1588的E2E鏈路延遲測量機(jī)制

無用的前言

做1588已經(jīng)很多年了，現(xiàn)在才開始想起來寫一些技術(shù)文章。這是第一篇，希望能堅持寫下去。1588標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容其實很多、很細(xì)，但終究是做網(wǎng)絡(luò)時鐘同步，所有方法和機(jī)制最終都是為計算出slave clock和master clock的時間偏差。所以想最快，最直觀的了解1588是怎么同步網(wǎng)絡(luò)中的時鐘，那就應(yīng)該看標(biāo)準(zhǔn)中最基本的E2E鏈路延遲測量機(jī)制，了解slave clock是如何通過該機(jī)制同步。

E2E鏈路延遲測量機(jī)制

直接上圖，這是1588標(biāo)準(zhǔn)中，E2E鏈路延遲測量機(jī)制的原理圖。E2E鏈路延遲測量機(jī)制也叫Delay request-response鏈路延遲測量機(jī)制。其實不難理解，兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要靠網(wǎng)絡(luò)報文來交換時間信息完成時間同步，而這些網(wǎng)絡(luò)報文的發(fā)送和接收都會記錄對應(yīng)的時間戳?？梢允擒浖臅r間戳，也可以是硬件的時間戳，如MAC時間戳或者PHY時間戳。

進(jìn)入正題，我們來看這個同步的過程。

1. Master發(fā)送Sync報文，發(fā)送時間戳記為t1。

2. Slave收到Sync報文，接收時間戳記為t2。

3. Master發(fā)送完Sync報文后立即發(fā)送Follow_up報文，并把t1寫在Follow_up報文上告訴slave。

4. Slave發(fā)送Delay_req報文，發(fā)送時間戳記為t3。

5. Master收到Delay_req報文，接收時間戳記為t4。立即回復(fù)Delay_resp報文，并把t4寫在Delay_resp報文上告訴slave。

所以最終不管是master的時間戳t1和t4，還是slave的時間戳t2和t3，slave端都是知道的。那如何計算slave和master之間的時間偏差呢，我們直接給出下面等式，然后再具體分析。

t2 - t1 = delay offset
t4 - t3 - delay - offset其實Sync報文從發(fā)送到接收的過程，t2 - t1的時間差值不只包含了鏈路延遲，同時也包含了時間偏差。而Delay_req報文從發(fā)送到接收也是類似的，t4 - t3的時間差值不只包含了鏈路延遲，同時也包含了時間偏差。這兩個時間偏差剛好是相反數(shù)。

有人可能會問，從master到slave的鏈路延遲，和從slave到master的鏈路延遲是一樣的嗎？重點來了，1588標(biāo)準(zhǔn)的核心假設(shè)，就是master和slave之間的鏈路延遲是對稱的。如果有任何非對稱延遲的引入，那計算的時間偏差就會引入誤差。所以嚴(yán)格的說兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做1588同步，如果中間經(jīng)過了路由器或者交換機(jī)等轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，而這些路由器或交換機(jī)并不支持1588協(xié)議的話，那就會引入非對稱鏈路延遲，影響同步的精度。這些話題以后再慢慢介紹。

回歸正題，總之這兩個公式是可以算出來鏈路延遲，和時間偏差的。

2 * delay = (t4 - t3) (t2 - t1)
2 * offset = (t2 - t1) - (t4 - t3)


Slave如何調(diào)整時鐘

從1588標(biāo)準(zhǔn)的角度，介紹到計算出offset已經(jīng)完事了。1588并不規(guī)定怎么調(diào)整slave的時鐘和master同步。在這里我們做個知識擴(kuò)展，1588協(xié)議軟件通常會這么做，Slave如果計算出和master的時間偏差，并且發(fā)現(xiàn)這個時間偏差超出設(shè)定的一個閾值，比如1s，它就是直接重置clock的時間和master的時間值一樣。

這樣時間同步就完成了嗎？并不是，因為重置clock的過程所有軟件操作都是有延遲的，所以slave和master仍然時間會有偏差。而且這兩個clock如果各自free running的話，時間漂移會越來越大。這個時候軟件通常在重置slave clock之后，時間偏差小于設(shè)定閾值的情況下，用PI servo來不斷補(bǔ)償slave的頻率，使得計算得到的時間偏差趨于一個最小的穩(wěn)定的數(shù)值。感興趣的同學(xué)可以私下了解下什么是PI控制。

無用的結(jié)束語

希望能堅持寫。