IEEE1588協(xié)議測試方法

摘要

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

1  引言

目前，運(yùn)營商在大規(guī)模部署下一代網(wǎng)絡(luò)，分組交換網(wǎng)將替代TDM成為主流承載網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)全I(xiàn)P化的發(fā)展，在分組交換網(wǎng)絡(luò)上傳送TDM業(yè)務(wù)，IPTV業(yè)務(wù)，3G/4G等實(shí)時要求較高的應(yīng)用時，需要分組交換網(wǎng)絡(luò)提供更高質(zhì)量的同步與定時機(jī)制。傳統(tǒng)以太網(wǎng)沒有內(nèi)置時鐘的分布能力，同步以太網(wǎng)對現(xiàn)有以太網(wǎng)做了一種擴(kuò)展，類似TDM網(wǎng)絡(luò)在物理層發(fā)布時鐘，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間時鐘頻率同步。但是還有一些應(yīng)用需要時間上的同步，IEEE1588-2008 PTP（Precision Timing Protocol）應(yīng)運(yùn)而生，成為公用的提供時間同步和頻率同步的協(xié)議。

回顧同步技術(shù)的發(fā)展，我們曾在以太網(wǎng)上用過NTP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1~50ms之間；GPS廣泛應(yīng)用在CDMA基站和許多其它應(yīng)用，提供時間和頻率的同步，但GPS接收機(jī)需要在空中架設(shè)天線，在辦公室或運(yùn)營商機(jī)房里實(shí)施是比較困難的；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(kuò)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(jì)的。IEEE1588v2是一種精確時間同步協(xié)議，可以認(rèn)為是對NTP協(xié)議的一種進(jìn)化版本，IEEE1588v1精度可以達(dá)到亞ms級，IEEEv2精度可以達(dá)到亞us級的精度。IEEE1588v2對IEEE1588v1進(jìn)行了改進(jìn)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(shí)現(xiàn)與主時鐘的頻率和時間的同步。

在研發(fā)和部署PTP設(shè)備時，在主要功能、性能和壓力測試方面，我們面臨諸多挑戰(zhàn)。目前，對PTP的協(xié)議測試主要有以下方面：

（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)（Correction Factor）。
（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，能夠支持的最大從時鐘數(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的包做到有保證的轉(zhuǎn)發(fā)，結(jié)合L2和L3 QoS的測試。
（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：例如在發(fā)送了Sync消息以后可以控制發(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。

2  主要測試項目

2.1  校正系數(shù)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(jīng)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(fā)向下游的PTP消息里攜帶延遲信息，稱為校正系數(shù)（Correction Factor），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IXIA測試儀表可以測量每個PTP包經(jīng)過透傳時鐘的實(shí)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。在ISPCS2009研討會上IXIA展示了CF的測試結(jié)果，被公認(rèn)為是透傳時鐘測試的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。

（1）IXIA測試的配置模式

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

圖1  校準(zhǔn)測試拓?fù)鋱D

●測試模式：用測試儀表的兩個端口連接被測設(shè)備的兩個端口，執(zhí)行測試過程。校準(zhǔn)線纜長度是測試線纜的2倍（見圖2）。

圖2  Correction Factor Error測試拓?fù)鋱D

為了測試的準(zhǔn)確性，在測試前需先校準(zhǔn)，減少由于測試儀表內(nèi)部的時間開銷或光纜/電纜傳送的延遲引起的不準(zhǔn)確性，主要包括：測試儀表內(nèi)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(zhǔn)幫助修正測試儀表內(nèi)部時間開銷和線纜傳送延遲示意圖。

圖3  校準(zhǔn)幫助修正測試儀表內(nèi)部時間開銷和線纜傳送延遲

（2）CF Error測試步驟

●校準(zhǔn)時間戳

①在兩個測試端口分別設(shè)置主時鐘仿真和從時鐘仿真，Tx和Rx校準(zhǔn)因子（Calibration Factor）的缺省值為0，測試拓?fù)淙鐖D1所示。

②測試執(zhí)行一段時間后，測試系統(tǒng)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(jù)公式（1）和公式（2）配置Tx和Rx校準(zhǔn)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(jù)公式（3）和公式（4）配置Tx和Rx校準(zhǔn)因子（Calibration Factor）：

Tx Calibration Factor=Delay Request Latency/2                    （3）

Rx Calibration Factor=Sync Latency/2                            （4）