CN101336520A

CN101336520A - 一种在光传输网络中测量数据业务相对时延的方法

Info

Publication number: CN101336520A
Application number: CNA2006800517793A
Authority: CN
Inventors: 郁志勇
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: SHANDONG CHENGDA NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2006-12-31
Filing date: 2006-12-31
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-12-31
Also published as: CN101336520B; WO2008080263A1

Abstract

本发明公开了一种在光传输网络中测量数据业务相对时延的方法，通过传递时戳标识来实现数据业务的相对时延，由源端定时持续地向宿端发送承载于虚容器开销上的时戳标识，每次发送后源端时戳标识增加一个定时间隔，在进行相对时延测量时，源端收到数据包后立刻向所述数据包添加当前时戳标识，进行相关处理及封装后向宿端发送；宿端接收数据包，进行相关处理及解包封，在输出时提取数据包内时戳标识，同时获取此时承载于虚容器开销上的时戳标识；用从虚容器开销上所得时戳标识减去从宿端数据包获得的时戳标识，计算出相对时延。本发明可在线实时无损的测量SDH/SONET网络的数据业务相对时延，得到单个数据包的相对时延。

Description

一种在光传输网络中测量数据业备相对时延的方法

技术领域

本发明涉及光传输网络中的时延测量技术，尤其涉及在 SDH/SONET网络光传输设备上提供数据业务时延测量的方法。

背景技术

随着数据业务的飞速发展，在同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy, SDH )或同步光纤网（Synchronous Optical Network, SONET ) 的传输设备上，通过采用 MSTP ( Multi-service transport platform, 多服务传输平台）技术提供数据业务的接入，目前已在城域网中得到了广泛的应用。

MSTP传送数据业务的优点，主要表现在相对较高的 QoS ( Quality of Service, 服务质量）保障和低成本。而 QoS 中一个比较重要的指标就是业务的时延和时延抖动，这些指标随着语音和视频逐步采用 IP技术进行传送会越来越重要。普通的上网浏览等应用一般基于 TCP/IP协议，而 TCP/IP协议是一种基于请求 -应答（Request - Respond )的模式，这种模式决定了用户实际可用带宽对时延是敏感的，当传输网时延较大时，使用 TCP/IP协议的业务将可能无法达到其最大速率，造成带宽的浪费。

作为 QoS的一个重要指标，如何进行时延测量一直是业界关心的话题。目前设备标称的时延一般都是通过专用仪表进行测试，测试时也不是实际在线测试，其结果往往仅供参考，无法体现实际网络运行时的时延情况。实际使用中，用户一般会使用 ping命令的方式验证网络的实际时延，但精确度不高，受软件运行情况影响较大，无法从网管实时监.视，而且也较难判断是由于 MSTP传输时延过大，还是数据设备出现问题导致时延增大。

ITU-T和 IEEE等标准化组织现在已关注到这个问题，在有关数据传送网的新标准中，已开始将时延测量（Delay Measurement )的相关内容引入以太网 OAM ( Operation, administration and maintenance, 操作管理保持）。其基本思想是通过发送专用的时延测量 0AM帧，帧中携带时戳 ( Time Stamp ), 宿端回送该带时戳的 OAM帧，源端再接收后通过时戳相减确认双向时延，标准也支持发送特定 OAM帧进行单向时延的测量，但由于其要求源端和宿端在时间上的同步，应用中难以实现，所以主要是用于测量双向时延。

但在实际网络中，数据业务两个方向的时延往往并不一样，插入的新的测试包由于经历的流程并不完全相同，无法体现实际业务的真实时延。

因此，目前较常见的利用网络分析仪、 ping命令以及 OAM帧测量时延的方法，都各有其无法解决的问题，而且这些测试的方法都不是真实的反映出真正的数据包的时延，当业务中混合不同优先级业务时，这些测试方法也无法实时统计出当前网络中各优先级业务的实际时延值。

由于 SDH/SONET光传输网络单向时延基本固定，和节点传输时延以及光纤时延相关，可以利用多种方式确定其时延，如专利 WO2004068750所述方法或直接利用光纤时延加上节点时延，所以测量 SDH/SONET中承载数据业务时延的关键是得到其相对于网络的时延。发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在光传输网络中测量数据业务相对时延的方法，解决光传输网络中不能准确获取单向数据业务相对时延的问题。

本发明提供一种在光传输网络中测量数据业务相对时延的方法，源端定时持续地向宿端发送承载于虚容器开销上的时戳标识，每次发送后源端时戳标识增加一个定时间隔，在进行相对时延测'量时，包括如下步骤：

. Sl、源端收到数据包后，立刻向所述数据包添加当前时戳标识，进行相关处理及封装后向宿端发送；

52、宿端接收所述数据包后，进行相关处理及解包封，在输出时提取数据包内时戳标识，同时获取此时承载于虚容器开销上的时戳标识；

53、用从虚容器开销上所得时戳标识减去从宿端数据包获得的时戳标识，计算出数据包相对光传输网絡的相对时延。

进一步地，所述源端具有一个时戳产生装置，以固定的计时间隔产生时戳标识，源端定时持续发送时戳标识时，每发送一次时戳标识增加一个计时间隔的计数。所述时戳产生装置是源端的一个定时器，该定时器在每个同步数字系列 SDH帧的帧头处加 1，源端每发送一次，所述时戳标识的数值更新一次，更新为定时器的当前计数值。

进一步地，所述承载时戳标识的虚容器开销是已定义使用的虛容器开销

H4、或 Jl、或 J2, 或者是保留未使用的虛容器开销，或者是通过复帧方式组成的开销。

进一步地，步骤 S1 中，向所述数据包添加当前时戳标识的步骤，是将所述当前时戳标识加入原有数据包中的保留字节、或加入数据包中在任意位置额外增加的字节。

进一步地，步骤 S2中，宿端在输出时提取数据包内时戳标识的时刻，是在输出数据包第一个比特时，或在输出数据包最后一个比特时。

进一步地，步骤 S2中获取虛容器开销上的时戳标识步骤，是在虛容器组 VCG的各个虚容器 VC成员对齐之前或对齐之后进行，

如对齐之前进行,若时戳标识取各虚容器 VC成员中的时戳标识最小偉，步骤 S3中计算所得相对时延包含了虚容器组 VCG时延补偿时间，若时戳标识取各 VC成员中的时戳标识最大值，步骤 3计算所得相对时延未包含虚容器组 VCG时延补偿时间；

如对齐之后进行，该时戳标识取任意虚容器 VC成员中的时戳标识，步骤 3计算所得相对时延未包含虚容器组 VCG时延补时间。

进一步地，步骤 S3中，计算相对时延时，如果从虛容器开销上所得时戳标识作为被减数，小于作为减数的从宿端数据包获得的时戳标识, 3'j被减数应使用补码，或将所得负值结果与最大时戳标识计数值相加。

进一步地，所述时戳标识在被传递时所需比特数 TSbits是由时戳标识最大值 TSmax决定，两者满足 TSmax < 2^ATSbits - 1 , 对应时戳标识最大值 TSmax的最大相对时延 DMmax = TSmax x计时间隔。

进一步地，所述数据包是任意具有分组结构的数据包，所述数据包类型包括 ATM信元、或以太网帧、或多协议标记交换 MPLS帧、或弹性分组环 RPR帧、或 IP包。

采用本发明所述的方法，可在线实时无损的测量 SDH/SONET网络的数据业务相对时延，由于其可以提供单个数据包的相对时延数据，因此可用于监控不同优先级业务的时延变化情况，方便用户进行比较，并验证网络的 QoS保障情况。时延数据由设备直接采集后可以在网管上显示，测试过程对于业务无损，方便工程应用和测试。附图概述

图 1是本发明实施例中进行数据业务相对时延测量的网络模型图；图 2是本发明实施例的应用实例组网示意图；

图 3是本发明实施例的应用实例中以太网帧示意图。本发明的较佳实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明技术方案的实施作进一步的详细描述。 '

本发明提出了一种在 SDH/SONET 光传输网络上实时测量单向数据业务相对时延的方法，目的在于实时监控各业务数据包相对于 SDH/SONET网络的时延。

如图 1所示，显示了光传输网络中测量数据业务时延的组网示意图，包括源端（ source )、宿端（ sink )、以及连接于源端和宿端之间的 SDH/SONET 光传输网络。业务数据从接收端口（ingress )进入源端，经 SDH 网络传输至宿端，在宿端由输出端口（egress )送出。

通常， MSTP (多服务传输平台）设备的数据业务单向时延，包括如下 3个部分：

( 1 ) 从源端开始接受数据包到发送到 VCG ( Virtual Concatenation

Group, 虚级联组）的时延；

( 2 ) SDH网络时延； ( 3 )宿端从 SDH虚容器中恢复出数据包并发送出来的时延。. 由于 MSTP设备传送的数据业务承载层为 SDH/SONET网络，本发明利用 SDH/SONET光传输网络基于时分（TDM ) 的传送机制以及丰富的开销，来测量所承载业务的相对时延。

首先，引入 SDH/SONET时戳概念，该时戳用于标识系统的时间信息，由 SDH/SONET时钟进行计时，利用 SDH帧或 SONET帧携带时戳标识，定时持续地通过 SDH/SONET进行源端到宿端的发送，每发送一帧，增加一个计时间隔，将计时间隔的计数作为时戳标识。

发送时，在 SDH/SONET中，源端利用 SDH帧或 SONET帧的虛容器 VC ( Virtual Container )开销携带该时戳标识，作为基准时间。同时，在数据业务的每个单独的数据包中增加一个时戳标识（可以在包中新增开销或使用包中原保留的字节），作为测量起始时间。接收时，宿端利用获得的时戳标识来计算时延。这里所述时戳（Time Stamp )是一个笼统的叫法，是一种表示时间信息的方法，它的具体值这里写为时戳标识，时戳标识可以用于记录和计算。

基于图 1所示的测试组网，可以用 T1表示数据业务相对于光传输网络 ( SDH/SONET ) 的相对时延。为了便于理解，我们可以用 T12表示从源端开始接受数据包到发送到 VCG ( Virtual Concatenation Group, 虚级联组）的时延；用 T23表示 SDH网络时延；用 T34表示宿端从 SDH虚容器中恢复出数据包并发送出来的时延。由于本发明计算的是相对时延，所以 T1中不包括 SDH网络的时延，即 T1不包括 T23。可以认为 Τ23就是 SDH的网络时延，由于在位置 3这个点来说，存在着是否计算虛级联补偿时间的问题，所以这个点的界限比较模糊,对于 T23是否包括位置 3这个点的虚级联补偿时间需要区别对待。

为了测量数据业务的相对时延，首先，要在源端建立时戳，在图 1所示的位置 1 处，源端利用虛容器 VC 开销传递时戳标识，系统每发送一帧 ( 125us ) , 时戳标识增加一个计时间隔的计数，并同时，将当前的时戳标识更新到该 VC开销中。这样源端就定时持续地向宿端发送携带有表示基准时间的时戳标识（图 1 , 2处），该时戳标识用于表示当前的时 Ι¾Η言息。系统发送的帧可以是 SDH帧或 SONET帧。 SDH帧是一个完整的帧， VC是 SDH帧中的净荷，所以 VC开银自然也包括在 SDH帧中。

在测量具体数据业务的相对时延时，包括如下步骤：

第一步：源端从接收端口（Ingress )收到业务数据包后，需要立即在数据包中添加当前时戳（图 1 , 位置 1处），在完成其它处理后，将数据包封装到 SDH/SONET VCG中发出。向数据包中添加的时戳标识，可以利用原有数据包中的保留字节，也可以利用在数据包的任意位置增加的额外开销字节。此处此添加的时戳标识，用于表示开始接收数据业务时的开始时间信息。

第二步：宿端收到数据包，对数据包进行恢复和处理，在输出到 Egress 输出端口时，提取数据包中的时戳标识（图 1 , 位置 4处）；，同时，宿端需要解出当前 VC开销中携带的时戳标识（图 1 , 位置 3处）。

提取数据包中时戳标识的时刻，可以是在输出数据包第一个 bit的时刻，也可以是在输出最后一个 bit的时刻。提取出包中的时戳标识，即可获得数据业务的开始时间信息。

与此同时，在宿端提取出 VC中所含时戳标识，由于其在数据业务传输、处理期间是定时持续进行的，该宿端从 VC提取的时戳标识，用于表示数据业务的结束时间信息。提取时，可以在 VCG各 VC成员对齐之前进行，也可以是各成员对齐后进行。

如对齐前进行，该时戳标识可以取各 VC成员中的最小值或最大值。如果取最小值，则相对时延 T1 包含了 VCG时延补偿时间，计算总时延时只需要增加 SDH/SONET 网络的最短路径时延；如果取最大值，则相对时延 T1未包含 VCG时延补偿时间，计算总时延时只需要增加 SDH/SONET网絡的最长路径时延。

如对齐后进行，该时戳标识可以取任意 VC成员中的时戳标识，相对时延 T1 未包含 VCG时延补偿时间，计算总时延时只需要增加 SDH/SONET 网络的最长路径时延。

上面所述的时戳标识与业务数据包都是由 VCG承载的，其中， SDH VCG 成员有 5种： VC-11的， VC-12的， VC-2的， VC-3的， VC-4的，而 SONET VCG成员有 4种： VC-11的， VC-2的， VC-12的， VC-3的。根据标准要求，一个 VCG中所有 VC成员必须都是同一种 VC，不同 VCG间可以是包括不同种类 VC,可以保证所有的数据包均封装到同一种 VC.类型的容器中传输。在本发明中所述的 VC，可以是其中任何一种，每一种 VC都会携带开销，也都有保留的开销。

第三步：用恢复的 VC中所含结束时戳标识减去恢复的数据包所含的开始时戳标识，即可得到该数据包相对于 SDH/SONET网络的额外时延 Tl。当被减数小于减数时，说明时戳计数器已溢出，应使用补码或将负值结果与时戳标识最大值 TSmax相加。其相对时延的具体时间值可以通过时戳差值乘以设定的定时时长即可得到。

以上所述时戳标识，是一个特定的计时信息，传递时戳标识所需的比特位数（TSbits ) , 由时戳标识的最大值 TSmax决定， TSmax≤ 2^ATSbits - 1；可测的最大相对时延（DMmax )为： DMmax = TSmax* 125us, 超过 DMmax 的相对时延将可能导致最终第三步减法运算的结果不正确。

以上所述的数据包，是一个通称，实际可以是任意有分组结构的数据包，例如 ATM信元、以太网帧、 MPLS ( Multi-Protocol Label Switching, 多协议标记交换）帧、 RPR ( Resilient Packet Ring, 弹性分组环）帧、 IP包等。

在所述第一步中，用于传递时戳的 VC开销可以是已定义使用的 VC开销（如 H4、 Jl、 J2等）、或保留未使用的 VC开销，也可以是通过复帧方式组成的开销（如 MFI ( Multi Frame Indicator )等）。在使用复帧方式传递时戳标识时，恢复出来的时戳需要减去插入和解出时戳所需的复帧组成时间。

采用虚级联技术时，数据净荷将被分拆，组成 VCG, 经过两个或多个路径在 SDH网络中传输。因为这两个或多个路径的距离和其路径所包括的网元数量均不可能相同，故 VCG成员不可能同时到达终点；宿端接收设备必须补偿其时延差后再重组净荷。

应用实例: 如图 2所示的光传输网的组网示意图。该组网为 SDH网络，包括两个 SDH站点，即站点 A和站点 B，在站点 A和站点 B之间，存在一条需要监控的以太网业务。从 A站点的以太网 FE ( Fast Ethernet )端口到 B站点的 FE端口，采用一个虚容器 VC-4来承载该业务。

在图 2所示的实例中，采用 VC-4的 H4字节开销来传递时戳标记，不使用复帧结构，假定时戳标识需要 8bits进行传递，则可知 TSbits = 8bits, 由 TSmax < 2^ATSbits - 1 , 可知时戳最大值 TSmax = 255 , 由 DMmax = TSmax*125us, 可知最大可测时延 DMmax = 255 x 125us = 31,875ms。

' 假定传递的数据包为以太网帧，在以太网帧中增加新开销字节以实现在数据包中传递时戳标识，当然，在其它实例中也可以采用以太网帧中原保留的开销字节来传递时戳标识。时 #1标识的位置位于帧头，通过新增类型域标识该携带时戳的帧。所述新增的类型域是专门用来表示帧中是否携带时戳标志的，除了需要类型域表示本帧带时戳外，还有一个真正承载时戳的开销，测试时延用的，凡是要测试时延的包都需要增加新的开销或使用原有保留开销。只有加了时戳的数据包才能测试其时延，没有加的包其时延就不可知。本实施例中，时戳标识只使用 8bits (如图 3 ) 。 '

基于上面的 SDH组网及参数配置，在图 2所示的实例中，

首先，需要在源端建立时戳，可以采用一个源端计数器 Counter来产生时戳标识，源端定时持续向宿端通过 SDH网络发送 SDH帧，发送时，就在每一个 SDH帧头处，计数器 Counter加 1 , 即增加一个定时间隔，. A点每发送一个 SDH帧， H4开销变化一次，其传递的时戳值为计时器 Counter的当前值

假定计数器初始值为 1 , 则发送第 100个帧时，对应帧中的当前时戳标识 TS=100, 所述定时间隔为帧长 125us。

在进行相对时延测量时，源端可以选择正常数据业务包以监测其时延状况，也可以发送利用专门的用于测量相对时延的数据包。在发送作为基准时间的时戳标识过程中，测量数据业务时延的处理流程如下：

步骤 1: 当 A点从 FE端口收到一个以太网帧后，立即将 Counter当前值（如本例： TS=100 )插入以太网帧中，如图 3 所示，采用新增开销的方法，在数据包加入了一个时戳（time stamp )开销，用于携带当前时戳标识，同时再新增一个类型的开销，表示帧中携带有时戳标识。此处，都采用新增开销的方式，当然在其它实时方式中，也可以利用原有保留的开销来携带时戳标识或用于标识帧中携带有时戳；在对以太网帧完成相关的交换、 GFP ( Generic framing procedure,通用帧处理程序）封装、映射等处理后，从 SDH 接口发出，经 SDH网絡发送给作为宿端的 B点；

步骤 2: B点利用其 SDH接口接收该 VC-4, 通过 GFP解封装恢复出以太网帧，进行相应处理后，发送到 B点的 FE端口，在由 FE端口输出时，提取并剥离该以太网帧中携带的时戳标识，由于该帧即为步骤 1 中 A点接收的以太网帧，因此，提取得到包中携带的时戳标识 TS=100; 同时， B点解出刻在 SDH接口上接收的 VC-4中 H4携带的时戳标 i。、 (如本例：得到 TS=135 ) ；

步骤 3:用宿端从 VC-4中提取的 TS = 135减去从以太网帧中提取的 TS = 100, 可以得到 35，表示该以太网帧相对于 SDH网络的额外时延为 35 x

通过上面的 3 个步骤，就可以测量出单个数据包相对于传输网絡的时延。

如需要得到该以太网帧的完整时延，只需要再加上 SDH网络的单向固定时延即可。

同时，本发明可在线实时无损的测量 SDH/SONET网络的数据业务相对时延，由于其可以提供单个数据包的相对时延数据，因此可用于蓝控不同优先级业务的时延变化情况, 方便用户进行比较，并验证网络的 QoS保障情况。 ' .

进一步地，时延数据由设备直接采集后可以在网管上显示，测试过程对于业务无损，方便工程应用和测试。

从上面可以看到通过这种方法达到了测试各个实际的数据包相对于 SDH/SONET网络单向时延的目的，可以指示出实际业务各数据包的时延变化情况，有利于比较各优先级业务的实际时延。工业实用性

本发明所提供的一种在光传输网络中测量数据业务相对时延的方法，利用传递时戳标识来实现数据业务的相对时延，可在线实时无损的测量 SDH/SONET网络的数据业务相对时延，由于其可以提供单个数据包的相对时延数据，因此可用于监控不同优先级业务的时延变化情况，方便用户进行比较，并验证网络的 QoS保障情况。时延数据由设备直接采集后可以在网管上显示，测试过程对于业务无损，方便工程应用和测试。

Claims

权利要求书

1、一种光传输网络中测量数据业务相对时延的方法，其特征在于，源端定时持续地向宿端发送承载于虚容器开销上的时戳标识，每次发送后源端时戳标识增加一个定时间隔，在进行相对时延测量时，包括如下步驟：

Sl、源端收到数据包后，立刻向所述数据包添加当前时戳标识，进行相关处理及封装后向宿端发送；

S2、宿端接收所述数据包后，进行相关处理及解包封，在输出时提取数据包内时戳标识，同时获取此时承载于虛容器开销上的时戳标识；

识，计算出数据包相对光传输网絡的相对时延。
2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述源端具有一个时戳产生装置，以固定的计时间隔产生时戳标识，源端定时持续发送时戳标识时，每发送一次时戳标识增加一个计时间隔的计数。
3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述时戳产生装置是源端的一个定时器，该定时器在每个同步数字系列 SDH帧的帧头处加 1，源端每发送一次，所述时戳标识的数值更新一次，更新为定时器的当前计数值。

4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述承载时戳标识的虚容器开销是已定义使用的虛容器开销 H4、或 Jl、或 J2, 或者是保留未使用的虚容器开销，或者是通过复帧方式组成的开销。
5、如权利要求 1所迷的方法，其特征在于，步骤 S1 中，向所述数据包添加当前时戳标识的步驟，是将所述当前时戳标识加入原有数据包中的保留字节、或加入数据包中在任意位置额外增加的字节。

6、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 S2中，.宿端在输出时提取数据包内时戳标识的时刻，是在输出数择包第一个比特时， .或在输出数据包最后一个比特时。
7、如权利要求 I所迷的方法，其特征在于，步骤 S2中获取虛容器开销上的时戳标识步骤，是在虛容器组 VCG的各个虛容器 VC成员对齐之前或对齐之后进行，如对齐之前进行，若时戳标识取各虚容器 VC成员中的时戳标识最小值，步骤 S3中计算所得相对时延包含了虚容器组 VCG时延补偿时间，若时戳标识取各 VC成员中的时戳标识最大值，步骤 3计算所得相对时延未 '包含虚容器组 VCG时延补偿时间；

如对齐之后进行，该时戳标识取任意虚容器 VC成员中的时戳标识，步骤 3计算所得相对时延未包含虚容器组 VCG时延补偿时间。
8、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 S3中计算相对时延时，如果从虚容器开销上所得时戳标识作为被减数，小于作为减数的从宿端数据包获得的时戳标识，则被减数应使用补码，或将所得负值结果与最大时戳标识计数值相加。

9、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述时戳标识在被传递时所需比特数 TSbits是由时戳标识最大值 TSmax决定，两者满足 TSmax < 2^ATSbits - 1 ,对应时戳标识最大值 TSmax的最大相对时延 DMmax = TSmax χ计时间隔。
10、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述数据包是任意具有分组结构的数据包，所述数据包类型包括 ATM信元、或以太网帧、或多协议标记交换 MPLS帧、或弹性分组环 RPR帧、或 IP包。