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Microchip Technology Inc. Barry Dropping、Huda Farooqi 和 Simon Butcher 虛擬主參考時(shí)鐘（vPRTC）是一種基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)時(shí)架構(gòu)，兼具較高的安全性與彈性，旨在滿足 5G、交通運(yùn)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(zhǎng)的需求。 
DAM ID：316616 vPRTC 計(jì)時(shí)架構(gòu)已在許多行業(yè)中累計(jì)運(yùn)行數(shù)百萬(wàn)個(gè)小時(shí)，下面列出了其中的五個(gè)關(guān)鍵最佳實(shí)踐。 最佳實(shí)踐 摘要 1. 建立核心 ePRTC 計(jì)時(shí)中心站點(diǎn) vPRTC 系統(tǒng)允許鏈上最多有 15 個(gè)躍程，其中每個(gè)躍程可達(dá) 150 km 左右；因此兩個(gè) ePRTC 站點(diǎn)之間的距離可達(dá) 2000 km 以上。兩個(gè) ePRTC 站點(diǎn)之間的距離越大，同時(shí)發(fā)生干擾和欺騙事件的幾率就越小。 2. 在 ePRTC 站點(diǎn)部署B(yǎng)lueSky™ GNSS 防火墻 安裝 BlueSky™ GNSS 防火墻以進(jìn)行異常檢測(cè)和保護(hù)。當(dāng)一個(gè)非常大的網(wǎng)絡(luò)中存在少量使用 GNSS 的站點(diǎn)時(shí)，在這些站點(diǎn)添加 GNSS 防火墻可為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供保護(hù)。 3. 設(shè)計(jì) vPRTC 網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)冗余 設(shè)計(jì) vPRTC 網(wǎng)絡(luò)，以使每個(gè) TimeProvider® 4100 高性能邊界時(shí)鐘接收兩個(gè)高精度協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）可追溯計(jì)時(shí)源。 4. 優(yōu)化兩個(gè) vPRTC 節(jié)點(diǎn)之間的路徑選擇 在兩個(gè) vPRTC 節(jié)點(diǎn)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(jì)時(shí)信息，并向所有最終應(yīng)用計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受保護(hù)的南向 PTP 分配。 5. 通過(guò)監(jiān)視保證 vPRTC 服務(wù) 通過(guò) TimePictra®管理保證端到端 vPRTC 服務(wù)，以驗(yàn)證每個(gè) vPRTC 節(jié)點(diǎn)的計(jì)時(shí)是否達(dá)到完全精度。 彈性架構(gòu)允許將自主時(shí)間尺度級(jí)原子鐘放置在基于光纖的地面計(jì)時(shí)分配網(wǎng)絡(luò)的核心位置上的增強(qiáng)型主參考時(shí)鐘（ePRTC）區(qū)域計(jì)時(shí)中心站點(diǎn)，從而降低對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）等衛(wèi)星計(jì)時(shí)源的依賴。安全核心計(jì)時(shí)站點(diǎn)和光纖分配完全由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商控制，可免受基于衛(wèi)星的計(jì)時(shí)解決方案潛在的干擾或欺騙網(wǎng)絡(luò)攻擊。 最佳實(shí)踐 1：建立彈性 ePRTC 區(qū)域計(jì)時(shí)中心站點(diǎn) 對(duì)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(xiàng)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(shí)提供有效的保持源。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)在 30 ns 的時(shí)間內(nèi)完成誤差預(yù)算計(jì)算；不過(guò)，TimeProvider®4100 ePRTC 單元的實(shí)際性能要更強(qiáng)，因此在部署網(wǎng)絡(luò)時(shí)允許更大的誤差范圍。 ePRTC 組成部分 說(shuō)明 校準(zhǔn) GNSS 天線安裝 務(wù)必確保 GNSS 天線通過(guò)避雷器、放大器或分離器等元件精確補(bǔ)償由電纜長(zhǎng)度導(dǎo)致的傳播延時(shí)。有關(guān)詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn) TimeProvider 4100 系統(tǒng)用戶指南。 BlueSky™ GNSS 防火墻 推薦使用該 ePRTC 安裝選項(xiàng)來(lái)提供 GNSS 欺騙和干擾檢測(cè)。 TimeProvider 4100 PTP 最高級(jí)服務(wù)器 配備雙銫原子鐘時(shí)有兩大優(yōu)勢(shì)。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(jìn)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(gè) ePRTC 站點(diǎn)最好配備兩個(gè)銫原子鐘，以便對(duì)正在建立的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)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(jì)時(shí)中心位置以及從屬聚合節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)處的ePRTC 系統(tǒng)。 最佳實(shí)踐 2：BlueSky™ GNSS 防火墻異常檢測(cè)和保護(hù) ePRTC 站點(diǎn)使用經(jīng)過(guò) UTC 可追溯計(jì)時(shí)校準(zhǔn)的時(shí)鐘，并以 GNSS 作為計(jì)時(shí)參考。但是，這些時(shí)鐘基于校準(zhǔn)銫頻率標(biāo)準(zhǔn)自主運(yùn)行。通過(guò)使用先進(jìn)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(lái)自太空的有效信號(hào)傳遞到中央時(shí)鐘。中央時(shí)鐘系統(tǒng)采用業(yè)界公認(rèn)的銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立可追溯到 UTC 的 30 ns 保障精度。如果檢測(cè)到GNSS 無(wú)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(jìn)行 GNSS 異常檢測(cè)和保護(hù)，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(yàn)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(cè)閾值。 • 如果檢測(cè)到異常且超過(guò)閾值，防火墻將產(chǎn)生警報(bào)并禁止經(jīng)驗(yàn)證的輸出，以便 ePRTC系統(tǒng)立即進(jìn)入保持保護(hù)狀態(tài)。 方案 2：將 BlueSky GNSS 防火墻作為單獨(dú)的監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行部署。 • 將 BlueSky GNSS 防火墻連接到單獨(dú)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(cè)閾值。 • 如果檢測(cè)到異常且超過(guò)閾值，防火墻將產(chǎn)生警報(bào)以通知系統(tǒng)操作中心進(jìn)行分析并采取適當(dāng)?shù)拇胧?br />
DAM ID： 377431 最佳實(shí)踐 3：在每個(gè) vPRTC 節(jié)點(diǎn)上配置 TimeProvider 4100 高性能邊界時(shí)鐘（HPBC）。 TimeProvider 4100 系統(tǒng)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘元件，能夠以極高的精度傳輸時(shí)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(shí)鐘，以及設(shè)計(jì)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(gè)HPBC 躍程的誤差預(yù)算典型值為 2 ns）。 vPRTC HPBC 與傳統(tǒng)邊界時(shí)鐘有所不同，傳統(tǒng)邊界時(shí)鐘為單向時(shí)鐘，并且具有單時(shí)鐘域和非常基本的去抖動(dòng)功能。傳統(tǒng)邊界時(shí)鐘設(shè)計(jì)為具有單個(gè)輸入，并且無(wú)法在多個(gè)參考之間進(jìn)行測(cè)量。相反，HPBC 時(shí)鐘元件的每個(gè)端口具有多個(gè) PTP 輸入客戶端以及雙時(shí)鐘域。憑借全雙向功能，系統(tǒng)可以同時(shí)接受來(lái)自不同方向（“東站點(diǎn)”和“西站點(diǎn)”）的PTP 輸入。HPBC 可監(jiān)視輸入時(shí)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(shí)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(diǎn)”、“東站點(diǎn)”和 HPBC 躍程配置。表 3 解釋說(shuō)明了在每個(gè) vPRTC 節(jié)點(diǎn)上配置TimeProvider 4100 HPBC 時(shí)的相關(guān)因素。
DAM ID：377430 TimePictra 同步管理系統(tǒng)提供簡(jiǎn)潔的監(jiān)視界面，可立即檢測(cè)到任何警報(bào)情況并提醒運(yùn)營(yíng)商。可定制的監(jiān)視儀表板界面提供警報(bào)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(shí)踐 4：冗余光纖互連網(wǎng)絡(luò)注意事項(xiàng) vPRTC 架構(gòu)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)分為兩部分。 1. ePRTC 區(qū)域計(jì)時(shí)中心站點(diǎn)與 TimeProvider 4100 HPBC 時(shí)鐘的東西向鏈之間連接的核心光纖互連。 2. 從各個(gè) TimeProvider HPBC 時(shí)鐘到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的最終 PTP 客戶端時(shí)鐘的南向 PTP分配網(wǎng)絡(luò)。 在 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)中使用專用計(jì)時(shí)路徑有許多好處。 計(jì)時(shí)路徑不僅將確定性計(jì)時(shí)性能提升至單納秒級(jí)別，而且還實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的完全分離。這種分離意味著對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的任何計(jì)劃內(nèi)或計(jì)劃外的更新或更改（例如固件、線卡或添加來(lái)自現(xiàn)有供應(yīng)商或新供應(yīng)商的新設(shè)備）都不會(huì)對(duì)計(jì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何影響。 采用單路徑設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)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(zhǎng)距離。需要考慮的是，快速以太網(wǎng)計(jì)時(shí)通道會(huì)禁止使用 WhiteRabbit 等協(xié)議，這就是 vPRTC 會(huì)被如此廣泛地部署用于大范圍計(jì)時(shí)的原因。 b. OTC 通常會(huì)使用外部濾波器，這意味著使用的兩個(gè) lambda 非常接近，在大多數(shù)情況下會(huì)將靜態(tài)不對(duì)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(shì)，不僅節(jié)省成本，還不會(huì)出現(xiàn)光纖對(duì)不匹配的問(wèn)題。 c. 一個(gè)缺點(diǎn)是需要知道光纖的長(zhǎng)度，以便能夠計(jì)算出正確的色散偏移。 3. 光纖對(duì)（最不常用） a. 使用一對(duì)光纖可能會(huì)引發(fā)問(wèn)題；如果光纖對(duì)的長(zhǎng)度不匹配，則任何明顯的不匹配都會(huì)產(chǎn)生偏移。 最佳實(shí)踐 5： 通過(guò) TimePictra®監(jiān)視保證端到端 vPRTC 服務(wù) vPRTC 架構(gòu)具有幾項(xiàng)獨(dú)特的功能，這些功能對(duì)于在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供確定性的精確計(jì)時(shí)是必不可少的。 這些功能包括： • 在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)之間使用 PTP，以便可以在同一路徑上同時(shí)使用“東向和西向”計(jì)時(shí)解決方案，并保持這兩個(gè)計(jì)時(shí)方向的完全獨(dú)立性。 • 對(duì)同步鏈上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的東向計(jì)時(shí)與西向計(jì)時(shí)進(jìn)行比較測(cè)量。 • vPRTC 網(wǎng)絡(luò)不僅可提供精確時(shí)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(gè)計(jì)時(shí)鏈，并確認(rèn)每個(gè) HPBC與兩個(gè) ePRTC 節(jié)點(diǎn)一致。 建立 vPRTC 鏈時(shí)，TimePictra®的測(cè)量結(jié)果將顯示三個(gè)組成部分： • vPRTC 計(jì)時(shí)鏈兩端的 UTC 源之間的差異。 • vPRTC 鏈上存在的靜態(tài)不對(duì)稱性。 • 靜態(tài)不對(duì)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(shí)鐘是一種基于高安全性受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)時(shí)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(zhǎng)的需求。請(qǐng)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(yùn)營(yíng)商構(gòu)建 vPRTC 網(wǎng)絡(luò)，從而提供具備無(wú)與倫比的穩(wěn)定性、安全性和可靠性的超高精度計(jì)時(shí)服務(wù)的信息。 欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) vPRTC。 |
