数字通信网络的时钟同步

数字通信网络的时钟同步

模拟通信网络已经渐渐的被淘汰，伴随着数字通信技术的快速发展，已经出现了异步转移模式(atm)、数字数据网(ddn) 、综合业务数字网(isdn)等数字通信网络。随着数字通信网络不断地向更高的传输速率发展，数字通信网络规划已经把数字网络的同步技术看成是非常重要的一个问题来考虑。

所谓的数字通信网络同步就是为了使各个节点的时钟频率和相位保持一致而对网络内部的各个节点或者转接点的时钟频率进行调度。本文主要介绍的就是时钟同步、通信网络的时钟同步是数字通信网络工作的基本条件。主要包括帧同步和时钟同步两方面内容。

数字通信网络的同步方式

数字通信网络的五种同步方式主要有主从同步方式、准同步方式、脉冲塞入同步方式、互同步方式和主时钟同步方式。由它们组成的混合同步方式也可以作为同步方式。以下将分别介绍这五种同步方式。

1.1 脉冲塞入同步方式

在pcm系统的高次群数字复接方式中采用的同步方法就是脉冲塞入同步方式，这种同步方式中各个节点的时钟频率不一定相等。但是，通过控制插入脉冲的多少可以来使被同步的瞬时码速率保持一致，要求传输的信息码速率低于时钟频率，在传输的过程中人为的在各个被同步的信号中插入一些脉冲。因为这种同步方式在每个转接口需要单独地对每一路输入信号采用塞入脉冲方法，所以用这种形式来解决全网的同步问题是不完美的，因此在实际应用采用这种同步方式是少见的。

1.2 准同步方式

准同步方式要求在所有交换节点处使用高精度的时钟，所以又叫做独立时钟方式。它不要求全网处于同步状态，这就使得两个节点之间的滑码率降低到可接受的程度。因为它容易实现，大型的通信网络通常采用这种方式。如国际数字网络的连接就采用准同步方式。在设计中已经规定所有国家的出口数字交换局的时钟稳定度为10-11量级，缺点是网络中较小的交换节点也要求安装高精度的时钟源，费用不经济。

1.3 主从同步方式

采用信息链路本身来传送主时钟是主从同步方式为了解决主时钟同步方式缺点的一种方案。

主从同步方式的方法是在整个通信网络中只设立一个高精度的时钟源，主节点在消除时钟中的链路抖动后，网络的主时钟只传送到少数几个级别较高的交换节点，就能够通过现有的数字链路把基准时钟继续传送到级别较低的节点，节点的时钟通过锁相环与主基准时钟同步。这种逐步向下传送基准时钟的同步方式叫做主从同步方式，这种同步方式因为网中所有的节点都直接或者间接地与同一个基准时钟同步，各个节点都以同样的时钟频率运行，所以不会出现滑码。

1.4 主时钟同步方式

网内的所有节点都直接与主时钟相连接，主时钟同步方式是将一个主基准时钟独立的传送到所有的交换节点去，这就意味着需要一个单独的传送基准时钟的网络，使得这些交换节点都锁定在一个共同的频率上。但是一般不采用直接向节点传送时钟的方式，因为这种传递方式费用比较高，但是为了提高时钟传送的可靠性，还是应该为节点提供迂回路由。.

1.5 互同步方式

在连接局域网时，人们提出了这种同步方式是为了克服主从同步方式过于依赖主时钟的缺点，它们相互控制和相互影响，最后使得全网络时钟频率都被调整到统一的频率上。这个统一的频率的变化是可以相互抵消的，与全网各个节点的时钟都存在关系，由于网络内部有

多个时钟，所以稳定性非常高，互联的节点也会越来越多。网络频率的稳定性比网内各个时钟源的频率稳定性高。随着网络频率的不断变化，在稳定后，某个节点的频率或者相位也会变化的，网络频率从起始到最后稳定都需要一段时间。要求网内的各个节点频率变化小，互同步方式是网络内各个局都需要有自己的时钟，最后又会稳定在某一值上，而这之间的暂态现象会使信号产生一定的误码，优点是网内任意的节点出现故障后只会影响本节点，缺点是控制线过多，节点设备比较复杂。

综合主从同步方式以及相互同步方式，混合同步方式把这两种同步方式的优点集中在一起，统称为全网同步方式，混合同步方式综合了这两种同步方式的优点，将两者称为全网同步方式，通过对频率的稳定度分等级而进行相互同步，若高一级的时钟出现问题，可以使用低一级的时钟工作。

数字通信网的滑动

数字通信网的滑动现象是：在数字信号传输过程中或者数字网络中传输数字信号时，若数字交换设备之间的时钟频率不一致，或者受到相位漂移和抖动的影响，数字交换系统的缓冲器将会产生溢出。

时钟频率的不一致所引起的滑动和传输链路受工作环境的影响，由于传输设备环境温度的变化引起的滑动是在数字网络中产生滑动的两方面主要原因。

在规划数字同步网络时要考虑以下问题：

1.滑动指标：服从滑动指标的分配，服从对从钟及基准时钟的基本进网要求。

2.漂移指标：数字网络内任何节点之间信息传输系统的漂移小于6us，基准时钟漂移小于3us。

3.同步网络的维护性：数字同步网络应该具有统一、可靠的监测及告警控制功能，这些是为了确保数字同步我拿过来在满足滑动指标的条件下的正常运行。

4.从钟：对从钟以及进网不可缺少的监测及告警控制功能做出相应的规定。

结语

本文主要介绍了数字通信网的五种同步方式，它们分别是主时钟同步方式、互同步方式、主从同步方式、脉冲塞入同步方式和准同步方式以及由五种同步方式混合而成的同步方式。浅析了数字通信网络的滑动现象的基本概念及其原因，主要根据实践经验对数字通信网络的时钟同步概念进行了简要的介绍。

时钟同步网教材

4 时钟同步网 4.1 一般规定 4.1.1 铁路时钟同步网（又称“频率同步网”）用于为铁路数字通信等网络提供基准频率信号。 4.1.2铁路时钟同步网由一级时钟节点、二级时钟节点、三级时钟节点、定时链路、网管系统及配套设备组成。 4.1.3铁路时钟同步网分为骨干同步网和铁路局内同步网。铁路骨干同步网由全网基准时钟（简称PRC、一级时钟节点）、区域基准时钟（简称LPR、一级时钟节点）、定时链路和网管系统组成；铁路局内同步网由LPR、二级时钟节点(SSU-T)、三级时钟节点（SSU-L)、定时链路和网管系统组成。原则上骨干同步网为一个同步区，每个铁路局为一个同步区。全路采用混合同步方式，每个同步区内采用主从同步方式。 4.1.4 时钟同步网的网络管理分为二级。一级网管设置在通信中心，负责铁路骨干同步网的管理；二级网管设置在各铁路局，负责铁路局内同步网的管理，在同步时钟设备所在地根据需要设置本地维护终端。 4.2 设备管理 4.2.1 时钟同步专业与其他专业的维护界面以同步时钟设备配线架上的连接器为界，连接器（含）至同步时钟设备由同步专业维护。 4.2.2 维护部门应根据时钟同步网维护需要，配备原子钟、时频测试仪、频率计、SDH分析仪（具备抖动、漂移测试功能）等相关仪表。 4.2.3 维护部门应具备以下技术资料： （1）相关工程竣工资料、验收测试记录； （2）时钟同步网网图； （3）机架面板图； （4）端口运用台账；

（5）应急预案； （6）设备及仪表技术资料（含说明书、维护手册、操作手册等）。 4.3 设备及网络维护 4.3.1时钟同步网维修项目与周期见表4.3.1。 表4.3.1 时钟同步网维修项目与周期 类别序号项目与内容周期备注 日常检修1 设备状态检查 日 网管或机房 2 告警等事件检查分析处理网管 3 卫星接收机运行状态检查 月 网管 4 地面输入链路的频偏统计 5 时钟设备（含卫星信号）频率偏差检查 季 网管或仪表6 设备表面清扫机房（雷雨 后天馈线及 防雷检查）7 卫星接收机天线馈线及周边环境检查 8 定时链路状态检查 网管 9 系统数据备份并转储 集中检修1 时钟设备输出口频率偏差测试 年 开通3年及 以上设备每 种类型端口 使用仪表抽 测1路 2 时钟设备输出口MTIE、TDEV测试 3 时钟设备输出口抖动测试 4 设备地线检查、天馈线防雷装置检查雨季前 5 配线及标签检查 重点整修1 承担定时链路的SDH网元SEC时钟输出口抖 动测试 根据需 要 仪表 2 承担定时链路的SDH网元SEC时钟输出 MTIE、TDEV测试 3 定时链路SDH网元数检查、调整网管 4 系统隐患整治可根据需要 检查各项质 量指标 5 系统版本升级 6 网络优化调整 4.4 质量标准 4.4.1时钟同步设备、SDH设备应具备正确标示、识别、传送同步状态信息（SSM）的功能。各级时钟同步设备、SDH网元时钟均应处于正常跟踪状态，且主备用时钟输入口的时钟质量等级均应达到一级时钟等级。

全厂网络时钟同步方案

全厂网络时钟同步方案 陈银桃，陆卫军，张清，章维 浙江中控技术股份有限公司，浙江杭州，310053 摘要：当前工控领域石化项目如乙烯、炼油日益趋向大型化、一体化和智能化。一个大型石化项目往往集成多套独立系统如DCS、SIS、CCS等，同时要求所有系统使用同一套网络时钟同步系统。本文提供了几种全厂网络时间同步方案，并分析了每个方案的优缺点和适用场合。 关键词：全厂网络时钟同步，SNTP,二级网络时钟同步方案，Private VLAN，ACL,路由，NAT Ways to Implement The Network Time Synchronization In The Plant Chen Yintao Zhejiang SUPCON Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310053 Abstract:The petrochemical projects in the industrial control area run to large, integrative and intelligentized.A large petrochemical project always need to be integrated with many systems like DCS, SIS, CCS and so on .The network of these systems must be independent,while they should use the same network time synchronizer to achieve time synchronization.This article propose several implements of the network time synchronization in the whole plant. Keywords:Network Time Synchronization, NTP, Private VLAN, ACL, Route, NAT. 引言 随着国民经济发展，工控领域也随之蓬勃发展，石化项目如乙烯、炼油等日益趋向大型化、一体化和智能化。大型化体现在项目规模的剧增，典型项目如百万吨乙烯、千万吨炼油。一体化体现在一个大型石化项目往往集成多套系统如DCS、SIS、CCS，这些系统在功能、网络上分别独立，但需要实现全厂统一的时钟同步，以保持全厂所有系统的时钟同步。 普通的网络时钟同步服务器提供的网口较少，一般都在4个以下，同时可支持1-4个网络的系统时钟同步。当需要同步的子系统较多时，则需要配置可同时支持二三十个网络的特殊网络时钟同步服务器。但是在企业建设初期，往往很难准确预计将来的网络发展规模，这就需要事先规划设计

时钟同步技术概述

作为数字通信网的基础支撑技术，时钟同步技术的发展演进始终受到通信网技术发展的驱动。在网络方面，通信网从模拟发展到数字，从TDM网络为主发展到以分组网络为主；在业务方面，从以TDM话音业务为主发展到以分组业务为主的多业务模式，从固定话音业务为主发展到以固定和移动话音业务并重，从窄带业务发展到宽带业务等等。在与同步网相关性非常紧密的传输技术方面，从同轴传输发展到PDH，SDH，WDM和DWDM，以及最新的OTN和PTN技术。随着通信新业务和新技术的不断发展，其同步要求越来越高，包括钟源、锁相环等基本时钟技术经历了多次更新换代，同步技术也在不断地推陈出新，时间同步技术更是当前业界关注的焦点。 2、时钟技术发展历程 时钟同步涉及的最基本技术包括钟源技术和锁相环技术，随着应 用需求的不断提高，技术、工艺的不断改进，钟源技术和锁相环 技术也得到了快速的演进和发展。 (1) 钟源技术

时钟振荡器是所有数字通信设备的基本部件，按照应用时间的先后，钟源技术可分为普通晶体钟、具有恒温槽的高稳晶振、原子钟、芯片级原子钟。 一般晶体振荡器精度在nE-5~nE-7之间，由于具有价格便宜、尺寸小、功耗低等诸多优点，晶体振荡器在各个行业和领域中得到广泛应用。然而，普通晶体钟一般受环境温度影响非常大，因此，后来出现了具有恒温槽的晶体钟，甚至具有双恒温槽的高稳晶体钟，其性能得到很大改善。随着通信技术的不断发展，对时钟精度和稳定性提出了更高的要求，晶体钟源已经难以满足要求，原子钟技术开始得到应用，铷钟和铯钟是其中最有代表性的原子钟。一般来说，铷钟的精度能达到或优于nE-10的量级，而铯钟则能达到或优于1E-12的量级。 然而，由于尺寸大、功耗高、寿命短，限制了原子钟在一些领域的应用，芯片级原子钟有望解决这个难题。目前民用的芯片级原子钟基本上处于试验阶段，其尺寸只有立方厘米量级，耗电只有百毫瓦量级，不消耗原子，延长了使用寿命，时钟精度在nE-10量级以上，具有很好的稳定性。芯片级原子钟将在通信、交通、电力、金融、国防、航空航天以及精密测量等领域有着广泛的应用前景。 (2) 锁相环技术 锁相环技术是一种使输出信号在频率和相位上与输入信号同步的电路技术，即当系统利用锁相环技术进入锁定状态或同步状态后，系统的震荡器输出信号与输入信号之间相差为零，或者保持为常数。锁相环路技术是时钟同步的核心技术，它经历了模拟锁相环

同步网时钟及等级

同步网时钟及等级 基准时钟 同步网由各节点时钟和传递同步定时信号的同步链路构成?同步网的功能是准确地将同步定 时信号从基准时钟传送给同步网的各节点，从而调整网中的各时钟以建立并保持信号同步， 满足通信网传递各种通信业务信息所需的传输性的需要，因此基准时钟在同步网中至关重 要. 基准时钟源由网络中心基准时钟（NPRC）提供.它由两个铯原子钟或二套接收 GPS/GLONASS 的同步时钟设备或二套接收双GPS的同步时钟设备组成?本地基准时钟 （LPRC）设置在大区或重要的汇接节点上,配置一套接收GPS/GLONASS 双星或双GPS的 同步时钟设备，具有双备份铷钟，并可通过地面同步链路接收邻近区域内的基准定时信号.由 于铯原子钟价格较高，维护管理不方便，作为备用；双星接收机同步时钟设备（包括双GPS）作为主用，它可以提供频率稳定度优于1X 10-11长期精度（实际可达1X 10-12/ 天,N X 10-13/周），时间精度小于300 ns（实际可达100ns）,同时还可利用中国电信国际局基准信号同步本站时钟设备作为备用基准输入. 在各大区中心和重要汇接中心，配置本地基准时钟（LPRC）,具有同时接收GPS和 GLONASS 卫星的同步时钟设备，同时通过PDH 2Mb/s 传输链路或SDH的STM-N线路信号接收来自邻近的基准定时信号. 基准时钟信号的传送与分配 在数字同步网中，高稳定度的基准时钟是同步网的最高基准源，通过等级分配结构提供同步 信息?例如根据光缆干线网络示意图，设置于一级节点（NPRC）网络中心基准时钟通过PDH 或SDH传输系统向二级节点和三级节点传递定时信号?这些数字延伸和基准时钟一起称为 基准分配网络?基准分配网络应当设置主用和备用，如果某个二级时钟失去了与基准时钟的同步,它将以保持方式工作，并且在必要时使用备用传输路由满足滑动率指标?因此,在基准分 配网络内短时间的中断对同步影响很小，甚至没有影响? 局内综合定时供给 局内综合定时供给发生器，受来自冋步链路的至少两个2048Kb/s 信号冋步，定时供给发生 器向楼内的所有被冋步的时钟提供2048Kb/s,2048KHZ等多种定时信号? 楼内同步链路选择： （1）为安全可靠起见，楼内同步链路尽可能分散?例如,主备用定时尽可能来自不同路由

数字通信网络的时钟同步

数字通信网络的时钟同步 模拟通信网络已经渐渐的被淘汰，伴随着数字通信技术的快速发展，已经出现了异步转移模式(atm)、数字数据网(ddn) 、综合业务数字网(isdn)等数字通信网络。随着数字通信网络不断地向更高的传输速率发展，数字通信网络规划已经把数字网络的同步技术看成是非常重要的一个问题来考虑。 所谓的数字通信网络同步就是为了使各个节点的时钟频率和相位保持一致而对网络内部的各个节点或者转接点的时钟频率进行调度。本文主要介绍的就是时钟同步、通信网络的时钟同步是数字通信网络工作的基本条件。主要包括帧同步和时钟同步两方面内容。 数字通信网络的同步方式 数字通信网络的五种同步方式主要有主从同步方式、准同步方式、脉冲塞入同步方式、互同步方式和主时钟同步方式。由它们组成的混合同步方式也可以作为同步方式。以下将分别介绍这五种同步方式。 1.1 脉冲塞入同步方式 在pcm系统的高次群数字复接方式中采用的同步方法就是脉冲塞入同步方式，这种同步方式中各个节点的时钟频率不一定相等。但是，通过控制插入脉冲的多少可以来使被同步的瞬时码速率保持一致，要求传输的信息码速率低于时钟频率，在传输的过程中人为的在各个被同步的信号中插入一些脉冲。因为这种同步方式在每个转接口需要单独地对每一路输入信号采用塞入脉冲方法，所以用这种形式来解决全网的同步问题是不完美的，因此在实际应用采用这种同步方式是少见的。 1.2 准同步方式 准同步方式要求在所有交换节点处使用高精度的时钟，所以又叫做独立时钟方式。它不要求全网处于同步状态，这就使得两个节点之间的滑码率降低到可接受的程度。因为它容易实现，大型的通信网络通常采用这种方式。如国际数字网络的连接就采用准同步方式。在设计中已经规定所有国家的出口数字交换局的时钟稳定度为10-11量级，缺点是网络中较小的交换节点也要求安装高精度的时钟源，费用不经济。 1.3 主从同步方式 采用信息链路本身来传送主时钟是主从同步方式为了解决主时钟同步方式缺点的一种方案。 主从同步方式的方法是在整个通信网络中只设立一个高精度的时钟源，主节点在消除时钟中的链路抖动后，网络的主时钟只传送到少数几个级别较高的交换节点，就能够通过现有的数字链路把基准时钟继续传送到级别较低的节点，节点的时钟通过锁相环与主基准时钟同步。这种逐步向下传送基准时钟的同步方式叫做主从同步方式，这种同步方式因为网中所有的节点都直接或者间接地与同一个基准时钟同步，各个节点都以同样的时钟频率运行，所以不会出现滑码。 1.4 主时钟同步方式 网内的所有节点都直接与主时钟相连接，主时钟同步方式是将一个主基准时钟独立的传送到所有的交换节点去，这就意味着需要一个单独的传送基准时钟的网络，使得这些交换节点都锁定在一个共同的频率上。但是一般不采用直接向节点传送时钟的方式，因为这种传递方式费用比较高，但是为了提高时钟传送的可靠性，还是应该为节点提供迂回路由。. 1.5 互同步方式 在连接局域网时，人们提出了这种同步方式是为了克服主从同步方式过于依赖主时钟的缺点，它们相互控制和相互影响，最后使得全网络时钟频率都被调整到统一的频率上。这个统一的频率的变化是可以相互抵消的，与全网各个节点的时钟都存在关系，由于网络内部有