专利名称：一种oam包精确时延测量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通信计量技术领域中的网络性能测试技术领域，尤其涉及一种在 MAC (Medium Access Control，介质访问控制)层 OAM (Operations，Administration and Maintenance,操作、管理和维护)报文实现精确网络时延测量的方法。
背景技术：
当前的电信运营商为了为客户提供更好的服务，会经常性的测量网络性能，同 时网络性能测量的结果也有助于网络运营商更好的维护网络。目前用于网络性能衡量的 指标主要有时延(TD)，时延抖动(DV)，帧丢失率(LR)，吞吐量(Throughput)等。现有技术对网络时延测量有很多种方法，但是有两个误差来源一是测量主机 设备中时钟的分辨率、偏移及抖动等影响测量时间精度而产生的误差，这里称为时钟误 差；二是由于测量记录的收/发包时间戳不是真实的收/发包时刻而产生的测量误差，这 里称为位置误差。时延测量分单向测量和双向测量，其中时延测量的报文可以利用已有标准协议 中的OAM时延测量报文，以下为叙述方便，借用以太网和TMPLS (传送多协议标记交 换)的OAM的时延测量报文的术语。单向时延测量发送的是IDM报文，TxTimeStamp_f记录的是源管理维护节点 (MEP)发送OAM报文时刻的时戳信息，RxTimeStamp_f记录的是目的管理维护节点接收 到OAM报文时刻的时戳信息。目的管理维护节点通过这两个时戳信息就可以计算单向 帧时延(Packet Delay)，计算公式如下Packet Delay = RxTimeStamp_f-TxTimeStamp_f双向DM (时延测量)是指，源MEP发送请求DM帧，并在接收到目的MEP反 馈的应答DM帧后，通过对帧中时间差的计算，在源MEP处实现整个帧时延的测量。 其中携带请求DM信息的帧被定义为DMM (DelayMeasurement Message,时延测量消息) 帧，携带应答DM信息的帧被定义为DMR (Delay Measurement Response，时延测量应答) 帧。为了提供更加精确的双向帧时延测量，目的MEP还可以在DMR帧中添加额外的时 间戳 RxTimeStamp_f 和 TxTimeStamp_b。其中RxTimeStamp_f:请求DM帧被接收时刻的时间戳。TxTimeStamp_b 应答DM帧在发送时刻的时间戳。RxTime_b 应答DM帧在被接收时刻的时间戳。 PacketDelay = (RxTime_b-TxTimeStamp_f) - (TxTimeStamp_b-RxTimeStamp_f)上述的单向和双向的时延测量OAM报文不需要记录报文的序列号，只需要保证 时戳位置的精确和两个测量节点之间的时间信息的同步。参考图1所示，为现有技术进行时延测量的实现框图，在这里有两种实现方 式，第一种在CPU发送时延测量报文的时刻就将发送时间记录并写入到报文中，再经 过接口缓存和MAC缓存的延迟才能从MAC进入到线路，这种软件测量时延的误差在毫秒级别；另一种方法是采用由CPU发送相应的时延测量报文存入缓存中，同时在测量报 文中写入预发送时间，同时启用时延计时器，当定时时间到时就从接口缓存中取出报文 发送出去，这样消除了接口缓存的误差，但是仍然没有消除MAC缓存带来的测量误差。也有相关发明对时延分段进行检测，这样会把分段的误差全部累计到总时延， 而且分段测量的复杂度高，占用的网络资源多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种OAM包精确时延测量的方法和装置，克 服现有网络时延测量技术中的精度的问题，尽量消除时钟误差和位置误差，能够将时延 测量的精度提升到亚微秒级别。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种OAM包精确时延测量的装置，包 括信号发生器装置，用于发送操作、管理和维护OAM时延测量报文；接口转换单元，用于信号发生器装置与介质访问控制层MAC接口的转换；精确时戳产生单元，用于提供精确时戳；MAC层报文解析单元，用于完成对报文的解析，判断是否是OAM时延测量报 文；时戳锁存单元，用于锁存精确时戳产生单元传递过来的时戳信息，提供给MAC 层使用；报文修改状态缓存单元，用于对报文进、出MAC层时的修改方式进行存储；报文修改控制单元，用于报文进、出MAC层时，根据报文状态缓存单元中的修 改方式信息对报文的时戳进行修改或者插入。为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种OAM包单向精确时延测量的方 法，包括源维护实体组端点发送单向时延测量报文；当MAC层判断到是OAM时延测量报文时，则将报文修改方式即时戳位置和报 文的修改方式进行存储；当报文的第一个字节出MAC进入线路时，锁定当时的时戳值，并根据报文的修 改位置和报文的修改方式将锁定的时戳值写入报文中；当目的维护实体组端点接收到OAM时延测量报文的时刻，锁定当时的时戳 值；当报文解析模块判断到是OAM时延测量报文时，将修改位置即时戳的位置和锁 定的时戳值一起进行存储，等到报文从MAC缓存中读出进入接口转换单元时由报文修改 控制单元将时戳值写入到报文相应的修改位置。为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种OAM包双向精确时延测量的方 法，包括源维护实体组端点发送双向时延测量报文；MAC层检 测是否为OAM时延测量报文，如果是则将报文修改位置信息进行存 储；
当报文的第一个字节出MAC进入线路时，锁定当时的时戳值，并根据报文的修 改位置将时戳值写入报文中；当目的维护实体组端点接收到OAM时延测量报文的时刻，锁定当时的时戳 值；当报文解析模块判断到是OAM时延测量报文时，将修改位置和时戳值进行存 储；当报文从MAC缓存中读出进入接口电路时将时戳值写入到报文相应的位置；中央处理器在接收到双向时延测量报文之后，使报文变成应答报文，将报文按照原路径返回，在应答报文出MAC时，在MAC层添加代表应答报文返回时发送时刻的 时戳值；当源管理维护节点接收到应答报文时，将应答报文进入MAC时刻锁定的时戳值 记录下来，写入到应答报文中，并将应答报文上报中央处理器，进行双向时延测量。本发明提供的利用以太网和TMPLS的OAM包精确时延测量的装置与方法与 现有的网络时延测量方式相比，提高了时延测量的精度，同其他精确测量时延的装置相 比，降低了设备的复杂性和成本，很好的满足了交换芯片的需求，而且本发明的软硬件 结合的方式对于其他基于网络的时延测量具有很好的参考价值。本发明基于以太网OAM 和PTN的传输技术T-MPLS的OAM，DM时延测量是它们强大的OAM功能的子集之 一，所以相对于插入自定义的时延测量探针报文来说，DM报文的传输不会影响影响正常 的网络数据传输。本发明对报文时戳的修改更加接近于报文真实进入和离开MAC层的时 亥IJ，本发明的精确时戳产生模块能够提供亚微秒级别的时钟精度，可以进一步的消除时 钟误差带来的时延测量误差。
图1为现有技术进行时延测量的实现框图。图2为本发明时延测量的装置结构示意图。图3为接收方向MAC层时戳修改实现装置。图4为发送方向MAC层时戳修改实现装置。图5为精确时延测量的流程示意图。
具体实施例方式参照图2所示，为本发明时延测量的装置结构示意图。本发明所述精确时延测 量的装置由以下几部分组成信号发生器装置，用于发送OAM时延测量报文；接口转换单元，用于信号发生器装置与MAC接口的转换；精确时戳产生单元，用于提供精确时戳；MAC层报文解析单元，用于完成对报文的解析，识别报文类型，判断是否是 OAM时延测量报文；时戳锁存单元，用于在接收到MAC模块的时戳锁存信号后，锁存精确时戳模块 传递过来的时戳信息，同时提供给MAC层使用；
报文修改状态缓存单元，用于对报文进、出MAC层时的修改方式进行存储；所 述修改方式包括报文修改的位置和修改方式。报文修改控制单元，用于报文进出MAC层时，根据报文状态缓存单元中的修改方式对报文的时戳进行修改或者插入。在本发明的一个实施例中，所述信号发生器装置可以为CPU。在本发明的一个实施例中，其中MAC的速率可以为100M/1000M。在本实施 例中，由外部CPU发送OAM时延测量报文，当接收到OAM时延测量报文时送入CPU 进行时延测量和时延抖动计算。在本实施例中的CPU既可以完成信号发生器的作用，又 可以当作一个计算器，计算时延和时延抖动。当然，如果利用其他的信号发生器，则需 要有一个额外的时延测量和时延抖动测量计算的装置，这就构成了另外的实施例。本实 施例中利用CPU来完成信号发生器和时延测量计算两个装置的功能。接口转换单元主要 完成CPU的PCI接口或者MII接口与MAC接口的转换。精确时戳产生单元可以是1588 的时戳模块、GPS提供的精确时戳或者是其他可以提供精确时戳的电路，对其要求就是 测量的源节点和目的节点的时间同步。时戳锁存单元在接收到MAC模块的时戳锁存信号 后，锁存精确时戳单元传递过来的时戳信息，同时提供给MAC层使用。装置的核心部分是MAC层对报文的处理电路，完成对报文的解析和OAM报文 时戳的添加。在这里报文修改控制单元对于OAM报文时戳的添加，就是在时戳位置的时候， 把锁定的时戳更新到OAM时延测量报文的时戳字段。发送方向，报文由CPU产生，经接口转换单元到达MAC层时，首先要报文解析 单元识别报文类型，当报文为1DM/DMM/DMR时，将报文出MAC层时的修改方式存入 报文修改状态单元，当报文出MAC层时，由时戳锁存单元锁存精确时戳单元产生的时戳 信息，然后由报文修改控制单元修改报文相应的时戳字段。接收方向，在MAC层首先锁 存报文进入MAC层的精确时戳，当识别报文类型为1DM/DMM/DMR时，将接收时戳打 入报文相应的时戳字段，然后将OAM报文上报CPU。IEEE 1588可以为本发明提供精确时戳并能达到全网节点的时间同步，当然也可 以利用其他的精确时钟源，比如GPS等可以提供两个测量节点之间时间同步的装置。本发明提供一种通用的OAM包精确测量时延的方法，并不限制于某个特定的协 议。图3为接收方向MAC层时戳修改实现装置，当从线路上接收到以太网报文的时 亥IJ，也就是MAC接收到以太网报文的第一个字节时刻，由时戳锁存电路锁存当前的精确 时戳值，由MAC层对报文做解析，如果是OAM时延测量报文，就把对报文的修改方式 (主要是时戳信息在报文中的位置)和进入MAC时锁存的时戳值写入对应的报文修改状 态缓存，当OAM时延测量报文从MAC 口读出时，根据状态修改缓存的信息去修改报文 相应位置的时戳值。在图3的装置中，利用报文修改状态缓存的目的主要是为了能够在高速率的数 据帧情况下依然能够实现OAM时延测量报文时戳的修改。图4为发送方向MAC层时戳修改实现装置，此时的MAC会接收到来自于CPU 的报文，或者是交换芯片上游传递过来的报文，首先MAC要做报文解析，提取出OAM时延测量报文，将报文的修改方式写入到报文修改状态缓存，当OAM时延测量报文从 MAC缓存中离开进入线路上传输时，也就是MAC发送OAM时延测量报文的第一个字节 的时刻，锁定精确时戳值，再根据报文修改状态缓存中的修改方式，对OAM时延测量报 文的相应时戳位置进行修改。这样经过图3和图4进出MAC时对OAM时延测量报文时戳的添加，消除了时
延测量的位置误差。图5为时延精确测量的流程示意图。其中单向时延测量过程如下步骤501 首先由源维护实体组端点(MEP)发送IDM OAM时延测量报文，步骤502 MAC层去检测是否为OAM时延测量报文，如果是就在报文修改状态缓存中写入要修改的位置等信息，当报文的第一个字节出MAC进入线路时，就由时戳锁 定电路去锁定当时的时戳值，并根据报文的修改位置将时戳值TxTimeStamp_f打入报文中。步骤503:当目的MEP接收到OAM时延测量报文的时刻，也就是报文的第一个 字节从线路进入MAC的时刻，由时戳锁存模块锁定当时的时戳值RxTimeStamp_f，并由
报文解析模块判断是否是OAM时延测量报文，如果是就将修改方式和时戳值一起写入报 文修改状态缓存中，等到报文从MAC缓存中读出进入接口转换单元时由报文修改控制单 元将时戳值写入到报文相应的位置。CPU在接收到OAM时延测量报文之后，会从报文中提取出RxTimeStamp_f和 TxTimeStamp_f,进行单向时延测量，当接收到多次的OAM时延测量报文时，根据多次 的时延值就可以进行时延抖动测量。双向时延精确测量的流程如下首先由源维护实体组端点(MEP)发送DMM OAM时延测量报文，MAC层去检测是否为OAM时延测量报文，如果是就在报文修改状 态缓存中写入要修改的位置等信息，当报文的第一个字节出MAC进入线路时，就由时戳 锁定电路去锁定当时的时戳值，并根据报文的修改位置将时戳值TxTimeStamp_f打入报 文中。当目的MEP接收到OAM时延测量报文的时刻，也就是报文的第一个字节进入 从线路进入MAC的时刻，由时戳锁存模块锁定当时的时戳值RxTimeStamp_f，并由报文 解析模块判断是否是OAM时延测量报文，如果是就将修改方式和时戳值一起写入报文 修改状态缓存中，等到报文从MAC缓存中读出进入接口电路时将时戳值写入到报文相 应的位置。CPU在接收到DMM OAM时延测量报文之后，会更改报文的opcode(操作 码)使报文变成应答DM报文DMR，同时交换DA (目的MAC地址)和SA (源MAC地 址)，将报文按照原来的路径返回，在DMR报文出MAC时，也会在MAC层为其添加 TxTimeStamp_f时戳，代表DMR报文返回时发送时刻的时戳值。当源MEP接收到DMR报文时，在MAC层做解析，并将接收时刻锁定的时戳值 RxTime_b的记录下来，并写入到DMR报文中相应的位置，并将DMR报文上报CPU，在 CPU 中提取出 TxTimeStamp_f、RxTimeStamp_f 和 TxTimeStamp_b，RxTime_b 进行双向
时延测量，当接收到多次的OAM时延测量报文时，根据多次的时延值就可以进行时延抖
动测量。
本装置经FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)验证能够在
不同速率和不 同帧长的以太网数据流下提供精确的网络时延测量。需要指出的是，上述各具体步骤的举例说明较为具体，并不能因此而认为是对 本发明的专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种OAM包精确时延测量的装置，其特征在于，包括信号发生器装置，用于发送操作、管理和维护OAM时延测量报文； 接口转换单元，用于信号发生器装置与介质访问控制层MAC接口的转换； 精确时戳产生单元，用于提供精确时戳；MAC层报文解析单元，用于完成对报文的解析，判断是否是OAM时延测量报文； 时戳锁存单元，用于锁存精确时戳产生单元传递过来的时戳信息，提供给MAC层使用；报文修改状态缓存单元，用于对报文进、出MAC层时的修改方式进行存储； 报文修改控制单元，用于报文进、出MAC层时，根据报文状态缓存单元中的修改方 式信息对报文的时戳进行修改或者插入。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发生器装置为中央处理器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括时戳锁存信号发送单元，设置于MAC层，用于发送时戳锁存信号。
4.一种OAM包单向精确时延测量的方法，其特征在于，包括 源维护实体组端点发送单向时延测量报文；当MAC层判断到是OAM时延测量报文时，则将报文修改方式即时戳位置和报文的 修改方式进行存储；当报文的第一个字节出MAC进入线路时，锁定当时的时戳值，并根据报文的修改位 置和报文的修改方式将锁定的时戳值写入报文中；当目的维护实体组端点接收到OAM时延测量报文的时刻，锁定当时的时戳值； 当报文解析模块判断到是OAM时延测量报文时，将修改位置即时戳的位置和锁定的 时戳值一起进行存储，等到报文从MAC缓存中读出进入接口转换单元时由报文修改控制 单元将时戳值写入到报文相应的修改位置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括中央处理器在接收到OAM时延测量报文之后，从报文中提取出源管理维护节点发送 OAM报文时刻的时戳信息，及目的管理维护节点接收到OAM报文时刻的时戳信息，进 行单向时延测量。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由时戳锁定电路锁定当时的时戳值。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当接收到多次的OAM时延测量报文时，根据多次的时延值进行时延抖动测量。
8.—种OAM包双向精确时延测量的方法，其特征在于，包括 源维护实体组端点发送双向时延测量报文；MAC层检测是否为OAM时延测量报文，如果是则将报文修改位置信息进行存储； 当报文的第一个字节出MAC进入线路时，锁定当时的时戳值，并根据报文的修改位 置将时戳值写入报文中；当目的维护实体组端点接收到OAM时延测量报文的时刻，锁定当时的时戳值； 当报文解析模块判断到是OAM时延测量报文时，将修改位置和时戳值进行存储； 当报文从MAC缓存中读出进入接口电路时将时戳值写入到报文相应的位置； 中央处理器在接收到双向时延测量报文之后，使报文变成应答报文，将报文按照原路径返回，在应答报文出MAC时，在MAC层添加代表应答报文返回时发送时刻的时戳 值；当源管理维护节点接收到应答报文时，将应答报文进入MAC时刻锁定的时戳值记录 下来，写入到应答报文中，并将应答报文上报中央处理器，进行双向时延测量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当接收到多次的OAM时延测量报文时，根据多次的时延值就可以进行时延抖动测量。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由时戳锁存模块锁定当时的时戳值。
全文摘要
本发明提供了一种OAM包精确时延测量的方法和装置，装置包括信号发生器装置，用于发送操作、管理和维护OAM时延测量报文；接口转换单元，用于信号发生器装置与介质访问控制层MAC接口的转换；精确时戳产生单元，用于提供精确时戳；MAC层报文解析单元，用于完成对报文的解析，判断是否是OAM时延测量报文；时戳锁存单元，用于锁存精确时戳产生单元传递过来的时戳信息，提供给MAC层使用；报文修改状态缓存单元，用于对报文进、出MAC层时的修改方式进行存储；报文修改控制单元，用于报文进、出MAC层时，根据报文状态缓存单元中的修改方式信息对报文的时戳进行修改或者插入。本发明提高时延测量精度，降低设备复杂性。
文档编号H04L29/06GK102025556SQ20091017780
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者李争齐, 郭敬 申请人:中兴通讯股份有限公司