LTE-TDD和LTE-Advanced移动网络的定时和同步(下)

　　接上篇

　　4.2 PTP、框架和边界时钟

　　IEEE 1588精确时间协议(Precision Time Protocol, PTP)是针对广泛的工业和政府需求，在分组网络(packet-based network)上实现精确的时间和频率传输而开发的。

　　IEEE 1588采用了一个客户机/服务器架构来保持所有网络组件的精确同步。对于在其网域内的所有PTP客户机来说，该服务器(PTP超级主时钟(Grandmaster Clock))是主基准源。它不断发出同步、跟随和延迟响应信息到它的所有客户机中。通过分组网络，客户机连续不断地发送延迟请求信息到服务器来保持同步。使用时间标识封包，客户机可确定频率并计算正确的时间，而该时间可追溯到超级主时钟(Grandmaster)的主基准。

　　IEEE标准经设计广泛用于为大量应用提供服务。为实现易于部署和设备互操作性并满足特定应用的要求，IEEE 1588-2008引入了应用框架 (profile) 的概念。应用框架规定了PTP选项和属性值的特定组合来支持给定的应用。例如，一个应用框架可以规定层2或层3、单播或组播、信息交换速率、以及是否需要on-path支持。“电信框架” (Telecom Profile) (ITU-T G.8265.1建议)旨为将PTP应用在电信通信系统 (主要是蜂窝基站) 的频率同步。ITU-T G.8275.1和G.8275.2仍然还在讨论制定中，用于解决时间和相位同步。

　　PTP标准包括了在整个网络中保持准确性的条款(请参考下文的包时延变化(Packet Delay Variation)和不对称性(Asymmetry)。边界时钟(Boundary Clock)是该on-path支持的一个选择。边界时钟(Boundary Clock) 通常嵌入在网络单元中，在上游方向作为PTP客户机，而在下游方向则是其它边界时钟和客户机的超级主时钟。通过补偿交换延时并刷新PTP封包，边界时钟帮助保持准确性，而且仍然可以追溯至配置主UTC基准参考的原始超级主时钟(Grandmaster clock)。

　　IEEE 1588还定义了透传时钟 (Transparent Clock) 作为一种支持整个网络的准确性的技术。目前，用于电信行业的PTP框架并不提供透传时钟，所以不需要在这里论述。

　　4.2.1 具有完全On-path支(G.8275.1)的PTP框架

　　IEEE 1588-2008精确时间协议 (Precision Time Protocol)是已获验证的技术，用于在封包回程网络上将同步信息传输到要求频率同步的移动网络单元。今天，遵循G.8265.1标准PTP框架或准标准实施，有数以百计的网络成功地使用了该技术。通常它使用集中式PTP超级主时钟(Grandmaster)(通过GNSS主基准来满足G.8272 PRTC要求)来部署，然后与移动网络单元中的从时钟或客户机软件进行互操作，使客户机能够确定频率并计算时间。

　　使用现今部署的频率框架的PTP，将很可能无法满足LTE-TDD和LTE-Advanced的严格时间和相位准确度要求。因此ITU正在制订新的标准，包括新的配置框架，能够利用IEEE 1588-2008所提供的能力。

　　ITU-T G.8275.1是一项正在制订中的一个新的PTP框架，能够使跟踪PTP超级主时钟的基站在经过多跳数后仍然满足基站的严格时间和相位要求。通过部署PTP定时信号的“完全on-path支持”，保持了精确度和准确性。On-path支持由嵌入到在主时钟和客户机之间路径上每个网络单元的边界时钟(Boundary Clock, BC)功能提供，这些单元包括所有交换机、路由器、微波无线电、NID等等。每一个边界时钟都包含了一个PTP客户机，能够与其紧接的上游单元互操作来恢复时间，然后充当PTP超级主时钟(Grandmaster)来为已连接的下游边界时钟或终端设备客户机提供时间。

　　同步以太网(Synchronous Ethernet, SyncE) 已包括在拟议的标准中，为实现更好的性能提供频率基准支持，但它并不是必需的。早期经验表明SyncE必须包括在部署中。图7是一个遵循G.8275.1 PTP框架的网络的简化描述。

　　在每一个位置(即未开发地区(Greenfield))部署新的网络回程设备的最佳环境应该是完全on-path支持。但对于其它网络环境，它却存在实际的缺点。许多移动服务提供商并不拥有或控制他们的回程网络。而独立的第三方回程网络提供商可能不愿意去升级他们的网络单元来完全支持on-path，或可能会对移动网络运营者收取相应的费用才考虑网络升级。即便有线网络和移动运营商属于同一家公司，也要考虑全面升级、改造或更换的成本。随着精确定时成为了LTE网络演进中不可或缺且更难以设计的组件，在无线和回程运行之间的关系中“应该包括同步SLA”，并且在运行实践中加入监测和报告。

　　在早期部署中，准标准ITU-G.8275.1使用了二层组播技术。虽然这种做法在新的网络环境中可能不会出现问题，但许多运营商已实施了针对更高层次上MPLS和IP网路的网络政策，它们可能必须要修改(和网络重新规划)来实现二层组播网络服务。

　　由需要严格的相位和时间同步而引出的另一个问题，就是PTP封包通过网络来往时出现包时延变化(packet delay variation, PDV)或不对称。边界时钟(Boundary Clock)调整了时间标识来补偿网络单元中的时间驻留，包括可产生包时延变化的封包处理、缓冲和排队延迟以避免在时间计算上引入了错误。然而，边界时钟无法单独补偿路径不对称，即在超级主时钟和客户机之间的上游和下游路径的不同。网络路径的不对称有可能会严重到使客户机的时间计算超出规范，需要运营商手动测量并输入时间偏移调整来进行补偿，并且每次路径改变后都需进行调整。