同步网在线监测系统的制作方法

本发明涉及通信技术。

背景技术：

时间频率同步网作为通信支撑网，在通信系统中具有十分重要的作用。伴随着通信网络IP化进行不断推进以及时间、时钟同步技术的应用，网络时间协议(NTP)以及精准时时钟同步协议(PTP)作为时间同步技术得到广泛运用，而2048kb/s以及2048kHz作为传统的频率同步技术早已大量应用于通信网中。时间频率同步的精度直接决定着通信网络的服务质量(QoS)等指标，此时对同步网中的时频监测就显得尤为重要。

目前，时频监测领域基本上使用时频测试仪表进行短期测试，无法提供一种长期在线的监测能力。除此之外，目前广泛使用的时频测试仪表基本上只能提供一至两路的PTP、NTP以及频率测试信号输入，且大都无法做到PTP、NTP以及频率信号同时测试，这些缺陷导致现有的时频测试仪表无法有效满足实际网络的监测需求。因此，有必要针对同步网络中的PTP、NTP以及频率信号的长期在线监测需求，设计一种同步网在线监测系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够准确、实时的同步网在线监测系统，并能够满足长期在线监控的需求。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，同步网在线监测系统，其特征在于，包括下述部分：

时钟卡，用于提供基准频率和基准时钟；

频率监测卡，用于监测输入频率信号的相位偏差，产生相位偏差数据；

PTP监测卡，用于依据基准时钟校准本地核心时间，以及根据输入的PTP信号计算出PTP主从时钟的平均线路时延和时间偏差；

NTP监测卡，用于根据输入的NTP信号计算出NTP客服端与NTP服务器的平均线路时延和时钟偏差；

监控主机，用于接收频率监测卡、PTP监测卡和NTP监测卡的输出数据。

所述频率监测卡、PTP监测卡和NTP监测卡皆通过监控卡与监控主机连接。

进一步的，PTP监测卡、NTP监测卡和频率监测卡通过CAN总线连接至监控卡，所述监控主机通过监控卡连接至CAN总线，监控卡用于CAN总线和监控主机之间的通信协议转换。

所述时钟卡包含参考源处理模块、铷钟控制模块、时间校准模块以及时间频率输出模块；

参考源处理模块用于根据外部输入的时间参考源以及频率参考源进行处理输出时间参考和频率参考信号，时间参考输入时间校准模块，校准核心时间，输出ToD时间报文，频率参考输入铷钟控制模块控制铷钟输出10Mhz的频率，时间频率输出模块将ToD时间报文以及10MHz频率输出至PTP监测卡、NTP监测卡以及频率监测卡。

所述PTP监测卡包含核心时间校准模块、PTP协议处理模块以及通信处理模块；

核心时间校准模块用于根据输入的基准时间校准本地核心时间，PTP协议处理模块用于根据输入被测PTP信号计算出PTP主从时钟的平均线路时延和时钟偏差作为测试数据；

通信处理模块用于将测试数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

所述NTP监测卡包含核心时间校准模块、NTP协议处理模块以及通信处理模块；

核心时间校准模块用于根据输入的基准时间校准本地核心时间，NTP协议处理模块用于根据输入的被测NTP信号计算出客服端与服务器的平均线路时延和时间偏差作为测试数据；

通信处理模块用于将测试数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

所述频率监控卡包含高精度鉴相模块以及通信模块；

高精度鉴相模块用于根据输入的2048kHz或2048kbit/s信号与频率基准信号鉴相得到被测信号的相位偏差；

通信处理模块用于将相位偏差数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)具有能够同时接入与监测多路PTP、NTP以及频率信号，信号的接入互不影响，每路信号监测结果都独立的展示。

2)能够根据实际需求灵活配置各类监测卡数量，例如可以全部配置为PTP监测卡。

3)具有远端在线监测的能力，监控卡与监控主机通过网络连接，使得数据分析软件能够部署在远端的监控主机上。

4)具有长期监测能力，测试数据保存在监控主机上，长期监测时，不会受到存储资源的限制。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明时钟卡的功能框图。

图4为本发明PTP监测卡的功能框图。

图5为本实用信息NTP监测卡的功能框图。

图6为本发明频率监测卡的功能框图。

图7为本发明监控卡的功能框图。

图8为本发明监控主机的功能框图。

具体实施方式

参见图1—8。

本发明包含一张时钟卡、多个PTP监测卡、多个NTP监测卡、多个频率监测卡、一张监控卡以及安装有数据分析软件的计算机(即监控主机)。其中，时钟卡、PTP监测卡、NTP监测卡、频率监测卡以及监控卡之间通过CAN总线进行数据交互，监控卡与数据分析软件之间则通过网络进行数据传输。

时钟卡包含参考源处理模块、铷钟控制模块、时间校准模块以及时间频率输出模块，参考源处理模块根据外部输入的时间参考源以及频率参考源进行处理输出时间参考和频率参考信号，时间参考输入时间校准模块，校准核心时间，输出ToD时间报文，频率参考输入铷钟控制模块驯服铷钟输出10Mhz的频率，时间频率输出模块将ToD时间报文以及10MHz频率输出给PTP监测卡、NTP监测卡以及频率监测卡。

PTP监测卡包含核心时间校准模块、PTP协议处理模块以及通信处理模块；核心时间校准模块根据输入的基准时间校准本地核心时间，PTP协议处理模块根据输入被测PTP信号计算出PTP主从时钟的平均线路时延和时钟偏差作为测试数据；通信处理模块将测试数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

NTP监测卡包含核心时间校准模块、NTP协议处理模块以及通信处理模块；核心时间校准模块根据输入的基准时间校准本地核心时间，NTP协议处理模块根据输入被测NTP信号计算出NTP客服端与NTP服务器的平均线路时延和时间偏差作为测试数据；通信处理模块将测试数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

频率监控卡包含高精度鉴相模块以及通信模块；高精度鉴相模块根据输入的2048kHz或2048kbit/s信号与频率基准信号经过鉴相得到输入信号的相位偏差；通信处理模块将相位偏差数据通过CAN总线发送至监控卡上报给监控主机。

监控卡主要包含协议转换模块，完成UDP/IPv4协议与CAN协议之间的相互转换，将PTP监测卡、PTP监测卡、频率监控卡的测试数据上报给数据分析软件，同时将数据分析软件下发的控制信息转发给各监测卡。

运行于监控主机中的数据分析软件包含数据分析处理模块、数据实时展示模块以及系统管理模块；数据分析处理模块对输入的网络数据进行分析处理；数据实时展示模块将测试结果实时显示到界面；系统管理模块完成对系统管理与控制功能。

实施例

如图1所示。一种同步网在线监测系统包含时钟卡、监控卡、PTP监测卡、NTP监测卡、频率监测卡、监控主机以及数据分析软件。其中时钟卡为系统提供一个高精度的时间频率参考信号，PTP监测卡、NTP监测卡、频率监测卡实现系统的业务监测功能，监控卡、计算机以及数据分析软件实现系统的控制功能。时钟卡、监控卡、PTP监测卡、NTP监测卡、频率监测卡通过CAN总线进行数据通信，监控卡通过以太网与计算机进行数据通信。

本发明的工作流程主要包括如下步骤：

如图2、3所示，所述时钟卡接收外部输入的时间参考源和频率参考源信号，经过参考源处理模块解析处理并输出时间、频率参考信号，核心时间校准模块根据输入的时间参考信号计算出GPS总秒数，写入FPGA核心时间寄存器，FPGA根据核心时间寄存器的总秒数产生ToD时间报文，频率信号输入铷钟控制模块驯服铷钟，使铷钟输出一个稳定的10MHz频率信号，时钟卡通过时间频率输出模块同时向PTP监测卡、NTP监测卡、频率监测卡提供一个高精度的时间频率信号。

如图2、4所示，所述PTP监测卡作为PTP从时钟，被测PTP时钟作为PTP主时钟；首先所述PTP监测卡的核心时间校准模块接收时钟卡提供的基准时间信号，校准本地核心时间；然后所述PTP监测卡的PTP协议处理模块完成与被测PTP主时钟的协议交互，解析PTP消息报文得到PTP主时钟同步报文发送时间T1、PTP从时钟同步报文接收时间T2、PTP从时钟延时请求报文发送时间T3、PTP主时钟延时请求报文接收时间T4四个时间戳数据，根据公式：MeanDelay＝((t4-t3)+(t2-t1))/2、offset＝((t4-t3)-(t2-t1))/2计算出PTP主从时钟的平均线路时延和时钟偏差作为测试数据；最后所述PTP监测卡的通信模块将测试数据通过CAN总线发送至监控卡。

如图2、5所示，所述NTP监测卡作为NTP客服端，被测NTP作为NTP服务器；首先所述NTP监测卡的核心时间校准模块接收时钟卡提供的基准时间信号，校准本地核心时间；然后所述的NTP监测卡的NTP协议处理模块完成与被测NTP服务器的协议交互，并解析NTP消息报文得到客服端请求报文发送时间T1、服务器请求报文接收时间T2、服务器应答报文发送T3、客服端应答报文接收时间T4四个时间戳数据，并根据公式：MeanDelay＝((t4-t3)+(t2-t1))/2、offset＝((t4-t3)-(t2-t1))/2计算出NTP客服端与NTP服务器的平均线路时延和时间偏差作为测试数据；最后所述NTP监测卡的通信模块将测试数据通过CAN总线发送至监控卡。

如图2、6所示，所述频率监测卡的高精度鉴相模块根据输入的2048kHz或2048kbit/s信号以及频率基准信号同时输入鉴相器，进行相位比对得到输入信号与基准频率之间的相位偏差作为测试数据，然后所述频率监测卡的通信模块将测试数据通过CAN总线发送至监控卡。

如图2、7所示，所述监控卡接收以CAN协议格式传输的测试数据，并通过协议转化模块将CAN帧数据转换UDP帧数据，然后通过网络发送至数据分析软件。此外，所述的监控卡将数据分析软件下发的控制信息转发时钟卡和监测卡。

如图2、8所示，监控主机中的数据分析软件的数据分析处理模块根据输入的网络数据分析处理得到测试结果，然后数据实时展示模块将测试结果展示到图形化界面上。系统管理模块完成对系统的管理控制功能。

校准本地时钟的实例：

时间参考信号一般有PTP以及1pps+TOD，卫星(卫星也输出1PPS+TOD格式，但是里面的时间基准不一定一致，如果是GPS就与地面的1PPS+TOD一致，如果是北斗，或者其他的卫星系统，这个TOD报文就不一致)将所接收到的TOD报文进行解析，计算出总秒数，写给fpga核心时间寄存器，fpga每秒自动更新。fpga中的每秒是通过铷钟的频率来定的，铷钟的频率又是通过外部频率参考源来驯服的，一般是卫星的1PPS+TOD，1pps就是卫星频率参考源，Tod就是卫星时间参考源，fpga的核心时间即可与外部的卫星上的高精度的时钟校准。