基于1588v2技术的时钟同步性能监测体系研究

基于1588v2技术的时钟同步性能监测体系研究

电信网强调对网络的运行维护管理(OAM),本OAM性能监测体系用于针对IEEE1588v2规范确定的组播T-BC形成的时间同步网络。

   该性能监测体系包含三个层面:相邻网元监测(逐点监测)、环网Passive点监测(分段监测)、组播+单播监测(全程监测)三个层面的监测各自独立进行,获得的性能数据可相互印证,作为基础数据汇总到网管形成OAM信息,包括告警、故障定位、性能分析和维护管理。

   三个层面中每个层面的监测都涉及到需要对现有1588v2规范做些小的修改或硬性规定才能实现。三个层面的监测各自独立进行,可依成熟条件而分别进行展开。

一、三个层面的时间同步性能监测方法

1.

性能监测方法一：Master-Slave监测，形成同步路径上逐点监测。如图所示：

图1 Master-Slave监测

　通常的Master-Slave同步是按照1588v2的组播方式,Master-Slave之间交互PTP包(Sync,Delreq,Delresp)实现同步。

   Master-Slave监测就是在实现Master-Slave同步的过程中,Master获得Slave的时间和Master-Slave之间的时延值。

   Master-Slave同步的同步机理是采用1588v2方式的“事件信息”。标准1588v2规定了4个事件信息:Sync,Delreq,Pdereq，Pdelresp,这4个事件信息包格式中都预留有时戳位置。1588v2仅规定了Sync包的传递携带时戳t1,对其它三个事件信息不要求携带相应时戳!但也不禁止这三个时间信息携带时戳。

   在将1588v2应用于电信网络的探讨中,大家都认识到电信级网络需要OAM。

   为了让1588v2具有OAM和性能监测的潜力,我们建议在Telecom profile的应用中强制规定:1588v2中的所有4个事件信息必须携带准确的时戳。

   若有了这样的规定,在Master-Slave监测中Master可从delay_req获得Slave的时间;Master向Slave发出Pdelreq与Slave交互P2P后,实现了Master对Slave的性能监测。

   Slave的正向同步路径和Master反向监测路径相同,二者获取时间的算法也完全相同,即(T4-T1+T2-T3)/2。路径上若存在非对称,则非对称值也相同,所以理论上Master-Slave监测门限可以接近0。实际上的告警门限可以设置得较小(例如50ns)。

   Master-Slave监测为实时监测,形成实时监测性能曲线,据此产生门限预警和门限告警。

   当Slave根据BMC算法倒换路径转向跟踪其它Master后,它将不再向原Master发出Delreq,原Master据此解除对该Slave的监测。对该Slave的监测改由它跟踪的那个Master来执行。

2. 性能监测方法二：Passive监测方式。

这个方式主要针对于具有P节点的环网和网状网。环网情况如图所示：    

   根据BMC算法环网上会出现一个断环点P(具有断环点P的节点在本文中称为P节点)。如上图,P节点用S口同步于西邻接点,同时用P口监测东邻接点。实际上P节点持续比较环上两个圆弧分别"累积的时间误差",给出的是"两圆弧累积误差"的差值。设定一个差值门限(例如100ns),差值在门限内表示整个环网正常;若差值超过门限,可能有问题值得关注。注意,东圆弧经历节点数和西圆弧经历节点数几乎相同(二者之差为0或1),"东、西路径长度近似相同"使得该监测方式门限可以设置得较小。

   Passive监测方式是,P节点可由Sync包获得东邻接节点时戳,P口向其发出Pdelreq与对方进行P2P交互,计算出二者之间的传递时延,由此得到P节点东侧圆弧"累积的时间误差"。另外通过同步方式,P节点可获得西侧圆弧"累积的时间误差",从而可以计算出"两圆弧累积误差"的差值,实现Passive监测方式。由于故障定位主要依靠"Master-Slave监测"方式,Passive监测方式要结合"Master-Slave监测"来进行分析判断。

   Passive监测方式为实时监测,形成整个环网的监测性能曲线。基本特点是:①一个P节点即可监测整个环,监测范围大。②利用1588v2规定内的PTP包,监测方式简单可行。③当环网上有临时工程(例如,增加节点、光缆割接等)使得环网有变化时，Passive监测方式可根据工程前、后所获得的性能监测数据分析环网非对称值是否变大?是否有必要进行非对称补偿操作。

3.

性能监测方法三：全程性能监测。

全程性能监测方式为从时间服务器至基站入口的监测方式，如图所示：

图3 全程性能监控

   该监测由与基站直连的末端传送网网元执行,可将此网元称为“末节点”。在“末节点”以组播获取时间同步后,为实现性能监测,此末节点要向GM发起单播请求,与时间服务器另外建立一条单播路径,将单播获得的时间与组播获得的时间进行比较。

   单播会话由末节点按设定的时间表发起和终止，不要求长期维持，而组播链路则一直存在。

   对组播而言,组播中途经过的传送网所有网元均为1588v2的BC网元;而对本监测方式的需要而言,单播路径经过的网元均为1588v2的TC网元。即,要求网络具有如下功能：

（1）"末节点"既支持组播也支持单播,除组播外,在逻辑上它还需要与时间服务器另外建立一条单播路径；

（2）中途节点既支持组播也支持单播,对组播PTP,节点实现BC功能;对单播PTP,节点为TC；

（3）时间服务器既支持组播也支持单播。每个时间服务器需要与多个末节点分别建立单播会话,因此要求时间服务器具有一定的处理能力使之能够接纳多个单播请求,例如可接纳和维持数千个单播会话。

   总之,要求整个网络既具有支持组播能力也要求支持单播。

   由于BC网元时钟深度介入组播PTP,而TC网元时钟仅浅度介入单播PTP,网元时钟优劣变化对组播的影响大对单播的影响很小。据此可以认为,即使组播PTP和单播PTP走在了同一路径,末节点关于组播-单播数据的比较也是可行的,而无需专门为单播选择不同的物理路径。

   当末节点组播-单播差值在门限内（例如1000ns）,可认为端到端全程时间满足指标,否则需要引起特别分析和关注。

二、三种时间性能监测方式的应用建议

   为达到监测目的,性能监测方法一（Master-Slave监测）和方法二（Passive节点监测）都需要网元之间交互P2P；而方法三是以“增加单播”来达到监测目的。需注意的是,这里的P2P仅仅用于监测,并不表示网络同步采用P2P-TC方式。

   三种监测方法是递进式的叠加关系,Master-Slave监测是逐点监测,Passive节点监测相当于分段监测,而组播单播配合监测属于全程性能监测,由此形成对全网进行的性能监测体系。

三、对IEEE1588v2标准的修改建议

如上所述,要实现本文提出的时间同步性能监测体系,需要对现有1588v2标准做些明确规定如下表所示：

表1 1588v2修改建议

四、“探针”方式实现性能监测

   目前已有厂家可通过类似于探针方式的小盒设备实现回传网络PTP传递性能的监测,将该设备置于需要进行监测的网络末端节点,实时监测来自上游的PTP信号的时间偏差,通过任意的IP通道将监测结果、告警信息等上传至管理系统(可通过PC的web方式实现),从而实现对回传网络的时间同步性能监测。CUCC已对此实现方式进行了研究,并对相关厂家存在的问题提出了修改建议以使其更适应CUCC网络时间同步性能的监测要求,近期将会在已经部署1588v2技术的现网中进行进一步的实际验证测试工作。这对1588v2技术规模部署后的后续维护管理方便、故障定位快速便捷具有积极的意义。