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

發(fā)布時間:2023-02-23 09:41:55  |  來源:通信世界全媒體  

(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

 

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