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PTP授时和NTP授时
PTP授时和NTP授时同步的特点
来源:时频网作者:小安网址:http://www.tf086.com

PTP时钟和NTP时钟同步的特点

PTP时钟

PTP(PrecisionTime Protocol)是一种对标准以太网终端设备进行时间和频率同步的协议,也称为IEEE 1588,简称为1588。1588分为1588v1和1588v2两个版本,1588v1只能达到亚毫秒级的时间同步精度,而1588v2可以达到亚微秒级同步精度。1588v2被定义为时间同步的协议,最初只是用于设备之间的高精度时间同步,随着技术的发展,1588v2也具备频率同步的功能(目前我公司的设备都是支持标准的PTP V2,IEEE1588-2008等网络对时协议)。

理论上任何PTP时钟都能实现主时钟和从时钟的功能,但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC(Grandmaster Clock),有着最好的稳定性、精确性、确定性等。根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC(通用协调时间)的可追溯性等特性,由最佳主时钟算法(Best MasterClock)来自动选择各子网内的主时钟;在只有一个子网的系统中,主时钟就是最高级时钟GMC。每个系统只有一个GMC,且每个子网内只有一个主时钟,从时钟与主时钟保持同步。

下图所示的是一个典型的主时钟、从时钟关系示意图:

主时钟、从时钟关系示意图

PTP时钟同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录,并且对每一条信息增加一个“时间戳”。有了时间记录,接收端就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时。

PTP域的节点设备按照一定的主从关系(Master-Slave)进行时钟同步。主从关系是相对而言的,同步时钟的节点设备称为从节点,发布时钟的节点设备称为主节点,一台设备可能同时从上层节点设备同步时钟,然后向下层节点设备发布时钟。对于相互同步的一对时钟节点来说,存在如下主从关系:

发布同步时间的节点称为主节点,而接收同步时间的节点则称为从节点。

主节点上的时钟称为主时钟,而从节点上的时钟则称为从时钟。

发布同步时间的端口称为主端口,而接收同步时间的端口则称为从端口。

应用了PTP协议的网络称为PTP域,网络中可能含有多个PTP域,PTP域是独立PTP时钟同步系统,一个PTP域内有且只有一个时钟源,域内的所有设备都与该时钟源保持同步。

IEEE1588标准所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步,使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信,从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。

由于高精度的同步工作,使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的,不影响控制精度的范围。

NTP时钟

NTP(Network TimeProtocol)是由美国德拉瓦大学的David L. Mills教授于1985年提出,由时间协议、ICMP时间戳消息及IP时间戳选项发展而来。NTP用于将计算机客户或服务器的时间同步到另一服务器或参考时钟源。它使用UTC作为时间标准,是基于无连接的IP协议和UDP协议的应用层协议,使用层次式时间分布模型,所能取得的准确度依赖于本地时钟硬件的精确度和对设备及进程延迟的严格控制。除了可以估算封包在网络上的往返延迟外,还可独立地估算计算机时钟偏差,从而实现在网络上的高精准度计算机校时,它是设计用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间的一种通讯协定。

网络时间协议(NTP)的以合适的算法以增强时钟的准确性,并且减轻多个由于同步源而产生的差错,实现了准确性低于毫秒的时间服务,以满足目前因特网中路径量测的需要。通常让局域网上的若干台主机通过因特网与其他的NTP主机同步时钟,接着再向局域网内其他客户端提供时间同步服务。

下图所示的是一个典型的NTP时钟同步示意图:

在配置时,NTP可以利用冗余服务器和多条网络路径来获得时间的高准确性和高可靠性。实际应用中,又有确保秒级精度的简单的网络时间协议。NTP服务器可以使计算机时间同步化的一种协议,其同步时钟源不仅仅局限于网络的时间服务器,还包括时钟设备,如石英钟,原子钟,GPS接收器等。

NTP是网络时间协议(NetworkTime Protocol),它是用来同步网络中各个计算机的时间的协议。在计算机的世界里,时间非常地重要,例如对于火箭发射这种科研活动,对时间的统一性和准确性要求就非常地高,是按照A这台计算机的时间,还是按照B这台计算机的时间?NTP就是用来解决这个问题的,NTP(Network Time Protocol,网络时间协议)是用来使网络中的各个计算机时间同步的一种协议。它的用途是把计算机的时钟同步到世界协调时UTC,其精度在局域网内可达0.1ms,在互联网上绝大多数的地方其精度可以达到1-50ms。以上为广义的对PTP和NTP的说明,下面主要说明PTP时钟和NTP时钟的关联性特点,

小结:

IEEE1588 v2,主要应用于相对本地化、网络化的系统,内部组件相对稳定,其优点是标准非常具有代表性,并且是开放式的。由于它的开放性,特别适合于以太网的网络环境。

与其他常用于EthernetTCP/IP网络的同步协议如SNTP或NTP相比,主要区别是PTP是针对更稳定和更安全的网络环境设计的,所以更为简单,占用的网络和计算资源也更少。NTP协议是针对于广泛分散在互联网上的各个独立系统的时间同步协议。GPS(基于卫星的全球定位系统)也是针对于分散广泛且各自独立的系统。PTP定义的网络结构可以使自身达到很高的精度,与SNTP和NTP相反,时间戳更容易在硬件上实现,并且不局限于应用层,这使得PTP可以达到微秒以内的精度。此外,PTP模块化的设计也使它很容易适应低端设备。

IEEE1588PTP协议借鉴了NTP技术,具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准(IEEE1588Precision Clock Synchronization Protocol)”,简称PTP(PrecisionTiming Protocol),它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步,可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步,IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。

拓展知识:

同步的概念

  在现代通信网络中,大多数电信业务的正常运行要求全网设备之间的频率或时间差异保持在合理的误差水平内,即网络时钟同步。网络时钟同步包括相位同步和频率同步两个概念。

相位同步(Phasesynchronization),也称为时间同步,是指信号之间的频率和相位都保持一致,即信号之间相位差恒定为零。

频率同步(Frequencysynchronization),是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系,信号在其相对应的有效瞬间以同一速率出现,以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行,即信号之间保持恒定相位差。



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