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(guò)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議NTP(Network Time Protocol)技術(shù)，簡(jiǎn)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(lái)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，不能達到所要求的同步精度或收斂速度;GPS廣泛應用在CDMA基站和許多其它應用，提供時(shí)間和頻率的同步，但GPS接收機需要在空中架設天線(xiàn)，在辦公室或運營(yíng)商機房里實(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)擴大帶寬，但從網(wǎng)絡(luò )建設成本來(lái)講用這種方法是不經(jīng)濟的。

　　IEEE1588標準演進(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 )測量和控制系統的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標準”，在2002年底獲得標準美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì )(IEEE) 通過(guò)作為IEEE1588標準予以發(fā)布。IEEE 1588標準特別適合于以太網(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(chēng)性和延時(shí)測量技術(shù)，實(shí)現主從時(shí)間的同步。IEEE1588可以同時(shí)實(shí)現頻率同步和時(shí)間同步，時(shí)間傳遞的精度保證主要依賴(lài)于兩個(gè)條件：計數器頻率準確和鏈路的對稱(chēng)性。IEEE1588實(shí)現的關(guān)鍵在于延時(shí)測量。確保以太網(wǎng)設備滿(mǎn)足IEEE1588標準的要求，才能夠為IP網(wǎng)絡(luò )傳送各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與數據業(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)設備的 IEEE1588驗證測試項目主要有以下幾種。

　　(1)校正系數測試：測試PTP設備是否能精確計算校正系數(Correction Factor)。

　　(2)PTP設備規模測試：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。

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

　　(4)對PTP包優(yōu)先級的測試：測試PTP設備如何對PTP的包做到有保證的轉發(fā)，結合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(guò)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)穩定性測試：通過(guò)發(fā)送異常包來(lái)測試PTP設備的穩定性。

　　時(shí)鐘同步測試的三種主要模式

　　現在主要分析一下校正系數錯誤測試(Correction Factor Error)、PTP大規模測試(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目主要有IXIA 公司的XM12、IXN2X或思博倫的Spirent TestCenter等儀表。

　　校正系數錯誤測試(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(guò)它時(shí)的延遲(ns級)，這個(gè)延遲又稱(chēng)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(chēng)為校正系數(Correction Factor)，如果CF不準確，下游的從時(shí)鐘就無(wú)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(guò)透傳時(shí)鐘的實(shí)際延遲(Actual Latency)，并比較PTP消息里所報告的CF值，可以更有效地測試透傳時(shí)鐘所計算的CF值是否準確。

　　PTP大規模測試(PTP Scalability)

　　大多數PTP系統里有很多從時(shí)鐘。在系統中隨著(zhù)從時(shí)鐘數量的增加，會(huì )加重主時(shí)鐘或邊界時(shí)鐘的處理負擔。因此，在設計、布置和升級PTP設備的時(shí)候，主時(shí)鐘、邊界時(shí)鐘和透傳時(shí)鐘的大規?；鶞蕼y試非常重要。利用測試系統，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設備所能支持的規模與很多因素有關(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，以特定的優(yōu)先級順序選擇最佳主時(shí)鐘?？梢杂脺y試系統模擬多個(gè)帶有不同時(shí)鐘質(zhì)量參數的主時(shí)鐘。如果被測設備是邊界時(shí)鐘，則下游測試系統所仿真的從時(shí)鐘可以很容易地確定系統的祖時(shí)鐘(Grandmaster)和被測設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)所固有的數據傳輸時(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 )，才能夠為IP網(wǎng)絡(luò )傳送各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與數據業(yè)務(wù)的多重播放業(yè)務(wù)提供保障。