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1、PTP在传送网中的应用,李晗, 中国移动,CCSA, 成都，2010.3,提纲,需求和挑战,影响时间/相位同步精度关键因素分析 长期性能分析 总结,需求和挑战 时间/相位同步需求 TD-SCDMA/TD-LTE ：3us,CDMA 2000 ：3us （ UTC ） GPS/BD面临的挑战,难以部署和安装 (选址, 布线) 故障率高，维护困难 成本高 （4000元/站),Antenna,lightning conductor,Outdoor Indoor,Amplifier Cable GPS Receiver Base Station,IEEE 1588v2同步传递协议原理 PTP协议IEE
2、E 1588 V2 采用主从时钟方案，周期时 钟发布，接收方利用网络链 路的对称性进行时钟偏移测 量和延时测量，实现主从时 钟的频率、相位和绝对时间 的同步。,Slave Clock,Master Clock,边界时钟,时间树上的中间转发节点运行PTP协 议，按照主从方式逐跳转发精确时间。,Slave Clock,Master Clock,透明时钟,时间树上的中间转发节点不运行PTP 协议，只对时戳包补偿转发延时。,4,5,Qn,Clock Slave Master Q2,TC vs BC PDV主要来自出口队列，计算PTP包驻 留时间，写入 correctionField从而消除 PDV影响
3、 Q1 Q2 Qn Delay in TC Device 终结PTP，恢复时钟 时钟存在漂移累积 Q1,Time Wander Accumulation,1,2,2,2,典型应用场景1纯PTN网络环境,ring(10GE),PTN Aggregation,GPS/BD BITS,RNC,PTN,PTN,PTN,PTN,PTN,PTN,TimeACC,GPS,2,1,2,2,1,GPS/BD BITS,2,1,2,1,1pps TOD,1PPS+TOD,NodeB,PTN,Access ring(GE) PTN,PTN,PTN,1588 v2 Ethernet FE leased line se
4、rvice,Business customer,典型应用场景2OTN+PTN,OTN C,OTN A,OTN D,BITS_W,BITS_P,OTN B,OTN,OTU2,GE,PTN,PTN ,Timing path,PTN5,PTN1,PTN2,PTN3,RNC,NodeB,PTN4,FE,10 GE,PTN6 PTN7 PTN8,Time ACC PTN9,PTN10 OTN ,客户信号承载,多次映射PDV,光监控信道承载,OA影响 OTN开销承载,标准、芯片,其它应用场景,PON承载时间同步,ToD over GPON/EPON,1588v2透传,路由器或者路由器与其它传送网组成的混合
5、网络承载 1588v2,研究重点,可行性,影响时间精度的主要因素 组大网时的性能和稳定性,方法论,指标 (TIE, MTIE, TDEV) 测试方法,组网,One way/two way, one step/two step, 单播/组播, BC/TC BMCA、ESMC,固定时延补偿机制,提纲,需求和挑战,影响时间/相位同步精度关键因素分析 长期性能分析 总结,11,影响时间精度因素分析,1. 跳数：PTP经过每个节点的时间戳精度和PDV 2. 时间链路倒换,3. 传输性能劣化和温度变化,4. 频率同步：与同步以太网的关系，紧耦合情况下频率的,偏差和扰动会引起时间精度的变化,5. 业务负载变
6、化：网络负载和包长的变化导致1588v2传输,和处理时延的变化,6. 时延不对称：网络上下行时延不对称性会引入时间偏,差，但固定偏差可进行补偿,1. 跳数影响,PTN 采用 BC方式, 1PPS+ToD 接口,同步以太网提供频率同步,时间误差峰峰值 (9h) 10 hops: 252ns 20 hops: 253ns 30 hops: 266ns,DUT#1,DUT#2,DUT#n,GPS etc.,1PPS+ToD,1PPS,1PPS,Time Test Equipment,GE,GE,50 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300,0,5000,10000,15000,
7、-100,0 -50,100 50,200 150,250,0,5000,15000,20000,25000,30000,10000,-50 -100 -150,0,50,150 100,0,30000,20000,25000,15000,10000,5000,2. 时间链路倒换影响,时间源倒换: 6ns 光纤链路倒换: 26ns 时钟板倒换: 13ns,Time Error,Frequency Error,3. 信号劣化和温度变化的影响,当插入1E-3 误码时，时间误差 峰峰值为110ns,当温度从1050摄氏度变化 时，时间误差峰峰值为40ns， 并且与温度变化模板不一致,20 0 -20
8、 -40 -60 -80 -100,1,101,201,301,401,501,601,701,801,901,1001,1101,1201,80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30,1,901,1801,2701,3601,4501,5401,4. 频率同步的影响,紧耦合和松耦合情况下，TE峰 峰值分别为22ns和67ns。但紧 耦合情况下时钟锁定时间短， 所需PTP负载更小 在紧耦合情况下，当工作于保 持状态(5E-9) ，TE峰峰值为 100ns；当频率处于自由振荡 (3.8E-8)时，时间同步丢失,BC + SyncE,BC + PTP frequency,5.
9、 PDV对纯透传方式的影响,90% load, 64byte,450ns 90% load, 1518byte,10us,No load,250ns 90% load, 576byte,3200ns,结论,跳数、倒换、SD、温度等因素对于时间精度影响不大 推荐采用SyncE提供频率同步，1588v2提供时间/相位同步 PDV对于纯透传方式影响很大，应该采用BC/TC模式，并且 时间戳处理越接近物理层，PDV影响越小 BC方式下，可采用组播方式,提纲,需求和挑战,影响时间/相位同步精度关键因素分析 长期性能分析 总结,组大网情况下的长期性能,64 PTN节点，环网 /链,58 BSs 带真实业
10、务, 20M CIR,BC + SyncE mode 逐段补偿光纤时延 不对称性,双模 BITS，同时 采用 1PPS+ToD 和 1588v2 接口,1588v2 报文在以 太网端口终结，不 进入LSP,测试项,1. 长期性能,1.1 带内方式 (FE接口),1.2 带外方式 (1PPS+ToD接口),2. 时间链路倒换 3. BMCA 倒换 4. SyncE 倒换 5. 多跳,6. TD-SCDMA 业务性能,1.1 长期性能带内方式,72小时内，TE变化范围为-22ns43ns，峰峰值为65ns,1.1 MTIE 和 TDEV,MTIE,图中采用 G.811 模板，对于时间的模板还需重新
11、定义,TDEV,1.2 带外方式,24小时内，TE变化范围为-131ns-56ns，峰峰值为75ns,1.2 MTIE 和 TDEV,MTIE,TDEV,2. 时间链路倒换,BITS_W 采用,1PPS+ToD接口, BITS_P采用FE 接口,TIE,MTIE,2.1 网管倒换 TE变化范围为 -142ns -54ns，峰峰值为88ns. Switch time,TIE,MTIE,2.2 链路倒换 TE变化范围为 -148ns -5ns，峰峰值为143ns. Switch time,3. BMCA 倒换,BMCA switch from the right to the left by di
12、sabling the port in node 16, then switch back,The time error is from -125ns -45ns with the peak-to-peak value of 80ns.,Switch time,4. SyncE 倒换,the time error is from - 122ns -52ns with the,peak-to-peak value of 70ns,Switch time,5. 不同跳数,Path 1: 4 hops; Path 2: 6 hops; Path 3: 14 hops; Path 4: 17 hops
13、; Path 5: 24 hops,5.1 Multi-hop switch (4-6-14),the time error is from -50ns 65ns with the peak-to-peak value of 115ns,the time error is from -45ns 15ns with the peak-to-peak value of 60ns,5.2 Multi-hop switch (14-17-24),the time error is from -58ns 28ns with the peak-to-peak value of 86ns,the time
14、error is from -90ns 20ns with the peak-to-peak value of 110ns,6. TD-SCDMA 业务性能,Average score of MOS of AMR：3.44 Average score of MOS of VP：3.49 Average BLER：1.68%,提纲,需求和挑战,影响时间/相位同步精度关键因素分析 长期性能分析 总结,总结,1588v2在PTN以及OTN+PTN网络环境下，可以提供高精度时 间/相位同步，各种动态影响因素可以控制在250ns以内， 实际应用中最大的挑战在于光纤链路补偿,SyncEBC模式应用相对成熟，可灵活采用1PPS+ToD 或者 以太网时间接口,需要推进相关标准化工作，包括参考模型和指标分配、 BMCA、ESMC、Metrics、Time over OTN/PON等,