精確時鐘同步確保IP網電信級特性

回顧以太網同步技術的發展，我們曾在以太網上用過互聯網網絡時間協議NTP(Network Time Protocol)技術，簡單網絡時間協議SNTP(Simple Network Time Protocol)技術，GPS技術或用T1/E1和以太網組成混合網絡來增加以太網的時鐘同步能力，但由于NTP自身技術的限制，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，提供時間和頻率的同步，但GPS接收機需要在空中架設天線，在辦公室或運營商機房里實施是比較困難的;在T1/E1和以太網混合網絡，用T1/E1傳遞時鐘，用以太網擴大帶寬，但從網絡建設成本來講用這種方法是不經濟的。

　　IEEE1588標準演進及主要特性

　　鑒于此，網絡精密時鐘同步委員會起草的“網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準”，在2002年底獲得標準美國電氣和電子工程師協會(IEEE) 通過作為IEEE1588標準予以發布。IEEE 1588標準特別適合于以太網，可以在一個地域分散的IP網絡中實現微秒級高精度的時鐘同步。

　　IEEE1588的核心思想是采用主從時鐘方式，對時間信息進行編碼，利用網絡的對稱性和延時測量技術，實現主從時間的同步。IEEE1588可以同時實現頻率同步和時間同步，時間傳遞的精度保證主要依賴于兩個條件：計數器頻率準確和鏈路的對稱性。IEEE1588實現的關鍵在于延時測量。確保以太網設備滿足IEEE1588標準的要求，才能夠為IP網絡傳送各種實時業務與數據業務的多重播放業務提供保障。目前，針對電信級以太網設備的 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：測試主時鐘在不同的各種消息速率下，能夠支持最大從時鐘數。

　　(3)BMC測試：主要指最佳主時鐘(BMC)選擇測試和錯誤倒換測試。

　　(4)對PTP包優先級的測試：測試PTP設備如何對PTP的包做到有保證的轉發，結合L2和L3 QoS的測試。

　　(5)多時間域測試：測試多時間域的規模和多時間域下是否有相互交互。

　　(6)加載控制面：在測試PTP協議時，通過仿真STP和路由協議等，可以加載控制平面，并同時仿真網絡的不穩定情況。

　　(7)異常測試和加載額外壓力的測試。

　　(8)協議定時器的測試：在發送了Sync消息以后可以控制發送Follow UP的間隔時間。

　　(9)穩定性測試：通過發送異常包來測試PTP設備的穩定性。

　　時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)

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

　　用測試儀表可以測量每個PTP包經過透傳時鐘的實際延遲(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系統里有很多從時鐘。在系統中隨著從時鐘數量的增加，會加重主時鐘或邊界時鐘的處理負擔。因此，在設計、布置和升級PTP設備的時候，主時鐘、邊界時鐘和透傳時鐘的大規模基準測試非常重要。利用測試系統，可以模擬在多個時間域里大量的主時鐘和從時鐘。PTP設備所能支持的規模與很多因素有關，例如，Sync和Delay-Request消息的發送速率，是用單播模式還是組播模式等。

　　最佳主時鐘選擇算法(Best Master Clock)

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

　　由于高精度的同步工作，使以太網技術所固有的數據傳輸時間波動降低到可以接受的，不影響控制精度的范圍。只有“同步的”的IP網絡才是一個真正的電信級網絡，才能夠為IP網絡傳送各種實時業務與數據業務的多重播放業務提供保障。