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夏光XG7010针对PTN设备同步性能测试解决方案
时间:2011-07-28

1. 背景

        自2009年,中国移动通信集团公司率先在现网中部署PTN设备以来,经过两年的推广及实际网络的应有,PTN产业已经迅速发展起来。国内的各大通信设备制造商推出了一系列PTN产品及设备解决方案,有效地推动了PTN设备市场的发展进程。目前国内提供PTN设备的通信设备制造商主要有华为技术、中兴通讯、烽火科技、阿尔卡特朗讯武汉日电等公司。


        深圳市夏光通信测量技术有限公司,推出中国第一款支持移动IEEE1588时频同步的专用仪表——XG7010 IEEE1588时间分析仪,不但可以有效提供PTN网络同步性能的现场施工、验收和维护测试解决方案,还根据PTN设备制造商的实际情况,有针对性地研制开发了一些功能,满足在工厂环境下的PTN设备同步性能测试


        同步测试包括时钟测试和时间测试,还可通过网管系统与仪表配合完成PTN设备相关的同步性能验证工作。


        以下,我们针对XG7010 IEEE1588时间分析仪的功能特点在工厂环境下的PTN设备同步性能的测试进行逐一说明,并提出PTN设备同步测试在研发、生产、厂验、工程维护等不同环节情况下测试关注的要点。


2. 时钟同步功能测试验证

        时钟同步功能验证主要进行PTN设备2Mb/s时钟输出的精度和漂移特性等。XG7010既可以作为时钟源输出时钟信号到PTN设备中,还可以从PTN设备2Mb/s时钟输出口进行测试,而且还可以测试PTN设备FE接口的频率精度,验证PTN设备的时钟同步性能。


3. PTN设备2Mb/s时钟信号测试

        在工厂环境下,XG7010 IEEE1588时间分析仪可以不外接GPS天线进行铷原子钟驯服,直接用XG7010 IEEE1588时间分析仪内置的铷原子钟的信号作为时钟参考源输入PTN设备,从PTN设备的时钟输出接口测试时钟信号的精度及漂移特性,测试的结果是一个相对值。单套PTN设备测试连接如图1所示。

单PTN设备2Mb/s时钟测试 -深圳夏光XG7010时间分析仪

图1  单PTN设备2Mb/s时钟测试

        按照图1的连接方式,可以验证PTN设备在外接时钟源情况下,PTN设备的时钟锁定情况、工作方式,XG7010选择时钟测试或时钟漂移测试功能,可测试PTN设备2Mb/s时钟信号输出的偏差值,或者进行长期的时钟漂移性能的测试,检测时钟信号的质量。


        还可以无需用XG7010 IEEE1588时间分析仪对PTN设备输入时钟信号,PTN设备选择内部时钟方式,测试PTN设备时钟输出的频偏。


        此外,还可以搭建一个点对点PTN设备的连接方式,进行时钟同步的测试,测试连接如图2所示。可测试时钟信号从本端PTN设备输入经过光纤传输后,在远端的PTN设备输出,检查时钟信号频偏的变化。

点对点PTN设备2Mb/s时钟测试 -深圳夏光XG7010时间分析仪

图2   点对点PTN设备2Mb/s时钟测试

        时钟漂移可以测试时钟的短期稳定性,计算ADEV,也可以进行长期监测,将测试结果上传计算机,通过专用软件计算出MTIE以及TDEV,对时钟同步的长期稳定性做出评估,并可按照G.811、G.812、G.813等模版进行比对。


4. PTN设备FE接口频率测试

        XG7010 IEEE1588时间分析仪不但可以测试2Mb/s时钟信号,还可以直接从PTN设备以太网接口测试时钟频率。测试连接如图3所示。

以太网时钟频率测试 -深圳夏光XG7010时间


图3   以太网时钟频率测试

        XG7010 IEEE1588时间分析仪可测试PTN设备FE以太网接口时钟频率及偏差,可检测同步以太网技术下时钟传输的性能。测试接口可以是光接口或者电接口。


5. 时间同步测试验证

        业务信息和时间信息通过PTN网络混合传输,XG7010 IEEE1588时间分析仪提供10/100M PTP同步光/电接口,可将XG7010 IEEE1588时间分析仪设置为PTP(Slave)模式,直接从PTN的以太网接口接收IEEE1588数据,解析出相关时间信息,或者直接与1PPS或1PPS+TOD时间同步接口连接测量时间偏差。此外,还可利用XG7010 IEEE1588时间分析仪的BITS仿真功能,为PTN设备提供高精度带内或带外的时间源,对PTN设备时间同步性能进行评估。


6. PTN设备时间同步性能的测试

        XG7010 IEEE1588时间分析仪可以作为时间源,通过时间带内接口向PTN设备注入时间信息,同时通过PTN带外或带内接口测试时间信息经过PTN设备后的相对偏差。测试连接如图4a、图4b所示。

带内时间信息测试 -深圳夏光XG7010 IEEE1588时间分析仪


图4a   带内时间信息测试

带外时间信息测试 -深圳夏光XG7010 IEEE1588时间分析仪


图4b   带外时间信息测试


        在带外时间信息测试模式下,如图4a,XG7010可对TOD报文进行解析,直接显示在仪表LCD屏幕上,用户可以直接查看。


        XG7010 IEEE1588时间分析仪可设置为PTP(Master)工作模式,通过时间带外接口向PTN设备注入时间信息,同时通过PTN带内接口测试时间信息经过PTN设备后的相对偏差。测试连接如图5所示。

PTP(Master)工作模式带内时间信息测试-深圳夏光XG7010 IEEE1588时间分析仪

图5   PTP(Master)工作模式带内时间信息测试


        上述XG7010 IEEE1588时间分析仪的测试模式,对PTN设备的测试带来了十分的便利,仅仅只通过一套仪表即可完成不同时间信息源的注入,实现时间带内或带外接口的测试,大大简化了时间同步测试的系统搭建。


        此外,在工厂环境下,上述测试模式可以十分方便地扩展到PTN网络系统中,实现从一套PTN设备注入时间信息,从其他的PTN设备的带内或带外接口测试时间信息经过PTN网络后的相对偏差。测试连接如图6所示。


        另外,XG7010 IEEE1588时间分析仪可外接GPS天线,经过搜星、时钟驯服后,可进行更为精准的时钟、时间偏差的测试,这样可以有效测试PTN系统时间信息、时钟信号传输质量。

7. PTN设备非对称补偿测试

        由于路径的不对称,作为从时钟的PTN网元在同步后会表现出一个固定的时延,因此在工程部署时需要依靠专业的仪表精确测量路径不对称导致的时延,提前制定补偿策略,通过PTN网管系统对进行非对称补偿。目前采用分段进行补偿,即逐跳测量设备时延,每一段单独补偿。

PTN网络时间信息测试-深圳夏光XG7010 IEEE1588时间分析仪

图6   PTN网络时间信息测试

        PTN设备进行非对称补偿,可通过网管系统实现,依据XG7010测试的时间偏差得出的非对称补偿建议值,将该值通过PTN网管系统输入PTN设备,主要验证补偿值是否正确,补偿是否有效。另外,可以搭建一个实验系统,人为制造光链路的不对称性,从理论上验证仪表测算出的非对称补偿值是否正确。测试连接可参考图6相关信息。


8. 与PTN同步相关的其他测试

        通过PTN设备的网管系统、网络分析仪与XG7010的配合,测试连接可参考图6方式,可以做如下验证:

1)同步参考源设置测试,主要检查同步参考源设置是否正确,可在两个PTN设备之间的制造故障,比如中断光路,通过PTN网管系统查看其他PTN设备的时钟跟踪状态,在时钟、时间切换过程中业务是否受到影响。
2)时钟、时间同步源的切换测试,主要观察在切换时候对业务的影响。

3)时钟保持特性,测试当设备的时钟工作在保持状态时候,其频率准确度和稳定性及对业务的影响。

4)进行PTN系统保护切换的同步测试,验证PTN系统保护切换对时间信息、时钟信号的影响。

5)业务压力测试,在PTN系统中接入网络分析仪,调整以太网业务的背景流量,突然增加2个站点之间数据流量,将XG7010接在PTN设备的时间、时钟接口上观察时间测量值的变化,检测业务变化对同步系统的影响。


9. 不同环节下对PTN同步测试的要求

        作为PTN设备的制造厂商,PTN设备在研发、生产、厂验、工程维护等环节中的同步测试有着不同的要求,每个环节下关注点不尽相同,以下分别进行说明:

研发环节

1)验证PTN设备支持的各种时钟方式,时钟源选择,时钟的保持特性,时钟频率精度以及时钟接口输出长期漂移特性。

2)同步以太网的时钟功能和性能测试。

3)时间输入/输出接口功能验证,TOD协议测试。

4)PTP基本时钟模型(普通时钟、边界时钟、透明时钟或混合模型时钟)测试,端口时钟状态测试,PTP优先级功能测试。

5)时延补偿设置功能测试。

6)PTP报文发送间隔设置功能测试,PTP协议封装是否满足中国移动规范要求。

7)时间信息经过网络后的时间传递精度,验证时间路径倒换时的时间精度。

8)不同业务环境下对时间、时钟传输的影响。

9)PDV仿真测试、PTP协议仿真测试(需要专用的PDV仿真仪、网络协议分析仪实现)。


生产环节

1)验证PTN设备各种时间、时钟输入/输出接口是否工作正常,偏差值是否在正常范围内。

2)验证TOD报文是否正确。

3)抽测PTN设备时钟接口的漂移特性。


厂验环节

1)时间信息经过网络后的时间传递精度,验证时间路径倒换时的时间精度。

2)时钟信号经过网络后时钟信号传输精度,验证链路倒换时,时钟信号精度。

3)验证PTN系统链路保护切换对时间信息、时钟信号的影响。

4)时钟、时间源的切换,对时间信息、时钟信号的影响。

5)链路非对称时延补偿功能的验证。


工程维护环节

        在工程维护环节,一般情况下PTN设备从PTP时间同步服务器上获取时间信息、时钟信号,或者从BITS系统中获取时钟,在这种情况下,XG7010需要外接GPS天线,获取精准的时间、时钟基准,完成PTN设备、PTN网络的时间和时钟的测量评估。


       PTN同步系统测试分为:安装—调试—验收—割接—维护等阶段,在不同阶段的测试的侧重点不一样,分述如下:

安装:重点是光缆对称性问题:同一缆取成对光纤、跳纤尾纤等长。

调试:重点非对称补偿、保护路径的非对称补偿,时间偏差、时钟频率偏差测试。

验收:时间偏差、时钟频率偏差测试验证,长期时间、时钟偏差、时钟漂移测试,保护倒换对时间同步的影响、时间服务器的保持能力等。

割接:关键点的监测,如最远端的基站的时频监测等。

维护:日常定期抽测,关键点的长期测试,排查故障等。


        上述各环节的测试可参考第2、3、4小节相关内容,根据工厂的实际情况予以规划,确定好每个环节的测试项目、测试方法、测试标准,确保各个环节下对PTN同步测试能够正确、有效地实施。

小结

        时间、时钟传输质量将直接影响业务能否正常传递,对PTN设备而言是一项极其重要的同步评估指标,各个PTN设备制造厂商对此应高度关注,在不同环节从不同的角度进行同步性能的测试验证,确保PTN设备、PTN网络能够可靠稳定地运行。

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