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一、前言
隨著移動通信業(yè)務的發(fā)展和移動用戶的快速增長，電信業(yè)正在發(fā)生巨大的變革。為適應移動業(yè)務從以電路語音為主的單一業(yè)務向多業(yè)務轉變，移動網(wǎng)絡架構向IP化、寬帶化進行發(fā)展。為了適應業(yè)務IP化發(fā)展的必然趨勢，作為基礎網(wǎng)絡的承載網(wǎng)已經(jīng)由傳統(tǒng)電路交換向分組交換方式演進，分組傳送網(wǎng)（PTN）技術應運而生。PTN是基于分組傳送的新一代多業(yè)務統(tǒng)一傳送網(wǎng)絡，能夠實現(xiàn)對分組業(yè)務的高效傳送，同時能夠兼容對傳統(tǒng)TDM、ATM等業(yè)務的承載。
二、移動網(wǎng)絡同步要求
移動網(wǎng)絡對高精度同步有嚴格的要求，其同步的需求有兩個級別，頻率同步和時鐘同步�；贔DD模式的無線系統(tǒng)如WCDMA需要各節(jié)點之間保持頻率同步即可，而基于TDD模式的無線系統(tǒng)，包括CDMA2000/TD-SCDMA以及WiMAX/LTE則需要更為嚴格的時鐘同步來滿足移動業(yè)務的漫游和切換。表1給出了各種無線網(wǎng)絡協(xié)議制式的同步指標需求。
目前一般采用部署GPS的方式來解決移動網(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。出于工程安裝，成本以及維護等綜合因素的考慮，運營商希望能找到一種解決方案來替代GPS。因此運營商和設備商都希望能在PTN分組網(wǎng)絡上提供高精度和高穩(wěn)定度的時鐘和時間同步的解決方案。
三、PTN同步技術分析
PTN實現(xiàn)對頻率和時間同步信號的傳送，有兩類可行技術：一是基于物理層的同步技術，如G.8261的同步以太網(wǎng)技術，二是基于分組包的同步技術，如IEEE1588 V2。
同步以太網(wǎng)通過物理層串行比特流提取時鐘，可以獲得類似SDH的時鐘精度，實現(xiàn)網(wǎng)絡時鐘同步，但無法實現(xiàn)精確時間同步。同步以太網(wǎng)的時鐘精度由物理層保證，與以太網(wǎng)鏈路層負載和包轉發(fā)時延無關。時鐘的質(zhì)量等級信息可以通過專門的SSM幀進行傳送。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，適用于不需要時間同步要求的場景。
圖1 ITU-T G.8261工作方式
IEEE 1588v2是一種精確時間同步協(xié)議，簡稱PTP協(xié)議，它是一種主從同步系統(tǒng)。在系統(tǒng)的同步過程中，主時鐘周期性發(fā)布PTP時間同步協(xié)議及時間信息，從時鐘端口接收主時鐘端口發(fā)來的時間戳信息，系統(tǒng)據(jù)此計算出主從線路時間延遲及主從時間差，并利用該時間差調(diào)整本地時間，使從設備時間保持與主設備時間一致的頻率與相位。IEEE1588可以同時實現(xiàn)頻率同步和時間同步，時間傳遞的精度保證主要依賴于兩個條件 一個是計數(shù)器頻率準確和鏈路的對稱性。
圖2 IEEE 1588V2工作方式
三、中興通訊業(yè)界領先的時間同步解決方案
中興通訊不但積極參與PTN時間同步技術標準的制定和研究，還積極和中國移動展開合作和GPS替代項目的研究，完成了《基于PTN的時間同步技術規(guī)范》和《TD系統(tǒng)的GPS替代可行性研究報告》等技術成果�；谏詈竦募夹g積累和研發(fā)實力，中興通訊提出了業(yè)界領先的PTN時間同步解決方案，下面進行詳細的介紹。
獨特的“時間同步以太網(wǎng)”解決方案，提高同步精度
業(yè)界絕大部分廠商采用單純的IEEE 1588v2來實現(xiàn)時間同步，中興通訊基于對時鐘網(wǎng)路和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的深入研究，認為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，導致恢復時鐘和時間精度難以保證。在結合多種分組同步技術的優(yōu)點后，中興通訊率先提出了獨特的“時間同步以太網(wǎng)”解決方案，即在同步以太網(wǎng)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，有效提高時間同步精度1588協(xié)議。
邊界時鐘和透傳時鐘的靈活應用，提供網(wǎng)絡擴展性
PTN網(wǎng)絡時間同步方法可分為邊界時鐘法、透傳時鐘法等。
邊界時鐘法終結PTP協(xié)議，對源端CPU資源要求較小，可互聯(lián)不同承載協(xié)議的PTP節(jié)點；但邊界時鐘的實現(xiàn)過程具有誤差累積功能，不適宜大范圍多節(jié)點網(wǎng)絡使用。
透傳法由于在其中間節(jié)點傳遞中并不終結PTP協(xié)議，PTP透傳節(jié)點補償消息包的駐留時間，因此無時間積累誤差，時間傳遞精度高，可傳遞較大的網(wǎng)絡范圍；但PTP透傳對源節(jié)點的CPU資源要求較高，需要其底層協(xié)議解決時鐘環(huán)路與鏈路保護。
中興時間同步解決方案充分利用邊界時鐘和透傳時鐘的優(yōu)點，規(guī)避其缺點，最大限度提高網(wǎng)絡的安全性和可延伸性，增加了網(wǎng)絡的組網(wǎng)彈性。
圖3 PTN時間同步網(wǎng)絡圖
如圖3所示，采用邊界時鐘和透傳時鐘混合法所組成的PTN時間同步網(wǎng)絡具有以下特點：
1、匯聚層網(wǎng)絡節(jié)點相對較少，采用邊界時鐘，其積累的誤差也較小。
2、采用邊界時鐘后，匯聚層可以很方便地和接入層通過不同的承載協(xié)議進行互通，對接入層所使用的承載協(xié)議和傳遞技術要求不高。
3、接入層采用透傳時鐘或穿透技術，可享有透傳時鐘和穿透技術帶來的好處；同時不同的接入層以匯聚層PTP節(jié)點為主，把原來對總主節(jié)點CPU的資源要求分攤到各匯聚節(jié)點，降低了對CPU的要求，延伸了網(wǎng)絡覆蓋范圍。
4、 邊界時鐘和透傳時鐘的混合使用，使端到端的誤差減少，組網(wǎng)變得容易，網(wǎng)絡可擴性得以提高。
豐富的時間同步接口，滿足網(wǎng)絡長期演進的需求
通過PTN網(wǎng)絡將部署在RNC側的時間源同步信息傳遞到各個基站側，一般要求基站支持1588V2的協(xié)議。但目前現(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，其成本和工作量之巨大，是運營商不能接受的。
中興通訊時間同步解決方案提供豐富的時間同步接口，滿足網(wǎng)絡長期演進的需求
1、支持帶外 1PPS+TOD接口：基站無需支持1588V2協(xié)議，滿足當前基站的需求。
2、支持帶內(nèi)以太網(wǎng)接口：業(yè)務和時間信息通過同一接口傳遞，滿足后續(xù)基站的需求。
采用SSM或BMC的協(xié)議，保證時間的可靠傳送
中興通訊時間同步解決方案采用基于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。
1、按照時間路徑選擇算法計算最優(yōu)的時間信息的同步路徑。
2、在網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，按照時間路徑算法對時間信息進行保護倒換。
采用SSM或BMC的協(xié)議，使得PTN網(wǎng)絡可基于時鐘質(zhì)量和最短節(jié)點路徑選擇時間源，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。
四、中興參與中移GPS替代項目
出于工程安裝、成本因素等綜合情況的考慮，中國移動非常關注承載網(wǎng)實現(xiàn)GPS替代方案。2008年4月起，中興通訊配合完成了TD天線優(yōu)化和PTN設備的GPS替代多個研究方向的項目。2008年8月，中興通訊在深圳完成與TD基站對接，進行PTN時間同步壓力測試。本次測試實施了共計35個節(jié)點的壓力測試，測試結果完全滿足TD同步要求，具備高精度、高補償能力以及高可靠性等特點。
2009年，在深圳移動、南京移動等多個實驗局中，中興采用PTN傳遞時間同步信息，取代了基站GPS時鐘，測試結果贏得了移動的高度認可，為中移的GPS替代方案提供現(xiàn)網(wǎng)應用支撐，為未來大規(guī)模應用推廣奠定基礎。
