关于IP over SDH与PTP
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目 录
通过IP OVER SDH传输PTP实现全网时间同步
一、 应用背景...................................................................- 2 -
二、 系统概述...................................................................- 2 -
1．精密时间协议IEEE 1588 PTP(PRECISION TIME PROTOCOL)...........................- 2 -
2．PTP时间协议在SDH网络上的传输.................................................- 3 -
三、 系统设计思想及工作原理.....................................................- 4 -
1. PTP主时钟TIMEMASTER 6612:....................................................- 4 -
2.二级时钟TIMECENTER M612:......................................................- 5 -
四、 系统关键技术...............................................................- 5 -
1. PTP主时钟性能................................................................- 5 -
2. 减少传输抖动对PTP精度的影响..................................................- 5 -
3. 传输通道.....................................................................- 5 -
4. NTP子网精度监控..............................................................- 5 -
五、 时钟系统指标...............................................................- 6 -
六、 系统精度分析...............................................................- 6 -
七、 技术支持...................................................................- 7 -
1. 网站技术支持.................................................................- 7 -
2. 电子邮件技术支持.............................................................- 7 -
3. 电话技术支持.................................................................- 7 -

一、 应用背景
    1.时间同步
     数字同步网作为通信网的三大支撑网之一，在通信网中的地位举足轻重，它为整个通信网的频率同步提供了保障。随着各种新兴通信技术的出现，网络带宽不断增加，通信网络也更加庞杂，由此在保障系统频率同步的基础上，对时间同步也提出了更高的要求。保障大范围内系统之间的时间同步，是系统故障反演、高精度定时定位的基础。
    上海泰坦通信工程有限公司采用独特的国际合作模式---独家代理与技术融合，自始自终保持着在时间同步和频率同步领域中的技术领导地位。
    2.全网同步
    无论是从地理区域还是传输的业务来讲，通信网都是一个整体，它包含了不同级别和不同传输方式的子网。每个子网都有自己的一套GPS同步系统，为系统提供频率同步以及时间同步。然而，这种方式存在着巨大的隐患，由于各系统GPS接收机生产厂家不同，性能参数和输出精度存在很大差异，随着时间的积累，各GPS系统之间的时间偏差必然逐渐增大，进而无法保障全网的同步要求。此外，GPS天线等故障也会造成因无法正常接收卫星信号而使接收机切换到由内置振荡器输出时间，进而造成与其他系统的时间偏差。
     因此，要保障整个通信系统的安全，就要实现在全网范围内的时间同步。通过建立一个时间同步源，并采用相应的传输技术，将高精度的时间信号分配到网络的各节点，从而实现全网的真正同步。


二、 系统概述
     在全网建立一套PTP主时钟系统(或eNTP)，主时钟可以接收包括GPS、北斗、铯钟等在内的时间、频率信号。而在网络内其它节点采用二级时钟，主时钟通过SDH 2M将PTP时间信号传送给各二级时钟，从而实现在整个网络内所有节点与主时钟的时间同步。
    1．精密时间协议IEEE 1588 PTP(Precision Time Protocol)
    IEEE1588标准在提出之初便是致力于工控和测量的精密时钟同步协议标准，起初其目标是提供同步建立亚微秒精度的运用， 后来受到自动化领域尤其是分布式运动控制领域的关注，而且在国际上其军事应用的初始计划也已经起步，远程通信和电力系统等相关组织也对其表现出浓厚的兴趣，目前应用支持PTP技术的时钟设备，其PTP从钟同步精度在实际远距离传输环境下的应用已达到优于1μs。
PTP协议目前还不支持在普通路由器或交换机上传输，只要能够找到适当的传输方式，PTP协议将实现其优于传统的NTP协议的高精度。PTP协议的工作原理如下图所示：

     2．PTP时间协议在SDH网络上的传输
     SDH作为新一代理想的传输体系，具有路由选择能力，上下电路方便，维护、控制、管理功能强，标准统一，便于传输更高速率的业务等优点，能很好地适应通信网飞速发展的需要。迄今，SDH得到了空前的应用与发展。通过SDH 2M通道即E1来远距离传输PTP时间，组建时间同步网，无疑是一种非常好的解决方式。
    备注：eNTP即Enhanced NTP，不同于传统NTP的是，eNTP在硬件层打时标，这与PTP相近，而传统的NTP是在软件层打时标。因此eNTP精度远高于传统的NTP。采用eNTP同样可以通过SDH组建时间同步网。

三、 系统设计思想及工作原理
    全网PTP主时钟采用精密基准时间源TimeMaster 6612，各节点二级时钟采用 TimeCenter M612。SDH是点对点的专线传输，这种传输方式在根本上解决了数据网在网络安全上的弱点，是传输PTP时间信号的优选途径。整个系统如下图所示：

1. PTP主时钟TimeMaster 6612:

  • 模块化、组合灵活的GPS主时钟系统。两个冗余的输入模块标准配置为一个GPS接收卡板和一个10MHz/1PPS接收卡板。

  • 配置有一块双输入自动切换卡板，确保在主用输入不可用时自动切换到备用输入。并且任何一路输入都可设置为主用。

  • GPS输入模块内置有高稳定性的OCXO振荡器，其性能指标已非常接近铷钟的水平。当GPS信号出现异常时，TimeMaster6612能够依靠自身的保持性能，不间断地给系统提供可靠的基准时间信号。

  • 配置一块NTP输出卡板，提供10/100Mbase-T的NTP输出端口。同时，该端口还可用于设备的远程维护管理。

  • 配置一块PTP输出卡板，提供基于TCP/IP网络传输能够达到优于1微秒的PTP时间信号。

2. 二级时钟TimeCenter M612:

  • 支持3路时间信号输入，分别为GPS信号、PTP信号和NTP信号。设备既可以作为PTP主钟，也可以作为PTP从钟。

  • 内置HQ-OCXO(高质量恒温晶振)，其4路以太网口可为4个不同的网段同进提供NTP对时。

  • 强大的Web管理功能和网络内时钟监测功能。通过Web登陆不仅能详细观察到设备运行状态、告警信息等，还能方便地对设备参数进行配置或对设备进行固件升级。其时钟监测功能可以实时监测网络内各支持NTP的时钟设备的精度，一旦被监测设备精度异常，则可通过多种方式产生告警。

四、 系统关键技术
1. PTP主时钟性能
    PTP主时钟是整个时间同步网的基础，它必须具有很高的稳定性以及输出精度。GPS接收机、内部振荡器、软件算法等对主时钟的性能影响至关重大。
2. 减少传输抖动对PTP精度的影响
    无论是PTP协议原理还是从实际测试结果来看，传输抖动严重影响着PTP从钟的接收精度，而一般的PTP时钟在设计上并不考虑传输抖动对PTP精度的影响。因此，要想通过SDH传输，PTP时钟必须能够识别由传输抖动造成的的时间偏差，并做出相应调整，这里需要大量的软件算法。
3. 传输通道
    普通的E1/Ethernet转换器只需完成两种格式数据包的转换，而由此产生的丢包、误码等都交给了客户端的软件部分来解决，这对于对时间要求不严格的普通数据业务来讲是没有问题的，而对时间传输系统来讲就影响很大。幸好的是，传输过程中主要的抖动来自于IP数据包与E1的转换过程而不是SDH，这部分电路采用了特殊的FPGA等技术在最大限度上减少了传输抖动。
4. NTP子网精度监控
    TimeMaster 6612和TimeCenter M612的独特设计，使其能够方便地通过Web来监控所有接入NTP的时钟的精度，并对各种异常显示告警或以各种方式来通知告警。

五、 时钟系统指标
    单板计算机：i386 600MHz CPU，128M RAM
    操作系统：Linux
    支持协议：NTPv4，SNTP，Symetric Keys，AutoKey，Broadcast，SNMPv1，2，3SNMP Trap，SSH2，IPv6，DHCP，HTTP(S)，eMail，FTP，Telnet，Syslog
    告警：干接点、Windows消息、专用告警信息VP100、SNMP等

六、 系统精度分析
    从钟跟踪PTP主时钟的精度主要由其1PPS输出的精度来反映，传统的测量方法是用示波器来看它的波形与标准1PPS之间的差值。但这种方法无法长期测量，并且不能保存测试的记录。对于时钟系统来讲，其精度的保持是一个不断训练(Discipilline)振荡器的过程，因此仅观察其某个时刻的精度是远远不够的。
    上海泰坦与具有三十年时钟同步经验的英国TimeFreq公司联合开发的“时间综合测量仪TimeAcc”内置铷钟，Microsot Windows操作系统，触摸屏显示。它可以设置任意时长对各种时间信号进行测试，并以Excel格式保存下来，进一步以曲线图的形式反映，可谓一目了然。如下图所示：

七、 技术支持
上海泰坦通信为全网时间同步系统提供如下三种途径技术支持：
1. 网站技术支持
您可以从上海泰坦通信工程有限公司网站：http://www.sh-titan.com上找到部分问题的解决方法，这里包括相关设备的介绍和常用帮助。
2. 电子邮件技术支持
在网站上没有找到您遇到问题的解决方法时，请给我们发送电子邮件，邮件请注明详细问题描述和其它相关信息。邮件地地址：postermaster@sh-titan.com
3. 电话技术支持
欢迎致电咨询或探讨您遇到的问题以及时间组网、精度测试分析等解决方案，除节假日外，每天上午9点到下午5点，您都可以通过电话联系我们。
电话：86-21-50278860
　
　 　
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