PTN 時間同步方案在移動網(wǎng)絡中的應用

移動技術(shù)從 2G 向3G、到LTE 發(fā)展推動著移動傳送網(wǎng)絡從傳統(tǒng)的TDM 技術(shù)向著更高帶寬、更低成本、更加靈活的分組技術(shù)演進。PTN（Packettransportnetwork）作為一種面向連接的傳送技術(shù)，基于分組架構(gòu)，借鑒了SDH 完善的保護倒換、豐富的OAM、良好的同步性能，同時融合了MPLS/Ethernet 技術(shù)分組交換、QoS管理以及統(tǒng)計復用等思想，為運營商建設可管理、可運維的統(tǒng)一融合的傳送網(wǎng)提供了一個良好解決思路。
PTN 滿足移動網(wǎng)絡同步要求的戰(zhàn)略意義
移動網(wǎng)絡對高精度同步有嚴格的要求，基站工作的切換、漫游等都需要精確的時間控制，避免用戶在基站之間切換過程中出現(xiàn)掉線、影響其它用戶的現(xiàn)象，目前各種無線技術(shù)對同步的要求如表所示。

目前已經(jīng)部署的 TD-SCDMA(以下簡稱TD)網(wǎng)絡，均采用GPS 方案來解決移動網(wǎng)絡同步問題。但GPS 天線安裝需要滿足120°的凈空要求，工程安裝有難度，且GPS 成本較高，維護困難。中國移動一直積極尋求替代GPS 的新技術(shù)，一方面通過有線傳輸網(wǎng)絡傳送精確時間同步信號；另一方面利用我國自主發(fā)射的北斗衛(wèi)星作為時間信號源，使用北斗衛(wèi)星與GPS 衛(wèi)星雙模授時，并互為主備用。最終從時間信號的來源和傳輸兩個方面相結(jié)合，徹底擺脫對GPS 的依賴。
目前業(yè)界紛紛把目光投向 PTN，通過PTN 分組網(wǎng)絡上提供高精度同步的解決方案，從而實現(xiàn)GPS 替代。
PTN 網(wǎng)絡實現(xiàn)時間同步的相關技術(shù)
在基于 PTN 分組網(wǎng)絡中，同步技術(shù)可以通過同步以太網(wǎng)G.8261 和精確時間同步協(xié)議IEEE1588V2 來實現(xiàn)。G.8261 通過以太網(wǎng)物理層PHY 芯片從串行數(shù)據(jù)碼流中恢復出發(fā)送端的時鐘，這種方式與SDH 時鐘恢復方式是相同的，并且可以獲得類似SDH 的時鐘精度，實現(xiàn)網(wǎng)絡時鐘同步。時鐘同步質(zhì)量接近SDH，不會受到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡擁塞、丟包、時延等影響。但目前同步以太網(wǎng)只能支持頻率信號的傳送，不支持時間信號的傳送，所以單純的同步以太網(wǎng)方案只適用于不需要時間同步要求的場景。IEEE1588的核心思想是采用主從時鐘方式，對時間信息進行編碼，利用網(wǎng)絡的對稱性和延時測量技術(shù)，實現(xiàn)主從時間的同步，其關鍵在于延時測量，如圖1。IEEE1588V2進行頻率同步時雖然可以獨立于同步以太網(wǎng)實現(xiàn)頻率同步，但相對于同步以太網(wǎng)，PTP有較長的收斂時間，頻率精確度依賴于時戳的顆粒度。

PTN時間同步方案網(wǎng)絡應用的幾個關鍵問題
時間同步是3G移動制式提示的新需求，目前中國移動尚沒有一張精確的時間同步網(wǎng)，時間同步解決方案的部署應該采用逐步建設的方式。
時間源首先部署在本地網(wǎng)核心機房RNC側(cè)，對RNC進行授時，RNC通過帶外的方式將PPS（頻率）和TOD（時間）信息傳遞給PTN設備，PTN設備運行1588V2協(xié)議，將同步信息傳遞到各個基站側(cè)。因為目前現(xiàn)網(wǎng)部署的基站絕大部分都不支持1588V2協(xié)議，如果要進行現(xiàn)網(wǎng)改造，其成本和工作量巨大，此時接入端PTN設備采用帶外的方式將同步信息傳遞給基站。如果基站已經(jīng)支持1588V2協(xié)議，則接入端PTN設備通過帶內(nèi)FE/GE接口同時將業(yè)務和時間信息傳遞給基站（如圖2所示）。

PTN網(wǎng)絡運行SSM和BMC的協(xié)議方式，實現(xiàn)時間鏈路的自動保護倒換，保證時間的可靠傳送。
PTN時間同步方案在網(wǎng)絡中應用，有幾個關鍵問題值得探討。
精度問題
TD-SCDMA空口同步要求非常精確，頻率精度為0.05ppm，時間同步精度為1.5us，這是空口端到端的指標要求，而分配到承載網(wǎng)一般為900ns左右。如果網(wǎng)絡較大，穿通的節(jié)點數(shù)多，其精度是否滿足要求？一般來講，基于物理層同步的G.8261可以提供較高質(zhì)量的參考時鐘，但不能實現(xiàn)時間的同步；而IEEE1588V2同步方式既可以實現(xiàn)頻率同步，也可以實現(xiàn)時間同步，但1588報文經(jīng)過復雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)路，抖動和非對稱性的不可控，導致從1588報文中恢復時鐘和時間精度難以保證。因此在實際應用中可以考慮兩種同步方式相結(jié)合的辦法，通過G.8261完成精確的頻率同步，在G.8261基礎上實現(xiàn)1588V2時間同步，硬件實現(xiàn)1588協(xié)議中精確時戳的插入和提取，減少1588報文發(fā)包頻率，加快收斂速度，有效提高時間同步精度。
補償問題
這里談到的補償，涉及到兩個方面：1PPS+TOD線纜延時補償和光纖線路不對稱補償。
前面講到1588的關鍵在于延時測量。同步時間源一般是通過帶外線纜將1PPS和TOD信息傳遞給PTN設備，另外目前現(xiàn)網(wǎng)中大部分基站都不具備1588能力，PTN設備也需要通過帶外的方式，將1PPS和TOD傳遞基站。如果時間源和基站不具備延時補償能力，需要PTN設備完成這部分線纜引入的延時補償，將補償結(jié)果加到TOD信息。
可靠性問題
為保證PTN網(wǎng)絡對時間信息的可靠傳輸，必須對輸入時間源和傳輸鏈路實行可靠保護設計。
首先對PTN設備通過1PPS＋TOD接口采用高精度時間源進行授時，保證系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)可靠穩(wěn)定地運行，條件許可情況下，采用主備兩個高精度時間源，增加時間原的冗余備份能力。
PTN傳送網(wǎng)物理鏈路一般采用環(huán)型組網(wǎng)，匯聚層和接入層采用相交環(huán)或相切環(huán)實現(xiàn)互聯(lián)，每個外時間源通過環(huán)形鏈路中不同兩點接入主用鏈路和備用鏈路。在PTN網(wǎng)絡中啟用BMC算法，BMC算法可基于時鐘質(zhì)量和最短節(jié)點路徑選擇最優(yōu)的時間源，有效減少時鐘質(zhì)量的累加誤差，增加時鐘源的冗余備份能力。