浅谈网络精确时间同步—PTP（IEEE1588)

兆越通讯 2023-10-09 9254

描述

IEEE1588(the Precision Time Protocol 简称为 PTP ）全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，是针对基于工业以太网的测控系统的时间同步协议。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。IEEE1588标准有 version1 和 version2 两个版本。

时钟同步简单介绍

PTP时钟同步包括频率同步和时间同步两个过程。频率同步简单来讲就是调整主从时钟时间的快与慢，只要维持他们之间的频率相同不管他们之间的时间相位，只要调整本地时钟信号与时钟源频率相同，信号在相同瞬间以同一速率出现，而时间同步就是让主从时钟有同样的时间基准，同样的时刻。时间同步也就是主从时钟之间不仅频率同步，相位也要同步。

在很多应用中需要全网同步进行数据采集，像桥梁状态监测，大坝监测，飞机的静力实验，飞机的动态力学实验，因为采集点数非常多，规模在几千点甚至上万点的规模，采集速度从几十赫兹到几百赫兹不等，这些应用通过大规模的时钟板卡系统统一高精度时钟。时钟同步包括时间同步和频率同步：

时间同步，即要求各点之间的绝对时间相同，比如，我们国内都使用北京时间，时间同步设备就是调整本地的时间时钟，使之与北京时间严格同步，并使各地之间的时间时钟误差维持在很小的范围内，这种时间同步对时间精度的要求不高，这样的需求实现同步很简单了。

频率同步，即要求时钟频率（速率）相同或相近即可，不关心时间点相同。比如在两个时钟系统中一个的系统时间是1970-01-01 00:00:00，另一个系统时间是2019-02-02 00:00:00,只要这两个系统的时钟频率一样就是频率同步，比如以太网中分时复用传输技术，需要的就是频率同步，同步以太网(Synce)同步的就是时钟频率同步技术。时钟同步，不仅仅是要求时钟频率同步，也要求时钟时间（时钟相位）同步，这要比仅仅是频率同步复杂，难度要大，不容易控制。

PTP时钟处理模式

PTP时钟同步模式可以分为：two-step(也叫两步法或双歩模式)和one-step(一步法或单歩模式)，这两种模式都需要软件协议处理和硬件芯片支持。

one-step和two-step报文标记对比如图：

当选择two-step时，标记发送报文时间戳由两步报文来完成，比如主时钟发送Sync同步报文产生的时间戳t1，发送的时候硬件芯片标记好并存好放到软件fifo列表中，等建立followUp报文发送的时候会过来把时间戳t1取走，放到自己的报文时间戳字段里发送给从时钟同步。

当选择one-step模式时，主时钟在发送需要标记的报文时直接发送出去。如主时钟发送Sync报文时硬件芯片标记好t1并放到Sync报文时间戳字段直接发送出去，不需要followUp过来帮它发送。One-step这种快速处理就需要硬件支持，并且处理损失的时间可以忽略。

PTP的主要应用

PTP在铁路/公路/桥梁状态监控中的应用

桥梁状态监测系统实质是一个同步数据采集和分析系统。比如桥梁两端同时测量应力计算时，两端数据采集系统时钟就必须高精度同步。铁路线路无损检测系统，信号系统更加需要高精度同步。

PTP在计费方面的应用

目前计费业务自动化使用十分普遍，比如电话计费、宽/窄带上网计费、智能网业务计费，电网计费等这些业务平台计费系统都是需要精准稳定的时钟同步，支持IEEE1588(PTP)交换机就很适合在这些应用网络系统中大量部署了。

PTP在信令系统中的应用

通信网中任意两个通信终端之间的通信都离不开信令，信令必须正确执行终端用户之间才能正常通信。IEEE1588(PTP)就很适合满足这样的应用需求。

PTP在无线基站中的应用

无线技术不同制式对时钟的承载有不同的需求。所以看到无线基站要提供精确定位业务就必须保证基站间设备保持亚微米级的高精度同步。

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