ｌ｜■■■■■■■■■同步以太网及其时钟一吴先涛（深圳大唐电信科技股份有限公司，成都６１００２１）吴承洽（电信科学技术第五研究所，成都６１００６２）摘要：本文描述了同步以太网的概念，同步以太网的网络结构及同步性能的总体要求。然后，介绍了同步以太网设备（ＥＥＣ）的时钟规范，网络应用及支持同步以太网的时钟芯片。关键词：同步以太网；同步状态信息；以太网设备时钟Ｓ．ｖｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔＮｅｔｗｏｒｋｓＷｕｘｉａｎｔａｏ（ＳｈｅｎＤａｔａｎ叠ＴｅｌｅｃｏｍＴｅｃＩｍｏｌｏｇｖＣｏＣｈｅｎｇｄｕ６１００２１）Ｗｕｃｈｅｎｇｚｈｉ（ＦｉｆｔｈＴｅｌｅｃｏｍｌｕｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏ耵Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６２）ＴｉｌｅａｓｐｅｃｔｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔ，ｎｅｔｗｏｒｋａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔＰＨＹｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄ譬ｅｎｅｒａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｓｙｎｃｈｒ（）ｎｊｚａｌｉ（）ｎｓｐｅｃｉｌｉｅｓｉｓｏｕｔｌｉｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｉｔｓｔｉｍｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ【ｉｃｈｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｌａｖｅｃｌｏｃｋ（ＥＥＣ），ｎｅｔｗｏｒｋａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｔｉｍｉｎｇＩＣｗｉｔｈｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔｓｕｐｐｏｒｔ．ＳｙｎｃＥ；ＳＳＭ：ＥＥＣ前言达到的抖动和漂移容限的最小值；概述了网元实现同步功能在电信服务提供商网络向下一代网络的演进中，以太网的最小要求。提出了两种基准时钟信号的分配方式：网络同将逐步取代ＰＤＨ以及ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ传输网。因此，在一些步方式（同步以太网）和基于分组方式，解决了分组别要求严格同步的应用（包括无线基站以及ＴＤＭ电路仿真是以太网的同步问题。（ＣＥＳ）设备）中，电信服务提供商将面临如何通过以太网传输高品质时钟同步的挑战。最新的标准解决办法是同步以太１．１方式１：网络同步方式（同步以太网）网（ＳｖｎｃＥ与现在的ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ链路一样，同步以太网通过ＯＳｌ七在ＳｖｎｃＥ中，以太网采用与ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ相同的方式，层协议的第一层即物理层实现网络同步，如图１所示。同步通过高品质、可跟踪一级基准时钟信号同步其位时钟。２００６以太网方式称为ＰＲＣ分配方式（女１７ＧＰＳ）或用同步物理层（以年，国际电信联盟在其Ｇ．８２６１中描述了ＳｖｎｃＥ概念。２００７太网（Ｅ丁Ｙ），ＳＴＭ—Ｎ）的主一从方式。它支持基于网年，在Ｇ．８２６２中对ＳｖｎｃＥ性能要求进行了标准化。规定了同络同步线路码方式的时钟分配，这种方式己广泛地运用到同步以太网网络设备中使用的时钟的最低性能要求。步ＴＤＭ网。同步以太网技术广泛用于ＤＳＬＡＭ、路由器、ＭＳＳＰ（多业务交换平台）、ＰＯＮ及多业务接入设备，支持通过高带宽。融合同步以太网链路来承载话音、数据、视频和传统业务。１，同步以太网的概念和基准时钟信号的分配方式Ｇ．８２６１定义了分组网中的定时同步网元，规定了网络中图１物理层实现网络同步的以太网所容许的最大抖动和漂移值；分组网边界与ＴＤＭ接１２时需要７０＿垫＿＿ＡＦＩｆ现代传输万 方数据总体结构从以太交换提供一个物理层时钟到互联功能（ＩＷＦ）的概念，如图２所示。图２在以太网物理层提供定时至以太司ＩＷＦ可跟踪一级基准时钟’（ＰＲＣ）的定时信号（图２中所示的两个可跟踪一级基准时钟（ＰＲＣ）的定时信号来自同一个源），用外时钟接口注入以太交换。然后抽出该信号，在注定时进以太网比特流之前，需经同步功能处理。同步功能提供过滤和所需的保持。在被注入定时信号的网元和ＩＷＦ问可能存在多个以太交换。在这种情况下，以太交换内的同步功能必需能够从输入比特流来恢复同步即“线路定时”。在部分结构中，网络时钟与业务时钟是不同的。网络时钟网络日寸钟是训练以太交换内同步功能的时钟并且以该肘钟的比特率离开以太交换。该时钟注入同步功能是用于同步，即锁到网络时钟。在这种情况下，产生的抖动和漂移必须，包括时钟精度、过滤功能、保持性能、产生的噪声等。业务时钟在现存以太网技术中。业务是异步的。在同步以太网中，现存的以太业务将继续以适当的速率映射进或出以太网物理层。１．２方式２：基于分组方式第二类方法是指定时信息由分组承载（即图３所示，发送专用的时戳消息；双向传送定时信息的方法可能是ＮＴＰ或类似的协议；值得注意的是双向协议还能传送ｍｌＮ信息）。在某些情况（如计费），仅此方式可以替代ＰＲＣ分配方式。基于分组方式及相关的性能有待进一步研究。万 方数据图３基于分组方式的案例：基准信号经时戳的定日＿Ｊ分配１．３两种方式的比较方式１：使用以太网物理层；仅能分配同步频率，不能分方式２：与物理层无关；能分配同步频率和同步时间；两种方式的混合应用将构建既能实现频率同步又能实现２．物理层同步以太网的网络结构２．１一级（全国）基准时钟（ＰＲＣ）位置一个典型的同步以太网结构中，在图４所示的三个位置图４基准时钟位置●情况Ａ，核心位置：这种结构意味只有少量ＰＲＣ节●情况Ｂ，接入位置：ＰＲＣ将位于网络中的某些点，●情况Ｃ，ＩＷＦ位置：ＰＲＣ将位于ＩＷＦ并直接同步连接参照图３，提供的同步流是由核心网至ＩＷＦ。不试图从现代传输飞嗯▲！！配同步时间；不会因网络高层产生损伤而受到影响，同步质量好，可靠性高。会受电信网损伤的影响，如分组时延抖动。时间同步的下一代同步网。之一具有ＰＲＣ。点即以ＰＲＣ为ｍ，ｂ用某种形式分配定时到ＩＷＦ。典型的在多业务接入点。这种结构意味有比情况Ａ更多的ＰＲＣ节点即以ＰＲＣ为中心用某种形式分配定时到１ｗＦ。到ＩＷＦ，这种结构意味有很多ＰＲＣ节点即每个ＩＷＦ有～个ＰＲＣ。２．２同步状态信息（１）同步操作和维护ＯＡＭ功能通过使用ＯＡＭ协议数据单元（ＯＡＭＰＤＵ）来实现，由以太帧中的特定头字段识别。ＱＡＭＰＤＵ是标准的以太ＭＡＣ帧，但通过长度／类型为馒协议帧（值８８０９）和子类型（值０ｘ０３）两者来识别ＯＡＭＰＤＵ。编码字段规定ＯＡＭＰＤＵ帧的类型。编码字段有八种可能的值，特定值（ＦＥ）留作组织化特定的扩展。该组织化扩展是位于数据字段的最初三个字节并组成值××，ＹＹ，ＺＺ（这些值由ＩＥＥＥ定义），剩下３９字节用于ＯＡＭ用户数据，如图５所示。Ｕ－－赫‘－淫一｜－ｉ？‘目的地址６字节源地址６字节ＯＡＭＰＤＵ长度，类型２字节慢协议类型字段值８８０９ＯＡＭＰＤＵ子类型１字节慢协议识别用ＯＡＭＰＤＵ＝０ｘ０３包封标志２字节编码１字节识别特定的ＯＡＭＰＤＵ类型置ＦＥ同步功能即用户数据４２宇节ｉ毛最初３字节用户数据包含ＯＵｌ（组［ＯＵｌ和同步功能１织化唯一标识）帧校验序列（ＦＣＳ）４字节８一ｂ潴、１Ｉ字节４‘：。目的地址１—６源地址７—１２ＯＡＭＰＤＵ长度／类型１３—１４ＯＡＭＰＤＵ子类型１５标志１６—１７编码侣ＯＵＩｔ９—２１ＳＳＭ（注１）２２预留（注２）２３—６１帧校验序列（ＦＣＳ）６１—６４注１：整个字节用于ＳＳＭ，细节见图６。注２：本表规定帧长度最小要求６４字节．以保证是有效的８０２３帧。用最小３９字节末被定义特性的填充数据来实现最小的长度。最大长度的同步功能字段待定图５ＯＡＭＰＤＵ数据字段部分的包封（２）同步状态信息同步状态信息（ＳＳＭ）对下游以太交换提供确定可跟踪同步分配方案的机制并返回ＰＲＣ或者利用更高质量的时钟。同步功能将处理ＳＳＭ。在上游网络故障状态下，同步功能根据ＳＳＭ和预置的！呈●叨ｙ现代传输万 方数据优先权采取适当的操作，选择另一个同步供给。这可能是另一个网络供给或者是外部供给。ＳＳＭ由Ｇ７０７定义。在同步以太网络中，ＳＳＭ的使用准则将有待进一步研究。用户数据字段ＳＳＭ部分的安排见图６。用户数据字段剩下的空位装填充数据。两穆敬翁幅国ｌＳＳ嘲｝８．拈８—５ｊ羹薯ｉ≥毫Ｉ警嘧蓬强ｊ｜器ｊｊＢｉｔｓ４—１预翻现存ＳＳＭ状态现存ＳＳＭ状态由ＩＴＵ—ＴＧ７０７规范预留用于ＳＳＭ图６同步状态信息格式２．３同步以太网的抖动和漂移在广域网环境中，同步以太网产生的抖动和漂移的方案需要满足抖动和漂移的网络容限。同步以太交换中的同步功能取决于内嵌时钟的性能特性。当该时钟同步到另一个类似的同步以太网时钟或更高质量的时钟时，该时钟应确保出现适当的网络操作。为了与现存同步网的一致，内嵌时钟必须基于Ｇ．８１３ＳＥＣ（ＳＤＨ设备时钟）。当这样的同步以太网与Ｇ８１２ＳＳＵ（同步供给单元）或ＳＡＳＥ（型同步设备】连接再连接到Ｇ．８１１ＰＲＣ时，用这样的网络时钟将能保证同步互联，同时也允许现存ＴＤＭ网与新的分组网之间同步互联。需要指出的是，这些方案不影响现存ＩＥＥＥ８０２．３的任何特性如频率容差等。在传统ＳＤＨ同步网中，规定了不同等级的同步时钟，Ｇ．８１１可以认为是一级ＰＲＣ，Ｇ，８１２可以认为是二级或三级的时钟ＢＩＴＳ，Ｇ８１３就是ＳＥＣ，也是网络中最低的时钟等级。在同步以太网中，也开始考虑组织一个像ＳＤＨ一样的同步链路。于是就出现了一个新概念：以太网设备时钟（ＥＥＣ），Ｇ．８２６２就是定义ＥＥＣ的一个规范。在同步时钟层次中，ＳＥＣ和ＥＥＣ是同等级别，也可以互联互通。３．同步以太网设备３．１新型以太网设备传统的以太网设备处异步工作方式，不需要同步传送功能，同步链路是中断的。新型以太网设备要求具有同步传送功能，同时要求支持ｌＥＥＥ８０２．３ａｈ。３．２同步以太网设备的时钟规范Ｇ．８２６２规范了同步以太网设备（网元）中时钟的最小要求，包括时钟精度，噪声转移，保持性能，抖动和漂移容限和产生的噪声。规范包含两种可选的同步以太网设备，称ＥＥＣ—Ｏｐｔｉｏｎｓ１和ＥＥＣ—Ｏｐｔｉｏｎｓ２。应用ＥＥＣ—Ｏｐｔｉｏｎｓｌ的同步以太网设备最好用来与２０４８ｋｂｉｔ／ｓ系列网络互联，而应用ＥＥＣ—Ｏｉｏｔｉｏｎｓ２的同步以太网设备最好用来与１５４４ｋｂｉｔ／ｓ系列网络互联。这试图使同步以太网能与现存的同步网进行互操作。此外，还要认真考虑基于ＥＥＣ—Ｏｐｔｉｏｎｓｌ的同步以太网设备与基于ＥＥＣ—Ｏｐ—ｔｉＯＲｓ２的同步以太网设备间的互联。Ｇ．８２６２规范了同步以太网设备（网元）中时钟的最小要求。然而，某些同步以太网元可能具有更高质量时钟，规范允许经适当的网络操作，从更高质量时钟来定时。同步以太网设备（ＥＥＣ）的同步输入，输出接ＩＺ］包含：１５４４ｋｂｉｔ／ｓ，２０４８ｋＨｚ，２０４８ｋｂｉｔ／ｓ，ＳＴＭ—Ｎ，６４ｋＨｚ，６３１２ｋＨｚ，同步以太网等接口。为了支持与现存网络设备的互操作，接１３应可选支持ＳＳＭ。同步以太网设备（ＥＥＣ）的外同步接１：３包含：２０４８ＭＨｚ／２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ，１５４４ＭＨｚ／１５４４Ｍｂｉｔ／ｓ，同步以太网等接口。主要是考虑容易从现存基于ＳＤＨ的同步分配结构升级到未来具有内嵌ＥＥＣ基于电信级以太网的同步结构。３．３混合ＳＤＨ／同步以太网设备及应用混合ＳＤＨ／同步以太网设备具有各种以太网和ＳＤＨ接１３。如图７所示的时钟选择机制“ＳＥＴＳ”功能适合该设备。ＳＥＴＧ具有Ｇ８２６２（对同步以太网）和Ｇ８１３（对ＳＤＨ）定义的特性。Ｔ４接口仅考虑：至ｆＪ：ｌＬ美网络应用，通过Ｔ４接１３提供网络定时到ＢＩＴＳ／ＳＳＵ。图７混合ＳＤＨ／同步以太网“ＳＥＴＳ”功能混合ＳＤＨ／同步以太网设备如图８所示。该图说明了混合网元的设备Ｉｔ３｛中（ＥＣ）与ＳＴＭ—Ｎ接Ｉ：１１和以太网接１３间的定万 方数据Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎ时关系。混合ＳＤＨ／同步以太网设备同时提供ＳＴＭ—Ｎ接口和相关的ＳＤＨ—ＶＣ交叉连接功能与以太网接口和相关的分组交换功能。ＥＴＹ接｜ＳＴＭ－Ｎ接ＩＥＴＹｊ＋菱ＳＴＭＬＮ接慧：ｙ一～刑吖他Ｈ裂图８用ＳＴＭ—Ｎ和ＥＴＹ接口的混合网元ＥＥＣ的时钟性能如同ＳＥＣ一样，能支持严格的定时分配链路（图９ｂ）。ＥＥＣ时钟能支持在同步链路任何位置使用混合网元。能支持从任一个类型输入接１３到任一个类型输出接１３的定时传送。使用以太网接１：３进行定时分配和使用混合网元时，都不需要修改ＳＤＨ网元或ＰＲＣ，ＳＳＵ的部署，即不出现新的ＳＳＭ编码点的ＳＴＭ—Ｎ接口。现在的同步网使用ＰＲＣ，ＳＳＵ和ＳＥＣ。ＳＳＵ通常是单独的设备。定时信息经ＳＤＨ网元从ＰＲＣ传至ｆＪＳＳＵ或ＳＳＵＮＳＳＵ。为了可靠，有两个或更多的路由，如图９ａ）所示。当在传送网中引入分组交换网元时，ＳＤＨ网元将被分组交换网元取代。重要的是在同步链路取代ＳＤＨ网元的位置，分组交换网元应接替定时传送功能。这样，就不需更改ＳＳＵ或ＰＲＣ。如图９ｂ）所示，有两个同步链路，一个由ＳＤＨ网元组成（Ｓ）而另一个由分组交换网元组成（Ｅ）。采用新型混合网元，如图８所示的网元（Ｈ）能放在同步链路的任何位置，如图９ｃ）所示。上面Ｈ网元用ＳＴＭ—Ｎ现代传输＼蛏▲！曼ｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ接口输入，以太网接口输出。下面Ｈ网元用以太网接口输入，ＳＴＭ—Ｎ接口输出。定时从ＳＴＭ—Ｎ到以太网和以太网到ＳＴＭ—Ｎ分别传送。ａ）ｂ）Ｃ）图９用不同类型网元实现的同步链路３．４同步以太网设备的时钟芯片目前已经有支持同步以太网的多家公司芯片面市。Ｚａｒｌｉｎｋ也与Ｍａｒｖｅｌｌ公司近日进行了同步以太网互操作性测试。典型的芯片是Ｍａｘｉｍ公司推出一款可提供全运营级时钟同步的ＤＳ３１０４芯片，采用基于ＤＳＰ的数字ＰＬＬ（ＤＰＬＬ）技术。ＤＳ３１０４的关键创新之处在于包含了两路的ＤＰＬＬ，可以实现以太网时钟速率和ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ速率之间的双向频率转换。ＤＳ３１０４具有非常灵活的时钟Ｉ／Ｏ功能。器件可提供八路时钟输入，并且各路输入均可以被分配到两路内部ＤＰＬＬ中的任意一个。器件持续监控所有输入的品质，并且可以根据配置的标准自动筛选。８路时钟输入可接收所有常见电信时钟速率，包括２ｋＨｚ、８ｋＨｚ、ＤＳｌ、Ｅ１、ＤＳ２、ＤＳ３、Ｅ３、０Ｃ一３Ｎｘｌ９．４４ＭＨｚ，以及全部以太网Ｍ¨时钟速率（包括２５ＭＨＺ、１２５ＭＨｚ以及１５６２５ＭＨｚｏ时钟输入还可以接收２ｋＨｚ的倍频（最高至７７．７６ＭＨｚ）以及８ｋＨｚ的倍频（最高至１５５．５２ＭＨｚ），使输入与其他各种工业时钟，包括１３ＭＨｚ和３０７２ＭＨｚ基站时钟以及来自ＧＰＳ接收器的１０ＭＨｚ时钟兼容。ＤＳ３１０４的ＤＰＬＬ可以直接锁定至各种常用的电信频率。ＤＰＬＬ还可以通过输入分频器锁定到直接锁定频率的整数倍。ＤＰＬＬ带宽可编程为１Ｈｚ至６００Ｈｚ，并且具有多种阻尼系数。主ＤＰＬＬ可以选择采用相位构建技术，当主系统时钟失效时，７４＿ｈ１Ｊ现代传输万 方数据可以无过；中切换至次系统ｔ，１－４中。这种情况下，即使器件通过没有温度补偿的廉价晶振同步，输出时钟相移通常低于纳秒。主ＤＰＬＬ具有精确的数字保持模式，当系统时钟基准失效或者没有接入时用于维持输出ｔ，１４中。ＤＳ３１０４可以同时产生总共七路输出时钟频率，加上２ｋＨｚ和８ｋＨｚ的帧脉；中。各路输出时钟可以被锁频至任意一路ＤＰＬＬ，实现最大的灵活性。对于ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ／ＳｖｎｃＥ混合线卡，器件可以同时产生ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ速率（例如，１５５．５２ＭＨｚ）、１Ｇ以太网ＧＭ｜Ｉ时钟速率（１２５ＭＨｚ）以及１０Ｇ以太网ＸＧＭ｜｜时钟速率（１５６．２５ＭＨｚ或３１２．５ＭＨｚ）。所有速率均可以通过主ＤＰＬＬ频率锁定到选定的系统时钟。输出时钟具有与输入时钟相同的频率，加上高达１２．５ＭＨｚ的差分时钟速率。此外。可编程同步引擎可以产生２ｋＨｚ的倍频（最高至７７７６ＭＨｚ），以及８ｋＨｚ的倍频（最高至３１１．０４ＭＨＺ），以及很多其他所需的频率。４．总结本文描述的同步以太网不同于ＩＥＥＥ８０２．９的ｉｓｏＥＮＥＴ同步以太网（１０ＢＡＳＥ—Ｔ异步和６．１４４Ｍｂｉｔ／ｓ同步网络），也不同于ＩＥＥＥｌ５８８用于工业控制的同步以太网（基于分组的方式，（ＰＴＰ）精确同步时钟协议）。本文提到的同步以太网是ＩＴＵ—Ｔ最新规范的电信级同步以太网，它将ＳＤＨ和以太网技术的优势紧密结合在一起，实现以太网的电信级改造。ＳＤＨ是一种优秀的传输技术，既是一个业务传输网又是一个同步分配网。同步以太网的时钟分配方案可认为是扩展了现存的同步分配网，而且又是一种分组同步分配网，更加适合以分组为中心的下一代网络对同步的需求。圈ｆ１１ＩＴＵ—ＴＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＧ．８２６１／Ｙ１３６１（２００６）Ｔｉｍｉｎ．ｑａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｓｉｎｐａｃｋｅｔｎｅｔｗｏｒｋｓｆ２１ＩＴＵ－ＴＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＧ８２６２／Ｙ．１３６２（２００７）ＴｉｍｉｎｑｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｌａｖｅｃｌｏｃｋｆＥＥＣ）ｆ３１ｍａｘｉｍ—ｉｃｃｏｍ／ｅｒｒａｔａＤＳ３１０４一ＳＥＬｉｎｅＣａｒｄＴｉｍｉｎａＩＣｗｉｔｈＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔＳｕｐｐｏｒｔ作者简介吴先涛：工程师，深圳大吴承治：教授级高唐电信科技股份有限公司工，《现代传输》ＴＤ项目部工作。编委会副主任。网同步以太网及其时钟
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
吴先涛， 吴承治， Wuxiantao， Wuchengzhi
吴先涛,Wuxiantao(深圳大唐电信科技股份有限公司,成都,610021)， 吴承治,Wuchengzhi(电信科学技术第五研究所,成都,610062)现代传输
MODERN TRANSMISSION2007(6)
1.ITU-T Recommendation G.8261/Y.1361-2006.Timing and synchronization aspects in packet networks2.ITU-T Recommendation G,8262/Y.1362-2007.Timing characteristics of synchronous Ethernet equipmentslave clock (EEC)
3.DS3104-SE Line Card Timing IC with Synchronous Ethernet Support
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