使用DP83640實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)IEEE1588的同步

1.0 簡介

美國國家半導(dǎo)體的DP83640精密PHYTER?實現(xiàn)了IEEE 1588精密時間協(xié)議（PTP）的時鐘關(guān)鍵部分，允許高精度 IEEE 1588節(jié)點實現(xiàn)。當(dāng)使用包含IEEE1588功能器件、邊界時鐘和透明時鐘的網(wǎng)絡(luò)時，利用非常簡單的時鐘伺服算法 來確定速率調(diào)整和時間校正，可以獲得非常高的精度。不需 要復(fù)雜處理，只需要對協(xié)議測量進(jìn)行簡單平均或濾波即可。 當(dāng)網(wǎng)路由不具有IEEE 1588能力的器件構(gòu)成時，包延時偏差 （PDV）就很重要。簡單時鐘伺服不會提供很高精度的同 步。

本文描述了一種同步方法，它可以為較大PDV系統(tǒng)帶 來更高的同步精度。這里描述的方法試圖檢測最小延時，或 “幸運包”。這個方法還利用了DP83640時鐘控制機(jī)理來獨 立控制時鐘速率和時間校正，從而將時鐘時間精度內(nèi)的過沖 和擺動降低到最小。

2.0 背景

IEEE1588精確時間協(xié)議給從機(jī)提供了基本信息，用以確 定相對于最高級主時鐘的頻率以及時間偏差?；舅惴ò?使用各自的同步和延時請求消息來測量主機(jī)到從機(jī)之間和從 機(jī)到主機(jī)的路徑延時。 圖1顯示了最基本的IEEE 1588的時序圖。



主機(jī)到從機(jī)和從機(jī)到主機(jī)的延時為：

MSdelay = t2 - t1

SMdelay = t4 Ct3

單向延時或稱為平均路徑延時正是這兩個延時的平均值

MeanPathDelay = (MSdelay + SMdelay)/2

理想情況下，時間偏移為：

offset_from_master = MSdelay C meanPathDelay

在包含支持IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)元件（橋、開關(guān)、路由器）的網(wǎng)絡(luò)中，包延時偏差基本上可以忽略。在邊界時鐘器件中，同步時鐘在網(wǎng)絡(luò)元件上得以保持，它與上游主機(jī)同步時間和速率，并充當(dāng)下游器件的主機(jī)。在透明時鐘器件中，因為PTP報文要經(jīng)過這個器件，所以通過測量其停留時間來校 正包延時偏差。



在無1588能力的網(wǎng)絡(luò)中不做補(bǔ)償，導(dǎo)致包延時變量大概 是幾十或幾百微妙的數(shù)量級。這些延時變得非常明顯，使得 單一測量極度不正確。

在使用只有簡單平均和濾波的基本算法的單開關(guān)條件 下，得到了圖2在80%流量條件下的MTIE（最大時間間隔誤差）測試波形。很容易看到，這種方法提供了相對較差的同 步，其誤差達(dá)到100ms之大。

2.1 建議算法

在無1588能力元件的網(wǎng)絡(luò)中，包延時可能在每個器件 的最小物理延時和通過每個器件的最大延時總和的范圍內(nèi)變 化。實踐中，每個設(shè)備經(jīng)常會有最小傳輸延時，因此主機(jī)到 從機(jī)產(chǎn)生最小的總包延時?；静僮魇菄L試檢測最小延時， 或者“幸運延時”，利用這些包的結(jié)果進(jìn)行速率和時間校 正。算法基本上可分為三級：平均路徑延時測量、速率校正 和時間校正。

2.1.1 平均路徑延時測量

在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中，最小路徑延時是相對恒定的值。再 次配置網(wǎng)絡(luò)能夠引起步長變化，但是這種配置并不是經(jīng)常性 的。因此有可能采用長期跟蹤最小環(huán)回延時（即全部的同步 延時請求計算）的方式來檢測最小平均路徑。這種方法保持 最后N個平均路徑延時測量記錄，并從中找到最小值：

Min_meanPathDelay(n) = min(meanPathDelay[n+1-N:n]

其中，Min_meanPathDelay(n)為第n次測量記錄中保留的N個數(shù)據(jù)中的最小值。

進(jìn)行速率校正和時間校正時確定最小平均路徑是關(guān)鍵。