，IEEE 1588协议需要在网络中选择一个主时钟（Master Clock），作为时间同步的源头。

主时钟拥有最高的时间精度，并将其时间信息通过数据包广播给其他时钟节点。

其他节点被称为从时钟（Slave Clock），它们通过接收到的时间数据来调整自身的时钟，并与主时钟保持同步。

在主时钟启动时，它会周期性地发送特殊的数据包，称为同步事件（Sync Event）。

这些数据包包含了主时钟的当前时间戳，从时钟接收到这些数据包后，会记录接收时间戳。

当从时钟收到一定数量的同步事件后，它会计算出与主时钟的相对时间差，并根据这个时间差来调整自身的时钟。

为了确保时间同步的准确性，IEEE 1588采用了两个重要的概念，即时钟同步和时间戳校准。

时钟同步通过周期性的同步事件来实现，从而减小网络延迟带来的时间误差。

而时间戳校准则通过周期性地发送延迟请求（Delay Request）和延迟响应（Delay Response）数据包来估计网络延迟，并相应地调整时间戳。

在实际的实现中，IEEE1588通常使用硬件支持或软件实现的方式。

硬件支持一般通过专用的电路芯片或FPGA来实现，它们能够提供更高的时间精度和更低的延迟。

而软件实现则是在通用的计算机上运行，通过操作系统和网络协议栈来实现时间同步功能。

在软件实现中，IEEE1588通常依赖于操作系统的时钟服务和网络协议栈。

操作系统的时钟服务提供了计算机系统的时间信息，并提供了时间戳的功能。

网络协议栈则负责封装和发送数据包，并处理收到的数据包以提取时间戳信息。

在实现中，需要考虑以下几个关键问题：1.时间同步精度：在实现中，需要根据具体应用的要求选择合适的时钟源和自适应算法，以达到所需的精度。

2020年第1期信息通信2020(总第205期)INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.No205)浅析1588V2时间同步部署方案侯扬(中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，湖南长沙410000)摘要:介绍1588V2时间同步部署的背景、必要性和基本原理，分析时间同步网现状，提出1588V2时间同步部署方案。

关键词:时钟同步；时间同步;GPS;1588V2等中图分类号:TN929.5文献标识码:A文章编号:1673-1131(2020)01-0201-021背景传统的时间同步链路采用的NTP方式，存在的主要问题是无法满足us级别的时间精度。

而在基站侧釆用GPS解决同步问题，也存在诸多的问题，具体如下:①每个基站均需配备一套GPS系统，维护、安装成本高。

②目前不配置1588V2时钟情况下，基站每站只配置1块星卡，无失效保护。

③GPS天线对安装环境有特殊要求，尤其是室分站点，选址困难;长距离下GPS天线馈线较粗，安装困难。

④GPS 失效需要现场硬件更换，无法远程维护。

⑤安全隐患高，依赖于GPS系统,紧急情况下整网可能因失步而瘫痪。

⑥GPS 干扰呈增多趋势，近期的欧洲伽利略停摆以及各种GPS停服的消息,说明只在一种时钟下工作有非常高的风险。

面对无线基站时间同步的高精度要求以及GPS解决方案存在的诸多问题,本文探讨一种高精度的地面传送时间同步解决方案即1588V2。

2同步的基本概念2.1同步的定义同步主要包括频率同步和时间同步。

频率同步一般指源端和宿端的时钟在一定精度内保持相同的频率，其相位不一定对齐或者保持恒定，特点是两个时钟速度一致，但起点可能不一致；时间同步即相位同步，其相位也要对齐，特点是两个时钟速度一致，并且起点也一致。

目前比较成熟的时钟技术中，只有GPS和1588V2同时支持频率同步和时间同步。

2.2无线业务对同步的要求各类无线业务对时间同步要求不同,5G时代对时间同步提出更高的要求。

1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案京准电⼦科技官微——ahjzsz1. 概述1.1. PTP起源伴随着⽹络技术的不断增加和发展，尤其是以太⽹在测量和控制系统中应⽤越来越⼴泛，计算机和⽹络业界也在致⼒于解决以太⽹的定时同步能⼒不⾜的问题，以减少采⽤其它技术，例如IRIG-B等带来的额外布线开销。

于是开发出⼀种软件⽅式的⽹络时间协议（NTP），来提⾼各⽹络设备之间的定时同步能⼒。

1992年NTP版本的同步准确度可以达到200µs，但是仍然不能满⾜测量仪器和⼯业控制所需的准确度。

为了解决这个问题，同时还要满⾜其它⽅⾯需求。

⽹络精密时钟同步委员会于2001年中获得IEEE仪器和测量委员会美国标准技术研究所（NIST）的⽀持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过，作为IEEE1588标准。

该标准定义的就是PTP协议（Precision Time Protocol）。

1.2. PTP应⽤环境PTP适合⽤于⽀持单播，组播消息的分布式⽹络通信系统，例如Ethernet。

同时提供单播消息的⽀持。

协议⽀持多种传输协议，例如UPD/IPv4，UDP/IPv6，Layer-2 Ethernet，DeviceNet。

协议采⽤短帧数据传输以减少对⽹络资源使⽤，算法简单，对⽹络资源使⽤少，对计算性能要求低，适合于在低端设备上应⽤。

1.3. PTP⽬标⽆需时钟专线传输时钟同步信号，利⽤现有的数据⽹络传输时钟同步消息。

降低组建时间同步系统的费⽤。

在提供和GPS相同的精度情况下，不需要为每个设备安装GPS那样昂贵的组件，只需要⼀个⾼精度的本地时钟和提供⾼精度时钟戳的部件，成本相对较低。

采⽤硬件与软件结合设计，并对各种影响同步精度的部分进⾏有效矫正，以提供亚微妙级的同步精度。

独⽴于具体的⽹络技术，可采⽤多种传输协议。

5、1588时间同步解决方案TD-SCDMA时间同步现状l TD-SCDMA组网对时间同步要求较高ü TD-SCDMA/TD-LTE 均属于TDD时分双工系统，在相同的频率上发送上/ 下行数据，需要基站间同步，以避免时隙间和上/下行帧之间的干扰。

ü TD基站时间同步精度要求为± 1.5μs。

l TD-SCDMA基站目前使用GPS作为唯一的授时时间源制式 GSM WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA FDD-LTE TD-LTE 频率同步 50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 50ppb 时间同步 None None 小于3µs 小于1.5µs None 小于1.5µs各种无线通信系统的同步性能指标要求TD-SCDMA基站的时间同步需求TD-SCDMA无线组网要求同频相邻基站空口同步、时隙对齐，任意两个基 站之间帧头最大偏差不超过3μs，否则会产生：▪时隙干扰：前一个时隙的信号落在下一个时隙中，破坏了这两个时隙内的正交码的正交性，使这两个时隙内的基站或终端都无法正常解调。

▪上下行时隙干扰：一个基站发射的信号直接对另一个基站的接收造成强大的干扰，严重影响第二个基站的正常接收。

码频率TDD/TDMACDMA 1.6MHz本振源 PRC/LPR （铯钟） G.811时钟 铷原子钟准确度 ±2×10-12 ±1×10-11 ±5×10-11变化±1us 需用时间 115多天 17分钟 3.4分钟675µs 75µs160µs 675µs75µs675µstime本地时钟和频率同步网守时能力无法 满足TD需求，需要有时间同步机制依赖GPS存在的问题l 安全问题– GPS系统存在安全隐患。

中国移动TD网络1588V2时间同步信号解决方案作者：宫志双来源：《中国新通信》 2017年第12期【摘要】本文通过研究1588v2 时间同步技术的应用现状，分析中国移动在TD 网络方面进行的技术更新。

这种技术更新能够稳定用户移动终端的信号，可以带来减少因时间误差带来的数据传输误差，最终在技术的精准度上做到发展。

面对信息技术飞速发展的今天，如何利用自己技术的发展来更好地传递信息，也成为了相关企业的重点发展对象。

【关键词】 TD 网络 1588V2 时间同步技术中国移动一、1588V2 时间同步信号标准情况1.1 概念时间同步技术是频率同步的进一步发展。

为了实现不同数据传输部位的时间能够同步，他们所从属的主从时钟能够做到最好的配合，所以进行时间同步技术的研究运用。

IEEE 在2002 年发布了IEEE 1588 标准，该标准定义了一种精确时间同步协议(PTP)。

IEEE 1588 是针对局域网组播环境制订的标准，在电信网络的复杂环境下，应用将受到限制。

因此在2008 年又发布了IEEE 1588v2，该版本中增加了适应电信网络应用的技术特点。

正是由于使用与电信网络通信，所以移动公司进行相关技术的引用与研究。

1588v2 时钟对时间的要求与以往的简单同步技术不同，它的能够向基站提供精准的同频率、同相位时钟信号的时钟技术，可满足3G、LTE 等信息技术传播中对时间的严格要求，从而能够保护用户的信号稳定性，做到在各基站转换中能够保证信息通畅。

时间同步技术专业性强，1588V2 则更加严肃的做到了这些要求。

TD 网络范围覆盖广，可以在一些4G信号达不到地方，作为信息传播的补充网络，从而达到对用户网络稳定性的保护。

1.2 应用现状1588v2 是可供应用的提供时间同步和频率同步的方法，能适合于不同传送平台的局间时频传送。

中国移动公司的网络基站分布较广，数量较多。

为了保证用户的基本信号稳定供应，所以对于时间的要求更加精密，运用1588V2 技术指导更加符合要求。

IEEE1588协议IEEE 1588协议是一种用于时钟同步的网络通信协议，其全称为"Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems"。

该协议是由IEEE所制定的，旨在解决分布式系统中设备时钟同步问题。

在分布式系统中，设备之间的时钟同步是至关重要的。

准确的时钟同步能够确保系统中的各个设备在不同节点上以一致的时间进行操作，从而实现更可靠的协调和协同工作。

此外，在一些需要严格时间同步的应用领域，如工业自动化、电力系统等，时钟同步则是成功实现系统任务的基础。

传统的时钟同步方法中，基于GPS(Global Positioning System)的时间同步方案是一种常见的解决方法。

然而，GPS无法完全适用于所有场景，尤其是对于移动设备、室内场景等。

IEEE 1588协议的出现，则为这类应用场景的时钟同步问题提供了有效的解决方法。

IEEE 1588协议基于主从(Slave)的建模方式，其中主时钟(Master Clock)负责向从时钟(Slave Clock)广播时钟信号。

具体而言，协议通过周期性发送时间戳消息来实现主从时钟之间的同步。

在主时钟发送时间戳消息时，从时钟会接收该消息，并通过与其内置的本地时钟进行比较，进而进行时钟校正。

这样，从时钟就可以根据主时钟的参考进行同步，从而实现各个设备间的时钟同步。

IEEE 1588协议定义了两个核心消息：Sync（同步）和Delay_Req（延迟请求）。

Sync消息用于主时钟广播当前的时间信息，而Delay_Req消息用于从时钟向主时钟请求延迟信息。

协议还提供了一些附加消息，如Follow_Up（回应）、Delay_Resp（延迟回应）和Pdelay_Req（对称延迟请求），用于进一步优化时钟同步过程。

除了时钟同步外，IEEE 1588协议还提供了一种高级特性，即时钟精度统计（Clock Accuracy Estimation）。

1588V2的原理与方案介绍摘要：目前电信业务传送网络正在完成IP化的转化，以分组交换为主要核心的IPRAN、PTN技术已经成为传送网的主流技术广泛应用于运营商中。

传统的以TDM为内核的MSTP技术逐渐退出现网。

而在转化过程中如何保证网络的适中同步需求成为分组传送网络迫切需要解决的问题。

1588V2技术作为分组传送网中同步解决方案逐步被运营商了解和接受。

本文主要介绍1588V2技术的关键技术以及实现方式介绍。

关键词：同步；1588v2；延时机制1 同步的提出随着传送网发展，各个运营商都展开了IP化传送网络的建设工作。

移动主推的PTN技术和联通、电信主推的IPRAN技术成为目前的主流传送技术。

而目前分组传送网络还存在很多关键点需要解决，其中对基于以太网的同步技术的要求成为业界关注的要点。

2 同步的意义传统的MSTP传送TDM业务的时，如果MSTP网络无法实现时钟同步则很可能出现：（1）业务出现滑码；（2）严重时还会出现指针频繁调整，业务误码率急剧升高，大量告警上报，关键芯片失效。

而在无线IP RAN中，如果无线网络间的时间同步未在要求的精度内，会出现：（1）基站切换时，会导致通话掉线；（2）通话计费，网间结算将无法进行。

3 1588v2协议介绍IEEE 1588V2的在传输网中的应用是将分布在传输网络中的不同的设备保持精确的时钟同步，以PTP（精确时间协议）为标准。

对以太网中设备进行亚微秒级的同步。

4 时钟实体类型IEEE 1588按照时钟是否为透传时钟，将时钟类型分为了透传和非透传时钟两种。

其中，透传时钟，按照时钟采用的延时机制不同，分为了E2E透传时钟和P2P透传时钟；非透传时钟，则按照时钟的ptp端口数目多少分成了普通时钟和边界时钟：（1）普通时钟：只有一个PTP物理通信端口和网络相连；（2）边界时钟：支持多个物理端口与网络相连。

即为多个普通时钟的组合，不同的是其只有一套共用的时钟设备；（3）E2E透传时钟：E2E透传时钟像路由器或交换机一样转发所有的PTP 消息；（4）P2P透传时钟：与E2E透传时钟功能相同，只是对PTP时间消息的修正和处理方法不同：他把报文的各段线路延迟累加放到报文的校正字段中。

1588协议1588协议是一种用于精确时间同步的网络协议，广泛应用于工业自动化领域，以及其他需要对网络设备进行时间同步的应用场景。

该协议由IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）提出，并于2008年正式发布。

1588协议主要用于解决网络设备之间的时钟同步问题。

在许多实时应用场景中，如电力系统、工业控制等，设备之间的时钟同步至关重要。

而1588协议通过网络中的时间同步客户端和时间同步服务器之间的协作，使网络设备能够达到亚微秒级的时钟同步精度。

1588协议的基本工作原理是在网络中定义一个主时钟（Master Clock）和多个从时钟（Slave Clock），主时钟提供准确的时间信号，从时钟根据主时钟的时间信号进行同步。

主时钟和从时钟通过1588协议进行通信，主要包括消息的传输和同步算法。

1588协议的消息传输基于以太网，具体采用了一种称为“半透明时间戳”的技术。

该技术通过在以太网数据帧中添加时间戳信息，实现对数据帧的时间戳同步。

使用半透明时间戳技术，可以消除网络延迟对时钟同步精度的影响，提高同步性能。

1588协议的同步算法主要分为两个阶段，首先是粗同步（Coarse Synchronization），然后是精细同步（Fine Synchronization）。

粗同步阶段主要用于快速同步从时钟的相对时间，通过对主时钟发出的时间同步消息进行计算来实现。

在精细同步阶段，从时钟通过与主时钟的时间差进行反馈，逐步调整自己的时钟频率和相位，实现对主时钟信号的精确同步。

1588协议还支持多个从时钟同时同步的场景，可以通过对从时钟进行分级管理，组织多级时间同步网络。

每一级的从时钟都可以同步上一级的主时钟，实现全局的时间同步。

总之，1588协议是一种通过网络实现设备时钟同步的协议，具有高精度、高性能的特点。

在工业自动化领域，该协议被广泛应用于实时控制系统、电力系统等场景。

基于IEEE 1588的同步以太网应用解决方案1 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。

2006年，国际电信联盟在其G.8261中描述了SyncE概念。

2007年，在G.8262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2002年发布了IEEE 1588标准，该标准定义了一种精确时间同步协议(PTP)，2005年又制定了新版本的IEEE 1588，即IEEE 1588v2。

2 相关标准与协议2.1 IEEE 1588IEEE 1588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 1588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1所示。

图1 时钟误差校正原理首先，主时钟节点周期性(一般为2 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(Follow Up)。

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。