一、引言

在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，時(shí)鐘同步精度至關(guān)重要，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）作為新一代工業(yè)通信的核心技術(shù)，其時(shí)鐘同步精度直接影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與系統(tǒng)協(xié)同效率。尤其在工業(yè)自動(dòng)化、車載網(wǎng)絡(luò)等高精度場(chǎng)景中，精確同步已成為剛性需求。本文圍繞時(shí)鐘同步精度測(cè)試展開(kāi)，涵蓋測(cè)試方法、信而泰測(cè)試方案等關(guān)鍵內(nèi)容，旨在深入剖析時(shí)鐘同步精度測(cè)試的全貌，為相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用提供有力參考。

二、時(shí)鐘同步精度技術(shù)解析

（一）時(shí)間同步過(guò)程

在網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步體系中，全局主時(shí)鐘借助 Sync 報(bào)文為從時(shí)鐘授時(shí)，同時(shí)利用 P_delay 報(bào)文精確計(jì)算路徑延時(shí)。從時(shí)鐘依據(jù) Sync 報(bào)文以及獲取的路徑延時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)本地時(shí)鐘的頻率和相位進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，從而達(dá)成與主時(shí)鐘的時(shí)間同步。

然而，盡管 gPTP 協(xié)議明確了時(shí)間同步機(jī)制，但由于各廠家在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的差異以及硬件性能的參差不齊，從時(shí)鐘在跟隨主時(shí)鐘時(shí)可能出現(xiàn)偏差。

（二）同步誤差

為衡量從時(shí)鐘調(diào)整本地時(shí)鐘跟隨主時(shí)鐘的能力，即評(píng)估時(shí)鐘同步的精度，通常采用測(cè)量從時(shí)鐘相對(duì)于主時(shí)鐘同步誤差的方式。在 802.1AS – 2011/2020 Annex B.3 標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì) TSN 網(wǎng)絡(luò)的同步精度提出了嚴(yán)格要求：任意兩個(gè)時(shí)間感知系統(tǒng)，若它們之間間隔 6 個(gè)或更少的時(shí)間感知系統(tǒng)（即跳數(shù)為 7 或更少），則其同步誤差應(yīng)控制在 1 微秒（1000 納秒）峰峰值以內(nèi)。這一標(biāo)準(zhǔn)為時(shí)鐘同步精度的評(píng)估提供了重要依據(jù)。

三、時(shí)鐘同步精度測(cè)試方法論

（一）1PPS 脈沖對(duì)比法法

1測(cè)試原理 ：主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)在 PTP 時(shí)間的每整秒輸出脈沖信號(hào)，隨后使用示波器對(duì)這兩個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。

優(yōu)勢(shì) ：此方法是一種成熟的測(cè)試手段，操作簡(jiǎn)單，僅需借助示波器即可完成對(duì)比工作，適合實(shí)驗(yàn)室單設(shè)備驗(yàn)證。

劣勢(shì) ：

需要被測(cè)設(shè)備支持1PPS測(cè)試；

部分設(shè)備存在固定誤差；

需要示波器進(jìn)行對(duì)比，不支持大規(guī)模測(cè)試

（二）反向同步（Reverse Sync） ** 法**

測(cè)試原理 ：Reverse Sync 方法要求從節(jié)點(diǎn)在第二時(shí)鐘域發(fā)送反向 Sync/Follow - up 報(bào)文。測(cè)試設(shè)備首先計(jì)算鏈路延遲，然后依據(jù)反向報(bào)文中攜帶的從節(jié)點(diǎn)同步時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)同步精度的準(zhǔn)確評(píng)估。

優(yōu)勢(shì) ：

利用已有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試

可以應(yīng)用于集成交換設(shè)備的測(cè)試

不需要其他的報(bào)文形式

劣勢(shì) ：

從節(jié)點(diǎn)需支持多時(shí)鐘域及反向報(bào)文生成功能；

高精度時(shí)間戳采集對(duì)硬件性能要求嚴(yán)苛。

（三）方法對(duì)比

四、信而泰同步精度測(cè)試方案

1PPS 測(cè)試方法

信而泰使用 BigTao 設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，具體操作是將 BigTao 測(cè)試口連接到 DUT 的測(cè)試口，BigTao 機(jī)箱背板口輸出 1PPS 信號(hào)至示波器，DUT 的 1PPS 口輸出信號(hào)同樣接入示波器。在測(cè)試中，儀表充當(dāng) AS 協(xié)議 Master，DUT 作為 Slave，待時(shí)鐘同步完成后，在示波器上捕捉儀表和 DUT 的脈沖信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比，以此確定被測(cè)設(shè)備時(shí)鐘同步的精準(zhǔn)度。

Reverse Sync 測(cè)試方法

信而泰支持反向同步測(cè)試功能。在測(cè)試中，儀表既可以作為 Master，也可以作為 Slave。

方案優(yōu)勢(shì)：

• 同時(shí)支持IEEE 802.1AS全協(xié)議內(nèi)容仿真；
• 同時(shí)支持TSN協(xié)議族測(cè)試（Qav、Qbv、Qbu、Qci、Qcr、Qcc、Qch、CB等協(xié)議）；
• 同時(shí)支持設(shè)備性能和功能測(cè)試。
  

五、結(jié)論

時(shí)鐘同步精度測(cè)試對(duì)于保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性具有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的測(cè)試需求、被測(cè)設(shè)備的特性以及測(cè)試環(huán)境等因素，綜合選擇合適的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備。信而泰方案同時(shí)支持1PPS與反向同步測(cè)試法，分別覆蓋了單設(shè)備驗(yàn)證與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)評(píng)估場(chǎng)景，為行業(yè)提供了高性價(jià)比的測(cè)試工具。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，時(shí)鐘同步精度測(cè)試技術(shù)也將持續(xù)演進(jìn)，信而泰將持續(xù)為行業(yè)提供更高效、更可靠的網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試設(shè)備和方案。

審核編輯 黃宇