通信網中的同步技術

同步技術的產生,跟其他技術一樣,都是有原因的。

在老久之前的電路交換網絡時代,因爲電路交換的數據流是恆定的,因此可以很容易地從數據流中恢復出所需要的時鐘信息,並保持源和宿之間的同步狀態。二是整個報文的比特流是連續的從源點直達終點,時延幾乎忽略不計。因此,電路交換基本上對同步沒有需求。電路交換原理簡單示意如下:

而到了目前,IP化大趨勢下流行的是分組傳送網。

分組傳送技術則多基於存儲轉發,並且突發業務可能會導致網絡出現擁塞等情況,影響業務均勻傳送,這樣業務在經過網絡傳送時,如果直接從業務流中恢復時鐘,則源和宿之間可能會出現缺乏同步、延遲範圍大等現象,因此,對於分組傳送網絡,需要特定技術方法來實現同步。通過分組交換原理簡單示意如下,我們可以明顯看出同步的需求。

同樣,承載網中TDM業務也對時鐘有需求,它的時分複用的機制我們用下圖簡單說明。

因此,如果承載網兩端的時鐘不一致,經過一定時間的積累,會造成滑碼,就會對承載業務造成影響。

同樣,無線接入網也對同步有需求,而且還非常嚴格:

這是因爲基站工作的切換、漫遊等都需要精確的時間控制,如果基站之間的頻率不能滿足同步要求,基站之間就無法平滑切換,用戶在基站之間切換過程中出現掉線、影響其它用戶的現象。所以我們經常在無線基站的機房上看到如下的GPS時鐘同步源。

除了承載網和無線接入網,實時數據採集網絡、OAM性能檢測也有同步需求,我們就不再細聊了。

好吧,一會說到時鐘同步,一會說到時間同步,是不是有些暈了,那到底有什麼區別?

簡單點說,時鐘同步只要求信號之間的頻率或相位上保持一定的特定關係,而時間同步則要求頻率和相位上都要一樣,比時鐘同步要求更嚴格。我們通過如下示意圖就可以很容易的明白兩者之間的區別。

如果兩個表(Watch A與Watch B)每時每刻的時間都保持一致,這個狀態叫時間同步(Phase synchronization);如果兩個表的時間不一樣,但是保持一個恆定的差,比如6小時,那麼這個狀態稱爲頻率同步(Frequency synchronization)。

對無線接入技術來說,以GSM/WCDMA爲代表的歐洲標準採用的是異步基站技術,此時只需要做時鐘同步,精度要求0.05ppm(或者50ppb)。而以CDMA/CDMA2000代表的同步基站技術,需要做時間同步。 

對於時間同步,目前可用GPS或者IEEE1588V2來解決;

對於頻率同步,需要由承載網絡爲它提供時鐘。傳統的解決方案是採用PDH/SDH來提供,IP化後,需要IP網絡提供(例如:同步以太)。

那麼承載網中的同步技術又是怎麼實現的?我們就拿剛剛說同步以太技術來說。

同步以太網是一種採用以太網鏈路碼流恢復時鐘的技術,簡稱SyncE。它所恢復的時鐘來源有兩種,可以是同步設備(如BITS/SSU),也可以是設備時鐘(如SEC)。

發送側設備(節點A)將高精度時鐘注入以太網的物理層芯片(PHY),PHY芯片用此高精度的時鐘將數據發送出去。

接收側設備(節點B)的PHY芯片可以從數據碼流中提取此時鐘,在此過程中時鐘的精度不會有損失,可以與源端保證精確的時鐘同步。

下面是一個同步以太的應用場景:

在上述應用場景中,一般由BITS提供時鐘源,通過2M外時鐘接口與同機房的核心層設備相接,匯聚層和接入層設備跟蹤10GE/GE等同步以太網鏈路時鐘,經過逐級傳遞將時鐘信息傳送到各個基站,保持全網同步狀態。在樹狀組網中,無時鐘路由保護。在環網組網中,如果當前時鐘路由發生故障,通過告警、SSM信息等相關網元可以從其它方向跟蹤源時鐘,從而實現時鐘路由保護。

好了,今天先說到這,改期我們再來聊一聊1588v2,感謝閱讀!

名詞解釋:

BITS:樓宇綜合定時供給,Building Integrated Timing Supply 

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