IEEE1588協議測試方法

摘要

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

1 引言

目前，運營商在大規模部署下一代網絡，分組交換網將替代TDM成為主流承載網絡。隨著網絡和業務全IP化的發展，在分組交換網絡上傳送TDM業務，IPTV業務，3G/4G等實時要求較高的應用時，需要分組交換網絡提供更高質量的同步與定時機制。傳統以太網沒有內置時鐘的分布能力，同步以太網對現有以太網做了一種擴展，類似TDM網絡在物理層發布時鐘，實現了設備間時鐘頻率同步。但是還有一些應用需要時間上的同步，IEEE1588-2008 PTP（Precision Timing Protocol）應運而生，成為公用的提供時間同步和頻率同步的協議。

回顧同步技術的發展，我們曾在以太網上用過NTP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；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。IEEE1588v2是一種精確時間同步協議，可以認為是對NTP協議的一種進化版本，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進行了改進和提高，提高了同步精度，加入了故障容限，滿足冗余和安全的保障功能，并引入邊界時鐘和透傳時鐘兩種新類型設備。通過主從設備間傳遞PTP消息包，從時鐘計算時間和頻率偏移，實現與主時鐘的頻率和時間的同步。

在研發和部署PTP設備時，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：測試主時鐘在不同的各種消息速率下，能夠支持的最大從時鐘數。

（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：例如在發送了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。

2 主要測試項目

2.1 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），這個延遲我們又叫做“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IXIA測試儀表可以測量每個PTP包經過透傳時鐘的實際延遲，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，則表示透傳時鐘過高估算了駐留時間。反之，則表示透傳時鐘過低估算了駐留時間。如果CF Error過大和變化過大，將引起下游的從時鐘同步丟失。通常CF值在幾十ns是可以接受的。在ISPCS2009研討會上IXIA展示了CF的測試結果，被公認為是透傳時鐘測試的業界標準。

（1）IXIA測試的配置模式

●校準模式：用校準線纜直接背靠背連接IXIA測試儀表的兩個端口，執行校準過程（見圖1）。

圖1 校準測試拓撲圖

●測試模式：用測試儀表的兩個端口連接被測設備的兩個端口，執行測試過程。校準線纜長度是測試線纜的2倍（見圖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間開銷或光纜/電纜傳送的延遲引起的不準確性，主要包括：測試儀表內部的時間開銷和通過光纜或電纜傳送的延遲（如五類電纜線的傳送延遲是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間開銷和線纜傳送延遲示意圖。

圖3 校準幫助修正測試儀表內部時間開銷和線纜傳送延遲

（2）CF Error測試步驟

●校準時間戳

①在兩個測試端口分別設置主時鐘仿真和從時鐘仿真，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測試執行一段時間后，測試系統會顯示平均Sync Latency和平均Delay Request Latency。

③在模擬主時鐘的測試端口，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）