公开/公告号CN102291178A
专利类型发明专利
公开/公告日2011-12-21
原文格式PDF
申请/专利权人 烽火通信科技股份有限公司;
申请/专利号CN201110264468.8
申请日2011-09-08
分类号H04B10/08(20060101);
代理机构北京捷诚信通专利事务所(普通合伙);
代理人魏殿绅;庞炳良
地址 430074 湖北省武汉市东湖开发区关东科技园东信路5号
入库时间 2023-12-18 04:08:41
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-11-19
授权
授权
2012-02-08
实质审查的生效 IPC(主分类):H04B10/08 申请日:20110908
实质审查的生效
2011-12-21
公开
公开
技术领域
本发明涉及光通信领域,特别是涉及一种测量光纤不对称性时延 的方法及装置。
背景技术
光通信网络作为现代移动通信业务承载网络,需要实现 IEEE1588v2(IEEE制定的1588时间同步协议v2版本)时间同步功 能,将时间同步信息传送给每个网络节点,实现高精度的时间同步。 而对于IEEE1588v2时间同步,光接口上发送方向和接收方向光纤长 度不一致所造成的线路不对称性,将直接影响其时间同步的精度。所 以在光通信网络中部署IEEE1588v2时间同步网络,必须对线路中存 在的不对称性进行精确测量,将测量出的光纤线路不对称性时延值, 在IEEE1588v2时间同步端口PTP(Precision Time Protocal,精确时 间协议)运算中进行补偿,才能消除线路不对称性造成的同步误差。
快速准确的测量线路不对称性时延是工程应用中的一道难题。目 前,一般采用专用仪表进行测试,主要存在以下缺陷:
(1)仪表价格昂贵,携带不方便,受场地限制大。
(2)仪表一般数量有限,测试需要架设卫星天线,接收卫星授 时,需要较长的稳定时间,还会受到天气、对空张角等因素的影响, 在测试中还需要排除卫星天线长度和线缆连接长度对结果的影响,测 试方法较复杂,测试效率低下。
(3)仪表测试是一种相对测试,测试结果受到时间同步设备精 度和卫星授时漂移的影响,误差较大,且测试工作需要从源端开始, 逐级进行,如果前一级测试不准确,必然会影响下级测试结果。因此, 测试精度不高,不能满足大规模工程应用的需要。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种测量 光纤不对称性时延的方法及装置,不受场地限制,能够节约成本和人 力,测试步骤简单,稳定测试时间较短,测试效率和精度较高。
本发明提供的测量光纤不对称性时延的方法,包括以下步骤:
(1)选择需要测试的光纤线路,所述光纤线路中包含两根光纤, 远程控制单元RTU配置光纤线路两端光节点的测试主端口Master和 测试从端口Slave的工作状态;
(2)RTU下达测量第一根光纤的指令,Master侧协议处理单元 PPU连续发送测试报文,记录每个测试报文发送时刻的时间戳t1,并 将t1传送给Slave;Slave侧PPU每接收到一个测试报文,记录该测 试报文到达时刻的时间戳t2,与Master传送来的t1对应储存;直到 采集足够组数的t1和t2,向RTU返回第一根光纤测量完成的信息;
(3)RTU显示第一根光纤测量完成、准备测量第二根光纤的信 息时,通知现场将第一根光纤和第二根光纤对换;
(4)RTU下达测量第二根光纤的指令,Master侧PPU连续发送 测试报文,记录每个测试报文发送时刻的时间戳t`1,并将t`1传送给 Slave;Slave侧PPU每接收到一个测试报文,记录该测试报文到达时 刻的时间戳t`2,与Master传送来的t`1对应储存;直到采集足够组 数的t`1和t`2,通知分析计算单元ACU开始启动;
(5)ACU对采集的数据进行分析计算,将得出的光纤线路不对 称性时延的补偿值t发送给RTU。
在上述技术方案中,步骤(5)中所述光纤线路不对称性时延的 补偿值t=(t1-t2+t`2-t`1)/2。
在上述技术方案中,步骤(2)中t1通过所述测试报文或者跟随 报文来传送。
在上述技术方案中,步骤(4)中t`1通过所述测试报文或者跟随 报文来传送。
在上述技术方案中,步骤(5)之后还包括以下步骤:如果ACU 分析得出采集的数据存在问题,则向RTU发送测试失败、重新测试 的信息。
本发明提供的测量光纤不对称性时延的装置,包括:
时间戳单元TSU,用于当Master侧发送测试报文时,产生并记 录时间戳信息t1,根据测试报文模式,将时间戳信息t1写入测试报 文传送或将时间戳信息t1传送给PPU;当Slave侧接收到测试报文时, 产生并记录时间戳信息t2;
协议处理单元PPU,用于决定测试报文模式,在Master侧发送 测试报文,当测试报文模式为跟随模式时,获取测试报文发送时刻的 时间戳信息t1,并将t1通过跟随报文传送给Slave;在Slave侧接收 测试报文,获取测试报文到达时刻的时间戳信息t2,与Master传送 来的t1进行对应记录,为后续的计算准备数据;
分析计算单元ACU,用于时间戳信息采集完成后,在Slave侧启 动,对采集的数据进行分析计算,得出光纤线路不对称性时延数据, 计算出光纤线路不对称性时延补偿值;
远程控制单元RTU,用于设置测试节点的工作状态,下达测试 指令和反馈测试结果。
在上述技术方案中,所述分析计算单元ACU,还用于对采集的 数据进行分析,滤除误差较大的数据,再进行计算。
在上述技术方案中,所述协议处理单元PPU,还用于决定通过测 试报文或者跟随报文来传送t1。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明基于光通信网络传输设备中包传送和时间戳机制, 采用换纤时戳测量法,通过发送测试报文,获取时间戳数据,采用对 换光纤进行测试,简单快捷,根据采集的数据进行分析计算,能够方 便且精确地测量出线路不对称性时延。
(2)本发明采用换纤时戳测量法,测量光通信网络中的线路不 对称性时延,不用再额外添置和携带价格昂贵的测量仪表,无需架设 卫星天线,不受场地限制,在大规模工程应用中能节约大量经费开支 和人力开支。
(3)本发明采用的换纤时戳测量法是一种绝对测试,每一段测 试都是对立的,不会给下级的测试造成影响,也不需要按照逐级顺序 进行,测试精度主要由时间戳精度决定,测试结果具有可靠性高和误 差小的特点,因此测试精度较高。
(4)本发明采用换纤时戳测量法,避免了需要卫星授时的弊端, 稳定测试时间较短,测试步骤简单,测试效率得以提高。
(5)本发明可以基于光传输设备本身的硬件机制,所有节点都 能够完成测试,克服了仪表数量有限的缺陷,因而具有更好的应用性。
附图说明
图1是本发明实施例测量光纤不对称性时延的装置的结构框图;
图2是本发明实施例中TSU的工作模式示意图;
图3是本发明实施例中换纤时戳测试法项目1的测试示意图;
图4是本发明实施例中换纤时戳测试法项目2的测试示意图;
图5是本发明实施例中换纤时戳测试法的测试实例的拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示,本发明实施例提供的测量光纤不对称性时延的装 置,包括TSU(Timestamp Unit,时间戳单元)、PPU(Protocol Processing Unit,协议处理单元)、ACU(Analysis and Calculation Unit,分析计 算单元)和RTU(Remote control unit,远程控制单元),其中:
TSU用于当Master侧发送测试报文时,产生并记录时间戳信息 t1,根据测试报文模式,将时间戳信息t1写入测试报文传送或将时间 戳信息t1传送给PPU;当Slave侧接收到测试报文时,产生并记录时 间戳信息t2。TSU需要保证足够的精度和稳定性,时间戳的精度和 稳定性将直接决定着测量的精度和准确性。
PPU用于决定测试报文模式:通过测试报文或者跟随报文来传送 t1。在Master侧发送测试报文,在跟随模式时获取测试报文发送时刻 的时间戳信息t1,并通过跟随报文将t1传送给Slave;在Slave侧接 收测试报文,获取测试报文到达时刻的时间戳信息t2,与Master传 送来的t1进行对应记录,为后续的计算准备数据;
ACU用于时间戳信息采集完成后,在Slave侧启动,对采集的数 据进行分析计算,得出光纤线路不对称性时延数据,计算出光纤线路 不对称性时延补偿值。ACU需要先对采集的数据进行分析,滤除误 差较大的数据,再进行计算,确保结果数据的准确性。
RTU用于设置测试节点的工作状态,下达测试指令和反馈测试 结果。通过远程控制单元RTU的控制,能使测量工作操作变得简单, 通过获取反馈数据,能监测测试过程,并及时获取测试结果。
本发明实施例是在PTN(Packet Transport Network,分组传送网) 设备中实现,将各部分实现和工作方式说明如下:
RTU嵌入PTN系统网管设备,通过网管系统实现与网络中各个 节点之间的通信。RTU通过网管界面配置测试端口的Master和Slave 状态,并配置参加测试的两节点,系统时钟频率都锁定同一时间源, 以确保两节点之间的Tslaveoffset(时间偏差值)保持稳定。RTU可 以通过网管界面上设计的页面,下达测试指令,并能观察到远端节点 反馈的测试状态信息和最终的测量结果。
TSU在PTN系统中能够共用IEEE1588v2时间同步的时间戳模 块,TSU的工作模式参见图2所示。为了保证时间戳的准确性,TSU 需要在测试报文进入线路发送的瞬间识别测试报文并产生时间戳,以 及在测试报文从线路进入TSU的瞬间识别测试报文并产生时间戳。 本发明实施例中TSU位于靠近线路的PHY(Physical Layer,物理层 芯片)层,通过识别测试报文的目标MAC(Medium/MediaAccess Control,介质访问控制)地址来捕获报文,产生的时间戳最终由上层 应用软件取得。TSU使用系统时钟125M产生时间戳,带来的系统误 差是8ns,通过均值运算,可以把测量误差控制在16ns以内。
本发明实施例中PPU运行在板载CPU(Central Processing Unit, 中央处理器)上,借用PTP协议中的报文格式和时戳传递方法,来 实现Master与Slave之间的测试交互,并对应存储需要的t1和t2数 据。将Sync(同步报文)作为测试报文,触发TSU产生t1和t2,并 通过跟随报文携带t1信息传送给Slave。
本发明实施例中ACU也运行于板载CPU,在测量数据采集完毕 后,对采集的数据进行分析。在确认数据的合理性后,进行运算,计 算出最终能用于对线路不对性时延进行补偿的结果。
在上述装置的基础上,本发明实施例提供的测量光纤不对称性时 延的方法,包括以下步骤:
(1)选择需要测试的光纤线路,所述光纤线路中包含两根光纤, 远程控制单元RTU配置光纤线路两端光节点的测试主端口Master和 测试从端口Slave的工作状态;
(2)RTU下达测量第一根光纤的指令,Master侧协议处理单元 PPU连续发送测试报文,记录每个测试报文发送时刻的时间戳t1,通 过测试报文或者跟随报文将t1传送给Slave;Slave侧PPU每接收到 一个测试报文,记录该测试报文到达时刻的时间戳t2,与Master传 送来的t1对应储存;直到采集足够组数的t1和t2,向RTU返回第一 根光纤测量完成的信息;
(3)RTU显示第一根光纤测量完成、准备测量第二根光纤的信 息时,通知现场将第一根光纤和第二根光纤对换;
(4)RTU下达测量第二根光纤的指令,Master侧PPU连续发送 测试报文,记录每个测试报文发送时刻的时间戳t`1,并通过跟随报 文将t`1传送给Slave;Slave侧PPU每接收到一个测试报文,记录该 测试报文到达时刻的时间戳t`2,与Master传送来的t`1对应储存; 直到采集足够组数的t`1和t`2,通知分析计算单元ACU开始启动;
(5)ACU对采集的数据进行分析计算,将得出的光纤线路不对 称性时延的补偿值t发送给RTU,t=(t1-t2+t`2-t`1)/2;如果ACU 分析得出采集的数据存在问题,则向RTU发送测试失败、重新测试 的信息。
本发明实施例的原理详细阐述如下:
本发明实施例利用光通信网络中包传送和时间戳机制,通过在同 一光传送方向上,分别对2根光纤进行测量,采集到2组时间戳数据。 再通过对采集的时间戳进行分析计算,就能获取准确的线路不对称性 时延值。
基本的分析计算原理如下:
假设在Master(测试主端口)和Slave(测试从端口)之间的2 根光纤分别为光纤1和光纤2。
对光纤1测量时的光纤连接参见图3所示,对光纤1进行测量后, 进行分析计算:t2-t1=Tm2s+Tslaveoffset
其中,t1为Master记录的测试报文发送时刻时间戳,t2为Slave 记录的测试报文接收时刻时间戳,Tm2s为报文在光纤1传送由光纤 1带来的线路时延,Tslaveoffset为光纤连接的两测试节点之间的时间 偏差值。
对光纤2测量时的光纤连接参见图4所示,将光纤1更换成光纤 2进行测量后,进行分析计算:t`2-t`1=T`m2s+T`slaveoffset
其中,t`1为Master记录的测试报文发送时刻时间戳,t`2为Slave 记录的测试报文接收时刻时间戳,T`m2s为报文在光纤2传送由光纤 2带来的线路时延,T`slaveoffset为光纤连接的2测试节点之间的时 间偏差值。
当我们保证测量过程中两节点之间的时间偏差值稳定不变时,即
Tslaveoffset=T`slaveoffset
通过计算可得出光纤1与光纤2之间的不对称性时延值ΔT,
ΔT=Tm2s-T`m2s
=(t2-t1-Tslaveoffset)-(t`2-t`1-T`slaveoffset)
=(t2-t1)-(t`2-t`1)
根据PTP原理推算,线路不对称性时延对时间同步结果造成的 误差为-ΔT/2,直接计算出这个值用于进行线路不对称性时延补偿, 光纤线路不对称性时延的补偿值t的计算过程如下:
t=-ΔT/2
=【(t2-t1)-(t`2-t`1)】/2
=(t1-t2+t`2-t`1)/2。
下面对一个线路不对称性时延的测试实例进行详细说明。
本发明实施例中测试网络的拓扑图参见图5所示,采用时间分析 仪测量数据作为比对数据,一个完整的测试操作过程如下:
(1)配置好时钟频率同步时间分析仪,测试线路节点1的GE 口配置为Master,节点2的GE口配置为Slave。这样M2S方向指的 是节点1到节点2的方向,S2M方向是节点2到节点1的方向。
(2)通过网管给节点2下达测试指令,开始测试光纤1。
(3)查看光纤1的测试状态,当光纤1的测试状态显示为成功 时,将M2S的光纤与S2M的光纤对换,参见图4所示。
(4)通过网管给节点2测试指令,开始测试光纤2。
(5)查看光纤2的测试状态,当光纤2的测试状态显示为成功 时,测试结果也一同显示。
(6)记录测试结果,在网管相应端口进行设置,就完成了对线 路不对称时延的补偿。
测试过程和数据记录如下:
a、同一根光纤测试
验证换纤时戳测试法测量的精确度和稳定性。将2根长度相等的 光纤接入测试线路,光纤长度约为2米。光纤1方向是M2S,光纤2 方向是S2M,补偿输入输出线路时延对时间分析仪测试的造成的误 差。不进行换纤操作,对光纤1进行10次测量操作,记录的数据参 见表1。
表1、同一根光纤测试结果
b、不对称光纤测试
验证测试稳定性和2种不对称情况的测试准确性。将原M2S方 向的光纤1换为约20米长的光纤,S2M方向的光纤2不变,长度还 是2米,开始测试。项目1测试完毕,对换光纤,即M2S方向换为 光纤2,S2M方向换为光纤1,项目2测试完毕,记录测试数据和时 间分析仪测量数据。光纤不还原,直接开始下一轮的项目1测试,完 毕后再换纤进行项目2测试,如此循环,因此结果是正负交替的,测 试结果参见表2。
表2、不对称光纤测试结果
c、24千米不对称光纤测试
验证测试稳定性和长纤情况向的测试准确性。将M2S方向光纤 1换接入长度为24463米的光纤,S2M方向光纤2不变,长度还是2 米。测试步骤如上,记录10次测试的数据。
表3、24千米不对称光纤测试结果
从以上测试结果可以得出:换纤时戳测试法测量的准确性和稳定 性都很好。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不 脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于 本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些 改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。
机译: 时延测量系统和时延测量方法,以及时延测量装置和时延测量程序
机译: 时延测量系统和时延测量方法,以及时延测量装置和时延测量程序
机译: 在IP网络中有效使用PTP时间戳进行双向时延和时延变化测量的装置和方法