如何最好地实现精确的时间和同步

电信、公用事业、运输和国防等关键基础设施服务需要定位、导航和定时 （PNT） 技术才能运行。但是，无处不在地使用全球定位系统（GPS）作为PNT信息的主要来源带来了漏洞。

运营商在为其关键基础设施创建PNT解决方案时必须做出两个最关键的决策：1）是否应该在架构的每一层部署弹性、冗余和安全性？2）应该使用什么安全策略？

决策#1：每一层？

运营商有充分的理由担心，他们无法证明在架构的每一层部署弹性、冗余和安全性的相关成本是合理的。有新的定时和同步解决方案和设计选项，可实现最佳成本结构，实现稳健可靠的解决方案。

成本和解决方案类型之间的权衡通常与部署它们的位置有关。随着从SDH/TDM向以太网的迁移以及LTE/4G和5G在移动领域的发展，边缘的聚合局和网络接入站点明显增加。这不可避免地导致了更小的，通常是1-U机架安装的设备，其成本与当今更小的边缘基站（包括小型蜂窝和gNodeB）一致。在此环境中，操作员必须决定如何在体系结构级别和设计级别提供冗余、复原能力和安全性。

冗余可以在架构级别进行设计，核心功能位于东/西部署的两端。例如，虚拟主时间参考时钟 （vPRTC） 架构通过双路径提供定向冗余和高性能功能。它还通过高效的高精度长距离时间传输提供具有成本效益的分配。

部署冗余的另一种方法是在设备本身中。最好的方法是软件冗余，它支持低成本、高效和高性能的分布式解决方案。它避免了硬件模块的成本，硬件模块也消耗空间，通常用于输入和输出端口，并且不必牺牲其他有价值的功能来增加冗余的好处。例如，如果启用了冗余，则在 10 Giga 以太网 （GE） 支持和多频段全球导航卫星系统 （GNSS） 之间进行选择时，需要权衡取舍和潜在的折衷方案。相比之下，软件冗余不需要移除任何硬件并丧失相关功能。

图 1 显示了使用虚拟路由器冗余协议 （VRRP） 的两个聚合路由器的常见冗余用例。

图 1：主用设备和备用设备之间的冗余连接示例。

软件冗余的另一个优点是它使整个设备完全冗余。主用单元和备用单元相同。每个功能都是冗余的，包括振荡器、GNSS 接收器、端口和输入/输出。对于硬件模块，它只是对自己的功能是多余的，而不是单元的其余部分。

与冗余一样，复原能力也同时部署在体系结构和设备级别。它部署在架构级别，以便网络的大师可以相互连接。当大师连接到 GNSS 作为其时间和频率源时，它们必须连接到其他 1588 大师才能启用辅助部分时间支持 （APTS）。如果主站位置发生GNSS故障，APTS通过使用自动不对称校正（AAC）来校准PTP流可能用于上游主站的不同路径，从而促进备份。上游主站的备份路径可以保证不间断和精确的时间和相位操作。此架构可确保 GNSS 在中断时可以使用最佳路径由 IEEE 1588 精确时间协议 （PTP） 备份。

vPRTC提供了另一种选择。它使运营商能够使用一系列高性能边界时钟，使用长距离PTP，以实现高精度，通常是通过光网络。该架构使用 PTP 作为其时间和相位的主要来源，减少了对 GNSS 的依赖。

在设备层面，弹性是通过振荡器的最佳选择（从OCXO到铷原子钟）来实现的。选择基于位置、用例和计时保留性能要求。指定多频段 GNSS 接收器至关重要。只有这些接收器才能利用GNSS卫星在多个频段上传输的时间信息延迟差异，测量和减轻太阳风暴等周期性电离层事件期间的重大时间延迟。这对于需要主参考时钟 B 类 （prtc-b） 40ns 以及增强型 PRTC （ePRTC） 30ns 的应用至关重要。

决策#2：什么安全策略？

最好的安全方法是从标准框架开始，并考虑其他漏洞，包括不断演变的干扰和欺骗威胁。

基于标准框架的身份验证和授权选项包括终端访问控制器访问控制系统 + （TACACS+） 和远程身份验证拨入用户服务 （RADIUS）。双因素身份验证 （2FA） 提供了超出用户名和密码提供的安全性的额外保护层。

为安全外壳 （SSH） 扩展提供具有不同级别的安全配置文件可提高确定哪些类型的用户具有哪些级别的访问权限和限制的粒度。高安全性配置文件将确保可以定义和执行最严格的访问规则。还需要解决脚本漏洞以及相关的常见漏洞和披露 （CVE）。®这可确保审查和解决所有潜在的安全漏洞。为了应对不断演变的干扰和欺骗威胁，必须实施信号监控以及一致性检查和补救。

做出正确的架构选择以确保持续的性能需要彻底的网络工程研究。它必须包括对 grandmaster 部署位置的仔细分析，以及他们需要提供多少性能和准确性。该评估将指导精确时间和同步设备的选择过程。网络规划人员和同步工程师还应考虑选择，例如无风扇设备或需要风扇的设备，通过模块化硬件或软件实现冗余的成本和其他影响，以及是使用嵌入式还是模块化GNSS。有了正确的信息并对其选项有了透彻的了解，关键基础设施运营商可以经济高效地部署必要的冗余、弹性和安全性，以创建强大可靠的 PNT 解决方案。

审核编辑：郭婷