(完整版)IEEE-1588协议基础ppt版课件.ppt

1、IEEE 1588协议基础篇Contents一、时钟同步模型二、消息字段三、数据集四、数据类型一、时钟同步模型IEEE 1588 又叫网络化测量及控制系统的精确时钟同步协议，PTP（精确时钟协议），使用硬件和软件配合，不需要额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，使组网连接简化和降低成本。1.1 PTP消息类型分为两类：事件消息、普通消息。事件消息是在发送和接收端都要打精确的时间戳，普通消息不需要打时间戳。（1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd l R1.2 消息时间戳的产生当发送和接收任何事件消息时，都会产生时间戳。当消息的时间戳点经过节点与网

2、络的边界时，时间戳事件发生，时间戳产生模型如下图所示：上图中A B C为打时间戳的点 这个点越靠近1.3 两种同步机制延时请求响应机制（Delay Request-Response Mechanism）对等延时机制（Peer Delay Mechanism）（1）延时请求响应机制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息进行消息同步，测量一对PTP端口的，模型为t2 t1=Delay+Offsett4 t3 =Delay OffsetDelay=(t2 t1)+(t4 t3)2Offset=(t2 t1)(t4 t3)2在算法校正过程中，对从时钟的校正是通过

3、校正offset实现的，Delay通常影响Offset的值，因此要通过测量这个延迟值来修正Offset。（2）对等延时机制对等延时机制用来测量端到端传输时间，如支持对等延时机制的通信端口的链路延时。用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息进行同步。对于普通和边界时钟，对等延时机制与端口是master还是slave没有关系。=(t2 t1)+(t4 t3)21.4 设备类型有5中基本的设备类型（1）普通时钟（Oridinary clock）（2）边界时钟（Boundary clock）（3）端到端透明时钟（End-to-end transpa

4、rentclock）（4）对等透明时钟（Peer-to-Peer transparentclock）（5）管理节点（Management node）普通和边界时钟的端口，两种机制都可以使用，端到端透明时钟与这两个机制无关，对等透明时钟使用对等延时机制。（1）普通时钟通过以一个物理端口为媒介的两个逻辑接口和网络通信，事件接口用来发送和接收事件消息，包括两类数据集，分别是时钟数据集和端口数据集。端口数据集包含端口属性，包括PTP状态。Protocol engine：（1）发送和接收PTP消息（2）维护数据集（3）执行与端口相关的状态机（4）如果端口在slave状态，基于接收到的PTP定时消息和产生

5、的时间戳，计算Master的时间。Local clock：当普通时钟端口在slave状态时，本地时钟的控制环路调节时钟，使它的时钟与它的主一致。如果端口在master状态，本地时钟在freerun状态（2）边界时钟边界时钟模型如图所示，有多个物理端口，每个端口和一个普通时钟的端口类似，但有一些例外：1）时钟数据集对边界时钟的所有端口共用；2）local clock也对边界时钟的所有端口共用；3）每一个协议引擎需要附加功能，它需要处理所有端口的状态，决定利用哪个端口提供的时间信号来同步本地时钟。与同步、建立主从层次和信令相关的信息终止在一个边界时钟的协议引擎，不再向前转发，管理消息由边界时钟的其

6、它端口转发，服从限制一个系统的消息传输时间的约束（3）End-to-End透明时钟设备模型如图所示，像一个网桥、路由器和转发器一样，端到端透明时钟发送所有的消息。对于PTP事件消息，驻留时间桥测量PTP事件消息的驻留时间。驻留时间在一个特殊的域correctionField累积。这些校正是当事件消息进入和离开透明时钟产生的时间戳的不同。校正值计算如下图所示注意 用来计算驻留时间的时间戳是基于本地时间产a）RC（Rate Control）利用延时请求响应机制校正本地时钟频率等于master的时钟频率。这个方法的关键是它的操作是一个闭环，这意味着在一个节点的本地振荡器调节会影响下面的节点。b)RE

7、（Rate Estimation）不控制本地振荡器，让其自由运行，用本地时间计算的驻留时间加到Sync或者Follow_Up消息中，比较接收到的sync和Follow_Up的驻留时间，计算本地自由运行时钟与上一级时钟之比。当驻留时间相对于时钟比值的足够大，一连串透明时钟的最差相位误差累（4）Peer_to_Peer 透明时钟设备模型如图所示，与End_to_End透明时钟不同在于：它校正和处理PTP定时消息的方式上。对等透明时钟有一个block，这个block用来计算每个端口与其它端口的链路延时。通过交换Pdelay_Req，Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up消

8、息来计算。对等透明时钟和链路延时的校正模型如下图所示。（5）管理节点管理节点的设备特征是：a）可以有一个或者多个物理连接连接到网络中；b）PTP管理消息的手动或可编程接口。c）能结合所有的时钟类型。1.5 同步在协议的执行过程中又来那个阶段：（1）建立主从层次；（2）同步时钟1.5.1 建立主从层次PTP的状态有：Master、Slave和Passive。利用最佳主时钟算法来找最好的时钟，包含两个独立算法：（1）数据集比较算法（2）状态决策算法数据集比较算法以下列这些优先属性比较算法：（1）priority1：用户可配置的指定，指这个时钟是否是固定的可选时钟；（2）clockClass：详细说

9、明时钟的TAI可跟踪性属性；（3）clockAccuracy：定义一个时钟精度的属性；（4）offsetScaledLogVariance：定义时钟稳定性属性；（5）Priority2：是否是备选的主时钟；（6）clockIdentity：基于独特标志符的附加表示规则。最佳主时钟算法清楚地选择两个时钟中的一个更优。简单的主从层次如下图所示：只有普通和边界时钟维持这种状态形式，同时也只有边界时钟能在主从层次中建立分支点。二、消息字段PTP协议根据发送和接收到的消息来计算时间偏差和延迟，每个消息都由一个消息头（header），消息体（body）和消息后缀（suffix）组成。2.1 消息头2.1.

10、1 transportSpecific（Nibble）根据传输的媒介有不同的说明。2.1.2 MessageType（Enumeration4）2.1.3 versionPTP（UInteger4）是发送消息节点的数据集portDS.versionNumber的值。2.1.5 domainNumber（UInteger8）此消息的发出节点不同，domainNumber的值不同。2.1.6 flagField（Ocet2）一些标志位，表示的意义如下表2.1.7 correctionField（Integer64）它的值是ns数诚意216，如2.5ns表示成0 x0000000000028000，

11、它的值依赖于消息类型2.1.8 sourcePortIdentity（PortIdentity）sourcePortIdentiy的值是发送消息端口数据集的portDS.portIdentity的值。2.1.9 sequenceId（UInteger16）除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、management消息外，所有的消息都有sequenceId序列池，对于从同一个时钟的同一个端口发出同一个消息，后一个消息的sequenceId是前一个的值1，采用循环计数的方式。2.1.10 controlField（UInt

12、eger8）主要是为兼容V1版本而设置的一组值，接收方不使用这组消息。2.1.11 logMessageInterval(Integer8)的值决定于消息类型 如2.2 Announce消息域如表：2.2.1 originTimestamp（Timestamp）当Announce消息发送时，这个的值置为0或者是与发送节点的本地时间相差在1s之内。2.2.2 currentUtcOffset2.2.3 grandmasterPriority1（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority1的值。2.3.4 grandmasterClockQua

13、lity（ClockQuality）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterClockQuality的值。2.3.5 grandmasterPriority2（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority2的值。2.3.6 grandmasterIdentity（ClockIdentity）数据集成员的parentDS.grandmasterIdentity的值。2.3.7 stepsRemoved（UInteger16）发送消息的时钟数据集的currentDS.stepsRemoved的值。2.3 Sync和Delay_

14、Req消息2.3.1 originTimestamp（Timestamp）对于Sync消息，当为One-step时钟时，OriginTimestamp的值应该是Sync的，不包括小数ns，Sync消息correctionField的值和originTimestamp的值应该是真实的。当为Two-step时钟时，originTimestamp的值还是，不包括小数ns，但是correctionField的值是0，由对应的Follow_Up消息来表示2.4 Follow_Up消息2.4.1 preciseOriginTimestamp（Timestamp）Follow_Up消息的preciseOri

15、ginTimestamp是与对应的Sync消息的，Follow_Up消息和Sync消息的correctionField的和与preciseOriginTimestamp相加，就是同步消息发送的精确时间。2.5 Delay_Resp消息2.6 Pdelay_Req消息注意：这里的reserved域是为了使得Pdelay_Req消息的长度等于Pdelay_Resp消息的长度，因为在一些网络或者网桥中，长度不同的消息有不同的传输时间，这样会引来不对称误差。2.7 Pdelay_Resp消息2.9 管理消息2.9.1 domainNumber of the headerdomainNumber应该是目

16、标domain2.9.2 sequenceId of the header如果是一个响应management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一个序列池。012345FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4 startingBoundaryHops（UInteger8）对于非响应的管理消息，startingBoundaryHops是依情况变化的。对于响应的管理消息，它的值是startingBoundaryHopsboundaryHops。2.9.5 boundaryHops（UInteger8）指管理

17、消息在边界时钟的剩下需连续转发数量。2.9.6 actionFiled（Enumeration4（hex）Value）Action三、数据集普通和边界时钟应该维护的数据集有：（1）defaultDS（2）currentDS（3）parentDS（4）timePropertiesDS（5）portDS透明时钟应该维护的数据集：（1）transparentClockDefaultDS（2）transparentClockPortDS数据集有三种属性：分别为staticdynamic3.1 defaultDS数据集成员说明defaultDS数据集是描述时钟本身的属性。成员有-defaultDS.tw

18、ostepFlag-defaultDS.clockIdentity-defaultDS.numberPorts-defaultDS.clockQuality-defaultDS.priority1-defaultDS.priority2-defaultDS.domainNumber-defaultDS.slaveOnly前三个是静态数据成员defaultDS.clockQuality是动态成员，包括：（1）defaultDS.clockQuality.clockClass（2）defaultDS.clockQuality.ClockAccuracy（3）defaultDS.clockQuali

19、ty.offsetScaledLogVariance这三个数据成员都是时钟自己的属性。3.2 currentDS数据集成员说明数据成员都是动态的，包括的成员有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地时钟和grandmaster时钟之间通信路径的数量。（2）currentDS.offsetFromMaster=（3）currentDS.meanPathDelay按照两种机制算出来的路径延迟。3.3 parentDS数据集说明parentDS数据集的初始化应该在defaultDS数据集初始化之后，它的所有成员都是动态的。数据集成员有：（1）parentDS.parentPo

20、rtIdentity指的是发送Sync消息的Master的PortIdentity，初始化值应该遵循：a）parentDS.parentPortIdentity.clockIdentity的值是defaultDS.clockIdentity的值。b）parentDS.portNumber的值初始化为0。（2）parentDS.parentStats如果时钟有一个端口是Slave状态，并且统计地计算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS observedParentClockPhaseChangeRate的值时（4）pa

21、rentDS.observedParentClockPhaseChangeRate以从时钟来观察的parent时钟的相位变化率估计，正值表示parent时钟的相位变化率大于slave时钟的相位变化率。初始化值为7FFFFFFF。注：这个值依赖于测量时间间隔，如果这个值对一个应用来说确实有用，时间间隔应该在PTP协议中说明。（5）parentDS.grandmasterIdentity它是grandmaster时钟的clockIdentity。初始化值为defaultDS.clockIdentity。（6）parentDS.grandmasterClockQuality（7）parentDS.g

22、randmasterPriority1（8）parentDS.grandmasterPriority25 678都是grandmaster的对应的值初始化时都初始化成3.4 timePropertiesDS数据集成员说明timePropertiesDS数据集成员有：（1）timeProtertiesDS.currentUtcOffset（2）timeProtertiesDS.currentUtcOffsetValid（3）timeProtertiesDS.leap59（4）timeProtertiesDS.leap61（5）timeProtertiesDS.timeTraceable（6）ti

23、meProtertiesDS.frequencyTraceable（7）timeProtertiesDS.ptpTimescale（8）timeProtertiesDS.timeSourcecurrentDS数据集的所有成员都是动态的。timeProtertiesDS.ptpTimescale的值应该在其它数据集成员初始化之前进行初始化。3.5 portDS数据集成员说明对普通时钟的端口和边界时钟的每个端口，应该维护端口数据集来给协议决策和提供消息域的值作为基础。数据集的数量应该是defaultDS.numberPorts的值。静态成员有：（1）portDS.portIdentity这个值就是

24、本地端口的PortIdentity属性。动态成员有：（1）portDS.portState：值与状态的对应关系如下表所示（2）portDS.logMinDelayReqInterval指的是Delay_Req消息最小允许的平均时间间隔，这个值是slave发个master，这个的值视master时钟能处理的Delay_Req消息的能力来确定。（3）portDS.peerMeanPathDelay如果时钟是peer-to-peer时钟，这个的值硬挨链路上的当前单路传输延迟的估计。可配置成员有：（1）portDS.logAnnounceInterval这个值说明Annouce消息发送的时间间隔。（2

25、）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指发出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES时，没有收到Announce消息的个数。（3）portDS.logSyncInterval指的是Sync消息的时间间隔四、数据类型数据类型有源数据类型和衍生数据类型，衍生数据类型都是由源数据类型构成的。4.1 源数据类型4.2 衍生数据类型（1）时间间隔类型描述TimeIntervalstruct TimeIntervalInterger64 scaledNanoseconds；/单位是2-16ns。（2

26、）时间戳类型描述Timestampstruct TimestampUInteger48 seconds；UInteger32 nanoseconds；（3）ClockIdentitytypedef Octet8 ClockIdentity；（4）PortIdentitystruct PortIdentityClockIdentity clockIdentity；（5）PortAddress 表示PTP端口协议地址Struct PortAddressEnumeration16 networkProtocol;UInteger16 addressLength;OctetaddressLength

27、addressField;（6）时钟质量struct ClockQualityUInteger8 clockClass；Enumeration8 clockAccuraccy；Integer16 offsetScalelogVariance；（7）TLV扩展struct TLV（8）PTP Text 用来表示PTP消息的文本材料Struct PTPText UInteger8 lengthField;OctetlengthField textField;（9）FaultRecord 用来组成错误纪录UInteger16 faultRecordLength;Timestamp faultTime;Enumeration8 severityCode;PTPText faultName;PTPText faultValue;PTPText faultDescription;BackBackBackBackBack