隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源需求的增長(zhǎng)以及高質(zhì)量服務(wù)的訴求使的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量尤為重要，目前網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀大多為國(guó)外產(chǎn)品且高精度測(cè)試儀價(jià)格昂貴。基于現(xiàn)狀本方案設(shè)計(jì)了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)的高精度硬件測(cè)量解決方案，本方案通過(guò)主動(dòng)測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)，其為針對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其分為軟件與硬件實(shí)現(xiàn)部分，軟件部分用于實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的下發(fā)以及測(cè)試結(jié)果顯示功能。硬件包括數(shù)據(jù)緩存、接收控制、發(fā)送控制功能。在此方案中為了保證軟硬件數(shù)據(jù)的交互，本方案提供了軟件支撐層和DMA硬件支撐邏輯，同時(shí)為了確保測(cè)試的高精度，測(cè)試報(bào)文的時(shí)間戳使用硬件時(shí)間戳。
圖1 硬件測(cè)量解決方案結(jié)構(gòu)圖
本方案中，通過(guò)軟件測(cè)試報(bào)文生成器生成測(cè)試報(bào)文，通過(guò)軟件支撐層下發(fā)給硬件存儲(chǔ)，硬件可以支撐多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并可以根據(jù)需求設(shè)置每個(gè)報(bào)文的發(fā)送間隔。發(fā)送時(shí)軟件下發(fā)開(kāi)始發(fā)送信號(hào)，則硬件根據(jù)軟件配置的報(bào)文以及下發(fā)的次序，按時(shí)間發(fā)送間隔逐個(gè)進(jìn)行發(fā)送。在發(fā)送時(shí)硬件記錄發(fā)送第一個(gè)報(bào)文的時(shí)間戳值以及發(fā)送的報(bào)文個(gè)數(shù)。待發(fā)送結(jié)束后軟件讀取相應(yīng)的時(shí)間戳和報(bào)文個(gè)數(shù)值。
在報(bào)文返回時(shí)，接收端記錄接收的報(bào)文的達(dá)到時(shí)間戳值，并將接收的報(bào)文發(fā)送給軟件。軟件的結(jié)果顯示模塊根據(jù)接收的報(bào)文時(shí)間戳以及接收的報(bào)文個(gè)數(shù)與發(fā)送時(shí)間戳及發(fā)送的個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，從而可以分析出網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送延時(shí)以及網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況。
圖2 硬件測(cè)量實(shí)現(xiàn)圖
如圖2 展示了硬件測(cè)量的實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，本方案中硬件不僅支持測(cè)量報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)也支持普通報(bào)文的處理。測(cè)量報(bào)文和普通報(bào)文由解析模塊區(qū)分，當(dāng)報(bào)文為普通報(bào)文時(shí)，則可以正常轉(zhuǎn)發(fā)輸出，當(dāng)為測(cè)試報(bào)文時(shí)則進(jìn)行緩存。軟件下發(fā)每一個(gè)測(cè)量報(bào)文均攜帶一個(gè)MD信息，其中包含了當(dāng)前報(bào)文相比前一個(gè)報(bào)文的發(fā)送間隔。定時(shí)發(fā)送器根據(jù)發(fā)送信號(hào)開(kāi)始發(fā)送第一個(gè)報(bào)文，待發(fā)送結(jié)束后判斷后續(xù)報(bào)文的發(fā)送間隔，根據(jù)間隔依次發(fā)送后續(xù)報(bào)文。發(fā)送過(guò)程中由定時(shí)發(fā)送器記錄發(fā)送報(bào)文的個(gè)數(shù)，以及第一個(gè)發(fā)送報(bào)文的時(shí)間戳值。發(fā)送的測(cè)量報(bào)文經(jīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)后將返回給測(cè)量模塊。接收的測(cè)量報(bào)文會(huì)在接收控制器添加MD信息，即接收?qǐng)?bào)文的硬件時(shí)間戳值。并將攜帶時(shí)間戳值得報(bào)文發(fā)送給軟件進(jìn)行計(jì)算處理。接收控制器會(huì)記錄接收的測(cè)試報(bào)文的數(shù)量。收發(fā)的測(cè)試報(bào)文計(jì)數(shù)以及時(shí)間戳供軟件進(jìn)行分析網(wǎng)絡(luò)情況時(shí)讀取。
通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證本測(cè)量方案可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的測(cè)量精度，且可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)的精度測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)擁塞情況測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)變化測(cè)試。
