P-OTN网络中IEEE1588v2时间同步技术的实现
余 跃 1，2， 刘 华 1，2
【摘 要】摘要：介绍了IEEE1588v2精确时间同步协议的基本原理，结合分析光传送网的帧结构，探讨了分组增强型光传送网中实现全网时间同步的方式，提出了一种实现IEEE1588v2协议的系统设计方案，介绍了其中时间同步机制模块和最佳主时钟算法模块的软件设计。实验数据显示时间同步波动幅度在20ns以内，表明该方案在现网中部署是可行的。 【期刊名称】电子设计工程 【年(卷),期】2015(000)021 【总页数】4
【关键词】IEEE1588v2；精确时间同步；最佳主时钟算法；分组增强型光传送网
近年来，随着宽带、移动通信等业务的快速发展，业务类型重心逐渐向分组业务转变，承载网中IP流量飞速增长，城域网压力越来越大。传统OTN（optical transport network，光传送网）通过整合以太网、MPLS-TP等技术，向分组增强型OTN（P-OTN）演进，来适应这些需求[1]。同时，随着4G的逐渐商用，移动通信对时间同步精度的需求越来越高，承载网的同步发展是大趋势。而GPS卫星系统存在着诸如安全隐患高、施工难等问题 [1]，因此能够实现高精度地面时间同步的IEEE1588方案成为了人们的关注焦点。本文详细介绍了IEEE1588v2时间同步技术的原理，结合对OTN网络中ODUk（optical channel data unit-k，光通路数据单元）帧结构的分析，提出了P-OTN系统中实现高精度时间同步的方案。
1 IEEE1588v2基本原理
IEEE1588协议全称为IEEEStandard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems，即网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，简称为 PTP（precision time protocol）精确时间协议[2]。
1.1 IEEE1588v2时间同步机制
PTP协议的核心是主从时钟模型和延迟测量机制。通过将高精度的时间信息写入PTP报文，并进行交互，以此计算出主从时钟之间时间偏差值并进行补偿，从而实现主从时钟之间时间的精确同步。测量过程分为两部分：偏移校正测量和延迟校正测量[2]。
图 1 中所示的 Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp 4种报文即为同步过程中主从（Master、Slave）时钟之间交互的PTP报文。 t1、t2、t3、t4是 PTP报文发送或者接收时记录的时间戳。t-ms、t-sm表示主从时钟之间的链路延时，假设网络是对称的，t-ms=t-sm。则通过公式计算可得[3]： MASTER与SLAVE时钟之间的时间偏移量： MASTER与SLAVE时钟之间的线路延迟：
因为上述公式假设的是链路对称的通信网，所以最后计算得到的Tdelay代表的是平均线路延迟，即t-ms和t-sm的平均值。实际场景中常为非对称链路，需要开始进行测量补偿。 1.2 最佳主时钟BMC算法
数据集比较算法和端口状态决策算法，这两个算法共同组成了BMC（Best Master Clock，最佳主时钟）算法。PTP系统中主从时钟通过BMC算法交互
的过程大致为图2所示。
BMC算法是是实现PTP系统正常运作的关键。在获取到相关时钟信息，如时钟精度，时钟等级，时钟优先级等，BMC算法可以自动选择出当前传输路径少，时钟优先级、精度高的时间源，并同步到该时钟。如果选择同步的时间源经BMC算法判断不再是最优时钟时，节点时钟能够自动同步到更新后的时间源上。
2 P-OTN中实现时间同步的方式
根据PTP报文在P-OTN网络中承载方式的不同，分为3种方式：1）通过客户信号（Client）通道来传送PTP报文，又称为纯透传方式；2）通过OTN特定开销（OH）传送PTP报文，又称为带内（ESC）方式；3）通过OSC通道来传送PTP报文，或通过传送1PPS+TOD信号来进行时间同步，又称为带外方式[4]。OTN中ITU-T G.709标准中规定的光传送模块（Optical Transport Module，OTM）接口模式如图 3 所示[5]。
纯透传方式下OTN网络自身不处理PTP报文，仅仅是 2.1 OTN采用客户信号承载PTP报文
起到了提供一个传送通道的作用，1588v2报文并不参与到同步网络中。 这种方式中存在着因设备内部业务处理或者网络延时而带来的无法估计的时间差，最终影响整个PTP系统同步的时间精度，一般不建议采用。 2.2 OTN采用特定开销承载PTP报文
带内方式通过使用OTN特定的开销（OTN开销待定）传送PTP时间同步信息。在每个OTN节点均需处理PTP报文，而且需要考虑补偿相邻节点之间光纤链路的不对称性。
带内方式下PTP报文的传送精度可以保证，因为：1）在业务单板的物理接口
P-OTN网络中IEEE1588v2时间同步技术的实现
