陽翠菊

一、同步需求

城域網(wǎng)搭建中，PTN設(shè)備通常位于匯聚層與接入層之中，而OTN則是出于核心層與匯聚層之中。目前，基于PTN設(shè)備部署移動基站的回傳網(wǎng)絡(luò)的方案較為普遍，而基于OTN部署方案則呈現(xiàn)向接入層逐步滲透，時間鐘逐漸向核心層滲透的趨勢。這在一定程度上有效節(jié)約時鐘源設(shè)備。OTN采用有效的途徑可實現(xiàn)對精確同步信息的快速傳遞，和PTN一同構(gòu)建形成同步網(wǎng)絡(luò)，確保同步信息在端到端間的真正同步。

二、OTN網(wǎng)絡(luò)中的同步的相關(guān)理論

（一）同步概念

通信網(wǎng)絡(luò)中，同步概念是指時鐘同步，也可理解為將時鐘頻率存在誤差可能減低在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)。例如，ITU-T 6.813對SDH網(wǎng)絡(luò)中時鐘性能予以定義。伴隨運營商通信業(yè)務(wù)的拓展，單純頻率同步勢單力薄，無法完全達(dá)到新業(yè)務(wù)的需求，在高精度同步層面的表現(xiàn)欠佳。一般而言，時間同步可被理解為是在TDD模式無線系統(tǒng)中，盡可能地降低時間誤差來達(dá)到移動業(yè)務(wù)的漫游和切換的功能。時間同步可理解解為以協(xié)調(diào)世界時（UTC）為基準(zhǔn)，將通信網(wǎng)絡(luò)之中的各設(shè)備的時間信息的時間誤差限定于盡可能小的范圍之中。目前，G.8271已對同步應(yīng)用進(jìn)行分級，其中部分應(yīng)用可實現(xiàn)納秒級時間誤差級。

（二）同步方案

頻率同步是確保時間同步實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。與SDH存在一些較為相似的地方。一般而言，同步以太網(wǎng)技術(shù)可以從物理層數(shù)據(jù)碼流中恢復(fù)出時鐘，最終實現(xiàn)時鐘傳遞的目的。在時鐘性能層面6.8262定義的同步可與6.813保持一致；在同步精度兼容性層面，可與SDH完全兼容。ESMC負(fù)責(zé)傳送時鐘質(zhì)量等級。通過利用CDRR從物理層碼流恢復(fù)時鐘，通過這種犯法最終實現(xiàn)頻率同步。優(yōu)勢在于簡單，且較少引入抖動。

以往的移動網(wǎng)授時方式，主要是采用較多的基站部署GPS來實現(xiàn)時間同步的目的，這是一種空中的網(wǎng)絡(luò)授時方式。而替代GPS的方案則是一種地面地面網(wǎng)絡(luò)授時。一般而言，如果采用NTP協(xié)議，則是在應(yīng)用層，借助軟件方式加蓋時間戳，籍此實現(xiàn)毫秒級同步精度。但是，這依然無法打動電信級的應(yīng)用需求。而PTP（精確時間協(xié)議）作為一項精準(zhǔn)時間傳輸協(xié)議，即IEEE1588v2協(xié)議。該協(xié)議要求專門的硬件設(shè)備支持，可在距離最近的物理層上加蓋時間戳，并可有效地排除一些抖動和延時，籍此實現(xiàn)納秒級的同步精度。

（三）同步系統(tǒng)

OTN網(wǎng)絡(luò)承載1588 v2，標(biāo)準(zhǔn)仍在制定中。工業(yè)上有三種主要方式，即傳輸、ESC、OSCo傳輸。它是GE接口與1588 v2信息的直接透明封裝，由時鐘源或其他設(shè)備傳輸?shù)絆DUO，在OTN線路上復(fù)用，或通過GFP封裝傳輸。帶內(nèi)開銷模式（ ESC ），時間源設(shè)備通過1ps tod接口訪問時鐘信號到OTN設(shè)備，利用odu或otu的預(yù)留開銷傳輸1588 v2時間信息；帶外OSC模式，OTN OSC信道用于傳輸網(wǎng)管、公務(wù)、控制平面、用戶信道等信息，稍加修改也可用于攜帶1588 v2時間信息。

根據(jù)測試結(jié)果反饋可知，透明傳輸方式精度交叉，原因在于多FIFO在路徑上引入時延存在不確定性。因此這種方式一般只適合10個細(xì)微數(shù)量級以上。目前，精度較高的主要有ESC和OSC，但在標(biāo)準(zhǔn)支持層面尚顯不足。目前，由于不同廠家采用的方式存在差別，無法實現(xiàn)有效的融通。一般而言，采用ESC和采用OSC，區(qū)別在于：ESC成本耗費較多，在實際運用中要求單個磁盤必須能夠支持PTP，主要適應(yīng)于新網(wǎng)絡(luò)；而后者由于僅要求添加支持PTP處理的功能卡，且對網(wǎng)絡(luò)升級不會造成太大影響，故只需對網(wǎng)絡(luò)升級稍作部署。

三、 OTN網(wǎng)絡(luò)同步硬件實現(xiàn)

（一） 系統(tǒng)實現(xiàn)

OSC是光監(jiān)控通道。光監(jiān)控通道最突出特征是存在較少限制。一般而言，OSC不會對光放距離、泵浦波長以及波長等做出限制。OSC即便是在光放失效的情況下，依然可以正常工作。一般而言，OSC支持的方式主要有兩種，分別是SD和快速以太網(wǎng)。而在選擇1510nm波長，以快速以太網(wǎng)為方式來傳送OSCC時，僅需要進(jìn)行部分改造，即可達(dá)到支持同步的效果，實現(xiàn)傳播同步頻率。在此基礎(chǔ)上，在其中增加PTP處理模塊則可以借助OSC通道進(jìn)行1588報文傳送，進(jìn)而達(dá)到時間同步的效果。該方案的優(yōu)勢在于不必受網(wǎng)絡(luò)影響，且在實際運用中需要的成本消耗很少。OSC是一種帶外波長，在光放線路信號前，應(yīng)利用光分路器來進(jìn)行分路，分路出1510nm波長信號，而后將其帶入網(wǎng)元管理單元進(jìn)行下一步處理，在光放線路側(cè)信號后，通過光合路器將1510nm的OSC插入，由此實現(xiàn)PTP和EEC/ SEC的跨段傳遞。

（二）設(shè)計方案

在OSC板上的太網(wǎng)物理層芯片VSC 8574可以為1588 V2 支持，并實現(xiàn)同步。起主要負(fù)責(zé)的內(nèi)容是時間戳和物理層時鐘恢復(fù)。其主要是利用SFP光電收發(fā)模塊將時鐘頻率、網(wǎng)管和時鐘報文等向外傳送，并轉(zhuǎn)換成光以太網(wǎng)信號，而后將光濾波器插入波分線信號傳輸或分路下行進(jìn)行同步處理。FP GA將網(wǎng)絡(luò)管理報文與時鐘報文（PTP包/ ESM cframp）分離，將所得報文由網(wǎng)元管理板處理，而與時鐘存在關(guān)聯(lián)的報文則是由時鐘板負(fù)責(zé)集中進(jìn)行處理。

1. 物理層

網(wǎng)絡(luò)時鐘中，時鐘節(jié)點主要由時鐘恢復(fù)單元充當(dāng)。一般而言，時鐘板的功能在于以輸入?yún)⒖紩r鐘的優(yōu)先級與質(zhì)量作為根本依據(jù)來進(jìn)行參考時鐘源的選擇。鎖相環(huán)濾波后，網(wǎng)元使用時鐘（ TO ）和外部輸出時鐘（ T4），TO可以通過承載OSC的同步以太網(wǎng)物理流。將時鐘狀態(tài)信息S SM發(fā)送到下一個網(wǎng)元，由PHY芯片接收側(cè) CDR恢復(fù)時鐘，實現(xiàn)網(wǎng)元間逐級頻率同步。目前，商用系統(tǒng)同步器方案集成模擬和數(shù)字鎖相環(huán)、輸出頻率合成器，并支持各種服務(wù)時鐘頻率。

2. PTP

在對時鐘進(jìn)行處理時，內(nèi)容主要包括三項：第一，時間隊列復(fù)制；第二是時間戳處理；第三是，PTP協(xié)議處理。時間戳所處的位置與時間同步的精度間存在密切相關(guān)。從根本上來講，1588與NTP二者之間的區(qū)別在于前者需要借助一定的特殊設(shè)備支持來實現(xiàn)時間戳精準(zhǔn)度的有效提升。這項方案選擇命中OSC板的PHY芯片上的時間戳更新單元（TSU），從而達(dá)到最大程度地接近物理層位置的目的。而時間戳則可以實現(xiàn)降低FIFO在芯片內(nèi)部和接收方向上的不對稱至最低水平；OSC卡上的FPGA會對TP的信息進(jìn)行一定能夠的過濾，繼而發(fā)送到時鐘板，通過時鐘板上的PTP引起進(jìn)行后續(xù)的結(jié)束和處理。

時鐘板上的1588協(xié)議處理單元包括負(fù)責(zé)協(xié)議處理和時間恢復(fù)的PTP引擎、TOD編解碼器和1 P s/s收發(fā)器。PTP引擎是當(dāng)?shù)厝A僑處理1588消息和恢復(fù)時鐘的核心，在PTP消息終止，BMC算法執(zhí)行選擇最佳主時鐘，1588進(jìn)行協(xié)議處理，執(zhí)行時間的恢復(fù)，和1588生成消息。PPS輸入接口可以當(dāng)做PTP主時鐘來使用，可以從外部時間的層面來提供同步參考。TOP解碼器主要用以接收來自外部主時鐘發(fā)送的一些同步信息或者是通告等，進(jìn)而擇選最為合適的主時鐘。從輸出方向的層面來看，主時鐘通常是由本地時鐘當(dāng)單，TOD編碼器則是借助一定的發(fā)送器，例如RS 422來實現(xiàn)時間信息向外部設(shè)備的發(fā)送。