XQ-850 PTP时钟服务器在“大数据”网络授时系统中的应用

“大数据”伴随着“云时代”的到来而显得更加重要。在大数据时代，时间同步技术必定将是整个大数据处理系统的重要支撑和保障。时间同步技术使数据产生与处理系统的所有节点具有全局的、统一的标准时间，从而使系统中的所有各种消息、事件、节点、数据等具备正确的逻辑性、协调性以及可追溯性。PTP是一种用于在整个计算机网络中同步时钟的协议。在局域网上，它可实现亚微秒级的时钟精度，使其适用于测量和控制系统。

XQ-850 PTP时钟服务器

精确时间协议（PTP）是一种用于在整个计算机网络中同步时钟的协议。在局域网上，它可实现亚微秒级的时钟精度，使其适用于测量和控制系统。IEEE 1588专为要求精度超出使用NTP可获得的精度的本地系统而设计。IEEE 1588标准描述了用于时钟分配的分层主从体系结构。在这种体系结构下，时间分配系统由一个或多个通信媒体（网段）和一个或多个时钟组成。

精确时间协议（PTP）IEEE 1588旨在同步用于电信，电网，金融市场和工业自动化的LAN中的实时时钟，目前特别采用该协议来同步金融HFT交易，移动电话塔传输LTE/ 5G BTS ，海底声波阵列以及任何需要精确定时但无法访问GNSS时间基准的网络。

数据中心

数据中心需要PTP同步，以确保集群的时域运行。同步对于虚拟机计算是必不可少的。日志事件的时间顺序对于研究错误逻辑很重要。时间和日期对于自动备份和SQL转换回滚至关重要。弱同步使IT/IoT风险不稳定。

1.系统结构 

XQ-850 主要由频率同步模块、分频鉴相模块、时间恢复模块、锁相模块、1588 处理模块、接口转换模块、CPU 模块、GPS（Global Positioning System）/PPS 时间同步接口、FE/GE 接口、维护接口等组成。 

接口转换模块将GE数据转换成FE数据，提供给CPU处理；同时将非1588信息和1588的 general信息提供给CPU处理，并发送CPU的网络协议。 

维护接口模块通过维护串口和维护网口，主用板将设备链接到集中维护终端。 

2.同步定时接口 

1）卫星接口 

XQ-850 提供GPS卫星接口。设备的 GPS 接口是1.5G的射频接口，而卫星卡和设备单板的接口是TTL（Transistor-Transistor Logic）的PPS与TTL串口，单板通过这些串口信息可计算出时间和位置信息。 

在观测到三颗卫星的情况下，可以得到三个方程组，求解出接收站的三维位置信息。如果观测到四颗以上的卫星，则可以计算出本地时间。 

2）1588 接口 

IEEE 1588（PTP）的基本功能是使分布式网络内设备的时间与服务器精确时间保持同步。它定义了一种精确时间协议 PTP，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。 

1588协议通过四种报文完成时间对齐和延时补偿，包括同步报文，跟随报文，延时请求报文，延时响应报文四种。时间对齐和延时补偿过程如下： 

Master 的PTP协议应用层发送 Sync 消息给Slave，Master 端记录Sync消息离开本PTP 端口的时刻值 t1，并把 t1 存入寄存器，这个值由64位计数器值表示，计数器触发时钟由 Master 端系统时钟提供。 

Slave端记录Sync消息到达时刻值t2，并把t2存入寄存器，同时报告给Slave的PTP协议应用层，这个值由64位计数器值表示，计数器触发时钟由Slave 端系统时钟提供。 

3）时钟接口 

XQ-850最多提供2路对应的定时输入接口。可接受来自铯钟、其他BITS、交换机、PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）、SDH（Synchronous DigitalHierarchy）等设备的E1、2MHz 定时信号，输出 2MHz、E1 模拟定时信号。这些接口在设计中考虑了不影响外部输入源和避免所接外部大信号冲击等各种情况，设有阻抗匹配、隔离驱动、低门限检测等电路。 

4）1PPS 与 TOD 接口 

传送的内容包括：当前日期/时间、时间标准 ID、1PPS 有效状态指示、UTC（Coordinated Universal Time）闰秒调整日期/时间、闰秒，其他可选，但是需要保留其位置。 

3.时间同步组网应用 

1）与接入设备的高精度组网应用 

作为无线 3G 的 CDMA2000、TD-SCDMA 和WiMAX，有数 us 级别的时间同步和数十ppb的频率同步需求，目前的解决方案是每个基站添加GPS或其他卫星信号，但卫星存在安装选址难、安全隐患高、维护难、馈缆敷设难和成本高等缺点，而且很多网络不支持 1588、1PPS 与 TOD 等高精度时间协议。 

GPON（EPON）作为无线回传时，有天生的时延测量机制。XQ-850 从GPS或其他卫星获取到时间信息，通过1588或1PPS与TOD给GPON（EPON）系统提供定时，基站再从GPON（EPON）系统上获取定时信息。 

2）与传送设备的高精度组网应用 

当承载网络支持1588、1PPS与TOD 等高精度时间协议时，XQ-850可以上移至 RNC（Radio Network Controller）或MSC（Mobile Switching Center），通过城域以太设备向基站提供定时信息。 

4.频率同步组网应用 

1）传统频率同步组网应用 

在 SDH 传送网环境下，同步网的定时基准信号需要由SDH传送网来传递，同时SDH传送网的同步又需要同步网来支撑。SDH传送网既是同步网的使用者，又是同步网的承载者，与同步网存在着相互依赖的关系。 

XQ-850 系统有传统的频率同步接口，具有LPR（Local Primary Reference）、TNC（Transit Node Clock）和LNC（Local Node Clock）三种时钟节点的性能，可以放置在网络中的骨干层、汇聚层和接入层。考虑到 XQ-850 系统的端口数较少，一般将其放置在接入层。 

2）TOP频率同步组网应用 

XQ-850采用TOP方式，通过IP网络以IP包的形式为WCDMA中的NodeB/AP、GSM中的BTS 提供传输同步参考时钟，并具有一定的保持性能。 

XQ-850通过IP网络以IP 包的形式获取定时信号，并将获取的信号经过处理输出给下挂的其他业务设备。 

5.集中维护与网管 

面向局域网/DCN的组网，集中维护网管的管理能力体现网元管理、用户管理、数据配置、PTP 管理、监视维护、告警管理、日志管理、性能管理、数据库维护等方面。 

1）利用已有的DCN网 

给 XQ-850和集中维护网管分配适当的IP地址及以太网物理接口，即可完成对XQ-850 的集中监控和管理。 

2）E1 网桥方式组网 

这种方式是通过E1网桥和传输链路组网。每个XQ-850节点与集中维护网管之间各有一个E1网桥，网桥与传输设备通过E1电路连接，与XQ-850或集中维护网管计算机通过以太网连接。