IEEE 802.1AS-2011 第八章 IEEE 802.1AS的概念和術語

本文翻譯自IEEE Standard for Local and metropolitan area networks—Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks

8. IEEE 802.1AS的概念和術語

8.1 gPTP域

gPTP域（以下簡稱爲域）由一個或多個時間感知系統和鏈路組成，這些系統和鏈路滿足本標準的要求並且如IEEE 802.1AS協議所定義的那樣彼此通信。 gPTP域定義了gPTP消息通信，狀態，操作，數據集和時間刻度的範圍。
gPTP域的域號應爲0。
注意 - 在穩定狀態下，gPTP域中的所有時間感知系統都可追溯到單個主時鐘。

8.2 時間刻度

8.2.1 介紹

gPTP域的時間刻度，稱爲PTP時間刻度，由特級大師建立。 IEEE 802.1AS時標是連續的，可以追溯到TAI。 在gPTP域支持的精度範圍內，第二個值是國際秒，SI。 epoch是PTP的epoch（見8.2.2）。

8.2.2 epoch

epoch是gPTP域的時間尺度的起源。
PTP的epoch是1970年1月1日00:00:00 TAI，即1969年12月31日23：59：51.999918 UTC。
注 - 設置PTP的epoch使得POSIX算法直接應用於PTP時標時間戳產生TAI的ISO 8601：2004 [B8]打印表示。
有關在常見時間尺度之間進行轉換的信息，請參見附錄C.

8.2.3 UTC Offset

如果時間源可追溯到TAI且currentUtcOffset字段有效，則可以使用時間屬性數據集的currentUtcOffset字段值計算UTC時間。 currentUtcOffset的值應爲：currentUtcOffset = TAI-UTC，其中TAI是TAI時間，UTC是UTC時間。
注 - 截至2009年1月1日0時UTC，UTC已經落後於TAI 34秒，即TAI - UTC = +34 s。 此時，IEEE 802.1AS定義的currentUtcOffset值變爲+ 34 s（參見Service de la Rotation Terrestre [B17]和U.S.Naval Observatory [B19]）。
可以使用時間屬性數據集的currentUtcOffset字段值和當地時區的知識以及是否以及何時觀察夏令時來從gPTP域提供的時間計算本地時間。

8.2.4 測量gPTP域內的時間

gPTP域中的時間應測量爲自PTP epoch以來經過的時間

8.3 通信路徑不對稱

該標準要求測量鏈路的兩個端點時間感知系統之間的平均傳播時間（也稱爲平均傳播延遲）。測量由時間感知系統之一，initialtor時間感知系統，向另一個時間感知系統——responder發送消息來執行。然後，responder稍後將消息發送回initialtor。由initialtor發送的消息是帶時間戳的，並且該系統保留時間戳值。該消息到responder也是帶時間戳的;時間戳值在後續消息中傳送到initialtor。responder發送響應消息的離開時刻（響應於它從initialtor接收的消息）被加時間戳，並且時間戳值在後續消息中被傳送到initialtor 。此響應消息到達initialtor時到達時間戳，並且該系統保留時間戳值。平均傳播時間是在接收到響應消息之後由initialtor根據它此時具有的四個時間戳值計算的。

$meanPathDelay是t_{ir}和t_{ri}的平均值$，即
$meanPathDelay =（t_{ir} + t_{ri}）/ 2$
$delayAsymmetry定義爲$
$t_{ir} = meanPathDelay – delayAsymmetry$
$t_{ri} = meanPathDelay + delayAsymmetry$
換言之，當responder到initiator的傳播時間比initiator到responder的傳播時間要長時，$delayAsymmetry$被定義爲正數。
本標準未明確要求測量$delayAsymmetry$; 但是，如果對$delayAsymmetry$進行建模，則應按照本節中的規定對其進行建模。
注 - 時間感知系統可以在操作期間使用非本標準指定的方法更改$delayAsymmetry$的值。

8.4 消息

8.4.1 概述

所有通信都通過PTP消息和/或媒體特定消息進行。

8.4.2 消息屬性

8.4.2.1 概述

本標準中使用的所有消息都具有以下屬性：
a) 消息class
b) 消息type
消息class屬性在此子句中定義。 消息type屬性在3.12中定義。 某些消息具有其他屬性; 這些是在定義相應消息的子條款中定義的。

8.4.2.2 消息class

有兩個消息class，即事件消息class和常規消息class。 事件消息在時間感知系統和進入時間感知系統的出口上加時間戳。 常規消息沒有帶時間戳。 每條消息都是事件消息或一般消息。

8.4.3 生成事件消息時間戳

所有事件消息都在出口和入口上加上時間戳。 時間戳應該是相對於LocalClock實體（見10.1）的時間，在此之上時間消息時間戳點通過了參考平面並且標記時間感知系統和網絡媒體之間邊界。
時間戳測量平面的定義（見3.22），以及如下定義的校正，允許以這樣的方式（在如此低的層）測量傳輸延遲，使得它們看起來固定並且對稱，即使MAC客戶端否則可能觀察到實質上的不對稱性和傳輸變化。例如，時間戳測量平面位於由MAC執行的任何重傳和排隊之下。
注1 - 如果使用非消息時間戳點實現生成事件消息時間戳，那麼生成的時間戳應該通過實際檢測時間和消息時間戳點通過參考平面的時間之間的時間間隔（固定或其他）適當地校正。未能進行這些更正會導致時間感知系統之間的時間偏移。
注2 - 通常，時間戳可以在時間戳測量平面從參考平面移除時生成。此外，時間戳測量平面以及該平面與參考平面的時間偏移對於入站和出站事件消息可能是不同的。爲滿足此要求，應針對這些偏移校正生成的時間戳。 圖8-2說明了這些偏移。 基於此模型，適當的更正如下：
$<egressTimestamp> = <egressMeasuredTimestamp> + egressLatency$
$<ingressTimestamp> = <ingressMeasuredTimestamp> − ingressLatency$
其中，相對於參考平面的時間戳，$<egressTimestamp>$和$<ingressTimestamp>$，分別使用它們各自的延遲，egressLatency和ingressLatency，根據時間戳相對於時間戳測量平面$<egressMeasuredTimestamp>$和$<ingressMeasuredTimestamp>$計算得出。 未能進行這些校正會導致從時鐘和主時鐘之間的時間偏移。

8.4.4 優先級

承載IEEE 802.1AS消息的幀的ISS優先級應爲6。
注 - 攜帶IEEE 802.1AS消息的幀既不是VLAN標記的，也不是優先級標記的，即它們是未標記的，見11.3.3。

8.5 端口

8.5.1 概述

gPTP域中的時間感知系統通過物理端口與網絡媒體接口。 gPTP定義了一個邏輯端口，使得時間感知系統之間的通信即使在連接到共享媒體的物理端口上也是點對點的。 一個邏輯端口由一個PortSync實體和一個MD實體組成。每個時間感知系統都有一個邏輯端口實例化，時間感知系統與之通信。 在共享媒體的情況下，多個邏輯端口可以與單個物理端口相關聯。
除非另有限定，否則術語端口的每個實例都指邏輯端口

8.5.2 端口標示

8.5.2.1 概述

端口由PortIdentity類型的端口標識來標識，請參見6.3.3.7。 該值保存在端口參數數據集的portIdentity成員中，請參見14.6.2。 端口標識由以下兩個屬性組成：
a) portIdentity.clockIdentity
b) portIdentity.portNumber

8.5.2.2 clockIdentity

8.5.2.2.1 概述

clockIdentity是通過將分配給時間感知系統的IEEE EUI-48映射到IEEE EUI-64格式（即，到8個八位字節的陣列）而形成的8字節陣列。 EUI-48應爲組織擁有的以太網MAC地址，根據本條款的條款創建clockIdentity實例。 擁有MAC地址的組織應確保MAC地址僅用於生成clockIdentity的單個實例，例如通過要求MAC地址是嵌入在由clockIdentity標識的設備中的MAC地址。 從EUI-48構建EUI-64的映射規則應由IEEE規定（見[B2]）。 創建的IEEE EUI-64的8個八位字節應分配給8字節數組clockIdentity，其中IEEE EUI-64的最高有效八位字節分配給具有索引0的clockIdentity八位字節數組成員。
注1 - 當使用EUI-48時，IEEE EUI-48的前3個八位字節，即OUI部分被分配用於具有IEEE EUI-64的最高有效八位字節的clockIdentity的前3個八位字節， 即，OUI部分的最重要的八位字節，分配給具有索引0的clockIdentity八位字節數組成員。具有索引3和4的八位字節分別具有十六進制值0xFF和0xFE。 IEEE EUI-48的剩餘3個八位字節被分配給clockIdentity的最後3個八位字節（參見[B2]）。
注2 - OUI最重要八位位組的最小和最低有效位分別表示：地址是個人地址還是組地址，以及地址是由IEEE或本地普遍管理的。
注3 - clockIdentity被本標準用作唯一標識符，而不是網絡地址。
注4 - 信息示例（參見[B2]）：公司X的OUI是0xACDE48。 如果X公司希望使用EUI-48分配的號碼0xACDE48234567作爲clockIdentity的一部分，則得到的clockIdentity將是：0xACDE48FFFE234567，其中公司X確保3個八位位組陣列0x234567在所有公司X指定的EUI-中是唯一的 48個數字。 字節和位表示如表8-1所示，見[B2]。

8.5.2.2.2 clockIdentity的保留值

由全1組成的clockIdentity值應保留用於指定gPTP域中的所有時鐘。

8.5.2.3 portNumber

時間感知終端站（即支持單個端口的時間感知系統）上的端口的portNumber值應爲1.支持N個端口的時間感知橋上的端口的portNumber值應分別爲1,2 ，…，N。

8.5.2.4 clockIdentiy和portIdentity的順序

兩個clockIdentity值X和Y如下進行比較。 設x是通過連接X的八位字節0到7形成的無符號整數，使得八位字節j + 1跟隨x（j = 0,1，…，7）中的八位字節j（即，比八位字節j重要）。 令y是通過連接Y的八位字節0到7形成的無符號整數，使得八位字節j + 1跟隨y（j = 0,1，…，7）中的八位字節j（即，比八位字節j更不重要）。 那麼
a) X=Y當且僅當x=y
b) X>Y當且僅當x>y
c) X<Y當且僅當x<y
具有成員clockIdentity和portNumber的兩個portIdentity值A和B如下進行比較。 設a是通過連接A.clockIdentity的八位字節0到7形成的無符號整數，這樣八位字節j + 1跟隨八位字節j（即，比八位字節j重要）a（j = 0,1，…， 7），然後是A.portNumber的八位位組0，接着是A.portNumber的八位位組1。 設b是通過連接B.clockIdentity的八位字節0到7形成的無符號整數，這樣八位字節j + 1跟隨八位字節j（即，比八位字節j重要）b（j = 0,1，…， 7），然後是B.portNumber的八位位組0，接着是B.portNumber的八位位組1。 那麼
d) A=B當且僅當a=b
e) A>B當且僅當a>b
f) A<B當且僅當a<b
具有成員clockIdentity和portNumber以及clockIdentity B的portIdentity A如下進行比較。 無符號整數a由如上所述的portIdentity A形成。 通過首先形成portIdentity B’來形成無符號整數b，其中clockIdentity B’的clockIdentity是B並且portNumber是0.然後如上所述從B’形成b。 然後如上面d）至f）中所述比較A和B.

8.6 時間感知系統表徵

8.6.1 時間感知系統類型

gPTP域中使用兩種類型的時間感知系統，如下所示：
a) 時間感知系統終端站
b) 時間感知橋
所有時間感知系統都由clockIdentity標識。
此外，時間感知系統具有以下屬性：
c) priority1
d) clockClass
e) clockAccuracy
f) offsetScaledLogVariance
g) priority2
h) clockIdentity
i) timeSource
j) numberPorts
注 - 屬性c）到i）可以被認爲與時間感知系統的ClockMaster實體相關聯。

8.6.2 時間感知系統屬性

8.6.2.1 priority1

priority1用於執行BMCA，見10.3。 priority1的值是從0到255範圍內選擇的整數.BMCA操作中priority1的順序，見10.3.4和10.3.5，規定如下: 如果A的priority1的值在數值上小於B的值，則ClockMaster A應被視爲優於ClockMaster B.
對於不支持超級大師的時間感知系統，priority1的值應爲255。 對於具有超級大師能力的時間感知系統，priority1的值應小於255。 值0應保留供管理使用，即，priority1的值只能通過管理操作設置爲0，並且不應由本標準的用戶指定爲默認值。 如果沒有本標準用戶設置的默認值，則應按表8-2中的設置設置默認值。

注1 - BMCA，見10.3，優先考慮priority1 因此可以使用priority1屬性強制所需的時間感知終端站的排序以獲得最佳主選擇。
注2 - priority1的先前設置保證了BMCA始終優先選擇具有大師級功能的時間感知系統。
注3 - 這些值的分配使得可用的固定設備被選爲超級設備，而不是那些更有可能被移除或斷電的設備。

8.6.2.2 clockClass

clockClass屬性表示ClockMaster在作爲特級大師時分配的同步時間的可追溯性。
該值應選擇如下：
a) 如果Default Parameter Data Set成員gmCapable爲TRUE，則
1) clockClass設置爲反映LocalClock和ClockSource實體組合的值;否則
2) 如果未指定或不知道反映LocalClock和ClockSource實體的值，則clockClass設置爲248;
b) 如果Default Parameter Data Set成員gmCapable爲FALSE（見8.6.2.1），則clockClass設置爲255。
有關clockClass的更詳細說明，請參見IEEE Std 1588-2008的7.6.2.4。
注 - 時間感知系統有一個LocalClock實體，它可能是符合IEEE 802.3要求的自由運行的石英晶體，但也可能更好。可以存在ClockSource實體，例如，從GPS獲取的定時，在本地系統中可用，其向ClockSource實體提供定時。時間感知系統提供的時間（如果是大師級）由這兩個實體的組合反映出來，clockClass應該反映IEEE Std 1588-2008的7.6.2.4中規定的這種組合。例如，當LocalClock實體使用符合IEEE Std 802.3-2008和本標準B.1要求的石英振盪器時，clockClass可以設置爲248.但是，如果存在GPS接收器並同步時間感知系統，則clockClass可以設置爲值6，表示對主參考時間源的可追溯性（參見IEEE Std 1588-2008的7.6.2.4）。

8.6.2.3 clockAccuracy

clockAccuracy屬性表示ClockMaster的預期時間精度。
該值應選擇如下：
a) clockAccuracy設置爲反映LocalClock和ClockSource實體組合的值; 否則
b) 如果未指定或未知反映LocalClock和ClockSource實體的值，則clockAccuracy設置爲254（FE16）。
有關clockAccuracy的更多詳細說明，請參見IEEE Std 1588-2008的7.6.2.5。

8.6.2.4 offsetScaledLogVariance

offsetScaledLogVariance是縮放的，PTP方差估計的偏移表示。 PTP方差表徵了ClockMaster的精度和頻率穩定性。 PTP方差是PTPDEV的平方（見B.1.3.2）。
該值應選擇如下：
a) offsetScaledLogVariance設置爲反映LocalClock和ClockSource實體組合的值; 其他
b) 如果未指定或不知道反映這些實體的值，則offsetScaledLogVariance設置爲16640（410016）。 該值對應於觀察間隔的PTPDEV值等於默認的同步消息傳輸間隔（即觀察間隔爲0.125秒，見11.5.2.3和B.1.3.2）。
有關PTP方差和offsetScaledLogVariance的更詳細描述，請參見IEEE Std 1588-2008的7.6.3（IEEE Std 1588-2008的7.6.3.3提供了從PTP方差計算offsetScaledLogVariance的詳細描述，以及示例）。

8.6.2.5 priority2

priority2用於執行BMCA，見10.3。 priority2的值應爲從0到255範圍內選擇的整數.BMCA操作中priority2的順序與priority1的順序相同，見8.6.2.1。
priority2的默認值應爲248.有關priority2的更詳細說明，請參見IEEE Std 1588-2008的7.6.2.3。

8.6.2.6 clockIdentity

時間感知系統的clockIdentity值應符合8.5.2.2的規定。

8.6.2.7 timeSource

timeSource是一個僅供參考的屬性，表示ClockMaster使用的時間源類型。該值不用於選擇特級大師。 值應符合表8-3的規定。 這些代表類別。 例如，GPS入口不僅包括美國國防部的GPS系統，還包括歐洲伽利略系統和其他現有和未來的基於衛星的定時系統。
所有未使用的值應保留。
有關timeSource的更詳細說明，請參見IEEE Std 1588-2008的7.6.2.6。
初始化值選擇如下：
a）如果在初始化時已知timeSource（8.6.2.7和表8-3），則該值從表中派生，否則
b）該值設置爲A016（INTERNAL_OSCILLATOR）。

8.6.2.8 numberPorts

numberPorts表示時間感知系統上的端口數。