1、 方案概述

PTP（Precision Time Protocol，精確時(shí)間協(xié)議）是一種時(shí)間同步的協(xié)議，其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為IEEE1588，IEEE1588的全稱(chēng)是“網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”；由網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）發(fā)展而來(lái)，但NTP的同步準(zhǔn)確度最好只能達(dá)到200us，隨著測(cè)量?jī)x器和工業(yè)控制對(duì)準(zhǔn)確度的要求越來(lái)越高，為了解決測(cè)量和控制應(yīng)用的分布網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步的需要。

2、 方案原理

PTP同步的基本原理如下：主、從時(shí)鐘之間交互同步報(bào)文并記錄報(bào)文的收發(fā)時(shí)間，通過(guò)計(jì)算報(bào)文往返的時(shí)間差來(lái)計(jì)算主、從時(shí)鐘之間的往返總延時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱(chēng)的（即兩個(gè)方向的傳輸延時(shí)相同），則往返總延時(shí)的一半就是單向延時(shí)，這個(gè)單向延時(shí)便是主、從時(shí)鐘之間的時(shí)鐘偏差，從時(shí)鐘按照該偏差來(lái)調(diào)整本地時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)其與主時(shí)鐘的同步。

 PTP 協(xié)議定義了兩種傳播延時(shí)測(cè)量機(jī)制：

?  請(qǐng)求應(yīng)答（Request-Response）機(jī)制，即E2E延時(shí)機(jī)制。

?  端延時(shí)（Peer-Delay）機(jī)制，即P2P延時(shí)機(jī)制。

1.1  請(qǐng)求應(yīng)答機(jī)制

請(qǐng)求應(yīng)答機(jī)制實(shí)現(xiàn)過(guò)程（雙步模式）

(1)     主時(shí)鐘向從時(shí)鐘發(fā)送Sync報(bào)文，并在本地記錄發(fā)送時(shí)間t1；從時(shí)鐘收到該報(bào)文后，記錄接收時(shí)間t2。

(2)     主時(shí)鐘發(fā)送Sync報(bào)文之后，緊接著發(fā)送一個(gè)攜帶有t1的Follow_Up報(bào)文。

(3)     從時(shí)鐘向主時(shí)鐘發(fā)送Delay_Req報(bào)文，用于發(fā)起反向傳輸延時(shí)的計(jì)算，并在本地記錄發(fā)送時(shí)間t3；主時(shí)鐘收到該報(bào)文后，記錄接收時(shí)間t4。

(4)     主時(shí)鐘收到Delay_Req報(bào)文之后，回復(fù)一個(gè)攜帶有t4的Delay_Resp報(bào)文。

  此時(shí)，從時(shí)鐘便擁有了t1～t4這四個(gè)時(shí)間戳，由此可計(jì)算出主、從時(shí)鐘間的往返總延時(shí)為[(t2 – t1) +(t4 – t3)]，由于網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱(chēng)的，所以主、從時(shí)鐘間的單向延時(shí)為[(t2 – t1) + (t4 – t3)] / 2。因此，從時(shí)鐘相對(duì)于主時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差為：Offset = (t2 – t1) - [(t2 – t1) + (t4 – t3)] / 2 = [(t2 – t1) - (t4 – t3) ] /2。

此外，根據(jù)是否需要發(fā)送Follow_Up報(bào)文，請(qǐng)求應(yīng)答機(jī)制又分為單步模式和雙步模式兩種：

?  單步模式下，Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t1由Sync報(bào)文自己攜帶，不發(fā)送Follow_Up 報(bào)文。

?  雙步模式下，Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t1由Follow_Up報(bào)文攜帶。

1.2  端延時(shí)機(jī)制

圖表 SEQ 圖表 \* ARABIC 3 端延時(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)過(guò)程（雙步模式）

與請(qǐng)求應(yīng)答機(jī)制相比，端延時(shí)機(jī)制不僅對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)進(jìn)行扣除，還對(duì)上游鏈路的延時(shí)進(jìn)行扣除。如圖“端延時(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)過(guò)程”所示，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

(1)     主時(shí)鐘向從時(shí)鐘發(fā)送Sync 報(bào)文，并記錄發(fā)送時(shí)間t1；從時(shí)鐘收到該報(bào)文后，記錄接收時(shí)間t2。

(2)     主時(shí)鐘發(fā)送Sync 報(bào)文之后，緊接著發(fā)送一個(gè)攜帶有t1 的Follow_Up報(bào)文。

(3)     從時(shí)鐘向主時(shí)鐘發(fā)送Pdelay_Req報(bào)文，用于發(fā)起反向傳輸延時(shí)的計(jì)算，并記錄發(fā)送時(shí)間t3，主時(shí)鐘收到該報(bào)文后，記錄接收時(shí)間t4。

(4)     主時(shí)鐘收到Pdelay_Req報(bào)文之后，回復(fù)一個(gè)攜帶有t4 的Pdelay_Resp報(bào)文，并記錄發(fā)送時(shí)間t5；從時(shí)鐘收到該報(bào)文后，記錄接收時(shí)間t6。

(5)     主時(shí)鐘回復(fù)Pdelay_Resp報(bào)文之后，緊接著發(fā)送一個(gè)攜帶有t5的Pdelay_Resp_Follow_Up報(bào)文。

此時(shí)，從時(shí)鐘便擁有了t1～t6 這六個(gè)時(shí)間戳，由此可計(jì)算出主、從時(shí)鐘間的往返總延時(shí)為[(t4 – t3) + (t6 – t5)]，由于網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱(chēng)的，所以主、從時(shí)鐘間的單向延時(shí)為[(t4 – t3) + (t6 – t5)] / 2。因此，從時(shí)鐘相對(duì)于主時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差為：Offset = (t2 – t1) - [(t4 – t3) + (t6 – t5)] / 2。

此外，根據(jù)是否需要發(fā)送Follow_Up報(bào)文，端延時(shí)機(jī)制也分為單步模式和雙步模式兩種：

?  單步模式下，Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t1由Sync報(bào)文自己攜帶，不發(fā)送Follow_Up 報(bào)文；而t5和t4的差值由Pdelay_Resp報(bào)文攜帶，不發(fā)送Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文。

?  雙步模式下，Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳t1由Follow_Up報(bào)文攜帶，而t4和t5則分別由Pdelay_Resp報(bào)文和Pdelay_Resp_Follow_Up報(bào)文攜帶。