以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的定時和同步

今天我們將討論以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的定時和同步。數(shù)據(jù)包節(jié)奏的同步對于時間敏感型應(yīng)用程序按預(yù)期工作是必要的。

以太網(wǎng)被認(rèn)為是（在大多數(shù)情況下）一種非確定性網(wǎng)絡(luò)方案，使用“盡力而為”并需要握手和確認(rèn)。雖然這使得以太網(wǎng)本質(zhì)上是可靠的，但它也使以太網(wǎng)本身不適合需要實時通信或時間同步的時間敏感型應(yīng)用，例如IP語音/視頻，機器人（運動）控制，工業(yè)自動化等。

IEEE 1588 精確時間協(xié)議（2002 年發(fā)布，2008 年更新）專為通過非確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運行的應(yīng)用而開發(fā)。它在網(wǎng)絡(luò)的第 2 層（數(shù)據(jù)鏈路層）運行，并通過網(wǎng)絡(luò)第 1 層（物理層）的硬件時間戳克服以太網(wǎng)延遲和抖動問題。軟件時間戳現(xiàn)在可用，但不能達到基于硬件的時間戳所支持的精度。IEEE-1588 標(biāo)準(zhǔn)中定義的精確時間協(xié)議提供了一種使用“時鐘同步”在局域網(wǎng) （LAN） 或廣域網(wǎng) （WAN） 上精確同步計算設(shè)備的方法。但是，如果兩個時鐘設(shè)置為相同的速率，則不能保證它們將保持同步。因此，同步過程必須是連續(xù)的。

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LAN/WAN 上的時鐘同步至少需要一個主時鐘和一個從時鐘 - 多個從站可以同步到單個主站。主時鐘提供同步消息，從機使用這些消息來校正其本地時鐘。在主時鐘和從時鐘上捕獲精確的時間戳。然后使用這些時間戳來確定將從站同步到主站所需的網(wǎng)絡(luò)延遲。同步消息通常每兩秒從主站傳輸一次，而來自從站的延遲請求消息的傳輸頻率較低，大約每分鐘一個請求。

以太網(wǎng)交換機

以太網(wǎng)交換機分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機或支持 IEEE-1588 的以太網(wǎng)交換機。

IEEE 1588協(xié)議定義了三種類型的時鐘（或開關(guān)）：

a.普通：具有單個網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，可以是（主）同步參考的（主）源或（從）的目標(biāo)。

b.邊界：具有多個網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，可以準(zhǔn)確地將一個網(wǎng)段同步到另一個網(wǎng)段。為系統(tǒng)中的每個網(wǎng)段選擇一個同步主機。根計時參考稱為大師。

c.透明：一種多端口設(shè)備，用于轉(zhuǎn)發(fā)精確時間協(xié)議消息，測量事件消息通過設(shè)備所花費的時間，并通過修改消息或發(fā)送單獨的后續(xù)消息來說明此停留時間。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前臨時存儲數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包的存儲時間是不確定的，并且與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載相關(guān)，這會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包延遲變化。數(shù)據(jù)包延遲變化是網(wǎng)絡(luò)上時間同步不佳的主要原因，即使網(wǎng)絡(luò)上有支持硬件時間戳的主設(shè)備和從設(shè)備也是如此。支持IEEE-1588的以太網(wǎng)交換機既是透明設(shè)備，也可以是邊界設(shè)備，可改善主站和從站之間的同步，從而確保主站和從站不受數(shù)據(jù)包延遲變化的影響。

隨著以太網(wǎng)在移動軍事平臺上變得無處不在，通信、視頻和機器人等高級應(yīng)用將需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的這種高級定時和同步。使用開放式架構(gòu)并在以太網(wǎng)上標(biāo)準(zhǔn)化作為通用通信平臺，同時使用IEEE-1588標(biāo)準(zhǔn)，將確保網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備之間的校準(zhǔn)通信，以提供以太網(wǎng)可靠性和確定性的實時通信。

審核編輯：郭婷