原创 TSN时钟同步精度技术解析：TSN网络的基石与保障

一、引言

在现代网络通信领域，时钟同步精度至关重要，时间敏感网络（TSN）作为新一代工业通信的核心技术，其时钟同步精度直接影响数据传输的实时性与系统协同效率。尤其在工业自动化、车载网络等高精度场景中，精确同步已成为刚性需求。本文围绕时钟同步精度测试展开，涵盖测试方法、信而泰测试方案等关键内容，旨在深入剖析时钟同步精度测试的全貌，为相关技术研究与应用提供有力参考。

二、时钟同步精度技术解析

（一）时间同步过程

在网络时钟同步体系中，全局主时钟借助 Sync 报文为从时钟授时，同时利用 P_delay 报文精确计算路径延时。从时钟依据 Sync 报文以及获取的路径延时数据，对本地时钟的频率和相位进行精准调整，从而达成与主时钟的时间同步。

然而，尽管 gPTP 协议明确了时间同步机制，但由于各厂家在具体实现过程中的差异以及硬件性能的参差不齐，从时钟在跟随主时钟时可能出现偏差。

（二）同步误差

为衡量从时钟调整本地时钟跟随主时钟的能力，即评估时钟同步的精度，通常采用测量从时钟相对于主时钟同步误差的方式。在 802.1AS – 2011/2020 Annex B.3 标准中，对 TSN 网络的同步精度提出了严格要求：任意两个时间感知系统，若它们之间间隔 6 个或更少的时间感知系统（即跳数为 7 或更少），则其同步误差应控制在 1 微秒（1000 纳秒）峰峰值以内。这一标准为时钟同步精度的评估提供了重要依据。

三、时钟同步精度测试方法论

（一）1PPS 脉冲对比法法

1. 测试原理：主节点和从节点在 PTP 时间的每整秒输出脉冲信号，随后使用示波器对这两个输出信号进行对比分析。

优势：此方法是一种成熟的测试手段，操作简单，仅需借助示波器即可完成对比工作，适合实验室单设备验证。

劣势：

• 需要被测设备支持1PPS测试；
• 部分设备存在固定误差；
• 需要示波器进行对比，不支持大规模测试

（二）反向同步（Reverse Sync） 法

1. 测试原理：Reverse Sync 方法要求从节点在第二时钟域发送反向 Sync/Follow - up 报文。测试设备首先计算链路延迟，然后依据反向报文中携带的从节点同步时间，最终实现对从节点同步精度的准确评估。

优势：

• 利用已有的网络进行测试
• 可以应用于集成交换设备的测试
• 不需要其他的报文形式

劣势：

• 从节点需支持多时钟域及反向报文生成功能；
• 高精度时间戳采集对硬件性能要求严苛。

（三）方法对比

四、信而泰同步精度测试方案

（一）信而泰时钟精度测试

1. 1PPS 测试方法：信而泰使用 BigTao 设备进行测试，具体操作是将 BigTao 测试口连接到 DUT 的测试口，BigTao 机箱背板口输出 1PPS 信号至示波器，DUT 的 1PPS 口输出信号同样接入示波器。在测试中，仪表充当 AS 协议 Master，DUT 作为 Slave，待时钟同步完成后，在示波器上捕捉仪表和 DUT 的脉冲信号并进行对比，以此确定被测设备时钟同步的精准度。

1. Reverse Sync 测试方法：信而泰支持反向同步测试功能。在测试中，仪表既可以作为 Master，也可以作为 Slave。

1. 方案优势：

• 同时支持IEEE 802.1AS全协议内容仿真；
• 同时支持TSN协议族测试（Qav、Qbv、Qbu、Qci、Qcr、Qcc、Qch、CB等协议）；
• 同时支持设备性能和功能测试。

五、结论

时钟同步精度测试对于保障网络系统的稳定运行和数据传输的准确性具有重要意义。在实际应用中，需要根据具体的测试需求、被测设备的特性以及测试环境等因素，综合选择合适的测试方法和测试设备。信而泰方案同时支持1PPS与反向同步测试法，分别覆盖了单设备验证与复杂网络评估场景，为行业提供了高性价比的测试工具。随着网络技术的不断发展，时钟同步精度测试技术也将持续演进，信而泰将持续为行业提供更高效、更可靠的网络通信测试设备和方案。