CN101217416B - 网络综合调测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络综合调测设备，其特征在于：一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成，或者由至少一个基本配置设备组成，其特征在于：A、基本配置设备完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；B、扩展配置设备实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备。本发明的显著效果：能够对被测系统进行性能测量、故障定位和参数调整，通过统一的机制保证测试的全面性，故障定位的有效性，解决了现有误码测试仪因为其功能模块独立设计所带来的调试功能不能充分利用的缺陷。

Description

网络综合调测系统

技术领域

本发明涉及通信技术测试设备领域，尤其是一种实现网络设备的性能测试、支持开发过程中设备内部故障检测和参数调整的网络综合调测系统。

背景技术

在数字通信系统的性能测试中，通常使用误码测试仪、信号衰减器、逻辑分析仪、示波器等设备对其进行性能测量、故障定位和参数调整。误码测试仪产生测试数据流来模拟实际业务、或产生特殊的信元以便定位故障。测试数据流发送给被测的数字通信系统后，该数据流的方向一般存在两种情况：1)本端点设备到对端点设备的对通测试，测试数据流与正常工作模式下的业务流相同，实现远端设备之间的端点到端点的通信；2)单设备回环测试，测试数据流通过本端设备后，不是流向对端设备而是通过本端设备的接收通道返回，该返回点可以是设备任何一级，实现单设备独立测试。

为了实现上述测试方案，首先需要误码测试仪产生的测试数据流需要替代通信信源，这就需要测试数据流具有近似于随机信号的性能。由于PN码具有良好的随机性，因此测试数据流一般都以PN码为基础。ITU-T在0.150标准中的常用的PN码长、码型和相应被测系统的速率。

另外，为了定位故障或方便设备调试需要能够产生特殊的信元，如：信令流。同时为了确认传输系统的业务承载能力，通用的IP或ATM业务测试仪可以模拟实际业务产生过程，以便实现高层协议分析。

为了实现设备调试的故障定位或参数调整，构建上述测试方案的对通或者回环测试通路，需要提供辅助功能模块：1)在对通测试中，辅助功能模块模拟被测设备通路中的子系统、连接对端设备、添加干扰、提供测试端口、数据采集和预处理；2)在回环测试中，辅助功能模块实现被测设备通路中的发送和接收通路的回环连接、添加干扰、提供测试端口。

测试系统的时钟同步是关键技术，通常测试仪需要与被测试系统建立时钟同步关系，以控制数据发送和接收。而在对通模式下，端点与端点的误码仪之间需要时钟同步，以便统计业务量、计算时间相关指标。

现有的高速误码测试仪能够直接测试光传输系统，而低速误码测试仪能够测试几十Mbps数据速率及更低的速率的传输系统，如PDH传输系统，无线接入、传输网等。这些测试仪设计的主要不足是：虽然能够测试数字通信系统的性能，但是给出的测试能力有限，尤其是不能统一测试系统的各种设备或模块，从而无法对测试出来的被测系统的异常，如误码、丢包等现象进行有效分析，不能有效地帮助开发人员诊断被测系统，从而定位问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络综合调测系统。该系统能够对被测系统进行性能测量、故障定位和参数调整，通过统一的机制保证测试的全面性，故障定位的有效性。

为达到上述目的，本发明提供一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成，或者由至少一个基本配置设备组成，其关键在于：

A、所述基本配置设备：完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；

B、所述扩展配置设备：实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备；

其中性能测试扩展配置设备是在所述基本配置设备基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪；

所述扩展配置设备设置有扩展功能模块实现被测试设备内部监测和参数调整，该扩展功能模块可分为：a、数据链路层协议功能调测模块；b、数字化信道功能调测模块；所述扩展功能模块实现被测系统的数据链路层协议和数字化信道功能子系统测试，实现通信设备的端点到本端点的回环测试，实现通信设备组网的端点到对端点对通测试、以及多端点之间组网测试。

所述基本配置设备和扩展配置设备设置有提供挂接逻辑分析仪或者数字示波器的测试端口。

所述基本配置设备由二个以上基本功能模块级联组成，所述扩展配置设备由基本测试功能模块和扩展功能模块级联组成；

A、所述基本配置设备由主控单元、接口单元、时钟单元、基本业务源发生器及接收器单元、电源单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：完成管理、配置、测试结果分析和显示功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元：完成基本配置设备与被测试设备之间的同步，提供被测试设备以及其他扩展配置设备的同步时钟源；

d、基本业务源发生器及接收器单元：产生特定的测试业务流或者适配由所级联的标准业务发生模块所产生的业务源，接收对端设备发送的数据并解析业务流和信令流；

e、电源单元：为基本配置设备以及其他无电源单元的扩展配置设备提供二次电源；

基本配置设备的硬件结构是由一块单片机、一个现场可编程门阵列芯片FPGA和电源电路组成，单片机就是所述主控单元，电源电路就是所述电源单元，FPGA内包含所述时钟单元和基本业务源发生器及接收器单元，基本业务源发生器及接收器单元由PN码收发模块、帧序列号收发模块、总线模块和解帧、组帧模块组成：

单片机与FPGA串口连接，单片机输出的控制信号经FPGA的内部总线串口分别发送给PN码收发模块、帧序列号收发模块和解帧、组帧模块。

总线模块：实现与扩展配置设备的级联，并通过串口处理模块接收所述单片机发送出的控制信息给扩展配置设备；

当基本配置设备或扩展配置设备要发送误码信息时：帧序列号收发模块：产生帧序列号，发送给解帧、组帧模块；PN码收发模块：产生线性或非线性序列PN码，发送给解帧、组帧模块；解帧、组帧模块：对每帧数据标号，并组帧成误码信息，将原始帧序列号和PN码，误码信息发送给其他基本配置设备或扩展配置设备；

当基本配置设备或扩展配置设备要接收误码信息时：解帧、组帧模块：获取误码信息，并对误码信息进行解帧，获得控制数据并发送给帧序列号收发模块和PN码收发模块，还分别发送帧序列号给帧序列号收发模块，发送PN码给PN码收发模块；帧序列号收发模块：产生本地序列号与收到的帧序列号比较，来判断测试数据流是否发生了丢帧；PN码收发模块：对收到的PN码进行分析，给出误码。PN码收发模块、帧序列号收发模块和解帧、组帧模块分别发送检测结果给单片机。

B、所述扩展配置设备中的基本测试功能模块由主控单元、接口单元、时钟单元、业务数据转发、接收器和添加干扰单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：接受基本配置设备的控制，完成管理、配置、测试结果分析功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元，完成与基本配置设备之间的同步；

d、业务数据转发、接收器和添加干扰单元；

e、设备壳体和电缆配件。

基本测试功能模块的硬件结构是一个现场可编程门阵列芯片FPGA，该FPGA内包含所述接口单元、时钟单元和业务数据转发、接收器和添加干扰单元：

接口单元就是串口处理模块，时钟单元就是时钟模块，业务数据转发、接收器和添加干扰单元主要包括总线模块、PN码收发模块、帧序列号收发模块和业务数据处理模块，还包括数据链路层协议功能调测模块和数字化信道功能调测模块，

总线模块：实现与基本配置设备的级联，并通过串口处理模块分别向时钟模块、PN码收模块、帧序列号收模块和业务数据处理模块发送控制信息；

时钟模块：分别向串口处理模块、总线模块、PN码收模块、帧序列号收模块和业务数据处理模块发送工作时钟；

业务数据处理模块：A、分别与帧序列号收发模块和业务数据处理模块进行数据流交换，B、还向PN码收模块发送PN码和控制数据，向帧序列号收模块发送帧序列号和控制数据，C、与被测试设备进行数据流交换；

PN码收模块和帧序列号收模块分别通过串口处理模块向上传送检测结果。

所述基本配置设备的主控单元统一管理、控制所述基本配置设备和扩展配置设备的测试分析、时钟子系统，通过界面设置，测试不同的被测系统、同一被测系统的不同功能单元，具有可扩展性；

I、所述网络综合调测系统通过基本配置设备的界面统一配置不同的扩展配置设备，管理所述扩展功能模块、配置有业务源发生器、开放与逻辑分析仪和数字示波器连接的测试端口，基本配置设备的业务源发生器通过速率、码型的选择产生不同的测试数据流，通过选择成帧、解帧模块可以测试不同通信系统，或者同一通信系统中的不同单元；

II、网络综合调测系统采用统一的数据分析机制，基本配置设备的主控单元统一处理该基本配置设备所采集的数据，以及扩展配置设备采集并经过预处理后的数据，支持网络流量、时延、时延抖动、丢包、丢帧、特定误码和特定信元分析，当出现特定或异常事件时能够进行触发和告警，得出测试结果，由基本模块界面显示所述测试结果，并通过数据接口发送到外部存储单元；

III、网络综合调测系统采用统一的测试时钟源，基本配置设备提供测试系统的时钟源，扩展配置设备通过带外和带内方式支持与基本配置设备同时钟源。

本发明的显著效果是：能够对被测系统进行性能测量、故障定位和参数调整，通过统一的机制保证测试的全面性，故障定位的有效性，解决了现有误码测试仪因为其功能模块独立设计所带来的调试功能不能充分利用的缺陷。本发明通过测试仪的多级功能模块联合工作和统一化的管理配置，能够对被测试的通信系统的整体性能以及通信系统的功能模块进行测试，给出全面的测试分析结果；能够合理布置测试点，从而有效的定位故障。总之，本测试仪通过统一化的构架设计，扩展了通信系统测试能力。

附图说明

图1是本发明的整体框图；

图2是本发明测试设备的内部组成框图；

图3是扩展配置工作于回环模式下的设备连接图；

图4是本发明测试无线通信系统时的整体框图；

图5是基本配置设备中的FPGA内部功能模块框图；

图6是基本测试功能模块中的FPGA内部功能模块框图；

图7是m序列的生成电路图；

图8是本发明的m序列发生器电路图；

图9是本发明的PN码同步电路图；

图10是本发明的测试数据流格式图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：如图1、2所示：一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成，或者由至少一个基本配置设备组成，其特征在于：

A、所述基本配置设备：完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；

B、所述扩展配置设备：实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备；

其中性能测试扩展配置设备是在所述基本配置设备基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪；

如图3所示：所述扩展配置设备设置有扩展功能模块实现被测试设备内部监测和参数调整，该扩展功能模块可分为：a、数据链路层协议功能调测模块；b、数字化信道功能调测模块；所述扩展功能模块实现被测系统的数据链路层协议和数字化信道功能子系统测试，实现通信设备的端点到本端点的回环测试，实现通信设备组网的端点到对端点对通测试、以及多端点之间组网测试。

所述基本配置设备和扩展配置设备设置有提供挂接逻辑分析仪或者数字示波器的测试端口。

如图5、6所示：所述基本配置设备由二个以上基本功能模块级联组成，所述扩展配置设备由基本测试功能模块和扩展功能模块级联组成；

A、所述基本配置设备由主控单元、接口单元、时钟单元、基本业务源发生器及接收器单元、电源单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：完成管理、配置、测试结果分析和显示功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元：完成基本配置设备与被测试设备之间的同步，提供被测试设备以及其他扩展配置设备的同步时钟源；

d、基本业务源发生器及接收器单元：产生特定的测试业务流或者适配由所级联的标准业务发生模块所产生的业务源，接收对端设备发送的数据并解析业务流和信令流；

e、电源单元：为基本配置设备以及其他无电源单元的扩展配置设备提供二次电源；

B、所述扩展配置设备中的基本测试功能模块由主控单元、接口单元、时钟单元、业务数据转发、接收器和添加干扰单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：接受基本配置设备的控制，完成管理、配置、测试结果分析功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元，完成与基本配置设备之间的同步；

d、业务数据转发、接收器和添加干扰单元；

e、设备壳体和电缆配件。

实施例2：本实施例2在实施例1的基础上增加了扩展配置设备，其结构如下：

一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成：

A、所述基本配置设备：完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；

B、所述扩展配置设备：实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备；

其中性能测试扩展配置设备是在所述基本配置设备基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪；

所述扩展配置设备设置有扩展功能模块实现被测试设备内部监测和参数调整，该扩展功能模块可分为：a、数据链路层协议功能调测模块；b、数字化信道功能调测模块；所述扩展功能模块实现被测系统的数据链路层协议和数字化信道功能子系统测试，实现通信设备的端点到本端点的回环测试，实现通信设备组网的端点到对端点对通测试、以及多端点之间组网测试；

所述基本配置设备的主控单元统一管理、控制所述基本配置设备和扩展配置设备的测试分析、时钟子系统，通过界面设置，测试不同的被测系统、同一被测系统的不同功能单元，具有可扩展性；

I、所述网络综合调测系统通过基本配置设备的界面统一配置不同的扩展配置设备，管理所述扩展功能模块、配置有业务源发生器、开放与逻辑分析仪和数字示波器连接的测试端口，基本配置设备的业务源发生器通过速率、码型的选择产生不同的测试数据流，通过选择成帧、解帧模块可以测试不同通信系统，或者同一通信系统中的不同单元；

II、网络综合调测系统采用统一的数据分析机制，基本配置设备的主控单元统一处理该基本配置设备所采集的数据，以及扩展配置设备采集并经过预处理后的数据，支持网络流量、时延、时延抖动、丢包、丢帧、特定误码和特定信元分析，当出现特定或异常事件时能够进行触发和告警，得出测试结果，由基本模块界面显示所述测试结果，并通过数据接口发送到外部存储单元；

III、网络综合调测系统采用统一的测试时钟源，基本配置设备提供测试系统的时钟源，扩展配置设备通过带外和带内方式支持与基本配置设备同时钟源。

其工作原理是：

如图1所示，虚线框内是被测通信系统，框外是本网络综合调测系统。本网络综合调测系统的基本配置设备是必不可少的，而扩展配置设备是可选项，基本配置设备和扩展配置设备通过总线连接。被测设备(DUT，DeviceUnder Testing)是一个通信系统，按其在网络作用将被测试系统其分割为三个部分，分别称之为被测设备_A，被测设备_B，被测设备_C。测试时我们在每个DUT功能部分需要测试系统的基本配置单元相连接，而扩展配置设备作为可选项，可以适当的选择作为测试系统的一部分。

以无线通信系统为本调测设备实施例。一般无线通信系统涉及的网络层次有MAC层和物理层，遵照国际电信联盟(ITU)的DOCSIS(Data Over CableService Interface Specification)协议标准，物理层一般又分为传输汇聚子层(TC层)和物理媒体相关子层(PMD层)。所以可以将被测系统以MAC层，TC层，PMD层分割成三部分，在各个部分之间插入扩展配置设备，如图2所示。基本配置设备和被测设备直接通过业务口连接；扩展配置设备A通过模仿MAC层与TC层的层间接口来实现与被测设备的连接，并实现被测设备MAC层与TC层的分割；扩展配置B通过模仿TC层与PMD层的层间接口来实现与被测设备的连接，并实现被测设备TC层与PMD层的分割。

本网络综合调测系统在实现被测设备的端点到本端点的回环测试时，在两个对等的扩展配置设备处直接打环，以扩展配置设备之间的环路替代原来被测设备的通路。例如，将扩展配置1_A和扩展配置2_A如图2中的虚线连接，用扩展配置来实现回环测试。这样测试数据流方向如图3所示是：从基本配置设备1，到被测设备1_MAC，到扩展配置1_A，到扩展配置2_A，到被测设备2_MAC，到基本配置设备2的环路。这种端点到本端点回环测试的模式，可以屏蔽被测设备_B和被测设备_C，直接测试被测设备_A来隔离问题。另外被测设备_B和被测设备_C一般对应无线通信系统的物理层，而一般高速率无线通信系统的物理层造价十分昂贵，在缺少被测设备_B和被测设备_C的情况下，用回环测试的模式可以直接调试被测设备_A。

如图4所示，基本配置设备、扩展配置设备采用统一的设计方法来实现，其中CPU和FPGA核心模块共同完成主控单元、时钟单元的功能，组帧、解帧模块和接口芯片共同完成接口单元的功能，FPGA核心模块完成基本业务源发生器和接收器单元的功能。

CPU控制单元用一块单片机，本实施例选用的是C8051F022。CPU控制单元要完成对人机界面的控制和对FPGA单元的控制。人机界面包括键盘和液晶显示器。单片机接收的键盘输入是单片机接收用户设置的来源，键盘是一个4×4的小键盘，上面有0～9、上下左右、确认、取消等16个键，单片机程序需要对这16个键的输入做出相应处理，单片机送给液晶显示器的显示内容包括，可视化的控制菜单和FPGA单元的测试结果。CPU控制单元对FPGA的控制包括用户对误码的设置信息和FPGA单元的测试结果的上发，这些信息都通过一个波特率为115200bps的RS232串口传送。串口的物理连接是单片机和FPGA的收发端口分别交叉对连。在单片机侧，单片机内部集成有两个串口，直接操作串口即可。在FPGA侧需要用硬件电路搭建一个模拟串口，用这个模拟串口实现普通字节数据和串口格式数据之间的转换。

实施例FPGA部分采用的是ALTERA公司的EP1C6Q240C8，FPGA部分功能包括产生测试数据流，分析测试数据流，时间同步及测量时延，适配接口四个主要功能，另外还需要接受来至单片机的控制，产生各种时钟并处理各种收到的时钟。如图5，实施例根据FPGA的各种功能把它划分成串口处理模块，时钟模块，PN码收发模块，帧序列号收发模块，组帧、解帧模块，总线模块等六个模块。下面详细说明各个模块的功能和实现方式。

串口处理模块的收端首先有一个模拟串口子模块，该模块采用16倍波特率的时钟来采样收到的串口数据的中间时刻的值，根据串口发送每字节的特点恢复出字节数据。根据自定义的协议，FPGA和单片机之间的控制命令是以帧的方式交互的，因此对收到的数据必须判断帧头帧尾和进行CRC校验，最后提取有效的控制命令帧中的控制信息。控制信息在控制命令帧中的位置是事先约定好的，所以只需要将指定字节的指定比特提取送给相应模块就可以了。例如，对时钟的控制实际用到5bit，将这5bit放在了帧第10字节的低5位，那么在收到一个有效的控制命令帧后，将第10字节的低5位信号引到时钟模块相应的控制线上，实现对时钟模块的控制。串口处理模块的发端在收到单片机的查询结果指令后，将要发送的数据全部锁存，并按约定的顺序按字节发送给模拟串口子模块，模拟串口子模块将字节数据以串口数据格式逐bit的发送给单片机。

时钟模块的时钟输入有一个24.576M的高稳晶振，外部时钟输入，和各种接口芯片输入的时钟。时钟模块采用FPGA内置锁相环倍频分频和各种奇偶数分频的方式产生各种时钟。如串口波特率时钟的产生过程是，PLL对24.576M时钟3/4倍频得到18.432M时钟，再160分频得到115200HZ的时钟，对18.432M进行10分频能得到115200HZ×16的串口收模块采样时钟。各种产生的时钟和输入的时钟在控制信号的控制下经过选择，被送到其他模块作为工作时钟。另外值得说明的是，外部时钟端口输入的时钟的特殊用途是：可以通过其他仪器产生特定质量的时钟，由该端口输入到测试仪，测试仪用该时钟产生的测试数据流来测试DUT。由此来测量被测系统对时钟抖动(Jitter)、漂移(Wander)等的承受能力。

扩展配置设备获得时钟的方式有带内和带外两种方式，这两种方式由主控单元进行设置。当采用带内方式时，扩展配置设备使用测试数据流里的时钟作为本地的工作时钟，当采用带外方式时，扩展配置设备从总线中提取基本配置设备发送来的时钟作为本地工作时钟。

PN码收发模块的发端产生PN码，在收端对收到的PN码进行分析，给出误码。PN码是伪随机码(Pseudo-random Number)的简称，按线性和非线性分为m序列和M序列，我们这里产生的是线性的m序列。m序列全称是最大线性反馈移位寄存器序列，它是带反馈的移位寄存器组产生的，它的反馈抽头由该m序列的特征多项式决定，对于特征多项式为的m序列，若C_i为1，表示第i个寄存器要抽头反馈，否则不反馈。如图7所示，该电路可以产生一个码长为2⁹-1，特征多项式为1+X⁵+X⁹的m序列。m序列的随机性与其码长有关，码长越长，m序列的频谱成分越丰富，随机性越强。本测试仪可以产生ITU-T推荐的常用码型，包括2⁹-1，2¹¹-1，2¹⁵-1，2²³-1，2²⁹-1，2³¹-1。如图8所示，这个电路称为PN码发生器，这个PN码发生器的主体是一个长度为31个的移位寄存器组，各种码型的m序列都可以在这个移位寄存器组中产生，而码型的选择通过对各条反馈支路的使能选择来实现。相对用独立的寄存器组来产生各种码型的m序列的做法，这种方式不仅节约了资源，更重要的是各种码型的电路统一在一起，为移位寄存器组的整体置位带来了极大的方便。另外由于各种码型都集中在一个移位寄存器组，所以输出从X¹这个寄存器引出，使各种码型的m序列输出延时一致。

为了达到权利要求中所述的各种设备核心处理单元一致，使其具有良好的可扩展性，还需要给PN码发生器加上控制线。这些控制线从组帧、解帧模块引出，有移位使能、置位、导出三种。

如图7、8、9、10所示，PN码收发模块的收端为了分析收到的m序列，必须在本地产生一个和发端相位完全相同的m序列，这就是m序列的同步。一般m序列的同步有滑动相关法，串行同步法，并行同步法，匹配滤波器等。本实施例采用的是一种叫做随动同步的方法。如图9所示，随动同步的步骤是：

a、在未同步时，多路复用器选择S2输出，输入的m序列被输入到本地m序列发生器。5个时钟周期后，若这输入的5bit数据没有误码，本地m序列发生器的相位和发端一致；若这输入的5bit数据有误码，本地m序列发生器的相位和发端不同。

b、多路复用器将输出切换到S1，本地m序列发生器开始产生m序列，本地m序列和输入m序列比较N个时钟周期并计出误码数M。

c、若M大于设定门限，说明a步骤中输入的5bit数据有误码，本地m序列发生器的相位和发端不同，重复a步骤；若M小于设定门限，说明a步骤中本地m序列发生器的相位和发端一致，跳转到步骤d。

d、继续产生本地m序列，并与输入数据比较并计出误码数。每N个时钟周期判断误码数M’是否大于N’。若小于，将M’清零，继续进行步骤d；若大于，说明输入m序列和本地m序列发生器相位已经失步，跳转到步骤a。

随动同步所需的电路较少，适合于误码率较低的场合，在误码率低的场合同步时间很短。随动同步方式在10^-2误码率下，每次计数时钟周期N设置为512bit，码长为2¹⁵-1的PN码平均同步时间是590bit。

和发端一样，收端的本地m序列发生器也有来自组帧、解帧模块的控制线。有移位使能、置位、同步状态导入、导出、同步状态导出等。

帧序列号收发模块主要产生帧序列号，对每帧数据标号，在收端产生本地序列号与收到的序列号比较，来判断测试数据流是否发生了丢帧。序列号产生和比对都简单，将序列号安放在帧的某个部位就可以了。但是有一个问题是：被测系统本身是被假设为有误码的，若误码刚好发生在序列号所在的位置，那么原本是误码事件，就会被扩大成丢帧事件。所以应该让帧序列号具备一定的容错能力，为此采用一种简单的编码方式：将帧序列号重复发生5次，收端按bit进行5判3，得到帧序列号后再与本地帧序列号进行比对。帧序列号收发模块也受控于组帧、解帧模块，控制方式类似。

组帧、解帧模块需要适配被测系统的接口，对于测试不同系统的和系统中不同部位的设备，组帧、解帧模块都是特定的。同一系统所需的各种组帧、解帧模块都集成在FPGA，使用时由用户在界面进行选择。组帧、解帧模块在发端主要是控制PN码收发模块，帧序列号收发模块工作，并将这两个模块产生的数据成帧以形成测试数据流，收端则是将到的测试数据流解帧，并将PN码和帧序列号送给相应模块。下面以较常用的IEEE802.3标准的MAC帧为例，详细说明组帧、解帧模块的实现方式，先说明基本配置的实现方式。

根据IEEE802.3标准的MAC帧格式，我们制定测试数据流的格式如图10，MAC帧头帧尾都同IEEE802.3标准的规定，MAC帧净荷填充为帧序列号、时间戳和m序列，每一帧的帧序列号为5字节，时间戳是4字节，剩余字节填充m序列，长度由帧长度字段决定，是(帧长度-5-4)字节。组帧模块发送测试数据流的步骤是：

a、发送前导码和界定符字段。

b、根据单片机设置的目的地址和各个地址分配的带宽，轮流发送各个目的地址字段。随后根据单片机设置的源地址发送源地址字段。根据单片机设置的帧长度发送帧长度字段。

c、发送帧序列号。将该目的地址上一帧的帧序列号导入到帧序列号发模块，帧序列号收发模块将序列号加1发给组帧模块。组帧模块发送完帧序列号后，再将帧序列号存储到对应于该目的地址的寄存器中。

d、将本地一个用于计时刻的32位计数器的值发送。

e、发送m序列。与c类似，将该目的地址上次的m序列相位信息导入到m序列发生器，即置位m序列发生器的31个寄存器。将移位使能置高，下以个时钟周期开始取m序列发生器产生的数据并发送。发送完后将移位使能置低，将m序列发生器的31个寄存器中的内容导出到对应于该目的地址的寄存器中。

解帧模块将收到的数据按IEEE802.3标准进行解析，提取出帧序列号和m序列给帧序列号收模块和PN码收模块。将收到的时间戳与本地时间戳相间得到时延值。解帧模块对这两个模块的控制与发帧模块类似。

为了实现性能测试，该设备在基本配置基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪。组帧、解帧模块可以适配IP或ATM业务测试仪的数据。组帧模块缓存来自IP和ATM接口的数据包或信元，并将其封装在测试数据流里面发送。同样，解帧模块从测试数据流中提取出IP包或ATM信元并发送给IP或ATM业务测试仪。

对于扩展配置设备，其解帧模块和基本配置设备的设计方法一样。但为了实现被测设备的参数调整组帧模块根据设置，可以直接将收到的数据转发，或者在收到的数据中加入人为误码再转发给被测设备，来测试参数的调整对被测设备性能的影响。

总线模块要实现测试仪时间同步和控制命令转发的功能。测试仪的时间同步是为了让测试仪的基本配置与扩展配置有相同的时间基准。测试数据流在基本配置打上时戳发出，经过被测设备，流入扩展配置设备时，扩展配置设备通过比较时戳时间与本地时间的差值，得到测试数据流的单向时延。时间同步的实现采用单向同步的方式，基本配置周期性发送带有本地时戳的消息，扩展配置收到消息后提取时戳，将本地时间调整到与基本配置设备的时间一致。这种同步方式实现较简单，但存在时戳消息在总线上的传送延迟误差。不过总线延迟很小，与被测设备时延比较可以忽略，对时延测试结果准确度基本没有影响。控制命令转发功能方便了基本配置统一管理扩展配置，将基本配置人机界面的设置通过总线转发到扩展配置，以实现对扩展配置的设置。另外扩展配置的主控单元可以将测试结果组成命令，通过总线转发至基本配置，由基本配置的控制单元进行显示。

出现二个以上基本配置设备时，测试系统的时钟同步是关键技术，通常测试仪需要与被测试系统建立时钟同步关系，以控制数据发送和接收。而在对通模式下，端点与端点的误码仪之间需要时钟同步，以便统计业务量、计算时间相关指标。对通模式下时间同步是通过连接两个FPGA的总线来实现，首先是发端将自己的时间发给收端，然后收端将收到的发端时间当作自己的工作时间，这样使两个FPGA的工作时间相同，达到时间同步。

扩展配置设备实现被测设备的内部监测时，内嵌于被测设备功能程序中，包含上述模块中的PN码收模块，帧序列号收模块，解帧模块。将流经被测设备的测试数据流提取解帧，对帧序列号和PN码分析并给出异常告警信号，实现被测设备的内部监测。基本配置设备和扩展配置设备可以挂接示波器或者逻辑分析仪用于辅助分析。

在FPGA程序内部把误码指示和丢帧指示这两个信号量输出至I/0，与面板上的接线柱相连。同样，收码、收钟、发码、发钟也与面板上的接线柱相连。当测试出现误码或丢帧现象时，以误码指示或丢帧指示作为逻辑分析仪的触发条件，通过观察误码或丢帧发生的时刻测试仪收到的测试数据流，分析误码或丢帧产生的原因。

基本配置带有电源单元，提供本模块以及为其他无电源单元的扩展功能模块的二次电源。电源单元将交流220V电源通过变压得到24V直流电源，24V直流电源输入至电源板，电源板输出5V，3.3V，1.8V，1.5V。这些电压供基本配置使用，并且作为二次电源提供扩展配置使用。

测试仪的设备壳体和电缆配件统一进行设计，设备壳体前方是人机界面，包括液晶显示器和4×4小键盘，侧面及背面是各种接口和引脚。电缆配件参考各种接口标准进行设计和配置。

Claims (4)

1.一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成，其特征在于：

A、所述基本配置设备：完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；

B、所述扩展配置设备：实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备；

其中性能测试扩展配置设备是在所述基本配置设备基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪；

所述扩展配置设备设置有扩展功能模块实现被测试设备内部监测和参数调整，该扩展功能模块分为：a、数据链路层协议功能调测模块；b、数字化信道功能调测模块；所述扩展功能模块实现被测系统的数据链路层协议和数字化信道功能子系统测试，实现通信设备的端点到本端点的回环测试，实现通信设备组网的端点到对端点对通测试、以及多端点之间组网测试。

2.根据权利要求1所述的网络综合调测系统，其特征在于：所述基本配置设备和扩展配置设备设置有提供挂接逻辑分析仪或者数字示波器的测试端口。

3.根据权利要求1所述的网络综合调测系统，其特征在于：所述基本配置设备由二个以上基本功能模块级联组成，所述扩展配置设备由基本测试功能模块和扩展功能模块级联组成；

A、所述基本配置设备由主控单元、接口单元、时钟单元、基本业务源发生器及接收器单元、电源单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：完成管理、配置、测试结果分析和显示功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元：完成基本配置设备与被测试设备之间的同步，提供被测试设备以及其他扩展配置设备的同步时钟源；

d、基本业务源发生器及接收器单元：产生特定的测试业务流或者适配由所级联的标准业务发生模块所产生的业务源，接收对端设备发送的数据并解析业务流和信令流；

e、电源单元：为基本配置设备以及其他无电源单元的扩展配置设备提供二次电源；

B、所述扩展配置设备中的基本测试功能模块由主控单元、接口单元、时钟单元、业务数据转发、接收器和添加干扰单元、设备壳体和电缆配件组成，其中：

a、主控单元：接受基本配置设备的控制，完成管理、配置、测试结果分析功能；

b、接口单元：完成与被测试设备、扩展配置设备以及基本配置设备之间的级联；

c、时钟单元，完成与基本配置设备之间的同步；

d、业务数据转发、接收器和添加干扰单元；

e、设备壳体和电缆配件。

4.一种网络综合调测系统，由至少一个基本配置设备和至少一个扩展配置设备级联组成，其特征在于：

A、所述基本配置设备：完成系统管理、模块之间接口适配、时钟分配、业务源发生和测试结果分析显示功能；

B、所述扩展配置设备：实现被测试设备内部故障监测、参数调整和辅助组网连接，根据所述扩展配置设备的用途分为性能测试扩展配置设备和系统调试扩展配置设备；

其中性能测试扩展配置设备是在所述基本配置设备基础上提供IP和ATM接口以叠加通用IP或ATM业务测试仪；

所述扩展配置设备设置有扩展功能模块实现被测试设备内部监测和参数调整，该扩展功能模块分为：a、数据链路层协议功能调测模块；b、数字化信道功能调测模块；所述扩展功能模块实现被测系统的数据链路层协议和数字化信道功能子系统测试，实现通信设备的端点到本端点的回环测试，实现通信设备组网的端点到对端点对通测试、以及多端点之间组网测试；

所述基本配置设备的主控单元统一管理、控制所述基本配置设备和扩展配置设备的测试分析、时钟子系统，通过界面设置，测试不同的被测系统、同一被测系统的不同功能单元，具有可扩展性；

I、所述网络综合调测系统通过基本配置设备的界面统一配置不同的扩展配置设备，管理所述扩展功能模块、配置有业务源发生器、开放与逻辑分析仪和数字示波器连接的测试端口，基本配置设备的业务源发生器通过速率、码型的选择产生不同的测试数据流，通过选择成帧、解帧模块可以测试不同通信系统，或者同一通信系统中的不同单元；

II、网络综合调测系统采用统一的数据分析机制，基本配置设备的主控单元统一处理该基本配置设备所采集的数据，以及扩展配置设备采集并经过预处理后的数据，支持网络流量、时延、时延抖动、丢包、丢帧、特定误码和特定信元分析，当出现特定或异常事件时能够进行触发和告警，得出测试结果，由基本模块界面显示所述测试结果，并通过数据接口发送到外部存储单元；

III、网络综合调测系统采用统一的测试时钟源，基本配置设备提供测试系统的时钟源，扩展配置设备通过带外和带内方式支持与基本配置设备同时钟源。

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