LTE-TDD和LTE-Advanced移動網(wǎng)絡(luò)的定時和同步(下)

　　接上篇

　　4.2 PTP、框架和邊界時鐘

　　IEEE 1588精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol, PTP)是針對廣泛的工業(yè)和政府需求，在分組網(wǎng)絡(luò)(packet-based network)上實現(xiàn)精確的時間和頻率傳輸而開發(fā)的。

　　IEEE 1588采用了一個客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)來保持所有網(wǎng)絡(luò)組件的精確同步。對于在其網(wǎng)域內(nèi)的所有PTP客戶機(jī)來說，該服務(wù)器(PTP超級主時鐘(Grandmaster Clock))是主基準(zhǔn)源。它不斷發(fā)出同步、跟隨和延遲響應(yīng)信息到它的所有客戶機(jī)中。通過分組網(wǎng)絡(luò)，客戶機(jī)連續(xù)不斷地發(fā)送延遲請求信息到服務(wù)器來保持同步。使用時間標(biāo)識封包，客戶機(jī)可確定頻率并計算正確的時間，而該時間可追溯到超級主時鐘(Grandmaster)的主基準(zhǔn)。

　　IEEE標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)設(shè)計廣泛用于為大量應(yīng)用提供服務(wù)。為實現(xiàn)易于部署和設(shè)備互操作性并滿足特定應(yīng)用的要求，IEEE 1588-2008引入了應(yīng)用框架 (profile) 的概念。應(yīng)用框架規(guī)定了PTP選項和屬性值的特定組合來支持給定的應(yīng)用。例如，一個應(yīng)用框架可以規(guī)定層2或?qū)?、單播或組播、信息交換速率、以及是否需要on-path支持。“電信框架” (Telecom Profile) (ITU-T G.8265.1建議)旨為將PTP應(yīng)用在電信通信系統(tǒng) (主要是蜂窩基站) 的頻率同步。ITU-T G.8275.1和G.8275.2仍然還在討論制定中，用于解決時間和相位同步。

　　PTP標(biāo)準(zhǔn)包括了在整個網(wǎng)絡(luò)中保持準(zhǔn)確性的條款(請參考下文的包時延變化(Packet Delay Variation)和不對稱性(Asymmetry)。邊界時鐘(Boundary Clock)是該on-path支持的一個選擇。邊界時鐘(Boundary Clock) 通常嵌入在網(wǎng)絡(luò)單元中，在上游方向作為PTP客戶機(jī)，而在下游方向則是其它邊界時鐘和客戶機(jī)的超級主時鐘。通過補(bǔ)償交換延時并刷新PTP封包，邊界時鐘幫助保持準(zhǔn)確性，而且仍然可以追溯至配置主UTC基準(zhǔn)參考的原始超級主時鐘(Grandmaster clock)。

　　IEEE 1588還定義了透傳時鐘 (Transparent Clock) 作為一種支持整個網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性的技術(shù)。目前，用于電信行業(yè)的PTP框架并不提供透傳時鐘，所以不需要在這里論述。

　　4.2.1 具有完全On-path支(G.8275.1)的PTP框架

　　IEEE 1588-2008精確時間協(xié)議 (Precision Time Protocol)是已獲驗證的技術(shù)，用于在封包回程網(wǎng)絡(luò)上將同步信息傳輸?shù)揭箢l率同步的移動網(wǎng)絡(luò)單元。今天，遵循G.8265.1標(biāo)準(zhǔn)PTP框架或準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實施，有數(shù)以百計的網(wǎng)絡(luò)成功地使用了該技術(shù)。通常它使用集中式PTP超級主時鐘(Grandmaster)(通過GNSS主基準(zhǔn)來滿足G.8272 PRTC要求)來部署，然后與移動網(wǎng)絡(luò)單元中的從時鐘或客戶機(jī)軟件進(jìn)行互操作，使客戶機(jī)能夠確定頻率并計算時間。

　　使用現(xiàn)今部署的頻率框架的PTP，將很可能無法滿足LTE-TDD和LTE-Advanced的嚴(yán)格時間和相位準(zhǔn)確度要求。因此ITU正在制訂新的標(biāo)準(zhǔn)，包括新的配置框架，能夠利用IEEE 1588-2008所提供的能力。

　　ITU-T G.8275.1是一項正在制訂中的一個新的PTP框架，能夠使跟蹤PTP超級主時鐘的基站在經(jīng)過多跳數(shù)后仍然滿足基站的嚴(yán)格時間和相位要求。通過部署PTP定時信號的“完全on-path支持”，保持了精確度和準(zhǔn)確性。On-path支持由嵌入到在主時鐘和客戶機(jī)之間路徑上每個網(wǎng)絡(luò)單元的邊界時鐘(Boundary Clock, BC)功能提供，這些單元包括所有交換機(jī)、路由器、微波無線電、NID等等。每一個邊界時鐘都包含了一個PTP客戶機(jī)，能夠與其緊接的上游單元互操作來恢復(fù)時間，然后充當(dāng)PTP超級主時鐘(Grandmaster)來為已連接的下游邊界時鐘或終端設(shè)備客戶機(jī)提供時間。

　　同步以太網(wǎng)(Synchronous Ethernet, SyncE) 已包括在擬議的標(biāo)準(zhǔn)中，為實現(xiàn)更好的性能提供頻率基準(zhǔn)支持，但它并不是必需的。早期經(jīng)驗表明SyncE必須包括在部署中。圖7是一個遵循G.8275.1 PTP框架的網(wǎng)絡(luò)的簡化描述。

　　在每一個位置(即未開發(fā)地區(qū)(Green?eld))部署新的網(wǎng)絡(luò)回程設(shè)備的最佳環(huán)境應(yīng)該是完全on-path支持。但對于其它網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它卻存在實際的缺點。許多移動服務(wù)提供商并不擁有或控制他們的回程網(wǎng)絡(luò)。而獨(dú)立的第三方回程網(wǎng)絡(luò)提供商可能不愿意去升級他們的網(wǎng)絡(luò)單元來完全支持on-path，或可能會對移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者收取相應(yīng)的費(fèi)用才考慮網(wǎng)絡(luò)升級。即便有線網(wǎng)絡(luò)和移動運(yùn)營商屬于同一家公司，也要考慮全面升級、改造或更換的成本。隨著精確定時成為了LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中不可或缺且更難以設(shè)計的組件，在無線和回程運(yùn)行之間的關(guān)系中“應(yīng)該包括同步SLA”，并且在運(yùn)行實踐中加入監(jiān)測和報告。

　　在早期部署中，準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)ITU-G.8275.1使用了二層組播技術(shù)。雖然這種做法在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可能不會出現(xiàn)問題，但許多運(yùn)營商已實施了針對更高層次上MPLS和IP網(wǎng)路的網(wǎng)絡(luò)政策，它們可能必須要修改(和網(wǎng)絡(luò)重新規(guī)劃)來實現(xiàn)二層組播網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　由需要嚴(yán)格的相位和時間同步而引出的另一個問題，就是PTP封包通過網(wǎng)絡(luò)來往時出現(xiàn)包時延變化(packet delay variation, PDV)或不對稱。邊界時鐘(Boundary Clock)調(diào)整了時間標(biāo)識來補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)單元中的時間駐留，包括可產(chǎn)生包時延變化的封包處理、緩沖和排隊延遲以避免在時間計算上引入了錯誤。然而，邊界時鐘無法單獨(dú)補(bǔ)償路徑不對稱，即在超級主時鐘和客戶機(jī)之間的上游和下游路徑的不同。網(wǎng)絡(luò)路徑的不對稱有可能會嚴(yán)重到使客戶機(jī)的時間計算超出規(guī)范，需要運(yùn)營商手動測量并輸入時間偏移調(diào)整來進(jìn)行補(bǔ)償，并且每次路徑改變后都需進(jìn)行調(diào)整。