IEEE1588協(xié)議測(cè)試方法

摘要

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

1 引言

目前，運(yùn)營(yíng)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(shí)要求較高的應(yīng)用時(shí)，需要分組交換網(wǎng)絡(luò)提供更高質(zhì)量的同步與定時(shí)機(jī)制。傳統(tǒng)以太網(wǎng)沒(méi)有內(nèi)置時(shí)鐘的分布能力，同步以太網(wǎng)對(duì)現(xiàn)有以太網(wǎng)做了一種擴(kuò)展，類(lèi)似TDM網(wǎng)絡(luò)在物理層發(fā)布時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間時(shí)鐘頻率同步。但是還有一些應(yīng)用需要時(shí)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(shí)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?cè)谝蕴W(wǎng)上用過(guò)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(lái)增加以太網(wǎng)的時(shí)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(shí)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(yíng)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(shí)鐘，用以太網(wǎng)擴(kuò)大帶寬，但從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本來(lái)講用這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。IEEE1588v2是一種精確時(shí)間同步協(xié)議，可以認(rèn)為是對(duì)NTP協(xié)議的一種進(jìn)化版本，IEEE1588v1精度可以達(dá)到亞ms級(jí)，IEEEv2精度可以達(dá)到亞us級(jí)的精度。IEEE1588v2對(duì)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(shí)鐘和透?jìng)鲿r(shí)鐘兩種新類(lèi)型設(shè)備。通過(guò)主從設(shè)備間傳遞PTP消息包，從時(shí)鐘計(jì)算時(shí)間和頻率偏移，實(shí)現(xiàn)與主時(shí)鐘的頻率和時(shí)間的同步。

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

（1）校正系數(shù)測(cè)試：測(cè)試PTP設(shè)備是否能精確計(jì)算校正系數(shù)（Correction Factor）。

（2）PTP設(shè)備規(guī)模測(cè)試：測(cè)試主時(shí)鐘在不同的各種消息速率下，能夠支持的最大從時(shí)鐘數(shù)。

（3）BMC測(cè)試：主要指最佳主時(shí)鐘（BMC）選擇測(cè)試和錯(cuò)誤倒換測(cè)試。

（4）對(duì)PTP包優(yōu)先級(jí)的測(cè)試：測(cè)試PTP設(shè)備如何對(duì)PTP的包做到有保證的轉(zhuǎn)發(fā)，結(jié)合L2和L3 QoS的測(cè)試。

（5）多時(shí)間域測(cè)試：測(cè)試多時(shí)間域的規(guī)模和多時(shí)間域下是否有相互交互。

（6）加載控制面：在測(cè)試PTP協(xié)議時(shí)，通過(guò)仿真STP和路由協(xié)議等，可以加載控制平面，并同時(shí)仿真網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定情況。

（7）異常測(cè)試和加載額外壓力的測(cè)試。

（8）協(xié)議定時(shí)器的測(cè)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(shí)間。

（9）穩(wěn)定性測(cè)試：通過(guò)發(fā)送異常包來(lái)測(cè)試PTP設(shè)備的穩(wěn)定性。

2 主要測(cè)試項(xiàng)目

2.1 校正系數(shù)錯(cuò)誤測(cè)試（Correction Factor Error）

透?jìng)鲿r(shí)鐘（Transparent Clock）最重要的一個(gè)功能就是能夠正確測(cè)量PTP包經(jīng)過(guò)它時(shí)的延遲（ns級(jí)），這個(gè)延遲我們又叫做“駐留時(shí)間”。透?jìng)鲿r(shí)鐘在發(fā)向下游的PTP消息里攜帶延遲信息，稱(chēng)為校正系數(shù)（Correction Factor），如果CF不準(zhǔn)確，下游的從時(shí)鐘就無(wú)法與上游的主時(shí)鐘精確同步。

用IXIA測(cè)試儀表可以測(cè)量每個(gè)PTP包經(jīng)過(guò)透?jìng)鲿r(shí)鐘的實(shí)際延遲，并比較PTP消息里所報(bào)告的CF值，可以更有效地測(cè)試透?jìng)鲿r(shí)鐘所計(jì)算的CF值是否準(zhǔn)確。CF Error計(jì)算公式為：CF Error=Correction Factor-Actual Latency。

CF Error如果是正的，則表示透?jìng)鲿r(shí)鐘過(guò)高估算了駐留時(shí)間。反之，則表示透?jìng)鲿r(shí)鐘過(guò)低估算了駐留時(shí)間。如果CF Error過(guò)大和變化過(guò)大，將引起下游的從時(shí)鐘同步丟失。通常CF值在幾十ns是可以接受的。在ISPCS2009研討會(huì)上IXIA展示了CF的測(cè)試結(jié)果，被公認(rèn)為是透?jìng)鲿r(shí)鐘測(cè)試的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。

（1）IXIA測(cè)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(cè)試儀表的兩個(gè)端口，執(zhí)行校準(zhǔn)過(guò)程（見(jiàn)圖1）。

圖1 校準(zhǔn)測(cè)試拓?fù)鋱D

●測(cè)試模式：用測(cè)試儀表的兩個(gè)端口連接被測(cè)設(shè)備的兩個(gè)端口，執(zhí)行測(cè)試過(guò)程。校準(zhǔn)線纜長(zhǎng)度是測(cè)試線纜的2倍（見(jiàn)圖2）。

圖2 Correction Factor Error測(cè)試拓?fù)鋱D

為了測(cè)試的準(zhǔn)確性，在測(cè)試前需先校準(zhǔn)，減少由于測(cè)試儀表內(nèi)部的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)或光纜/電纜傳送的延遲引起的不準(zhǔn)確性，主要包括：測(cè)試儀表內(nèi)部的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和通過(guò)光纜或電纜傳送的延遲（如五類(lèi)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(cè)試儀表內(nèi)部時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和線纜傳送延遲示意圖。

圖3 校準(zhǔn)幫助修正測(cè)試儀表內(nèi)部時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)和線纜傳送延遲

（2）CF Error測(cè)試步驟

●校準(zhǔn)時(shí)間戳

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

②測(cè)試執(zhí)行一段時(shí)間后，測(cè)試系統(tǒng)會(huì)顯示平均Sync Latency和平均Delay Request Latency。

③在模擬主時(shí)鐘的測(cè)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(shí)鐘的測(cè)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）