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提供时间同步和频率同步的IEEE1588协议的测试方法分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-22 03:02:53    浏览次数:21
导读

  目前,运营商在大规模部署下一代网络,分组交换网将替代TDM成为主流承载网络。随着网络和业务全IP化的发展,在分组交换网络上传送TDM业务,IPTV业务,3G/4G等实时要求较高的应用时,需要分组交换网络提供更高质量的同步与定时机制。传统的分布能力,同步以太网对现有以太网做了一种扩展,类似TDM网络在物理层发布时钟,

  目前,运营商在大规模部署下一代网络,分组交换网将替代TDM成为主流承载网络。随着网络和业务全IP化的发展,在分组交换网络上传送TDM业务,IPTV业务,3G/4G等实时要求较高的应用时,需要分组交换网络提供更高质量的同步与定时机制。传统的分布能力,同步以太网对现有以太网做了一种扩展,类似TDM网络在物理层发布时钟,实现了设备间时钟频率同步。但是还有一些应用需要时间上的同步,IEEE1588-2008 PTP(Precisionng Protocol)应运而生,成为公用的提供时间同步和频率同步的协议。

  回顾同步技术的发展,我们曾在以太网上用过NTP技术,GPS技术或用T1/E1和以太网组成混合网络来增加以太网的时钟同步能力,但由于NTP自身技术的限制,其精度只能在1~50ms之间;GPS广泛应用在CDMA基站和许多其它应用,提供时间和频率的同步,但GPS接收机需要在空中架设天线,在办公室或运营商机房里实施是比较困难的;在T1/E1和以太网混合网络,用T1/E1传递时钟,用以太网扩大带宽,但从网络建设成本来讲用这种方法是不经济的。IEEE1588v2是一种精确时间同步协议,可以认为是对NTP协议的一种进化版本,IEEE1588v1精度可以达到亚ms级,IEEEv2精度可以达到亚us级的精度。IEEE1588v2对IEEE1588v1进行了改进和提高,提高了同步精度,加入了故障容限,满足冗余和安全的保障功能,并引入边界时钟和透传时钟两种新类型设备。通过主从设备间传递PTP消息包,从时钟计算时间和频率偏移,实现与主时钟的频率和时间的同步。

  在研发和部署PTP设备时,在主要功能、性能和压力测试方面,我们面临诸多挑战。目前,对PTP的协议测试主要有以下方面:

  (1)校正系数测试:测试PTP设备是否能精确计算校正系数(CorrecTIon Factor)。

  (4)对PTP包优先级的测试:测试PTP设备如何对PTP的包做到有保证的转发,结合L2和L3 QoS的测试。

  (6)加载控制面:在测试PTP协议时,通过仿真STP和路由协议等,可以加载控制平面,并同时仿真网络的不稳定情况。

  (8)协议定时器的测试:例如在发送了Sync消息以后可以控制发送Follow UP的间隔时间。

  透传时钟(Transparent Clock)最重要的一个功能就是能够正确测量PTP包经过它时的延迟(ns级),这个延迟我们又叫做“驻留时间”。透传时钟在发向下游的PTP消息里携带延迟信息,称为校正系数(CorrecTIon Factor),如果CF不准确,下游的从时钟就无法与上游的主时钟精确同步。

  用IXIA测试仪表可以测量每个PTP包经过透传时钟的实际延迟,并比较PTP消息里所报告的CF值,可以更有效地测试透传时钟所计算的CF值是否准确。CF Error计算公式为:CF Error=CorrecTIon Factor-Actual Latency。

  CF Error如果是正的,则表示透传时钟过高估算了驻留时间。反之,则表示透传时钟过低估算了驻留时间。如果CF Error过大和变化过大,将引起下游的从时钟同步丢失。通常CF值在几十ns是可以接受的。在ISPCS2009研讨会上IXIA展示了CF的测试结果,被公认为是透传时钟测试的业界标准。

  ●测试模式:用测试仪表的两个端口连接被测设备的两个端口,执行测试过程。校准线 Correction Factor Error测试拓扑图

  大多数PTP系统里有很多从时钟。在系统中随着从时钟数量的增加,会加重主时钟或边界时钟的处理负担。因此,在设计、布置和升级PTP设备的时候,主时钟、边界时钟和透传时钟的大规模基准测试非常重要。利用IXIA测试系统,可以非常容易模拟在多个时间域里大量的主时钟和从时钟。PTP设备所能支持的规模与很多因素有关,例如,Sync和Delay-Request消息的发送速率,是用单播模式还是组播模式等。以下详细介绍测试主时钟规模的测试方法。测试拓扑如图5所示。

  ●如果通过测试,则再增加从时钟的数量;如果没有通过测试,就减少从时钟的数量。用二次折半法,可以测试出被测设备所能支持的最大从时钟数量(见表1)。也可以通过改变不同消息的发送速率,来测量被测设备所能支持最大的从时钟数量(见表2)。

  ●在测试过程中,改变条件(在多个时间域中测试,在单播和多播两种模式下进行测试,在one-step模式和two-step模式下进行测试)来测试被测设备的规模基准。

  最佳主时钟(MBC)选择算法主要应用在从时钟和边界时钟的从时钟端口上,在本时间域选择质量最好的主时钟。此算法主要是比较不同的时钟质量参数,以特定的优先级顺序选择最佳主时钟。IXIA测试系统可以模拟多个带有不同时钟质量参数的主时钟。如果被测设备是边界时钟,则下游IXIA测试系统所仿真的从时钟可以很容易地确定系统的祖时钟(Grandmaster)和被测设备所选择的是否相同。以测试边界时钟为例,详细介绍测试过程,测试拓扑如图6所示。

  (1)在IXIA测试系统的两个测试端口上分别仿真两个主时钟Master Clock 1和Master Clock 2,但两个主时钟的时钟质量参数不同。Master Clock 2的时钟质量低于Master Clock 1的时钟质量,但高于被测设备的时钟质量。

  IXIA IEEE1588可以快速地监测和测量透传时钟CF Error,通过比较Sync消息所报告的Correction Factor和用硬件级的时间戳所测量的实际在被测设备的驻留时间(包转发延迟),测试仪表可以实时检测到CF Error。为了更准确的测试,测试系统提供校准功能,可以消除测试系统内部时钟和

  IEEE1588最初是由Agilent Laboratories(安捷伦实验室)发明,并得到IEEE的赞助,2002年11月得到IEEE批准。Agilent在此测试领域一直处于领先地位,随着IXIA收购Agilent N2X,两家公司将联手推出业界最领先的测试解决方案。IEEE1588作为测试的新兴领域,IXIA引领了业界的测试标准。

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(文/小编)
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