（CWW）同步网、信令网、电信管理网并称为现代通信网的“三大基础支撑网络”，缺一不可。近年来，随着5G通信技术的飞速发展，高精度时间同步在运营商通信网络中显得愈发重要。同步网络的性能质量将直接影响无线网络的性能，并进一步影响到运营商的收入，而同步网络的性能监测一直是同步网运维的难点。因为传递时频同步信号的传输承载设备自身缺乏标准的参考信号，无法对接收到的信号进行性能测试，当前对设备的性能测量只能用贵重仪表做按需监测，既不能做到实时监测及时发现同步网络产生的问题，又耗费大量人力和物力。
为了解决同步网络性能监测难的问题，同步探针监测技术应运而生。借助探针设备采集网络的同步性能，能够丰富同步网络的性能监测手段，实现对网络同步性能的全局监测和分析。
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同步网性能监测指标频率同步的本质是维持各数字设备时钟振荡频率的准确和稳定，频率同步网的网络性能指标有国际标准ITU-T G.823（基于2048Kbit/s系列的数字网络的抖动和漂动控制）、G.8261（分组网络中的定时和同步方面）、G.8261.1（适用于分组方法的分组延迟变化网络抖动限值）等，包括处于网络节点的PRC接口、二级钟SSU接口、三级钟SSU接口、SDH传输网元接口、PDH 2Mb/s接口、分组网元接口以及基站同步要求等。
频率同步的性能监测参数包括：时间间隔误差TIE值、利用TIE数据计算出的最大时间间隔误差（MTIE）、时间偏差（TDEV）、频率偏移（FREQ）值等，此外还包括SSM/ESMC时钟质量等级。
根据不同的业务需求类型，PTP时间同步网的性能指标主要体现在基本业务、协同业务和垂直行业应用业务需求3个方面。
第一，5G基本业务时间同步需求是所有TDD制式无线系统的共性要求，主要是为了避免上下行时隙间干扰。5G基站在承载基本业务时，其空口间对于时间同步精度的指标要求为±1.5ns。
第二，将在5G系统中广泛使用的多点协同（CoMP）、带内载波聚合（CA）等协同技术，对时间同步精度的指标要求为±130ns。
第三，无人驾驶、无人物流、智能机器人等基于5G的垂直行业应用层出不穷，这些应用也对5G网络的超高精度时间同步提出了更高的指标要求。例如，高精度厘米级定位业务的时间同步精度指标要求为±10ns。
时间同步的性能监测参数包括：时间偏差TE值、PTP路径包时延抖动PDV，以及PTP时钟等级（ClockClass）、PTP时钟精确度（ClockAccuracy）等PTP数据集。
同步网探针监测系统实现方案同步网探针监测技术当同步网络中出现部分设备不支持同步功能、设备同步功能异常，或者设备同步功能正常但网络中存在链路非对称性时延等情况，都会影响同步网末端设备恢复的时间精度，进而影响网络整体运营指标。为了解决人工排查复杂、耗时久的问题，可以采用同步网探针对网络同步性能进行监测。
同步网探针设备主要实现实时对被监测设备输出的一种或多种同步信号进行性能监测的功能，及时发现同步网性能缺陷并提前预警，防止影响业务质量，大大提高效率和实时性。
同步网探针监测设备原理如图1所示，同步网探针设备配备GNSS接收模块，探针设备的参考源来自GPS/北斗卫星信号，同时探针设备对同步网输出的频率、时间等信号进行监测，实现监测信号与锁定的卫星基准UTC的比对并记录差值，将数据上报至探针监测管控平台，分析传递给基站的时间和频率性能是否满足指标要求。
值得一提的是，同步网探针监测设备除了作为探针监测使用外，由于本身配备了GNSS卫星接收模块，还可以作为时间源设备向网络输出标准的参考信号。探针监测功能和时间源功能之间可以根据应用场景需求进行切换。
图1 同步网探针监测设备原理
同步网探针监测系统实现方案同步网探针监测系统包括同步网探针设备和同步网探针监测管控平台两个层面，实现方案如图2所示。
图2 同步网探针监测系统实现方案
同步网探针设备通常与被监测的同步网设备部署在一起，实现对被测设备同步性能的时间TE和频率TIE指标进行实时测量，并将性能数据上报给探针监测管控平台。目前，运营商同步网络中常用的频率信号类型包括2Mbit/s、2MHz、10MHz、SyncE等，时间信号类型包括PTP、1PPS+ToD等。考虑需求及成本因素，现网使用时，可以按需在同步网的关键节点部署探针设备。被监测的设备可以是任何需要时频的设备，如IPRAN、智能城域网、OTN、基站设备等。
同步网探针监测管控平台可实现对探针设备进行集中管理，如探针设备IP、探针设备运行状态、GNSS卫星状态、性能监测相关配置等，如图3所示。同步网探针监测管控平台可以对管理范围内所有探针的性能监测数据同时采集，包括频率TIE值、时间TE值等；实现对网络同步性能的分析能力，包括计算MTIE/TDEV/FREQ等指标、提供同步性能曲线、不同设备同步性能的对比呈现、基于标准规定的模版分析同步性能是否越限、对性能越限的设备提示告警，以及通过分析网络的SSM/ESMC时钟质量等级、PTP数据集等参数对设备和网络的同步健康状态进行分析等，如图4所示。
图3 同步网探针监测管控平台界面
图4 同步网探针PTP数据集和SyncE ESMC管理界面
同步网探针监测系统应用验证运营商的时间同步网通常在本地网核心节点部署“一主一备”两套时间源设备，时间源设备锁定北斗/GPS卫星，同时向网络输出1588v2和SyncE信号，网络中所有设备支持1588v2 BCMA算法和SyncE功能，经过同步网核心汇聚环和接入环设备逐跳传递，最终输出至末端5G基站。本次应用搭建的实验网络环境如图5所示，通过在末端接入设备处部署同步探针监测设备，对接入设备输出的1588v2信号和SyncE信号进行性能监测，并将数据上报给探针监测管控平台。
图5 实验网络环境
图6 时间偏差TE测试结果
开始测试后，首先将被测设备的东西向两侧链路断开，30s后恢复链路正常。从图6探针监测的TE性能数据结果曲线上可以看出，被测设备在链路故障期间同步性能超出了预设的1us预警值和1.5us告警值，当故障恢复后性能逐步趋于正常和稳定。因此，同步探针监测系统可以直观地实时呈现同步网络的性能趋势。
高精度时间同步网是运营商5G通信网络的基石，也是国家重要的战略基础设施。本文介绍了同步网的频率和时间性能监测指标，以及同步探针监测原理，提出了同步探针监测系统实现方案并进行了实验验证。同步探针监测系统可以对时频信号的性能进行实时测量，及时发现同步网络产生的问题，实现同步状态和性能分析自动化，较好地解决了同步网络性能监测难的痛点问题，助力运营商构建技术先进、智能开放的高精度时间同步网。
