CN114006853B - 一种tte网络交换机时钟同步测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，交换机测试时，设置被测交换机的角色为CM，设置完成后，启动测试；测试设备会进入对应的状态机，然后进行冷启动前的监听，监听超时则发起冷启动，被测交换机收到冷启动帧后会进行响应，测试设备会对被测交换机响应的同步帧进行检测，检测内容包括帧类型和发送时间；测试设备会作为TTE端节点和被测交换机进行同步，在同步过程中检测被测交换机的同步过程是否符合AS6802标准要求。同时会显示自身的同步状态跳转，进一步验证被测交换机的功能是否正确；同时也表示了与该被测交换机相连的标准TTE节点的同步状态跳转情况。

Description

一种TTE网络交换机时钟同步测试方法

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，涉及TTE，具体涉及一种TTE网络交换机时钟同步测试方法。

背景技术

近年来，随着科技的发展，普通以太网不再能满足网络传输的需求。普通以太网传输数据时是尽力传，有丢包和延时大的问题。随着对网络要求的增高，人们迫切需要一种高可靠的实时网络传输。在激烈的角逐中TTE(Time-Triggered Ethernet)时间敏感网络脱颖而出。其具有确定性、实时性、高可靠性等优点，同时完全兼容传统以太网。

TTE网络凭借自己的优势，在航空、航天、军工等对可靠性需要严苛的领域备受关注和青睐。目前TTE技术已率先应用于航天运载平台、卫星控制和深空探测器等领域。

TTE网络最关键的特性就是时间同步。AS6802中描述TTE同步，TTE同步网络拓扑如图1所示。

如图1所示，CM(Compression Master)，主要负责同步帧的集中压缩处理。 SM(Synchronization Master)同步主机，可主动发起冷启动。SC(Synchronization Client)，同步客户端，被动同步。

该系统同步时，由SM主动发起冷启动帧CS(coldstart)，CM收到CS后将 CS转发给所连接的每一个SM。SM收到CS后，发送CA(coldstart acknowledga) 帧，CM收到CA后对其进行保序、集中，然后转发给所连接的每一个SM。SM 收到CA后，发送IN(integration)帧，CM收到IN帧后对收到的IN帧进行保序集中，检测IN帧的membership是否满足同步要求，若不满足则等待再次同步，若满足则进行时钟修正，并在CM的派遣点发出IN帧，SM、SC收到IN 帧后进行保序处理，然后计算修正值，自此完成冷启动过程，系统进入同步状态。系统进入同步后每周期开始SM发出IN帧，CM依照冷启动处理IN帧的方式进行处理。SM和CM都有自身的同步状态机，状态机详细见AS6802标准。 TTE系统同步过程示意图如图2所示。

目前TTE同步测试都是进行组网测试，在系统中对交换机的同步功能进行测试，根据现象去判断同步功能。如果设计本身组包的PCF帧格式和解析方式存在问题的话，组网测试是无法发现该问题的。

同时组网测试只能看到同步的结果，交换机最终进入到了同步状态，但交换机的同步过程是否符合标准是无法判断的，这里包括发数据帧时间间隔等重要因素。因为无法看到同步的过程，所以同步过程是否正确只能设计者自己去评判。而且TTE系统同步一旦出现问题，无法快速定位是CM还是SM的问题，必须从整个系统去进行调查排除问题，费时费力，且排查难度很大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供了一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，解决现有技术中TTE系统同步过程的判断和同步精度的测试的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，包括以下步骤：

步骤一，设置被测交换机的角色为CM，设置完成后，启动测试；

步骤二，测试设备会进入对应的状态机，然后进行冷启动前的监听，监听是否有已同步的设备，如果监听超时，则发起冷启动发送请求；测试设备的发送模块会根据状态机发送的冷启动请求组CS帧，并发送；被测交换机收到CS 帧后，会进行转发，转发给所有与被测交换机相连的设备；

步骤三，当测试设备收到被测交换机响应的CS帧后，会对帧进行解析并检测，检测包括数据帧是否正确以及类型是否为CS帧，并进行数据的统计；

测试设备的接收模块对数据检测通过后会将数据送入测试设备的保序模块；保序模块会先对数据的integration cycle、sync priority和sync domain字段检测是否正确，若正确则进行保序计算，否则丢弃数据；

计算完成后会对数据的接收点进行判断，查看是否在预接收窗口内，测试设备会对数据是否在预接收窗口内进行统计，进而判断被测交换机发送的数据的时间是否正确，若数据在预接收窗口则对数据进行保序延时；

步骤四，保序模块保序完成后，将收到的CS帧的信息送入测试设备的同步状态机，测试设备的同步状态机会根据状态机的条件进行跳转，此时会对被测交换机的CS帧做出响应，即发起CA帧的发送请求，测试设备的发送模块根据该请求发送CA帧，被测交换机收到CA帧后，会对收到的CA帧进行保序、集中和转发；

步骤五，当测试设备收到被测交换机响应的CA帧后，会进行和收到CS帧一样的操作；该数据被送入同步状态机后，同步状态机会进入 SM_TENTATIVE_SYNC状态，并发送IN帧，被测交换机收到IN帧后对IN帧进行保序和集中，若满足同步要求则将IN帧进行转发；

步骤六，当测试设备收到被测交换机响应的IN帧后，会对IN帧进行解析检测，保序模块会对落在预接收窗口内的IN帧进行同步集群检测，计算时钟修正值，自此状态机进入SM_SYNC状态。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的接收模块用于检测数据帧是否符合标准PCF帧格式，具体的检测步骤如下：

步骤S11，解析出数据的目的地址，与本机对应的PCF的目的地址进行比较，一致的数据帧，表示需要本机接收的数据帧；

步骤S12，检测以太网帧类型字段是否为0x891D，如果是，则表示该数据为PCF帧，否则不是PCF帧，丢弃数据；

步骤S13，对PCF帧的帧内容进行解析；

步骤S14，对接收PCF帧的长度和CRC进行校验，完成PCF的解析和接收。

具体的，所述的保序模块用于在数据帧格式检测完成后，会将数据给到后级进行保序，具体的实现步骤如下：

步骤S21，检测integration cycle、sync priority和sync domain字段是否正确；

步骤S22，计算保序点，计算完成后，如果系统同步，执行步骤S24，若不同步，执行步骤S23；

步骤S23，进行保序延迟；

步骤S24，计算修正值，进行同步集群检测。

具体的，所述的同步状态机是在AS6802标准中描述的SM状态机的基础上，添加状态机的监控功能，向外提供同步状态机跳转路径，同时统计同步状态机的丢失同步次数和同步次数。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的方法为TTE交换机的同步功能、标准的符合性提供了测试验证方法，让TTE交换机同步有了评判依据。本发明支持对TTE交换机的同步功能的独立测试；可以对被测设备的同步过程作出判断，判断其是否符合标准要求。

(Ⅱ)本发明的方法可以根据被测设备自动调整并模拟相应的同步激励，解决TTE交换机的同步测试问题。

(Ⅲ)本发明的方法可以测试TTE交换机冷启动同步响应过程是否符合标准要求。本发明的方法可以测试TTE交换机收到CS帧后发送CS帧的时间间隔是否符合标准要求。本发明的方法可以测试TTE交换机收到CA帧后发送CA 帧的时间间隔是否符合标准要求。

(Ⅳ)本发明的方法可以测试TTE交换机收到IN帧后发送IN帧的时间间隔是否符合标准要求，和对发送或不发送IN帧的判断依据是否正确。本发明的方法可以测试TTE交换机同步丢失功能是否符合标准要求。本发明的方法可以显示同步跳转过程，佐证交换机的同步是否符合标准。

附图说明

图1为TTE同步网络拓扑。

图2为TTE同步过程示意图。

图3为测试设备同步状态机工作过程。

图4为测试拓扑图。

图5为正常同步测试中的同步状态机跳转路径截图。

图6为异常同步测试中的同步状态机跳转路径截图。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的设备，例如测试设备采用本领域已知的测试设备。

需要说明的是，本发明中：

TTE，即Time-Triggered Ethernet，指的是时间触发以太网。

PCF，即Protocol Control Framework，指的是协议控制帧。

CM，即Compression Master，指的是压缩主机。

SM，即Synchronization Master，指的是同步主机。

SC，即Synchronization Client，指的是同步客户端。

CS，即coldstart，指的是冷启动帧。

CA，即coldstart acknowledga，指的是冷启动确认帧。

IN，即integration，指的是集中或整合帧。

Membership，指的是成员身份向量。

CRC，即Cyclic Redundancy Check，指的是循环冗余校验码。

integration cycle，指的是同步整合周期。

sync priority，指的是同步优先级。

sync domain，指的是同步域。

SM_TENTATIVE_SYNC状态，指的是趋于同步状态。

SM_SYNC状态，指的是稳定同步状态。

交换机测试时，设置被测交换机的角色为CM，设置完成后，启动测试；

测试设备会进入对应的状态机，然后进行冷启动前的监听，监听超时则发起冷启动，被测交换机收到冷启动帧后会进行响应，测试设备会对被测交换机响应的同步帧进行检测，检测内容包括帧类型和发送时间；

测试设备会作为TTE端节点和被测交换机进行同步，在同步过程中检测被测交换机的同步过程是否符合AS6802标准要求(下文简称：标准)。同时会显示自身的同步状态跳转，进一步验证被测交换机的功能是否正确；同时也表示了与该被测交换机相连的标准TTE节点的同步状态跳转情况。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本实施例给出一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，包括以下步骤：

步骤一，设置被测交换机的角色为CM，设置完成后，启动测试；

步骤二，测试设备会进入对应的状态机，然后进行冷启动前的监听，监听是否有已同步的设备，如果监听超时，则发起冷启动发送请求。测试设备的发送模块会根据状态机发送的冷启动请求组CS帧，并发送；被测交换机收到CS帧后，会进行转发，转发给所有与被测交换机相连的设备；

步骤三，当测试设备收到被测交换机响应的CS帧后，会对帧进行解析并检测，检测包括数据帧是否正确以及类型是否为CS帧，并进行数据的统计；

测试设备的接收模块对数据检测通过后会将数据送入测试设备的保序模块；保序模块会先对数据的integration cycle、sync priority和sync domain字段检测是否正确，若正确则进行保序计算，否则丢弃数据；

计算完成后会对数据的接收点进行判断，查看是否在预接收窗口内，测试设备会对数据是否在预接收窗口内进行统计，进而判断被测交换机发送的数据的时间是否正确，若数据在预接收窗口则对数据进行保序延时；

步骤四，保序模块保序完成后，将收到的CS帧的信息送入测试设备的同步状态机，测试设备的同步状态机会根据状态机的条件进行跳转，此时会对被测交换机的CS帧做出响应，即发起CA帧的发送请求，测试设备的发送模块根据该请求发送CA帧，被测交换机收到CA帧后，会对收到的CA帧进行保序、集中和转发；

步骤五，当测试设备收到被测交换机相应的CA帧后，会进行和收到CS帧一样的操作。该数据被送入同步状态机后，同步状态机会进入 SM_TENTATIVE_SYNC状态，并发送IN帧，被测交换机收到IN帧后对IN帧进行保序和集中，若满足同步要求则将IN帧进行转发；

步骤六，当测试设备收到被测交换机相应的IN帧后，会对IN帧进行解析检测，保序模块会对落在预接收窗口内的IN帧进行同步集群检测，计算时钟修正值，自此状态机进入SM_SYNC状态。

在整个TTE网络交换机时钟同步测试方法中，状态机会对状态跳转路径做出存储，进而能够对被测交换机的稳定性以及同步过程都可以作出有效的判断。

所述的测试设备的接收模块用于检测数据帧是否符合标准PCF帧格式，具体的检测步骤如下：

步骤S11，解析出数据的目的地址，与本机对应的PCF的目的地址进行比较，一致的数据帧，表示需要本机接收的数据帧；

步骤S12，检测以太网帧类型字段是否为0x891D，如果是，则表示该数据为 PCF帧，否则不是PCF帧，丢弃数据；

步骤S13，对PCF帧的帧内容进行解析；

步骤S14，对接收PCF帧的长度和CRC进行校验，完成PCF的解析和接收。

所述的测试设备的保序模块用于在数据帧格式检测完成后，会将数据给到后级进行保序，具体的实现步骤如下：

步骤21，检测integration cycle、sync priority和sync domain字段是否正确；

步骤S22，计算保序点，计算完成后，如果系统同步，执行步骤S24，若不同步，执行步骤S23；

步骤S23，进行保序延迟；

步骤S24，计算修正值，进行同步集群检测。

在上述具体的实现步骤中，会将数据再次进行一次统计，保序模块需要统计同步和异步下收到的CS、CA、IN帧的数量，以及落在预接收窗口内和窗口外的PCF帧的数量，这样会利于同步分析。

所述的测试设备的同步状态机是在AS6802标准中描述的SM状态机的基础上，添加状态机的监控功能，向外提供同步状态机跳转路径，同时统计同步状态机的丢失同步次数和同步次数。同步状态机的状态跳转如图3所示。这些统计信息对后面同步的分析起到的作用至关重要。对交换机的稳定性判断，以及同步过程都可以作为判断依据。

应案例：

基于实施例中的一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，使用测试设备测试交换机的同步，其连接拓扑如图4所示。

测试设备可以根据自身资源情况模拟多个节点。

第一，正常同步测试：

如图4连接方式，使用测试设备对TTE交换机进行同步测试，配置同一套同步参数且均配置为标准完整性，启动测试。

测试完成后，读取测试结果，测试结果如下表1所示。

表1正常同步测试的测试结果

由表1可以看出，该同步是由SM1主动发起，交换机给回复了一个CS，之后SM1、SM2、SM3均响应交换机的冷启动发出冷启动确认帧，交换机对收到 CA帧进行集中后发出CA，各节点收到交换机的CA帧后发出IN帧，系统进入同步状态。

经过以上数据的分析，可以发现，交换机的冷启动是正常的，同时各节点没有错误的PCF帧统计，说明交换机发出的数据帧格式符合PCF帧标准格式。其对应的SM1状态跳转如图5所示，箭头上方数字表示跳转条件。

经分析，SM1状态跳转符合标准。SM2、SM3状态该跳转与SM1一致。

综上，被测交换机同步功能正常。

第二，异常同步测试：

如图4连接方式，使用测试设备对TTE交换机进行同步测试，配置同一套同步参数，启动测试。

测试完成后，查看同步状态跳转如图6所示。图6显示的同步状态跳转与图 5一致，所以从状态跳转以及现象来看，被测交换机的同步过程是无误的。

读取测试结果，测试结果如表2所示。

表2异常同步测试的测试结果

由表2可以看出，该同步是由SM1主动发起，交换机给回复了一个CS，之后SM1、SM2、SM3均响应交换机的冷启动发出冷启动确认帧，交换机对收到 CA帧没有进行集中，而是直接转发，所以会出现每个节点都收到了3个CA帧。各节点收到交换机的CA帧后发出IN帧，系统进入同步状态。

经过以上数据的分析，可以发现，交换机的冷启动是存在异常的，交换机对收到的CA帧没有进行集中，而是直接转发的。

综上所述，被测交换机同步功能存在异常，虽然表现是正常的，但是同步对统计数据的分析可以发现，该被测交换机在同步的冷启动过程中没有对所收到的CA帧进行集中。

Claims (4)

1.一种TTE网络交换机时钟同步测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设置被测交换机的角色为CM，设置完成后，启动测试；

步骤二，测试设备会进入对应的状态机，然后进行冷启动前的监听，监听是否有已同步的设备，如果监听超时，则发起冷启动发送请求；测试设备的发送模块会根据状态机发送的冷启动请求组CS帧，并发送；被测交换机收到CS帧后，会进行转发，转发给所有与被测交换机相连的设备；

步骤三，当测试设备收到被测交换机响应的CS帧后，会对帧进行解析并检测，检测包括数据帧是否正确以及类型是否为CS帧，并进行数据的统计；

测试设备的接收模块对数据检测通过后会将数据送入测试设备的保序模块；保序模块会先对数据的integration cycle、sync priority和sync domain字段检测是否正确，若正确则进行保序计算，否则丢弃数据；

计算完成后会对数据的接收点进行判断，查看是否在预接收窗口内，测试设备会对数据是否在预接收窗口内进行统计，进而判断被测交换机发送的数据的时间是否正确，若数据在预接收窗口则对数据进行保序延时；

步骤四，保序模块保序完成后，将收到的CS帧的信息送入测试设备的同步状态机，测试设备的同步状态机会根据状态机的条件进行跳转，此时会对被测交换机的CS帧做出响应，即发起CA帧的发送请求，测试设备的发送模块根据该请求发送CA帧，被测交换机收到CA帧后，会对收到的CA帧进行保序、集中和转发；

步骤五，当测试设备收到被测交换机响应的CA帧后，会进行和收到CS帧一样的操作；该数据被送入同步状态机后，同步状态机会进入SM_TENTATIVE_SYNC状态，并发送IN帧，被测交换机收到IN帧后对IN帧进行保序和集中，若满足同步要求则将IN帧进行转发；

步骤六，当测试设备收到被测交换机响应的IN帧后，会对IN帧进行解析检测，保序模块会对落在预接收窗口内的IN帧进行同步集群检测，计算时钟修正值，自此状态机进入SM_SYNC状态。

2.如权利要求1所述的TTE网络交换机时钟同步测试方法，其特征在于，所述的接收模块用于检测数据帧是否符合标准PCF帧格式，具体的检测步骤如下：

步骤S11，解析出数据的目的地址，与本机对应的PCF的目的地址进行比较，一致的数据帧，表示需要本机接收的数据帧；

步骤S12，检测以太网帧类型字段是否为0x891D，如果是，则表示该数据为PCF帧，否则不是PCF帧，丢弃数据；

步骤S13，对PCF帧的帧内容进行解析；

步骤S14，对接收PCF帧的长度和CRC进行校验，完成PCF的解析和接收。

3.如权利要求1所述的TTE网络交换机时钟同步测试方法，其特征在于，所述的保序模块用于在数据帧格式检测完成后，会将数据给到后级进行保序，具体的实现步骤如下：

步骤21，检测integration cycle、sync priority和sync domain字段是否正确；

步骤S22，计算保序点，计算完成后，如果系统同步，执行步骤S24，若不同步，执行步骤S23；

步骤S23，进行保序延迟；

步骤S24，计算修正值，进行同步集群检测。

4.如权利要求1所述的TTE网络交换机时钟同步测试方法，其特征在于，所述的测试设备的同步状态机是在AS6802标准中描述的SM状态机的基础上，添加状态机的监控功能，向外提供同步状态机跳转路径，同时统计同步状态机的丢失同步次数和同步次数。

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