李 軍

（中國鐵通通信計量測試中心，北京 100038）

目前，隨著電信技術(shù)的不斷發(fā)展，電信級以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度越來越迅捷，已從早期的10 M提高到100 M，GE，10 GE，40 GE，100 GE。隨之而來的是電信級網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備時間同步性的要求也越來越嚴(yán)格，對于一個全國范圍的IP網(wǎng)絡(luò)來說，骨干網(wǎng)絡(luò)時延一般要求控制在50 ms之內(nèi)，并且對同步精度或收斂速度有著相當(dāng)嚴(yán)格的要求。

如何保證以太網(wǎng)設(shè)備能夠適應(yīng)越來越高速網(wǎng)絡(luò)的同步要求，下面從幾個方面來詳細分析一下。

1 同步性的技術(shù)支持：時間協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

回顧以太網(wǎng)同步技術(shù)的發(fā)展，曾在以太網(wǎng)上用過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）技術(shù)，簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）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)的時鐘同步能力，但由于NTP自身技術(shù)的限制，其精度只能在1～50 ms之間，不能達到所要求的同步精度或收斂速度；GPS廣泛應(yīng)用在CDMA基站和其他應(yīng)用，提供時間和頻率的同步，但GPS接收機需要在空中架設(shè)天線，在辦公室或運營商機房里實施比較困難；在T1/E1和以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡(luò)，用T1/E1傳遞時鐘，用以太網(wǎng)擴大帶寬，但從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本來講用這種方法是不經(jīng)濟的。

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

IEEE1588PTP協(xié)議借鑒了NTP技術(shù)，具有容易配置、快速收斂以及對網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點。它的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的時鐘進行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達到精確同步，IEEE 1588PTP時鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中?，F(xiàn)在IEEE 1588的版本為IEEE1588 V2，是一種精確時間同步協(xié)議，可以認為是對NTP協(xié)議的一種進化版本，IEEE1588 V1精度可以達到亞ms級，IEEE1588 V2精度可以達到亞us級的精度。IEEE1588 V2對IEEE1588 V1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(shè)備。通過主從設(shè)備間傳遞PTP消息包，從時鐘計算時間和頻率偏移，實現(xiàn)與主時鐘的頻率和時間的同步。

2 同步性的技術(shù)內(nèi)容：IEEE 1588的主要技術(shù)指標(biāo)

IEEE1588 V2作為PTN關(guān)鍵技術(shù)之一，打破了分組化網(wǎng)絡(luò)無法傳送精確時鐘信號的歷史，支持IEEE1588 V2的以太網(wǎng)只需要一個高精度時鐘源輸入，就可以將時鐘信號精準(zhǔn)地傳送給各個網(wǎng)元，實現(xiàn)全網(wǎng)精準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時測量技術(shù)，實現(xiàn)主從時間的同步。IEEE1588可以同時實現(xiàn)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(shù)器頻率準(zhǔn)確和鏈路的對稱性。IEEE1588實現(xiàn)的關(guān)鍵在于延時測量。確保以太網(wǎng)設(shè)備滿足IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的要求，才能夠為IP網(wǎng)絡(luò)傳送各種實時業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多重播放提供保障。目前，針對電信級以太網(wǎng)設(shè)備的IEEE1588驗證測試項目主要有以下幾種。

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

2）PTP設(shè)備規(guī)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(shù)。

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

5）多時間域測試：測試多時間域的規(guī)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(xié)議時，通過仿真STP和路由協(xié)議等，可以加載控制平面，并同時仿真網(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)議定時器的測試：在發(fā)送Sync消息后，可以控制發(fā)送Follow UP的間隔時間。

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。

3 同步性的具體驗證：通過儀表進行測試分析

現(xiàn)在主要分析一下校正系數(shù)錯誤測試、PTP大規(guī)模測試和最佳主時鐘選擇算法測試。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。

1）校正系數(shù)錯誤測試

透傳時鐘最重要的一個功能就是能夠正確測量PTP包經(jīng)過它時的延遲（ns級），這個延遲又叫做“駐留時間”。透傳時鐘在發(fā)向下游的PTP消息里攜帶延遲信息，稱為校正系數(shù)，如果CF不準(zhǔn)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(jīng)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(zhǔn)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。

2）PTP大規(guī)模測試

大多數(shù)PTP系統(tǒng)里有很多從時鐘。在系統(tǒng)中隨著從時鐘數(shù)量的增加，會加重主時鐘或邊界時鐘的處理負擔(dān)。因此，在設(shè)計、布置和升級PTP設(shè)備時，主時鐘、邊界時鐘和透傳時鐘的大規(guī)模基準(zhǔn)測試非常重要。利用測試系統(tǒng)，可以模擬在多個時間域里大量的主時鐘和從時鐘。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。

3）最佳主時鐘選擇算法

BMC選擇算法主要應(yīng)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(zhì)量最好的主時鐘。此算法主要比較不同的時鐘質(zhì)量參數(shù)，以特定的優(yōu)先級順序選擇最佳主時鐘。可以用測試系統(tǒng)模擬多個帶有不同時鐘質(zhì)量參數(shù)的主時鐘。如果被測設(shè)備是邊界時鐘，則下游測試系統(tǒng)所仿真的從時鐘可以很容易地確定系統(tǒng)的主時鐘和被測設(shè)備所選擇的是否相同。

4 同步性的保障意義：建立真正的電信級網(wǎng)絡(luò)

IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)所定義的精確網(wǎng)絡(luò)同步協(xié)議實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的高度同步，使得在分配控制工作時無需再進行專門的同步通信，從而達到了通信時間模式與應(yīng)用程序執(zhí)行時間模式分開的效果。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(wǎng)絡(luò)才是一個真正的電信級網(wǎng)絡(luò)，才能夠為IP網(wǎng)絡(luò)傳送各種實時業(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。

[1]李軍.精確時鐘同步 確保IP網(wǎng)“電信級”特性[J].通信世界，2011（8）：34.

[2]王莉.IEEE1588協(xié)議測試方法[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2010（5）：71-76.