【導讀】電信、公用事業(yè)、運輸和國防等關(guān)鍵基礎設施服務(wù)需要定位、導航和授時(shí)（PNT）技術(shù)來(lái)運行。但是，廣泛采用全球定位系統（GPS）作為PNT信息的主要來(lái)源會(huì )引入漏洞。
電信、公用事業(yè)、運輸和國防等關(guān)鍵基礎設施服務(wù)需要定位、導航和授時(shí)（PNT）技術(shù)來(lái)運行。但是，廣泛采用全球定位系統（GPS）作為PNT信息的主要來(lái)源會(huì )引入漏洞。
在為關(guān)鍵基礎設施制定PNT解決方案時(shí)，運營(yíng)商必須做出兩個(gè)最關(guān)鍵的決策：1) 是否應在架構的每一層上部署彈性、冗余和安全性？2) 應采用哪種安全策略？
決策1：是否在每一層上部署？
運營(yíng)商有充分的理由擔心，他們無(wú)法對與在架構的每一層上部署彈性、冗余和安全性相關(guān)的成本進(jìn)行調整。具備全新的授時(shí)和同步解決方案及設計選項，有助于形成理想的成本結構，提供穩健且可靠的解決方案。
通常，根據部署位置在成本和解決方案類(lèi)型之間做出權衡。隨著(zhù)SDH/TDM向以太網(wǎng)的遷移以及移動(dòng)LTE/4G和5G的開(kāi)發(fā)，集群辦公室和位于邊緣的網(wǎng)絡(luò )接入點(diǎn)的數量顯著(zhù)增加。這必然導致設備變得更?。ㄍǔＪ?U機架可安裝設備），并且成本與當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，運營(yíng)商必須決定如何在架構級和設計級提供冗余、彈性和安全性。
可以通過(guò)部署東/西兩端的核心功能在架構級設計冗余。例如，虛擬主參考時(shí)鐘（vPRTC）架構借助雙重路徑提供方向冗余和高性能功能。該架構還利用長(cháng)距離高效高精度時(shí)間傳輸，實(shí)現經(jīng)濟高效的分布。
另一種方法是在設備本身部署冗余。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(lái)?yè)Q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）支持和多頻段全球導航衛星系統（GNSS）之間進(jìn)行選擇時(shí)需要做出權衡和其他妥協(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(jiàn)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)現整個(gè)設備的總冗余。工作單元和備用單元相同。所有功能都是冗余的，包括振蕩器、GNSS接收機、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(lèi)似，彈性也在架構級和設備級進(jìn)行部署。在架構級部署彈性，以便網(wǎng)絡(luò )中的最高級時(shí)鐘可以彼此相連。當最高級時(shí)鐘連接到GNSS并將其作為時(shí)間和頻率的來(lái)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(chēng)校正（AAC）來(lái)校準可能由精確授時(shí)協(xié)議（PTP）流使用的通向/來(lái)自上行最高級時(shí)鐘的不同路徑，從而幫助實(shí)現備份。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。此架構確保在發(fā)生中斷時(shí)可以通過(guò)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。它支持運營(yíng)商通過(guò)使用PTP的高性能邊界時(shí)鐘鏈在長(cháng)距離上實(shí)現高精度（通常在光網(wǎng)絡(luò )上）。這種架構使用PTP作為其主要時(shí)間和相位來(lái)源，減少了對GNSS的依賴(lài)。
在設備級，通過(guò)選擇最佳振蕩器實(shí)現彈性（從OCXO到銣原子鐘）。具體選擇取決于位置、用例和計時(shí)保持性能要求。指定多頻段GNSS接收機至關(guān)重要。因為只有這些接收機可以計量和減小周期性電離層事件（如太陽(yáng)風(fēng)暴）期間產(chǎn)生的明顯延時(shí)，方法是利用GNSS衛星以多個(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(lèi)主參考時(shí)鐘（PRTC-B）以及30 ns的增強型PRTC（ePRTC）的應用而言，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準框架開(kāi)始，并考慮包括不斷演變的干擾和欺騙威脅在內的其他漏洞。
基于標準框架的身份驗證和授權選項包括終端接入控制器訪(fǎng)問(wèn)控制系統+（TACACS+）和遠程身份驗證撥入用戶(hù)服務(wù)（RADIUS）。除了通過(guò)用戶(hù)名和密碼確保安全性之外，雙因素身份驗證（2FA）還提供一層額外的保護。
通過(guò)為安全外殼（SSH）擴展提供不同級別的安全配置文件，可以在確定用戶(hù)類(lèi)型以及相關(guān)的訪(fǎng)問(wèn)權限和限制時(shí)提供更多粒度。高安全性配置文件將確?？啥x和執行最嚴格的訪(fǎng)問(wèn)規則。此外，還需要解決腳本漏洞以及相關(guān)的常見(jiàn)漏洞和暴露（CVE?）問(wèn)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，必須執行信號監測以及一致性檢查和修復。
為了確保持續的性能，需要做出正確的架構選擇，這要求全面的網(wǎng)絡(luò )工程設計研究。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)和同步設備的選擇過(guò)程中提供指導。網(wǎng)絡(luò )規劃人員和同步工程師還應考慮選擇無(wú)風(fēng)扇設備或需要風(fēng)扇的設備，通過(guò)模塊化硬件或軟件實(shí)現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的全面理解，關(guān)鍵基礎設施運營(yíng)商能夠以經(jīng)濟高效的方式部署必要的冗余、彈性和安全性，從而打造穩健可靠的PNT解決方案。
（來(lái)源：Microchip Technology Inc.，作者：頻率和時(shí)間系統部新興產(chǎn)品主管Eric Colard）
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