前言

往期的時間同步——802.1AS協議介紹一文向大家介紹了802.1AS協議的基本內容，基於時間同步協議就能實現主節點與各從節點的時間同步，但是如何評價時間同步的優劣呢？這就需要我們通過一些時間同步的引數進行分析。

本文將藉助TSN Systems公司的專業TSN網路分析及測量工具TSN Box以及TSN Tools，（其中TSN Box是網路的硬體介面，作為TAP（Test Access Point）時，能夠監測單條鏈路的報文；TSN Tools是對TSN網路通訊資料進行分析和視覺化的軟體工具。），從時間同步分析的角度，介紹常用的時間同步引數以及在TSN Tools軟體中對應的分析器工具。

時間同步機制

在介紹具體的時間同步引數之前，先來回顧一下802.1AS中保證時間同步的兩個機制：Sync 以及Pdelay機制。前者使得從節點接收到全域性主節點時鐘，後者使得每個節點能計算出相鄰鏈路的延遲，二者結合起來實現時間同步。

1. Sync

全域性主節點週期性地發Sync報文，並且在隨後的Follow Up報文中附帶上之前Sync報文傳送的精確時間戳；所有從節點記錄下接收到Sync報文的精確時間戳（基於本地時鐘），再結合之後的Follow-Up報文中包含的精確時間戳（基於全域性主節點時鐘），結合下面介紹的路徑延時，就能計算出本地時鐘相對於全域性主節點時鐘的偏移。

2. Pdelay

Pdelay機制分為發起端和接收端，任意一個節點都可以是發起端或接收端，也就是說，全域性主節點可以是接收端，從節點也可以是發起端。

Pdelay發起端傳送Pdelay_Req報文，發起端同時記錄下傳送的精確時間戳t1；而Pdelay接收端收到Pdelay_Req報文後，記錄下接收的精確時間戳t2；然後Pdelay接收端傳送Pdelay_Resp報文，其中包含t2這一資訊，同時記錄下傳送的精確時間戳t3；隨隨後Pdelay接收端再發送包含t3時間資訊的Pdelay_Resp_Follow_Up報文，這樣發起端獲得t1、t2、t3和t4四個時間戳資訊，就能計算出發起端至接收端的平均鏈路延時。

TSN Box與TSN Tools時間同步分析器

TSN Box是網路硬體介面，作為TAP裝置時串聯進單一鏈路中，監測雙向的通訊。需要說明的是配置為TAP的TSN Box向上位機的TSN Tools提供測量資料時，會引入大約1.5μs ±10 ns的延時，詳見羅德與施瓦茨公司和TSN Systems公司為車載乙太網提供納秒級精度測量一文。TAP的基本拓撲如下圖所示：

TSN Tools是網路分析、視覺化的軟體，可以將TSN Box捕捉到的報文經過篩選、分析，輸出直觀的圖表，比如將全域性主節點週期傳送的報文繪製在同一時間線裡：

而TSN Tools強大的分析功能來源於分析器模組，比如其內建的802.1AS分析器 ，下面就逐一介紹這些分析器的功能：

1. Sync-Follow_Up Delay

圖 Sync-Follow_Up

Sync-Follow_Up Delay表示，在一次Sync報文授時過程中，TSN Box接收到的Sync、Follow_Up報文的時間差，即t4-t2 ，此引數用來反映實際Sync-Follow_Up時間間隔的穩定性。

下圖是TSN Tools使用Sync-Follow_Up Delay分析器的效果：

可以看到Sync-Follow_Up Delay基本穩定在10ms，少量波動在-250μs~+750μs範圍。

2. Inter-Sync Arrival Delay

Inter-Sync Arrival Delay表示TSN Box接收到相鄰兩個Sync報文的時間間隔，即t6-t2 ，此引數反映Sync傳送週期的穩定性。

下圖是TSN Tools使用Inter-Sync Arrival Delay分析器的效果：

可以看到Inter-Sync Arrival Delay在131ms±333μs範圍波動，個別波動點在130ms左右。

3. Slave Clock Wander

Slave Clock Wander表示Slave時基相對於Master時基的偏移。

這需要TSN Box和Slave節點均與Master同步；Slave節點發送Reverse-Sync，並且記錄傳送時間戳t1’，在TSN Box接收到Reverse-Sync記錄接收時間戳t2’，由於Tap Delay足夠小，且TSN Box已經與Master節點同步，所以t2‘可以認為是Master時基的時間戳’；隨後Slave節點發出Reverse-Follow_Up，其中會包含t1’資訊，然後Slave節點再次傳送一對Reverse-Sync、Follow_Up，此時在TSN Box就有t1’、t2’、t5’、t6’四個時間戳，其中t1’、t5’是Slave時基下的時間戳，t2’、t6’是Master時基下的時間戳，兩種時基下的時間差與Master時基之比就表示Slave時基相對於Master時鐘的偏差，由於這個偏差通常比較小，所以在TSN Tools中以每秒偏差多少納秒的形式顯示：

可以看到Slave Clock Wander在±100ns範圍波動。

4. Sync Delay

Sync Delay表示TSN Box接收到Sync報文的時間戳與Follow Up報文中包含的Sync傳送時間戳之差，這裡假定Master與TSN Box之間的物理連線線束長度很小，此時引入的鏈路延時大約是納秒級，則Sync Delay能夠反映Master節點記錄傳送時間戳的能力。
可以看到Sync Delay大約在840±40ns範圍：

5.Propagation Delay

圖 Pdelay

Propagation Delay即Pdelay也就是單一鏈路延遲，僅考慮單向時為從發起端到接收端的時延，考慮雙向時為雙向時延的平均值。

可以看到Propagation Delay大約在2825ns±25ns範圍。

6. Peer Delay Round Trip

Peer Delay Round Trip表示計算從PdelayRequest發出到接收到PdelayResponseFollowUp的時間差，即t6-t1 ：

7. Forwarding Delay

Forwarding Delay指的是報文經過單個或多級交換裝置轉發產生的時延，需要從TSN Box的一端接收從Master發出的報文，另一端接收經過轉發的報文，TSN Box比對兩端相同報文的接收時間戳，從而計算出轉發的時間。

結語

本文通過介紹TSN Tools中各個802.1AS分析器的功能及使用方法，展示了TSN Box結合TSN Tools所提供的強大的時間同步分析能力。TSN Box結合TSN Tools是應對複雜的、具有時間敏感特性的車載乙太網的有效解決方案。

北匯信息作為TSN Systems公司在中國的獨家合作伙伴，藉助TSN Systems公司專業的TSN網路裝置及分析軟體，能夠為下一代E/E架構中時間敏感網路提供系統級測試解決方案，包括系統設計測試、系統性能測試以及系統魯棒性測試等。此外還提供TSN技術Workshop，其中對TSN協議族內各個子協議的解讀、行業現狀及趨勢分析、根據應用場景提出TSN網路架構解決方案等內容，將有效地幫助客戶迎接下一代E/E架構中時間敏感網路帶來的挑戰。

圖源自TSN Box手冊及TSN Tools軟體。

本文來自部落格園，作者：{北匯信息}，轉載請註明原文連結：{https://www.cnblogs.com/polelink/}