同步網(wǎng)探針監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用-世界今日訊

（CWW）同步網(wǎng)、信令網(wǎng)、電信管理網(wǎng)并稱為現(xiàn)代通信網(wǎng)的“三大基礎(chǔ)支撐網(wǎng)絡(luò)”，缺一不可。近年來，隨著5G通信技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度時間同步在運營商通信網(wǎng)絡(luò)中顯得愈發(fā)重要。同步網(wǎng)絡(luò)的性能質(zhì)量將直接影響無線網(wǎng)絡(luò)的性能，并進一步影響到運營商的收入，而同步網(wǎng)絡(luò)的性能監(jiān)測一直是同步網(wǎng)運維的難點。因為傳遞時頻同步信號的傳輸承載設(shè)備自身缺乏標(biāo)準(zhǔn)的參考信號，無法對接收到的信號進行性能測試，當(dāng)前對設(shè)備的性能測量只能用貴重儀表做按需監(jiān)測，既不能做到實時監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)同步網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的問題，又耗費大量人力和物力。

為了解決同步網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測難的問題，同步探針監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。借助探針設(shè)備采集網(wǎng)絡(luò)的同步性能，能夠豐富同步網(wǎng)絡(luò)的性能監(jiān)測手段，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)同步性能的全局監(jiān)測和分析。

同步網(wǎng)性能監(jiān)測指標(biāo)頻率同步的本質(zhì)是維持各數(shù)字設(shè)備時鐘振蕩頻率的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，頻率同步網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)有國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-T G.823（基于2048Kbit/s系列的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的抖動和漂動控制）、G.8261（分組網(wǎng)絡(luò)中的定時和同步方面）、G.8261.1（適用于分組方法的分組延遲變化網(wǎng)絡(luò)抖動限值）等，包括處于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的PRC接口、二級鐘SSU接口、三級鐘SSU接口、SDH傳輸網(wǎng)元接口、PDH 2Mb/s接口、分組網(wǎng)元接口以及基站同步要求等。

【資料圖】

頻率同步的性能監(jiān)測參數(shù)包括：時間間隔誤差TIE值、利用TIE數(shù)據(jù)計算出的最大時間間隔誤差（MTIE）、時間偏差（TDEV）、頻率偏移（FREQ）值等，此外還包括SSM/ESMC時鐘質(zhì)量等級。

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求類型，PTP時間同步網(wǎng)的性能指標(biāo)主要體現(xiàn)在基本業(yè)務(wù)、協(xié)同業(yè)務(wù)和垂直行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求3個方面。

第一，5G基本業(yè)務(wù)時間同步需求是所有TDD制式無線系統(tǒng)的共性要求，主要是為了避免上下行時隙間干擾。5G基站在承載基本業(yè)務(wù)時，其空口間對于時間同步精度的指標(biāo)要求為±1.5ns。

第二，將在5G系統(tǒng)中廣泛使用的多點協(xié)同（CoMP）、帶內(nèi)載波聚合（CA）等協(xié)同技術(shù)，對時間同步精度的指標(biāo)要求為±130ns。

第三，無人駕駛、無人物流、智能機器人等基于5G的垂直行業(yè)應(yīng)用層出不窮，這些應(yīng)用也對5G網(wǎng)絡(luò)的超高精度時間同步提出了更高的指標(biāo)要求。例如，高精度厘米級定位業(yè)務(wù)的時間同步精度指標(biāo)要求為±10ns。

時間同步的性能監(jiān)測參數(shù)包括：時間偏差TE值、PTP路徑包時延抖動PDV，以及PTP時鐘等級（ClockClass）、PTP時鐘精確度（ClockAccuracy）等PTP數(shù)據(jù)集。

同步網(wǎng)探針監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案同步網(wǎng)探針監(jiān)測技術(shù)當(dāng)同步網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)部分設(shè)備不支持同步功能、設(shè)備同步功能異常，或者設(shè)備同步功能正常但網(wǎng)絡(luò)中存在鏈路非對稱性時延等情況，都會影響同步網(wǎng)末端設(shè)備恢復(fù)的時間精度，進而影響網(wǎng)絡(luò)整體運營指標(biāo)。為了解決人工排查復(fù)雜、耗時久的問題，可以采用同步網(wǎng)探針對網(wǎng)絡(luò)同步性能進行監(jiān)測。

同步網(wǎng)探針設(shè)備主要實現(xiàn)實時對被監(jiān)測設(shè)備輸出的一種或多種同步信號進行性能監(jiān)測的功能，及時發(fā)現(xiàn)同步網(wǎng)性能缺陷并提前預(yù)警，防止影響業(yè)務(wù)質(zhì)量，大大提高效率和實時性。

同步網(wǎng)探針監(jiān)測設(shè)備原理如圖1所示，同步網(wǎng)探針設(shè)備配備GNSS接收模塊，探針設(shè)備的參考源來自GPS/北斗衛(wèi)星信號，同時探針設(shè)備對同步網(wǎng)輸出的頻率、時間等信號進行監(jiān)測，實現(xiàn)監(jiān)測信號與鎖定的衛(wèi)星基準(zhǔn)UTC的比對并記錄差值，將數(shù)據(jù)上報至探針監(jiān)測管控平臺，分析傳遞給基站的時間和頻率性能是否滿足指標(biāo)要求。

值得一提的是，同步網(wǎng)探針監(jiān)測設(shè)備除了作為探針監(jiān)測使用外，由于本身配備了GNSS衛(wèi)星接收模塊，還可以作為時間源設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)輸出標(biāo)準(zhǔn)的參考信號。探針監(jiān)測功能和時間源功能之間可以根據(jù)應(yīng)用場景需求進行切換。

圖1 同步網(wǎng)探針監(jiān)測設(shè)備原理

同步網(wǎng)探針監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案同步網(wǎng)探針監(jiān)測系統(tǒng)包括同步網(wǎng)探針設(shè)備和同步網(wǎng)探針監(jiān)測管控平臺兩個層面，實現(xiàn)方案如圖2所示。

圖2 同步網(wǎng)探針監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案

同步網(wǎng)探針設(shè)備通常與被監(jiān)測的同步網(wǎng)設(shè)備部署在一起，實現(xiàn)對被測設(shè)備同步性能的時間TE和頻率TIE指標(biāo)進行實時測量，并將性能數(shù)據(jù)上報給探針監(jiān)測管控平臺。目前，運營商同步網(wǎng)絡(luò)中常用的頻率信號類型包括2Mbit/s、2MHz、10MHz、SyncE等，時間信號類型包括PTP、1PPS+ToD等?？紤]需求及成本因素，現(xiàn)網(wǎng)使用時，可以按需在同步網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點部署探針設(shè)備。被監(jiān)測的設(shè)備可以是任何需要時頻的設(shè)備，如IPRAN、智能城域網(wǎng)、OTN、基站設(shè)備等。

同步網(wǎng)探針監(jiān)測管控平臺可實現(xiàn)對探針設(shè)備進行集中管理，如探針設(shè)備IP、探針設(shè)備運行狀態(tài)、GNSS衛(wèi)星狀態(tài)、性能監(jiān)測相關(guān)配置等，如圖3所示。同步網(wǎng)探針監(jiān)測管控平臺可以對管理范圍內(nèi)所有探針的性能監(jiān)測數(shù)據(jù)同時采集，包括頻率TIE值、時間TE值等；實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)同步性能的分析能力，包括計算MTIE/TDEV/FREQ等指標(biāo)、提供同步性能曲線、不同設(shè)備同步性能的對比呈現(xiàn)、基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的模版分析同步性能是否越限、對性能越限的設(shè)備提示告警，以及通過分析網(wǎng)絡(luò)的SSM/ESMC時鐘質(zhì)量等級、PTP數(shù)據(jù)集等參數(shù)對設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的同步健康狀態(tài)進行分析等，如圖4所示。

圖3 同步網(wǎng)探針監(jiān)測管控平臺界面

圖4 同步網(wǎng)探針PTP數(shù)據(jù)集和SyncE ESMC管理界面

同步網(wǎng)探針監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用驗證運營商的時間同步網(wǎng)通常在本地網(wǎng)核心節(jié)點部署“一主一備”兩套時間源設(shè)備，時間源設(shè)備鎖定北斗/GPS衛(wèi)星，同時向網(wǎng)絡(luò)輸出1588v2和SyncE信號，網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備支持1588v2 BCMA算法和SyncE功能，經(jīng)過同步網(wǎng)核心匯聚環(huán)和接入環(huán)設(shè)備逐跳傳遞，最終輸出至末端5G基站。本次應(yīng)用搭建的實驗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖5所示，通過在末端接入設(shè)備處部署同步探針監(jiān)測設(shè)備，對接入設(shè)備輸出的1588v2信號和SyncE信號進行性能監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上報給探針監(jiān)測管控平臺。

圖5 實驗網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

圖6 時間偏差TE測試結(jié)果

開始測試后，首先將被測設(shè)備的東西向兩側(cè)鏈路斷開，30s后恢復(fù)鏈路正常。從圖6探針監(jiān)測的TE性能數(shù)據(jù)結(jié)果曲線上可以看出，被測設(shè)備在鏈路故障期間同步性能超出了預(yù)設(shè)的1us預(yù)警值和1.5us告警值，當(dāng)故障恢復(fù)后性能逐步趨于正常和穩(wěn)定。因此，同步探針監(jiān)測系統(tǒng)可以直觀地實時呈現(xiàn)同步網(wǎng)絡(luò)的性能趨勢。

高精度時間同步網(wǎng)是運營商5G通信網(wǎng)絡(luò)的基石，也是國家重要的戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施。本文介紹了同步網(wǎng)的頻率和時間性能監(jiān)測指標(biāo)，以及同步探針監(jiān)測原理，提出了同步探針監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方案并進行了實驗驗證。同步探針監(jiān)測系統(tǒng)可以對時頻信號的性能進行實時測量，及時發(fā)現(xiàn)同步網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的問題，實現(xiàn)同步狀態(tài)和性能分析自動化，較好地解決了同步網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測難的痛點問題，助力運營商構(gòu)建技術(shù)先進、智能開放的高精度時間同步網(wǎng)。

關(guān)鍵詞： 電信管理網(wǎng) 5G通信 性能監(jiān)測