华为智简园区交换机 1588v2技术白皮书摘要1588v2 时钟是一种采用IEEE 1588V2 协议的高精度时钟，可以实现纳秒级精度的时间同步，精度与当前的GPS 实现方案类似，但是在成本、维护、安全等方面有一定的优势，成为业界最热门的时间传递协议。

目录摘要 (i)1概述 (3)1.1技术背景 (3)1.2技术优势 (5)2技术原理 (6)2.1同步概念 (6)2.1.1频率同步 (6)2.1.2相位同步 (7)2.1.3时间同步 (7)2.2 1588v2 的设备模型 (8)2.3 1588v2 报文 (10)2.3.1 1588v2 报文类型 (10)2.3.2 1588v2 报文封装 (11)2.4 1588v2 同步原理 (11)2.4.1 1588v2 频率同步 (11)2.4.2 1588v2 时间同步 (12)2.5 1588v2 时戳产生 (15)2.6建立主从关系 (16)2.6.1BMC 算法原理 (16)2.6.2主从建立过程 (17)2.7园区交换机能力 (17)3典型组网应用 (19)3.11588v2 频率+时间同步（BC 模式） (20)3.21588v2 频率+时间同步（TC 模式） (21)3.3SyncE 频率同步+1588v2 时间同步（BC 模式） (22)A 缩略语 (23)1 概述1.1技术背景为了满足无线接入网络用户正常接入的需要，不同基站之间的频率必须同步在一定精度之内，否则手机在进行基站切换时容易掉线，严重时会导致手机无法使用。

而某些无线制式，除了频率同步，还需要求时间同步。

表1-1 为一些常见的不同制式的无线系统对频率同步和时间同步的要求：表1-1 不同制式基站对频率/时间同步的要求总的来看，以WCDMA/LTE FDD 为代表的标准采用的是FDD 制式，只需要频率同步，精度要求0.05ppm。

而以TD-SCDMA/LTE TDD 代表的TDD 制式，同时需要频率同步和时间同步。

传统的无线网络系统通常采用每基站安装GPS，利用GPS 系统来解决频率同步和时间同步的需求，如图1-1 为GPS 同步方案示意图。

图1-1 GPS 同步方案随着全球无线网络从2G 向3G 和LTE 的快速演进，GPS 同步方案面临挑战：成本高：跟2G 网络相比，3G 和LTE 网络覆盖相同的区域，需要的基站个数成倍增加，如果仍旧使用每基站安装GPS 的方式，施工和维护的成本将非常高昂；安装选址难：尤其是室内覆盖，室内覆盖基站馈线长，馈线铺设困难，而且馈线较长时还需要加装放大器并考虑馈电；安全隐患高：由于方案依赖于GPS 系统，紧急情况下整网可能因失效而瘫痪，且GPS 系统目前存在失效的可能；针对无线网络系统高精度的同步需求以及现有GPS 解决方案的种种弊端，运营商迫切希望能够有一种高精度的地面传送同步方案。

目前IP 承载网络支持同步的方案主要有SyncE（同步以太），NTP 和PTP（1588v2）。

其属性如表1-2 所示。

SyncE 同步以太只支持频率同步，不支持时间同步，只能适用于只对频率同步有要求的无线制式。

NTP 支持时间同步，但精度为毫秒级别，达不到无线系统的精度要求。

PTP 同时支持频率同步和时间同步，精度也能满足各种无线制式的要求。

表1-2 时钟特性对比网络测控系统精确时钟同步协议PTP（Precision Time Protocol）是一种对标准以太网终端设备进行时间和频率同步的协议，也称为IEEE 1588，简称为1588。

1588 分为1588v1和1588v2 两个版本，1588v1 只能达到亚毫秒级的时间同步精度，而1588v2 可以达到亚微秒级同步精度。

1588v2 被定义为时间同步的协议，本来只是用于设备之间的高精度时间同步，随着技术的发展，1588v2 也具备频率同步的功能。

现在1588v1 基本已被1588v2 取代，以下非特殊说明，PTP 即表示1588v2。

图1-2 是一个典型的1588v2 同步传送方案，时间源通过GPS/北斗等多种方式注入，承载设备通过1588v2 协议传送时间信息，基站可通过1588v2 接口从承载设备获取时间信息，达到与时间源同步的目的，精度可达到亚微秒级，完全能够满足无线基站要求。

图1-2 1588v2 时间同步方案1.2技术优势1588v2 可以实现纳秒级精度的时间同步，精度与当前的GPS 实现方案类似，但是在成本、维护、安全等方面有一定的优势，成为业界最热门的时间传递协议，其主要优势有：低成本：无需为每个基站部署和维护GPS 接收设备，因而时间同步的建设和维护成本更低；高精度：基于硬件辅助处理的1588v2 能够提供亚微秒级的时间同步；符合网络转型趋势：IP 网络，承载未来的融合网络；安全性高：可以摆脱对GPS 的依赖，在国家安全方面具备特殊意义；2 技术原理2.1同步概念2.1.1频率同步频率同步是指不同的信号在相同的时间间隔内有相同的脉冲个数，和脉冲出现的顺序以及每个脉冲开始和结束的时间没有关系。

以图2-1 为例，在每个1 秒钟的时间间隔周期内，如果两个信号的脉冲个数不一样，信号1 有4 个脉冲（脉冲1，2，3，4），信号2只有3 个脉冲（脉冲3，4，5），那么这两个信号之间的频率是不同步的，或者说同步很差。

但如果两个信号都有相同的脉冲个数，如图2-2 所示，信号1 有4 个脉冲（脉冲1，2，3，4），信号2 也有4 个脉冲（脉冲3，4，5，6），那么这两个信号之间的频率是同步的，或者说同步很好。

从这里我们也可以看到，频率同步只关心不同的信号在相同的时间间隔内是否有相同的脉冲个数，而不关心脉冲出现的顺序以及开始和结束的时间，即信号1 的脉冲是第1，2，3，4 个脉冲，信号2 的脉冲可以是第3，4，5，6 个脉冲，而且每个脉冲开始和结束的时间可以不一样。

图2-1 差的频率同步图2-2 好的频率同步2.1.2相位同步相位同步是指两个信号具有相同的频率，并且每个脉冲的开始和结束时间也相同，但是和脉冲出现的顺序没有关系。

以下图为例，两个信号具有相同的频率，在每个1 秒钟的时间间隔周期内，两个信号具有相同的脉冲个数。

如果脉冲开始和结束的时间不相同，如图2-3 中信号1 的第一个脉冲和信号2 的第3 个脉冲，他们开始和结束的时间是不一样的（上升沿、下降沿没有对齐），那么这两个信号的相位同步就比较差。

如果脉冲开始和结束的时间相同，如图2-4 中信号1 的第1 个脉冲和信号2 的第3 个脉冲，开始和结束的时间是一样的，那么这两个信号的相位同步就比较好。

图2-3 差的相位同步图2-4 好的相位同步2.1.3时间同步时间同步是指两个信号具有相同的频率，相同的相位，并且脉冲出现的顺序也相同。

以下图为例，两个信号具有相同的频率，而且脉冲出现的顺序也相同，即信号1 和信号2都是按照脉冲1，2，3，4 同时顺序出现的。

如果信号1 和信号2 脉冲的相位没有同步好，我们可以说这两个信号的时间没有同步好，如图2-5 所示。

而图2-6 所示，则是很好的时间同步。

图2-5 差的时间同步图2-6 好的时间同步2.21588v2 的设备模型IEEE 1588v2 定义了5 种网络节点模型：OC（普通时钟）、BC（边界时钟）、E2E TC（E2E 透明时钟）、P2P TC（P2P 透明时钟）、管理节点。

图2-7 描述了用于同步的4 种节点模型，管理节点仅用于同步节点的配置管理，本身不提供同步功能。

图2-7 1588v2 设备模型1）OC：Ordinary Clock，普通时钟，仅有一个物理接口同网络通信，OC 模型用于整个网络的时钟源或时钟宿，不能同时作为始端和终端。

OC 模型对应网络的纯粹时钟源或时钟宿，用于向下游节点发布时间，或者从上游节点同步时间。

OC 作为系统时钟源时，也被称作最优时钟GMC（Grandmaster Clock）。

GMC 作为整个系统的参考时钟，即最高层次的时钟，通过各时钟节点间1588v2 报文的交互，最优时钟的时间最终将被同步到整个系统中。

最优时钟可以通过手工配置静态指定，也可以通过最佳主时钟BMC（Best Master Clock）算法动态选举。

2）BC：Boundary Clock，边界时钟，有多个物理接口同网络通信，每个物理端口行为都类似于Ordinary Clock 的端口。

BC 模型相当于时间中继器，是OC 两种类型的混合体，既可以恢复时钟，又可以作为时钟源往下游传递时钟。

BC 模型对应处于中间位置的时钟节点，其中设备一个端口从上游设备同步时间，其余多个端口向下游设备发布时间。

3）TC：Transparent Clock，透明时钟,TC 模型自身不恢复时间和频率，除信令报文和管理报文外，TC 节点本身是不终结1588v2 报文的，只对1588v2 报文做延时修正。

TC 模型对应网络中仅需配合处理1588v2 报文，自身不需恢复时钟的设备，所以TC 模式不用支持BMC 算法。

TC 模式包含E2E TC 和P2P TC 两种。

E2E TC：End to End TC，端到端透明时钟，E2E TC 设备有多个接口，它转发所有1588v2消息，并测量PTP 事件消息经过该设备的驻留时间，并进行修正。

P2P TC：Peer to Peer TC, 点到点透明时钟，P2P TC 设备有多个接口，与E2E TC 设备相比，它还可以测量该设备每个端口相连链路的延迟，并进行修正。

驻留时间是通过设备本地时钟产生的报文出和入的时间差生成的。

P2P TC 用到链路延时是通过对端延时机制获得，具体请参看1588v2 时间同步章节。

4）管理设备：该设备具有多个接口，提供PTP 管理消息的管理接口。

此外，华为还有以下两种扩展的设备类型：1)TC+OC：具备多个1588v2 端口的设备，其中一个端口配置为OC，用来恢复频率（TC+OC 不恢复时间）。

此外的其他所有1588v2 端口都配置为纯TC（E2E 或者P2P）模式，只透传报文。

TC+OC 实现时需要给配置为OC 的端口配置其跟踪的时钟源，也就是说TC+OC 频率恢复的参考源只能从配置为OC 的端口中选择指定的时钟源。

与TC 时钟相比，TC+OC 时钟同步到主时钟；TC 时钟为自由震荡。

TC+OC 设备类型分E2E TC +OC 和P2P TC +OC 两种。

E2E TC+OC：E2E TC+OC 设备有多个接口，与E2E TC 设备相比，还可以配置设备哪个端口作为OC，完成频率同步；P2P TC+OC：P2P TC+OC 设备有多个接口，与P2P TC 设备相比，还可以配置设备哪个端口作为OC，完成频率同步；2)TCandBC：TCandBC 设备有多个接口，其中某些端口配置为BC，用来恢复频率和时间。