摘要
根據(jù)IXIA IEEE1588測試解決方案,詳細介紹了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,運營商在大規(guī)模部署下一代網(wǎng)絡,分組交換網(wǎng)將替代TDM成為主流承載網(wǎng)絡。隨著網(wǎng)絡和業(yè)務全IP化的發(fā)展,在分組交換網(wǎng)絡上傳送TDM業(yè)務,IPTV業(yè)務,3G/4G等實時要求較高的應用時,需要分組交換網(wǎng)絡提供更高質(zhì)量的同步與定時機制。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)做了一種擴展,類似TDM網(wǎng)絡在物理層發(fā)布時鐘,實現(xiàn)了設備間時鐘頻率同步。但是還有一些應用需要時間上的同步,IEEE1588-2008 PTP(Precision Timing Protocol)應運而生,成為公用的提供時間同步和頻率同步的協(xié)議。
回顧同步技術的發(fā)展,我們曾在以太網(wǎng)上用過NTP技術,GPS技術或用T1/E1和以太網(wǎng)組成混合網(wǎng)絡來增加以太網(wǎng)的時鐘同步能力,但由于NTP自身技術的限制,其精度只能在1~50ms之間;GPS廣泛應用在CDMA基站和許多其它應用,提供時間和頻率的同步,但GPS接收機需要在空中架設天線,在辦公室或運營商機房里實施是比較困難的;在T1/E1和以太網(wǎng)混合網(wǎng)絡,用T1/E1傳遞時鐘,用以太網(wǎng)擴大帶寬,但從網(wǎng)絡建設成本來講用這種方法是不經(jīng)濟的。IEEE1588v2是一種精確時間同步協(xié)議,可以認為是對NTP協(xié)議的一種進化版本,IEEE1588v1精度可以達到亞ms級,IEEEv2精度可以達到亞us級的精度。IEEE1588v2對IEEE1588v1進行了改進和提高,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備。通過主從設備間傳遞PTP消息包,從時鐘計算時間和頻率偏移,實現(xiàn)與主時鐘的頻率和時間的同步。
在研發(fā)和部署PTP設備時,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設備是否能精確計算校正系數(shù)(Correction Factor)。
(2)PTP設備規(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設備如何對PTP的包做到有保證的轉(zhuǎn)發(fā),結合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的測試結果,被公認為是透傳時鐘測試的業(yè)界標準。
(1)IXIA測試的配置模式
●校準模式:用校準線纜直接背靠背連接IXIA測試儀表的兩個端口,執(zhí)行校準過程(見圖1)。
圖1 校準測試拓撲圖
●測試模式:用測試儀表的兩個端口連接被測設備的兩個端口,執(zhí)行測試過程。校準線纜長度是測試線纜的2倍(見圖2)。
圖2 Correction Factor Error測試拓撲圖
為了測試的準確性,在測試前需先校準,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
●校準時間戳
①在兩個測試端口分別設置主時鐘仿真和從時鐘仿真,Tx和Rx校準因子(Calibration Factor)的缺省值為0,測試拓撲如圖1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校準因子(Calibration Factor):
Tx Calibration Factor=Delay Request Latency/2 (3)
Rx Calibration Factor=Sync Latency/2 (4)