新華三：同步以太網SyncE技術白皮書（12頁）.pdf

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1、同步以太網（SyncE）技術白皮書 Copyright 2020 新華三技術有限公司 版權所有，保留一切權利。非經本公司書面許可，任何單位和個人不得擅自摘抄、復制本文檔內容的部分或全部，并不得以任何形式傳播。除新華三技術有限公司的商標外，本手冊中出現的其它公司的商標、產品標識及商品名稱，由各自權利人擁有。本文檔中的信息可能變動，恕不另行通知。i 目 錄 1 概述 1 1.1 產生背景 1 1.2 技術對比 1 1.3 技術優點 2 2 技術實現 2 2.1 時間同步簡介 2 2.1.1 頻率同步 2 2.1.2 相位同步 2 2.2 時鐘源類型 3 2.3 時鐘源選擇 3 2.3.1 自動選源

2、參考因素 3 2.3.2 自動選源機制 4 2.4 時鐘同步原理 5 2.5 時鐘工作狀態 7 2.6 時鐘環路避免 7 2.6.1 直連鏈路上時鐘環路的避免 7 2.6.2 環型鏈路上時鐘環路的避免 7 3 典型組網應用 8 3.1 通過 SyncE 實現全網頻率同步 8 3.2 通過 SyncE 和 PTP 實現全網時間同步 9 4 參考文獻 10 1 1 概述概述 1.1 產生背景 在通信網絡中，許多業務的正常運行都要求網絡時間同步。時間同步包括頻率和相位兩方面的同步。通過時間同步可以使整個網絡各設備之間的頻率和相位差保持在合理的誤差范圍內。不同業務對時間同步的要求不同，其中，無線接入業

3、務的要求最高，它要求無線基站之間的頻率必須同步在一定精度之內。如表 1 所示，以 WCDMA/LTE FDD 為代表的標準采用 FDD 制式，只需要頻率同步，精度要求 0.05ppm。以 TD-SCDMA/LTE TDD 為代表的標準采用 TDD 制式，同時需要頻率和相位的高精度同步。如果無線基站不滿足同步精度要求，會導致移動終端在進行基站切換時容易掉線，嚴重時無法聯網。表1 不同制式基站對頻率/相位同步的要求 無線制式 頻率同步精度要求 相位同步精度要求 GSM 0.05ppm 無相位同步精度要求 WCDMA 0.05ppm 無相位同步精度要求 WiMax FDD 0.05ppm 無相位同步

4、精度要求 LTE FDD 0.05ppm 無 相 位 同 步 精 度 要 求 (except for MB-SFN線路時鐘源PTP時鐘源任意選取一個時鐘源最優時鐘否 6 數字通信網中傳遞的是對信息進行編碼后得到的 PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調制）數字脈沖信號，每秒生成的脈沖個數即為脈沖的頻率。以太網物理層編碼采用 FE（百兆）和 GE（千兆）技術，平均每 4 個比特就插入一個附加比特，這樣在其所傳輸的數據碼流中不會出現超過 4 個1 或者 4 個 0 的連續碼流，可有效地包含時鐘信息。利用這種信息傳輸機制，SyncE 在以太網源端接口上使用高精度的時鐘發送數據

5、，在接收端恢復、提取這個時鐘，并作為接收端發送數據碼流的基準。如圖 4 所示，假設外接時鐘源 1 比外接時鐘源 2 更可靠，當選為最優時鐘。Device1 和 Device2 均同步外接時鐘源 1 的頻率，同步原理如下：1.發送方向同步機制 發送端攜帶并傳遞同步信息：(1)因為外接時鐘源 1 的 SSM 級別最高，Device1 選擇外接時鐘源 1 作為最優時鐘。(2)Device1提取外接時鐘源1發送的時鐘信號，并將時鐘信號注入以太網接口卡的PHY芯片中。(3)PHY 芯片將這個高精度的時鐘信息添加在以太網線路的串行碼流里發送出去，向下游設備Device2 傳遞時鐘信息。2.接收方向同步機制

6、 接收方向提取并同步時鐘信息：(1)Device2 的以太網接口卡 PHY 芯片從以太網線路收到的串行碼流里提取發送端的時鐘信息，分頻之后上送到時鐘扣板。(2)時鐘扣板將接口接收的線路時鐘信號、外接時鐘源 2 輸入的時鐘信號、本地晶振產生的時鐘信號進行比較，根據自動選源算法選舉出線路時鐘信號作為最優時鐘，并將時鐘信號發送給時鐘扣板上的鎖相 PLL。(3)PLL 跟蹤時鐘參考源后，同步本地系統時鐘，并將本地系統時鐘注入以太網接口卡 PHY 芯片往下游繼續發送，同時將本地系統時鐘輸出給本設備的業務模塊使用。圖4 SyncE 時鐘同步原理示意圖 外接時鐘源1外接時鐘源2業務模塊PHYPLL時鐘扣板R

7、eceive線路時鐘外接時鐘系統時鐘高精度時鐘PHYTransmitEthernet同步時鐘Device 1Device 2Device 1Device 2 7 2.5 時鐘工作狀態 系統時鐘存在三種工作狀態，用戶通過查看系統時鐘的狀態信息，可了解設備的時鐘同步情況：跟蹤狀態：當設備選擇了一個最優時鐘，并和最優時鐘達到頻率同步，將處于跟蹤狀態。系統時鐘處于跟蹤狀態時，時鐘芯片內部會不斷保存最優時鐘的相關數據。保持狀態：當最優時鐘失效，不能繼續提供時鐘信號時，時鐘芯片會根據之前存儲的相關數據，在一定時間（最長不超過 24 小時）內保持之前最優時鐘的頻率特征，提供與原最優時鐘相符的時鐘信號。此時，

8、系統時鐘處于保持狀態。自由振蕩狀態：若保持狀態超時，原最優時鐘仍未恢復，系統時鐘會進入自由振蕩狀態。此時，設備使用內部晶振作為最優時鐘。2.6 時鐘環路避免 當網絡設備跟蹤并同步自己輸出的時鐘信號時，稱為時鐘環路。當時發生鐘環路時，設備會循環同步自己發送出去的時鐘信號，導致時鐘精度惡化，整網無法同步。使用 SSM 級別以及合理規劃時鐘同步路徑可避免時鐘環路。2.6.1 直連鏈路上時鐘環路的避免 如圖 5 所示，Device1 作為時鐘信號發送方，Device2 作為時鐘信號接收方。根據“2.4 時鐘同步原理”，Device2 同步 Device 1 的時鐘后，會將將該時鐘信號注入 Device

9、2 發送的業務報文中。如果不使用 SSM 級別，Device1 在收到 Device2 的業務報文時，會同步 Device2 的時鐘，從而導致時鐘信號從 Device1-Device2-Device1，形成時鐘環路。圖5 直連鏈路時鐘環路示意圖 如果使用 SSM 級別，Device2 會將發送給 Device1 的 ESMC 報文中的 SSM 級別設置為 DNU，Device1 在收到 Device2 的業務報文時，不會同步 Device2 的時鐘，從而避免時鐘環路的形成。2.6.2 環型鏈路上時鐘環路的避免 為提高鏈路可靠性，實際網絡中存在大量環型鏈路。如果不對時鐘信號的傳輸路徑進行規劃，肯

10、定會形成時鐘環路。對于環型鏈路，通過使用 SSM 級別，并手工配置優先級，將時鐘信號傳輸路徑規劃成樹型或者鏈型，可避免時鐘環路。如圖 6 所示，四臺設備物理連接成一個 RRPP 環網，如果希望 Device1 連接的外接時鐘源作為全網的最優時鐘，所有設備和外接時鐘源達成時鐘同步，當外接時鐘源故障，Device1 作為最優時鐘，Device1Device2IP network外接時鐘源時鐘信號 8 則可以這樣規劃設備上各路時鐘信號的優先級：Device1（Ext,Local）、Device2（P1,P2,Local）、Device3（P1,P2,Local）、Device4（P1,P2,Loca

11、l）。其中，Ext 表示外接時鐘源；P1、P2 表示線路時鐘源，Local 表示本地時鐘，Device1（Ext,Local）表示在 Device1 上 Ext 的優先級最高，Local 的優先級其次，Device2（P1,P2,Local）表示在 Device2 上 P1 的優先級最高，P2 的優先級其次，Local 的優先級最低。在圖 6 所示組網環境下，SyncE 時鐘路徑生成過程如下：Device1 收到外接時鐘源的時鐘信號，同時通過 P1 收到 Device2 傳遞的時鐘信號。因為外接時鐘源的 SSM 級別高于 P1，穩定后，Device1 跟蹤并同步外接時鐘源的時鐘。Device2

12、 通過 P1 收到 Device1 傳遞的時鐘信號（來自外接時鐘源），通過 P2 收到 Device3 傳遞的時鐘信號。因為 P1 的優先級高于 P2，穩定后，Device2 跟蹤并同步 P1 的時鐘信號。Device3 通過 P1 收到 Device2 傳遞的時鐘信號，同時還收到 Device4 傳遞的時鐘信號。因為P1 的優先級高于 P2，穩定后，Device3 跟蹤并同步 Device2 傳遞過來的時鐘信號。Device4 通過 P1 收到 Device3 傳遞的時鐘信號，同時還通過 P2 收到 Device1 傳遞的時鐘信號。因為 P1 的優先級高于 P2，穩定后，Device4 跟蹤

13、并同步 Device3 傳遞過來的時鐘信號。Device1 未為 P2 配置優先級，不同步 P2 接口的線路時鐘，最終形成一個逆時針的時鐘同步路徑，所有設備跟蹤并同步外接時鐘源的時鐘信號。通過合理規劃、人工“破”環，來避免時鐘同步路徑成環。圖6 合理規劃解除環型鏈路時鐘環路示意圖 3 典型組網應用典型組網應用 3.1 通過SyncE實現全網頻率同步 如圖 7 所示，無線基站采用 WCDMA 制式，通過 IP 設備接入運營商網絡，為保證無線終端在基站之間正常切換，要求所有相鄰基站之間頻率同步，精度要求 0.05ppm。為了兼顧成本和可靠性，需要在運營商網絡的核心層部署兩個互為備份的時鐘源。通過

14、SyncE 協議，時鐘源的時鐘信號將同步給所有的無線基站：正常情況下使用外接時鐘源 1，當時外接鐘源 1 故障時，可自動切換到外接時鐘源 2。Device2外接時鐘源Device3Device4P1P1P2P1P2P2P1P2(P1,P2,Local)(Ext,Local)(P1,P2,Local)(P1,P2,Local)時鐘信號Device1 9 SyncE 協議的頻率同步精度高，可滿足 WCDMA 制式無線接入設備的頻率同步精度要求。圖7 通過 SyncE 實現全網頻率同步組網圖 3.2 通過SyncE和PTP實現全網時間同步 如圖 8 所示的 5G 接入網絡，無線基站通過 IP 設備接

15、入運營商網絡，為保證無線終端在基站之間正常切換，要求所有相鄰基站之間時間同步，時鐘同步精度為納秒級。H3C 為用戶提供“SyncE 頻率同步PTP 相位同步”的綜合同步方案。該方案的優勢在于：精度更高：通過 SyncE 實現頻率同步，精度比 PTP 頻率同步精度更高，使得整個方案的時間同步精度可達到納秒級別。更可靠：SyncE 和 PTP 都具有頻率同步能力，設備優先使用 SyncE 進行頻率同步，如果 SyncE 時鐘源故障或者鏈路故障，導致頻率同步信號丟失，設備會啟用 PTP 頻率同步。SyncE 和 PTP 可以共用時鐘源，也可以分別使用獨立的時鐘源。當 PTP 功能故障導致 PTP時間

16、信號丟失時，SyncE 仍能工作，各設備仍能保持頻率同步，各設備的時間偏差仍能控制在可接受的范圍內?；?主用外接時鐘源備用外接時鐘源設備1設備2設備3設備4設備5設備6設備7基站1基站2基站3基站4核心層接入層SyncE主用同步路徑 10 圖8 SyncE 頻率同步PTP 相位同步典型應用組網圖 4 參考文獻參考文獻 IEEE 1588-2008：IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems ITU-T G.781：Synch

17、ronization layer functions ITU-T G.811：Timing Characteristics of Primary Reference Clocks ITU-T G.812：Timing requirements of slave clocks suitable for use as node clocks in synchronization networks ITU-T G.813：Timing characteristics of SDH equipment slave clocks（SEC）ITU-T G.823：The control of jitter

18、 and wander within digital networks which are based on the 2048 kbit/s hierarchy ITU-T G.8261：Timing and synchronization aspects in packet networks ITU-T G.8262：Timing characteristics of a synchronous Ethernet equipment slave clock(EEC)ITU-T G.8264/Y.1364：Distribution of timing information through packet networks 主用外接時鐘源備用外接時鐘源BC1BC2BC3BC4BC5BC6OC1OC2PTP主用同步路徑SyncE主用同步路徑