基于MSTP和WDM承载网的1588v2时间同步方案 陈婧华;杨淑媚;罗涛;王占京
最佳位置 PO【摘 要】This paper analyzed the key points that need to be considered during the application of IEEE 1588v2on MSTP and WDM optical network. And based on the typical scenarios of the network, this paper proposed the time synchronization solutions for different scenarios. Through the performance test result of different scenarios, the paper analyzed the feasibility of the solutions.%分析了基于MSTP和WDM设备的光传输承载网络应用IEEE 1588v2时间同步的一些关键问题,基于现网典型的应用场景,提出了不同的1588v2时间同步解决方案,并通过测试,对比分析不同场景的时间同步性能及应用可行性. 【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2011(035)003
【总页数】4页(P5-8)
【关键词】1588;时间同步;MSTP;WDM;OTN
【作 者】陈婧华;杨淑媚;罗涛;王占京
【作者单位】中国电信股份有限公司北京研究院,北京,100035;中国电信股份有限公司北京研究院,北京,100035;中国电信股份有限公司北京研究院,北京,100035;中国电信股份有限公司北京研究院,北京,100035
【正文语种】中 文
【中图分类】TN915飞轮壳
0 引言
CDMA2000同时需要精确的频率同步和时间同步，根据行业标准，间时间误差应小于+/-3μs。目前无线大部分采用外置GPS接收器方式进行间的时钟和时间同步，但GPS方式在安全性、安装选址、成本等方面有很大的局限性。基于承载网络，通过地面传送的方式实现间精确的时钟和时间的同步已成为目前的发展趋势。IEEE1588v2协议（简称PTP，Precision Time Protocol）是一种网络时间同步协议，具有纳秒级的时间同步精度，并且由于其良好的可移植性，承载网络中的多种网络通信设备都可以实现通过1 588v2协议进行时钟和时间的同步，适合于目前多样化的组网场景，如PTN的组网场景[1]，PTN+ OTN的组网场景[2]。以下主要研究在MSTP和WDM光传输设备组网场景下的1588v2时间同步解决方案。
1 承载网部署1588v2需要考虑的问题
目前中国电信的C网承载仍以MSTP为主。在一些小型城域网中，汇聚环和接入环均由MSTP设备组成，但一些大中型城域网带宽需求量大，往往采用波分设备下挂MSTP的方式组成汇聚环和接入环。在部署1588v2时，对不同的组网方式，需从多方面考虑。
①普通WDM设备对于1588v2协议可以作为业务透传，OTN设备还可以通过在ODU开销中插入报文信息的方式逐点进行处理，这两种方式是否都能满足承载时间同步的性能指标要求。
②对于环形组网，时间跟踪路径能形成主备保护，但在网络断纤、故障等情况下，出现时间路径单链时，时间同步的级数有可能增加，对于一些大中型城市，从时间源节点起到时间路径终节点极限的节点数可能达到20个以上，在这种情况下，网络的时间同步性能是否仍能达到要求。
③MSTP设备和波分设备都能实现对1588v2协议进行处理，在可以选择部署方式时，这两种设备处理的性能指标是否有差异。
④时间同步网络在可靠性上是否能得到保障，在网络出现故障时，时间跟踪路径是否能快速切换到备用路径，时间同步性能是否能在指标要求范围内。
对于上述问题，进行了研究性测试，分析在MSTP设备单独组网和混合组网场景下时间同步的性能、业务的影响以及时间同步网络的可靠性。
2 MSTP设备单独组网
通过升级更换MSTP设备的时钟板和接口板使之支持1588v2协议，可以实现MSTP网络基于1588v2的时间同步。由于时间同步的基础是时钟频率的同步，因此时间同步网络的前提是：这是一个时钟同步的网络。MSTP网络实现时钟同步的方式有多种，第一，可以利用SDH网络自身的频率同步机制；第二，可以实现基于1588v2的PTP的频率同步；第三，可以实现以太接口的同步以太进行时钟同步。因为MSTP网络主要以SDH业务为主，同时SDH自身的频率同步精度已足够高，建议MSTP网络的时钟同步利用SDH网络自身的时钟
同步机制，时间同步利用1588v2来实现。MSTP设备通过在开销中插入1588v2报文信息来实现时间同步[3]。
如图1所示，该方案汇聚环和接入环均由MSTP设备组成，时间服务器BITS由汇聚环节点接入，各节点根据1588v2协议算法确定端口Master/Slave/Passive等状态，并将时间信息逐级同步至无线。
图1 MSTP设备组网时间跟踪路径
如图所示断开环状链路，测试极限情况，主时间源经过29个节点处理后的时间偏移值，使用TIME ACC仪表进行24小时长时间测试，测试结果如图2所示。24小时间偏移值在+360ns之内，时间偏移平均值为325.6ns。
3 MSTP设备和WDM设备混合组网
在一些大中型城域网中，单独MSTP设备的组网满足不了大带宽的需求，为解决这个问题，城域波分设备得到了广泛应用。在部署1588v2时间同步方案时，必须把WDM设备也考虑进来。通过WDM设备传递1588v2时间信息有两种方式：传统WDM设备将1588v2信息
作为普通业务透传；新型OTN设备可能支持1588v2，通过在ODU开销中插入1588v2信息的方式逐点处理进行时间同步。这两种方式在应用上各有需要关注的问题。
图2 MSTP设备组网性能测试结果
对于传统WDM设备透传1588v2，主要关注传输业务时延的影响。由于1588v2的算法不仅要求主时钟到从时钟和从时钟到主时钟之间双向的时延是相等的，还要求双向时延是相对稳定的，是总能保持相等的，否则将对从时钟计算的时间相位偏移值引入误差[4]，这就对设备传输延时提出了要求。在WDM设备透传1588v2时间信息时，使用的特定业务板卡从支路侧到线路侧不存在速率的复用，仅进行波长转换，不对用户业务比特速率进行操作。该透传板卡是否能保证WDM设备传输时延的稳定性，是需要研究的问题。
对于新型OTN设备处理1588v2，主要关注时间同步的处理性能。因为传统WDM是一个异步的系统，对业务的传输没有时钟频率同步的要求。OTN设备要支持1588v2时间同步，就必须要支持时钟同步，通过增加时钟处理模块，成为一个同步的系统。OTN设备采用何种时钟频率同步的技术，处理1588v2进行时间同步的性能如何，在应用和业务开放上是否灵活，都是需要关注的问题。
3.1 整网WDM设备透传1588v2
如图3所示，该方案汇聚环和接入环均由WDM设备下挂MSTP设备组成。时钟和时间信息从汇聚环的MSTP设备注入，插入在MSTP设备SDH业务的开销中，并作为一波业务接入WDM节点进行传输，MSTP设备逐点处理1588v2报文进行时间同步。时钟频率的同步同样利用SDH的时钟同步实现。
如图3所示，断开环状链路，测试极限情况，主时间源经过29个MSTP节点处理，29个WDM节点透传后的时间偏移值，使用TIME ACC仪表进行24小时长时间测试，测试结果如图4所示。24小时间偏移值在+390ns之内，时间偏移平均值为344.9ns。
图3 混合组网MSTP逐点同步组网图
图4 混合组网MSTP逐点同步性能测试结果
与前述MSTP单独组网方案相比较，进行1588v2协议处理的MSTP节点数量相同，区别就在于加入了WDM设备作透传处理。由于GPS时间信号自身呈长周期性波动，通过测试可以看出该方案和前述MSTP单独组网方案在性能测试结果上，时间偏移平均值略高19ns，
使用测试中所用的WDM透传板对1588v2时间同步的性能影响很小。蜂盘
该方案能提供网络级的时间跟踪保护倒换，当主时间注入源失效后能倒换到备时间注入源跟踪，网络断纤、网元故障、传输网元性能劣化等情况下能倒换到保护时间跟踪链路；能提供设备级时间跟踪保护倒换，设备内部时钟时间处理单元提供1+1热备份，主单元失效时能倒换到备用处理单元。以图5为例，接入环某个网元故障时，接入环下挂获得的时间信号出现跳变，幅值在500ns以内，并且在时间跟踪路径倒换后能回到稳定状态。导电碳浆
3.2 OTN设备逐点处理1588v2焗油机
图5 网元故障时间偏移值变化图
图6 混合组网汇聚环WDM逐点同步组网图
仿真溜冰场如图6所示，该方案汇聚环由OTN设备下挂MSTP设备，接入环由普通WDM设备下挂MSTP设备组成。时钟和时间源从汇聚环的OTN设备注入，并通过一波业务承载1588v2信息并逐点处理进行时间同步，MSTP设备仅作上下业务处理，在接入环仍由MSTP设备承载1588v2信息并逐点处理进行同步，WDM设备仅作透传。
