电信网中基于IEEE 1588标准的时钟同步研究

论文摘要

IP化是下一代电信网的最明显特征。但是,相对于无线接入网和核心网,传输网的改造最为困难,其核心问题是如何解决分组网络对SDH网络的传统TDM业务的承载。传统的TDM业务有两个主要的应用:语音业务和时钟同步业务。对于语音,可以采用VoIP(网络电话)或者电路仿真技术,并且这类技术已经成熟并大规模应用。但是对于时钟同步业务相关的技术还在研究中。时钟同步包括频率同步和时间同步。而电信网既需要频率同步,又需要时间同步,并且对两者的要求均十分严苛。通过本文的研究发现,作为发展成熟的网络时间同步的标准,IEEE 1588标准提高了设备同步时间精度,在各种同步协议中的同步精度是最高的。同时针对电信网从电路交换向分组交换演进的过程中出现的时间同步问题,IEEE 1588标准也是最有效的长期解决方案。IEEE 1588标准已经阐明如何使用同步报文等机制计算主从时钟之间的Offset值,但是并没有说明在得到Offset后,从时钟如何进行时间调整,来纠正偏移。本文采提出了渐进调整的算法,很好地解决了时间突变带来的问题。IEEE 1588标准的同步算法基于一个假设:通信的上下链路是时延对称的。这个假设大大限制了该标准的应用场景。本文首先定量分析了由非对称链路导致的同步误差。其次,逐一分析了网络中哪些因素会导致链路的不对称,指出协议栈时延和网络时延有很大的随机抖动,在IEEE 1588的应用中应尽量消除这些隐患。接着研究了支持PTP协议的非对称链路的同步算法,文中给出了两种方法。最后,本文重点研究了不支持PTP协议的非对称链路的同步算法,得出非滑动窗口的平均滤波技术可以很好地提高精度。而且随着窗口长度的增大,精度也会更高。通过平均滤波技术,可以很好地克服由于非PTP设备带来的加载在传播延时上的高斯噪声误差。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 背景
• 1.2 时钟同步的概念
• 1.2.1 频率同步
• 1.2.2 时间同步
• 1.3 电信网中时钟同步的要求
• 1.3.1 TDM业务的同步要求
• 1.3.2 无线接入网的同步要求
• 1.3.3 专用时钟同步网的同步要求
• 1.4 现有的几种时钟同步技术
• 1.4.1 同步以太网技术
• 1.4.2 电路仿真技术
• 1.4.3 包时钟技术
• 1.4.4 几种同步技术的比较
• 1.5 本文的主要工作
• 2 IEEE 1588标准
• 2.1 IEEE 1588标准的介绍
• 2.1.1 IEEE 1588的历史由来
• 2.1.2 IEEE 1588的系统构成
• 2.1.3 IEEE 1588的工作机制
• 2.2 最佳主时钟算法和楚立主从秩序
• 2.2.1 数据集比较算法
• 2.2.2 状态决定算法
• 2.3 同步算法
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 不合透明时钟的同步算法
• 2.4 时钟模型
• 2.4.1 边界时钟
• 2.4.2 E2E时钟
• 2.4.3 P2P时钟
• 2.5 本章总结
• 3 Offset调整算法的研究
• 3.1 直接调整算法
• 3.2 渐进调整算法
• 3.2.1 固定调整时间的渐进调整算法
• 3.2.2 动态调整时间的渐进调整算法
• 3.3 算法仿真
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 4 非对称链路的同步算法的研究
• 4.1 问题的提出
• 4.2 非对称因素的分析
• 4.2.1 协议栈时延
• 4.2.2 网络时延
• 4.3 支持PTP协议的非对称链路的同步算法
• 4.3.1 针对工作模式非对称的链路的同步方法
• 4.3.2 针对延时非对称的链路的同步方法
• 4.4 不支持PTP协议的非对称链路的同步算法
• 4.4.1 非滑动窗口平均滤波
• 4.4.2 滑动窗口平均滤波
• 4.5 算法仿真
• 4.6 仿真结果
• 4.6.1 Offset计算位与平均值的比较
• 4.6.2 Offset实际值的比较
• 4.7 本章小结
• 5 本文总结与工作展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果