摘要：GPON作为移动通讯的基站回传计划需求支撑高精度的时刻同步，本文首要简略介绍了IEEE 1588v2协议根本机制，然后剖析了在GPON体系中完结1588的几大难点，并介绍了烽烟GPON特别体系结构下的时刻同步完结计划架构，给出了牢靠的测验数据，最终针对GPON体系时刻同步还存在的问题提出了针对性的主张。
关键词：基站回传;时刻同步;IEEE 1588v2;GPON;内部同步机制
近年来，跟着3G技能的遍及和4G年代的降临，无线事务呈现了爆破式的增加。假如仍选用租借E1/T1的回传方法，网络的OPEX将因为带宽事务的增加而不断上升，因而急需本钱低价而且事务安全和质量有确保的基站回传解决计划。运用GPON的多事务会聚才干能够完结基站回传，而且相关于PTN和IP RAN计划有着巨大的本钱优势，有望成为未来小型基站回传的主导形式。在现网的移动通讯制式中，3G的CDMA2000、TD—SCDMA制式以及4G的 WiMAX/LTE制式，都运用了同步基站技能，基站作业的切换、周游等都需求高精度的时刻同步供给精确的时刻操控。现阶段运用最为老练和广泛的时问同步技能是GPS卫星授时方法，可是存在本钱高，选址施工困难，毛病率高，政治不安全要素等问题，不是大规模运用的抱负计划。依据硬件时刻戳技能和网络时刻同步协议的IEEE1588v2时刻同步能够抵达ns级的时刻同步精度，克服了GPS卫星授时的各种坏处，现已被运营商承受为未来的干流的时刻同步技能。由此可见，PON有必要支撑IEEE1588v2时刻同步才干运用于回传网络中。
1 IEEE1588v2时刻同步技能简介
1.1 IEEE1588v2协议简介
IEEE1588中文全称是“网络丈量和操控体系的精细时钟同步协议规范”，它界说了一种精确时刻协议PTP(Precision Time Protocol)，用于完结网络中不同设备间的精确时刻同步。协议共有两个版别，v2版别针对通讯网的特色进行了改善，更适合通讯范畴的运用。IEEE1588v2时刻同步需求软件协议和硬件高精度时刻戳技能结合完结。
1.2 时延丈量机制
时延丈量机制是1588时刻同步的最为中心的部分，根本原理是选用主从时钟方法，经过节点之间交流PTP协议报文丈量对称网络之间的时延确认主从时钟之间的时刻差错，由此纠正从时钟的时刻完结同步。因而需求软件协议和硬件时刻戳技能的结合才干完结。时延丈量机制几种报文交流和时戳获取的一般进程如图1所示。
图中t1是Master时钟发送Sync报文时，Master时钟本地的时刻;t2是Slave时钟接纳Sync报文时，Slave时钟本地时刻;t3是 Slave时钟发送Delay_Req报文时，Slave时钟本地时刻;t4是Master时钟接纳Delay_Req报文时，Master时钟本地的时刻，并写入Delay_Resp报文中发送给Slave时钟。假定主从时钟之间的链路时延是对称的，即报文交互的上下行所用时刻相一起，从时钟依据已知的 4个时刻值，能够核算出与主时钟的时刻偏移量和链路时延。设主从时钟之间的链路时延为Delav，主从时钟之间的时刻差错为Offset，能够得到
时延丈量机制的条件是：主从时钟之间的链路时延是对称的，也便是tms=tsm=Delay。假如不对称的时延是固定的，能够在实践测验中经过补偿来批改，时延不固定将带来直接差错，1588本身机制无法检测和消除这种差错，而且能够累积传送到下流时刻节点。
需求留意的是，t1时戳的获取方法有one_step形式和two_step形式两种，one_step形式由Svnc报文直接获取，而two_step 形式是由一段时刻后发送的Follow_Up报文发送获取，如图1中所示。这两种形式只与芯片处理才干有关，不影响时延丈量核算方法。
1.3 时钟模型
IEEE1588v2将网络中每个支撑1588的节点设备界说为一个时钟，依据不同的运用场景协议界说了OC、BC、TC这3种时钟模型：
1)一般时钟OC(Ordinay Clock)。网络始端或终端设备，该设备只需一个PTP端口，只作业在Slave或Master状况。
2)鸿沟时钟BC(Boundary Clock)。网络中心节点设备，该设备有多个PTP端口。其间一个端口可作为Slave，设备体系时钟和时刻经过此端口同步于上一级设备，其他端口作为 Master，供给给下一级时刻节点的Slave端口用作同步，完结逐级的时刻传递。
3)透传时钟TC(Transparent Clock)。网络中心透传时刻设备，该设备不完结PTP同步报文，也不必同步于上一级设备。仅仅对报文中批改域数据进行更新，并转发到下一节点。按照链路时延核算方法，可分为E2E(END TO END)和P2P(PEER TO PEER)两种。
E2E形式：在始端和结尾交互报文，进行线路时延的核算。在中心节点只核算驻留时刻并批改correction Field。
P2P形式：在始端到结尾的每一段都进行线路时延和节点驻留时刻的核算，将核算的值累加并批改correction Field，传送给结尾。
1.4 BMC算法
IEEE1588v2中界说了最优时刻源算法BMCA (Best Master Clock Algorithm)，能够主动挑选时刻同步网中的最优时刻服务器，主动挑选同步途径，并能在时刻源毛病和链路毛病时，主动完结时刻源和同步途径的切换。 BMC算法经过每个PTP端口接纳到的Announce报文获取每条同步途径对应的GM(祖父时钟)的信息，依据数据集比较算法按照必定的次序顺次比较不同GM之间的各项时钟信息，选出最优的时钟，最终经过状况决议计划算法决议计划最佳的GM对应的PTP端口，完结选源操作。这3个流程会依据设定的周期重复进行。关于同一个域中的时钟节点设备，不管网络中布置了几个不同的时刻服务器，只需各节点时钟都是共同于IEEE1588v2的BMC算法，协议就能依据GM不同的参数装备，完结有条有理的时刻源挑选和切换。
2 GPON体系时刻同步技能研究
2.1 OLT与ONU之间的同步机制
在GPON体系中，OLT和ONU与一般的时刻同步节点运用场景共同，能够直接参阅PTN设备的规划理念，OLT与ONU之间的同步则不能参阅。OLT下行和ONU上行经过不同的波长在同一根光纤中完结波分复用(WDM)，可是OLT下行选用播送方法，时延较小，ONU上行运用TDMA方法发送数据，按照OLT的授权时刻片来发送，因而上行时延难以操控，关于链路对称性有严格要求的1588时延丈量机制来说，这是不行忍受的。
在GPON体系中，下行时延能够经过测距取得，因而能够不运用IEEE 1588v2的延时丈量机制核算时延。OLT从上级时刻同步源同步了时刻后，OLT与ONU之间能够经过其内部机制进行时刻同步，ONU经过由OLT下行某一帧中所带精确时刻信息，加上经过测距算得的时延来同步本身的时刻，其根本原理如图2所示，GPON依据125us帧传输，每个帧头固定有一个 super frame指示位，以此来符号时刻。
GPON体系中OLT与ONU之间的这种机制由ITU—T在G.984.3_AMD_2中进行了具体界说，包括高精度时刻信息的的ToD音讯经过OMCI通道发送给ONU。具体步骤如下：
1)OLT选取未来的super frame计数为N的某下行帧发送时刻作为同步时刻参阅点，并核算出陔下行帧帧头抵达零距离时延ONU的时刻TstampN，如式3所示
TsendN表明猜测的未来超帧计数为N的超帧发送时的内部参阅时刻点，△OLT表明在OLT内部的时延。n1310和n1490别离表明波长为1 310 nm和1 490 nm的上下行光对应的折射率;
2)核算出该时刻TstampN并存储同步时刻联系对(N，TstampN)，在尔后的恣意时刻，OLT都可选取某一下行帧将此联系对经过OMCI通道下发给恣意某ONUi;
3)该ONUi依据本身的EqD以及处理时刻等核算出序号为N的下行帧帧头抵达本地的精确时刻TrecvN,i，如式(5)所示
△i表明在ONU内部的时延;
4)当序号为N的下行帧抵达ONUi时，ONUi将本地时刻调整为TrecvN,i，然后完结与OLT的时刻同步。
2.2 GPON体系的时钟模型
GPON体系因为本身架构的杂乱，在时钟模型的剖析上相关于PTN设备也有所不同。若将GPON作为一个全体剖析，OLT上接承载网时钟节点，ONU下接基站，即有Slave端口也有Master端口，应该视作一个BC;可是将GPON各个部分分隔剖析，OLT和ONU几乎是两个独立的时钟节点，而且 OLT处完结了1588，ONU处是作为起点建议1588，这就能够将OLT和ONU视为OC模型。因而，能够将GPON看作一个由两个背靠背的OC组成的BC模型，如图3所示。
2.3 GPON体系的时钟同步
高精度的时刻同步是以高精度的时钟同步为根底的，现在的1588时刻同步计划中，为了完结安稳的时刻同步功能，都运用了1588+SyncE的混合同步方法。在GPON体系架构下OLT能够从上游的物理线路中提取同步以太网时钟，也能够经过纯1588v2协议来完结频率同步，这个频率也是与上游同源的，而且都能够向下流传递;OLT到ONU之间也支撑SvncE同步以太网时钟同步;ONU再将从OLT取得的时钟持续向下流基站传输，这样就与中心网组成了不间断的SyncE频率同步网络。
3 GPON体系时刻同步体系规划
在整个GPON体系完结时刻同步需求经过3个部分的流程：OLT与上游设备的同步、OLT和ONU之间的同步、ONU与下流基站的同步。 OLT作为GPON的时刻接入点，支撑带内1588方法同步于上游承载网时刻节点，一起还需求预留带外1PPS+TOD接口同步于GPS时刻作为备用;在 ONU侧，ONU作为GPON的时刻输出点，支撑带内1588方法与下流基站进行同步，一起还需求预留带外1PPS+TOD接口直接输出给支撑带外方法的基站运用;OLT与ONU之间则是经过ITU—T在G.984.3_AMD_2中界说的内部机制由OMCI通道下发ToD给ONU进行同步。在频率同步方面，GPON整个体系都支撑SyncE频率同步，而且OLT预留了BITS时钟接口，ONU也能直接输出2 M时钟。体系结构如图4所示。
4 试验与定论
文中提出的这套计划现已在烽烟通讯GPON设备中得到完结，而且进行了全面的体系测验，取得了全面的测验数据。运用OLT的带外接口同步GPS的1PPS+TOD，并由ONU的1PPS+ TOD接口直接输出，这儿首要验证OLT与ONU之间的内部机制，测验时刻150000 s左右，TIE功能为-0.5～+1.5 ns，曲线如图5所示，结果表明内部机制完全契合目标。
装备OLT和ONU都运用带内1588方法同步，验证整个体系时刻同步功能，测验时刻65 000s左右，外表Slave端口的CTE\DTE功能，滑动均匀窗口10 s，功能为-42～22.5 ns，曲线如图6所示，体系的时刻同步功能安稳，而且契合测验目标，此套规划计划可行。
5 结束语
本文提出的GPON体系时刻同步计划在烽烟的GPON设备中得到完结，用很多的试验室测验进行了验证，现在现已在武汉电信、湛江移动、福州移动等LTE基站回传现网试点进行了测验，测验功能杰出，已具有商用条件。GPON有着优异的多事务承载才干，时刻同步技能发展也十分迅速，信任未来将成为小型基站回传的干流计划;一起，GPON对1588时刻同步的支撑，弥补了1588在接入网侧的空白，有助于全网组成1588时刻同步网。
