摘要：本文将围绕基于运营商传送网1588v2时间同步方案展开详细的研究，旨在探讨其原理、应用场景以及部署方案。

关键词：1588V2、光传送网、OSC

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1、前言

随着5G/4G网络的发展，随着无线网络对时间同步性能要求的日益增加，传统的GPS卫星系统因其在安装选址、维护、馈缆敷设、安全隐患及成本等方面的局限性，使得高精度地面时间同步方案成为迫切需求。为应对这一挑战，2002年，IEEE发布了1588时间同步协议的初版本，广泛应用于工业自动化和测试测量环境中，通过网络进行精确时钟同步，实现了局域网中网络设备和系统间的微秒级别时间同步。2008年发布了1588V2版本，提供了更高的时间传输精确度，以满足更精确的时间同步需求，引入了新特性，如支持网络链路延迟测量，显著提高了同步精度。2011年，IEEE发布了电力型IEEE 1588，基于IEEE 1588-2008进行扩展，将PTP技术应用到电力系统中，通过补偿电力系统复杂环境中的网络延迟，使设备能够实现亚微秒级别的同步精度。2019年，IEEE发布了1588-2019标准，为新的应用提供了更多的灵活性，增加了对领域时间的支持，以及对频率同步的更多支持，对V2时钟模型进行了简化，并增加了时钟类型。因此，在电信领域应用1588v2技术是一项创新举措，其稳定可靠的运行部署仍是当前业界各设备制造商、运营商研究和关注的重点。本文将对基于通信传送网络的1588v2时间同步方案进行深入的研究和探讨，意在探讨其原理、应用场景以及部署方案。

2、IEEE 1588v2时间同步原理概述

IEEE 1588v2精确时间传输协议，是一种用于网络节点之间高精度频率同步和相位同步的时间同步协议，也称为PTP精确时间协议。

1588v2标准采用对时算法通过Sync、Delay_Req、Delay_Resp报文携带的时间信息t1、t2、t3、t4计算两点间的线路传递延时Tdelay及主从时钟的时间误差Toffset，即：

Toffset=[（t4–t3）–（t2–t1）]/2（1）

Tdelay=[（t4–t3）+（t2–t1）]/2（2）

通过消除Tdelay和Toffset可实现时间同步，1588v2基本信息同步.

IEEE 1588v2标准解决了两点间传送延时和时间误差问题，可用于两个远程点间的对时。IEEE 1588v2标准定义了三种节点模型，即普通时钟（OrdinaryClock，OC）模型、边界时钟（BoundaryClock，BC）模型和透明时钟（TransparentClock，TC）模型。

1）OC节点模型：节点仅具备一个1588v2时钟端口，它可以是网络中的首节点主时钟（Grandmaster Clock）或末节点从时钟（Slave Clock）作为时间源节点（Time Source Node），它能够通过该单一的通信口连接到网络，并发布自身的时间信息至网络，确保网络中其他节点能够与其保持时间同步。相反，如果作为时间宿节点（Time Sink Node），该节点则根据从网络中接收到的时间同步消息来同步自身的时间。无论是作为时间源节点还是时间宿节点，该节点都依赖其唯一的1588v2时钟端口进行时间信息的传递和接收。

2）BC节点模型：在边界时钟中，当存在多个1588v2时钟端口时，其中一个端口被配置为从端口（Slave Port），该端口用于连接到主时钟（Grandmaster Clock）或其他边界时钟的主端口（Master Port）。而边界时钟的其余端口则作为主端口（Master Port），用于连接下游的从时钟（Slave Clock）或下一级边界时钟的从端口（Slave Port）。这样，Master端口和下游的Slave端口之间就形成了主从关系，确保时间同步信息能够准确地在网络中传播。

3）TC模型：TC模型代表透明时钟节点，它与其他时钟模型（如边界时钟BC或普通时钟OC）的主要区别在于其对时间同步的处理方式。BC/OC需要保持本设备与其他设备的时间同步，确保自身的时间准确性。然而，TC模型并不直接与其他设备保持时间同步，该节点的本地时间不需要同步到主时钟（Grandmaster）。TC节点在转发主时钟发出的消息时，不参与时间同步的计算，而是作为一个“透明”的转发者。在TC模型中，链路时延的计算由消息的发送端和接收端节点负责，而中间的TC节点则完全透明，不参与时延计算。这种模型特别适用于链形网络结构，因为它简化了网络中的时间同步机制。然而，值得注意的是，由于透传时钟的时间戳是基于透传时钟设备自身的本地时钟产生，这不可避免地会引入本地时钟误差。这种误差可能会对同步精度产生负面影响，特别是在对时间同步精度要求极高的应用场景中，这个误差可能是无法容忍的。因此，在使用TC模型时，需要仔细评估其对同步精度的影响，并采取适当的措施来减小或消除这种误差。

1588v2协议的核心在于其最优时钟（Best Master Clock， BMC）算法。BMC算法在存在多个时钟源的网络环境中，为Slave节点提供了一种自动选择最优时钟作为时钟源的有效机制。BMC算法主要由两部分组成：数据集比较算法和状态决定算法。数据集比较算法负责评估各个端口上的时钟质量，以确定哪个时钟源更优；而状态决定算法则根据比较结果，决定时钟端口的下一个状态。该算法在每个节点上独立运行，通过计算和比较，每个节点都能确定其最优的时钟源和端口状态，并将相应的时钟信息下发给各端口以实现同步。这种方式确保了网络中的时钟同步能够基于最可靠的时钟源进行，从而提高了整个系统的时钟同步精度和稳定性。

3、IEEE 1588V2 时间同步网部署场景及分析

根据某运营商1588V2部署原则，承载网每个设备都要使能1588功能（包括OTN设备），或者跳过不支持1588的设备，否则1588性能不可用。如果现网某个链路间有光纤不对称，需要补偿光纤不对称的值，否则1588性能不可用。推荐现网每个设备都配置为1588高精度协议，不建议使用1588超高精度协议。连接主备BITS的两台核心设备的priority2参数分别配置为65和66，保证主备BITS均丢失时，全网的1588跟踪到参数为65的核心设备（66为备选）。1588协议可自动计算端口状态（Master/Slave/Passive），不需要配置端口优先级。为了避免1588反向跟踪（上游跟踪下游），上游设备连接下游设备的端口上配置Master备选（端口状态只能是Master和Passive，但不会变为Slave）。

3.1、OTN网络典型时钟同步方案

目前对OTN/DWDM网络承载1588v2方案的研究主要包括光监控信道（OpticalSupervisoryChannel，OSC）方案和电监控信道（ElectricSupervisoryChannel，ESC）方案。

1）OSC方案：OSC方案：这是一种带外方案，通过改造OTN/DWDM的光监控信道来构建同步以太网，用于传递1588v2 PTP报文。在此方案中，每个网络节点（包括OLA）都会处理1588v2 PTP报文。OTN网络的OSC方案主要分为双纤双向方案和单纤双向方案两种。

① 双纤双向方案：OSC通道采用1510nm的带外波长进行1588v2报文的双向传输。这种方案具有结构简单、易于实现的优点。然而，它容易受到非对称延时的影响，因此在部署时需要逐点进行非对称延时的补偿，导致部署效率相对较低。此外，如果线路部署了OLP（光线路保护）功能，保护倒换可能会导致非对称延时增大，如果时延偏差超过一定范围，将会导致相位指标跳变劣化，影响同步精度，甚至导致系统维护困难。

② 单纤双向方案：此方案利用光分插复用板将1491nm波长耦合进入OSC通道，并利用该通道中的1511nm和1491nm波长进行1588v2报文的双向传输。这种方案的结构相对复杂，但由于双向1588v2报文传输路径一致，因此能够消除非对称延时的影响。同时，它也不受线路保护倒换的影响，具有更高的同步精度和部署效率。本文推荐采用OSC单纤双向1588v2方案实现时间同步。

2）ESC方案：带内方案是指利用OTN（光传送网）带内预留的开销来传输1588v2 PTP（Precision Time Protocol）报文。在这种方案中，每个网络节点（不包括OLA，即光线路放大器）都会处理这些1588v2 PTP报文。通过利用OTN带内预留的开销，可以有效地在现有网络架构中集成时间同步功能，而无需对网络硬件进行大规模的改造或升级。这种方案具有实施简便、成本效益高等优点，适用于各种需要高精度时间同步的应用场景。

3.2、SPN/PTN典型时钟同步方案

1）场景1：外时钟BITS设备接入SPN/PTN网络

客户提供外时钟源（比如BITS设备），通过带外电缆接入SPN/PTN网络，SPN/PTN网络跟踪带外时钟源。这种方案一般用于SPN/PTN网络头节点接入时钟源。

2）场景2：通过同步以太网实现SPN/PTN内部时钟同步

①同步以太网是一种技术，它利用以太网链路码流来恢复时钟。以太网物理层编码通常采用4B/5B（FE）和8B/10B（GE）技术，这两种编码方式通过在每4个或8个比特中插入一个附加比特，确保传输的数据码流中不会出现连续的4个1或4个0（在4B/5B中）以及连续的5个1或5个0（在8B/10B中）。这种编码机制有效地包含了时钟信息，使得在以太网源端接口上使用高精度时钟发送数据时，接收端能够恢复并提取这个时钟，从而保持高精度的时钟性能。

②同步以太网传递时钟的机制与SDH/SONET网络在基本原理上相似，都是通过从以太网物理链路恢复时钟来实现的。因此，从以太网链路恢复的时钟质量并不受链路业务流量的影响，这一点确保了它能够提供与SDH/SONET网络相媲美的时钟树部署和时钟质量。此外，同步以太网完全符合G.823规定的TIMING接口指标，满足了网络对高精度时钟的需求。在部署同步以太网时，为了确保时钟的准确性和稳定性，特别要求PTN（Packet Transport Network）设备的网络时钟和被承载的业务时钟来源于同一时钟源。这样做能够确保在复杂的网络环境中，时钟信号能够保持高度的一致性，从而提高整个网络的同步性能。

5、同步网工程补偿方案

基于1588V2时间同步理论有两个假设条件：下游设备SLAVE端口和上游设备MASTER端口之间的光纤是对称的；无线缆引起的时延。

现场部署时间同步时，很难保证节点之间的光缆来回绝对对称，且现场可能会有电缆引起的时延。所以需要考虑两个补偿：因为电缆传输引起的时延补偿，因为光纤非对称性引起的非对称性补偿。

5.1带外时延补偿

带外补偿方法主要集中在三个跨段

SPN/PTN侧的补偿方法：（推荐直接补偿法）

直接补偿法：双绞线1m引入的延时大约为5ns。若时间源服务器至PTN时间，主接入节点的双绞线缆长度为10m，则在PTN节点上补偿+50ns即可。[1]

仪表补偿法：也可考虑在PTN主接入节点，通过带外输出pps信号给TIME-ACC进行测试当前PTN主节点获取的时间和天上GPS实际时间的偏差。

备注1：测试仪表TIME-ACC自带的同轴线缆也会引入时延的偏差，一般TIME-ACC仪表初始化的时候已经给予了相应的时延补偿设置。

备注2：OTN和PTN整体实现时间同步的方案，OTN侧建议使用带内逐点恢复的方案，这样可以实现业务在OTN的工作通道和保护通道的时候，都能实现时间戳的逐点恢复。此时OTN和PTN之间用尾纤直连，尾纤长度有限，不需要考虑非对称补偿。

5.2 光纤非对称性补偿

某运营商在核心层、核心层---骨干汇聚、骨干汇聚---普通汇聚、普通汇聚环使用单纤双向专用时间环解决光纤非对称导致的时间偏差问题，所以存在单纤双向时间环场景下无需考虑光纤非对称性补偿。如果现场不具备这个条件，现场就可能要下站测试光纤非对称性补偿值。

以下节点之间用光纤互联场景，因为尾纤长度有限，所以一般都可以忽略光纤非对称性导致的时间偏差。

①GPS时间源服务器和PTN核心或者骨干汇聚节点之间

② PTN接入节点---无线基站之间

6、结语

本文通过1588V2时间同步网部署场景、部署方案已经同步网工程补偿方案介绍，系统分析了1588V2部署的方案。1588v2作为一种高精度时间同步协议，能够为无线基站提供纳秒级的时间同步精度，从而确保基站间的时间同步误差达到最小。1588v2部署有助于提升无线基站的传输效率。通过精确的时间同步，基站能够更有效地协调和管理无线信号的传输，减少信号干扰和冲突，提高频谱利用率。它对于确保无线通信的稳定性至关重要。在复杂多变的通信环境中，时间同步的准确性能够帮助基站更好地应对各种挑战，如多径效应、多普勒频移等，从而确保通信的稳定性和可靠性。1588v2部署还有助于优化基站的能效管理。通过精确的时间同步，基站能够更精确地控制其工作状态和功耗，实现节能降耗，降低运营成本。

参考文献

[1] 李莉，刘婉妮，周毅等．基于OTN/DWDM 网OSC的1588v2时间同步方案及应用研究 [J]．电力信息与通信技术，2021，19（8）：91-97。

[2] 古方奎，林何平．IEEE 1588v2时间同步网部署方案及应用场景的分析[J]．电信工程技术与标准化，2020，33（1）：66-70。

[3] 侯扬．浅析1588V2时间同步部署方案[J]．信息通信，2020，（1）： 201-202． HOU Yang．Analysis of 1588V2 deployment scheme[J]． Information & Communications，2020，（1）：201-202（in Chinese）.

[4] 陆源，晏伟娜，江洲．基于OTN实现1588v2传递的现网设备改 造方案探析[J]．山东通信技术，2016，36（4）：31-35，38．

[5]柳晟.超低损耗光纤助力400G传输网与5G移动网快速发展[J].通信世界.2015，（28）.32。

【作者简介】：

1张驰（1988-），男，工程师，本科，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作；

2何百彦（1997-），男，工程师，本科，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作。