IEEEStd1588基本技术ppt课件.ppt

2012.052012.05IEEE Std 1588IEEE Std 1588IEEE Std 1588IEEE Std 1588IEEE Std 1588IEEE Std 1588基本技术基本技术基本技术基本技术基本技术基本技术电力系统中常用的对时方式ØIRIG-B码l光IRIG-B码l电IRIG-B码（AC、DC）Ø脉冲对时（PPS、PPM）Ø串行口报文对时ØNTP、SNTP对时ØIEEE Std 1588网络对时（PTP对时）PTP对时与其它对时方案的对比IEEE Std 1588协议网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准(Standard for precision clock synchronization protocol for networked measurement and control system)IEEE Std 1588协议又通常被简称为PTP协议，即Precision Time ProtocolPTP的产生背景ØNTP协议解决了以太网定时同步能力的不足，但只能达到毫秒级精度Ø测量仪器和工业控制需要更高的时间精度（现在MU、PMU等装置都要求微秒级的对时精度）PTP协议的特点Ø高精度（可达亚微秒级）Ø本地化、网络化Ø网络资源和计算资源占用少Ø适用于以太网，及其它介质Ø开放性和互操作性PTP协议的版本ØIEEE Std 1588(v1)2002.11发布ØIEEE Std 1588™-2008(v2)2008.7.24发布ØIEC61588-v1 2004.09发布ØIEC61588-v2 2009.02发布ØV1版本的协议只支持E2E的对时机制ØV2版本的协议在V1版本的基础上增加了P2P的对时机制ØV1与V2版本的协议的报文格式不兼容PTP中的基本概念•时元(Timescale)：以TIA为基准，而非UTC•域(Domain)：应用了 PTP协议的网络•端口(Port)：设备上运行了PTP协议的端口•时钟节点(Node)：PTP域中的节点称为时钟节点•根时钟(Grandmaster)：为整个时钟域提供时间基准的主时钟PTP网络中的节点类型•OC: Ordinary Clock•BC: Boundary Clock•TC: Transparent Clock–P2P-TC–E2E-TC•MN: Management NodePTP典型的网络拓扑交换机在PTP应用中的作用•在PTP应用中需要使用支持PTP协议的专用交换机•PTP的交换机可以完成PTP协议中的TC的功能，一般都可以同时支持E2E-TC和P2P-TC的功能•部分PTP交换机还支持了PTP协议中的BC的功能。

BC可以提供E2E与P2P之间的转换PTP对时实现的技术背景u硬件给报文打时标•这个打时标的功能，可以由PHY或MAC提供u报文传递延时的准确计算•线路延时的计算：IEEE-1588中定义了E2E（EndToEnd）或P2P（PointToPoint）同步机制•报文转发延时的计算：IEEE-1588中定义的TC要提供该功能u乒乓对时原理•基本的乒乓对时原理与NTP对时原理是一致的PTP通信方式u通信协议层lIEEE802.3(二层协议报文)lUDP/IPv4(三层协议报文)lUDP/IPv6(三层协议报文)PTP通信方式u单播与多播l多播l使用01-1B-19-00-00-00 或01-80-C2-00-00-0E 作为目的MAC地址l使用224.0.1.129，224.0.0.107为目的IP（UDP时）l使用319,320 为目的通信端口（UDP时）l单播l包括：协商、报文订阅、点对点对时通信、续订报文、节点退出、退订报文、注销等过程l目前大多主钟还只支持多播模式PTP同步机制u一步法：使用一条报文提供同步时间信息u两步法：事件报文触发的时间信息，由跟随其后的另一条Followup报文提供u一步法要硬件支持，两步法偏向软件支持u目前大部分交换机只支持two step模式，转发时把一步法的报文拆分成两步法的报文误差和延时的计算(E2E)ØE2E的模式使用的报文类型lSync报文：主站发送lFollowup报文：主站发送lDelayReq报文：从站发送lDelayResp报文：主站发送误差和延时的计算(E2E)•线路延时Delay：[(t2 – t1) + (t4 – t3)] / 2•时钟误差Offset：(t2 – t1) - Delay误差和延时的计算(P2P)ØP2P的模式使用的报文类型lSync报文：主站发送lFollowup报文：主站发送lPDelayReq报文：主、从站均可发送lPDelayResp报文：主、从站均可发送lPDelayRespFollowup报文：主、从站均可发送误差和延时的计算(P2P)•线路延时Delay：[(t6 – t5) + (t4 – t3)] / 2•时钟误差Offset：(t2 – t1) - DelayPTP对的非对称路径的处理Ø由来•报文转发延时的不确定性Ø协议中的相关规范•协议中报文格式中定义了一个CorrectionField，专门用于记录报文在转发设备（TC）内驻留的总时长Ø转发设备（TC）的处理•在转发报文时，把在本设备内的驻留时间累加到报文的CorrectionField误差和延时的计算(E2E)•线路延时Delay：[(t4 – t1) + (t8 – t5) – (t3 – t2) – (t7 – t6)] / 2•时钟误差Offset：[(t4 – t1) – (t3 – t2)] - Delayt1t2t3t4t5t6t7t8Master timeSlave timeTC timeSyncSyncSyncFollow upFollow upFollow upDelay_ReqDelay_ReqDelay_ReqDelay_RespDelay_RespDelay_RespAdd Correction误差和延时的计算(P2P)•线路延时Delay:[(t8 - t7) - (t4 - t3) + (t12 - t11) - (t10 - t9)] / 2•时钟误差Offset:[(t4 - t1) - (t3 – t2)] - Delayt4t9Slave timet1t2t3t10t5t6Master timeTC timeSyncSyncSyncFollow upFollow upFollow upPdelay_ReqPdelay_ReqPdelay_RespPdelay_RespAdd correctionPdelay_Resp_Follow_UpPdelay_Resp_Follow_Upt7t8t11t12E2E和P2P的区别Ø在E2E的机制中，被对时设备会计算出与主时钟节点的总的线路延时Ø在P2P的机制中，线路中每一个节点都只能计算出其与上一级节点间的线路延时Ø从确保路径对称性的角度看，P2P 机制可提供更高的精度Ø当网络的拓扑发生变化时，P2P可以快速恢复时间链路，E2E需要重新建立时间链路E2E和P2P的区别Ø在P2P的机制中，时间误差和线路延时的计算是再个完全独立的过程。

在E2E中，这两个过程是按顺序进行的ØE2E和P2P机制最主要的区别体现在TC设备的处理上–E2E-TC：转发所有的报文–P2P-TC：不转发P2P机制相关的报文：PdelayReq、PdelayResp和PdelayRespFollowupE2E和P2P的区别ØE2E机制时，网络可简化为1：N的拓扑网，主钟可见所有对时设备，应答所有设备的同步请求ØP2P机制时，延时请求只在相邻节点间完成ØE2E机制时，主时钟的负载会非常重当节点过多时，可能导致对时性能下降或失效ØP2P机制时，TC设备（交换机）需要周期计算每个端口与相邻端口的线路延迟，对TC设备要求较高PTP中的BMC功能BMC：Best Master Clock，即最优主钟算法PTP 交换机交换机 TCPTP 交换机交换机 TCIEDIEDIEDIEDGC bGC a网络 A网络 B•BMC算法主要用于解决网络中多台主钟设备共享的问题•BMC算法的实现是通过主钟广播Announce报文实现的影响PTP对时精度的因素Ø主时钟的漂移和抖动（基准源的精度）Ø时钟分辨率（量化误差）Ø主、从节点的时钟晶振的漂移与抖动（频率对齐）Ø路径延迟的抖动Ø测量路径延迟的频率ØSync消息发送周期（对时频率）IEEE Std 1588在数字化变电站内的应用谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！谢谢！。