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精确时钟同步确保IP网“电信级”特性

通信世界周刊 李军?? 2011年03月25日 ?? 收藏0

  随着电信技术的不断发展,电信级别以太网的数据传输速度也越来越快速,已从早期的10M提高到100M、GE、10GE、40GE、100GE。随之而来的,是电信级网络对设备时间同步性能的要求也越来越严格,对于一个全国范围的IP网络来说,骨干网络时延一般要求控制在50ms之内,并且对同步精度或收敛速度有着相当严格的要求。

  回顾以太网同步技术的发展,我们曾在以太网上用过互联网网络时间协议NTP(Network Time Protocol)技术,简单网络时间协议SNTP(Simple Network Time Protocol)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,不能达到所要求的同步精度或收敛速度;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。

  IEEE1588标准演进及主要特性

  鉴于此,网络精密时钟同步委员会起草的“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”,在2002年底获得标准美国电气和电子工程师协会(IEEE) 通过作为IEEE1588标准予以发布。IEEE 1588标准特别适合于以太网,可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。

  IEEE1588的核心思想是采用主从时钟方式,对时间信息进行编码,利用网络的对称性和延时测量技术,实现主从时间的同步。IEEE1588可以同时实现频率同步和时间同步,时间传递的精度保证主要依赖于两个条件:计数器频率准确和链路的对称性。IEEE1588实现的关键在于延时测量。确保以太网设备满足IEEE1588标准的要求,才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。目前,针对电信级以太网设备的 IEEE1588验证测试项目主要有以下几种。

  (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)。

  (2)PTP设备规模测试:测试主时钟在不同的各种消息速率下,能够支持最大从时钟数。

  (3)BMC测试:主要指最佳主时钟(BMC)选择测试和错误倒换测试。

  (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。

  (5)多时间域测试:测试多时间域的规模和多时间域下是否有相互交互。

  (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。

  (7)异常测试和加载额外压力的测试。

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

  (9)稳定性测试:通过发送异常包来测试PTP设备的稳定性。

  时钟同步测试的三种主要模式

  现在主要分析一下校正系数错误测试(Correction Factor Error)、PTP大规模测试(PTP Scalability)和最佳主时钟选择算法测试(Best Master Clock)。能够完成这些测试项目主要有IXIA 公司的XM12、IXN2X或思博伦的Spirent TestCenter等仪表。

  校正系数错误测试(Correction Factor Error)

  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),这个延迟又称作“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。

  用测试仪表可以测量每个PTP包经过透传时钟的实际延迟(Actual Latency),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。


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时钟同步? 电信级? 收敛速度?

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