CES测试中时钟恢复方式验证方法研究

张亚鹏，赵 良，刘 欣，郑滟雷，张 贺（.中国联通天津分公司，天津30005；.中国联通网络技术研究院，北京00048）

1 概述

移动回传网承担了基站和无线核心设备之间的通信任务。运营商致力于建立一个统一的支持多业务承载的传送平台来承担移动回传的重任。自3G 技术大规模应用以来，传统的MSTP 平台难以适应速率变化极大的数据业务，对新业务的开通能力显得力不从心，于是，以IP RAN 和PTN 为代表的分组综合承载传送网络逐渐取代MSTP承担移动回传的任务。

目前，运营商在分组综合承载传送网络上承载TDM业务（如3G移动回传业务和大客户专线业务等）时，通常采用电路仿真技术。时钟和同步是制约实现电路仿真技术的主要技术障碍之一，因为传输的电路仿真业务（CES）每bit 都必须按其进入分组网络的同样速率从分组网络输出，否则末端节点的抖动缓存器（Buffer）就会被填满或被清空，从而对恢复输出口处的TDM 码流信号造成影响。如果业务的时钟频率超出允许的误差范围，就会产生滑码、抖动等，严重时会导致业务质量急剧下降，甚至波及用户的感知。因此，需要在分组综合承载传送网络的业务末端节点上对CES进行时钟恢复。

2 C ES 的时钟恢复方式

时钟恢复对于CES的性能优劣至关重要。在2个用户端之间使用专用租借线路通过运营商分组综合承载传送网络上的仿真链路进行连接，则客户TDM业务的频率必须在分组承载网络的出口处精确地重新恢复。目前，在分组综合承载传送网络的末端节点上，CES的时钟恢复方式有以下3种。

2.1 采用系统时钟恢复C ES 时钟

采用系统时钟恢复CES 时钟，是指采用运营商分组综合承载传送网络的末端节点的系统时钟对CES的频率进行恢复（见图1）。这种方式的应用场景有以下3点限制。

图1 系统时钟恢复CES时钟

a）运营商的分组综合承载传送网络的设备系统时钟必须同步。

b）用户网络的业务时钟必须与运营商的系统时钟同步。

c）不允许用户的时钟与网络不同步，而要求透传自己的业务时钟。

2.2 采用自适应恢复时钟（A C R）方式恢复C ES 时钟

采用ACR方式恢复CES时钟，是基于末端节点根据收到的CES分组报文的频率，采用自适应算法实现业务时钟恢复（见图2）。这种方式的应用不需要经过中间运营商的分组综合承载传送网络支持物理层时钟同步，运营商网络可以为用户提供透传业务时钟。因此可应用于分组承载网不具备时钟同步的场景。

图2 ACR方式恢复CES时钟

2.3 采用差分恢复时钟（D C R）方式恢复C ES 时钟

采用DCR恢复CES时钟，是指业务时钟与参考时钟的差值经编码后在分组网络上进行传递，到分组网络末端设备再使用相同的参考时钟和通过报文携带的编码信息恢复业务时钟（见图3）。这种方式的应用场景要求运营商的分组综合承载传送网络的设备系统时钟必须同步，但可以为用户提供透传业务时钟。

图3 DCR方式恢复CES时钟

3 时钟恢复方式验证方法研究

由于用户网络的时钟往往不与运营商的网络时钟同步，而运营商必须要考虑分组综合承载传送网络承担“用户租借的TDM电路”的情形，因此设备是否支持可提供透传业务时钟的ACR或DCR方式，是运营商在选择分组承载设备时关心的功能指标之一。

然而，在测试ACR 或DCR 功能时，由于被测组网设备对外呈现的仅仅是业务有无告警和业务的时钟质量，对于测试方而言，被测组网设备就像一个黑盒子，在常规测试条件下，测试方无法准确地判断设备上具体配置的是何种时钟恢复方式。例如，测试方需验证设备的DCR时钟恢复功能，设备上可以做到外部连接和测试结果与要求一致，但实际配置的时钟恢复方式为系统时钟恢复或ACR时钟恢复，这样就不能反映设备真实的功能，为以后的实际使用埋下隐患。

为此，需要采取有效的验证方法来确保时钟恢复方式的实际配置与要求一致。根据3种不同时钟恢复方式的原理，本文提出了加频偏验证法、去同步验证法和加分组时延变化（PDV）验证法3种CES时钟恢复方式。

3.1 加频偏验证法

加频偏验证法验证采用的是否为系统时钟恢复方式。

加频偏验证法的组网示意图如图4所示。TDM仪表为TDM业务的产生源和接收器，业务发出后经过分组网络在末端设备NE2出口恢复并回送给TDM仪表。

图4 加频偏验证法示意图

配置NE1的系统时钟跟随BITS发出的时钟，分组网络中其他各节点均通过Sync-E 的方式跟随前一节点来实现系统时钟同步。TDM 仪表时钟也跟随时钟源BITS发出的时钟，使用TDM仪表测试CES时钟。

根据ACR 和DCR 时钟恢复方式均可以透传业务时钟，而系统时钟恢复方式不能透传业务时钟的原理，可以采用以下方法验证NE2是否采用系统时钟方式恢复CES时钟。

a）网络拓扑及设备配置均保持不变，在TDM仪表上对仪表发出的CES时钟加频偏（例如+0.1 ppm）。这样，TDM仪表发出的业务时钟相对于网络设备系统时钟而言存在仪表所加频偏，而TDM仪表的参考时钟仍与网络设备系统时钟相同。

b）使用TDM 仪表对接收到的业务时钟进行测试。测试过程中，使用仪表对发出的CES 时钟加+0.1 ppm频偏。

（a）若采用系统时钟恢复方式，则等待末端设备的业务时钟锁定后，恢复出的业务时钟应与系统时钟频率相同，即与TDM 仪表的参考时钟频率相同，故TDM仪表的测试结果不应存在仪表所加频偏。

（b）若采用ACR或DCR恢复方式，则等待末端设备的业务时钟锁定后，由于业务时钟透传，恢复出的业务时钟相对于TDM仪表的参考时钟存在所加频偏，故TDM仪表的测试结果应存在仪表所加频偏。

3.2 去同步验证法

利用去同步验证法区分ACR和DCR方式。

去同步验证法的组网拓扑如图5所示。由于ACR方式基于末端节点收到的CES 分组报文的频率来恢复时钟，不需要中间的分组网络支持时钟同步，而DCR 方式基于业务时钟与参考时钟的差值来恢复时钟，必须要求分组网络支持时钟同步，所以根据此原理，在业务本身正常的前提下，为区分ACR 和DCR 方式，可以采用以下方法。

图5 去同步验证法示意图

a）制造NE1和NE2的系统时钟不同步。例如，取消分组网络内的时钟配置，并使NE1和NE2的系统时钟分别处于自由振荡状态。

b）使用TDM 仪表对接收到的业务时钟进行测试。

（a）若采用ACR 恢复方式，NE1 和NE2 的系统时钟不同步，在等待末端设备的业务时钟锁定后，测试结果应不受影响，业务时钟应正常。

（b）若采用DCR 恢复方式，由于NE1 和NE2 未采用同源时钟，在等待末端设备的业务时钟锁定后，测试结果应受较大影响，业务时钟存在异常。

3.3 加PD V 验证法

利用加PDV验证法区分ACR和DCR方式。

图6 加PDV验证法示意图

加PDV 验证法的组网拓扑如图6 所示。由于ACR 方式的原理是根据接收到的报文频率进行计算恢复时钟，而报文在经过分组网络时会受到流量波动的影响（例如引入时延、抖动等），所以ACR 方式受分组网络PDV 的影响较大。而DCR 方式的原理是根据入端设备的报文携带时间信息，并在末端设备上用携带的时间信息进行计算的，当分组网络引入流量波动时，并不会影响到报文携带的时间信息，所以DCR 不受分组网络PDV的影响。根据此原理，在业务本身正常的前提下，为区分ACR 和DCR 方式，可以采用以下方法。

a）使用数据网络分析仪在分组网络中添加ITUT G.8261 的PDV 模板（例如，在NE1 和NE2 之间采用数据网络分析仪添加ITU-T G.8261 PDV 模板Test⁃Case2，TestCase2模板如图7所示）。

图7 ITU-T G.8261 TestCase2模板

b）使用TDM 仪表对接收到的业务时钟进行测试。

（a）若采用ACR 恢复方式，由于受到分组网络PDV影响，业务时钟应受到模板加载的明显影响。

（b）若采用DCR 恢复方式，测试结果应不受模板加载的影响，业务时钟应正常。

4 结论

由以上讨论可以看出，在CES 时钟恢复方式的功能验证测试中，根据系统时钟恢复方式、ACR 方式和DCR 方式原理的不同特点，可以使用加频偏验证法、去同步验证法和加PDV 验证法对不同的时钟恢复方式进行验证区分，从而避免被测设备采取与规定要求不一样的时钟恢复方式，保证CES时钟恢复功能测试的严谨性和正确性，为更好地衡量被测设备的时钟恢复功能提供依据。

［1］ ITU-T G.8261/Y.1361 Timing and synchronization aspects in packet networks［S/OL］.［2015-04-01］. http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/show-itut-7639-1.htm.

［2］ MEF. Introduction to circuit emulation services over Ethernet［EB/OL］.［2015-04-01］.http：//www.metroethernetforum.org.

［3］ MEF. Circuit emulation service definitions，framework and require⁃ments in Metro Ethernet Networks［EB/OL］.［2015-04-01］.http：//www.metroethernetforum.org.

［4］ IETF RFC 4553 Structure-Agnostic Time Division Multiplexing（TDM）over Packet（SAToP）［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.zb⁃gb.org/201/StandardDetail2405654.htm.

［5］ IETF RFC 5086 Structure-Aware Time Division Multiplexed（TDM）Circuit Emulation Service over Packet Switched Network（CESoPSN）［S/OL］.［2015-04-01］.http://smakd.potaroo.net/ietf/rfc/rfc5086.txt.

［6］ ITU-T G.811 Timing characteristics of primary reference clocks［S/OL］. ［2015- 04- 01］. http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/show-itut-2988-1.htm.

［7］ ITU-T G.812 Timing requirements of slave clocks suitable for use as node clocks in synchronization networks［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.spsp.gov.cn/Page/IT/2004/ITU-T%20G.812-2004.shtm l.

［8］ ITU-T G.813 Timing characteristics of SDH equipment slave clocks（SEC）［S/OL］. ［2015- 04- 01］. http://www.spsp.gov.cn/Page/IT/2003/ITU-T%20G.813-2003.shtml.

［9］ ITU-T G.823 The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 2048 kbit/s hierarchy［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.docin.com/p-337028400.htm l.

［10］ ITU- T G.8010 Architecture of Ethernet layer networks［S/OL］.［2015- 04- 01］. http://www.spsp.gov.cn/Page/IT/2004/ITU- T%20G.8010-2004.shtml.

［11］ITU-T G.8110 MPLS layer network architecture［S/OL］.［2015-04-01］. http://wenku.baidu.com/view/5a76791aa8114431b90dd87e.ht⁃m l.

［12］ ITU-T G.8263 Timing characteristics of packet-based equipment clocks［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.spsp.gov.cn/Page/IT/2014/ITU-T%20G.8263Y.1363-2012Amd%202-2014.shtml.

［13］ IEEE 802.1Q IEEE Standard for local and metropolitan area net⁃works：Virtual bridged local area networks［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.doc88.com/p-38061135301.htm l.

［14］IEEE 802.3，Part 3：Carrier sense multiple access with collision de⁃tection（CSMA/CD）access method and physical layer specifications［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.doc88.com/p-735493724109.ht⁃m l.

［15］IETF RFC 3031 Multiprotocol Label Switching Architecture［S/OL］.［2015-04-01］.http://www.ietf.org/rfc/rfc3031.txt.