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

1. 總覽

1.1 範圍

本標準規定了用於確保跨越橋接和虛擬橋接局域網的時間敏感應用（如音頻和視頻）滿足同步要求的協議和程序，其中局域網（LAN）媒體的傳輸延遲是固定的和對稱的; 例如，IEEE 802.3TM全雙工鏈路。這包括在正常操作期間以及在網絡組件的添加，移除或故障以及網絡重新配置之後維持同步時間。它規定了IEEE 1588TM規範的使用，適用於IEEE Std 802.1DTM-2004和IEEE Std 802.1QTM-2005。本標準不包含但不排除與外部提供的定時信號（例如，公認的時序標準，如UTC或TAI）的同步。

1.2 目的

該標準使連接到橋接LAN的站能夠滿足時間敏感應用的相應抖動，漂移和時間同步要求。 這包括涉及多個stream傳遞到多個端點的應用程序。爲了便於橋接LAN廣泛用於這些應用，同步信息是每個網元所需的組件之一，其中時間敏感的應用數據被映射或解映射或者執行時間敏感的功能。該標準通過開發滿足這些要求所需的附加規範，充分利用了IEEE 1588工作組的工作。

2. 參考標準

以下參考文獻對於本標準的應用是必不可少的（即，必須理解和使用它們，因此在文中引用每個參考文獻並解釋其與本文件的關係）。凡是注日期的引用文件，僅引用的版本適用。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括任何修改或更正）適用於本標準。
IEEE P802.11vTM (D15.0, September 2010), Draft Standard for Information technology—Telecommunications and information exchange between systems—Local and metropolitan area networks—Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications—Amendment 8: IEEE 802.11TM Wireless Network Management.

IEEE Std 802.1DTM-2004, IEEE Standard for Local and metropolitan area networks—Media Access Control (MAC) Bridges.

IEEE Std 802.1QTM- 2005, IEEE Standard for Local and metropolitan area networks—Virtual Bridged Local Area Networks.

IEEE Std 802.1agTM-2007, IEEE Standard for Local and metropolitan area networks—Virtual Bridged Local Area Networks—Amendment 5: Connectivity Fault Management.

IEEE Std 802.3TM-2008, IEEE Standard for Information technology—Telecommunications and information exchange between systems—Local and metropolitan area network—Specific requirements, Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications.

IEEE Std 802.3avTM-2009, IEEE Standard for Information technology—Part 3: Amendment 1: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10 Gb/s Passive Optical Networks.

IEEE Std 802.11TM-2007, IEEE Standard for Information technology—Telecommunications and information exchange between systems—Local and metropolitan area networks—Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications.

IEEE Std 1588TM-2008, IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.

IETF RFC 3410 (December 2002), Introduction and Applicability Statements for Internet Standard Management Framework, Case, J., Mundy, R., Partain, D, and Stewart, B

ITU-T Recommendation G.9960 (ex. G.hn), Unified high-speed wire-line based home networking transceivers—System architecture and physical layer specification, June 2010.

ITU-T Recommendation G.9961, Data link layer (DLL) for unified high-speed wire-line based home networking transceivers, June 2010.

ITU-T Recommendation G.984.3, Amendment 2 (2009-11) Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification—Time-of-day distribution and maintenance updates and clarifications, November 2009.

MoCA® MAC/PHY Specification v2.0, MoCA-M/P-SPEC-V2.0-20100507, Multimedia over Coax Alliance (MoCA).

3. 定義

出於本文檔的目的，以下術語和定義適用。對於本條款中未定義的術語，應參考The IEEE Standards Dictionary: Glossary of Terms & Definitions。

3.1 accuracy——準確性

被測時鐘與測量集合上的理想參考時鐘之間的時間或頻率誤差的平均值。

3.2 Bridge——橋

IEEE標準802.1D-2004第5章中規定的MAC網橋，或IEEE標準802.1Q-2005第5條規定的VLAN感知網橋。

3.3 clock——時鐘

一種物理設備，能夠提供從定義epoch以來的時間流逝的測量。

3.4 direct communication——直接通信

兩個時間感知系統之間的IEEE 802.1AS信息通信，沒有中間時間感知系統。

3.5 end station——終端站

連接到局域網（LAN）或城域網（MAN）的設備，充當LAN或MAN上承載的流量的源和/或目的地。

3.6 event message——事件消息

從時間感知系統出口加時間戳並進入時間感知系統的消息。
注 - 見8.4.3。

3.7 fractional frequency offset——分數頻率偏移

測量時鐘和參考時鐘之間的分數頻率偏移y定義爲：
$y=\frac{f_{m}-f_{r}}{f_{r}}$
其中， $f_{m}$ 爲被測時鐘頻率， $f_{r}$ 爲參考時鐘頻率。 $f_{m}$ 和 $f_{r}$ 的測量單位相同。

3.8 general message——通用消息

沒有帶時間戳的消息

3.9 gPTP communication path——gPTP通信路徑

廣義精確時間協議（gPTP）域的一部分，支持兩個時間感知系統之間的直接通信。
注 - 見8.1。

3.10 grandmaster——特級大師

時間感知系統，包含最佳時鐘，由最佳主時鐘算法（BMCA）在廣義精確時間協議（gPTP）域中確定。

3.11 message timestamp point——消息時間戳點

事件消息中的一個點，用作獲取時間戳的參考點。

3.12 message type——消息類型

消息的消息類型是相應消息的名稱，例如，Sync，Announce，Timing Measurement Action Frame。

3.13 precision——精確度

衡量被測時鐘與理想參考時鐘之間的時間或頻率誤差平均值的偏差。

3.14 primary reference——原始參考

可溯源至國際標準的時間和/或頻率來源。
另見：traceability

3.15 recognized standard source of time——公認標準時鍾源

公認的標準時間源是IEEE 1588精確時間協議（PTP）的外部源，它提供可追溯到國際標準實驗室的時間，這些實驗室維護時鐘，形成國際原子時間（國際原子時間）（TAI）和協調的基礎。世界時（UTC）時間尺度。這些的示例是美國國家標準與技術研究院（NIST）時間服務器和全球定位（衛星）系統（GPS）。

3.16 reference plane——參考平面

時間感知系統的端口與網絡物理介質之間的邊界。時間戳事件在幀跨越此接口時發生。

3.17 residence time——駐留事件

時間感知系統接收時間同步事件消息與在該時間感知系統的另一端口上發送下一個後續時間同步事件消息之間的時間間隔的持續時間。不同港口的停留時間可能不同。
注 - 如果時間感知系統的端口在沒有收到同步事件消息的情況下發送時間同步事件消息，即，如果發生同步接收超時（見10.6.3.1），則最近接收和發送的時間同步事件消息在數學上等同於停留時間; 但是，這個間隔通常不被稱爲停留時間。

3.18 stability——穩定性

衡量被測時鐘與理想參考時鐘之間的時間或頻率誤差的平均值如何隨時間，溫度等變量而變化的量度。

3.19 synchronized time——同步時間

事件的同步時間是該事件相對於特級大師的時間。
注意 - 如果主時區或主時基更改，則同步時間可能會經歷相位和/或頻率階躍。

3.20 synchronized time-aware systems——同步時間感知系統

如果兩個時間感知系統具有相同epoch，則它們被同步到指定的不確定性，並且它們在任意時間對單個事件的時間的測量值相差不超過該不確定性。
注 - 見8.2.2

3.21 syntonized time-aware systems——諧振時間感知系統

如果兩者的持續時間相同，則兩個時間感知系統被調諧，這意味着每個時間以相同的速率進行測量。他們可以但不必共享相同的epoch。

3.22 time-aware Bridge——時間感知橋

一種能夠使用IEEE 802.1AS協議將一個端口上接收的同步時間傳送到其他端口的網橋。

3.23 time-aware end station——時間感知終端站

終端站能夠充當網絡上的同步時間源，或使用IEEE 802.1AS協議的同步時間的目的地，或同時充當以上兩者角色。

3.24 time-aware system——時間感知系統

時間感知橋或時間感知終端站。

3.25 timestamp measurement plane——時間戳測量平面

捕獲時間戳的平面。如果時間戳測量平面與參考平面不同，則針對ingressLatency和/或egressLatency校正時間戳。
見reference plane

3.26 traceability——可追蹤性

參見IEEE Std 1588-2008,3.1.44。

4. 縮略語

ACK acknowledgement
ADEV Allan deviation
AP (wireless LAN) access point
AV audio/video
AVB audio/video bridging
AVB network audio/video bridged network
BC boundary clock
BMC best master clock
BMCA best master clock algorithm
CSN coordinated shared network
CTC channel time clock
EPON IEEE 802.3 Ethernet passive optical network, as specified in IEEE Std 802.3-2008 and
IEEE Std 802.3av-2009
ESS extended service set
G.hn ITU-T G.9960 and ITU-T G.9961
GM grandmaster
GMT Greenwich mean time
GPS global positioning (satellite) system
gPTP generalized precision time protocol
IP Internet protocol
IS integration service
ISO International Organization for Standardization10
ISS Internal Sublayer Service
LAN local area network
LLC logical link control
MAC media access control
MACsec media access control security
MAN metropolitan area network
MLME IEEE 802.11 MAC layer management entity
MPCP IEEE 802.3 multipoint control protocol
MPDPDU IEEE 802.3 MPCP data unit
MII media-independent interface
MD media-dependent
NTP network time protocol11
OC ordinary clock
OLT IEEE 802.3 optical line terminal
ONU IEEE 802.3 optical network unit
OSSP organization-specific slow protocol
P2P peer-to-peer
PAR project authorization request
PICS Protocol Implementation Conformance Statement
PLL phased-lock loop
POSIX® portable operating system interface (see ISO/IEC 9945:2003 [B10]12)
PTP IEEE 1588 precision time protocol
PTPDEV PTP deviation
RTT round-trip time
SI international system of units
SM state machine
TAI temps atomique international (international atomic time)
TC transparent clock
TDEV time deviation
TDM time division multiplexing
TDMA time division multiple access
TG task group
TS timestamp
UCT unconditional transfer
UTC coordinated universal time
VLAN virtual local area network
WG Working Group
WLAN wireless local area network

5. 一致性

本節規定了本標準的符合實現提供的強制和可選功能。一種實現可以：
a) 構成系統的所有部分功能;
b) 按照本標準的規定，向規範超出本標準範圍的其他功能實體提供一個或多個MAC服務實例;
c) 按照此標準的規定，將MAC內部子層服務（ISS）的一個或多個實例提供給符合此標準的其他實現或相同實現的實例。
因此，如5.3中所述，本節規定了系統內的通用系統和功能組件的一致性要求，可能與其他系統組件連接，這些組件具有其他方式無法訪問的接口。

5.1 要求術語

爲了與現有的IEEE和IEEE 802.1標準保持一致，對該標準的一致實現的要求使用以下術語表示：
a) shall 用於強制性要求;
b) may 用於描述實施或行政選擇（“可能”意味着“被允許”，因此，“可能”和“可能不”意味着完全相同的事情）;
c) should 用於推薦的選擇（“應該”和“不應該”描述的行爲都是允許的，但不是同樣可取的選擇
協議實施一致性聲明（PICS）形式（見附件A）反映了標準中應當，可能和應該出現的詞語。
該標準避免了不必要的重複，並通過使用is，is not，are，和are not而不是定義和符合行爲的邏輯結果來明顯重複其形式要求。由can描述允許但既不總是需要也不由實施者或管理員直接控制的行爲，或其一致性要求在其他地方詳述的行爲。不能在一致的實現或符合實現的系統中發生的行爲不能描述。單詞allow用於替代陳詞濫調“支持能力”，單詞功能意味着“可以配置爲”。

5.2 協議實施一致性聲明（PICS）

聲稱符合本標準的實施的供應商應填寫附件A中提供的PICS形式的副本，並提供識別供應商和實施的必要信息。

5.3 時間感知橋和終端站要求

橋的定時和同步的實現應：
a) 符合IEEE Std 802.1Q-2005的要求;
b) 實現8.2,8.4,8.5和8.6中規定的通用精確時間協議（gPTP）要求;
c) 支持至少在一個端口（10.2.12）上與媒體無關的從時鐘，並在每個支持的端口上實現PortSyncSyncReceive功能（10.2.7.3）和lockSlaveSync功能（10.2.12.3）;
d) 支持域中沒有最佳主時鐘的要求（10.2.12.2）;
e) 支持以下最佳主時鐘算法（BMCA）要求（10.3）：
1) 支持時間感知系統屬性和要求（8.6.2）;
2) 實現BMCA（10.3.2）;
3) 實現PortAnnounceReceive函數（10.3.10）;
4) 實現PortAnnounceInformation函數（10.3.11）;
5) 實現PortRoleSelection函數（10.3.12）。
f) 實現SiteSyncSync功能（10.2.6）。

5.3.1 時間感知橋和終端站可選

時間感知橋的實現可以：
a) 支持以下Grandmaster Capability（8.6.2.1和10.1.2）：
1) 實現ClockMasterSyncSend函數（10.2.8）;
2) 實現ClockMasterSyncOffset函數（10.2.9）;
3) 實現ClockMasterReceive功能（10.2.10）。
b) 支持多個端口上的媒體獨立從時鐘（10.2.6）;
c) 在至少一個端口（10.2.11）上支持以下媒體獨立主機能力：
1) 實現PortSyncSyncSend函數（10.2.11）;
2) 實現PortAnnounceTransmit功能（10.3.13）;
3) 實現AnnounceIntervalSetting函數（10.3.14）;
4) 符合Announce消息要求（10.4.3）;
5) 支持Announce序列號要求（10.4.7）;
6) 支持Announce消息PDU要求（10.5）。

5.4 用於IEEE 802.3全雙工鏈路的MAC特定的定時和同步方法

具有IEEE 802.3 MAC服務到物理端口的時間感知網橋的實現應：
a) 符合IEEE 802.1Q MAC特定橋接方法的要求;
b) 支持全雙工操作，如11.2和IEEE Std 802.3-2008,4.2和附件4中所述

5.5 用於IEEE Std 802.11-2007的MAC特定定時和同步方法

具有IEEE 802.11 MAC服務到物理端口的時間感知網橋的實現應：
a) 符合IEEE 802.1Q MAC特定橋接方法的要求;
b) 符合IEEE P802.11v（D15.0，2010年9月）中規定的TIMINGMSMT要求;
c) 支持12.2中規定的要求;
d) 實現MDSync消息協議，其消息參數和默認值（12.3）。

5.6 用於IEEE 802.3 EPON的MAC特定定時和同步方法

具有IEEE 802.3 EPON MAC服務到物理端口的定時感知網橋的實現應：
a) 符合IEEE 802.1Q MAC特定橋接方法的要求;
b) 支持IEEE Std 802.3-2008，多點MAC控制（64.2和64.3）和多點PCS和PMA擴展（65）中規定的要求;
c) 實現TIMESYNC消息協議及其消息參數和默認值（13.3.1）;
d) 實現請求者和響應者功能（13.8.1和13.8.2）。

5.7 用於協調共享網絡（CSN）的MAC特定定時和同步方法

具有到物理端口的CSN MAC服務的定時感知網橋的實現應：
a) 符合IEEE 802.1Q MAC特定橋接方法的要求;
b) 實施路徑延遲計算，如E.4中所規定;
c) 實現MDSyncSendSM和MDSyncReceiveSM狀態機的功能（E.3）;
d) 實施CSN特定的大師能力（E.6.1）。

6. 約定

6.1 概括

本節定義了標準中使用的各種約定和符號，即命名約定，服務規範方法和符號以及數據類型定義。

6.2 服務規範方法和表示法

用於指定服務接口的方法和符號在IEEE Std 802.1ag-2007的6.1中描述。

6.3 數據類型和線上(on-the-wire)格式

6.3.1 概括

爲各種變量和消息字段指定的數據類型定義了正確操作協議或解釋IEEE 1588精確時間協議（PTP）或IEEE P802.11v消息內容所必需的邏輯屬性。
注 - 如果內部表示不改變通過使用IEEE 802.1AS協議的通信或協議的指定操作可見的任何數量的語義，則實現可以自由地使用數據類型的任何內部表示。

6.3.2 原始數據類型規範

所有非原始數據類型都是從表6-1中的基元類型派生的。有符號整數以二進制補碼形式表示。

6.3.3 派生數據類型規範

6.3.3.1 ScaledNs

ScaledNs類型表示時間和時間間隔的有符號值，單位爲 $2^{-16} ns$ 。

typedef Integer96 ScaledNs;

例如：-2.5 ns表示爲：
0xFFFF FFFF FFFF FFFF FFFD 8000
在該數據類型的最大範圍之外的時間或時間間隔的正值或負值分別被編碼爲數據類型的最大正值或負值。

6.3.3.2 UScaledNs

UScaledNs類型表示時間和時間間隔的無符號值，單位爲 $2^{-16} ns$ 。

typedef UInteger96 UScaledNs;

例如：2.5 ns表示爲：
0x0000 0000 0000 0000 0002 8000
將大於該數據類型的最大值的時間或時間間隔的值分別編碼爲數據類型的最大正值。

6.3.3.3 TimeInterval

TimeInterval類型表示時間間隔，單位爲 $2^{-16} ns$ 。

struct TimeInterval
{
	Integer64 scaledNanoseconds;
};

例如：2.5 ns表示爲：
0x0000 0000 0002 8000
在該數據類型的最大範圍之外的正或負時間間隔分別被編碼爲數據類型的最大正值和負值。

6.3.3.4 Timestamp

時間戳類型表示相對於epoch的正時間

struct Timestamp
{
	UInteger48 seconds;
	UInteger32 nanoseconds;
};

seconds成員是時間戳的整數部分，以秒爲單位。
nanoseconds成員是時間戳的小數部分，以納秒爲單位。
nanoseconds成員總是小於 $10^{9}$
例如：
+2.000000001秒由秒= 0x0000 0000 0002 和納秒= 0x0000 0001表示

6.3.3.5 ExtendedTimestamp

ExtendTimestamp類型表示相對於epoch的正時間。

struct ExtendedTimestamp
{
	UInteger48 seconds;
	UInteger48 fractionalNanoseconds;
};

seconds成員是時間戳的整數部分，以秒爲單位
fractionalNanoseconds成員是時間戳的小數部分，以 $2^{-16} ns$ 爲單位。
fractionalNanoseconds成員總是小於（ $2^{16}$ ）×（ $10^{9}$ ）。
例如：
+2.000000001秒由秒= 0x0000 0000 0002和納秒= 0x0000 0001 0000表示

6.3.3.6 ClockIdentity

ClockIdentity類型標識時間感知系統。

typedef Octet8 ClockIdentity;

6.3.3.7 PortIdentity

PortIdentity類型標識時間感知系統的端口。

struct PortIdentity
{
	ClockIdentity clockIdentity;
	UInteger16 portNumber;
};

6.3.3.8 ClockQuality

ClockQuality表示時鐘的質量。

struct ClockQuality
{
	UInteger8 clockClass;
	Enumeration8 clockAccuracy;
	UInteger16 offsetScaledLogVariance;
};

6.3.4 協議數據單元（PDU）格式

6.3.4.1 概述

6.3.2和6.3.3中定義的數據類型應根據相應介質的映射規則映射到線路上，例如IEEE Std 802.3-2008和IEEE Std 802.11-2007，以及6.3.4的條款。
IEEE 802.1AS PDU由基於6.3.2和6.3.3中定義的數據類型的條款10，條款11，條款12和條款13中定義或引用的消息組成。 IEEE 802.1AS PDU的字段的內部排序在6.3.4.3至6.3.4.5中規定。

6.3.4.2 八位字節內的位數

比特編號，最高有效位爲8，最低有效位爲1。
注 - 此處描述的PDU的八位位組內的位的編號和排序與底層物理層上的位傳輸順序無關。

6.3.4.3 原始數據類型

6.3.2中定義的數字原始數據類型應格式化爲最接近PDU開頭的最高有效八位字節，然後按重要性遞減的八位字節順序排列。
布爾數據類型TRUE應格式化爲等於1的單個位，並將FALSE格式化爲等於0的單個位。
任何長度的枚舉都應格式化，就好像指定的值是相同長度的無符號整數一樣，例如，Enumeration16的格式應該是值類型爲UInteger16。

6.3.4.4 原始類型的數組

所有數組都應格式化爲具有最接近PDU開頭的最低數字索引的成員，然後是連續更高編號的成員，沒有任何填充。在八位字節數組中，具有最低數字索引的八位字節被稱爲最重要的八位字節。
當包含多於一個八位字節的字段用於表示數值時，最高有效八位字節應最接近PDU的開頭，然後是連續不太重要的八位字節。
當單個八位字節包含多個原始數據類型字段時，應保留消息字段規範中定義的每個基本類型的八位字節內的位位置。例如，PTP消息頭的第一個字段是由兩個字段組成的單個八位字節，一個是字節Nibble位5-8，另一個是Enumeration4位1-4，見11.4.2和10.5.2。

6.3.4.5 派生數據類型

定義爲結構的派生數據類型應使用最接近PDU開頭的結構的第一個成員格式化，後跟每個後續成員，而不進行任何填充。每個成員都應根據其數據類型進行格式化。
定義爲typedef的派生數據類型應根據其引用的數據類型進行格式化。

IEEE 802.1AS-2011 第一章至第六章