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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 )的計時(shí)架構，兼具較高的安全性與彈性，旨在滿(mǎn)足 5G、交通運輸、數據中心和電力公用事業(yè)等現代關(guān)鍵基礎設施不斷增長(cháng)的需求。 
DAM ID：316616 vPRTC 計時(shí)架構已在許多行業(yè)中累計運行數百萬(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 計時(shí)中心站點(diǎn) vPRTC 系統允許鏈上最多有 15 個(gè)躍程，其中每個(gè)躍程可達 150 km 左右；因此兩個(gè) ePRTC 站點(diǎn)之間的距離可達 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BlueSky™ GNSS 防火墻 安裝 BlueSky™ GNSS 防火墻以進(jìn)行異常檢測和保護。當一個(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。 3. 設計 vPRTC 網(wǎng)絡(luò )以實(shí)現冗余 設計 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)調世界時(shí)（UTC）可追溯計時(shí)源。 4. 優(yōu)化兩個(gè) vPRTC 節點(diǎn)之間的路徑選擇 在兩個(gè) vPRTC 節點(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時(shí)信息，并向所有最終應用計時(shí)節點(diǎn)進(jìn)行受保護的南向 PTP 分配。 5. 通過(guò)監視保證 vPRTC 服務(wù) 通過(guò) TimePictra®管理保證端到端 vPRTC 服務(wù)，以驗證每個(gè) vPRTC 節點(diǎn)的計時(shí)是否達到完全精度。 彈性架構允許將自主時(shí)間尺度級原子鐘放置在基于光纖的地面計時(shí)分配網(wǎng)絡(luò )的核心位置上的增強型主參考時(shí)鐘（ePRTC）區域計時(shí)中心站點(diǎn)，從而降低對全球導航衛星系統（GNSS）等衛星計時(shí)源的依賴(lài)。安全核心計時(shí)站點(diǎn)和光纖分配完全由網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商控制，可免受基于衛星的計時(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 區域計時(shí)中心站點(diǎn) 對于任何關(guān)鍵基礎設施網(wǎng)絡(luò )而言，ePRTC 發(fā)揮著(zhù)兩項重要作用：首先是以 5.7 e-14的穩定頻率為網(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。在規劃網(wǎng)絡(luò )時(shí)，應在 30 ns 的時(shí)間內完成誤差預算計算；不過(guò)，TimeProvider®4100 ePRTC 單元的實(shí)際性能要更強，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 GNSS 天線(xiàn)安裝 務(wù)必確保 GNSS 天線(xiàn)通過(guò)避雷器、放大器或分離器等元件精確補償由電纜長(cháng)度導致的傳播延時(shí)。有關(guān)詳細說(shuō)明，請參見(jiàn) TimeProvider 4100 系統用戶(hù)指南。 BlueSky™ GNSS 防火墻 推薦使用該 ePRTC 安裝選項來(lái)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(shí)有兩大優(yōu)勢。首先是保證 ePRTC系統的輸出性能。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 銫頻率標準 提供頻率和穩定性參考。每個(gè) ePRTC 站點(diǎn)最好配備兩個(gè)銫原子鐘，以便對正在建立的關(guān)鍵基礎設施進(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，適用于區域計時(shí)中心位置以及從屬聚合節點(diǎn)和邊緣節點(diǎn)處的ePRTC 系統。 最佳實(shí)踐 2：BlueSky™ GNSS 防火墻異常檢測和保護 ePRTC 站點(diǎn)使用經(jīng)過(guò) UTC 可追溯計時(shí)校準的時(shí)鐘，并以 GNSS 作為計時(shí)參考。但是，這些時(shí)鐘基于校準銫頻率標準自主運行。通過(guò)使用先進(jìn)的防火墻技術(shù)持續監視 GNSS欺騙或干擾攻擊威脅，可以確保僅將來(lái)自太空的有效信號傳遞到中央時(shí)鐘。中央時(shí)鐘系統采用業(yè)界公認的銫原子頻率標準來(lái)建立可追溯到 UTC 的 30 ns 保障精度。如果檢測到GNSS 無(wú)效，vPRTC 源將在至少 14 天內保持 UTC 的 100 ns 可追溯性。關(guān)于如何部署BlueSky GNSS 防火墻進(jìn)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(xiàn)與 TimeProvider 4100 系統之間嵌入部署 BlueSky GNSS 防火墻。 • 將 GNSS 天線(xiàn)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(guò)閾值，防火墻將產(chǎn)生警報并禁止經(jīng)驗證的輸出，以便 ePRTC系統立即進(jìn)入保持保護狀態(tài)。 方案 2：將 BlueSky GNSS 防火墻作為單獨的監視系統進(jìn)行部署。 • 將 BlueSky GNSS 防火墻連接到單獨的 GNSS 天線(xiàn)或主天線(xiàn)線(xiàn)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(guò)閾值，防火墻將產(chǎn)生警報以通知系統操作中心進(jìn)行分析并采取適當的措施。
DAM ID： 377431 最佳實(shí)踐 3：在每個(gè) vPRTC 節點(diǎn)上配置 TimeProvider 4100 高性能邊界時(shí)鐘（HPBC）。 TimeProvider 4100 系統是一種復雜的網(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，以及設計用于光傳輸層的 HPBC。在 HPBC 模式下，該系統可滿(mǎn)足甚至超出 ITU-T G.8273.2 D 類(lèi)規范（每個(gè)HPBC 躍程的誤差預算典型值為 2 ns）。 vPRTC HPBC 與傳統邊界時(shí)鐘有所不同，傳統邊界時(shí)鐘為單向時(shí)鐘，并且具有單時(shí)鐘域和非�；镜娜ザ秳�(dòng)功能。傳統邊界時(shí)鐘設計為具有單個(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(hù)端以及雙時(shí)鐘域。憑借全雙向功能，系統可以同時(shí)接受來(lái)自不同方向（“東站點(diǎn)”和“西站點(diǎn)”）的PTP 輸入。HPBC 可監視輸入時(shí)鐘并選擇最穩定、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 同步管理系統提供簡(jiǎn)潔的監視界面，可立即檢測到任何警報情況并提醒運營(yíng)商�？啥ㄖ频谋O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(shí)踐 4：冗余光纖互連網(wǎng)絡(luò )注意事項 vPRTC 架構的光傳輸網(wǎng)絡(luò )分為兩部分。 1. ePRTC 區域計時(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)鐘到運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中的最終 PTP 客戶(hù)端時(shí)鐘的南向 PTP分配網(wǎng)絡(luò )。 在 vPRTC 網(wǎng)絡(luò )中使用專(zhuān)用計時(shí)路徑有許多好處。 計時(shí)路徑不僅將確定性計時(shí)性能提升至單納秒級別，而且還實(shí)現了通信網(wǎng)絡(luò )與計時(shí)網(wǎng)絡(luò )的完全分離。這種分離意味著(zhù)對通信網(wǎng)絡(luò )的任何計劃內或計劃外的更新或更改（例如固件、線(xiàn)卡或添加來(lái)自現有供應商或新供應商的新設備）都不會(huì )對計時(shí)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生任何影響。 采用單路徑設計的彈性 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(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(cháng)距離。需要考慮的是，快速以太網(wǎng)計時(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時(shí)的原因。 b. OTC 通常會(huì )使用外部濾波器，這意味著(zhù)使用的兩個(gè) lambda 非常接近，在大多數情況下會(huì )將靜態(tài)不對稱(chēng)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，不僅節省成本，還不會(huì )出現光纖對不匹配的問(wèn)題。 c. 一個(gè)缺點(diǎn)是需要知道光纖的長(cháng)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(huì )引發(fā)問(wèn)題；如果光纖對的長(cháng)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®監視保證端到端 vPRTC 服務(wù) vPRTC 架構具有幾項獨特的功能，這些功能對于在網(wǎng)絡(luò )內提供確定性的精確計時(shí)是必不可少的。 這些功能包括： • 在節點(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”計時(shí)解決方案，并保持這兩個(gè)計時(shí)方向的完全獨立性。 • 對同步鏈上每個(gè)節點(diǎn)的東向計時(shí)與西向計時(shí)進(jìn)行比較測量。 • vPRTC 網(wǎng)絡(luò )不僅可提供精確時(shí)間，還具有自監視和自診斷功能。 這些功能相結合意味著(zhù) TimePictra 可以監視客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)計時(shí)鏈，并確認每個(gè) HPBC與兩個(gè) ePRTC 節點(diǎn)一致。 建立 vPRTC 鏈時(shí)，TimePictra®的測量結果將顯示三個(gè)組成部分： • vPRTC 計時(shí)鏈兩端的 UTC 源之間的差異。 • vPRTC 鏈上存在的靜態(tài)不對稱(chēng)性。 • 靜態(tài)不對稱(chēng)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網(wǎng)絡(luò )的計時(shí)架構的全新概念，旨在滿(mǎn)足現代關(guān)鍵基礎設施不斷增長(cháng)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(yíng)商構建 vPRTC 網(wǎng)絡(luò )，從而提供具備無(wú)與倫比的穩定性、安全性和可靠性的超高精度計時(shí)服務(wù)的信息。 欲了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn) vPRTC。 |
