以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的定時(shí)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(shí)和同步。數(shù)據(jù)包節(jié)奏的同步對(duì)于時(shí)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(shí)時(shí)通信或時(shí)間同步的時(shí)間敏感型應(yīng)用，例如IP語(yǔ)音/視頻，機(jī)器人（運(yùn)動(dòng)）控制，工業(yè)自動(dòng)化等。

IEEE 1588 精確時(shí)間協(xié)議（2002 年發(fā)布，2008 年更新）專為通過(guò)非確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)。它在網(wǎng)絡(luò)的第 2 層（數(shù)據(jù)鏈路層）運(yùn)行，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)第 1 層（物理層）的硬件時(shí)間戳克服以太網(wǎng)延遲和抖動(dòng)問(wèn)題。軟件時(shí)間戳現(xiàn)在可用，但不能達(dá)到基于硬件的時(shí)間戳所支持的精度。IEEE-1588 標(biāo)準(zhǔn)中定義的精確時(shí)間協(xié)議提供了一種使用“時(shí)鐘同步”在局域網(wǎng) （LAN） 或廣域網(wǎng) （WAN） 上精確同步計(jì)算設(shè)備的方法。但是，如果兩個(gè)時(shí)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(guò)程必須是連續(xù)的。

LAN/WAN 上的時(shí)鐘同步至少需要一個(gè)主時(shí)鐘和一個(gè)從時(shí)鐘 - 多個(gè)從站可以同步到單個(gè)主站。主時(shí)鐘提供同步消息，從機(jī)使用這些消息來(lái)校正其本地時(shí)鐘。在主時(shí)鐘和從時(shí)鐘上捕獲精確的時(shí)間戳。然后使用這些時(shí)間戳來(lái)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?jī)擅霃闹髡緜鬏斠淮?，而?lái)自從站的延遲請(qǐng)求消息的傳輸頻率較低，大約每分鐘一個(gè)請(qǐng)求。

以太網(wǎng)交換機(jī)

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

IEEE 1588協(xié)議定義了三種類型的時(shí)鐘（或開(kāi)關(guān)）：

a.普通：具有單個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，可以準(zhǔn)確地將一個(gè)網(wǎng)段同步到另一個(gè)網(wǎng)段。為系統(tǒng)中的每個(gè)網(wǎng)段選擇一個(gè)同步主機(jī)。根計(jì)時(shí)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(shí)間協(xié)議消息，測(cè)量事件消息通過(guò)設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間，并通過(guò)修改消息或發(fā)送單獨(dú)的后續(xù)消息來(lái)說(shuō)明此停留時(shí)間。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)時(shí)間是不確定的，并且與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載相關(guān)，這會(huì)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(shí)間同步不佳的主要原因，即使網(wǎng)絡(luò)上有支持硬件時(shí)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(jī)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(dòng)軍事平臺(tái)上變得無(wú)處不在，通信、視頻和機(jī)器人等高級(jí)應(yīng)用將需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的這種高級(jí)定時(shí)和同步。使用開(kāi)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(tái)，同時(shí)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(shí)時(shí)通信。

審核編輯：郭婷