IEEE_1588协议.pdf
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1、IEEE 1588协议 基础篇 Contents 一、时钟同步模型 二、消息字段 三、数据集 四、数据类型 一、时钟同步模型一、时钟同步模型 IEEE 1588 又叫网络化测量及控制系统的精确时钟 同步协议,PTP(精 确时钟协议),使用硬件和软件配合,不需要额外的 时钟线,仍然使用原 来以太网的数据线传送时钟信号,使组网连接简化和 降低成本。 1.1 PTP消息类型消息类型 分为两类:事件消息、普通消息。事件消息是在发 送和接收端都要打精 确的时间戳,普通消息不需要打时间戳。 (1)事件消息:SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、 Pd lR 1.2 消息时间戳的产生消息时间戳
2、的产生 当发送和接收任何事件消息时,都会产生时间戳。 当消息的时间戳点经 过节点与网络的边界时,时间戳事件发生,时间戳产 生模型如下图所示: 上图中ABC为打时间戳的点这个点越靠近 1.3 两种同步机制两种同步机制 ? 延时请求响应机制(Delay Request-Response Mechanism) ? 对等延时机制(Peer Delay Mechanism) (1)延时请求响应机制 使用Sync、Delay_Req、Follow_Up,Delay_Resp消息进行消息 同步,测量 一对PTP端口的,模型为 () () 21 43 2143 2143 ()2 ()2 ttDelayOffs
3、et ttDelayOffset Delaytttt Offsettttt =+ = =+ = 在算法校正过程中,对从时钟的校正是通过校正offset实现的,Delay通 常影响Offset的值,因此要通过测量这个延迟值来修正Offset。 (2)对等延时机制 对等延时机制用来测量端到端传输时间,如支持对等延时 机制的通信端口的链路延时。用Pdelay_Req, Pdelay_Resp,Pdelay_Resp_Follow_Up消息进行同步。 对于普通和边界时钟,对等延时机制与端口是master还是 slave没有关系。 () 2143 ()2meanPathDelaytttt=+ 1.4 设
4、备类型设备类型 有5中基本的设备类型 (1)普通时钟(Oridinary clock) (2)边界时钟(Boundary clock) (3)端到端透明时钟(End-to-end transparent clock) (4)对等透明时钟(Peer-to-Peer transparent clock) (5)管理节点(Management node) 普通和边界时钟的端口,两种机制都可以使用,端到 端透明时钟与这两个 机制无关,对等透明时钟使用对等延时机制。 (1)普通时钟 通过以一个物理端口为媒介的两个逻辑接口和网络通信,事 件接口用来发 送和接收事件消息,包括两类数据集,分别是时钟数据集和
5、端口数据集。 端口数据集包含端口属性,包括PTP状态。 Protocol engine: (1)发送和接收PTP消息 (2)维护数据集 (3)执行与端口相关的状态机 (4)如果端口在slave状态,基于接收到的PTP 定时消息和产生的时 间戳,计算Master的时间。 Local clock: 当普通时钟端口在slave状态时,本地时钟的控制 环路调节时钟,使它 的时钟与它的主一致。如果端口在master状态,本 地时钟在freerun状态 (2)边界时钟 边界时钟模型如图所示,有多个物理端口,每个端 口和一个普通时钟的端 口类似,但有一些例外: 1)时钟数据集对边界时钟的所有端口共用; 2)
6、local clock也对边界时钟的所有端口共用; 3)每一个协议引擎需要附加功能,它需要处理所有 端口的状态,决定 利用哪个端口提供的时间信号来同步本地时钟。 与同步、建立主从层次和信令相关的信息终止在一 个边界时钟的协议引 擎,不再向前转发,管理消息由边界时钟的其它端口 转发,服从限制一个系 统的消息传输时间的约束 (3)End-to-End透明时钟 设备模型如图所示,像一个网桥、路由器和转发器一样,端 到端透明时钟 发送所有的消息。对于PTP事件消息,驻留时间桥测量PTP事件 消息的驻留 时间。驻留时间在一个特殊的域correctionField累积。这些校 正是当事件消 息进入和离开透
7、明时钟产生的时间戳的不同。校正值计算如下 图所示 注意注意用来计算驻留时间的时间戳是基于本地时间产 a)RC(Rate Control) 利用延时请求响应机制校正本地时钟频率等于 master的时钟频率。这个方 法的关键是它的操作是一个闭环,这意味着在一个节 点的本地振荡器调节会 影响下面的节点。 b) RE(Rate Estimation) 不控制本地振荡器,让其自由运行,用本地时间计 算的驻留时间加到Sync 或者Follow_Up消息中,比较接收到的sync和 Follow_Up的驻留时间,计算本 地自由运行时钟与上一级时钟之比。 当驻留时间相对于时钟比值的足够大,一连串透明 时钟的最差
8、相位误差累 (4)Peer_to_Peer 透明时钟 设备模型如图所示,与End_to_End透明时钟不同在 于:它校正和处理 PTP定时消息的方式上。对等透明时钟有一个block, 这个block用来计算每 个端口与其它端口的链路延时。通过交换 Pdelay_Req,Pdelay_Resp和 Pdelay_Resp_Follow_Up消息来计算。 对等透明时钟和链路延时的校正模型如下图所示。 (5)管理节点 管理节点的设备特征是: a)可以有一个或者多个物理连接连接到网络中; b)PTP管理消息的手动或可编程接口。 c)能结合所有的时钟类型。 1.5 同步 在协议的执行过程中又来那个阶段:
9、(1)建立主从层次; (2)同步时钟 1.5.1 建立主从层次建立主从层次 PTP的状态有:Master、Slave和Passive。利用最佳主时 钟算法来找最好的时 钟,包含两个独立算法:(1)数据集比较算法 (2)状态决策算法 ? 数据集比较算法以下列这些优先属性比较算法: (1)priority1:用户可配置的指定,指这个时钟是否是固 定的可选时钟; (2)clockClass:详细说明时钟的TAI可跟踪性属性; (3)clockAccuracy:定义一个时钟精度的属性; (4)offsetScaledLogVariance:定义时钟稳定性属性; (5)Priority2:是否是备选的主
10、时钟; (6)clockIdentity:基于独特标志符的附加表示规则。 最佳主时钟算法清楚地选择两个时钟中的一个更优。 简单的主从层次如下图所示: 只有普通和边界时钟维持这种状态形式,同时也只有边界时钟能在主从层次中建立分 支点。 二、消息字段 PTP协议根据发送和接收到的消息来计算时间偏 差和延迟,每个消息都 由一个消息头(header),消息体(body)和消息 后缀(suffix)组成。 2.1 消息头消息头 2.1.1 transportSpecific(Nibble) 根据传输的媒介有不同的说明。 2.1.2 MessageType(Enumeration4) 2.1.3 vers
11、ionPTP(UInteger4) 是发送消息节点的数据集portDS.versionNumber的值。 2.1.5 domainNumber(UInteger8) 此消息的发出节点不同,domainNumber的值不同。 2.1.6 flagField(Ocet2) 一些标志位,表示的意义如下表 2.1.7 correctionField(Integer64) 它的值是ns数诚意216,如2.5ns表示成 0 x0000000000028000,它的值依赖于消息 类型 2.1.8 sourcePortIdentity(PortIdentity) sourcePortIdentiy的值是发送消
12、息端口数据集的 portDS.portIdentity的值。 2.1.9 sequenceId(UInteger16) 除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、 Pdelay_Resp_Follow_Up、 management消息外,所有的消息都有sequenceId序列池,对 于从同一个时钟的同 一个端口发出同一个消息,后一个消息的sequenceId是前一个 的值1,采用循环计 数的方式。 2.1.10 controlField(UInteger8) 主要是为兼容V1版本而设置的一组值,接收方不使用这组消 息。 2.1.11 logMessageInterv
13、al(Integer8) 的值决定于消息类型如 2.2 Announce 消息域如表: 2.2.1 originTimestamp(Timestamp) 当Announce消息发送时,这个的值置为0或者是与发送节点 的本地时间相差在 1s之内。 2.2.2 currentUtcOffset 2.2.3 grandmasterPriority1(UInteger8) 发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority1的值。 2.3.4 grandmasterClockQuality(ClockQuality) 发送节点数据集成员的parentDS.grandmaste
14、rClockQuality的 值。 2.3.5 grandmasterPriority2(UInteger8) 发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority2的值。 2.3.6 grandmasterIdentity(ClockIdentity) 数据集成员的parentDS.grandmasterIdentity的值。 2.3.7 stepsRemoved(UInteger16) 发送消息的时钟数据集的currentDS.stepsRemoved的值。 2.3 Sync和Delay_Req消息 2.3.1 originTimestamp(Timestamp)
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