ieee-1588 and synchronous ethernet in telecom

8/10/2019 IEEE-1588 and Synchronous Ethernet in Telecom

1/5

2 0 0 7

I n t e r n a t i o n a l

I E E E S y m p o s i u m o n P r e c i s i o n C l o c k

S y n c h r o n i z a t i o n

( I S P C S )

f o r

M e a s u r e m e n t , C o n t r o l a n d C o mm un i c a t i o n

V i e n n a , A u s t r i a ,

O c t o b e r

1 - 3 ,

2 0 0 7 .

I E E E - 1 5 8 8 a n d S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t

i n

T e l e c o m

S i l v a n a R o d r i g u e s

Z a r l i n k

S e m i c o n d u c t o r

4 0 0

M a r c h R o a d

O t t a w a , ON, C a n a d a

s i l v a n a . r o d r i g u e s

z a r l i n k . c o m

A b s t r a c t

S e r v i c e

P r o v i d e r s

a r e m o v i n g f r o m

v o i c e

s e r v i c e s

t o

b u n d l e d

s e r v i c e s ,

d e l i v e r i n g

v o i c e , d a t a ,

v i d e o

a n d

w i r e l e s s ( Q u a d - p l a y ) .

TDM

s e r v i c e s

c o n t i n u e t o

r e p r e s e n t s i g n i f i c a n t

r e v e n u e

f o r

c a r r i e r s , a n d

m u s t

b e

s u p p o r t e d

i n t h i s

n e w m o d e l . A s

t h e

n e t w o r k m o v e s

t o

a

P a c k e t S w it c h ed i n f r a s t r u c t u r e ,

t h e r e

a r e s t i l l

a p p l i c a t i o n s

t h a t

r e q u i r e

s y n c h r o n i z a t i o n ,

e . g . ;

t r a d i t i o n a l

TDM

s e r v i c e s ,

c e l l u l a r

b a s e s t a t i o n s .

T i m i n g

s y n c h r o n i z a t i o n i s

k e y

t o d i s t r i b u t e d n e t w o r k s a n d i t i s

c r i t i c a l

f o r

t o d a y ' s

n e t w o r k e n v i r o n m e n t s . A s t h e

n e t w o r k

s e r v i c e s

c o n t i n u e t o i n c r e a s e , t h e c h a l l e n g e s

in v ol v e d w i t h

p r o v i d i n g

a c c u r a t e

t i m e t o

s y s t e m s

a n d

a p p l i c a t i o n s

a l s o i n c r e a s e . T h i s

p a p e r

a d d r e s s e s

t h e

us e

o f

I E E E 1 5 8 8 C M i n

c o n j u n c t i o n

w i t h S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t

t o d e l i v e r

a c c u r a t e s y n c h r o n i z a t i o n f o r t h e

T e l e c o m N e t w o r k .

1 .

I n t r o d u c t i o n

I n c u r r e n t n e t w o r k s , s y n c h r o n i z a t i o n

i s

t r a n s p o r t e d

a n d

d i s t r i b u t e d

b y

TDM

n e t w o r k s . A s

t h e

n e t w o r k

e v o l v e s , l e g a c y e q u i p m e n t

w i t h TDM i n t e r f a c e s

i . e . ,

STM-N)

w i l l

b e

m i x e d

w i t h

G i g a b i t

E t h e r n e t

i n t e r f a c e s .

T h e r e a r e

e m e r g i n g t e c h n o l o g i e s ,

i n c l u d i n g CES

( C i r c u i t

E m u l a t i o n

S e r v i c e s ) ,

w h i c h

a r e

d e s i g n e d

t o

t r a n s p o r t s y n c h r o n o u s c i r c u i t s ,

s u c h a s

T I / E l ,

o v e r

a s y n c h r o n o u s

n e t w o r k s .

T h i s

t y p e

o f

t e c h n o l o g y

w i l l

b e n e f i t

f r o m

t h e

t r a n s p o r t

o f a c c u r a t e

c l o c k s o v e r

t h e

p a c k e t

n e t w o r k .

T h e r e

a r e s e v e r a l

m e t h o d s

t o

t r a n s p o r t

a c l o c k f r o m

o n e

n o d e

t o a n o t h e r

i n

p a c k e t

n e t w o r k s .

T h e I T U - T

G . 8 2 6 1

R e c o m m e n d a t i o n

T i m i n g

a n d


A s p e c t s

i n

P a c k e t N e t w o r k s

[ 2 ] ,

d e f i n e s s e v e r a l

m o d e s f o r

c l o c k d i s t r i b u t i o n

a n d

c l o c k

r e c o v e r y .

G . 8 2 6 1

[ 2 ]

d e s c r i b e s

p a c k e t - b a s e d

m e t h o d s

a n d t h e

S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t m e t h o d .

*

I E E E - 1 5 8 8 T M

i s

t r a d e m a r k o f i t s

r e s p e c t i v e

o w n e r

T h e p a c k e t - b a s e d m e t h o d s

r e l y

o n t i m i n g

i n f o r m a t i o n c a r r i e d b y

t h e

p a c k e t s . I n t h i s c a s e

t h e

t i m i n g c a n b e c a r r i e d b y d ed ic a t ed t im e

s t a m p

m e s s a g e s u s i n g

t h e I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ] ,

t h e P r e c i s i o n T i m e

P r o t o c o l ( P T P ) .

PT P

u s e s t i m e s t a m p s

f o r

s y n c h r o n i z i n g

c l o c k s

i n t h e

n e t w o r k

i n

a m a s t e r - s l a v e

h i e r a r c h y .

I E E E 1 5 8 8

[ 6 ]

c a n

b e

u s e d

t o

d i s t r i b u t e

f r e q u e n c y a n d / o r T i me - of - D a y ( T o D ) i n f o r m a t i o n .

T h e S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t m e t h o d

u s e s t h e

p h y s i c a l

l a y e r

t o

t r a n s p o r t s y n c h r o n i z a t i o n .


E t h e r n e t

i s

b a s e d o n a w e l l - e s t a b l i s h e d S O N E T / S DH

s y n c h r o n i z a t i o n

d i s t r i b u t i o n m o d e l .

T h e se m e t h o d s a r e

w i d e l y

i m p l e m e n t e d

t o

s y n c h r o n i z e

t h e

TDM

n e t w o r k s .

I f PT P

i s

d e p l o y e d o n l y

a t t h e

e n d n o d e s

i . e . ; a t t h e

m a s t e r a n d s l a v e

n o d e s ) ,

t h e n t h e


p e r f o r m a n c e

c a n

b e

a f f e c t e d

b y

i m p a i r m e n t s

o f t h e

t e l e c o m n e t w o r k ,

s u c h a s

p a c k e t d e l a y

v a r i a t i o n

( P D V ) .

I n

c a s e s

w h e r e t h e

n e t w o r k

i s v e r y n o i s y

( h i g h

P D V ) , a n d

t h e r e

i s

a

n e e d

t o

h a v e c a r r i e r - c l a s s

s y n c h r o n i z a t i o n , p h a s e

a l i g n m e n t

a n d / o r

T o D ,


E t h e r n e t c a n b e u s e d t o d e l i v e r

f r e q u e n c y

a n d I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

c a n

b e u s e d t o d e l i v e r

p h a s e

a l i g n m e n t

a n d / o r T o D .

2 .


E t h e r n e t

2 . 1 .

S y n c h r o n o u s E t h e r n e t c o n c e p t

I n

t h e

c a s e

o f


E t h e r n e t

b a s e d m e t h o d s ,

t h e

t h e

p h y s i c a l l a y e r

o f t h e E t h e r n e t

i s

u s e d t o

t r a n s p o r t

s y n c h r o n i z a t i o n .

T h e c l o c k

s i g n a l

c a n b e

g e n e r a t e d

f r o m b i t

s t r e a m i n

a s i m i l a r

m a n n e r a s

i t

i s

g e n e r a t e d

i n

t r a d i t i o n a l SONET/SDH/PDH

n e t w o r k s .

E a c h

n o d e

i n

t h e P a c k e t

N e t w o r k

t h a t

i s

p a r t

o f t h e


E t h e r n e t

( S y n c E )

c h a i n r e c o v e r s t h e

c l o c k

f r o m

t h e

u p s t r e a m

n od e a n d

d i s t r i b u t e s t h e c l o c k

t o t h e d o w n s t r e a m

n o d e

b y r e l y i n g

o n t h e

t r a n s p o r t

o f

t h e c l o c k

t h r o u g h

t h e

p h y s i c a l

l a y e r .

B e c a u s e


E t h e r n e t u s e s t h e

p h y s i c a l l a y e r

o f

E t h e r n e t t o r e c o v e r t h e

t i m i n g ,

i t c a n

o n l y

d i s t r i b u t e

f r e q u e n c y ;

i t c a n ' t d i s t r i b u t e T oD o r

p h a s e a l i g n m e n t .

T h e

p e r f o r m a n c e

o f

t h e

r e c o v e r e d

c l o c k

i s

i n d e p e n d e n t

1 - 4 2 4 4 - 1

0 6 4 - 9 / 0 7 / 2 5 . 0 0

2 0 0 7

I E E E

1 3 8


2/5

o f n e t w o r k l o a d i n g

a n d

i s n o t i n f l u e n c e d b y a n y

i m p a i r m e n t s a s s o c i a t e d w i t h t h e p a c k e t

n e t w o r k

( e . g . ,

q u e u i n g , r o u t i n g , PDV, e t c ) .

F i g u r e

s h o w s t h e

c o n c e p t

o f

y n c h o n o u s

E t h e r n e t .

N o d e

1

N o d e 2 N o d e 3

D a t a

2 F2

t a y e - 2 - 7 -

1.1-

U P

PR

L

t a c e b l

_ - o

S y c E S y c E

t r a c a b l e

DPLL DPLL

- e F Z 4 -

D a t a

c o v e r e d l

d o c k


P a t h

D a t a

P a t h

F i g u r e 1 . S y n c h r o n o u s E t h e r n e t

C o n c e p t

I n

f i g u r e

1 ,

a

P r im a r y R e f er e n c e

C l o c k

( P R C )

t r a c e a b l e

r e f e r e n c e

i s

i n j e c t e d

i n t o t h e


E t h e r n e t ( S y n c E ) D i g i t a l P h a s e

L o c k

L o o p ( D P L L ) .

T h e

DPLL

p r o v i d e s

j i t t e r

a n d

w a n d e r f i l t e r i n g ,

a n d

a l s o t r a n s l a t e s t e l e c o m c l o c k s

t o

E t h e r n e t

c l o c k s . T h e

o u t p u t

o f t h e

DPLL

i s a l s o

u s e d

t o d r i v e t h e c l o c k o f

t h e E t h e r n e t PHY.

On

t h e

s e c o n d n o d e ,

t h e

P R C -

t r a c e a b l e c l o c k c a n b e e x t r a c t e d

a t t h e r e c e i v e p a t h

o f

t h e E t h e r n e t

PHY.

T h e

DPLL

p r o v i d e s

t h e

w a n d e r

a n d

j i t t e r

f i l t e r i n g

a n d t h e

o u t p u t

o f t h e DPLL i s u s e d t o

d r i v e t h e E t h e r n e t

PHY.

A t t h e t h i r d

n o d e ,

i n

t h i s

e x a m p l e

t h e l a s t

n o d e ,

t h e P R C - t r a c e a b l e

c l o c k

c a n

b e

e x t r a c t e d

a t

t h e

r e c e i v e

p a t h

o f

t h e

E t h e r n e t

PHY.

T h e

DPLL p r o v i d e s

j i t t e r

a n d

w a n d e r f i l t e r i n g a n d a l s o

t r a n s l a t e s E t h e r n e t c l o c k s t o T e l e c o m c l o c k s . T h e

o u t p u t

o f t h e

DPLL i s

u s e d t o

d r i v e

t h e

s y s t e m

c l o c k a t

t h e

e n d

n o d e . T h e

e x a m p l e

a b o v e i n c l u d e s

3

n o d e s ,

b u t

t h i s c a n b e r e p e a t e d

f o r

s e v e r a l n o d e s a s

l o n g

a s i t

f o l l o w s

t h e


s p e c i f i c a t i o n s

a s d e s c r i b e d

i n

I T U - T G . 8 2 6 2

-

T i m i n g C h a r a c t e r i s t i c s o f


E t h e r n e t

E q u i p m e n t

S l a v e C l o c k

( E E C )

[ 1 ] .

T h e

new I T U - T G . 8 2 6 2

[ 1 ]

s t a n d a r d s c o n s e n t e d

i n

J u n e 2 0 0 7

s p e c i f i e s

a l l r e l a t e d

r e q u i r e m e n t s

f o r


E t h e r n e t .

2 . 2 .

ITU-T

G . 8 2 6 2

[ 1 ]

S t a n d a r d

T wo

c l o c k

o p t i o n s

f o r


E t h e r n e t a r e

s p e c i f i e d

i n

t h e I T U - T G . 8 2 6 2

[ 1 ]

r e c o m m e n d a t i o n .

O n e

o f

t h e

o p t i o n s

i s d e s c r i b e d

a s

E E C - O p t i o n

1 .

E E C - O p t i o n

1

w a s

s p e c i f i e d

f o r


E t h e r n e t

e q u i p m e n t

t h a t i s

d e s i g n e d

t o

i n t e r w o r k w i t h

n e t w o r k s

o p t i m i z e d

f o r t h e 2 0 4 8

k b i t / s

h i e r a r c h y .

T h e

o t h e r

o p t i o n

i s d e s c r i b e d a s

E E C - O p t i o n

2 .

E E C - O p t i o n

2

w a s

s p e c i f i e d

f o r


E t h e r n e t

e q u i p m e n t

t h a t

i s

d e s i g n e d

t o i n t e r w o r k w i t h n e t w o r k s

o p t i m i z e d

f o r

t h e 1 5 4 4

k b i t / s

h i e r a r c h y .

I T U - T G . 8 2 6 2

[ 1 ]

r e c o m m e n d a t i o n

d e s c r i b e s a l l t h e

c l o c k c h a r a c t e r i s t i c s t h a t

m u s t

b e

m e t ;

i t

s p e c i f i e s

r e q u i r e m e n t s s u c h a s c l o c k a c c u r a c y , n o i s e t r a n s f e r ,

h o l d o v e r

p e r f o r m a n c e ,

n o i s e t o l e r a n c e , a n d n o i s e

g e n e r a t i o n . S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t c lo c k d i s t r i b u t i o n

c a n b e c o n s i d e r e d a n e x t en s i o n o f t h e c u r r e n t


d i s t r i b u t i o n

n e t w o r k .

O n e

i m p o r t a n t

a s p e c t

o f


E t h e r n e t

i s

t h a t i t d o e s

n o t

i m p a c t a n y e x i s t i n g

IEEE

8 0 2 . 3

s p e c i f i c a t i o n s

s u c h a s

f r e q u e n c y

t o l e r a n c e ,

b u t

a d d s

new n e t w o r k

e l e m e n t

c l o c k

f u n c t i o n a l i t y .

I T U - T G . 8 2 6 2 [ 1 ]

E E C - O p t i o n 1 i s

b a se d o n t h e

O p t i o n

1 c l o c k

f r o m I T U - T G . 8 1 3


[ 7 ] , a n d E E C - O p t i o n

2

i s

b a s e d o n t h e T y p e I V

c l o c k

f r o m I T U - T G . 8 1 2 R e c o m m e n d a t i o n [ 8 ] .

J i t t e r

g e n e r a t i o n a n d

j i t t e r

t o l e r a n c e

f o r

E t h e r n e t

i n t e r f a c e s

f o r

E E C - O p t i o n

1

a n d E E C - O p t i o n

2

a r e b a s e d

o n

IEEE 8 0 2 . 3 .

An

a d d i t i o n a l

m e c h a n i s m

i s

a l s o

n e e d e d

t o

p r o v i d e

t h e

c l o c k

q u a l i t y

t o t h e

e n d n o d e s

i n

o r d e r

t o d e t e c t

a n d

c o r r e c t n e t w o r k


f a i l u r e s . T h e

m e c h a n i s m

u s e d

i n

c u r r e n t

S O N E T / S DH

n e t w o r k s

i s


S t a t u s

M e s s a g i n g

( S S M ) .

S S M

i s

d e f i n e d

i n

I T U - T G . 7 0 7

-

N e t w o r k N o d e I n t e r f a c e f o r

t h e


D i g i t a l

H i e r a r c h y

( S D H ) [ 3 ]

a n d I T U -

T

G . 7 8 1

-

S y n c h r o n i z a t i o n L a y e r

F u n c t i o n s

[ 4 ] .

S S M

c a n a l s o b e u s e d f o r


E t h e r n e t t o

c o n v e y

t i m i n g q u a l i t y

i n f o r m a t i o n f o r t h e d o w n s t r e a m E t h e r n e t

s w i t c h e s . I f

u p s t r e a m

n e t w o r k


f a i l u r e

o c c u r s

t h e s y n c h r o n i z a t i o n f u n c t i o n

p r o c e s s e s

t h e S S M

a n d t a k e s

a p p r o p r i a t e

a c t i o n t o s e l e c t a new

t i m i n g

r e f e r e n c e .

T h e

c h a n n e l

t o

t r a n s p o r t

t h e

S S M

i n

E t h e r n e t n e t w o r k s

i s

s t i l l

b e i n g

s t u d i e d a t I T U - T .

I t i s

e x p e c t e d

t h a t t h e

S S M w i l l

b e

d e f i n e d

a n d b e

p a r t

o f

a

new

I T U - T r e c o m m e n d a t i o n t h a t w i l l b e c o n s e n t e d

i n

F e b r u a r y

2 0 0 8 .

3 . P a c k e t - B a s e d M e t h o d s

3 . 1 . P a c k e t - B a s e d

Method

C o n c e p t

I n t h e c a s e o f

p a c ke t -b a s ed m e t h od s ,

t h e

t i m i n g

i n f o r m a t i o n i s

t r a n s p o r t e d b y

t h e

p a c k e t s ,

o r

T i m i n g

o v e r

P a c k e t

( T o P ) .

T h e

c l o c k

i s

e n c o d e d

i n

t h e

p a c k e t s

a n d i s

t r a n s p o r t e d

e i t h e r a t

L a y e r

2

o r

L a y e r 3 ,

i n d e p e n d e n t

o f

t h e

P h y s i c a l L a y e r .

I n t h i s

c a s e

t h e

P a c k e t N e t w o r k i s

' t r a n s p a r e n t r e g a r d i n g

t h e

s y n c h r o n i z a t i o n ,

a n d

T oP m e t h o d s c a n b e

d e p l o y e d

o n l y

a t t h e ' e n d '

p o i n t s

t h e

m a s t e r

a n d t h e

s l a v e .

E x a m p l e s

o f

p r o t o c o l s

u s e d t o

t r a n s p o r t T i m i n g

o v e r

P a c k e t a r e

N T P ,

RT P

a n d I E E E 1 5 8 8

[ 6 ] .

I E E E 1 5 8 8

[ 6 ]

i s

e m e r g i n g

a s

o n e o f t h e

p r e f e r r e d

c h o i c e s t o b e u s e d

f o r T e l e c o m

N e t w o r k s .

i g u r e

2

d e p i c t s

t h e

c o n c e p t

o f T o P .

1 3 9


3/5

F F R

E d a -

- E A a

t a E i e

T C P

L a e 2 -

7

t

L a W 2 -

7

d o c k

E } J L

T 1 h T

_____

i

O P R _

r

F

*kds

d o k

R - t f f - e

R - t ( L a ,

E d a P h

F i g u r e

2 .

T oP

C o n c e p t

I n

f i g u r e

2 , a PRC t r a c e a b l e r e f e r e n c e i s

i n j e c t e d

i n t o

t h e

ToP D P L L .

T h e

T oP DPLL g e n e r a t e s t i m i n g

p a c k e t s a s d e f i n e d

i n

t h e I E E E 1 5 8 8 [ 6 ] s t a n d a r d s ;

t h o s e

I E E E 1 5 8 8 [ 6 ] t i mi ng p a ck e t s

c o n t a i n

t h e

t i m i n g

i n f o r m a t i o n

a n d

a r e t r a n s m i t t e d i n t h e p a c k e t - s w i t c h e d

n e t w o r k .

A t

t h e

s l a v e

n o d e , t h e

T oP DPLL r u n s

a n

a l g o r i t h m

t o r e c o v e r t h e

c l o c k

f r o m t h e I E E E 1 5 8 8 [ 6 ]

t i m i n g p a c k e t s ,

t h e r e c o v e r e d

c l o c k i s

l o c k e d

t o

t h e

PRC

t r a c e a b l e

c l o c k

a t

t h e

M a s t e r

n o d e .

T h e

a l g o r i t h m

t o

r e c o v e r t h e

c l o c k

a t t h e

s l a v e

n o d e

i s

o u t o f s c o p e o f

t h e 1 5 8 8

s t a n d a r d ,

so i t

i s

p r o p r i e t a r y .

3 . 2 .

I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ]

I E E E - 1 5 8 8

S t a n d a r d

f o r a

P r e c i s i o n C l o c k

S y n c h r o n i z a t i o n P r o t o c o l

f o r N e t w o r k e d

M e a s u r e m e n t

a n d

C o n t r o l

S y s t e m s

w a s

a p p r o v e d

i n

S e p t e m b e r

2 0 0 2

a n d p u b l i s h e d

N o v e m b e r 2 0 0 2

[ 5 ] .

I t

d e f i n e s a

P r e c i s i o n

T i m e P r o t o c o l ( P T P ) d e s i g n e d

t o s y n c h r o n i z e

r e a l - t i m e c l o c k s

i n

a d i s t r i b u t e d

s y s t e m .

T h e 2 0 0 2

v e r si on o f I E E E - 1 5 8 8

[ 5 ]

w a s

i n t e n d e d f o r L o c a l

A r e a

N e t w o r k s

u s i n g

m u l t i c a s t

c o m m u n i c a t i o n s

( i n c l u d i n g

E t h e r n e t ) .

I E E E - 1 5 8 8 [ 5 ]

w a s

d e s i g n e d t o

w o r k

w i t h i n

a

b u i l d i n g

o r

f a c t o r y

t o

a d d r e s s

t y p i c a l l y

I n d u s t r i a l

A u t o m a t i o n

a n d T e s t a n d M e a s u r e m e n t

S y s t e m s .

I E E E - 1 5 8 8 [ 5 ]

w a s

d e s i g n e d t o

t a r g e t

a n

a c c u r a c y o f

m i c r o s e c o n d t o s u b - m i c r o s e c o n d .

PT P

u s e s t i m e

s t a m p s

f o r

s y n c h r o n i z i n g

c l o c k s

i n

t h e

n e t w o r k ;

t h e

c l o c k s a r e

a r r a n g e d

i n a

m a s t e r - s l a v e

h i e r a r c h y .

PT P

a l s o d e f i n e s a

B o u n d a r y

C l o c k t h a t

i s

t y p i c a l l y

a

m u l t i -

p o r t

d e v i c e .

T h e

B o u n d a r y

C l o c k

i s

u s e d

t o

t r a n s l a t e

t h e PT P

p r o t o c o l

m e s s a g e s

b e t w e e n

r e g i o n s b y

i m p l e m e n t i n g

d i f f e r e n t

t r a n s p o r t

a n d

m e s s a g i n g

p r o t o c o l s .

A

P r o j e c t

A u t h o r i z a t i o n

R e q u e s t

( P A R )

w a s

a p p r o v e d

i n

M a r c h 2 0 0 5 t o

w o r k

o n a

s e c o n d r e v i s i o n

o f t h e

I E E E 1 5 8 8

[ 5 ]

s t a n d a r d . T h e

PAR

i n c l u d e s

r e s o l u t i o n

o f

k n o w n e r r o r s , c o n f o r m a n c e

e n h a n c e m e n t s ,

a n d

e n h a n c e m e n t s t o

a d d r e s s

new

a p p l i c a t i o n s ( i n c l u d i n g T e l e c o m ) .

A

new

t y p e

o f

I E E E 1 5 8 8 c l o c k w a s i n t r o d u c e d

i n

v e r s i o n

2

t h a t i s

c a l l e d

T r a n s p a r e n t

C l o c k . T w o

t y p e s

o f

t r a n s p a r e n t

c l o c k s a r e d e f i n e d a s E n d - t o - E n d a n d P e e r - t o - P e e r


C l o c k . T h e P e e r - t o - P e e r


C l o c k d i f f e r s f r o m t h e E n d - t o - E n d


C l o c k

i n

t h e

way

i t c o r r e c t s a n d

h a n d l e s

t h e

PT P

t i m i n g

m e s s a g e s .

V e r s i o n

2

o f t h e s t a n d a r d i n c l u d e s

k e y

f e a t u r e s f o r

T e l e c o m .

I t

a l l o w s t h e

m e s s a g e

t o b e t r a n s m i t t e d

i n

U n i c a s t ,

d e f i n e s a

U n i f i e d F r a m e f o r m a t , a l l o w s F a u l t

T ol e r a nt C l o c k s , a n d a l l o w s

d i f f e r e n t

m e t h o d s f o r

M a s t e r c l o c k s e l e c t i o n .

H o w e v e r , a

T e l e c o m

p r o f i l e

s t i l l n e e d s t o b e d e f i n e d .

T h e

p r o f i l e i s

a

s e t o f

r e q u i r e d

o p t i o n s ,

p r o h i b i t e d

o p t i o n s ,

a n d

t h e

r a n g e s

a n d

d e f a u l t s

o f

c o n f i g u r a b l e

a t t r i b u t e s . A s d e f i n e d

i n

t h e d r a f t

s t a n d a r d An

I E E E - 1 5 8 8

p r o f i l e

may

b e d e v el o p ed b y

e x t e r n a l

o r g a n i z a t i o n s

i n c l u d i n g :

a )

A

r e c o g n i z e d s t a n d a r d s

o r g a n i z a t i o n

w i t h

j u r i s d i c t i o n

o v e r t h e i n d u s t r y , e . g .

I E C ,

I E E E ,

I E T F ,

A N S I , I T U , o r ;

b )

An

i n d u s t r y t r a d e

a s s o c i a t i o n

o r o t h e r

s i m i l a r o r g a n i z a t i o n r e c o g n i z e d w i t h i n t h e i n d u s t r y a s

h a v i n g s t a n d a r d s a u t h o r i t y f o r

t h e

i n d u s t r y ;

c )

O t h e r

o r g a n i z a t i o n s

a s a p p r o p r i a t e .

I T U - T i s c u r r e n t l y w o r k i n g o n

t h e

d e f i n i t i o n o f

a n

I E E E - 1 5 8 8

T e l e c o m

p r o f i l e .

I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ]

d e s c r i b e s

a

p r o t o c o l f o r

s y n c h r o n i z a t i o n , b u t

i t d o e s

n o t a d d r e s s a n y

p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s . A l s o

a p r o p e r a l g or it h m h a s

t o

b e i m p l e m e n t e d

i n t h e s l a v e

d e v i c e s

t o

h a n d l e

P DV

i f

t h e p a c k e t - s w i t c h e d n e t w o r k h a s s w it c h es

a n d

r o u t e r s

t h a t

d o n o t

s u p p o r t t h e

PT P

s t a n d a r d ( t h e

s w i t c h e s

a n d

r o u t e r s

d o

n o t

s u p p o r t T r a n s p a r e n t

C l o c k s

o r

B o u n d a r y c l o c k s ) .

I n t h i s c a s e t h e I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

t i m i n g p a c k e t s

w i l l

g o t h r o u g h

t h e

p a c k e t - s w i t c h e d

n e t w o r k ,

b u t i t w i l l

o n l y

b e h a n d l e d

a t

t h e

m a s t e r

a n d

s l a v e n o d e s .

T h e s e

a l g o r i t h m s a r e

u s u a l l y

b a s e d o n

a d a p t i v e

c l o c k

r e c o v e r y .

3 . 2 . 1 .

A d a p t i v e

C l o c k R e c o v e r y

[ 1 0 ]

O n e

o f

t h e

s i m p l e s t

f o r m o f a d a p t i v e

c l o c k

r e c o v e r y

i s

b a s e d

o n

p a c k e t a r r i v a l t i m e s ( o r i n t e r - a r r i v a l

t i m e s ) .

I n

t h i s

c a s e ,

t h e c l o c k r a t e c a n

b e

i n f e r r e d

b y a v e r a g i n g

t h e a r r i v a l

r a t e o f t h e

p a c k e t s o v e r

a

p e r i o d

o f

t i m e .

T h e a r r i v a l r a t e i s r e c o r d e d

a n d

t h e mean r a t e i s

c a l c u l a t e d a n d

c o m p a r e d

t o t h e r a t e

o f

a l o c a l

o s c i l l a t o r .

T h e

f r e q u e n c y

o f t h e

d i g i t a l

c o n t r o l l e d

o s c i l l a t o r

i s t h e n

a d j u s t e d

t o m a t c h t h e m a s t e r c l o c k

f r e q u e n c y .

T h e

v a r i a t i o n

i n

t h e t r a n s i t

d e l a y

o f p a c k e t s

t h a t

t r a n s v e r s e

t h e

n e t w o r k

c a u s e s

j i t t e r

e f f e c t s .

T h e s e

j i t t e r

e f f e c t s w i l l

i n t r o d u c e

n o i s e i n t o t h e r e c o v e r e d

c l o c k ,

w h i c h n e e d s t o b e r e mo v e d .

To

r e m o v e t h e

j i t t e r

e f f e c t s ,

t h e

a v e r a g i n g p e r i o d

o f t h e

a r r i v a l

r a t e h a s

t o

b e

s u f f i c i e n t l y l o n g .

F o r

t h i s

t y p e

o f

a d a p t i v e

c l o c k

r e c o v e r y i t

may

b e

d i f f i c u l t

t o

r e c o v e r a

c l o c k

t h a t

s t a y s

w i t h t h e

s p e c i f i c a t i o n

o f

w a n d e r

r e q u i r e m e n t

b e c a u s e

i t

d e p e n d s

o n

t h e c h a r a c t e r i s t i c s

o f

t h e

p a c k e t n e t w o r k ,

I n t h i s

t y p e

o f

s c h e m e

a n y

v a r i a t i o n

i n

d e l a y

b e t w e e n

p a c k e t s

w i l l f e e d

t h r o u g h

a s a

v a r i a t i o n

i n

t h e

f r e q u e n c y

o f

t h e

r e c o v e r e d

c l o c k . I t i s

e a s y

t o f i l t e r

h ig h f r e q ue nc y

J i t t e r ,

b u t

a n y l ow

f r e q u e n c y v a r i a t i o n o r w a n d e r i s

more d i f f i c u l t

t o

r e m o v e

w i t h o u t

a

f i l e r

w i t h

v e r y

l o n g

1 4 0


4/5

t i m e c o n s t a n t . T h i s w i l l

m a k e

t h e l o c k i n g t i m e

n o t

a c c e p t a b l e

f o r s o m e a p p l i c a t i o n s .

T h e r e a r e o t h e r m e t h o d s

f o r

AC R

t h a t

a r e

b a s e d

o n

n o n - l i n e a r

f i l t e r i n g .

S e v e r a l n o n - l i n e a r f i l t e r i n g

a p p r o a c h e s

h a v e b e e n

r e p o r t e d .

S e v e r a l m e t h o d s

c a n

b e u s e d , f o r e x a m p l e , p r e - c o n d i t i o n i n g t h e

p a c k e t

d e l a y

e s t i m a t e s ,

p a c k e t

s e l e c t i o n

t e c h n i q u e s

t o

s e l e c t

g o o d t i m i n g

p a c k e t s ,

u s e

o f

t i m e - i n v a r i a n t

p r o p e r t y

o f

t h e d e l a y v a r i a t i o n t o

e s t i m a t e

t h e f r e q u e n c y

o f

p a c k e t

a r r i v a l .

By a p p l y i n g t h e s e n o n - l i n e a r

f i l t e r i n g

t e c h n i q u e s p e r f o r m a n c e c a n b e g r e a t l y

i m p r o v e d .

F u r t h e r

i m p r o v e m e n t s c a n b e a c h ie v e d b y u s i n g

h i g h

p r i o r i t i e s s e t t i n g s f o r

t h e

t i m i n g p a c k e t s ,

s u c h t h a t

t h e

d e l a y v a r i a t i o n

t h r o u g h

t h e n e t w o r k i s r e d u c e d .

V e r y

g o o d r e s u l t s h a v e b e e n r e p o r t e d t h r o u g h o u t

t h e

i n d u s t r y b y u s i n g

t h e s e

t y p e s o f m e t h o d s .

3 . 3 .

I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

a n d S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t

i n

T e l e c o m

3 . 3 . 1 . I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ] u s e d

i n

c o m b i n a t i o n o f


E t h e r n e t N e t w o r k

S e v e r a l

e m e r g i n g

T e l e c o m

a p p l i c a t i o n s n e e d

t o

m a i n t a i n

p h a s e

a l i g n m e n t

( a n d / o r T o D )

i n

many

p l a c e s

o f

t h e

n e t w o r k w i t h v e r y

s t r i n g e n t r e q u i r e m e n t .

F o r

e x a m p l e ,

f o r 3GPP

CDMA B a s e S t a t i o n s t h e t i m e

a l i g n m e n t

e r r o r

s h ou l d b e

l e s s t h a n 3 v s

a n d s h a l l b e

l e s s

t h a n

1 0 h i s

I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ] c a n

t r a n s p o r t

T oD

a n d f r e q u e n c y ,

b u t

i f

I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

i s

o n l y

d e p l o y e d

a t t h e

e n d n o d e s

o f

t h e

n e t w o r k

( m a s t e r

a n d

s l a v e

n o d e s )

t h e n

i t

c a n

b e

a f f e c t e d

b y

i m p a i r m e n t s

o f t h e t e l e c o m

n e t w o r k ,

s u c h

a s

PDV.

M u l t i p l e

c a u s e s c a n c o n t r i b u t e t o

P D V ,

i n c l u d i n g q u e u i n g d e l a y s , r o u t i n g c h a n g e s , c o n g e s t i o n ,

e t c . Some T e l e c o m n e t w o r k s h a v e

v e r y

h i g h

P D V ;

so

u s i n g S y n c h r o n o u s

E t h e r n e t

t h a t i s b a s e d o n a w e l l -

k n o w n

t e c h n o l o g y

( s i m i l a r

t o

S O N E T / S DH

s y n c h r o n i z a t i o n )

w i l l

g u a r a n t e e

c a r r i e r - c l a s s

f r e q u e n c y

s y n c h r o n i z a t i o n .

H o w e v e r , S yn c h r on ou s

E t h e r n e t

c a n

o n l y

d i s t r i b u t e

f r e q u e n c y ,

i t c a n n o t d i s t r i b u t e

T o D ,

b u t

i t

may s i g n i f i c a n t l y

e n h a n c e t h e

q u a l i t y

o f t h e t i m e

t r a n s f e r r e d b y I E E E - 15 8 8

[ 6 ] . C o n c u r r e n t l y u s i n g


E t h e r n e t t o d i s t r i b u t e

f r e q u e n c y a n d

I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ] t o

d i s t r i b u t e T oD may

a l l o w v e r y

s t r i n g e n t p h a s e

a l i g n m e n t

r e q u i r e m e n t s

t o

b e m e t .

3 . 3 . 2 .

I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ] u s e d

t o

e x t e n d t h e


E t h e r n e t

N e t w o r k

I n c u m b e n t T e l e c o m C a r r i e r s a r e v e r y

f a m i l i a r a n d

c om fo rt a b l e w i t h t h e c u r r e n t s y n c h r o n i z a t i o n n e t w o r k

b e i n g

d i s t r i b u t e d u s i n g t h e

p h y s i c a l l a y e r .


i s

k e y f o r t h e p r o p e r

f u n c t i o n

o f

t h e

n e t w o r k t o d a y a n d s e r v i c e p r o v i d e r s w a n t a r e l i a b l e

way

t o

e x t e n d a n d d i s t r i b u t e s y n c h r o n i z a t i o n

i n n e x t -

g e n e r a t i o n

n e t w o r k s .


E t h e r n e t

c a n b e

u s e d

t o

d i s t r i b u t e

s y n c h r o n i z a t i o n f r o m

t h e

c o r e

o f t h e n e t w o r k t o t h e

e d g e .

I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

c a n

b e u s e d

t o e x t e n d t h e


c h a i n

f r o m

t h e

e d g e

t o t h e

a c c e s s

o f

t h e

n e t w o r k .

F i g u r e

3

d e p i c t s

a

d i a g r a m

t h a t

s h o w s

t h e

c o n c e p t

o f I E E E - 1 5 8 8

[ 6 ]

b e i n g u s e d

t o e x t e n d t h e


a t t h e a c c e s s .

I n

F i g u r e

3

[ 9 ] ,

t h e PRC

i s

l o c a t e d

i n

t h e c o r e o f t h e

n e t w o r k .


E t h e r n e t i s

u s e d

t o

d i s t r i b u t e a

t r a c e a b l e PRC r e f e r e n c e c l o c k t o t h e

e d g e

o f

t h e

n e t w o r k . A t t h e

e d g e ,

a n I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ] d e v i c e w i l l b e

u s e d t o

l o c k

t o t h e


E t h e r n e t

c l o c k

a n d

g e n e r a t e t i m i n g

p a c k e t s

a c c o r d i n g

t o

v e r s i o n

2

o f

I E E E - 1 5 8 8 [ 6 ] s t a n d a r d s

t o

d i s t r i b u t e s y n c h r o n i z a t i o n

t o t h e

a c c e s s d e v i c e s .

R e f e r e n c e s

[ 1 ]

I T U - T R e c o m m e n d a t i o n

G . 8 2 6 2

( 2 0 0 7 ) ,

T i m i n g

C h a r a c t e r i s t i c s o f


E t h e r n e t

E q u i p m e n t

S l a v e

C l o c k

( E E C ) .

[ 2 ] I T U - T R e c o m me n d a t io n

G . 8 2 6 1

( 2 0 0 6 ) ,

T i m i n g

a n d

S y n c h r o n i z a t i o n a s p e c t s

i n

P a c ke t N e t w or k s .

[ 3 ]

I T U - T

R e c o m m e n d a t i o n G . 7 0 7

( 2 0 0 1 ) ,

N e t w o r k n o d e

i n t e r f a c e

f o r t h e

s y n c h r o n o u s d i g i t a l h i e r a r c h y ( S D H )

[ 4 ]


G . 7 8 1

( 1 9 9 9 ) ,


l a y e r

f u n c t i o n s

F i g u r e

3 . IEEE-1588 and

Synchronous

E t h e r n e t

K e r n e t

T


5/5

[ 5 ]

I E E E - 1 5 8 8

S t a n d a r d f o r a P r e c i s i o n C l o c k

S y n c h r o n i z a t i o n P r o t o c o l f o r

N e t w o r k e d M e a su r e m e n t

a n d C o n t r o l S y s t e m s

[ 6 ]

IEEE P 1 5 8 8 T M D 2 . 1 D r a f t S t a n d a r d

f o r a

P r e c i s i o n

C l o c k

S y n c h r o n i z a t i o n P r o t o c o l f o r N e t w o r k e d

M e a s u r e m e n t a n d C o n t r o l

S y s t e m s

[ 7 ]


G . 8 1 3

( 2 0 0 3 ) ,

T i m i n g

c h a r a c t e r i s t i c s o f S DH e q u i p m e n t

s l a v e

c l o c k s ( S E C )

[ 8 ]

I T U - T


G . 8 1 2

( 1 9 9 8 ) , T i m i n g

r e q u i r e m e n t s a t

t h e o u t p u t s o f s l a v e c l o c k s s u i t a b l e f o r

p l e s i o c h r o n o u s o p e r a t i o n o f i n t e r n a t i o n a l d i g i t a l l i n k s .

[ 9 ]

S i l v a n a R o d r i g u e s ,

C o m b i n i n g

S y n c h r o n o u s E t h e r n e t

a n d I E E E - 1 5 8 8 T M f o r u s e

i n

T e l e c o m ,

2 0 0 6

C o n f e r e n c e

o n I E E E - 1 5 8 8

[ 1 0 ] S i l v a n a

R o d r i g u e s ,

O P T X S - S Y N C - 2 0 0 6 - 0 6 8 ,

A T I S /

O P T X S

c o n t r i b u t i o n

1 4 2

ieee-1588 and synchronous ethernet in telecom

Documents