精确时钟同步确保IP网电信级特性

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。

　　PTP大规模测试(PTP Scalability)

　　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。利用测试系统，可以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。

　　最佳主时钟选择算法(Best Master Clock)

　　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。可以用测试系统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。

　　由于高精度的同步工作，使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的，不影响控制精度的范围。只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，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。