1588V2技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

1、0  前言        無論是中國電信采用的CDMA2000，還是由中國移動(dòng)采用的TD-SCDMA，包括未來的LTE都需要高精度的時(shí)間同步，以滿足基站側(cè)空口±3 s的同步要求。鑒于外掛GPS方案在安裝條件、建設(shè)成本、維護(hù)管理及政治安全性等方面存在著不利因素，因此通過地面?zhèn)魉头桨竵斫鉀Q時(shí)間同步信號(hào)的傳送問題早已成為業(yè)界的共識(shí)，而1588V2同步協(xié)議則成為關(guān)注的焦點(diǎn)。        2009年以來，基于1588V2的大量測(cè)試結(jié)果充分證明了

2、其在以O(shè)TN/PTN技術(shù)構(gòu)建的城域傳送網(wǎng)中應(yīng)用的可行性。在個(gè)別城市城域網(wǎng)中開展的小規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試工作，全方位地驗(yàn)證了1588V2功能，并發(fā)現(xiàn)了一些值得注意的問題。例如：在時(shí)鐘模式方面，理論上透?jìng)鲿r(shí)鐘（TC）模式的傳送精度優(yōu)于邊界時(shí)鐘（BC）模式，但現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí)究竟是采用BC模式還是采用TC模式，還需進(jìn)一步探討和明確；在時(shí)鐘保護(hù)恢復(fù)和時(shí)延預(yù)補(bǔ)償方面，在PTN網(wǎng)絡(luò)中部署1588基本上不存在障礙，但在OTN網(wǎng)絡(luò)層面中部署時(shí)卻存在著OTN設(shè)備不支持或不能完美支持1588V2的問題。        本文結(jié)合相關(guān)測(cè)試，將對(duì)上述問題逐一地

3、進(jìn)行分析和討論，并提出相應(yīng)的解決方案，以為下一步1588的規(guī)?；渴鹛峁﹨⒖?。1  1588V2的應(yīng)用場(chǎng)景        據(jù)正在進(jìn)行的移動(dòng)城域網(wǎng)分組傳送網(wǎng)建設(shè)情況，1588V2在現(xiàn)網(wǎng)中主要有以下2種應(yīng)用場(chǎng)景（見圖1）。圖1    1588V2的2種應(yīng)用場(chǎng)景        a） 1588在PTN網(wǎng)絡(luò)中傳送。該場(chǎng)景主要應(yīng)用于PTN獨(dú)立組網(wǎng)或骨干匯聚層尚未建設(shè)波分平臺(tái)的地區(qū)。在該場(chǎng)景下，時(shí)間源只能設(shè)置在骨干匯聚節(jié)點(diǎn)，并采用

4、主備時(shí)間源設(shè)置方式，利用PTN的環(huán)路結(jié)構(gòu)，盡可能地保證所有Node B都同時(shí)具備2條不同的跟蹤鏈路至主備時(shí)間源。        b） 1588在OTN+PTN網(wǎng)絡(luò)中傳送。受業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)，城域網(wǎng)核心骨干層建設(shè)OTN網(wǎng)絡(luò)已是大勢(shì)所趨。從長遠(yuǎn)來看，1588在城域OTN+PTN網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用將非常普遍。在該場(chǎng)景下，時(shí)鐘源位置的終極部署目標(biāo)是核心節(jié)點(diǎn)。首先通過OTN網(wǎng)絡(luò)將時(shí)鐘信號(hào)傳遞至下層的匯聚節(jié)點(diǎn)，然后再通過PTN網(wǎng)絡(luò)分發(fā)至各Node B。2  網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘配置2.1  2種模式   &

5、#160;    1588在傳送網(wǎng)絡(luò)中的同步傳送主要有BC和TC 2種模式。它們的物理拓?fù)浠鞠嗤赑TP協(xié)議的處理機(jī)制上卻不盡一致。在1588部署之初，2種模式究竟孰優(yōu)孰劣還存在著一定爭(zhēng)議。下面將從理論和實(shí)踐2個(gè)方面對(duì)BC和TC模式做進(jìn)一步探討。2.2  理論與測(cè)試2.2.1  理論說明        理論上，BC和TC 模式的最大不同是：BC模式下的網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備具有多個(gè)1588端口，其中1個(gè)端口可作為Slave用于和上一級(jí)設(shè)備的頻率和時(shí)間保持同步，其他端口則作為下

6、一級(jí)網(wǎng)元的Master，設(shè)備接收到1588報(bào)文后進(jìn)行終結(jié)，并產(chǎn)生新的1588報(bào)文向下游傳送；而TC模式下的網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備接收到來自時(shí)鐘源的1588報(bào)文后不進(jìn)行終結(jié)，據(jù)報(bào)文駐留時(shí)間和鏈路時(shí)延，修正報(bào)文時(shí)間戳信息，并將其傳送給下游設(shè)備直至Slave側(cè)。        BC模式下每個(gè)節(jié)點(diǎn)終結(jié)PTP報(bào)文并同步于主時(shí)鐘，在時(shí)鐘恢復(fù)過程中會(huì)引入漂移，且這種低頻漂移會(huì)隨著跳數(shù)的增加而不斷累積；而TC模式下時(shí)鐘是透明傳送的，對(duì)節(jié)點(diǎn)跳數(shù)并不敏感，故端到端傳送精度優(yōu)于BC模式。因此，傳遞精度高、能延伸網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的TC模式受到了更多的青睞。2

7、.2.2  試驗(yàn)測(cè)試        為比較TC和BC模式在傳送精度方面的差異，一些單位進(jìn)行了現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)測(cè)試。1588時(shí)間傳遞精度試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。圖2    1588時(shí)間傳遞精度試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)        由圖2可知，節(jié)點(diǎn)10的PTN設(shè)備跟蹤至節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間服務(wù)器，在節(jié)點(diǎn)10通過時(shí)間分析儀監(jiān)控PTN設(shè)備輸出的時(shí)間精度（圖中綠色及藍(lán)色虛線表示各節(jié)點(diǎn)的工作模式分別為BC及TC）。BC模式下，測(cè)試時(shí)長約為6 h，時(shí)間精度為3

8、993 ns，抖動(dòng)峰峰值為54 ns；TC模式下，測(cè)試時(shí)長約為12 h，時(shí)間精度為66133 ns，抖動(dòng)峰峰值為67 ns。該結(jié)果說明，BC模式下各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘恢復(fù)過程中所引入的漂移呈現(xiàn)出一定的正負(fù)抵消效應(yīng)，因此其端到端時(shí)間傳送精度并不比TC模式差，甚至還優(yōu)于TC模式。時(shí)間傳遞精度統(tǒng)計(jì)見圖3。圖3    時(shí)間傳遞精度統(tǒng)計(jì)2.3  鏈路配置與倒換2.3.1  鏈路配置        在BC模式下，各Node B無需人工設(shè)定時(shí)間跟蹤路徑，只需啟動(dòng)最佳主時(shí)鐘（BMC）算法，時(shí)間跟蹤鏈路

9、就能自動(dòng)生成；在TC模式下，由于各Node B的2條端到端工作保護(hù)時(shí)間鏈路需由人工預(yù)先配置好，因此全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的配置工作量極大。2.3.2  鏈路倒換        網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，由于BMC算法會(huì)自行計(jì)算新的、最優(yōu)的時(shí)間跟蹤鏈路，更重要的是在BC模式下，網(wǎng)絡(luò)各層的故障只會(huì)引發(fā)本層鏈路發(fā)生改變（如圖4所示），匯聚環(huán)斷纖時(shí)接入層跟蹤鏈路不會(huì)發(fā)生變化，只是匯聚層重新計(jì)算生成跟蹤鏈路。而在TC模式下，則是整條工作鏈路切換至保護(hù)鏈路。因此，BC模式下采用BMC算法可最大程度地減少跟蹤路徑的變化，從而降低了無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)因傳輸鏈路故障所

10、引發(fā)的時(shí)間震蕩。圖4    匯聚層斷纖引起的時(shí)間跟蹤鏈路倒換示意        綜上所述，在傳送精度基本相同的情況下，考慮到BC模式在配置、倒換等方面較TC模式有一定的優(yōu)勢(shì)，故現(xiàn)網(wǎng)采用BC模式的1588V2傳送是最佳選擇。3  鏈路保護(hù)與恢復(fù)3.1  保護(hù)倒換對(duì)1588V2時(shí)間傳送精度的影響        由于當(dāng)時(shí)間源、PTN/OTN環(huán)路、時(shí)鐘板發(fā)生倒換及基站側(cè)帶內(nèi)外跟蹤方式切換時(shí)，均會(huì)引起頻率和相位的跳變

11、，故會(huì)進(jìn)一步影響到時(shí)間精度。在OTN和PTN聯(lián)合組網(wǎng)模式下，上述倒換測(cè)試結(jié)果如表1所示。        由表1可知，網(wǎng)絡(luò)倒換引入的時(shí)間誤差均小于50 ns，能完全滿足TD同步的±1 500 ns要求，且還有相當(dāng)大的余量。不過，表1所列測(cè)試結(jié)果都是在各個(gè)光纜段落的收發(fā)延時(shí)差異獲得良好預(yù)補(bǔ)償?shù)那疤嵯芦@得的。但是，現(xiàn)網(wǎng)中許多光纜段落用于收發(fā)的2芯光纖實(shí)際上并不是對(duì)稱的，因此采用雙纖雙向的1588V2傳送方式時(shí)，PTN將面臨逐段補(bǔ)償時(shí)延差異的問題，從而導(dǎo)致在開通1588基站時(shí)，只能也必須采用經(jīng)過時(shí)間分析儀表測(cè)試-預(yù)補(bǔ)償-開

12、站3步走的措施。顯然它的工作量是很大的。OTN網(wǎng)絡(luò)與PTN網(wǎng)絡(luò)類似，除了要考慮各OTN段落間的預(yù)補(bǔ)償外，還必須解決外線側(cè)OLP保護(hù)倒換前后因收發(fā)纖芯不一致所帶來的時(shí)延補(bǔ)償問題。由于上述問題的存在，致使1588遲遲未能在OTN+PTN的城域傳送網(wǎng)中獲得真正的應(yīng)用。而單纖雙向技術(shù)則可從根本上解決上述問題。3.2  單纖雙向技術(shù)的應(yīng)用3.2.1  在PTN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用        每個(gè)基站的PTN設(shè)備線路側(cè)光口都配有TX和RX 2個(gè)收發(fā)模塊，通過集成在模塊中的濾波器，可在1根光纖中同時(shí)完成1和2 2路光信號(hào)的

13、發(fā)射和接收。通常情況下，1=1 310 nm，2=1 550 nm，或相反。由于模塊的成對(duì)使用，再加上定時(shí)接口技術(shù)，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)并計(jì)算出單向傳播時(shí)延，實(shí)現(xiàn)時(shí)延的自動(dòng)預(yù)補(bǔ)償，故從根本上解決了傳統(tǒng)的雙纖雙向技術(shù)潛在的時(shí)延差異無法自動(dòng)預(yù)補(bǔ)償問題。        面對(duì)調(diào)整頻繁的接入層，單纖雙向技術(shù)容許接入環(huán)的隨意調(diào)整，無需擔(dān)心光纜割接帶來的時(shí)延補(bǔ)償問題，同時(shí)還較雙纖雙向技術(shù)節(jié)省一半光纖資源；缺點(diǎn)是目前尚無10GE模塊推出，10GE速率的匯聚層暫時(shí)只能維持雙纖雙向技術(shù)結(jié)構(gòu)。但考慮到匯聚層結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定和更換模塊的成本，匯聚層暫時(shí)也沒必要采

14、用單纖雙向技術(shù)。3.2.2  在OTN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用        目前，OTN網(wǎng)絡(luò)中1588傳送的主要障礙是OLP的保護(hù)倒換。若OLP主用收發(fā)2芯光纖或備用收發(fā)2芯光纖是同纜的，則它們的差異較小。在雙纖雙向的1588V2傳送模式下，只要將OLP保護(hù)倒換強(qiáng)制設(shè)定為雙芯一起倒換，則倒換前后的時(shí)延抖動(dòng)并不會(huì)明顯。        但現(xiàn)網(wǎng)中用于OLP保護(hù)的主備用光纜長度通常是有差異的，因此當(dāng)OLP因線路側(cè)故障發(fā)生保護(hù)倒換，尤其是單芯倒換時(shí)，雙纖雙向的158

15、8V2傳送將不可避免地面臨著收發(fā)纖芯不一致的考驗(yàn)。試驗(yàn)表明，若收發(fā)纖芯差異在1 km以上，單芯倒換前后引入的時(shí)間誤差將大于8 000 ns，顯然不能滿足±1 500 ns的同步精度要求，而基于光監(jiān)控通道（OSC）的1588V2帶外單芯雙向傳送方案則能完美地解決這一問題（見圖5）。圖5    基于OSC的1588V2單芯雙向傳送示意        由圖5可知，1588V2報(bào)文經(jīng)時(shí)鐘板處理后，通過特殊的光線路接口單元（FIU）進(jìn)入OLP主用收發(fā)2纖芯中的1芯，并通過1和2 2個(gè)不同波長同時(shí)

16、實(shí)現(xiàn)A、B 2個(gè)OTN節(jié)點(diǎn)間的1588報(bào)文交互和時(shí)鐘同步。在該方式下，無論線路側(cè)發(fā)生的是雙芯倒換還是單芯倒換，1588V2始終都是在同一根光纖中傳送。試驗(yàn)表明，在A、B節(jié)點(diǎn)的OTN設(shè)備均不做時(shí)延預(yù)補(bǔ)償?shù)那疤嵯拢珺節(jié)點(diǎn)跟蹤A節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)間信號(hào)，OLP倒換前后B節(jié)點(diǎn)OTN設(shè)備輸出的時(shí)間信號(hào)誤差為0 ns（倒換前后均為-275 ns）。也就是說，OLP保護(hù)倒換不影響1588V2的傳送。4  1588V2過渡期部署策略        1588V2的過渡解決方案示意見圖6。圖6    1588V

17、2的過渡解決方案示意        根據(jù)以上有關(guān)闡述和相關(guān)測(cè)試結(jié)果，OTN+PTN網(wǎng)絡(luò)中1588V2的終極部署應(yīng)采用OTN帶外單纖雙向+PTN匯聚層雙纖雙向+PTN接入層單纖雙向方案，全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)采用BC時(shí)鐘模式。考慮到部分廠家的OTN設(shè)備尚不支持1588的自動(dòng)補(bǔ)償功能，且支持單纖雙向的OTN廠家也很有限，因此1588V2在OTN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將有一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。短期內(nèi)可采用組建骨干層時(shí)間傳送平臺(tái)，以規(guī)避OTN的過渡解決方案。        過渡方案的基本思路是

18、：在核心層設(shè)置和2端時(shí)間服務(wù)器，利用現(xiàn)骨干層光纜和骨干節(jié)點(diǎn)PTN設(shè)備GE光口組建2個(gè)獨(dú)立的時(shí)間傳送平臺(tái)，分別用于傳送來自時(shí)間服務(wù)器和的時(shí)間同步信號(hào)；時(shí)間同步信號(hào)通過傳送平臺(tái)傳送至各骨干節(jié)點(diǎn)，再通過PTN網(wǎng)絡(luò)傳送至各骨干環(huán)所轄的Node B。        組建時(shí)間傳送平臺(tái)方案能有效地解決OTN短期內(nèi)難以完美支持1588V2傳送的問題。但從長遠(yuǎn)及從節(jié)省骨干層纖芯資源和提高時(shí)間源收斂度角度來考慮，一旦OTN承載1588V2技術(shù)成熟時(shí)，則建議優(yōu)先采用OTN帶外單纖雙向+PTN匯聚層雙纖雙向+PTN接入層單纖雙向的傳送模式。5  結(jié)束語        經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)性測(cè)試，1588V2地面時(shí)間傳送技術(shù)已基