摘要：如何解決同步信號地面鏈路傳遞問題，是目前分組傳送網(wǎng)絡(luò)中研究的一個重要課題。傳統(tǒng)同步體系中的標(biāo)準(zhǔn)僅適用基于電路交叉技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，并不適用于指導(dǎo)分組傳送網(wǎng)絡(luò)中面臨的問題。目前雖已有運營商應(yīng)用1588v2，滿足移動回傳網(wǎng)絡(luò)中的時間同步需求，但隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的逐步增強，以及對設(shè)備時間(時鐘)能力要求的不斷提高，亟待相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺及完善。文章對分組網(wǎng)絡(luò)中的同步標(biāo)準(zhǔn)進行了討論，并就當(dāng)前包交換技術(shù)實現(xiàn)頻率和時間同步的熱點應(yīng)用給出了建議。

關(guān)鍵詞：分組包網(wǎng)絡(luò)；時分復(fù)用技術(shù)；同步以太網(wǎng)；時間同步

同步網(wǎng)是輔助電信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正常運轉(zhuǎn)的三大支撐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之一。早先的同步網(wǎng)采用的是準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)傳輸技術(shù)，它可以利用N×2Mhit/s系統(tǒng)的PDH鏈路對Ⅳ個網(wǎng)元進行獨立授時。與PDH不同，同步數(shù)字體系(sDH)自身需要時鐘同步技術(shù)的保障，同時又可以對同步網(wǎng)中的定時信號起到傳送作用。SDH系統(tǒng)中的各個網(wǎng)元，均可以從該系統(tǒng)中獲得同步信息并為自身傳送業(yè)務(wù)服務(wù)。也就是說，SDH網(wǎng)絡(luò)既是同步網(wǎng)的使用者，又是同步網(wǎng)的承載者。正是因為在SDH系統(tǒng)中傳定時不需要占用額外的負(fù)載空間，而且經(jīng)過時鐘規(guī)劃，能夠滿足線路系統(tǒng)中所有網(wǎng)元的時鐘同步需求。因此該時鐘同步方式仍廣泛使用，并逐漸滿足傳送網(wǎng)絡(luò)中的時鐘同步要求。

隨著3G技術(shù)應(yīng)用服務(wù)的普遍開展以及長期演進(LTE)時代的逐漸到來，分組設(shè)備越來越多地被引入到傳輸網(wǎng)絡(luò)中。目前，分組傳送網(wǎng)(PTN)被首先引入到本地網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)范圍中，承擔(dān)3G移動信號回傳的重要任務(wù)，將來還會有更多的分組設(shè)備引入到干線網(wǎng)絡(luò)中。由此可見，分組設(shè)備在傳送網(wǎng)絡(luò)中所占的比重越來越多。現(xiàn)在我們面臨的問題是如何在分組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)同步信號(時鐘和時間)的地面鏈路傳遞。一些3c移動通信技術(shù)需要保證在基站空口之間維持嚴(yán)格的時間同步關(guān)系，這在原有SDH系統(tǒng)中是無法實現(xiàn)的。業(yè)界傾向于采用IEEE 1588v2的技術(shù)來實現(xiàn)在分組傳送網(wǎng)絡(luò)中傳送同步信息以替代全球定位系統(tǒng)(GPS)方式。目前，該技術(shù)已在中國多個本地網(wǎng)中開展了廣泛的應(yīng)用。

1、分組網(wǎng)絡(luò)同步標(biāo)準(zhǔn)的討論

ITU－T 013/15主要研究網(wǎng)絡(luò)同步、定時以及相關(guān)設(shè)備時鐘性能參比方法等，并且它制訂了大量的網(wǎng)絡(luò)同步標(biāo)準(zhǔn)。早先的同步標(biāo)準(zhǔn)主要面向時分復(fù)用模式(TDM)網(wǎng)絡(luò)，并且針對SDH系統(tǒng)傳送時鐘同步信號的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。近兩年來，隨著分組設(shè)備在傳輸網(wǎng)絡(luò)中所占比重的不斷加大，需要考慮在分組環(huán)境中如何實現(xiàn)同步信號的傳遞。另外，除了滿足時鐘同步需求外，更要思考解決時間同步的方法。比如，目前一些時分同步碼分多址(TD－SCDMA)的基站仍然采用安裝GPS天線接收機的方式，以解決基站之間時間同步關(guān)系的難題，但GPS提供時間同步存在施工難、維護重、成本高和安全度低等弊端。目前各大運營企業(yè)及通信設(shè)備制造商都積極投身于時間(時鐘)同步地面鏈路傳遞的研究中。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，如國際電信聯(lián)盟遠程通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織(ITU－T)，正在抓緊制訂在分組環(huán)境下時間(時鐘)同步的相關(guān)建議及規(guī)范。本章對于已出臺的分組網(wǎng)絡(luò)同步的標(biāo)準(zhǔn)進行解讀，對于早先的TDM環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)將不再贅述。圖1列舉了目前由ITU－T主導(dǎo)的同步標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 分組網(wǎng)絡(luò)中同步的相關(guān)術(shù)語和定義

ITU－TG.810為同步(時鐘)協(xié)議族提供了技術(shù)術(shù)語解釋及定義。G.8260則是對分組網(wǎng)絡(luò)的頻率及時間同步規(guī)范中使用到的術(shù)語、縮略語進行了定義。該建議分兩大部分：一是用數(shù)學(xué)方法對分組網(wǎng)絡(luò)中同步的穩(wěn)定性及時鐘質(zhì)量進行了度量；二是針對分組網(wǎng)絡(luò)中采用包交換取定時的方式進行描述，并就包網(wǎng)絡(luò)中定時損傷的產(chǎn)生及影響進行了說明。另外在附錄中對于包的分組延遲測量也進行了補充陳述。

1.2分組網(wǎng)絡(luò)中的頻率定時技術(shù)要求

G.8261是ITU－T第一個討論分組網(wǎng)絡(luò)同步的建議，它規(guī)定了分組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)定時和同步概貌，討論了分組網(wǎng)絡(luò)的同步需求和同步方法。G.8262則是定義了如何通過以太網(wǎng)的物理層實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)同步信息的傳送。

1.2.1 分組網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)時鐘同步的總體需求及框架

ITU－TG.8261規(guī)定了分組網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同步結(jié)構(gòu)的整體概貌。分組網(wǎng)絡(luò)同步的一個很重要的目的是要在分組網(wǎng)絡(luò)上支持TDM業(yè)務(wù)，因此該建議還規(guī)定了抖動和漂移的最大網(wǎng)絡(luò)限值及包交換的邊界TDM接口上必須具備的最小設(shè)備容限。

仿照G.823中的TDM網(wǎng)絡(luò)同步定時信息的分配方法，G.8261對參考定時信號在分組網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分配進行了說明，并且針對同步以太和基于信息包的方式給出了整體上的需求建議。

另外，G.8261還對于分組網(wǎng)絡(luò)內(nèi)從固定比特率業(yè)務(wù)中獲得定時同步信息的方法進行了規(guī)定。在補充建議中新增了部分以太網(wǎng)接口的工程規(guī)范。

1.2.2 同步以太網(wǎng)設(shè)備時鐘性能規(guī)范

2007年6月ITU－T通過了“G.8262同步以太網(wǎng)設(shè)備從時鐘(EEC)的定時特性”建議。該建議定義了同步以太網(wǎng)設(shè)備時鐘的性能參數(shù)，如同步以太網(wǎng)設(shè)備從時鐘上的頻率準(zhǔn)確度、保持范圍、牽引入(出)范圍、鎖定狀態(tài)下的漂移限值及抖動容限等。

同步以太技術(shù)與SDH系統(tǒng)對時鐘進行恢復(fù)的原理相同，并且由于與網(wǎng)絡(luò)中所承載的業(yè)務(wù)無關(guān)、時鐘恢復(fù)性能好、技術(shù)成熟，因此被運營商普遍看好。雖然G.8262是作為分組網(wǎng)絡(luò)同步系列的建議，但它提出的很多性能指標(biāo)均與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有相似的要求。如前所述，EEC的部分參考指標(biāo)及計量方式與ITU－TG.813相關(guān)部分對應(yīng)，僅是對網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化。所以傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)同步規(guī)劃方法基本可以應(yīng)用到分組網(wǎng)絡(luò)中。

該建議的最后描述了當(dāng)在分組網(wǎng)內(nèi)進行定時分配和業(yè)務(wù)時鐘恢復(fù)時，網(wǎng)絡(luò)報文的損傷給同步定時信號的恢復(fù)所造成的影響。

1.3 同步以太網(wǎng)的實現(xiàn)機制

ITU－TG.8261規(guī)范了采用同步以太方式進行定時恢復(fù)的相關(guān)要求，而G.8264則詳細規(guī)定了分組網(wǎng)絡(luò)中采用同步以太的方式是如何傳送定時同步信息的。

ITU－TC，8264詳細描述了在以太網(wǎng)環(huán)境中，同步狀態(tài)信息(SSM)報文的格式、時鐘等級分類、采用同步以太傳送時鐘頻率信息的定時分配原則、同步以太設(shè)備時鐘優(yōu)選原則等。SSM算法源于SDH的時鐘同步控制，使用規(guī)則和時鐘選擇算法符合ITU－TG.781的規(guī)范。同步以太網(wǎng)的SSM控制繼承了SDH網(wǎng)絡(luò)特性，在傳統(tǒng)時鐘同步網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過增加以太網(wǎng)同步消息信道(ESMC)豐富了對同步以太網(wǎng)的支持。

1.4 基于分組的時鐘同步網(wǎng)絡(luò)規(guī)范

目前主要有兩種方式可以實現(xiàn)時鐘同步信號的地面?zhèn)鬟f，分別為物理層定時信息方式和分組報文傳遞方式。前述的同步以太方式就屬于物理層同步定時的方法。分組報文傳遞方式是將本地時間信息以時間戳的形式被報文所攜帶，當(dāng)報文到客戶端后通過算法恢復(fù)本地時鐘，從而達到同步定時。ITU－TG，8265就是用于規(guī)范利用包進行的時鐘同步。該建議對分組報文用于解決網(wǎng)絡(luò)時鐘定時傳遞問題的總體框架、功能需求結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的技術(shù)進行了描述，同時對目前常用的解決方法——IEEE1588v2中的技術(shù)進行了分析。

ITU－T G.8265.1則是在IEEE 1588技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了采用單播的通信方式在分組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)時鐘傳遞。該建議中對使用精確時間傳輸協(xié)議(PTP)實現(xiàn)時鐘定時信號的傳送中遇到的問題進行了說明，包括IEEE 1588協(xié)議使用原則(PTP的通信模式、封裝格式及報文頻率等)和最佳主時鐘選擇算法。在該建議的附錄I中，針對在PTP報文交互中采用單播還是組播的問題，分析了兩種方式的利弊，并給出了在具體工程應(yīng)用實施中的相關(guān)建議。

2、分組網(wǎng)絡(luò)同步標(biāo)準(zhǔn)的展望

ITU－T組織為早先TDM網(wǎng)絡(luò)的同步架構(gòu)及性能指標(biāo)，制訂了詳細的規(guī)范和分配定義。ITU－T SGl5 WP3中的013課題組在同步標(biāo)準(zhǔn)的制訂上，做了大量的工作和努力，輸出了不少標(biāo)準(zhǔn)建議。尤其是在近幾年，傳統(tǒng)傳輸設(shè)備(尤其是以SDH、MSTP為代表的傳統(tǒng)意義上的傳輸設(shè)備)受到來自向IP化轉(zhuǎn)型傳輸設(shè)備的挑戰(zhàn)，分組包交換環(huán)境將是今后同步領(lǐng)域研究的重要平臺。目前Q13已經(jīng)完成了分組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決時鐘同步(即：頻率同步)的絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)議題，在完善時鐘同步體系標(biāo)準(zhǔn)的同時，也在積極開展對時間/相位同步標(biāo)準(zhǔn)的研究工作。

2.1 Q13/15標(biāo)準(zhǔn)

從近幾次013會議上的白色文稿討論來看，目前標(biāo)準(zhǔn)組成員主要關(guān)注3方面內(nèi)容。

(1)分組設(shè)備時鐘特性

和G.81x系列相比，ITU－TG.826x體系缺少一項重要的標(biāo)準(zhǔn)，即分組網(wǎng)元設(shè)備的時鐘質(zhì)量評定方法。G.8262對EEC的時鐘特性進行了定義和規(guī)范，如何考量一個采用包交換的方式進行時鐘信號恢復(fù)的時鐘質(zhì)量就成為需要關(guān)注的問題之一。

(2)利用包交換解決時間同步

·概貌和功能框架

2010年013深圳會議上，多個議題集中在了時間同步的需求及定位上。關(guān)于時間/相位同步的需求基本上已經(jīng)達成一致。但目前利用1588v2技術(shù)，能否在大范圍區(qū)域內(nèi)建立多級時間同步網(wǎng)，還存在比較大的爭議。

·時間同步網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范

目前，時間同步地面?zhèn)鬟f的解決方案更多是傾向于采用IEEE 1588v2技術(shù)，但ITU－T并未明確指定將其作為唯一解決時間同步信號傳遞的技術(shù)。從時間同步網(wǎng)建設(shè)發(fā)展來看，同步標(biāo)準(zhǔn)族中缺少采用PTP進行組網(wǎng)的系列指導(dǎo)意見。盡管IEEE 1588v2設(shè)計的初衷就是為滿足電信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要，但是站在ITU的角度，僅依靠IEEE的現(xiàn)有規(guī)范，仍然無法直接指導(dǎo)日益發(fā)展的時間同步網(wǎng)，時間同步系列的標(biāo)準(zhǔn)是目前013組織研究的中心內(nèi)容之一。

·采用包交換的傳輸節(jié)點時鐘

傳統(tǒng)SDH網(wǎng)元設(shè)備時鐘(sEC)的設(shè)備結(jié)構(gòu)，如果引入時間同步需求，則內(nèi)部的時鐘處理單元和時間處理單元的協(xié)調(diào)工作就需要重點考慮。另外針對1588v2技術(shù)引入電信同步網(wǎng)絡(luò)后，新出現(xiàn)的主用基準(zhǔn)時鐘(PRTC)、邊界時鐘(Bc)、透明時鐘(Tc)和普通時鐘(Oc)等設(shè)備的時鐘特性也需要進一步規(guī)范。

(3)實際應(yīng)用中的問題

目前從中國電信運營商采用1588v2的應(yīng)用領(lǐng)域來看，主要還是集中于本地網(wǎng)絡(luò)無線信號回傳中基站間的同步問題。但如網(wǎng)絡(luò)范圍較大，城域核心層則多采用光傳送網(wǎng)(OTN)發(fā)備，同時出于多種因素的考慮，有必要把1588服務(wù)器移至核心節(jié)點位置上。另外OTN設(shè)備也需要采取適當(dāng)措施保證各類同步信息的精準(zhǔn)傳輸，并與下游分組網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建端到端的統(tǒng)一同步網(wǎng)。如此一來，同步信息就有可能要穿越核心層的OTN網(wǎng)絡(luò)到達匯聚層的PTN設(shè)備。中國移動等單位已就在OTN上傳1588報文并進行了前沿性的技術(shù)分析及外場測試，積累了大量第一手的數(shù)據(jù)，為推動ITU－T在該項技術(shù)上制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，提供了詳實可用的素材。ITU－TG.8251對OTN接口上的時鐘特性(抖動和漂移)進行了規(guī)范，但如何考慮在OTN上進一步承載PTP信號，以及對應(yīng)OTN設(shè)備時鐘的進一步改造，需要進一步討論。

另外，隨著寬帶接入網(wǎng)的發(fā)展，無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)以其能很好的承載移動網(wǎng)絡(luò)回傳信號，推動了網(wǎng)絡(luò)大融合的進一步拓展，因此接入網(wǎng)的移動業(yè)務(wù)就需要同步做以支撐。針對使用IEEE 1588協(xié)議來同步的端到端網(wǎng)絡(luò)，需要實現(xiàn)PON系統(tǒng)上的時間傳遞。但由于PON的結(jié)構(gòu)特殊性，導(dǎo)致光纜終端設(shè)備(OLT)和光節(jié)點(ONU)之間的上下行時延差距很大，影響了，1588算法的實施。ITU－T02/15正在研究通過CPON本身的管理通道來解決延時信息和OLT精確時間信息的傳遞問題，如何能夠保證精度和實現(xiàn)的可操作性，都需要標(biāo)準(zhǔn)組織仔細考慮。另外，Q13/15也需把OLT的時鐘特性列為近期輸出的建議之一。

2.2 IETF的相關(guān)研究

早先的互聯(lián)網(wǎng)及以太網(wǎng)技術(shù)不考慮沒備之間的定時同步的問題，其技術(shù)自身的開發(fā)、維護是靠IEEE來支持。但互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)看到了數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)中提供同步定時信號的必要性。TICTOC標(biāo)準(zhǔn)工作組，成立于2008年3月，隸屬IETF組織中的網(wǎng)際互聯(lián)研究領(lǐng)域。一方面網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)工作組的任務(wù)定位已無法滿足目前高精度時間同步的嚴(yán)格需求；另一方面，IETF專家認(rèn)為未來的定時信息將統(tǒng)一采用IP/多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)封裝的形式予以傳遞。該工作組目前的研究重點在于把同步定時信息，如NTP或是PTP包，封裝到MPLS幀中，實現(xiàn)在IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)中端到端1588v2時間傳遞方式。在這一研究過程中也產(chǎn)生了多篇很有價值的文稿，其內(nèi)容包括報文的封裝格式、定時信息鏈路的保護倒換及安全性等方面。但現(xiàn)階段，ITU－T則認(rèn)為把PTP報文封裝進業(yè)務(wù)里，形式復(fù)雜，而且其性能恢復(fù)指標(biāo)還有待進一步驗證。因此ITU－T希望PTP報文的封裝和轉(zhuǎn)發(fā)與業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)能分開考慮。

3、結(jié)束語

中國電信運營商對于在分組網(wǎng)絡(luò)上傳送同步定時信號的需求強勁，尤其是對于采用TD－WCDMA技術(shù)的基站來講，更需要在空口上具備嚴(yán)格的時間同步條件。近些年來，中國通信科研人員在該領(lǐng)域向國際標(biāo)準(zhǔn)組織輸出了大量的文稿，為推動分組網(wǎng)絡(luò)中同步標(biāo)準(zhǔn)的完善貢獻了力量。