精確時(shí)鐘同步確保IP網(wǎng)電信級特性

回顧以太網(wǎng)同步技術(shù)的發(fā)展，我們曾在以太網(wǎng)上用過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP(Network Time Protocol)技術(shù)，簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議SNTP(Simple Network Time Protocol)技術(shù)，GPS技術(shù)或用T1/E1和以太網(wǎng)組成混合網(wǎng)絡(luò)來增加以太網(wǎng)的時(shí)鐘同步能力，但由于NTP自身技術(shù)的限制，其精度只能在1~50ms之間，不能達(dá)到所要求的同步精度或收斂速度;GPS廣泛應(yīng)用在CDMA基站和許多其它應(yīng)用，提供時(shí)間和頻率的同步，但GPS接收機(jī)需要在空中架設(shè)天線，在辦公室或運(yùn)營商機(jī)房里實(shí)施是比較困難的;在T1/E1和以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)，用T1/E1傳遞時(shí)鐘，用以太網(wǎng)擴(kuò)大帶寬，但從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本來講用這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。

　　IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)及主要特性

　　鑒于此，網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)鐘同步委員會(huì)起草的“網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”，在2002年底獲得標(biāo)準(zhǔn)美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE) 通過作為IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)予以發(fā)布。IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)特別適合于以太網(wǎng)，可以在一個(gè)地域分散的IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)微秒級高精度的時(shí)鐘同步。

　　IEEE1588的核心思想是采用主從時(shí)鐘方式，對時(shí)間信息進(jìn)行編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時(shí)測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主從時(shí)間的同步。IEEE1588可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間同步，時(shí)間傳遞的精度保證主要依賴于兩個(gè)條件：計(jì)數(shù)器頻率準(zhǔn)確和鏈路的對稱性。IEEE1588實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于延時(shí)測量。確保以太網(wǎng)設(shè)備滿足IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的要求，才能夠?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/IP">IP網(wǎng)絡(luò)傳送各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多重播放業(yè)務(wù)提供保障。目前，針對電信級以太網(wǎng)設(shè)備的 IEEE1588驗(yàn)證測試項(xiàng)目主要有以下幾種。

　　(1)校正系數(shù)測試：測試PTP設(shè)備是否能精確計(jì)算校正系數(shù)(Correction Factor)。

　　(2)PTP設(shè)備規(guī)模測試：測試主時(shí)鐘在不同的各種消息速率下，能夠支持最大從時(shí)鐘數(shù)。

　　(3)BMC測試：主要指最佳主時(shí)鐘(BMC)選擇測試和錯(cuò)誤倒換測試。

　　(4)對PTP包優(yōu)先級的測試：測試PTP設(shè)備如何對PTP的包做到有保證的轉(zhuǎn)發(fā)，結(jié)合L2和L3 QoS的測試。

　　(5)多時(shí)間域測試：測試多時(shí)間域的規(guī)模和多時(shí)間域下是否有相互交互。

　　(6)加載控制面：在測試PTP協(xié)議時(shí)，通過仿真STP和路由協(xié)議等，可以加載控制平面，并同時(shí)仿真網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定情況。

　　(7)異常測試和加載額外壓力的測試。

　　(8)協(xié)議定時(shí)器的測試：在發(fā)送了Sync消息以后可以控制發(fā)送Follow UP的間隔時(shí)間。

　　(9)穩(wěn)定性測試：通過發(fā)送異常包來測試PTP設(shè)備的穩(wěn)定性。

　　時(shí)鐘同步測試的三種主要模式

　　現(xiàn)在主要分析一下校正系數(shù)錯(cuò)誤測試(Correction Factor Error)、PTP大規(guī)模測試(PTP Scalability)和最佳主時(shí)鐘選擇算法測試(Best Master Clock)。能夠完成這些測試項(xiàng)目主要有IXIA 公司的XM12、IXN2X或思博倫的Spirent TestCenter等儀表。

　　校正系數(shù)錯(cuò)誤測試(Correction Factor Error)

　　透傳時(shí)鐘(Transparent Clock)最重要的一個(gè)功能就是能夠正確測量PTP包經(jīng)過它時(shí)的延遲(ns級)，這個(gè)延遲又稱作“駐留時(shí)間”。透傳時(shí)鐘在發(fā)向下游的PTP消息里攜帶延遲信息，稱為校正系數(shù)(Correction Factor)，如果CF不準(zhǔn)確，下游的從時(shí)鐘就無法與上游的主時(shí)鐘精確同步。

　　用測試儀表可以測量每個(gè)PTP包經(jīng)過透傳時(shí)鐘的實(shí)際延遲(Actual Latency)，并比較PTP消息里所報(bào)告的CF值，可以更有效地測試透傳時(shí)鐘所計(jì)算的CF值是否準(zhǔn)確。

　　PTP大規(guī)模測試(PTP Scalability)

　　大多數(shù)PTP系統(tǒng)里有很多從時(shí)鐘。在系統(tǒng)中隨著從時(shí)鐘數(shù)量的增加，會(huì)加重主時(shí)鐘或邊界時(shí)鐘的處理負(fù)擔(dān)。因此，在設(shè)計(jì)、布置和升級PTP設(shè)備的時(shí)候，主時(shí)鐘、邊界時(shí)鐘和透傳時(shí)鐘的大規(guī)模基準(zhǔn)測試非常重要。利用測試系統(tǒng)，可以模擬在多個(gè)時(shí)間域里大量的主時(shí)鐘和從時(shí)鐘。PTP設(shè)備所能支持的規(guī)模與很多因素有關(guān)，例如，Sync和Delay-Request消息的發(fā)送速率，是用單播模式還是組播模式等。

　　最佳主時(shí)鐘選擇算法(Best Master Clock)

　　最佳主時(shí)鐘(MBC)選擇算法主要應(yīng)用在從時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘的從時(shí)鐘端口上，在本時(shí)間域選擇質(zhì)量最好的主時(shí)鐘。此算法主要比較不同的時(shí)鐘質(zhì)量參數(shù)，以特定的優(yōu)先級順序選擇最佳主時(shí)鐘?？梢杂脺y試系統(tǒng)模擬多個(gè)帶有不同時(shí)鐘質(zhì)量參數(shù)的主時(shí)鐘。如果被測設(shè)備是邊界時(shí)鐘，則下游測試系統(tǒng)所仿真的從時(shí)鐘可以很容易地確定系統(tǒng)的祖時(shí)鐘(Grandmaster)和被測設(shè)備所選擇的是否相同。

　　由于高精度的同步工作，使以太網(wǎng)技術(shù)所固有的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間波動(dòng)降低到可以接受的，不影響控制精度的范圍。只有“同步的”的IP網(wǎng)絡(luò)才是一個(gè)真正的電信級網(wǎng)絡(luò)，才能夠?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)傳送各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多重播放業(yè)務(wù)提供保障。