ITU SyncE and IEEE1588

IEEE1588和同步以太

http://blog.ednchina.com/yangytao/38966/message.aspx

IEEE1588和同步以太都是用来解决包网络中的同步问题。IEEE1588独立于物理层，通过在报文中加入时间标签来传递同步信息，因此除了频率同步它还可以传递TOD（Time of the day），缺点是会受网络状态的影响，延时、丢包等都会影响到精度；同步以太通过以太物理层PHY实现同步，实现方式类似于传统的SDH/SONET网络，因此它不会受网络高层带来的影响，只要物理连接存在就可以实现同步，缺点是只能传送频率，没有TOD时间信息。

现实网络中计费、SLA等应用需要有确切的时间信息，而有些网络又需要运营级的同步，所以在未来的NGN中，用同步以太来实现频率同步，用1588来传递时间信息会是一个很好的解决方案。

G.8261与同步以太

ITU-T的G.8261建议定义了分组网络的同步特性。它规定了1）网络中所容许的最大jitter抖动和wander漂移；2）分组网络边界与TDM接口时需要达到的jitter和wander的最小值。它同时还概述了网络单元实现同步功能的最小要求。ITU-T通过G.8261后，解决了分组网络特别是以太网的同步问题，同步以太网通过OSI七层协议的第一层-物理层实现网络同步，如同现在的SONET/SDH链路一样。目前已经有支持同步以太的芯片面市。Dallas Semi的DS3104芯片可以直接将传统的SONET/SDH背板时钟频率（比如19.44MHz）与千兆以太（125MHz),10G以太（156.25Mhz）以及百兆以太（25MHz）间做转换，它同时可以输出SONET/SDH、千兆、10G以太（155.52M，125M，156.25M）所需频率。Zarlink也同Marvell公司近日进行了同步以太网互操作性测试。

G.8262与G.8261以及其他协议间的关系

G.8262描述了对同步以太时钟的性能需求，而G.8261则描述了同步以太的基本概念，G.8261是ITU-T应用于包网络同步的第一个详细建议。

G.8262中描述的时钟如果内嵌在以太网络单元中时，可以通过以太物理层传送网络可追踪定时，此处的以太网物理层符合IEEE 802.3[15]的定义。

G.8262中的性能需求来源于已有建议，EEC-option 1需求基于ITU-T G.813 [16] option 1 clock，EEC-option 2基于Recommendation G.812 [7]中Type IV clock，如同SDH NE中采用的一样.

通常意义上同步网络都基于G.803所描述的SDH同步分配。

IEEE 1588是什么

http://blog.21ic.com/user1/6587/archives/2010/69583.html

[ 2010-6-18 8:24:00 | By: nimengyu1 ]

IEEE 1588是什么? 2007-07-17 07:39 加入收藏 转发分享

以太网在1985年成为IEEE802.3标准后，在1995年将数据传输速度从10Mb/s提高到100Mb/s的过程中，计算机和网络业界也在致力于解决以

太网的定时同步能力不足的问题，开发出一种软件方式的网络时间协议（NTP），提高各网络设备之间的定时同步能力。1992年NTP版本的同步

准确度可以达到200μs，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了解决测量和控制应用的分布网络定时同步的需要，具有共同

利益的信息技术、自动控制、人工智能、测试测量的工程技术人员在2000年底倡议成立网络精密时钟同步委员会，2001年中获得IEEE仪器和测

量委员会美国标准技术研究所（NIST）的支持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过作为IEEE1588标准。

IEEE1588的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，IEEE1588标准的草案基础来自惠普公司的1990至1998年的有关成果，

换句语说，安捷伦科技对IEEE1588标准作出重要贡献。安捷伦实验室的资深研究员John Eidson被网络业界视为专家，他的“IEEE1588在测试

和测量系统的应用”，以及“IEEE1588：在测控和通信的应用”两篇论文对IEEE1588协议有精辟和全面的介绍。IEEE1588协议是通用的提升

网络系统定时同步能力的规范，在起草过程中主要参考以太网来编制，使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应用于工业自动化系统。

基本构思是通过硬件和软件将网络设备（客户机）的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10μs的运用，与未执行

IEEE1588协议的以太网延迟时间1，000μs相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善。

在这里简要说明IEEE1588的特点：

·早期的网络时间协议（NTP）只有软件，而IEEE1588既使用软件，亦同时使用硬件和软件配合，获得更精确的定时同步；

·GPIB总线没有同步时钟传送，依靠并行电缆和限制电缆长度（每器件距离）不超过5m来保证延迟小于30μs；

·GPIB的数据线与控制线是分开的，VXI和PXI两种总线分别在VME和PCI计算机总线上扩展，都要增加时钟线。IEEE1588无需额外的时钟线，

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；

·时钟振荡器随时间产生漂移，需要标准授时系统作校准，校准过程要缩短和安全可靠。目前常用的有GPS（全球定位系统）和IRIG B（国际

通用时间格式码），IRIG B每秒发送一个帧脉冲和10MHz基准时钟，实现主控机/客户机的时钟同步。IEEE1588采用时间分布机制和时间调度

概念，客户机可使用普通振荡器，通过软件调度与主控机的主时钟保持同步，过程简单可靠，节约大量时钟电缆；

·IEEE1588推出的时间尚短，还有待完善和修正。例如，对集线器和开关的透明网络可提供很好的定时同步，但还未克服装有路由器的带有不决

定性的网络定时。目前正在设计和试产可测量引入延时和自动补偿延时的网络开关芯片。还有，IEEE1588完整芯片还未推出，只有FPGA基的代

用芯片，Intel公司已声称尽快生产可支持奔腾处理器的IEEE1588完整芯片。

在工业自动化方面更早采用IEEE1588，发表的文章也比较多，特别是在自动控制和数据采集方面有所收获。专门供应网络时间服务器的

Symmetricom公司介绍一种涡轮机控制系统，前端的各种传感器连接到数据采集板，板上安装的精确时钟通过IEEE1588协议的以太网与系统主

时钟同步，使传感器的同步时间发生在1μs内，每秒钟内要执行200次测量，测量间隔5ms，传感器的轮换时间是1μs。控制系统内的多种测量仪

器在时间对准后，按本地时钟捕捉数据和分析数据，清除了触发产生的延迟。这种利用IEEE1588协议的以太网数据采集系统，节省大量分别连接

每个传感器的线缆，达到精确定时同步，便于远控测量，成本降低，已引起业界的重视。当前工业自动化使用IRIG B格式时间码，具有每天时间

准确度小于1μs。应该看到，IEEE1588具有潜力，再将控制系统的每天时间准确度推进到100ns。原因在于IRIG B时间码要每秒发送1个时钟

脉冲至每个测量设备，并且随该脉冲发送每天的时戳，而IEEE1588协议可直接将每天时间信息从主控时钟发送到客户时钟，更具有优势。从发展

趋势来看，采用IEEE1588协议的以太网将在工业自动化系统中占有市场。

同样，采用IEEE1588协议的以太网，解决了通用以太网延迟时间长和同步能力差的瓶颈，显然在测量仪器系统的应用中将发挥更大作用。事实

上，以太网的仪器扩展接口LXI就是以采用IEEE1588协议的以太网作为骨干的仪器应用，再配备测量仪器系统所需的其它条件，组成吸收了

GPIB到VXI和PXI的特点而构建的新一代测量仪器接口。 | 评论(4) | 阅读(6511)

IEEE 1588

发表于 2006/9/25 18:00:56

今天看TDMoP的资料才第一次知道了这个标准。IEEE 1588的最早出现是想用于测量和控制，从Agilent最早提出这个想法就可看出。在一个传统的分布式测试环境中，中央定时系统会把同步信息传到每个节点，但是随着以太、IP网络等包交换网络大行其道，它们基于统计的网络特性无法保证严格的实时和同步，因此，必须采用新的协议来保证本地节点的同步。目前，对IEEE 1588最感兴趣的是自控行业。但是以太同步是目前的一个热门领域，所以它最终出现在通信行业中也就不足为怪了。

动态|以太网的时钟同步

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IEEE1588标准定义了一个在测量和自动化系统中的时钟同步协议。该协议特别适合于以太网，可以实现微秒级高精度的时钟同步。 以太网的时钟同步

IEEE1588定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议（PTP）。此协议并不是排外的，但是特别适合于基于以太网的技术，精度可达微秒范围。由此，目前已经开展的大量工作力将该协议整合到一些基于以太网的自动化协议中。甚至一些严格定义的协议，如Powerlink和EtherCat也将拓展到IEEE1588协议。

IEEE1588的历史

在过去几年中，一些研究机构和商业组织一直在研究设备之间，尤其是测量和控制设备之间的时钟同步的技术。将这种技术标准化的公开讨论开始于一些研发人员在工业自动化方面将IEEE1451系列标准应用于分布式系统的工作中。

在2000年的11月份，这种研究兴趣发展成为一个委员会，并寻求了一些赞助，专门从事将时钟同步问题标准化的工作。委员会的第一次会议在2001年4月召开，会议决定向一些权威研究机构寻求赞助和支持。这些机构包括：电气与电子工程师协会(IEEE)，仪器与测量技术协会的传感器委员会，国家标准与技术协会(NIST)，该协会也在从事IEEE1451标准的起草工作。

委员会的成员包括来自于自动化研究，机器人研究，检测与测量研究和测时研究方面的工程师，以及NIST协会的代表和美国军方的代表。委员会向IEEE组织递交了一份正式研究方案，并在2001年6月18日得到了核准。

按照IEEE的规定，委员会递交的草案在2002年经过修改和两轮投票后被递交到IEEE标准复查委员会，于2002年12月通过核准，并于三个月后出版了标准。从那以后IEEE1588标准的PDF文档已经开始在其主页上公布（http://ieee1588.nist.gov），印刷品也提供订购。

该标准的技术基础来源于一家1999年从HP脱离的名为Agilent的公司。许多参数的测试需要在大型的、空间分散的、分隔式的系统中进行，而无法采用传统的集中式的方法得到。Agilent公司将这项技术整合于Vantera gauging 系统中。此系统的时间精度大约为200ns。 自动化系统的时间印章

使用时间印章来同步本地时间的原理也可以使用在生产过程的控制中。在网络通信时同步控制信号可能会有一定的波动，但它所达到的精度使得这项技术尤其适用于基于以太网的系统。通过采用这种技术以太网TCP/IP协议不需要大的改动就可以运行于高精度的网络控制系统之中。

在区域总线中它所达到的精度远远超过了现有各种系统。此外，在企业的各层次中使用基于以太网TCP/IP协议的网络技术有着巨大的优势。

系统组件

一个1588精确时钟(PTP)系统包括多个节点，每一个都代表一个时钟。每个时钟之间经由网络连接。按工作原理可以分为两种时钟：普通时钟和边界时钟。它们之间的区别是普通时钟只有一个PTP端口，而边界时钟包括多个PTP端口。在网络中，每一个时钟都可能处于下面几种状态：从属时钟、主时钟和原主时钟。

一个简单系统包括一个主时钟和多个从属时钟。如果同时存在多个潜在的主时钟，那么活动的主时钟将根据最优化的主时钟算法决定。所有的时钟不断地与主时钟比较时钟属性，如果新时钟加入系统或现存的主时钟与网络断开，则其他时钟会重新决定主时钟。

如果多个PTP子系统需要互联，则必须由边界时钟来实现。边界时钟的某个端口会作为从属端口与子系统相联，并且为整个系统提供时钟标准。

因此这个子系统的主时钟是整个系统的原主时钟。边界时钟的其他端口会作为主端口，通过边界时钟的这些端口将同步信息传送到子系统。边界时钟的端口对子系统来说是普通时钟。

同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录，并且对每一条信息“加盖”时间印章。有了时间记录，接收方就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时。

描述时间的信息

为了管理这些信息，PTP协议定义了四种多点传送的信息类型：一种是同步信息，简称Sync；一种是Sync之后的信息，简称Follow_Up；一种是延时要求信息，简称Delay_Req；还有一种是Delay_Req的回应信息，简称Delay_Resp。收到的信息回应是与时钟当前的状态有关的。

Sync信息是从主时钟周期性发出的(一般为每两秒一次)，它包含了主时钟算法所需的时钟属性。总的来说Sync信息是包含了一个时间印章，精确地描述了数据包发出的预计时间。

由于信息包含的是预计的发出时间而不是真实的发出时间，所以Sync信息的真实发出时间被测量后在随后的Follow_Up信息中发出。Synce信息的接收方记录下真实的接收时间。使用Follow_Up信息中的真实发出时间和接收方的真实接收时间，可以计算出从属时钟与主时钟之间的时差，并据此更正从属时钟的时间。但是此时计算出的时差包含了网络传输造成的延时，所以使用Delay_Req信息来定义网络的传输延时。

Delay_Req信息在Sync信息收到后由从属时钟发出。与Sync信息一样，发送方记录准确的发送时间，接收方记录准确的接收时间。准确的接收时间包含在Delay_Resp信息中，从而计算出网络延时和时钟误差。同步的精确度与时间印章和时间信息紧密相关。纯软件的方案可以达到毫秒的精度，软硬件结合的方案可以达到微秒的精度。

IEEE 1588工作组

为了推进和联合进行标准的完善和发展，2003年9月在IEEE的办公地成立了以下三个工作组。 (1)使用者需求工作组 主要负责使用者对于IEEE1588协议的需求，使用者的构成，与其他标准的关系等。

(2)技术拓展工作组 主要负责IEEE1588的技术拓展和改进，如标记帧和ipv6的影响，非UDP应用，冗余和错误容差，以及IEEE1588的简化等。

(3)一致性与解释工作组 主要负责IEEE1588标准的解释，认证过程、测试装置和范例实现等。

与其他协议之间的比较

IEEE1588与其他常用于Ethernet TCP/IP网络的同步协议如SNTP或NTP相比，主要的区别是：PTP是针对更稳定和更安全的网络环境设计的，所以更为简单，占用的网络和计算资源也更少。 PTP主要针对于相对本地化、网络化的系统，子网较好，内部组件相对稳定，特别适合于工业自动化和测量环境。与PTP协议不同，NTP协议是针对于广泛分散在互联网上的各个独立系统的安全描述。GPS(基于卫星的全球定位系统)也是针对于分散广泛且各自独立的系统。

PTP定义的网络结构可以使自身达到很高的精度，设定冗余的网络路径进入PTP协议的非激活状态。与SNTP和NTP相反，时间印章更容易在硬件上实现，并且不局限于应用层，这使得PTP可以达到微秒以内的精度。此外，PTP模块化的设计也使它很容易适应低端设备。

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