人類有效活動(dòng)需要明確精確的時(shí)間，設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信同樣需要明確精確的時(shí)間，這就遇到一個(gè)問(wèn)題，如何讓全網(wǎng)設(shè)備都遵循同一個(gè)時(shí)間？

一、頻率同步、相位同步、時(shí)鐘同步

首先，在網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間同步包括了頻率同步、相位同步、時(shí)鐘同步三種。

（1）頻率同步指不同的信號(hào)在相同的時(shí)間間隔內(nèi)有相同的脈沖個(gè)數(shù)，和脈沖出現(xiàn)的順序和每個(gè)脈沖開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間無(wú)關(guān)系。頻率同步可以通過(guò)SyncE或PTPv2實(shí)現(xiàn)。

（2）相位同步指兩個(gè)信號(hào)具有相同的頻率，并且每個(gè)脈沖的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間也相同，但是和脈沖出現(xiàn)的順序沒(méi)有關(guān)系?？梢?jiàn)，如果頻率不同步，相位就無(wú)法同步。網(wǎng)絡(luò)中可用PTPv2傳輸相位信息。

（3）時(shí)間同步是指兩個(gè)信號(hào)具有相同的頻率、相同的相位，并且脈沖出現(xiàn)的順序也相同。即信號(hào)之間相位差或者時(shí)間差恒定為零，或者在約定的允許范圍之內(nèi)。

NTP和PTP用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)間信息。NTP提供毫秒精度，而PTP可提供高達(dá)亞微秒的精度。

二、常見(jiàn)時(shí)間同步協(xié)議

1、NTP（Network Time Protocol）

網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議NTP基于UDP，端口號(hào)123，目前已廣泛應(yīng)用。NTP使用樹形結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，分為時(shí)鐘源和時(shí)鐘客戶端兩個(gè)角色，時(shí)鐘源提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)鐘客戶端通過(guò)和時(shí)鐘源通信來(lái)同步本地時(shí)鐘。在NTP中，存在不同級(jí)別的時(shí)鐘源，稱為本地時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。本地時(shí)鐘通過(guò)同步其他本地時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，而外部時(shí)鐘通過(guò)北斗、GPS等信號(hào)來(lái)同步時(shí)間。

2、PTP（Precision Time Protocol）

NTP能在局域網(wǎng)內(nèi)提供毫秒級(jí)時(shí)鐘同步，但如果需要更高精度時(shí)就無(wú)能為力。2002年IEEE通過(guò)IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，定義PTP協(xié)議，2008年通過(guò)v2版本，這也是目前用的最多的版本。1588v1報(bào)文采用組播通信方式，1588v2使得主從時(shí)鐘間協(xié)商后可采用單播通信方式，可提供亞微秒級(jí)的同步方式。PTP借鑒了NTP，但要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)必須有一個(gè)包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)接口卡來(lái)滿足時(shí)間戳的要求。

三、NTP、PTP比較

對(duì)于NTP來(lái)說(shuō)，NTP是基于UDP的協(xié)議，端口號(hào)123，NTP的通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)封裝和分組后才可以進(jìn)行發(fā)送，這一操作過(guò)程無(wú)法避免地引入了調(diào)用、封包的時(shí)間誤差，且這一誤差是不確定的，與操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)載相關(guān)的。為了提高NTP精度，一般使用內(nèi)核級(jí)包過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)包的一次性調(diào)用和發(fā)送，最大限度提高數(shù)據(jù)包發(fā)送效率。

對(duì)于PTP來(lái)說(shuō)，PTP支持硬件打時(shí)間戳，極大消除了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧時(shí)延抖動(dòng)引起的同步誤差，這也是PTP精度比NTP高的原因之一。

四、GPS改北斗下，如何實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步

對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，規(guī)模龐大的無(wú)線基站需要實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，只有在同步狀態(tài)下，才能進(jìn)行頻率調(diào)度和高吞吐量的數(shù)據(jù)傳送。傳統(tǒng)解決網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的方法，是在每個(gè)基站上利用GPS模塊獲取GPS的統(tǒng)一授時(shí)和工作頻率，從而保證全網(wǎng)的時(shí)間同步和時(shí)鐘同步。但在逆全球化中，避免因GPS引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓而需要引入北斗系統(tǒng)作為另外的時(shí)間源，這就要考慮如何實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

目前，5G基站時(shí)間源的選擇主要包括通過(guò)直掛GNSS獲取時(shí)間和通過(guò)跟蹤地面1588v2鏈路同步定時(shí)信息兩種方案。主流廠家的5G基站設(shè)備均支持北斗和GPS雙模接收，但支持模式有所不同。一種為北斗和GPS聯(lián)合工作模式，即北斗和GPS不區(qū)分主備，衛(wèi)星接收機(jī)對(duì)于北斗和GPS信號(hào)同時(shí)處理，自動(dòng)選擇跟蹤最優(yōu)信號(hào)。另一種為北斗/GPS主備模式，衛(wèi)星接收機(jī)在同一時(shí)刻只能選擇一種類型的衛(wèi)星跟蹤。所以在GPS改北斗的趨勢(shì)下，5G基站基本不會(huì)存在問(wèn)題。

審核編輯 黃宇