基于1588V2协议的城域网同步时钟解决方案研究Word格式.docx
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省公司重点研发项目
成果简介：
简要描述成果目的和意义，解决的问题，取得的社会和经济效益。
基于1588协议的地面时间传送方案，目前尚无规模化应用的先例，更无成熟的部署模式，缺乏工程实践方面的经验。
本项目针对PTN独立组网网络以及PTN+OTN联合组网，结合集团引领的各项测试，尤其是浙江移动1588现网测试，分不同组网场景，提出了极具实施性的基于1588V2协议的地面时间传送解决方案，明确了网络内、网络边界处的1588接口模式。
特别是本项目首次提出的时间传送平台，是当前OTN支撑1588V2的标准尚未统一，甚至是不支持1588传送背景下的完美过渡方案，为1588V2时间同步真正走向工程实施奠定了基础。
省内试运行效果：
描述成果引入后在本省试运行方案、取得的效果、推广价值和建议等。
（1）研究确立了BC模式为1588V2的现网部署模式
（2）提出并细化了1588在OTN+PTN联合组网中的解决方案，
（3）首次提出了OTN不支持或短期内难以支持1588的时间部署模式；
（4）明确提出了各网络内、网络边界处的时间同步接口格式；
（5）总结发现了1588V2工程部署中的一些问题，并提出了相应的解决方案
本项目已在杭州移动城域网中试点半年以上，目前已推广至全省的同步网建设中，项目中提出的同步网络建设模型，可良好适应于各大、中型的城域传送网。
文章主体（3000字以上，可附在表格后）：
根据成果研究类别，主体内容的要求有差异，具体要求见表格后的“填写说明6”。
1、TD-SCDMA网络同步需求背景
1.1同步要求
同步网是通信网的一个必不可少的重要组成部分，是保证网络定时性能质量的关键。
中国移动采用的TD-SCDMA标准，由于采用了TDD模式对时钟和时间同步提出了更高的要求。
时钟频率精度要求
时间同步要求
GSM
0.05ppm
NA
WCDMA-FDD
WCDMA-TDD
1.25us
CDMA2000
3us
TD-SCDMA
1.5us
WiMax-FDD
0.02ppm
WiMax-TDD
1us
LTE
1.2同步网现状
中国移动同步网目前已建设有频率同步网和时间同步网，其中频率同步网以北京、武汉、广州、沈阳、西安配置的带铯钟PRC为地面基准时钟源，目前浙江移动已建设了2个一级基准时钟LPR（以GPS/GLONASS为基础）和33个二级节点时钟BITS，组成省内一、二级移动同步骨干网，LPR具备接收全国基准时钟定时基准信号作为参考标准的能力，但LPR平时跟踪卫星定时系统，作为浙江同步区的区域基准钟，当卫星系统不可用时再跟踪PRC地面链路基准信号。
采用SDH外时钟接口传送定时，传输方向由PRC至LPR，由LPR（或PRC）至本地网BITS。
时间同步网方面，目前浙江移动已建设有2台一级时间同步服务器，接收GPS信号，产生UTC基准时间，通过NTP接口，经IP网向业务网元提供基准UTC时间信号，主要为网管、WAP、IT、支撑等系统等提供基准时间信号，目前各点独立运行，对GPS依赖高。
在城域范围内可提供100毫秒（0.1秒）级的时间同步精度。
1.3传统同步技术解决方案
时钟同步方面，PTN网络采用同步以太方式，完全可以高精度的时钟信号传送，该点已经过现网的运行验证，且业内也达成了共识，几无异议。
时间同步方面，目前主流的解时间同步方法可分为二类：
一类是基于单程伪距测量定位原理的方法，如美国GPS卫星、俄罗斯GLONASS卫星和中国北斗导航卫星，卫星授时的优点是时间同步的精度高、无需组建网络，获取方便；
但卫星授时存在价格高、施工难度大、失效率高的劣势，且GPS等存在政治和安全风险。
另一类是基于假设双向通信的传输时延差值为零的地面时间传送方案，如NTP和IEEE1588，考虑到IEEE1588的精度比NTP更高，因此地面同步传送技术以1588V2为主，1588V2的基本原理是通过在网络的某个节点处注入时间同步信息，利用网络的对称性和时延测量技术，以主从同步的方式，使各基站同步于该同步源，进而达到所有基站之间的时间同步。
由于PTN网络天然具备了基于1588协议的地面时间传送方案，在组网成本、维护管理、安全性方面优势明显；
但双向传输时延差值为零的条件不易获得。
本项目中的时间同步新方案，从时间授时源和地面传送两方面入手，并侧重于研究地面传送组网方案。
2、基于1588的地面时间同步技术验证
2.11588同步技术可行性验证
2009年，杭州余杭的小规模试验网已初步验证了1588V2的技术可行性，该试验网选择杭州移动余杭区PTN环网，核心层4套PTN3900构成10GE环网，接入层9套PTN1900构成GE环网。
全网采用T2000网管系统进行业务统一管理和规划，测试网络覆盖了NodeB－PTN环网－RNC－Bits－T2000网管等全系列设备，是端到端全网解决方案；
上塘设置主备时钟参考源，其中主用同步参考源的时间同步信号由BITS通过1PPS＋TOD，以带外方式注入上塘4节点；
频率同步信号由BITS通过同步以太方式注入上塘4；
基站侧TD设备与PTN接入设备通过FE业务光口互联，采用带内方式进行1588的传送。
试验网进行了1588V2时间端到端传送、主备BITS倒换、时间跟踪链路倒换、时间源切换等基本测试，各项测试结论如下：
Ø
PTN网络具备了基于1588的同步时间传送能力
BC、TC模式下，PTN网络端到端的1588时间传送精度在±
1us之内，传送精度方面，BC模式不逊于TC模式。
网络保护倒换时，基站侧输出的1588时间性能符合±
1.5us的TD要求；
GPS基站和1588基站间业务的切换不影响无线业务
上述试验数据证明1588V2在10跳左右的端到端传送精度在±
1.5us以内，且各种保护倒换前后，时间的抖动漂移符合中国移动集团的指标。
该试验网发现的BC、TC两种模式下，1588V2时间的传送精度与理论预测不一致的现象，为后期现网BC、TC模式的选择提供了数据参考。
2.2杭州下沙区PTN独立组网中1588V2规模化测试
为进一步验证1588V2的规模化应用能力，本项目进展过程中，先后组织了2次规模化测试。
首先是在杭州下沙区进行的PTN网络1588V2测试，测试组网选择杭州移动下沙片区PTN网络；
分别在上塘和三墩设置主BITS和备BITS；
汇聚层有6台PTN3900，接入层有26台PTN1900，32台PTN950；
其中接入层的30台网元开通了1588。
图1PTN独立组网1588V2测试网络结构图
各项测试结论如下：
基站带内带外两种方式获取1588时间同步的精度符合TD要求；
不同跳数的时间跟踪链路（最长达24跳）的端到端时间性能符合TD要求；
主备时间链路保护倒换、主备BITS切换时，基站侧输出的时间性能满足±
基站侧频率跟踪路径倒换时，对时间性能影响有限，因频率切换引起的时间抖动在±
1.5us的TD要求范围以内；
测试结果说明，在长达24跳的时间链路条件下，1588的传送性能仍然满足TD要求，且各种保护倒换和切换均不影响业务。
其中带内带外两种模式下的传送性能相当，频率倒换对时间精度的影响有限两项测试结果是现网部署1588V2时的重要参考依据。
2.3杭州富阳区OTN+PTN联合组网中1588V2规模化测试
在杭州富阳市的OTN+PTN联合组网模式下的1588V2规模化测试更贴近现网应用。
图2OTN+PTN联合组网1588V2测试网络结构图
富阳区OTN＋PTN联合组网的核心汇聚层包括上塘的主BITS，三墩的备BITS，核心层的上塘、三墩、学院路三台OTN8800，富阳一台OTN6800，汇聚层的两台PTN3900。
富阳接入层PTN的组网图，接入层由多个PTN1900以及PTN950通过GE连接；
接入层所有的PTN1900和PTN950各带有一个基站。
OTNTC+PTNBC、TC模式下，基站侧端到端1588时间性能符合TD要求；
OTN网络断纤保护倒换、线路侧OLP保护倒换，基站侧输出的时间性能符合TD要求，
基站侧带内&
带外时间同步方式切换过程中，基站侧输出的时间性能符合TD要求；
该测试中发现，在预补偿到位的前提下，OTN+PTN联合组网模式下，时间精度仍然符合要求，具备大规模应用的能力，但全网各段落的预补偿带来的工作量较为巨大，迫切要求1588的动态预补偿或者其它免补偿方法的出现。
三、1588地面时间同步网组网总体原则
3.11588时间同步网组网原则
时间同步节点设置在各本地网内、独立成网，为TD基站提供时间同步信号。
网络结构
各本地网独立成网
时间源获取方式
卫星正常时：
从卫星获取；
卫星失效时：
本节点守时；
卫星正常时的节点精度
各节点均统一同步于卫星，设备输出精度满足±
250nm偏差
卫星失效时的节点精度
各节点之间无统一的时间源；
各节点依据同机房BITS设备频率源进行守时，BITS设备上游同步源均为PRC；
守时精度（劣化速度）1us/3天，预计18小时后时间精度偏差大于±
250nm
TD基站的同步状态
全网同步
本地网内同步、本地网间失步；
组网可行性
各节点之间无需组网，易于实现；
3.21588时间服务器部署原则
1）网络层次：
最长时钟链路跳数不超过30跳，尽量提高时钟源在网络层的位置；
在OTN已支持1588的的情况下，时钟源应设置在核心机房，提高时钟源的收敛比
2）安全保护：
每个地市的城域网应在2个不同的核心机房设置两套时间同步设备互为主备用；
每个NodeB应具备主备2条不同的时间跟踪链路跟踪至时钟源
3）跟踪优先级：
设置传输网络时间等级，保证下层网络不能作为上层网络的时间来源，如接入层不能作为汇聚层时间源，以避免路径环回问题。
3.31588授时系统的跟踪原则
本次高精度的时间同步网，从技术、经济、安全等多方面考虑，建议采用时间同步设备加装双模（北斗/GPS）卫星天线，且短期内仍然以GPS为主用授时系统，北斗系统为备用，为各时间同步服务器提供时间源。
3.4无线/传输设备接口配置原则
1）时间同步设备和OTN/PTN之间：
推荐采用1PPS+TOD方式对接，优势不占用设备侧业务端口，但需人工补偿线缆引入的固定延时
2）OTN和OTN、PTN和PTN之间：
同一厂家的OTN设备和PTN设备之间，互通不存在问题，因此建议采用带内方式，减少设备间同步线缆的布放，减少了线缆引入的1588时延。
3）OTN和PTN之间：
在OTN和PTN网络边界处，为避免不同厂家OTN和PTN设备的带内对接方式可能存在的互通问题，建议OTN通过带外方式将时间信号传递给下游PTN设备。
分工界面明确，也有利于各层网络中1588同步信号时延、抖动的分析和判断
4）PTN和无线TD设备之间：
同一厂家的PTN、TD设备，带内互通不存在问题，建议采用带内方式互联，但需要基站运行PTP协议；
非同一厂家设备，为避免PTP协议不同无法互通，建议用带外方式互联，但需人工补偿固定延时。
四、1588地面同步技术建设模型及部署方案主流厂商设备1588支撑能力一览
4.1无线网络的1588建设模型
1）2010年建设方案
✓2010年建设的所有TD基站均以GPS为主。
✓1588v2进行选择性的建设：
在条件成熟的地市进行整网1588v2的部署；
在TD厂家支持力度不足的地市，可在地级市城区或部分县市城区进行部署
✓传输设备和基站侧设备为同一个厂家设备建议采用带内接口，传输设备和基站侧设备为不同厂家设备建议采用带外接口。
2）2011年建设方案
✓根据1588v2的稳定性情况，若稳定则全网部署1588v2，GPS进行选择性建设：
在数据热点区块或VIP区域进行GPS的同步部署。
4.2传输网络的1588建设模型
4.2.1BC、TC模式定义和特点
BC模式特点：
网络中间节点设备有多个1588端口，其中一个端口可作为SLAVE，用于和上一级设备的频率和时间保持同步，其他端口作为下一级网元的MASTER，从而实现逐级的时间传递。
TC模式特点：
网络中间节点设备接收到来自时钟源的1588报文后不进行终结，根据报文驻留时间和链路时延，修正报文时间戳信息，并将其传送给下游设备直至Slave侧。
4.2.2BC、TC模式保护倒换简介
1）BC模式下汇聚层断纤：
汇聚层链路故障时，接入层跟踪链路不会发生变化，只是汇聚层重新计算生成跟踪链路，可降低无线网络侧因链路故障引起的时间震荡。
2）BC模式下接入层断纤：
接入层链路故障时，接入层节点将重新计算生成跟踪链路，并且一旦下游节点发现上游传来的时钟质量降低，将停止向左跟踪，并即刻根据BMC算法重新计算跟踪链路，因此不存在时钟相互跟踪的现象，在重新计算生成链路的过程中，TD基站侧完全可以依赖自身的守时能力，直至时间服务器从另一方向将1588时间同步信号发放至所有NodeB节点。
3）TC模式下汇聚层、接入层断纤：
无论时汇聚层还是接入层的链路故障，接入层各节点都会根据之前已经配置好的备用跟踪链路，倒换为向右跟踪至时间服务器，尤其是汇聚层链路故障时，所有使用该故障链路的接入层节点，都会发生时间跟踪链路的倒换，影响面广，网络震荡较大，但因TC模式为透传方式，所以故障时，接入层的各节点之间不会产生时间相互跟踪的威胁。
综合以上方面，TC和BC模式对比如下：
组网模式
特点
TC组网模式
只能通过人工方式预先配置主备时钟跟踪链路，配置量大；
中间节点独立的进行时间同步信号输出、以及在TD基站不支持1588功能的情况下应用困难；
跟踪链路倒换时，易产生震荡；
TC方式增加了Master的负荷，受Master负荷所限，TC模式建大型城域网的能力弱；
BC组网模式
（推荐模式）
支持BMC算法，并可利用BMC算法自动计算规划时钟链路，大大的减轻配置复杂度；
网络分层，在链路故障时，有利于降低网络时间的震荡；
逐跳完成1588传送，每个节点可独立的进行时延补偿和输出
4.2.3传输网络1588建设模型－多核心机房，OTN平台支持1588
OTN支持1588的前提条件下，如果核心层存在2个或2个以上的核心机房的，建议尽可能的将时间服务器设置在挂接骨干层波分的核心机房，通过核心OTN、骨干层OTN的调度，将时间信息下发至基站侧。
图3OTN+PTN联合组网中1588V2时间同步跟踪示意图
4.2.4传输网络1588建设模型－多核心机房，OTN平台不支持1588
OTN不支持1588时，主要有两种时间传送解决方案，方案一是将时间服务器器下移至各骨干节点，如图4所示。
图4OTN+PTN联合组网中时间服务器下移方案
方案二是组建时间传送平台，时间服务器仍然设置在核心节点，通过时间传送平台传送至各骨干点后，再分发至基站侧，如图5所示。
图5OTN+PTN联合组网中时间传送平台方案
时间服务器下移的方案，将产生大量时间服务器的配置需求，投资高，且远期时间服务器上移后，必然会造成大量时间服务器浪费，方案二组建时间传统平台既可保证时间源的收敛比，又节省配置数量，且组建时间传送平台可利用现有的PTN设备组环即可，不产生额外的投资，但需占用额外的骨干层纤芯资源。
因此，综合对比上述方案，建议采用方案二作为OTN不支持1588时的过渡解决方案。
4.2.5传输网络1588建设模型－不同节点跳数下1588的应对部署措施
场景一
浙江移动PTN环路建设指导意见：
PTN接入环（含支链）的节点总数不应超过16个，如果所有接入环均按照指导意见建设，核心骨干层OTN+PTN总条数在6-12跳以内，这意味着所有接入环上的任意NodeB到时间源的节点跳数都应该在1588的容限30跳之内,因此所有NodeB都可以采用1588获取时间同步信号；
场景二
由于组网条件所限，现网可能存在部分接入环节点数超出1588节点跳数容限的情况，导致部分NodeB的主用或备时间链路节点跳数超出30跳，无法采用1588的方式获取精确的时间同步信号；
此时，首先建议各地市根据建设指导意见进行整改，不但可以提高接入环容量和安全性，又可使时间跟踪链路节点跳数达到1588的容限范围以内；
由于现网条件所限，无法进行拆环优化的接入环路，建议核实每个NodeB的时间跟踪链路节点跳数，对于大于30跳的NodeB，建议采用外挂GPS的方式获取时间同步。
4.31588工程部署方案
4.3.1OTN支持1588传送的地区
1）时钟源设置
◆地市城域网应选取两个不同的核心节点，分别配置主备时间服务器，对拥有多个核心节点的城域网，在选取核心节点时，应尽量选取直接下挂骨干层OTN或者直接挂接市区汇聚接入环的2个节点，尽可能的降低1588链路节点跳数。
2）引入时间同步信号
◆在核心节点，通过1PPS+TOD（RJ45接口）接口，将BITS输出的同步信号注入到OTN设备的外时钟接口，通过OTNA、B两个平面，主用时间服务器将具备两条完全独立的链路通达至县市骨干节点。
3）设置时钟跟踪优先级
◆通过网管设置网络各层面的时间跟踪优先级如下：
核心层>
骨干层>
汇聚层>
接入层，即上层网络节点不能跟踪来自下层网络的时间同步信号，防止时钟质量裂化，避免时钟跟踪成环。
4）设置各节点时钟模式：
◆网络OTN设备和PTN设备全部设定为BC时钟模式，配置各网络节点跟踪至主用时间服务器，并启动BMC算法。
5）设置边界节点处时间同步引入方式
◆骨干节点：
OTN和PTN通过1588GE接口带内方式互联传送时间同步；
◆基站侧：
TD无线基站设备不支持1588，或者TD无线基站设备与PTN设备为不同厂家的，PTN传输设备通过1PPS+TOD方式互联；
TD无线基站设备支持1588，且与PTN为同一厂家时，采用1588FE带内方式互联。
6）1588节点跳数的核实与GPS配置
◆核实NodeB的1588跟踪链路跳数（必要时可通过网管协助）是否超过30跳，不超过30跳的，可直接采用1588；
超过30跳的（主用或者备用时间链路超过30跳），是否采用1588还是配置GPS取决于时间输出质量、TD基站等级定位以及无线专业的需求。
4.3.2OTN不支持1588传送的地区
OTN不支持1588传送时，需要考虑两种场景下1588的传送方案：
一是各县市所有的骨干节点；
二是市区下挂接入环的部分核心节点。
◆选取两个不同的核心节点，分别配置主备时间服务器；
2）组建时间传送平台：
◆在各地市骨干节点间距离小于80km、核心骨干层光缆资源充足的前提下，核心骨干层采用小型PTN设备或者利旧现有骨干设备的GE端口资源，组建2个独立的时间传送平台；
◆单节点下挂汇聚环的，每个节点配置2端小型PTN设备；
双节点下挂汇聚环的，每个节点配置1端小型PTN设备；
3）引入时间同步信号：
◆主备时间服务器均通过1PPS+TOD（RJ45）将时间同步信号分别注入到2个时间传送平台中；
4）设置时钟跟踪优先级：
时间传送平台1>
时间传送平台2>
5）设置各节点时钟模式：
6）设置边界节点处时间同步引入方式：
◆骨干节点处时间平台1和2均通过带内1588FE将时间同步信号注入到2端下挂汇聚环的PTN设备中；
4.41588工程实施注意事项
1）GPS安装调测：
需要对主备BITS的GPS接收、天馈系统时延等进行精确调测，尽量消除主备BITS切换引起的时间抖动。
2）开站逐点补偿：
现网上下行光纤长度不对称会引入时间偏差，因此现网在1588开通之前，需要对基站侧TD无线设备输出的时间抖动进行逐点测试和补偿。
3）OTN线路侧OLP补偿：
OTN波分侧OLP倒换前后，主备路径的不对称对时间同步有较大的影响，因此需要对波分侧进行不同路径的补偿
4）基站带内带外固定相差补偿：
需要补偿基站侧带外（1pps）和带内（FE1588）两种输入模式180ns的固定相差，避免二者切换过程中，引起的时间跳变。
五、课题总结回顾
“成果上报申请书”的填写说明：
1、“成果专业类别”指：
核心网、无线、传输、IP、网管、业务支撑、管理信息系统、市场研究、通信电源、数据业务、其他。
2、“成果研究类别”指：
超前研究、新产品开发、相关网络解决方案、现有业务优化、其他。
3、“所属专业部门”指：
完成该成果的单位在省公司或地市分公司所属的专业线条部门。
可填写：
规划计划线条、网络线条、业务支撑线条、管理信息系统线条、数据线条、市场线条、集团客户线条、其他。
4、“省内评审结果”指：
优秀、通过。
5、“对企业现有标准规范的符合度”指：
列举该成果使用并符合的中国移动统一发布的企业标准的名称和编号，详细描述该成果在现有的企业标准基础上所需新增的功能要求（如业务流程的改变、设备新增的功能要求等）。
6、“文章主体”：
根据不同科技成果分类实施不同的主体要求，具体如下：
1）超前研究类成果主体包括：
✓背景情况
✓技术特点分析
✓标准化情况
✓其他运营商应用情况（可选）
✓技术发展趋势
✓引入策略分析
2）相关网络解决方案类成果主体包括：
✓技术方案：
概述、网络解决方案（如果涉及到网络方面的改造，信令改造，路由改造等，应有详细的描述）、设备及系统改造/建设要求、码号资源需求
✓效果（解决了哪些问题）
✓本省应用推广情况
3）新产品开发类成果主体包括：
✓业务及功能简介：
业务概
升级会员 