智能城域網(wǎng)5G承載時鐘同步部署研究

作者簡介：劉倩，中國聯(lián)通河南分公司云網(wǎng)運營中心，E-mail：liuq46@chinaunicom.cn。

在5G 業(yè)務場景中，對于基本業(yè)務和協(xié)同業(yè)務我們主要采用的是TDD 模式，具體要求是對諸如eMBB 這些基本業(yè)務需要滿足微秒級的同步標準，即小于±1.5 μs，而對于協(xié)同業(yè)務以及更高時間精度的業(yè)務需要滿足納秒級的同步標準^[1]，即小于±350 ns。

傳統(tǒng)的時鐘同步方案主要有2 種，如圖1 所示，一種是GPS 同步方案，另一種是1588v2 同步方案。GPS同步方案一般是在每個基站隨站部署，無需經(jīng)過承載網(wǎng)。1588v2 同步方案利用1588v2 協(xié)議在核心側部署B(yǎng)ITS設備，引入時間源并通過承載網(wǎng)將時間同步到基站側，以實現(xiàn)基站之間的時間同步^[1]。該方案需要在承載網(wǎng)中部署1588v2 協(xié)議。單GPS 方案精度較高且故障易定位，但存在選址難、設備易老化、壞損率高、缺少備份、安全隱患大等不足之處。1588v2 同步方案支持網(wǎng)絡保護倒換，可靠性高。GPS+1588v2 混合方案兼?zhèn)銰PS 和1588v2 的特點，在GPS 隨站部署的同時通過1588v2 來傳遞核心側的時鐘源，利用雙源部署方式具備高精度和高可靠性，在覆蓋方面也解決了GPS 天線選址難的問題，可以實現(xiàn)100% 覆蓋。

圖1 傳統(tǒng)的時間同步方法

1   基于5G網(wǎng)絡的1588v2時間同步網(wǎng)網(wǎng)絡架構

1.1 5G時鐘同步對智能城域網(wǎng)的需求

隨著5G 新興業(yè)務的發(fā)展和需求，中國聯(lián)通在城域層面構建了一張“網(wǎng)絡結構簡化、網(wǎng)絡協(xié)議簡化、網(wǎng)絡設備簡化、網(wǎng)絡控制和網(wǎng)絡管理智能化”的面向5G業(yè)務為主融合承載的新型智能城域網(wǎng)絡，即智能城域網(wǎng)。結合5G 用戶滲透率以及流量模型連續(xù)性增長等因素，智能城域網(wǎng)前期承載以5G 基站業(yè)務為主。因此，作為5G 業(yè)務承載的智能城域網(wǎng)，設備都需要同步部署1588v2 協(xié)議作為5G 時鐘同步的備用手段，在5G 移動回傳網(wǎng)內(nèi)逐點傳遞高精度時間和頻率信號至需要同步的5G 基站，從而保證基站間的同步需求。

1.2 基于1588v2的本地高精度時間同步網(wǎng)絡架構

目前本地高精度時間同步網(wǎng)僅限于智能城域網(wǎng)本地網(wǎng)范圍內(nèi)的移動回傳網(wǎng)絡使用，適用于5G 網(wǎng)絡中的諸如eMBB 的基本業(yè)務需求，對于協(xié)同業(yè)務以及未來更高時間精度的業(yè)務需求，將進一步通過高精度時間源、時間源下移的高精度小BITS 等方案實現(xiàn)。

基于1588v2 的本地時間同步網(wǎng)絡架構實現(xiàn)為：在本地網(wǎng)核心節(jié)點即智能城域網(wǎng)MCR 節(jié)點配置一主一備2 套1588v2 高精度時間服務器，輸出標準的時間和頻率參考信號，傳輸承載網(wǎng)絡完成1588v2 端到端部署，具體實現(xiàn)為時間服務器至基站間的承載網(wǎng)元，如WDM/OTN、智能城域網(wǎng)設備等，設置為1588v2 中的邊界時鐘BC 模式，跟蹤并逐點恢復和傳遞高精度時間服務器輸出的時間及頻率基準參考信號。5G 基站可設置為邊界時鐘BC 或者普通時鐘OC 模式?；?588v2 的本地高精度時間同步網(wǎng)絡架構如圖2 所示。

圖2 基于1588v2的本地高精度時間同步網(wǎng)絡架構

2   5G時間同步方案對比

2.1 5G時鐘同步支持情況及時鐘參考源

5G 基站gNodeB 時鐘同步推薦使用時間同步方式，gNodeB 時鐘具體精度要求為：5G NR 基本業(yè)務時間同步精度要求優(yōu)于3 μs（±1. μs）。

由于5G 分為TDD和FDD，對于這兩種不同的系統(tǒng)，滿足5G 時鐘同步的可選時鐘源解決方案^[2]如表1 所示。

2.2 5G時間同步方案

5G 時間同步方案大致可以分為如下2 種。

1）GPS 為主的方案

①隨站部署GPS；

② GPS 為主，1588v2 為輔（核心層BITS）：一階段隨站部署GPS，二階段承載網(wǎng)端到端開通1588v2。

2）以1588v2 為主的方案

① 1588v2（ 核心層BITS）： 承載網(wǎng)全網(wǎng)開通1588v2；

② 1588v2（接入層BITS）：BITS 下沉到接入層，局部開通1588v2；

③ 1588v2（核心層+ 接入層BITS）：一階段承載網(wǎng)局部開通1588v2，二階段承載網(wǎng)全網(wǎng)開通1588v2。

3   智能城域網(wǎng)1588v2部署方案

3.1 智能城域網(wǎng)1588v2部署策略

根據(jù)當前網(wǎng)絡運維智能化發(fā)展要求，綜合考慮高精度時間同步網(wǎng)的時間傳遞精度、運維自動化、端到端管理等因素，智能城域網(wǎng)1588v2 部署整體策略為全網(wǎng)部署1588v2 作為基站時間源的備份。

3.2 智能城域網(wǎng)與時鐘服務器對接原則

1588v2 高精度時間服務器輸出的標準頻率和時間參考信號通過智能城域網(wǎng)的核心/MCR、匯聚/MER、接入/MAR、WDM/OTN 網(wǎng)絡（部分場景）鏈路傳遞至5G 基站。

為保證精確時間傳遞，整個1588v2 時間域（包括時間服務器、WDM/OTN 網(wǎng)元、智能城域網(wǎng)網(wǎng)元、5G 基站）都需要頻率同步作為支持基礎，因此整個網(wǎng)絡形成兩個邏輯層面^[3]：頻率層和時間層，通常采用SyncE+PTP 方式， 即頻率層同步采用同步以太技術，時間層同步采用PTP 技術。

3.3 高精度時間服務器部署原則

在需要部署的每個本地網(wǎng)內(nèi)暫按配置一主一備2 套1588v2 高精度時間服務器（PRTC+GM）設備，應必須采用GPS/ 北斗雙模接收模式。

1588v2 高精度時間服務器原則上應部署于本地網(wǎng)核心節(jié)點機房，以便于將標準的頻率和時間基準信號經(jīng)不同的匯聚和接入環(huán)路傳遞至5G 基站設備。對于多核心節(jié)點結構網(wǎng)絡，應保證1588v2 高精度時間服務器（PRTC+GM）設備的同步服務能夠覆蓋全網(wǎng)，且服務能力形成主備關系。

3.4 智能城域網(wǎng)1588v2部署原則

智能城域網(wǎng)應用于5G 回傳網(wǎng)絡，具體部署需要滿足5G 要求的同步狀態(tài)機制。5G 移動回傳網(wǎng)絡中頻率同步信號與時間同步信號應盡量保證來自同一個參考源[4]，即時間同步（PTP）信號及頻率同步（SyncE）信號均溯源至部署在本地網(wǎng)核心節(jié)點的同一套高精度時間服務器設備的以太接口（默認GE 光口）。

移動回傳網(wǎng)絡傳遞1588v2 時，需要頻率同步進行支撐。部署1588v2 前應提前配置好網(wǎng)絡頻率路徑，可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況進行全網(wǎng)頻率主備用鏈路設計，應注意避免成環(huán)，保證頻率網(wǎng)絡穩(wěn)健性。

3.5 智能城域網(wǎng)1588v2配置實現(xiàn)

以華為設備為例， 智能城域網(wǎng)全網(wǎng)MCR/MER/MAR 設備逐段使能1588v2 功能，使能端口時鐘同步功能，配置參與時鐘選源的端口優(yōu)先級。

MCR/MER/MAR 設備全局功能項配置，見表2。

MCR/MER/MAR 端口時鐘配置，見表3。

時鐘同步基于物理接口，不管接口是否加入了鏈路聚合組（Eth-Trunk），時鐘不受影響，時鐘報文逐跳端口終結，不會被Eth-Trunk 負載分擔。若設備之間通過Eth-Trunk 對接，建議只需要在Eth-Trunk 的任意一個成員接口配置時鐘同步即可，其他成員接口無需配置。

3.6 智能城域網(wǎng)線路時鐘優(yōu)先級和同步路徑規(guī)劃原則

當需要設置外部輸入時鐘信號或者1588 時鐘源參與系統(tǒng)選源時，需要指定該外部時鐘源等級，如果不指定則該時鐘信號不可以參與選源。缺省情況下，線路時鐘參考源的優(yōu)先級為0，此時該時鐘源不能參與選源。如要使該時鐘源參與系統(tǒng)選源，需要先為其配置選源優(yōu)先級。接口時鐘優(yōu)先級為本地優(yōu)先級，此參數(shù)只在本設備內(nèi)部使用，不會通過報文傳遞給其他設備。

在實際選源過程中，時鐘源質量等級（QL）的優(yōu)先級大于時鐘源優(yōu)先級。使能SSM 級別參與選源時，優(yōu)先根據(jù)時鐘源質量等級的高低順序選擇同步參考源。未使能SSM 級別參與選源或使能SSM 級別參與選源但QL 相等時，系統(tǒng)依據(jù)時鐘源優(yōu)先級的高低順序選擇時鐘參考源^[5]。

智能城域網(wǎng)以太時鐘優(yōu)先級越小越優(yōu)先，優(yōu)先級取值范圍為1~255，0 不參與選源。智能城域網(wǎng)同步以太需要合理規(guī)劃，避免成環(huán)，總體原則為跟上不跟下，同級拆分。智能城域網(wǎng)線路時鐘優(yōu)先級典型組網(wǎng)如圖3 所示。

圖3 智能城域網(wǎng)線路時鐘優(yōu)先級典型組網(wǎng)

智能城域網(wǎng)部署主備雙時鐘源（BITS）， 接入MCR-1 和MCR-2，實現(xiàn)了1588v2 的多源保護機制。若現(xiàn)網(wǎng)發(fā)生鏈路故障或者網(wǎng)元整機故障，時鐘同步路徑將產(chǎn)生變化。

4   未來智能城域網(wǎng)如何提供高精度同步

技術的不斷發(fā)展，其同步要求越來越高，包括時鐘源、鎖相環(huán)等基本時鐘技術經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，同步技術也在不斷推陳出新，時間同步技術是當前業(yè)界關注的焦點^[5]。在順應5G 的潮流中，中國聯(lián)通智能城域網(wǎng)可以通過協(xié)議增強和時鐘源下移等時鐘優(yōu)化方案提供更高精度標準。

隨著各廠家小型化高精度時鐘源產(chǎn)品的發(fā)布，為時鐘源的下移提供了充足的動力。例如華為公司開發(fā)了AirBits，可以直接部署到接入側，大大減少了時鐘網(wǎng)絡的跳數(shù)，從而提高了承載網(wǎng)輸出的時間精度。

5   結束語

智能城域網(wǎng)采用的1588v2 技術是當前唯一保證同步精度且建設成本低的方案，智能城域網(wǎng)時間同步傳遞由時間服務器至基站全程采用SyncE+PTP 方式，使用范圍包括時間服務器與回傳網(wǎng)絡之間、回傳網(wǎng)絡內(nèi)部、回傳網(wǎng)絡不同設備形態(tài)之間和回傳網(wǎng)絡與基站之間，可以實現(xiàn)全網(wǎng)時鐘可視管理，快速故障定位，環(huán)網(wǎng)自動測量，無需下站，高效運維。

參考文獻：

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[5] 陶源,吳婷.5G高精度時間同步組網(wǎng)方案研究[J].郵電設計技術,2021(1):77-82.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年12月期）