同步以太网（SyncE）技术白皮书.docx

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1、1概述11.1 产生背景11.2 技术对比11.3 技术优点22技术实现22.1 时间同步简介22.1.1 频率同步22.1.2 相位同步22.2 时钟源类型32.3 时钟源选择32.3.1 自动选源参考因素32.3.2 自动选源机制42.4 时钟同步原理52.5 时钟工作状态72.6 时钟环路避免72.6.1 直连链路上时钟环路的避免72.6.2 环型链路上时钟环路的避免73典型组网应用83.1 通过SynCE实现全网频率同步83.2 通过SyncE和PTP实现全网时间同步9104参考文献1概述1.1 产生背景在通信网络中，许多业务的正常运行都要求网络时间同步。时间同步包括频率和相位两方面的

2、同步。通过时间同步可以使整个网络各设备之间的频率和相位差保持在合理的误差范围内。不同业务对时间同步的要求不同，其中，无线接入业务的要求最高，它要求无线基站之间的频率必须同步在一定精度之内。如表1所示,以WCDMA/1.TEFDD为代表的标准采用FDD制式，只需要频率同步，精度要求0.05ppm0以TD-SCDMA/1.TETDD为代表的标准采用TDD制式，同时需要频率和相位的高精度同步。如果无线基站不满足同步精度要求，会导致移动终端在进行基站切换时容易掉线，严重时无法联网。表1不同制式基站对频率/相位同步的要求无线制式频率同步精度要求相位同步精度要求GSM0.05ppm无相位同步精度要求WCD

3、MA0.05ppm无相位同步精度要求WiMaxFDD0.05ppm无相位同步精度要求1.TEFDD0.05ppm无相位同步精度要求(exceptforMB-SFN+-1us,1.BS)TD-SCDMA0.05ppm+/-1.5usCDMA20000.05ppm+/-3sWiMaxTDD0.05ppm+/-1.5us+-1us1.TETDD0.05ppm+/-1.5us同步以太网（SyncE,SynchronousEthernet）是一种基于物理层码流携带和恢复频率信息的同步技术，能实现网络设备间高精度的频率同步，满足无线接入业务对频率同步的要求。通常将SyncE和PTP技术配合使用，同时满足频

4、率和相位的高精度要求，实现纳秒级的时间同步。本文主要介绍SyncE的技术原理和典型组网应用，PTP技术的介绍请参见PTP技术白皮书。1.2 技术对比SyncE只能实现频率同步，SyncE和PTP配合可实现时间同步。SyncE+PTP”与其它时间同步技术，如GPS（GlobalPositioningSystem,全球定位系统）、BDS（BeiDouNavigationSatelliteSystem,中国北斗卫星导航系统）、NTP（NetworkTimeProto1.网络时间协议）、PTP（PrecisionTimeProtocol,精确时间协议）之间的技术实现对比如下表所示：时间同步技术频率同步

5、相位同步时间同步精度说明GPS支持支持纳秒级通过电磁波携带频率和相位信息，实现时间同步。近年来，GPS的精度不断提高，但依赖于美国的GPS技术BDS支持支持纳秒级通过电磁波携带频率和相位信息，实现时间同步。目前，BDS同步网络正在建设中，2035年可实现“全覆盖、可替代”NTP不支持支持毫秒级通过NTP报文传输相位信号，实现相位同步，但不能满足无线接入网络等微秒级的时间同步精度要求PTP支持支持亚微秒级甚至几十纳秒通过PTP报文传输频率和相位信息，和硬件配合一同实现高精度的时间同步。随着软硬件技术的进步，PTP的精度可以达到几十纳秒甚至更高SyncE+PTP支持支持纳秒级“SyncE频率同步+

6、PTP相位同步“比纯PTP时间同步，精度更高。因为，SynCE通过物理层码流携带和恢复频率信息，来实现频率同步，比PTP频率同步更快速更精准1.3 技术优点SynCE基于物理层码流携带和恢复频率信息，由于频率信号是在物理层传输的，SynCE的时钟同步不受上层协议的影响，也不会受到数据网络拥塞、丢包、时延等的影响。2技术实现2.1 时间同步简介2.1.1 频率同步频率同步也称为时钟同步。频率同步指两个信号的变化频率相同或保持固定的比例，信号之间保持恒定的相位差。如图1所示,两个表的时间不一样，但是保持一个恒定的差（6小时）。图1频率同步2.1.2相位同步相位同步是指信号之间的频率和相位都保持一致

7、，即信号之间相位差恒定为零。如图2所示,两个表每时每刻的时间都保持一致。相位同步的前提是频率同步，所以，相位同步也称为时间同步。图2相位同步WatcAWatcB2.2 时钟源类型为设备提供时钟信号的设备叫做时钟源。根据时钟信号的来源不同，SynCE支持的时钟源包括： BITS（BuildingIntegratedTimingSupplySystem,通信楼综合定时供给系统）时钟源：时钟信号由专门的BlTS时钟设备产生。设备通过专用接口（BlTS接口）收发BITS时钟信号。 线路时钟源：由上游设备提供的、本设备的时钟监控模块从以太线路码流中提取的时钟信号，即开启SynCE功能的接口传递的时钟信号

8、。线路时钟源精度比BlTS时钟源低。 PTP时钟源：本设备从PTP协议报文中提取的时钟信号CPTP协议时钟源的精度比BITS时钟源低。 本地时钟源：本设备内部的晶体振荡器产生的38.88MHZ时钟信号，通常本地时钟源精度最低。2.3 时钟源选择当设备连接了多种时钟源，有多路时钟信号输入设备时，可以通过手动模式或自动模式选择一路优先级最高的时钟信号作为最优时钟（也称为参考源）。 手动模式：用户手工指定最优时钟。如果最优时钟的同步信号丢失，设备不会自动采用其他时钟源的时钟信号，而是使用设备上存储的已丢失的最优时钟的时钟参数继续运行。 自动模式：系统自动选择最优时钟（也称为自动选源）。如果最优时钟的

9、同步信号丢失，设备会自动选择新的最优时钟，并和新的最优时钟保持同步。2.3.1自动选源参考因素影响设备自动选择最优时钟的参考因素包括SSM（SynchronizationStatusMessage,同步状态信息）级别和优先级。1.SSM级别SSM是ITU-TG.781在SDH（SynchronousDigitalHierarchy,同步数字系列）网络中定义的标识时钟源质量等级（Q1.,Quality1.evel）的一组状态信息。SynCE也使用SSM级别来表示时钟源的好坏，并把SSM级别称为Q1.级别，本文中统称为SSM级别。SyncE中支持的SSM级别按照其同步质量由高到低依次为： PRC（

10、PrimaryReferenceClock,基准参考时钟）级别：精度符合G.811协议要求。通常，BITS跟踪GPS或者北斗等卫星源后输出的时钟信号的质量等级为PRCo SSU-A（primarylevelSSU,转接局时钟）级别：精度符合G.812中转接节点要求。通常，配置了枷钟的BITS在丢失GPS等卫星源后进入保持或者自由振荡时输出的时钟信号的质量等级为SSU-Ao SSU-B（secondlevelSSU,本地局时钟）级别：精度符合G.812中本地节点要求。通常，配置了晶体钟的BITS在丢失GPS等卫星源后进入保持或者自由振荡时输出的时钟信号的质量等级为SSU-Bn SEC（SDHEq

11、uipmentClock,SDH设备时钟）/EEC（EthernetEquipmentClock,以太网设备时钟）级别：精度符合G.813协议要求。通常，承载网设备（SDH设备SEC或者同步以太设备EEC）丢失参考源后进入保持或者自由振荡时输出的时钟信号的质量等级为SEC/EECo DNU（DoNotUseforsynchronization,不应用作同步）级别：精度不符合时钟同步的要求。该质量等级的时钟源不可以作为参考源。 UNK级别：同步质量未知。KlJR展示用户可以通过命令行选择SSM级别是否参与自动选源： 如果时钟源不可靠，用户可以选择SSM级别不参与自动选源，或者通过命令行为时钟源指

12、定SSM级别。 如果用户连接的时钟源是可靠的，建议使用SSM级别作为自动选源参考因素。SSM级别对于自动选择最优时钟、时钟环路避免具有重要意义。设备间通过周期发送ESMC（EthernetSynchronousMessageChannel,以太网同步消息通道）报文传递时钟源的SSM级别。ESMC报文有两种发送方式： 周期发送：设备在开启了SynCE功能的接口上每秒发送一次ESMCinformation报文，用于告知邻居设备木设备提供的时钟信号的SSM级别。 事件触发发送：当本设备选择的最优时钟变化时，立即发送携带新的最优时钟的SSM级别的ESMCeVem报文，以便尽快通知下游设备本设备提供的时

13、钟信号的SSM级别发生变换。与此同时，复位ESMCinfOrmation报文的发送定时器，并周期性发送携带新SSM级别的ESMCinformation报文。2.优先级时钟源的优先级是用户在设备上为每个时钟源指定的一种属性。用户通过命令行为BITS、PTP和线路时钟源配置优先级，该优先级本地有效，不会传递给邻居设备。缺省情况下，时钟源的优先级为255,不能参与最优时钟的选举。如果要使该时钟源参与最优时钟的选举，则需要为其指定优先级。时钟源的优先级值越小，则表示该时钟源的优先级越高。设备支持的各种类型的时钟源中，木地时钟的优先级最低且不支持配置。2.3.2自动选源机制如图3所示,SyncE按照以下

14、原则为设备自动选举最优时钟：(1)SSM级别最高的时钟源优先当选为最优时钟。(2)如果用户配置了SSM级别不参与自动选源，或者SSM级别相同，则按照时钟源的优先级进行选择，优先级值最小的时钟源优先被选中。(3)如果时钟源的优先级相同，则按照时钟源类型进行选择，优先选用BiTS时钟源，其次选用线路时钟源，然后选用PTP时钟源。(4)如果时钟源的类型也相同，继续比较时钟信号入接口的编号，编号最小的时钟源优先被选中。(5)当BlTS时钟源、线路时钟源、PTP时钟源均不可用时，使用本地时钟源。选举出最优时钟后，设备会通过ESMC报文将最优时钟的SSM级别传递给下游设备，进一步影响下游设备最优时钟的选择

15、。如果某接口收到的时钟信号当选为最优时钟，而该接口在5秒钟内未收到ESMCinformation报文，设备会认为最优时钟丢失或不可用，将自动按照上述原则重新选择最优时钟。当原最优时钟源恢复时，系统自动立即切换回原最优时钟。2.4时钟同步原理选出最优时钟后，设备开始锁定最优时钟，进行时钟同步(频率同步)。数字通信网中传递的是对信息进行编码后得到的PCM(PulseCodeModulation,脉冲编码调制)数字脉冲信号，每秒生成的脉冲个数即为脉冲的频率。以太网物理层编码采用FE(百兆)和GE(千兆)技术，平均每4个比特就插入一个附加比特，这样在其所传输的数据码流中不会出现超过4个1或者4个0的连续码流，可有效地包含时钟信息。利用这种信息传输机制，SynCE在以太网源端接口上使用高精度的时钟发送数据，在接收端恢复、提取这个时钟，并作为接收端发送数据码流的基准。如图4所示,假设外接时钟源1比外接时钟源2更可靠，当选为最优时钟。DeViCel和DeViCe2