高端路由器时间同步的研究与实现

发布时间：2017-10-02 13:15

  本文关键词：高端路由器时间同步的研究与实现

  更多相关文章： 时间同步 同步以太网 报文 时间戳

【摘要】：时钟同步技术是IP RAN(Radio Access Network,无线接入网)建设的关键技术之一。时钟同步包括频率同步和时间同步,在无线网络中,频分复用制式如WCDMA只需要保证频率同步,而时分复用制式如TD-SCDMA则需要在支持频率同步的基础上支持时间同步。目前IP RAN支持的主要时钟同步技术中只有IEEE1588v2支持时间同步,而且中国移动在IP RAN建设中明确要求核心和汇聚接入设备必须支持IEEE1588v2协议。IEEE1588v2协议即精密时间协议(Precison Time Protocol,PTP),该协议定义了网络中完成高精度时间同步的原理和报文交互的规范,主要用于解决成本过高及精度不足等问题。目前,在无线网络建设中解决时间同步的主要方案是在基站节点上安装GPS(Global Position System)接收器,通过获取卫星时间完成各接入设备间的时间同步。但是GPS方案存在施工难度大、成本高、可靠性低等缺点,IEEE1588v2不仅能够提供与GPS同级别的时间同步能力,还能克服GPS的上述缺点。本文研究的是将IEEE1588v2协议用在IP RAN的核心层高端路由器上完成时间同步,证明该方案可以替代GPS同步方案。本文对IEEE1588v2协议中的关键点做了研究,包括协议概念、报文类型及格式、时钟工作模式、同步机制中的数据集与状态机等内容。高端路由器的时钟功能模块包括主控制板和业务板两部分,分别在三、四章中进行了介绍。本文采用在同步以太网技术完成物理层频率同步的基础上通过IEEE1588v2协议报完成时间同步的方案。两项技术的实现都需要软硬件的支持,项目背景主要是基于业务板上支持IEEE1588v2协议的网络转发芯片(Network Processors,NP芯片)和支持同步以太网功能的10GE(Gigabit Ethernet)以太网接口卡。其中在NP芯片完成PTP协议报文的收发和时间戳的获取,在以太网接口卡上完成对时钟信号的恢复与上送。主要工作包括以太网接口卡的开发、时间同步功能的驱动编码和系统组网测试,最终完成高端路由器设备内部和主从设备间的时间同步。并参照IP RAN时间测试规范进行了组网测试,在给出组网测试结果的同时进行了精度分析,从而验证该方案完成时间同步的可行性。最后,提出了本文的不足和对未来的展望。
【关键词】：时间同步 同步以太网 报文 时间戳
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.05
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 专用术语注释表9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 IEEE1588协议的发展14-15
• 1.2.2 IEEE1588协议的研究现状15-16
• 1.3 研究内容和结构安排16-17
• 第二章 PTP时间同步17-31
• 2.1 PTP协议概念及报文17-21
• 2.1.1 PTP协议基本概念17-19
• 2.1.2 PTP协议报文及传输19-21
• 2.2 PTP协议同步原理21-26
• 2.2.1 PTP时钟工作模式21-23
• 2.2.2 PTP同步校准原理23-26
• 2.3 PTP协议机制26-30
• 2.3.1 PTP时钟模型26-27
• 2.3.2 PTP数据集27-28
• 2.3.3 PTP状态机28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 高端路由器的频率同步实现31-46
• 3.1 设备介绍及项目背景31-34
• 3.1.1 高端路由器介绍31-32
• 3.1.2 项目背景32-34
• 3.2 时钟扣板功能模块34-40
• 3.2.1 DS31408时钟芯片34-35
• 3.2.2 FPGA逻辑35-39
• 3.2.3 1588时间引擎39-40
• 3.3 频率同步方案40-45
• 3.3.1 8KHz基准时钟40-42
• 3.3.2 同步以太网技术42-43
• 3.3.3 以太网接口卡及驱动43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 高端路由器的时间同步实现46-60
• 4.1 时间同步方案46-51
• 4.1.1 1PPS/TOD标准46-47
• 4.1.2 从时间源获取时间47-48
• 4.1.3 主从设备的时间同步48-51
• 4.2 业务板功能模块51-53
• 4.2.1 网络处理芯片51-52
• 4.2.2 RTC时钟与同步52-53
• 4.3 IEEE1588协议的实现53-59
• 4.3.1 软件架构分析53-55
• 4.3.2 时间戳处理55-56
• 4.3.3 PTP报文处理56-58
• 4.3.4 产品驱动开发58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 时间同步测试及结果分析60-68
• 5.1 组网设计及分析60-64
• 5.1.1 组网测试环境60-62
• 5.1.2 组网模式62-64
• 5.2 时间同步测试64-67
• 5.2.1 时间同步测试步骤64-65
• 5.2.2 测试结果及分析65-67
• 5.2.3 精度影响因素分析67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 参考文献70-72
• 致谢72

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