使用DP83640實(shí)現標準網(wǎng)絡(luò )IEEE1588的同步

1.0 簡(jiǎn)介

美國國家半導體的DP83640精密PHYTER?實(shí)現了IEEE 1588精密時(shí)間協(xié)議（PTP）的時(shí)鐘關(guān)鍵部分，允許高精度 IEEE 1588節點(diǎn)實(shí)現。當使用包含IEEE1588功能器件、邊界時(shí)鐘和透明時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò )時(shí)，利用非常簡(jiǎn)單的時(shí)鐘伺服算法 來(lái)確定速率調整和時(shí)間校正，可以獲得非常高的精度。不需 要復雜處理，只需要對協(xié)議測量進(jìn)行簡(jiǎn)單平均或濾波即可。 當網(wǎng)路由不具有IEEE 1588能力的器件構成時(shí)，包延時(shí)偏差 （PDV）就很重要。簡(jiǎn)單時(shí)鐘伺服不會(huì )提供很高精度的同 步。

本文描述了一種同步方法，它可以為較大PDV系統帶 來(lái)更高的同步精度。這里描述的方法試圖檢測最小延時(shí)，或 “幸運包”。這個(gè)方法還利用了DP83640時(shí)鐘控制機理來(lái)獨 立控制時(shí)鐘速率和時(shí)間校正，從而將時(shí)鐘時(shí)間精度內的過(guò)沖 和擺動(dòng)降低到最小。

2.0 背景

IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議給從機提供了基本信息，用以確 定相對于最高級主時(shí)鐘的頻率以及時(shí)間偏差?；舅惴ò?使用各自的同步和延時(shí)請求消息來(lái)測量主機到從機之間和從 機到主機的路徑延時(shí)。 圖1顯示了最基本的IEEE 1588的時(shí)序圖。



主機到從機和從機到主機的延時(shí)為：

MSdelay = t2 - t1

SMdelay = t4 Ct3

單向延時(shí)或稱(chēng)為平均路徑延時(shí)正是這兩個(gè)延時(shí)的平均值

MeanPathDelay = (MSdelay + SMdelay)/2

理想情況下，時(shí)間偏移為：

offset_from_master = MSdelay C meanPathDelay

在包含支持IEEE-1588網(wǎng)絡(luò )元件（橋、開(kāi)關(guān)、路由器）的網(wǎng)絡(luò )中，包延時(shí)偏差基本上可以忽略。在邊界時(shí)鐘器件中，同步時(shí)鐘在網(wǎng)絡(luò )元件上得以保持，它與上游主機同步時(shí)間和速率，并充當下游器件的主機。在透明時(shí)鐘器件中，因為PTP報文要經(jīng)過(guò)這個(gè)器件，所以通過(guò)測量其停留時(shí)間來(lái)校 正包延時(shí)偏差。



在無(wú)1588能力的網(wǎng)絡(luò )中不做補償，導致包延時(shí)變量大概 是幾十或幾百微妙的數量級。這些延時(shí)變得非常明顯，使得 單一測量極度不正確。

在使用只有簡(jiǎn)單平均和濾波的基本算法的單開(kāi)關(guān)條件 下，得到了圖2在80%流量條件下的MTIE（最大時(shí)間間隔誤差）測試波形。很容易看到，這種方法提供了相對較差的同 步，其誤差達到100ms之大。

2.1 建議算法

在無(wú)1588能力元件的網(wǎng)絡(luò )中，包延時(shí)可能在每個(gè)器件 的最小物理延時(shí)和通過(guò)每個(gè)器件的最大延時(shí)總和的范圍內變 化。實(shí)踐中，每個(gè)設備經(jīng)常會(huì )有最小傳輸延時(shí)，因此主機到 從機產(chǎn)生最小的總包延時(shí)?；静僮魇菄L試檢測最小延時(shí)， 或者“幸運延時(shí)”，利用這些包的結果進(jìn)行速率和時(shí)間校 正。算法基本上可分為三級：平均路徑延時(shí)測量、速率校正 和時(shí)間校正。

2.1.1 平均路徑延時(shí)測量

在大多數網(wǎng)絡(luò )中，最小路徑延時(shí)是相對恒定的值。再 次配置網(wǎng)絡(luò )能夠引起步長(cháng)變化，但是這種配置并不是經(jīng)常性 的。因此有可能采用長(cháng)期跟蹤最小環(huán)回延時(shí)（即全部的同步 延時(shí)請求計算）的方式來(lái)檢測最小平均路徑。這種方法保持 最后N個(gè)平均路徑延時(shí)測量記錄，并從中找到最小值：

Min_meanPathDelay(n) = min(meanPathDelay[n+1-N:n]

其中，Min_meanPathDelay(n)為第n次測量記錄中保留的N個(gè)數據中的最小值。

進(jìn)行速率校正和時(shí)間校正時(shí)確定最小平均路徑是關(guān)鍵。