IEEE1588協(xié)議測試方法

摘要

根據IXIA IEEE1588測試解決方案，詳細介紹了IEEE1588協(xié)議主要測試項目，包括校正系數（Correction Factor）測試和BMC測試。

1 引言

目前，運營(yíng)商在大規模部署下一代網(wǎng)絡(luò )，分組交換網(wǎng)將替代TDM成為主流承載網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)全IP化的發(fā)展，在分組交換網(wǎng)絡(luò )上傳送TDM業(yè)務(wù)，IPTV業(yè)務(wù)，3G/4G等實(shí)時(shí)要求較高的應用時(shí)，需要分組交換網(wǎng)絡(luò )提供更高質(zhì)量的同步與定時(shí)機制。傳統以太網(wǎng)沒(méi)有內置時(shí)鐘的分布能力，同步以太網(wǎng)對現有以太網(wǎng)做了一種擴展，類(lèi)似TDM網(wǎng)絡(luò )在物理層發(fā)布時(shí)鐘，實(shí)現了設備間時(shí)鐘頻率同步。但是還有一些應用需要時(shí)間上的同步，IEEE1588-2008 PTP（Precision Timing Protocol）應運而生，成為公用的提供時(shí)間同步和頻率同步的協(xié)議。

回顧同步技術(shù)的發(fā)展，我們曾在以太網(wǎng)上用過(guò)NTP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；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。IEEE1588v2是一種精確時(shí)間同步協(xié)議，可以認為是對NTP協(xié)議的一種進(jìn)化版本，IEEE1588v1精度可以達到亞ms級，IEEEv2精度可以達到亞us級的精度。IEEE1588v2對IEEE1588v1進(jìn)行了改進(jìn)和提高，提高了同步精度，加入了故障容限，滿(mǎn)足冗余和安全的保障功能，并引入邊界時(shí)鐘和透傳時(shí)鐘兩種新類(lèi)型設備。通過(guò)主從設備間傳遞PTP消息包，從時(shí)鐘計算時(shí)間和頻率偏移，實(shí)現與主時(shí)鐘的頻率和時(shí)間的同步。

在研發(fā)和部署PTP設備時(shí)，在主要功能、性能和壓力測試方面，我們面臨諸多挑戰。目前，對PTP的協(xié)議測試主要有以下方面：

（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，能夠支持的最大從時(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：例如在發(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。

2 主要測試項目

2.1 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)延遲我們又叫做“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IXIA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，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。CF Error計算公式為：CF Error=Correction Factor-Actual Latency。

CF Error如果是正的，則表示透傳時(shí)鐘過(guò)高估算了駐留時(shí)間。反之，則表示透傳時(shí)鐘過(guò)低估算了駐留時(shí)間。如果CF Error過(guò)大和變化過(guò)大，將引起下游的從時(shí)鐘同步丟失。通常CF值在幾十ns是可以接受的。在ISPCS2009研討會(huì )上IXIA展示了CF的測試結果，被公認為是透傳時(shí)鐘測試的業(yè)界標準。

（1）IXIA測試的配置模式

●校準模式：用校準線(xiàn)纜直接背靠背連接IXIA測試儀表的兩個(gè)端口，執行校準過(guò)程（見(jiàn)圖1）。

圖1 校準測試拓撲圖

●測試模式：用測試儀表的兩個(gè)端口連接被測設備的兩個(gè)端口，執行測試過(guò)程。校準線(xiàn)纜長(cháng)度是測試線(xiàn)纜的2倍（見(jiàn)圖2）。

圖2 Correction Factor Error測試拓撲圖

為了測試的準確性，在測試前需先校準，減少由于測試儀表內部的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)或光纜/電纜傳送的延遲引起的不準確性，主要包括：測試儀表內部的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和通過(guò)光纜或電纜傳送的延遲（如五類(lèi)電纜線(xiàn)的傳送延遲是48ns/m，光纜傳送延遲是29ns/m）。圖3所示的是校準幫助修正測試儀表內部時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和線(xiàn)纜傳送延遲示意圖。

圖3 校準幫助修正測試儀表內部時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和線(xiàn)纜傳送延遲

（2）CF Error測試步驟

●校準時(shí)間戳

①在兩個(gè)測試端口分別設置主時(shí)鐘仿真和從時(shí)鐘仿真，Tx和Rx校準因子（Calibration Factor）的缺省值為0，測試拓撲如圖1所示。

②測試執行一段時(shí)間后，測試系統會(huì )顯示平均Sync Latency和平均Delay Request Latency。

③在模擬主時(shí)鐘的測試端口，我們可以根據公式（1）和公式（2）配置Tx和Rx校準因子（Calibration Factor）：

Tx Calibration Factor=Sync Latency/2 （1）

Rx Calibration Factor=Delay Request Latency/2 （2）

④在模擬從時(shí)鐘的測試端口，可以根據公式（3）和公式（4）配置Tx和Rx校準因子 （Calibration Factor）：

Tx Calibration Factor=Delay Request Latency/2 （3）

Rx Calibration Factor=Sync Latency/2 （4）