网络技术联盟站：深入探讨1588v2协议，及其在多领域实现亚微秒级时间同步

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    您好，这是网络技术联盟站。

    在当今数字世界的快速发展中，时间同步已成为确保网络系统有效运行的关键技术。协议，全名是IEEE 1588-2008标准，是实现精确时间同步的高级技术之一。它不仅在电信，金融交易，电力系统和工业自动化领域中起着至关重要的作用，而且还促进了新技术的发展，例如自动驾驶汽车和物联网。本文将探讨定义，工作原理，关键特征以及如何在各个行业应用它们来实现亚洲和微观的时间同步。

    让我们直接开始吧！

    目录：

    你为什么需要它？

    第四，发展历史

    五个高级特征

    6。应用程序字段

    7。协议中的时钟节点

    8。BMC算法

    9。协议时间同步机制

    10。您是如何同步频率的？

    11，应用程序方案

    12。其他类似的时间同步协议

    13。常用术语

    14。摘要

    这是什么？

    ，也称为时间2， Time协议的第二版本（PTPV2）是精确时间同步协议标准，旨在实现网络中设备之间的高精度时间同步。该协议由IEEE标准发布，并广泛用于网络测量和控制系统。

    主要目的是在计算机网络中提供高度准确的时间同步。它可用于确保不同设备之间时钟的同步以协调其操作。这对于需要共同努力的系统和无线通信基站的关键非常重要。

    与传统的网络时间协议（NTP）相比，它提供了更高的时间同步精度。借助硬件记录时间戳的优点，它可以实现亚洲和微观级别的时间同步。

    除了时间同步外，它还可以用于设备之间的频率同步，以确保它们在操作中保持相同的频率。

    通常需要支持硬件时间戳设备，这可以更准确地记录和同步时间。

    2。什么是同步？

    同步意味着在某些条件下，两个或多个信号之间的特定关系涉及频率，相位或时间。维护这种关系有助于确保系统中的每个组件可以共同努力以实现计划的功能或目标。

    2.1频率同步（时钟同步）

    频率同步意味着在信号的频率或相位之间保持特定关系。在通信系统中，时钟的同步至关重要，因为每个设备都需要以相同的速率运行以确保它们之间的协作操作。可以通过调整时钟速率以确保系统中的所有时钟以相同的速率运行，以维持频率同步来实现时钟同步。

    2.2时间同步（相位同步）

    时间同步意味着信号之间的相位是一致的。这意味着信号之间的相位差或时间差保留在某个商定的范围内。时间同步是基于频率同步建立的，以确保系统中每个组件的时钟在相位上是一致的。时间同步对于许多应用程序非常重要，尤其是在需要协作操作的系统中，例如通信系统或工业自动化系统。

    2.3同步应用

    同步应用被广泛用于各个字段。在通信系统中，同步是确保数据传输和接收正确的关键因素之一。在工业控制系统中，每个传感器和的同步对于确保系统的稳定性和准确性也至关重要。

    2.4同步实现

    可以通过各种方式实现同​​步，包括使用特殊同步协议和硬件。如果前面提到的（PTPV2）协议，也可以通过软件算法和网络同步方法实现。

    同步是确保不同信号，设备或系统之间工作的机制。通过保持特定的频率，相位或时间关系，可以确保系统稳定性和性能。

    你为什么需要它？

    无线访问网络中的应用程序（IP RAN）主要是为了解决频率同步和准确的时间同步的需求。

    在无线访问网络中，不同的基站需要保持严格的频率同步，以确保在基站切换时手机不会落下。频率同步是无线通信系统正常运行的基本要求，并且可以提供高精确频率同步，以确保每个基站之间的频率一致。

    某些无线系统，尤其是TDD机构系统，例如TD-SCDMA，LTE-TDD，5G NR TDD等，需要基本站之间更准确的时间同步。这种需求不仅适用于基本的通信需求，而且还涉及实施增值服务，例如Comp（多点），E-MBMS（），EICIC（Inter-Cell）和CA（）。

    传统同步方案也存在一些问题，例如卫星时间同步问题，并且在安装，维护和安全性方面存在一系列问题，例如在网站选择领域的难度，很容易受到干扰和欺骗，欺骗，欺骗，和高昂的成本。还有NTP时间同步的问题。它无法提供微级别时间准确性的时间准确性的要求。它只能达到毫秒的水平，无法满足无线基站的精确同时同步要求。

    第四，发展历史

    IEEE 1588协议的开发历史经历了多个版本的演变，以满足不同领域中准确时间同步的需求。

    4.1（IEEE 1588-2002）4.2（IEEE 1588-2008）4.3.1（IEEE 1588-2019）

    尽管IEEE 1588标准定义了协议的基本功能，但由于对解决方案的要求不同，并且在不同领域的时间同步的同步精度不同，因此1588标准需要进一步定义各种应用程序中的行业标准，以满足各种同步需求字段。

    5。高级功能5.1透明时钟（）

    透明时钟是一种网络设备，可以测量和补偿设备内的消息传递消息的延迟。这样，即使网络中有多个继电器设备，也可以确保高精度时间同步。

    5.2边框时钟

    边界时钟是可以同时充当主时钟和时钟的设备。它可以将时间同步信息从一个网络区域传递到另一个网络区域，以便在复杂的网络拓扑中实现时间同步。

    5.3最佳时钟算法（最佳时钟）

    这是一种算法，用于在网络中的多个主时钟候选物之间选择最佳的主时钟。该算法考虑了时钟的稳定性，准确性和网络拓扑。

    6。应用程序字段

    协议在各个领域的广泛应用表明，其对于提供高度准确时间同步的重要性。

    6.1电信领域

    国际电信联盟（ITU）和中国通信标准化（CCSA）使用对4G/5G网络无线基站的同时需求的协议。 ITU制定了ITU-T G.826X和ITU-T G.827X标准，而CCSA为国内运营商定义了标准CCSA YD/T-2375。这些标准确保不同制造商的设备可以互连。

    6.2工业领域

    自动化的工业网络需要各种工业终端的高精油时间同步。该行业有两个工业网络标准，分别是IEEE 802.1AS和IEC 62439-3。

    6.3权力领域

    对高精度时间同步的电力网络的需求主要反映在继电器保护和及时恢复等场景中。该行业定义了两个电气网络标准，即IEEE C37.238和IEC 61850-9-3，以为电力网络提供以太网通信体系结构。

    6.4媒体 - 拥有的网络

    CCTV，例如CCTV的网络，由于高定义视频在大带宽上广播的要求，已逐渐转移到IP。在此过程中，IP网络传输数据包用于确保高定义视频广播中各种媒体终端的同步。 SMPTE ST-20159和AES 67是媒体网络中的两个行业标准。

    6.5数据中心

   

    数据中心对高精确时间同步的需求主要源自分布式数据计算的要求。 META在数据中心制定了开源标准OCP-PTP，尽管数据中心领域没有正式的行业标准。

    6.6车场

    智能汽车和自动驾驶的领域提出了对汽车中各种网络模块的高确定时间同步要求。汽车联盟AVNU制定了汽车行业的标准PTP。

    在这些领域的应用表明，在不同行业中对该协议的广泛认可，并为各种应用程序方案提供了高度精确的同步解决方案。

    7。协议中的时钟节点

    该协议使用不同类型的时钟节点（时钟）和数据包来实现网络中节点之间的时间同步。

    7.1时钟（OC-非平时）7.2时钟（BC -时钟）7.3时钟（TC-透明时钟）

    该协议可以在网络中实现高化时间同步。 OC节点是最高级别的时钟。 BC节点用于传达网络中的时间信息并减少同步延迟，而TC节点负责测量和校正消息的转发延迟，以实现链接和节点的同步。这种灵活性允许在不同的应用程序场景中具有高度自定义的时间同步解决方案。

    8。BMC算法

    使用BMC（最佳时钟）算法动态建立主级和组成级别，以确保网络中的时钟可以同步并构建层次结构。

    传达信息：

    时钟节点通过消息将时钟源的信息声明到网络，包括时钟标识，时钟级别和时钟的准确性。该数据包具有时间戳信息，用于测量延迟。

    BMC算法的动态选择：

    每个时钟节点都维护一个本地时钟数据组，该数据组记录了网络中其他时钟的信息。 BMC算法通过消息中的信息（即最佳的主时钟）选择最佳时钟源。

    选择时钟的基础包括时钟级，准确性，信任等。时钟级别很高，然后准确性和信任。

    确定主要关系：

    BMC算法根据所选的最佳主时钟确定每个时钟节点的主要关系。最佳主时钟的节点被视为主时钟，其他节点成为时钟。主时钟负责发布时钟和-up数据包的发布，并根据时钟的主时钟信息调整本地时钟。

    建立一棵树：

    在网络级别，BMC算法有助于构建生成的无树，完整的连接和时钟根的树。时钟被认为是整个网络上的最佳时钟源，整个网络的主要关系形成了层次结构。

    网络的适应性变化：

    BMC算法是动态的。当网络更改（例如，添加新时钟或离开网络，时钟源更改等）时，BMC算法可以重新选择最佳的主时钟，以确保网络的时钟系统保持同步。

    通过动态选择和建立BMC算法的主要和一致关系，网络可以在变化条件的条件下适应有机时钟同步系统，以确保每个时钟节点在网络中同步。

    9。协议时间同步机制

    该协议支持两种特定的时间同步机制：端到端（E2E，端到端）机制和点对点（P2P，点与点）机制。这两种机制用于测量时钟之间的联系以实现时间同步。

    9.1 E2E（端到端）机制

    E2E机制实际上直接测量了两个主时钟（OC）或边界时钟（BC）之间的总链路延迟。此链接延迟包括两个时钟节点之间的所有中间透明时钟（TC）节点。

    当转发E2E TC节点时，它会测量节点的重新延迟，并将延迟信息嵌入到消息中。在两个端点的OC或BC节点上，可以通过计算链接的链接延迟和时间偏差来实现时钟同步。

    E2E机制中的关键信息包括：

    同步消息：

    信息：

    信息：

    通过上面的数据包相互作用，可以从时钟节点获得主时钟节点的时间信息并计算传输延迟，以了解主时钟节点及其自己的时钟的时间偏差。通过调整本地时钟，您可以逐渐赶上时钟节点的主时钟节点，以实现时间同步。

    内存提示：E2E（端到端，端到端）机制是一种机制，用于在协议中的主时钟节点和时钟节点之间用于时间同步。同步和数据包的相互作用允许该机制计算时钟节点和主时钟节点之间的时间偏差，并调整其时间以实现同步。

    9.2 P2P（对等）机制

    P2P机制仅限于仅测量的两个直接连接的OC，BC或TC节点。

    在P2P TC节点中，不仅要修改消息的转发延迟，而且还测量并修改了连接到每个端口链接的链接延迟。这有助于在两端的OC或BC节点处计算时间偏差，从而实现时间同步。

    P2P机制中的关键消息包括：

    信息：

    信息：

    P消息：

    通过上述数据包的相互作用，每个节点可以计算相邻节点之间的传输延迟。由于P2P机制没有区分和从属，因此所有节点都可以与相邻节点积极同步以实现整个网络的同步。

    P2P机制的优点是灵活性，适用于不同节点之间的直接连接。它为网络提供了分散的时间同步解决方案，适用于某些特定拓扑或应用程序方案。

    内存提示：P2P（点对点，点对点）机制是协议中的时间同步机制。它没有区分和奴隶。所有节点都与相邻节点相互作用以与相邻节点相互作用，因此节点可以计算相邻节点之间的链接延迟。 P2P机制通过与PC PC的相互作用实现时间同步。

    这两种机制的选择取决于网络的拓扑和要求。 E2E适用于包含多个中间节点的链接，P2P适用于直接连接相邻节点。协议的灵活性允许根据网络结构和需求具有适当的时间同步机制。

    10。您是如何同步频率的？

    频率同步是协议中的另一个重要方面，该方面是通过从属之间的同步消息之间的交换来实现的。该节点会定期发送同步数据包，并且从从这些同步消息基于这些同步消息同步频率。

    在频率同步的过程中，假设从属的频率是同步的，因此在相同的时间间隔中，累积的累积从属的时间偏差应相同。具体而言，假设：

    对于两个相邻的两个时间间隔n和n-1，存在以下关系：

    如果

    大于

    ，解释说从奴隶的时钟更快，您需要减慢从属的频率。相反，如果

    少于

    说明从属的时钟比很慢，并且需要调整从的频率。

    调整频率（）的偏差可以通过以下公式计算：

    该频率偏差可用于调整从属节点的频率以实现频率同步。在实际应用中，此过程是动态的。随着时间的流逝，系统将继续调整频率，以确保从从设备的时钟保持同步。

    11，应用程序方案

   

    在实际应用中有广泛的应用方案。两个主要的应用程序方案是同步和跳跃时间同步。

    11.1跳跃频率的同步

    在移动加载网络中，需要在无线基站之间实现频率同步（）。其中，一些基站得到了支持，有些则不支持。在这种情况下，您可以使用跳跃频率同步，也就是说，链接上的所有设备都需要支持协议。

    外时钟源通过同步以太或外时钟向相邻设备提供频率信息。 SDH或通过物理链路同步以太传输频率信息。如果链接不支持SDH同步和同步以太醚，则传递频率信息。最后，每个无线基站之间的频率同步到达频率。

    11.2同步跳跃时间

    在移动加载网络中，无线基站之间需要时间同步。一些基站的支持，而其他基础站可能不支持。在这种情况下，您可以使用跳跃时间同步，也就是说，链接上的设备需要支持协议。

    加载网络设备注入时间的外部时间来源，将加载设备用作时钟设备（BC）设备，以传递时间，并且基站用作时钟设备（OC）设备，以花费时间从携带者网络中花费时间设备。如果不支持外部时间源，则可以提供时间通过外部时间接口（例如：1pps + TOD接口）连接加载网络设备。对于不支持的基站，您可以通过安装GPS/接收器来获得很高的准确时间。

    这些应用程序场景涵盖了多个领域，例如移动通信网络，工业控制，电源系统和媒体传输。它们的灵活性和高精度使其成为实现时间同步的重要协议。

    12。其他类似的时间同步协议

    除协议外，在不同的应用程序方案中使用了其他几个时间同步协议。

    NTP（时间）：这是使用最广泛的时间同步协议之一。它可以提供网络中计算机之间的时间同步。 NTP通常提供毫秒同步精度。

    Synce（）：这是基于以太网的时间同步技术。它通过物理层而不是时间同步提供频率同步。 Synce通常与IEEE 1588协议相结合，以提供更全面的同步解决方案。

    GPS时间同步：使用全局定位系统（GPS）信号同步时间。此方法可以提供很高的同步精度，但是它需要为GPS信号获得硬件支持。

    PTP（时间）：IEEE 1588的早期版本，也称为前任，它提供了时间同步的基本功能。

    G.8275.1：这是一个相关协议，它定义了在电信网络中使用时间同步的特定要求和方法。

    13。常用术语

    最后，我将与您分享所涉及的常用术语：

    位：

    BITS是通信建筑物的常规供应系统，是通信建筑物的定时供应系统，以提供准确的时间信号。

    CA：

    ，载波聚合，载波聚合是一项技术，可同时使用多个频率带宽来提高通信系统的数据传输能力。

    CCSA：

    中国，中国传播标准化协会，CCSA是中国传播领域的标准化协会，负责制定和促进传播标准。

    除了

    代码2000，3G移动通信标准是一种无线通信技术，也是第三代（3G）移动通信标准之一。

    com：

    ，更多的协作是一种网络技术，可以通过多个点之间的协作来提高沟通性能。

    EICIC：

    Inter-Cell，增强的社区干预协调技术以及增强的社区干扰协调技术是一种用于无线通信网络的技术，可减少社区信号干扰。

    E-MBM：

    增强多媒体广播多宽达广播业务，并增强多媒体广播多界线服务是广播和多媒体内容的增强服务。

    全球定位系统：

    全球定位系统，全球定位系统是一个卫星导航系统，用于确定地球上的位置。

    LTE-TDD：

    长期，长期进化双重时间工作，长期进化双 - 时间 - 双 - 时间工作是LTE（长期）网络中的通信模式。

    伊图：

    工会，国际电信联盟和国际电信联盟是一个国际组织，负责制定和促进全球电信标准。

    NTP：

    时间，网络时间协议，网络时间协议是用于在计算机网络中同步时钟的协议。

    跑：

    无线电访问网络，无线访问网络是连接无线通信系统中用户设备和核心网络的一部分。

    SDI：

    ，串行数字接口，串行数字接口是数字视频传输接口标准。

    TDD：

    时间，面向时间的双重工作，面向时间的双重工作是一种通信技术，可以在相同频谱上以不同的时间段发送和接收。

    TD-SCDMA：

    时间 - 代码，时间同步代码分为多个站点，时间同步代码分为无线通信技术，这是3G移动通信标准之一。

    托德：

    一天中的时间，白天时间是指一天中的特定时刻。

    1pps：

    每次脉冲，第二个脉冲是一个时钟信号，每秒产生脉冲信号。

    5G NR TDD：

    5G新的无线电时间，第五代移动通信技术是双重时间，而第五代的移动通信技术是5G网络中的通信模式。

    14。摘要

    简而言之，该协议是一种强大的工具，可为网络设备提供可靠，高效的时间同步解决方案。该协议与时间戳信息同步。在同步网络中，存在一个或多个主时钟（）和多个时钟（从）。主时钟负责提供时间信息，并且时钟根据接收时间戳信息调整其本地时钟，以与主时钟同步。

    随着技术的持续进展和新应用的出现，协议的重要性只会变得更大。它不仅提高了现有系统的性能，而且还为未来的创新铺平了道路。通过对协议的深入了解，我们可以更好地掌握时间同步的本质，优化网络操作并促进技术切割 - 边缘的发展。

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