IEEE Std 1588基本技术

1、电力系统中常用的对时方式IRIG-B码l光IRIG-B码l电IRIG-B码（AC、DC）脉冲对时（PPS、PPM）串行口报文对时NTP、SNTP对时IEEE Std 1588网络对时（PTP对时）PTP对时与其它对时方案的对比IEEE Std 1588协议网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准(Standard for precision clock synchronization protocol for networked measurement and control system)IEEE Std 1588协议又通常被简称为PTP协议，即Precision Time Protocol

2、PTP的产生背景NTP协议解决了以太网定时同步能力的不足，但只能达到毫秒级精度测量仪器和工业控制需要更高的时间精度（现在MU、PMU等装置都要求微秒级的对时精度）PTP协议的特点高精度（可达亚微秒级）本地化、网络化网络资源和计算资源占用少适用于以太网，及其它介质开放性和互操作性PTP协议的版本IEEE Std 1588(v1)2002.11发布IEEE Std 1588-2008(v2)2008.7.24发布IEC61588-v1 2004.09发布IEC61588-v2 2009.02发布V1版本的协议只支持E2E的对时机制V2版本的协议在V1版本的基础上增加了P2P的对时机制V1与V2版本

3、的协议的报文格式不兼容PTP中的基本概念 时元(Timescale)：以TIA为基准，而非UTC 域(Domain)：应用了 PTP协议的网络 端口(Port)：设备上运行了PTP协议的端口 时钟节点(Node)：PTP域中的节点称为时钟节点 根时钟(Grandmaster)：为整个时钟域提供时间基准的主时钟PTP网络中的节点类型 OC: Ordinary Clock BC: Boundary Clock TC: Transparent Clock P2P-TC E2E-TC MN: Management NodeIEEE-1588V2OC边界时钟BCE2E透明时钟TC,P2P透明时钟TCMN

4、PTP典型的网络拓扑交换机在PTP应用中的作用 在PTP应用中需要使用支持PTP协议的专用交换机 PTP的交换机可以完成PTP协议中的TC的功能，一般都可以同时支持E2E-TC和P2P-TC的功能 部分PTP交换机还支持了PTP协议中的BC的功能。BC可以提供E2E与P2P之间的转换PTP对时实现的技术背景u硬件给报文打时标 这个打时标的功能，可以由PHY或MAC提供u报文传递延时的准确计算 线路延时的计算：IEEE-1588中定义了E2E（EndToEnd）或P2P（PointToPoint）同步机制 报文转发延时的计算：IEEE-1588中定义的TC要提供该功能u乒乓对时原理 基本的乒乓对

5、时原理与NTP对时原理是一致的PTP通信方式u通信协议层lIEEE802.3(二层协议报文)lUDP/IPv4(三层协议报文)lUDP/IPv6(三层协议报文)PTP通信方式u单播与多播l多播l使用01-1B-19-00-00-00 或01-80-C2-00-00-0E 作为目的MAC地址l使用224.0.1.129，224.0.0.107为目的IP（UDP时）l使用319,320 为目的通信端口（UDP时）l单播l包括：协商、报文订阅、点对点对时通信、续订报文、节点退出、退订报文、注销等过程l目前大多主钟还只支持多播模式PTP同步机制u一步法：使用一条报文提供同步时间信息u两步法：事件报文触

6、发的时间信息，由跟随其后的另一条Followup报文提供u一步法要硬件支持，两步法偏向软件支持u目前大部分交换机只支持two step模式，转发时把一步法的报文拆分成两步法的报文误差和延时的计算(E2E)E2E的模式使用的报文类型lSync报文：主站发送lFollowup报文：主站发送lDelayReq报文：从站发送lDelayResp报文：主站发送误差和延时的计算(E2E) 线路延时Delay：(t2 t1) + (t4 t3) / 2 时钟误差Offset：(t2 t1) - Delay误差和延时的计算(P2P)P2P的模式使用的报文类型lSync报文：主站发送lFollowup报文：主站

7、发送lPDelayReq报文：主、从站均可发送lPDelayResp报文：主、从站均可发送lPDelayRespFollowup报文：主、从站均可发送误差和延时的计算(P2P) 线路延时Delay：(t6 t5) + (t4 t3) / 2 时钟误差Offset：(t2 t1) - DelayPTP对的非对称路径的处理由来 报文转发延时的不确定性协议中的相关规范 协议中报文格式中定义了一个CorrectionField，专门用于记录报文在转发设备（TC）内驻留的总时长转发设备（TC）的处理 在转发报文时，把在本设备内的驻留时间累加到报文的CorrectionField误差和延时的计算(E2E)

8、 线路延时Delay：(t4 t1) + (t8 t5) (t3 t2) (t7 t6) / 2 时钟误差Offset：(t4 t1) (t3 t2) - Delayt1t2t3t4t5t6t7t8Master timeSlave timeTC timeSyncSyncSyncFollow upFollow upFollow upDelay_ReqDelay_ReqDelay_ReqDelay_RespDelay_RespDelay_RespAdd Correction误差和延时的计算(P2P) 线路延时Delay:(t8 - t7) - (t4 - t3) + (t12 - t11) - (

9、t10 - t9) / 2 时钟误差Offset:(t4 - t1) - (t3 t2) - Delayt4t9Slave timet1t2t3t10t5t6Master timeTC timeSyncSyncSyncFollow upFollow upFollow upPdelay_ReqPdelay_ReqPdelay_RespPdelay_RespAdd correctionPdelay_Resp_Follow_UpPdelay_Resp_Follow_Upt7t8t11t12E2E和P2P的区别在E2E的机制中，被对时设备会计算出与主时钟节点的总的线路延时在P2P的机制中，线路中每一个

10、节点都只能计算出其与上一级节点间的线路延时从确保路径对称性的角度看，P2P 机制可提供更高的精度当网络的拓扑发生变化时，P2P可以快速恢复时间链路，E2E需要重新建立时间链路E2E和P2P的区别在P2P的机制中，时间误差和线路延时的计算是再个完全独立的过程。在E2E中，这两个过程是按顺序进行的E2E和P2P机制最主要的区别体现在TC设备的处理上 E2E-TC：转发所有的报文 P2P-TC：不转发P2P机制相关的报文：PdelayReq、PdelayResp和PdelayRespFollowupE2E和P2P的区别E2E机制时，网络可简化为1：N的拓扑网，主钟可见所有对时设备，应答所有设备的同步请求P2P机制时，延时请求只在相邻节点间完成E2E机制时，主时钟的负载会非常重。当节点过多时，可能导致对时性能下降或失效P2P机制时，TC设备（交换机）需要周期计算每个端口与相邻端口的线路延迟，对TC设备要求较高PTP中的BMC功能BMC：Best Master Clock，即最优主钟算法PTP 交换机交换机 TCPTP 交换机交换机 TCIEDIEDIEDIEDGC bGC a网络 A网络 B BMC算