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Microchip Technology Inc. Barry Dropping、Huda Farooqi 和 Simon Butcher 虛擬主參考時鐘（vPRTC）是一種基于網(wǎng)絡(luò)的計時架構(gòu)，兼具較高的安全性與彈性，旨在滿足 5G、交通運輸、數(shù)據(jù)中心和電力公用事業(yè)等現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施不斷增長的需求。 
DAM ID：316616 vPRTC 計時架構(gòu)已在許多行業(yè)中累計運行數(shù)百萬個小時，下面列出了其中的五個關(guān)鍵最佳實踐。 最佳實踐 摘要 1. 建立核心 ePRTC 計時中心站點 vPRTC 系統(tǒng)允許鏈上最多有 15 個躍程，其中每個躍程可達 150 km 左右；因此兩個 ePRTC 站點之間的距離可達 2000 km 以上。兩個 ePRTC 站點之間的距離越大，同時發(fā)生干擾和欺騙事件的幾率就越小。 2. 在 ePRTC 站點部署B(yǎng)lueSky™ GNSS 防火墻 安裝 BlueSky™ GNSS 防火墻以進行異常檢測和保護。當(dāng)一個非常大的網(wǎng)絡(luò)中存在少量使用 GNSS 的站點時，在這些站點添加 GNSS 防火墻可為整個網(wǎng)絡(luò)提供保護。 3. 設(shè)計 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)冗余 設(shè)計 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)，以使每個 TimeProvider® 4100 高性能邊界時鐘接收兩個高精度協(xié)調(diào)世界時（UTC）可追溯計時源。 4. 優(yōu)化兩個 vPRTC 節(jié)點之間的路徑選擇 在兩個 vPRTC 節(jié)點之間使用最合適的光纖路徑，以確保在東西方向上冗余地傳送計時信息，并向所有最終應(yīng)用計時節(jié)點進行受保護的南向 PTP 分配。 5. 通過監(jiān)視保證 vPRTC 服務(wù) 通過 TimePictra®管理保證端到端 vPRTC 服務(wù)，以驗證每個 vPRTC 節(jié)點的計時是否達到完全精度。 彈性架構(gòu)允許將自主時間尺度級原子鐘放置在基于光纖的地面計時分配網(wǎng)絡(luò)的核心位置上的增強型主參考時鐘（ePRTC）區(qū)域計時中心站點，從而降低對全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等衛(wèi)星計時源的依賴。安全核心計時站點和光纖分配完全由網(wǎng)絡(luò)運營商控制，可免受基于衛(wèi)星的計時解決方案潛在的干擾或欺騙網(wǎng)絡(luò)攻擊。 最佳實踐 1：建立彈性 ePRTC 區(qū)域計時中心站點 對于任何關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)而言，ePRTC 發(fā)揮著兩項重要作用：首先是以 5.7 e-14的穩(wěn)定頻率為網(wǎng)絡(luò)提供低于 30 納秒（ns）的 UTC 參考，其次是在 GNSS 丟失時提供有效的保持源。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)在 30 ns 的時間內(nèi)完成誤差預(yù)算計算；不過，TimeProvider®4100 ePRTC 單元的實際性能要更強，因此在部署網(wǎng)絡(luò)時允許更大的誤差范圍。 ePRTC 組成部分 說明 校準(zhǔn) GNSS 天線安裝 務(wù)必確保 GNSS 天線通過避雷器、放大器或分離器等元件精確補償由電纜長度導(dǎo)致的傳播延時。有關(guān)詳細(xì)說明，請參見 TimeProvider 4100 系統(tǒng)用戶指南。 BlueSky™ GNSS 防火墻 推薦使用該 ePRTC 安裝選項來提供 GNSS 欺騙和干擾檢測。 TimeProvider 4100 PTP 最高級服務(wù)器 配備雙銫原子鐘時有兩大優(yōu)勢。首先是保證 ePRTC系統(tǒng)的輸出性能。其次是雙銫原子鐘可以進一步提升ePRTC 的性能和保持能力。 5071B 銫頻率標(biāo)準(zhǔn) 提供頻率和穩(wěn)定性參考。每個 ePRTC 站點最好配備兩個銫原子鐘，以便對正在建立的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施進行備份。 TimePictra®軟件 可查看同步性能，具有端到端網(wǎng)絡(luò)可視性，適用于區(qū)域計時中心位置以及從屬聚合節(jié)點和邊緣節(jié)點處的ePRTC 系統(tǒng)。 最佳實踐 2：BlueSky™ GNSS 防火墻異常檢測和保護 ePRTC 站點使用經(jīng)過 UTC 可追溯計時校準(zhǔn)的時鐘，并以 GNSS 作為計時參考。但是，這些時鐘基于校準(zhǔn)銫頻率標(biāo)準(zhǔn)自主運行。通過使用先進的防火墻技術(shù)持續(xù)監(jiān)視 GNSS欺騙或干擾攻擊威脅，可以確保僅將來自太空的有效信號傳遞到中央時鐘。中央時鐘系統(tǒng)采用業(yè)界公認(rèn)的銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)來建立可追溯到 UTC 的 30 ns 保障精度。如果檢測到GNSS 無效，vPRTC 源將在至少 14 天內(nèi)保持 UTC 的 100 ns 可追溯性。關(guān)于如何部署B(yǎng)lueSky GNSS 防火墻進行 GNSS 異常檢測和保護，目前有兩種方案可供選擇。 方案 1：在天線與 TimeProvider 4100 系統(tǒng)之間嵌入部署 BlueSky GNSS 防火墻。 • 將 GNSS 天線連接到 BlueSky GNSS 防火墻。 • 將 BlueSky GNSS 防火墻經(jīng)驗證的輸出連接到 TimeProvider 4100 ePRTC 系統(tǒng)上的GNSS 輸入。 • 在 BlueSky GNSS 防火墻上配置異常檢測閾值。 • 如果檢測到異常且超過閾值，防火墻將產(chǎn)生警報并禁止經(jīng)驗證的輸出，以便 ePRTC系統(tǒng)立即進入保持保護狀態(tài)。 方案 2：將 BlueSky GNSS 防火墻作為單獨的監(jiān)視系統(tǒng)進行部署。 • 將 BlueSky GNSS 防火墻連接到單獨的 GNSS 天線或主天線線路上的分離器。 • 在 BlueSky GNSS 防火墻上配置異常檢測閾值。 • 如果檢測到異常且超過閾值，防火墻將產(chǎn)生警報以通知系統(tǒng)操作中心進行分析并采取適當(dāng)?shù)拇胧?br />
DAM ID： 377431 最佳實踐 3：在每個 vPRTC 節(jié)點上配置 TimeProvider 4100 高性能邊界時鐘（HPBC）。 TimeProvider 4100 系統(tǒng)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)時鐘元件，能夠以極高的精度傳輸時間，并且可以配置為不同的操作模式：ePRTC、PRTC-A、PRTC-B、網(wǎng)關(guān)時鐘，以及設(shè)計用于光傳輸層的 HPBC。在 HPBC 模式下，該系統(tǒng)可滿足甚至超出 ITU-T G.8273.2 D 類規(guī)范（每個HPBC 躍程的誤差預(yù)算典型值為 2 ns）。 vPRTC HPBC 與傳統(tǒng)邊界時鐘有所不同，傳統(tǒng)邊界時鐘為單向時鐘，并且具有單時鐘域和非常基本的去抖動功能。傳統(tǒng)邊界時鐘設(shè)計為具有單個輸入，并且無法在多個參考之間進行測量。相反，HPBC 時鐘元件的每個端口具有多個 PTP 輸入客戶端以及雙時鐘域。憑借全雙向功能，系統(tǒng)可以同時接受來自不同方向（“東站點”和“西站點”）的PTP 輸入。HPBC 可監(jiān)視輸入時鐘并選擇最穩(wěn)定、質(zhì)量最高的輸入。HPBC 還具備全局最佳主時鐘算法（BMCA）功能，可以根據(jù)需要在 PTP 輸入之間快速切換。圖 4 顯示了“西站點”、“東站點”和 HPBC 躍程配置。表 3 解釋說明了在每個 vPRTC 節(jié)點上配置TimeProvider 4100 HPBC 時的相關(guān)因素。
DAM ID：377430 TimePictra 同步管理系統(tǒng)提供簡潔的監(jiān)視界面，可立即檢測到任何警報情況并提醒運營商。可定制的監(jiān)視儀表板界面提供警報狀態(tài)和 HPBC 鏈的可視化映射，東西方向上的所有鏈路均顯示鎖定和性能狀態(tài)條件。 最佳實踐 4：冗余光纖互連網(wǎng)絡(luò)注意事項 vPRTC 架構(gòu)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)分為兩部分。 1. ePRTC 區(qū)域計時中心站點與 TimeProvider 4100 HPBC 時鐘的東西向鏈之間連接的核心光纖互連。 2. 從各個 TimeProvider HPBC 時鐘到運營商網(wǎng)絡(luò)中的最終 PTP 客戶端時鐘的南向 PTP分配網(wǎng)絡(luò)。 在 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)中使用專用計時路徑有許多好處。 計時路徑不僅將確定性計時性能提升至單納秒級別，而且還實現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)與計時網(wǎng)絡(luò)的完全分離。這種分離意味著對通信網(wǎng)絡(luò)的任何計劃內(nèi)或計劃外的更新或更改（例如固件、線卡或添加來自現(xiàn)有供應(yīng)商或新供應(yīng)商的新設(shè)備）都不會對計時網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何影響。 采用單路徑設(shè)計的彈性 vPRTC 東/西向網(wǎng)絡(luò)的光纖互連采用以下三種方案之一： 1. 使用光計時通道（OTC）的 DWDM a. OTC 通常使用快速以太網(wǎng)速度的 SFP，可以有效延長距離。需要考慮的是，快速以太網(wǎng)計時通道會禁止使用 WhiteRabbit 等協(xié)議，這就是 vPRTC 會被如此廣泛地部署用于大范圍計時的原因。 b. OTC 通常會使用外部濾波器，這意味著使用的兩個 lambda 非常接近，在大多數(shù)情況下會將靜態(tài)不對稱性降低到幾乎為零。 2. 帶雙向 SFP 的單光纖 a. 通常用于中等距離（約 100 km）。 b. 雙向 SFP 可發(fā)揮單光纖的優(yōu)勢，不僅節(jié)省成本，還不會出現(xiàn)光纖對不匹配的問題。 c. 一個缺點是需要知道光纖的長度，以便能夠計算出正確的色散偏移。 3. 光纖對（最不常用） a. 使用一對光纖可能會引發(fā)問題；如果光纖對的長度不匹配，則任何明顯的不匹配都會產(chǎn)生偏移。 最佳實踐 5： 通過 TimePictra®監(jiān)視保證端到端 vPRTC 服務(wù) vPRTC 架構(gòu)具有幾項獨特的功能，這些功能對于在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供確定性的精確計時是必不可少的。 這些功能包括： • 在節(jié)點之間使用 PTP，以便能夠以任何合適的速度使用任何路徑。 • 在節(jié)點之間使用 PTP，以便可以在同一路徑上同時使用“東向和西向”計時解決方案，并保持這兩個計時方向的完全獨立性。 • 對同步鏈上每個節(jié)點的東向計時與西向計時進行比較測量。 • vPRTC 網(wǎng)絡(luò)不僅可提供精確時間，還具有自監(jiān)視和自診斷功能。 這些功能相結(jié)合意味著 TimePictra 可以監(jiān)視客戶網(wǎng)絡(luò)中的每個計時鏈，并確認(rèn)每個 HPBC與兩個 ePRTC 節(jié)點一致。 建立 vPRTC 鏈時，TimePictra®的測量結(jié)果將顯示三個組成部分： • vPRTC 計時鏈兩端的 UTC 源之間的差異。 • vPRTC 鏈上存在的靜態(tài)不對稱性。 • 靜態(tài)不對稱性突然發(fā)生變化表明光纖或配置發(fā)生了變化。 虛擬主參考時鐘是一種基于高安全性受保護網(wǎng)絡(luò)的計時架構(gòu)的全新概念，旨在滿足現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施不斷增長的需求。請聯(lián)系您的 Microchip 代表，以了解更多有關(guān)我們的解決方案如何支持運營商構(gòu)建 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)，從而提供具備無與倫比的穩(wěn)定性、安全性和可靠性的超高精度計時服務(wù)的信息。 欲了解更多信息，請訪問 vPRTC。 |
