阅读时长:4 分 10 秒 | 发布日期:2025 年 3 月 18 日

精确时间协议 (PTP)
什么是精确时间协议 (PTP)?

精确时间协议(PTP)是一种时间同步协议,它根据 IEEE 1588 标准的规定,同步整个计算机网络的时钟。

在基于分组报文的网络基础设施中,PTP 时钟同步包括分布式内部设备时钟,这些时钟有助于组织数据包,并对延迟进行计数和调整。它提供对工业自动化、电信、金融交易、音频视频广播和其他时间敏感型应用至关重要的高精度频率和相位同步。

数据中心的数据工程师。

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精确时间协议 (PTP) 的主要特点

PTP 的主要功能和组件包括:

  • 层次结构:PTP 以层次化方式运行,具有用于提供参考时间的大源时钟 (GSC),以及与 GSC 同步时间的边界时钟和透明时钟。
  • 最佳源时钟算法:此算法允许设备根据时钟质量、稳定性和网络拓扑等因素和指标选择最佳源时钟。
  • 同步消息:PTP 使用这些消息维持设备之间的同步。
    • 延迟请求和响应消息:这些消息在源时钟和接收时钟之间交换,以测量网络延迟,并提供精确同步所需的其他数据。
  • 时间戳:PTP 使用时间戳精确测量消息的发送和接收时间,从而提高同步的整体准确性,并能够准确计算网络延迟。
  • 配置文件:PTP 支持多种配置文件,并可以根据特定的应用需求进行选择,例如,用于一般用途的默认配置文件和用于电信的电信配置文件等。 

精确时间协议 (PTP) 的类型

支持 PTP 的设备具有网络中可能存在的四种内部计时机制之一(称为时钟):

  • 大源时钟 (GSC):用作网络其余部分主时间的高精度时钟。通常将具有内置 GNSS(全球导航卫星系统)接收器的设备用作参考时间的来源。
  • 边界时钟 (BC):用作上游 PTP 时钟的接收器和下游时钟的源的网络设备。它具有嵌入式高精度时钟和振荡器,并使用 PTP 同步自己的时钟。它还有助于在大型或复杂网络中扩展 PTP 同步。边界时钟功能是支持音频视频桥接 (AVB) 的先决条件。
  • 透明时钟(TC):既不是接收器也不是源的中间时间感知设备。它修改从上游时钟接收到的 PTP 同步消息,将驻留时间添加到数据包的现有时间戳,然后将修改后的 PTP 同步消息传输到下游 PTP 设备。
  • 普通时钟:一种网络设备,通常用作上游时钟接收器的终端站。它有嵌入 PTP 客户端设备的时钟,该时钟需要通过网络与参考时钟同步。可用作 PTP 普通时钟的设备有多媒体广播设备、流媒体设备和音频混音器等。

为什么精确时间协议 (PTP) 很重要?

PTP 长期以来一直被电信行业广泛应用。如今,私有 5G (P5G) 网络越来越普及,以支持需要 PTP 级别精确度和准确度的关键应用和服务。无论是用于监控、控制、通信还是视频广播,准确的时间同步都是复杂系统顺畅运行和避免错误的基础。

PTP 不仅有利于电信或公有和私有 5G 网络,还有利于满足各种新兴业务线的要求,如 AI 推理、5G 服务质量、视频广播和其他延迟敏感型应用或用例。它可确保数据一致性、实时视频同步以及云基础设施和 AI 数据中心的可靠性。PTP 为金融业(防止欺诈性交易活动)、制造业(用于物流和库存管理)、媒体/娱乐业(流媒体的音频/视频同步)和关键政府任务等各领域提供了准确且极其精确的时间同步。PTP 对企业的发展、创新和交付至关重要。

时间敏感网络 (TSN)

时间敏感网络 (TSN) 是一系列标准和协议的集合,旨在为依赖数据在网络中的可预测、时间感知且低延迟传输的应用提供支持。TSN 有多种应用:

  • 金融服务
  • 工业自动化
  • 媒体制作
  • 现场活动(体育赛事、音乐会)
  • 军用和家用雷达
  • 电信
  • AI 应用

精确时间协议 (PTP) 的优势

精确时间协议 (PTP) 具有诸多优势,尤其是在高精度和同步至关重要的环境中,它可实现:

1. 更高精度(纳秒级)。
2. 时间更准确、延迟更低,因为时钟源位于网络本地。
3. 更快同步所有设备(包括客户端)的时间。
4. 支持透明和边界时钟带来了更大的灵活性和准确性。
5. PTP 最适用于时间敏感型关键应用,如在媒体分发(电视广播)、制造和工业(机器人工作同步)、金融(频繁交易)、网络管理(故障排除的事件同步)等领域中。它非常适合于有新兴业务需求的企业,如 AI 推理、5G 服务质量、视频广播和其他延迟敏感型应用或用例。
6. NTP 更适合时间同步需求一般(无需高精度)的传统企业场景。

NTP
PTP

传输

以太网/IP

以太网/IP

模式

客户端服务器

层次结构:源 > 接收

同步精度

~1 至 100 毫秒

~100 纳秒至 1 毫秒

更新间隔

数分钟之内

可配置*

部署

通常由第三方

CSP、校园、数据中心或分支机构

可扩展性

单个服务器

支持边界和透明时钟

用例

一般时间同步

需要高精度的关键应用

(*) 手动或通过 PTP 配置文件

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