【導(dǎo)讀】電信、公用事業(yè)、運(yùn)輸和國防等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)需要定位、導(dǎo)航和授時(shí)(PNT)技術(shù)來運(yùn)行。但是,廣泛采用全球定位系統(tǒng)(GPS)作為PNT信息的主要來源會(huì)引入漏洞。
電信、公用事業(yè)、運(yùn)輸和國防等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)需要定位、導(dǎo)航和授時(shí)(PNT)技術(shù)來運(yùn)行。但是,廣泛采用全球定位系統(tǒng)(GPS)作為PNT信息的主要來源會(huì)引入漏洞。
在為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施制定PNT解決方案時(shí),運(yùn)營商必須做出兩個(gè)最關(guān)鍵的決策:1) 是否應(yīng)在架構(gòu)的每一層上部署彈性、冗余和安全性?2) 應(yīng)采用哪種安全策略?
決策1:是否在每一層上部署?
運(yùn)營商有充分的理由擔(dān)心,他們無法對與在架構(gòu)的每一層上部署彈性、冗余和安全性相關(guān)的成本進(jìn)行調(diào)整。具備全新的授時(shí)和同步解決方案及設(shè)計(jì)選項(xiàng),有助于形成理想的成本結(jié)構(gòu),提供穩(wěn)健且可靠的解決方案。
通常,根據(jù)部署位置在成本和解決方案類型之間做出權(quán)衡。隨著SDH/TDM向以太網(wǎng)的遷移以及移動(dòng)LTE/4G和5G的開發(fā),集群辦公室和位于邊緣的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的數(shù)量顯著增加。這必然導(dǎo)致設(shè)備變得更?。ㄍǔJ?U機(jī)架可安裝設(shè)備),并且成本與當(dāng)今的小尺寸邊緣基站(包括小型基站和gNodeB)一致。在這種環(huán)境中,運(yùn)營商必須決定如何在架構(gòu)級和設(shè)計(jì)級提供冗余、彈性和安全性。
可以通過部署東/西兩端的核心功能在架構(gòu)級設(shè)計(jì)冗余。例如,虛擬主參考時(shí)鐘(vPRTC)架構(gòu)借助雙重路徑提供方向冗余和高性能功能。該架構(gòu)還利用長距離高效高精度時(shí)間傳輸,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的分布。
另一種方法是在設(shè)備本身部署冗余。最佳方法是采用軟件冗余,該方法可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率且高性能的分布式解決方案。這種解決方案降低了占用空間的硬件模塊(通常用于輸入和輸出端口)的成本,同時(shí)避免了不得不犧牲其他有價(jià)值的功能來換取增加冗余的優(yōu)勢。例如,如果支持冗余,則在10千兆以太網(wǎng)(GE)支持和多頻段全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)之間進(jìn)行選擇時(shí)需要做出權(quán)衡和其他妥協(xié)。相比之下,軟件冗余不需要移除任何硬件,也不會(huì)失去相關(guān)功能。
圖1給出了常見的冗余用例,其中包含兩個(gè)使用虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)的聚合路由器。
圖1.工作單元和備用單元之間的冗余連接示例
軟件冗余的另一個(gè)優(yōu)勢是它可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的總?cè)哂唷9ぷ鲉卧蛡溆脝卧嗤?。所有功能都是冗余的,包括振蕩器、GNSS接收機(jī)、端口和輸入/輸出。而硬件模塊僅在其自身功能(而非單元的其余部分)方面是冗余的。
與冗余類似,彈性也在架構(gòu)級和設(shè)備級進(jìn)行部署。在架構(gòu)級部署彈性,以便網(wǎng)絡(luò)中的最高級時(shí)鐘可以彼此相連。當(dāng)最高級時(shí)鐘連接到GNSS并將其作為時(shí)間和頻率的來源時(shí),這些最高級時(shí)鐘必須與其他1588最高級時(shí)鐘相連以實(shí)現(xiàn)輔助部分時(shí)間支持(APTS)。如果GNSS在最高級時(shí)鐘位置失效,則APTS可以利用自動(dòng)不對稱校正(AAC)來校準(zhǔn)可能由精確授時(shí)協(xié)議(PTP)流使用的通向/來自上行最高級時(shí)鐘的不同路徑,從而幫助實(shí)現(xiàn)備份。上行最高級時(shí)鐘的備份路徑可以保證不間斷的精確授時(shí)和相位操作。此架構(gòu)確保在發(fā)生中斷時(shí)可以通過IEEE 1588 PTP對GNSS進(jìn)行備份,同時(shí)利用了最佳路徑。
另一種選擇是vPRTC。它支持運(yùn)營商通過使用PTP的高性能邊界時(shí)鐘鏈在長距離上實(shí)現(xiàn)高精度(通常在光網(wǎng)絡(luò)上)。這種架構(gòu)使用PTP作為其主要時(shí)間和相位來源,減少了對GNSS的依賴。
在設(shè)備級,通過選擇最佳振蕩器實(shí)現(xiàn)彈性(從OCXO到銣原子鐘)。具體選擇取決于位置、用例和計(jì)時(shí)保持性能要求。指定多頻段GNSS接收機(jī)至關(guān)重要。因?yàn)橹挥羞@些接收機(jī)可以計(jì)量和減小周期性電離層事件(如太陽風(fēng)暴)期間產(chǎn)生的明顯延時(shí),方法是利用GNSS衛(wèi)星以多個(gè)頻段發(fā)送的時(shí)間信息的延時(shí)差。對于需要40 ns的B類主參考時(shí)鐘(PRTC-B)以及30 ns的增強(qiáng)型PRTC(ePRTC)的應(yīng)用而言,這一點(diǎn)至關(guān)重要。
決策2:采用哪種安全策略?
理想的安全方法是從標(biāo)準(zhǔn)框架開始,并考慮包括不斷演變的干擾和欺騙威脅在內(nèi)的其他漏洞。
基于標(biāo)準(zhǔn)框架的身份驗(yàn)證和授權(quán)選項(xiàng)包括終端接入控制器訪問控制系統(tǒng)+(TACACS+)和遠(yuǎn)程身份驗(yàn)證撥入用戶服務(wù)(RADIUS)。除了通過用戶名和密碼確保安全性之外,雙因素身份驗(yàn)證(2FA)還提供一層額外的保護(hù)。
通過為安全外殼(SSH)擴(kuò)展提供不同級別的安全配置文件,可以在確定用戶類型以及相關(guān)的訪問權(quán)限和限制時(shí)提供更多粒度。高安全性配置文件將確保可定義和執(zhí)行最嚴(yán)格的訪問規(guī)則。此外,還需要解決腳本漏洞以及相關(guān)的常見漏洞和暴露(CVE?)問題。這樣可確保審查和解決所有潛在的安全漏洞。為了抑制不斷演變的干擾和欺騙威脅,必須執(zhí)行信號監(jiān)測以及一致性檢查和修復(fù)。
為了確保持續(xù)的性能,需要做出正確的架構(gòu)選擇,這要求全面的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)研究。其中必須包括對最高級時(shí)鐘部署位置的精密分析及其將需要提供的性能和精度要求。該評估將在精確授時(shí)和同步設(shè)備的選擇過程中提供指導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人員和同步工程師還應(yīng)考慮選擇無風(fēng)扇設(shè)備或需要風(fēng)扇的設(shè)備,通過模塊化硬件或軟件實(shí)現(xiàn)冗余的成本和其他影響,以及是使用嵌入式還是模塊化GNSS。獲得正確的信息和對其選項(xiàng)的全面理解,關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式部署必要的冗余、彈性和安全性,從而打造穩(wěn)健可靠的PNT解決方案。
(來源:Microchip Technology Inc.,作者:頻率和時(shí)間系統(tǒng)部新興產(chǎn)品主管Eric Colard)
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