随着通信技術的(de)快速發展，網絡資源需求的(de)增長以(yǐ)及高質量服務的(de)訴求使的(de)網絡測量尤爲(wéi / wèi)重要(yào / yāo)，目前網絡測試儀大(dà)多爲(wéi / wèi)國(guó)外産品且高精度測試儀價格昂貴。基于(yú)現狀本方案設計了(le／liǎo)一種基于(yú)FPGA實現的(de)高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，其爲(wéi / wèi)針對網絡延時(shí)進行測量，實現結構如圖1所示。其分爲(wéi / wèi)軟件與硬件實現部分，軟件部分用于(yú)實現測試數據的(de)下發以(yǐ)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(zài)此方案中爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)保證軟硬件數據的(de)交互，本方案提供了(le／liǎo)軟件支撐層和(hé / huò)DMA硬件支撐邏輯，同時(shí)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)确保測試的(de)高精度，測試報文的(de)時(shí)間戳使用硬件時(shí)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，硬件可以(yǐ)支撐多個(gè)數據存儲，并可以(yǐ)根據需求設置每個(gè)報文的(de)發送間隔。發送時(shí)軟件下發開始發送信号，則硬件根據軟件配置的(de)報文以(yǐ)及下發的(de)次序，按時(shí)間發送間隔逐個(gè)進行發送。在(zài)發送時(shí)硬件記錄發送第一個(gè)報文的(de)時(shí)間戳值以(yǐ)及發送的(de)報文個(gè)數。待發送結束後軟件讀取相應的(de)時(shí)間戳和(hé / huò)報文個(gè)數值。
在(zài)報文返回時(shí)，接收端記錄接收的(de)報文的(de)達到(dào)時(shí)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(shí)間戳以(yǐ)及接收的(de)報文個(gè)數與發送時(shí)間戳及發送的(de)個(gè)數進行比較，從而(ér)可以(yǐ)分析出(chū)網絡的(de)發送延時(shí)以(yǐ)及網絡的(de)擁塞情況。
圖2 硬件測量實現圖
如圖2 展示了(le／liǎo)硬件測量的(de)實現的(de)細節，本方案中硬件不(bù)僅支持測量報文的(de)轉發，同時(shí)也(yě)支持普通報文的(de)處理。測量報文和(hé / huò)普通報文由解析模塊區分，當報文爲(wéi / wèi)普通報文時(shí)，則可以(yǐ)正常轉發輸出(chū)，當爲(wéi / wèi)測試報文時(shí)則進行緩存。軟件下發每一個(gè)測量報文均攜帶一個(gè)MD信息，其中包含了(le／liǎo)當前報文相比前一個(gè)報文的(de)發送間隔。定時(shí)發送器根據發送信号開始發送第一個(gè)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(shí)發送器記錄發送報文的(de)個(gè)數，以(yǐ)及第一個(gè)發送報文的(de)時(shí)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(zài)接收控制器添加MD信息，即接收報文的(de)硬件時(shí)間戳值。并将攜帶時(shí)間戳值得報文發送給軟件進行計算處理。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(yǐ)及時(shí)間戳供軟件進行分析網絡情況時(shí)讀取。
通過測試驗證本測量方案可以(yǐ)實現納秒級的(de)測量精度，且可以(yǐ)實現延時(shí)的(de)精度測試、網絡擁塞情況測試以(yǐ)及網絡傳輸延時(shí)變化測試。