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Microchip Technology Inc. Barry Dropping、Huda Farooqi 和 Simon Butcher 虛擬主參考時鐘（vPRTC）是一種基于網絡的計時架構，兼具較高的安全性與彈性，旨在滿足 5G、交通運輸、數據中心和電力公用事業等現代關鍵基礎設施不斷增長的需求。 
DAM ID：316616 vPRTC 計時架構已在許多行業中累計運行數百萬個小時，下面列出了其中的五個關鍵最佳實踐。 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，同時發生干擾和欺騙事件的幾率就越小。 2. 在 ePRTC 站點部署BlueSky™ GNSS 防火墻 安裝 BlueSky™ GNSS 防火墻以進行異常檢測和保護。當一個非常大的網絡中存在少量使用 GNSS 的站點時，在這些站點添加 GNSS 防火墻可為整個網絡提供保護。 3. 設計 vPRTC 網絡以實現冗余 設計 vPRTC 網絡，以使每個 TimeProvider® 4100 高性能邊界時鐘接收兩個高精度協調世界時（UTC）可追溯計時源。 4. 優化兩個 vPRTC 節點之間的路徑選擇 在兩個 vPRTC 節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，并向所有最終應用計時節點進行受保護的南向 PTP 分配。 5. 通過監視保證 vPRTC 服務 通過 TimePictra®管理保證端到端 vPRTC 服務，以驗證每個 vPRTC 節點的計時是否達到完全精度。 彈性架構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絡的核心位置上的增強型主參考時鐘（ePRTC）區域計時中心站點，從而降低對全球導航衛星系統（GNSS）等衛星計時源的依賴。安全核心計時站點和光纖分配完全由網絡運營商控制，可免受基于衛星的計時解決方案潛在的干擾或欺騙網絡攻擊。 最佳實踐 1：建立彈性 ePRTC 區域計時中心站點 對于任何關鍵基礎設施網絡而言，ePRTC 發揮著兩項重要作用：首先是以 5.7 e-14的穩定頻率為網絡提供低于 30 納秒（ns）的 UTC 參考，其次是在 GNSS 丟失時提供有效的保持源。在規劃網絡時，應在 30 ns 的時間內完成誤差預算計算；不過，TimeProvider®4100 ePRTC 單元的實際性能要更強，因此在部署網絡時允許更大的誤差范圍。 ePRTC 組成部分 說明 校準 GNSS 天線安裝 務必確保 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致的傳播延時。有關詳細說明，請參見 TimeProvider 4100 系統用戶指南。 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 最高級服務器 配備雙銫原子鐘時有兩大優勢。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 ePRTC 站點最好配備兩個銫原子鐘，以便對正在建立的關鍵基礎設施進行備份。 TimePictra®軟件 可查看同步性能，具有端到端網絡可視性，適用于區域計時中心位置以及從屬聚合節點和邊緣節點處的ePRTC 系統。 最佳實踐 2：BlueSky™ GNSS 防火墻異常檢測和保護 ePRTC 站點使用經過 UTC 可追溯計時校準的時鐘，并以 GNSS 作為計時參考。但是，這些時鐘基于校準銫頻率標準自主運行。通過使用先進的防火墻技術持續監視 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。中央時鐘系統采用業界公認的銫原子頻率標準來建立可追溯到 UTC 的 30 ns 保障精度。如果檢測到GNSS 無效，vPRTC 源將在至少 14 天內保持 UTC 的 100 ns 可追溯性。關于如何部署BlueSky 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閾值，防火墻將產生警報并禁止經驗證的輸出，以便 ePRTC系統立即進入保持保護狀態。 方案 2：將 BlueSky GNSS 防火墻作為單獨的監視系統進行部署。 • 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，防火墻將產生警報以通知系統操作中心進行分析并采取適當的措施。
DAM ID： 377431 最佳實踐 3：在每個 vPRTC 節點上配置 TimeProvider 4100 高性能邊界時鐘（HPBC）。 TimeProvider 4100 系統是一種復雜的網絡時鐘元件，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、網關時鐘，以及設計用于光傳輸層的 HPBC。在 HPBC 模式下，該系統可滿足甚至超出 ITU-T G.8273.2 D 類規范（每個HPBC 躍程的誤差預算典型值為 2 ns）。 vPRTC HPBC 與傳統邊界時鐘有所不同，傳統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。傳統邊界時鐘設計為具有單個輸入，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 可監視輸入時鐘并選擇最穩定、質量最高的輸入。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 節點上配置TimeProvider 4100 HPBC 時的相關因素。
DAM ID：377430 TimePictra 同步管理系統提供簡潔的監視界面，可立即檢測到任何警報情況并提醒運營商。可定制的監視儀表板界面提供警報狀態和 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條件。 最佳實踐 4：冗余光纖互連網絡注意事項 vPRTC 架構的光傳輸網絡分為兩部分。 1. ePRTC 區域計時中心站點與 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 時鐘到運營商網絡中的最終 PTP 客戶端時鐘的南向 PTP分配網絡。 在 vPRTC 網絡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，而且還實現了通信網絡與計時網絡的完全分離。這種分離意味著對通信網絡的任何計劃內或計劃外的更新或更改（例如固件、線卡或添加來自現有供應商或新供應商的新設備）都不會對計時網絡產生任何影響。 采用單路徑設計的彈性 vPRTC 東/西向網絡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速度的 SFP，可以有效延長距離。需要考慮的是，快速以太網計時通道會禁止使用 WhiteRabbit 等協議，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，在大多數情況下會將靜態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 可發揮單光纖的優勢，不僅節省成本，還不會出現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生偏移。 最佳實踐 5： 通過 TimePictra®監視保證端到端 vPRTC 服務 vPRTC 架構具有幾項獨特的功能，這些功能對于在網絡內提供確定性的精確計時是必不可少的。 這些功能包括： • 在節點之間使用 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。 • 對同步鏈上每個節點的東向計時與西向計時進行比較測量。 • vPRTC 網絡不僅可提供精確時間，還具有自監視和自診斷功能。 這些功能相結合意味著 TimePictra 可以監視客戶網絡中的每個計時鏈，并確認每個 HPBC與兩個 ePRTC 節點一致。 建立 vPRTC 鏈時，TimePictra®的測量結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 鏈上存在的靜態不對稱性。 • 靜態不對稱性突然發生變化表明光纖或配置發生了變化。 虛擬主參考時鐘是一種基于高安全性受保護網絡的計時架構的全新概念，旨在滿足現代關鍵基礎設施不斷增長的需求。請聯系您的 Microchip 代表，以了解更多有關我們的解決方案如何支持運營商構建 vPRTC 網絡，從而提供具備無與倫比的穩定性、安全性和可靠性的超高精度計時服務的信息。 欲了解更多信息，請訪問 vPRTC。 |
