为了提高修正精度,可以把主时钟到从时钟的报文传输延迟等待时间考虑进来,即延迟测量,这是同步过程的第二个阶段(见图4)。
图4 PTP时钟延迟和偏移计算
从时钟向主时钟发出一个“延迟请求”数据报文,在这个过程中决定该报文传递准确时间T2。主时钟对接收数据包打上一个时间戳,然后在“延迟响应”数据包中把接收时间戳B送回到从时钟。根据传递时间戳B和主时钟提供的接收时间戳D,从时钟计算与主时钟之间的延迟时间。与偏移测量不同,延迟测量是不规则进行的,其测量间隔时间(缺省值是4~60s之间的随机值)比偏移值测量间隔时间要大。这样使得网络尤其是设备终端的负荷不会太大。采用这种同步过程,可以消减PTP协议栈中的时间波动和主从时钟间的等待时间。从图4右边可以看到延迟时间D 和偏移时间数值O的计算方法。
IEEE 1588目前的版本是v2.2,主要应用于相对本地化、网络化的系统,内部组件相对稳定,其优点是标准非常具有代表性,并且是开放式的。由于它的开放性,特别适合于以太网的网络环境。与其他常用于Ethernet TCP/IP网络的同步协议如SNTP或NTP相比,主要区别是PTP是针对更稳定和更安全的网络环境设计的,所以更为简单,占用的网络和计算资源也更少。NTP协议是针对于广泛分散在互联网上的各个独立系统的时间同步协议。GPS(基于卫星的全球定位系统)也是针对于分散广泛且各自独立的系统。PTP定义的网络结构可以使自身达到很高的精度,与SNTP和NTP相反,时间戳更容易在硬件上实现,并且不局限于应用层,这使得PTP可以达到微秒以内的精度。此外,PTP模块化的设计也使它很容易适应低端设备。
IEEE1588标准所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步,使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信,从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。
由于高精度的同步工作,使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的,不影响控制精度的范围。
3 IXIA IEEE 1588PTP测试方案
美国IXIA公司目前提供最为完整的城域以太网功能、性能、一致性测试解决方案,并且最先在2~7层统一IP测试平台实现了IEEE 1588PTP时钟同步技术方案。关于IXIA 的城域以太网测试解决方案在以前有过详细介绍,在这里对相应的技术点和对应IXIA应用程序做一总结(见表1)。
表1 IXIA城域以太网测试方案及对应程序
图5是典型的IEEE 1588PTP测试场景,IXIA测试端口可以仿真普通时钟并处于主模式,被测设备,比如以太网交换机处于边界时钟状态,验证其对各种时钟报文的处理能力与实现;另一种测试情况是IXIA端口仿真边界时钟并处于从属模式,这时候被测设备处于主模式,验证被测设备在主时钟模式下的处理机制。IXIA端口都有PTP协议栈,可以对PTP时钟信息做灵活的配置。
图5 IEEE 1588典型测试场景