CN102291178A - 测量光纤不对称性时延的方法及装置 - Google Patents

测量光纤不对称性时延的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量光纤不对称性时延的方法及装置，方法为：RTU配置光纤线路两端Master和Slave的工作状态；RTU下指令测第一光纤，Master侧PPU发送报文，记录发送时间戳t1传给Slave；Slave侧PPU接收报文，记录到达时间戳t2，对应t1储存；RTU显示第一光纤测量完、准备测量第二光纤，对换两根光纤；RTU下指令测量第二光纤，Master侧PPU发送报文，记录发送时间戳t`1传给Slave；Slave侧PPU接收报文，记录到达时间戳t`2，对应t`1储存；ACU算出不对称性时延补偿值发给RTU。本发明不受场地限制，节约成本和人力，简单快捷，稳定时间短，测试效率和精度高。

Description

测量光纤不对称性时延的方法及装置
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 ProcessingUnit，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***网管设备，通过网管***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，***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***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/MediaAccessControl，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***时钟125M产生时间戳，带来的***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
  测试次数   测试不对称数据(ns)   时间分析仪测量数据(ns)
  1   0   4.649
  2   1   4.664
  3   0   4.708
  4   0   4.786
  5   0   4.738
  6   0   4.788
  7   0   4.781
  8   0   4.777
  9   2   4.800
  10   0   4.806
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
  测试次数   测试不对称数据(ns)   时间分析仪测量数据(ns)
  1   -44   -33.5
  2   44   45.3
  3   -43   -33.0
  4   44   44.8
  5   -44   -43.6
  6   42   44.6
  7   -46   -42.1
  8   44   46.2
  9   -44   -42.1
  10   44   36.7
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
  测试次数   测试不对称数据(ns)   时间分析仪测量数据(ns)
  1   -59915   -59932
  2   59915   59909
  3   -59915   -59932
  4   59914   59901
  5   -59912   -59924
  6   59913   59908
  7   -59915   -59932
  8   59916   59900
  9   -59911   -59924
  10   59911   59892
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。

Claims (8)

1.一种测量光纤不对称性时延的方法，其特征在于包括以下步骤：
(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。
2.如权利要求1所述的测量光纤不对称性时延的方法，其特征在于：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。
3.如权利要求1或2所述的测量光纤不对称性时延的方法，其特征在于：步骤(2)中t1通过所述测试报文或者跟随报文来传送。
4.如权利要求1或2所述的测量光纤不对称性时延的方法，其特征在于：步骤(4)中t`1通过所述测试报文或者跟随报文来传送。
5.如权利要求1或2所述的测量光纤不对称性时延的方法，其特征在于：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。
6.一种测量光纤不对称性时延的装置，其特征在于包括：
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，并用跟随报文将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；
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。
7.如权利要求6所述的测量光纤不对称性时延的装置，其特征在于：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。
8.如权利要求6或7所述的测量光纤不对称性时延的装置，其特征在于：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。
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