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納秒級高(gāo)精度硬件測量解決方案
    随着通信技術的(de)快速發展,網絡資源需求的(de)增長(cháng)以及高(gāo)質量服務的(de)訴求使的(de)網絡測量尤為(wèi)重要,目前網絡測試儀大多為(wèi)國(guó)外産品且高(gāo)精度測試儀價格昂貴。基于現狀本方案設計了一(yī)種基于FPGA實現的(de)高(gāo)精度硬件測量解決方案,本方案通過主動測量的(de)方式實現,其為(wèi)針對網絡延時進行(xíng)測量,實現結構如(rú)圖1所示。其分為(wèi)軟件與硬件實現部分,軟件部分用于實現測試數據的(de)下發以及測試結果顯示功能。硬件包括數據緩存、接收控制、發送控制功能。在此方案中為(wèi)了保證軟硬件數據的(de)交互,本方案提供了軟件支撐層和(hé)DMA硬件支撐邏輯,同時為(wèi)了确保測試的(de)高(gāo)精度,測試報文的(de)時間戳使用硬件時間戳。

圖1 硬件測量解決方案結構圖
    本方案中,通過軟件測試報文生成器生成測試報文,通過軟件支撐層下發給硬件存儲,硬件可(kě)以支撐多個數據存儲,并可(kě)以根據需求設置每個報文的(de)發送間隔。發送時軟件下發開始發送信号,則硬件根據軟件配置的(de)報文以及下發的(de)次序,按時間發送間隔逐個進行(xíng)發送。在發送時硬件記錄發送第一(yī)個報文的(de)時間戳值以及發送的(de)報文個數。待發送結束後軟件讀取相應的(de)時間戳和(hé)報文個數值。
    在報文返回時,接收端記錄接收的(de)報文的(de)達到時間戳值,并将接收的(de)報文發送給軟件。軟件的(de)結果顯示模塊根據接收的(de)報文時間戳以及接收的(de)報文個數與發送時間戳及發送的(de)個數進行(xíng)比較,從而可(kě)以分析出網絡的(de)發送延時以及網絡的(de)擁塞情況。

圖2 硬件測量實現圖
    如(rú)圖2 展示了硬件測量的(de)實現的(de)細節,本方案中硬件不僅支持測量報文的(de)轉發,同時也支持普通報文的(de)處理(lǐ)。測量報文和(hé)普通報文由解析模塊區分,當報文為(wèi)普通報文時,則可(kě)以正常轉發輸出,當為(wèi)測試報文時則進行(xíng)緩存。軟件下發每一(yī)個測量報文均攜帶一(yī)個MD信息,其中包含了當前報文相比前一(yī)個報文的(de)發送間隔。定時發送器根據發送信号開始發送第一(yī)個報文,待發送結束後判斷後續報文的(de)發送間隔,根據間隔依次發送後續報文。發送過程中由定時發送器記錄發送報文的(de)個數,以及第一(yī)個發送報文的(de)時間戳值。發送的(de)測量報文經網絡轉發後将返回給測量模塊。接收的(de)測量報文會在接收控制器添加MD信息,即接收報文的(de)硬件時間戳值。并将攜帶時間戳值得報文發送給軟件進行(xíng)計算處理(lǐ)。接收控制器會記錄接收的(de)測試報文的(de)數量。收發的(de)測試報文計數以及時間戳供軟件進行(xíng)分析網絡情況時讀取。
    通過測試驗證本測量方案可(kě)以實現納秒級的(de)測量精度,且可(kě)以實現延時的(de)精度測試、網絡擁塞情況測試以及網絡傳輸延時變化測試。
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