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一、前言
随着移动通信业务的发展和移动用户的快速增长，电信业正在发生巨大的变革。为适应移动业务从以电路语音为主的单一业务向多业务转变，移动网络架构向IP化、宽带化进行发展。为了适应业务IP化发展的必然趋势，作为基础网络的承载网已经由传统电路交换向分组交换方式演进，分组传送网（PTN）技术应运而生。PTN是基于分组传送的新一代多业务统一传送网络，能够实现对分组业务的高效传送，同时能够兼容对传统TDM、ATM等业务的承载。
二、移动网络同步要求
移动网络对高精度同步有严格的要求，其同步的需求有两个级别，频率同步和时钟同步。基于FDD模式的无线系统如WCDMA需要各节点之间保持频率同步即可，而基于TDD模式的无线系统，包括CDMA2000/TD-SCDMA以及WiMAX/LTE则需要更为严格的时钟同步来满足移动业务的漫游和切换。表1给出了各种无线网络协议制式的同步指标需求。
目前一般采用部署GPS的方式来解决移动网络同步问题，但GPS天线安装需要满足120°的净空要求，工程安装有难度，且GPS成本较高，维护困难。出于工程安装，成本以及维护等综合因素的考虑，运营商希望能找到一种解决方案来替代GPS。因此运营商和设备商都希望能在PTN分组网络上提供高精度和高稳定度的时钟和时间同步的解决方案。
三、PTN同步技术分析
PTN实现对频率和时间同步信号的传送，有两类可行技术：一是基于物理层的同步技术，如G.8261的同步以太网技术，二是基于分组包的同步技术，如IEEE1588 V2。
同步以太网通过物理层串行比特流提取时钟，可以获得类似SDH的时钟精度，实现网络时钟同步，但无法实现精确时间同步。同步以太网的时钟精度由物理层保证，与以太网链路层负载和包转发时延无关。时钟的质量等级信息可以通过专门的SSM帧进行传送。目前同步以太网只能支持频率信号的传送，不支持时间信号的传送，适用于不需要时间同步要求的场景。
图1 ITU-T G.8261工作方式
IEEE 1588v2是一种精确时间同步协议，简称PTP协议，它是一种主从同步系统。在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PTP时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。IEEE1588可以同时实现频率同步和时间同步，时间传递的精度保证主要依赖于两个条件 一个是计数器频率准确和链路的对称性。
图2 IEEE 1588V2工作方式
三、中兴通讯业界领先的时间同步解决方案
中兴通讯不但积极参与PTN时间同步技术标准的制定和研究，还积极和中国移动展开合作和GPS替代项目的研究，完成了《基于PTN的时间同步技术规范》和《TD系统的GPS替代可行性研究报告》等技术成果。基于深厚的技术积累和研发实力，中兴通讯提出了业界领先的PTN时间同步解决方案，下面进行详细的介绍。
独特的“时间同步以太网”解决方案，提高同步精度
业界绝大部分厂商采用单纯的IEEE 1588v2来实现时间同步，中兴通讯基于对时钟网路和数据网络的深入研究，认为1588报文经过复杂的数据网路，抖动和非对称性的不可控，导致恢复时钟和时间精度难以保证。在结合多种分组同步技术的优点后，中兴通讯率先提出了独特的“时间同步以太网”解决方案，即在同步以太网基础上实现1588V2时间同步，硬件实现1588协议中精确时戳的插入和提取，有效提高时间同步精度1588协议。
边界时钟和透传时钟的灵活应用，提供网络扩展性
PTN网络时间同步方法可分为边界时钟法、透传时钟法等。
边界时钟法终结PTP协议，对源端CPU资源要求较小，可互联不同承载协议的PTP节点；但边界时钟的实现过程具有误差累积功能，不适宜大范围多节点网络使用。
透传法由于在其中间节点传递中并不终结PTP协议，PTP透传节点补偿消息包的驻留时间，因此无时间积累误差，时间传递精度高，可传递较大的网络范围；但PTP透传对源节点的CPU资源要求较高，需要其底层协议解决时钟环路与链路保护。
中兴时间同步解决方案充分利用边界时钟和透传时钟的优点，规避其缺点，最大限度提高网络的安全性和可延伸性，增加了网络的组网弹性。
图3 PTN时间同步网络图
如图3所示，采用边界时钟和透传时钟混合法所组成的PTN时间同步网络具有以下特点：
1、汇聚层网络节点相对较少，采用边界时钟，其积累的误差也较小。
2、采用边界时钟后，汇聚层可以很方便地和接入层通过不同的承载协议进行互通，对接入层所使用的承载协议和传递技术要求不高。
3、接入层采用透传时钟或穿透技术，可享有透传时钟和穿透技术带来的好处；同时不同的接入层以汇聚层PTP节点为主，把原来对总主节点CPU的资源要求分摊到各汇聚节点，降低了对CPU的要求，延伸了网络覆盖范围。
4、 边界时钟和透传时钟的混合使用，使端到端的误差减少，组网变得容易，网络可扩性得以提高。
丰富的时间同步接口，满足网络长期演进的需求
通过PTN网络将部署在RNC侧的时间源同步信息传递到各个基站侧，一般要求基站支持1588V2的协议。但目前现网部署的基站绝大部分都不支持1588V2协议，如果要进行现网改造，其成本和工作量之巨大，是运营商不能接受的。
中兴通讯时间同步解决方案提供丰富的时间同步接口，满足网络长期演进的需求
1、支持带外 1PPS+TOD接口：基站无需支持1588V2协议，满足当前基站的需求。
2、支持带内以太网接口：业务和时间信息通过同一接口传递，满足后续基站的需求。
采用SSM或BMC的协议，保证时间的可靠传送
中兴通讯时间同步解决方案采用基于SSM和BMC的协议方式，实现时间链路的自动保护倒换，保证时间的可靠传送。
1、按照时间路径选择算法计算最优的时间信息的同步路径。
2、在网络出现故障时，按照时间路径算法对时间信息进行保护倒换。
采用SSM或BMC的协议，使得PTN网络可基于时钟质量和最短节点路径选择时间源，有效减少时钟质量的累加误差，增加时钟源的冗余备份能力。
四、中兴参与中移GPS替代项目
出于工程安装、成本因素等综合情况的考虑，中国移动非常关注承载网实现GPS替代方案。2008年4月起，中兴通讯配合完成了TD天线优化和PTN设备的GPS替代多个研究方向的项目。2008年8月，中兴通讯在深圳完成与TD基站对接，进行PTN时间同步压力测试。本次测试实施了共计35个节点的压力测试，测试结果完全满足TD同步要求，具备高精度、高补偿能力以及高可靠性等特点。
2009年，在深圳移动、南京移动等多个实验局中，中兴采用PTN传递时间同步信息，取代了基站GPS时钟，测试结果赢得了移动的高度认可，为中移的GPS替代方案提供现网应用支撑，为未来大规模应用推广奠定基础。
