于天澤，于佳亮

（1 通號通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100036，2 中國科學(xué)院國家授時中心，西安 710600）

關(guān)于同步網(wǎng)性能在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范性及有效性的研究

于天澤1，于佳亮2

（1 通號通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100036，2 中國科學(xué)院國家授時中心，西安 710600）

針對目前通信業(yè)內(nèi)主流數(shù)字同步設(shè)備（SYNLOCK-V3）的實(shí)際運(yùn)用情況，根據(jù)大量性能測試及調(diào)查研究結(jié)果，分析了其頻偏檢測機(jī)制、FREQ告警門限值、MTIE、TDEV模板設(shè)定、頻率牽引范圍等多個技術(shù)設(shè)計問題，或與業(yè)內(nèi)通行標(biāo)準(zhǔn)值具有較大的差距。指出該類問題有關(guān)的不利影響，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)建議。

時鐘同步；BITS；頻偏

時鐘同步網(wǎng)是現(xiàn)代通信三大支撐系統(tǒng)之一，目前通信業(yè)內(nèi)（包括鐵路、電力等專用通信）普遍采用華為公司的SYNLOCK-V3等設(shè)備構(gòu)成同步網(wǎng)的通信樓時鐘綜合分配系統(tǒng)（以下簡稱為BITS）。作為通信支撐網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)備，BITS的設(shè)備質(zhì)量和技術(shù)性能對于整個通信網(wǎng)的運(yùn)用質(zhì)量起到極為重要的作用。該設(shè)備通過多年不斷改進(jìn)升級，已經(jīng)奠定了在通信業(yè)的地位。特別是采用了多重冗余等技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)用中穩(wěn)定度較高，得到用戶的認(rèn)可。但是，由于同步技術(shù)要求高，指標(biāo)測試難度大及高精度測試手段匱乏等客觀原因，致使現(xiàn)階段同步網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)和管理相對薄弱，BITS本身也存在一定不足，尤其是使用單位對于設(shè)備性能缺少深入了解，或者在運(yùn)用方面有不正確、不適當(dāng)之處。有的單位對于長期存在的問題不能及時發(fā)現(xiàn)和解決，甚至使維護(hù)人員普遍產(chǎn)生錯覺：BITS很穩(wěn)定、無問題。這種現(xiàn)狀需要引起主管部門的必要重視，需要加強(qiáng)維護(hù)管理，改進(jìn)同步網(wǎng)技術(shù)性能，提高運(yùn)用質(zhì)量；更需要廠家盡快改進(jìn)完善BITS設(shè)備。為了更好地推進(jìn)此項(xiàng)工作，列舉部分BITS設(shè)備設(shè)計或配置方面的問題，供有關(guān)方面參考。

SYNLOCK-V3設(shè)備具有較強(qiáng)的同步性能檢測功能，可以對于設(shè)備自身和網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定點(diǎn)的頻率、時間信號性能進(jìn)行自動監(jiān)測，并以此監(jiān)測結(jié)果作為時鐘信號選源及參與控制、電路板主備用選擇的依據(jù)，在超過設(shè)定門限時能發(fā)出告警信號。由此可見，性能監(jiān)測是BITS最重要的網(wǎng)管基本功能之一。但是，對于關(guān)鍵的頻率準(zhǔn)確度指標(biāo)，以及最大時間間隔誤差MTIE、時間偏差TDEV等，BITS廠家的設(shè)置規(guī)范書要求和設(shè)備出廠參數(shù)配置與我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)（ITU-T）尚有較大差距，難以滿足通信同步網(wǎng)的系統(tǒng)性能要求。

1　BITS頻率偏差告警門限

1.1原設(shè)計的頻率準(zhǔn)確度門限值偏低

ITU-T/G.811規(guī)范將PRC、LPR的輸出頻率準(zhǔn)確度界定為土1×10-11，我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《一級基準(zhǔn)時鐘設(shè)備技術(shù)要求及測試方法》（YD/T1479-2006）6.1節(jié)規(guī)定：在各種應(yīng)用運(yùn)行條件下，對于大于7天的連續(xù)觀察時間，一級時鐘頻率準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±3×10-12。通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)字同步網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范》（YD/T5089-2005）和《數(shù)字同步網(wǎng)工程驗(yàn)收規(guī)范》均規(guī)定：一級時鐘頻率準(zhǔn)確度小于等于±1×10-11（一天平均）。

即使是二級時鐘和三級時鐘，由于正常工作時是跟蹤鎖定在上游定時信號（LPR或PRC），頻偏值也應(yīng)滿足或接近上述要求。

而BITS-V3將線路輸入時鐘信號頻率準(zhǔn)確度的告警門限值定義為2×10E-8，實(shí)際可以理解為2×10-7（理由在下一節(jié)分析）；BITS-V3將銣鐘板（與衛(wèi)星接收合用）的時鐘信號頻率準(zhǔn)確度的門限值定義為5×10E-8（廠家認(rèn)為是5×10-8）。該設(shè)定頻偏門限值，線路時鐘頻偏（CSCLK多數(shù)表決門限）為2E-8。廠家的設(shè)置技術(shù)規(guī)范明確：“如果該設(shè)備配置SRCU，可選20 000（×1E-12），即2E-8。如果該設(shè)備只配置SOCU，可選6 000 000（×1E-12），即6E-6”。

顯然，這些設(shè)置與業(yè)內(nèi)通行標(biāo)準(zhǔn)值具有較大的差距。設(shè)備如此設(shè)計和運(yùn)用，必然會導(dǎo)致：當(dāng)同步性能劣化時，不能及時有效告警，并將嚴(yán)重影響整個同步網(wǎng)絡(luò)的同步性能，可能導(dǎo)致BITS的主要線路板和時鐘板跟蹤鎖定性能超標(biāo)的時鐘信號源，可能導(dǎo)致其定時輸出頻率精度指標(biāo)劣化。

1.2FREQ測試曲線模板的門限值

BITS-V3的頻率準(zhǔn)確度是通過相對頻率偏差檢測模板來表示測試結(jié)果。其FREQ測試模板設(shè)定為10 s觀察窗口處的FREQ門限值55 000，表示10 s內(nèi)的頻率準(zhǔn)確度門限值為5.5×10E-8、100 s處門限值為1×10E-8、86 400 s處的門限值為45×10E-12，表示1天內(nèi)的頻率準(zhǔn)確度門限值為4.5×10E-11，如圖1所示。 廠家如此設(shè)計可能是鑒于時鐘單元剛開始跟蹤頻率源的時候，頻偏會比較大，故剛開始會設(shè)置1個較大的值；隨著跟蹤時間的延長，頻偏會越來越小，門限值也相應(yīng)減小。該設(shè)計有其合理性的一面，但是按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一級時鐘的頻率準(zhǔn)確度在各種應(yīng)用運(yùn)行條件下，不得低于3×10-12。 據(jù)此，該值設(shè)計得有些過于寬泛，不利于保證同步設(shè)備的性能。

圖1　BITS-V3-FREQ性能曲線截圖

1.3改進(jìn)建議

受既有設(shè)備頻偏檢測機(jī)制的限制，對于在網(wǎng)運(yùn)用的BITS，補(bǔ)救措施是修改FREQ門限值最低為5E-10：數(shù)據(jù)配置-》雙擊SRCU，選擇自定義即可修改，如圖2所示。參考外部輸入信號質(zhì)量來確定，一般10 s門限值不超過10E-10，現(xiàn)設(shè)備可以設(shè)置的最小值為5E-10。

圖2　在V3網(wǎng)管上獲得的FREQ監(jiān)測設(shè)定值截圖

建議廠家改進(jìn)設(shè)計，達(dá)到有關(guān)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3　GPS頻偏設(shè)置門限為2 130 706 432 ns

2　衛(wèi)星接收信號測試門限過于寬泛

BITS-V3衛(wèi)星源的模板檢測門限值很大，達(dá)10位數(shù)（2 130 706 432 ns），如圖3所示。即在1 s的觀察窗口處容忍2.13 s的時間間隔偏差，實(shí)際上等于衛(wèi)星源沒有FREQ性能檢測模板。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)用情況分析，衛(wèi)星接收板受衛(wèi)星信號接收條件的限制，如可見星數(shù)、信噪比、接收掩角、天饋系統(tǒng)以及自身板件的影響，工作相對不夠穩(wěn)定。因此，更有必要強(qiáng)化其監(jiān)測功能，然而目前的實(shí)際情況是不僅監(jiān)測手段相對薄弱，而且可以設(shè)置的功能也不足。

改進(jìn)建議：研究建立適應(yīng)的測試模板。

3　頻偏檢測機(jī)制

3.1時鐘頻偏檢測機(jī)制

時鐘頻偏檢測是被測時鐘頻率與本機(jī)參考時鐘參考源頻率相對比較的過程，兩者任何一方面劣化都會導(dǎo)致輸出頻偏值。由于BITS-V3采用自身的某一參考源作為性能測試基準(zhǔn)，其獲得的檢測結(jié)果只能具有參考作用。

目前BITS可選參考源有3類：系統(tǒng)輸入信號、時鐘本振信號（CSCLKOSC1、CSCLKOSC2）和時鐘輸出信號（CSCLKOUT）。廠家設(shè)置技術(shù)規(guī)范建議：“一般選CSCLKOUT”。即默認(rèn)BITS的時鐘輸出信號為監(jiān)測基準(zhǔn)，并以此與被測信號作相對比較檢測。

依據(jù)目前BITS的性能監(jiān)測機(jī)制，實(shí)際是采用了一個不可充分信任的頻率參考源作為監(jiān)測基準(zhǔn)，檢測可信度難以保證，再結(jié)合前面提到的問題，可以認(rèn)為BITS雖然能檢測到被測信號與參考信號兩者頻偏量化的結(jié)果，但不能明確判斷出是被測定時劣化，還是參考時鐘的劣化。例如當(dāng)檢測到某線路時鐘頻偏超限時，既有可能是正確反映了實(shí)際狀況，也有可能是其內(nèi)部參考源性能不良，這種檢測結(jié)果之不確定性和不準(zhǔn)確性是必然的。又如當(dāng)V3檢測FREQ曲線是一條直線（無頻偏）時（如圖4所示），實(shí)際用高精度儀表檢測卻可能嚴(yán)重超標(biāo)。對于這一點(diǎn)維護(hù)人員務(wù)必要清楚，避免受此誤導(dǎo)，過分樂觀地評價同步性能質(zhì)量。

圖4　FREQ監(jiān)測為無頻偏，用儀表監(jiān)測有較大頻偏

改進(jìn)建議：維護(hù)單位有條件的地方，應(yīng)增設(shè)可信任的頻率檢測基準(zhǔn)源。在不具備該條件時，BITS的檢測結(jié)果只具有輔助參考作用。

3.2頻率準(zhǔn)確度指標(biāo)的數(shù)值單位

BITS 設(shè)備（V3）網(wǎng)管性能設(shè)置和測試界面上（結(jié)合圖1～圖4），將頻率準(zhǔn)確度指標(biāo)的數(shù)值單位表示為10E-12，即在門限值和測試值的單位欄均如此標(biāo)示，并在其有關(guān)操作手冊上明確該表示為10-12；而按照冪函數(shù)表示慣例，依據(jù)科學(xué)計數(shù)的表示方式，通常認(rèn)為該標(biāo)示應(yīng)該是10-11，兩者相差10倍，容易誤解。

改進(jìn)建議：使用單位務(wù)必了解該點(diǎn)影響，廠家應(yīng)規(guī)范相關(guān)頻率準(zhǔn)確度的表示方式。

4　MTIE、TDEV模板參數(shù)設(shè)計及設(shè)置

現(xiàn)有BITS-V3 的MTIE、TDEV模板是按照ITU-G.812 規(guī)范設(shè)計的，既不適用于一級時鐘節(jié)點(diǎn)，也不完全適用于二級和三級時鐘節(jié)點(diǎn)，如此設(shè)計會對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

4.1不適用于一級時鐘節(jié)點(diǎn)

由于BITS設(shè)計為可以用于同步網(wǎng)的各級節(jié)點(diǎn)處，如果在PRC和LPR處使用，MTIE、TDEV應(yīng)采用G.811規(guī)范，但是目前的BITS由于不具備相應(yīng)的測試模板，實(shí)際運(yùn)用中采用G.812模板顯然不正確（降低了檢測標(biāo)準(zhǔn)），如圖5所示。

4.2也不完全適用于二級和三級時鐘節(jié)點(diǎn)

由于在網(wǎng)實(shí)際正常運(yùn)用的BITS，無論是二級時鐘還是三級時鐘，均應(yīng)跟蹤鎖定其上游的一級時鐘。如果采用G.812性能檢測模板，實(shí)際上也是降低了性能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此時，正確的測試規(guī)范應(yīng)選擇是G.823相應(yīng)模板（SSU）等。

在各級時鐘以及不同時鐘工作狀態(tài)下，ITU-T和我國通信行業(yè)有不同的規(guī)范，現(xiàn)在BITS在性能檢測設(shè)計方面存在較大的欠缺，用戶在使用中幾乎不能做相應(yīng)的選擇。

由此導(dǎo)致的問題是：雖然BITS性能檢測不超限，不告警，但是BITS或其輸入、輸出信號實(shí)際性能已經(jīng)超標(biāo)，運(yùn)用質(zhì)量不能保證達(dá)到要求。

4.3廠家采用的漂動容限不同于標(biāo)準(zhǔn)中的網(wǎng)絡(luò)容許的漂動產(chǎn)生限值

ITU-T和我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均對于MTIE、TDEV有明確的規(guī)范模板，與V3采用的模板有較大差距。將BITS 的MTIE設(shè)計參數(shù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比，如表1所示，即可明顯看出其差別。

4.4改進(jìn)建議

（1） 增加設(shè)置G.811MTIE和TDEV測試模板。

（2） 采用適合要求的G.812MTIE和TDEV測試模板。

（3） 增加G.823相關(guān)測試模板。

5　時鐘選源機(jī)制及多數(shù)表決

5.1時鐘選源機(jī)制及多數(shù)表決

V3設(shè)計了多種時鐘選源條件及判定原則，包括多數(shù)表決、智能、人工、SSM、優(yōu)先級、性能監(jiān)測值等。其中在設(shè)置規(guī)范書中明確：“多數(shù)表決”為必選項(xiàng)。如此設(shè)計的合理性值得商榷。例如在現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)用中，多數(shù)二級和三級時鐘應(yīng)用場合一般只有兩路時鐘源，顯然不適合“多數(shù)表決”。建議：多數(shù)表決可用于3路信號源以上情況，不是必選項(xiàng)；一般建議用智能方式，該模式下，會根據(jù)優(yōu)先級選源；設(shè)置智能選源后，只需考慮SSM是否參與選源和人工優(yōu)先級。

5.2參與選源控制的條件設(shè)置

廠家設(shè)置規(guī)范書明確：性能監(jiān)測結(jié)果（FREQ、MTIE、TDEV等）不參與控制；筆者認(rèn)為如此處理不夠合理。建議修改如下。

對于銣鐘板，性能結(jié)果可參與選源控制。

對于晶體鐘板，因本身精度有限，不建議性能監(jiān)測結(jié)果參與選源。

如果設(shè)置了可信任的測試參考源，性能檢測結(jié)果均應(yīng)參與選源控制。

圖5　BITS的MTIE模板

一般推薦參考源的優(yōu)先次序是GPS接收機(jī)，GPS/ GLONASS接收機(jī)，傳輸信號。一般主用參考源優(yōu)先級最高。

6　時鐘牽引范圍

BITS時鐘牽引入/牽引出范圍是表明跟蹤外參考時鐘的重要指標(biāo)，在該設(shè)備技術(shù)規(guī)范明確（網(wǎng)管上也可以看到）：ST1（對應(yīng)二級時鐘1.6×10E-8），ST2對應(yīng)三級時鐘4.6×10E-6，該項(xiàng)指標(biāo)是出廠時默認(rèn)的，維護(hù)中不能人工設(shè)置。

廠家目前的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計是根據(jù)時鐘板采用的振蕩源類型設(shè)定相應(yīng)的牽引范圍。例如對于銣鐘板，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級時鐘規(guī)范，即將頻率牽引范圍設(shè)定為1.6×10E-8；同理，如果采用高穩(wěn)晶振，則該時鐘板的頻率牽引范圍設(shè)定為4.6×10E-6。因此，當(dāng)BITS是用于一級時鐘的位置，牽引入/牽引出范圍最多也只能采用二級時鐘的規(guī)范指標(biāo)，相當(dāng)于降低了技術(shù)要求。

類似設(shè)備的先天功能，會導(dǎo)致在外部主用時鐘源信號性能劣化超標(biāo)時，時鐘板可能仍然跟蹤鎖定在該信號上。盡管BITS具有性能自動檢測的能力， 但是由于實(shí)際檢測有效性等原因，以及廠家相關(guān)設(shè)置規(guī)范要求（性能檢測結(jié)果不參與選源控制），該設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用質(zhì)量在類似情況是難以保證規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)的。改進(jìn)建議：改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計。

7　系統(tǒng)時間與當(dāng)前時間

7.1系統(tǒng)時間和當(dāng)前時間

BITS目前在網(wǎng)管上可以查詢到兩個時間參數(shù)：系統(tǒng)時間和當(dāng)前時間。由于這兩個時間不能自動同步，經(jīng)常導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤。例如在多處檢查測試中發(fā)現(xiàn)兩者相差數(shù)年的問題，并沒有得到維護(hù)人員的注意，該問題的直接影響是BITS告警和性能事件的記錄時間與實(shí)際時間嚴(yán)重偏離，不利于真實(shí)分析網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用情況，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的誤判和錯覺。例如在網(wǎng)管上查詢某BITS 近一年的歷史告警，查詢結(jié)果顯示是無；而實(shí)際該段時間內(nèi)有數(shù)千個告警事件，不能正確查詢的原因是：系統(tǒng)時間與當(dāng)前時間相差5年多。

表1　BITS 的MTIE設(shè)計參數(shù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比

7.2時間偏差的范圍

按照目前BITS的設(shè)計，時間偏差最大1 000 s，最小10 ms。表示時間源和本地服務(wù)器之間的時間偏差，如果在設(shè)置范圍內(nèi)，才會跟蹤時間源并調(diào)整。換言之，超出此范圍時，BITS的本地時間不能自動同步于時間源。這一點(diǎn)務(wù)必引起維護(hù)人員的重視。例如2014年1月20日某BITS系統(tǒng)時間與實(shí)際時間相差2年3個月。

建議：修改BITS時間同步設(shè)計方案，自動實(shí)現(xiàn)有關(guān)授時。

8　結(jié)論

本文針對目前通信業(yè)內(nèi)主流數(shù)字同步設(shè)備（SYNLOCKV3）的實(shí)際運(yùn)用情況，根據(jù)大量性能測試及調(diào)查研究結(jié)果，分析了其頻偏檢測機(jī)制、FREQ告警門限值、MTIE、TDEV模板設(shè)定、頻率牽引范圍等多個技術(shù)設(shè)計問題，或與業(yè)內(nèi)通行標(biāo)準(zhǔn)值具有較大的差距。指出該類問題有關(guān)的不利影響：必然會導(dǎo)致當(dāng)同步性能劣化時，不能及時有效告警，嚴(yán)重影響整個同步網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的同步性能質(zhì)量，并使維護(hù)人員誤認(rèn)為性能達(dá)標(biāo)而不能及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)建議。

［1］ITU-T G.811. 基準(zhǔn)時鐘的定時特性［S］. 1996.

［2］ITU-T G.812.適用于同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時鐘的從時鐘定時要求［S］. 1996.

［3］YD/T1479.一級基準(zhǔn)時鐘設(shè)備技術(shù)要求及測試方法［S］. 2006.

［4］YD/T5089.數(shù)字同步網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范［S］. 2005.

Research on the standardization and validity of on-line monitoring technology of synchronous network

YU Tian-ze1， YU Jia-liang2
（1 CRSC Communication & Information Corporation， Beijing 100036， China； 2 National Time Service Centre， Chinese Academy of Sciences， Xi'an 710600， China）

The actual use for the current situation of the industry mainstream digital synchronous communication device （SYNLOCK-V3）， according to the a large number of performance tests and the results of investigation， analyzed the frequency offset detection mechanism， FREQ alarm threshold， MTIE， TDEV template set， frequency pulling range and other technical design issues， or with prevailing industry standard values have a larger gap. He pointed out that the adverse effects related to this kind of problem and recommendations for improvements.

clock synchronization； BITS； offset

TN915

A

1008-5599（2016）10-0048-06

2016-07-11