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科普 | PTP精密时钟介绍

科普 | PTP精密时钟介绍 TP-LINK商用网络
2022-03-02
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导读:01应用背景在通信网络中,许多业务(例如无线基站领域和工业自动化控制领域)的正常运行都要求网络时钟同步,或者


01

应用背景


在通信网络中,许多业务(例如无线基站领域和工业自动化控制领域)的正常运行都要求网络时钟同步,或者整个网络各设备之间的时间或频率差保持在合理的误差水平内。网络时钟同步包括以下两个概念:

时间同步:也叫相位同步,是指信号之间的频率和相位都保持一致,即信号之间的相位差恒为零。

频率同步:也叫时钟同步,是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系,信号在其对应的有效瞬间以同一平均速率出现,以保证通信网络中的所有设备都以相同的速率运行,即信号之间保持恒定的相位差。

如上图,有两个时钟A和B,如果这两个时钟的时间每时每刻都保持一致,这个状态就是时间同步;如果这两个表的时间不一致,但保持一个恒定的差值,这个状态就是频率同步。


02

什么是PTP


PTP(Precision Time Protocol,精确时间协议)是一种时间同步的协议,遵循IEEE1588v2协议标准,用于设备之间的高精度时间同步,相比现有的各种时间同步机制,PTP具备以下优势:

(1)相比NTP(Network Time Protocol,网络时间协议),PTP能够满足更高精度的时间同步要求:NTP一般只能达到亚秒级的时间同步精度,而PTP则可达到亚微秒级

(2)相比GPS(Global Positioning System,全球定位系统),PTP具备更低的建设和维护成本,并且由于可以摆脱对GPS的依赖,在国家安全方面也具备特殊的意义


03

PTP基本概念


1
基本原理
PTP协议在系统内的时钟间建立主从体系,系统内时钟的时间都来源于最佳主时钟(Master)。最佳主时钟与从时钟(Slave)交换PTP报文,从时钟通过PTP报文中携带的时间戳信息计算与主时钟之间的时钟偏差和网络延时,从而实现同步。

2
时钟节点
PTP域中的节点称为时钟节点,PTP协议定义了以下三种类型的基本时钟节点:
说明:
(1)BC和TC一般是路由或交换机等转发设备,OC一般是需要时钟同步的终端设备,比如PLC、雷达、基站等;
(2)TC包括两种类型:E2ETC(End-to-End Transparent Clock,端到端透明时钟)和P2PTC(Peer-to-Peer Transparent Clock,点到点透明时钟)

3
PTP端口
我们将设备上运行了PTP协议的端口称为PTP端口,可分为以下三种:

4
PTP类别

5
PTP典型拓扑

04

PTP配置方法


配置前需要确认以下信息:

1. 确认需要时间同步的设备是否支持PTP协议

这里需要注意,普通的电脑、手机等终端一般是使用NTP协议同步时间的,不是用的PTP协议,所以不能通过配置PTP来达到精确同步时间的效果。只有确定设备支持PTP协议,才能配置使用此功能。


2. 确认设备支持的PTP协议是基于二层的还是基于三层的

只有协议层级匹配才能正常使用,目前TP-LINK交换机——TL-SG5412工业级仅支持基于二层的PTP协议,如果设备支持的是基于三层的PTP协议,则无法使用该交换机的PTP功能。目前TP-LINK暂时没有支持三层PTP协议的交换机。


3. 确认交换机是工作在BC(边界时钟)模式还是TC(透明时钟)模式

如果只需要2个设备经过交换机后能够使用PTP协议精确同步时间,而交换机本身不需要精确同步时间,那么可以把交换机设置为TC模式;

如果需要设备、交换机都能够精确同步时间,那么需要把交换机设置为BC模式。


4. 确认设备同步时间所采用的模式是E2E还是P2P

需要把交换机的同步模式与设备设置成一致才能使用。


5. 确认设备同步时间时的时间戳类型是“单步”还是“双步”

需要把交换机的时间戳类型与设备设置成一致才能使用。


在确认完上述信息后,就可以开始PTP功能的配置了。

目前TL-SG5412工业级已支持PTP功能,后续会有更多机型支持。其配置方法如下:

1. 登录交换机页面,依次点击【时钟同步】—【PTP配置】,即可看到PTP相关配置项:

2. 点击<启用>后,即可根据自己的实际需求来配置相关参数,相关参数说明如下:


在设置交换机的PTP功能时,一般我们只需要配置上述3种参数,其他参数保持默认即可,然后再使能相应的端口,就完成了PTP的配置。


05

常见问题解答


Q1:TL-SG5412工业级的时钟同步精度能达到多少?

Re:PTP协议一般能达到亚微秒级的时钟同步精度,而TL-SG5412工业级的同步精度更是可以达到100ns。


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