CN101631049B - 网络授时精度测试方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络授时精度测试方法，它包括以下步骤：①生成标准时标信号和标准频标信号；②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；③利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。本发明提供了一种高精度测量网络时间服务器授时精度设备及方法，利用外输入高精度的时标和频标信号生成测量用的标准时间源，另外，在MAC层进行时间标签标定时利用生成的标准时间源信息去测定被测设备的授时精度，去除了传统的在应用层标定时间所引入的网络处理时延，减少了授时测量设备引入的测量误差。本发明利用PC机输出原始的测量数据，计算授时结果，为分析授时结果，提高授时服务器授时精度提供了数据支持。
Description
技术领域
本发明属于网络通信领域，具体地说是涉及一种网络授时精度的的测试方法及其设备。
背景技术
网络授时设备应用日益广阔，同时对网络授时设备的授时精度要求越来越高。然而如何测量授时设备的授时精度，却没有一种好的测试设备与方法来精确测量网络授时设备授时的时间精度。
在通常的技术中，网络授时设备的授时精度测量，通过服务器对时间准确的授时客户端授时，计算时间偏差来统计、计算得到授时精度。然而这种方法由于授时客户端网络数据通过网络协议栈进行数据收发，要通过UDP层处理，IP层处理，MAC层处理，任务调度，时间标定等一系列的工作，每个处理过程都要引入处理时延，而引入的这些不确定处理时延会加大测量误差，加上普通测量设备时钟的精度局限，使得到的授时设备的授时精度难以精确测量。
网络授时设备的授时精度测量没有一个精确的现有技术方案引入大量的测量误差，造成测量精度低，不能真实反映网络授时设备的授时精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备和方法来实现网络授时设备的高精度时间测量，可以真实测量授时设备的授时精度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种网络授时精度测试方法，以下步骤：
①生成标准时标信号和标准频标信号；
②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；
③利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。
上述的标准时标信号和标准频标信号来源于北斗卫星信号。
上述的步骤③为：在授时服务器MAC层进行时间标签标定的时候，利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。
一种网络授时精度测试设备，包括：
授时服务器，为被测网络授时设备，与授时测试设备相连；
授时测试设备，其与授时服务器相连，测量授时服务器的授时精度；
标准时标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准时标信号；以及
标准频标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准频标信号。
上述的授时测试设备与PC机相连接。
上述的授时测试设备包括标准时间源生成模块，所述标准时间源生成模块的输入端分别与时标接口和频标接口相连，其输出端与授时测量模块相连。
上述的标准时间源生成模块和授时测量模块均与网络接口相连接；所述授时测量模块的输出端与结果输出接口相连接。
本发明提供了一种高精度测量网络时间服务器授时精度设备及方法，利用外输入高精度的时标和频标信号生成测量用的标准时间源，另外，在MAC层进行时间标签标定时利用生成的标准时间源信息去测定被测设备的授时精度，去除了传统的在应用层标定时间所引入的网络处理时延，减少了授时测量设备引入的测量误差。本发明利用PC机输出原始的测量数据，计算授时结果，为分析授时结果，提高授时服务器授时精度提供了数据支持。
附图说明
图1为本发明设备的整体结构原理框图；
图2为本发明中授时测试设备的结构原理框图；
图3为本发明中授时测量模块的整体处理流程图；
图4为本发明中授时测量模块测试数据发送的流程图；
图5为本发明中授时测量模块测试数据接收及输出的流程图。
具体实施方式
实施例1
一种网络授时精度测试方法，它包括以下步骤：
①生成标准时标信号和标准频标信号，上述的标准时标信号和标准频标信号来源于北斗卫星信号；
②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；
③在MAC层进行时间标签标定时，利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。
与传统的网络授时精度测试方法相比，本发明不再利用时间标准的授时客户端，而是利用一个能够产生标准时间源信息的授时测试设备。由于标准的时间源信息由标准的时标信号和频标信号合成，而标准的时标信号和频标信号又实时地来源于北斗卫星信号，这样就可以获取高精度的时间信息和稳定的时间间隔，此时间间隔与一个高精度、高稳定度的频率源进行对比、计数，构成本地的高精度、高稳定度的时钟，精度在1ns或者10ns级别。上述高精度高稳定度的频率源可以为原子钟，还可以为晶振、温补钟等。这样就为整个授时设备提供了一个统一的稳定的高精度的信号源，在时间源的准确性上为本发明的实施提供了一个很好的保证。
除此之外，与传统的网络授时精度测试方法相比，授时客户端网络数据通过网络协议栈进行数据收发，要通过UDP层处理，IP层处理，MAC层处理，任务调度，时间标定等一系列的工作，每个处理过程都要引入处理时延，从而影响网络授时的精准性。为解决这个问题，本发明的步骤③中，授时服务器在MAC层进行时间标签标定时，授时测试设备就利用生成的标准时间源信息测定授时服务器的授时精度。
上述在MAC层进行时间标签标定的技术，是指在网络协议栈收发数据时，将时间标签的标定位置放到MAC层中，其具体包括以下步骤：
①授时测试设备向授时服务器发送授时数据包，并标定源时间标签T1；
②授时服务器在接收MAC层授时数据包时，获取当前系统时间，并将当前系统接收时间T2作为授时服务器接收时刻的时间标签；
③当授时服务器发送MAC层授时数据包时，将当前系统发送时间T3作为授时服务器发送时刻的时间标签；
④授时测试设备接收到授时数据包，标定到达时间T4，并作校时处理。
由于网络协议栈收发数据的不对称性，以及网络协议栈处理数据的非实时性，操作系统任务调度的不确定性，使接收处理延时增加，不确定性增强。为消除授时服务器的网络协议栈接收处理延时，本发明将时间标签的标定位置放到MAC层。授时服务器在MAC层中，发现收到的是授时请求包后，立刻就将时间信息记录下来；当授时数据包经过网络协议栈处理之后，到达应用层之前将在MAC层记录的时间信息放入数据包中。这样可使接收到的数据包与先前记录下的时间信息一一对应。这样可以有效的消除授时服务端网络协议栈处理引入的授时误差。
上述在MAC层进行时间标签标定技术的具体工作步骤及工作流程如下：
授时测试设备向授时服务器发起授时的请求，先对请求数据包进行初始化，并标定源时间标签T1。经过授时测试设备的TCP层数据处理、IP层的数据处理和MAC层的发送处理后，发送至网络，经网络数据传输后到授时服务器的MAC层。上述TCP层的数据处理、IP层的数据处理和MAC层的发送处理由TCP/IP协议规定，为本领域普通技术人员所熟知的技术。
授时服务器在接收MAC层数据包时，获取当前系统时间，标定当前系统接收时间T2，并将当前系统接收时间T2作为附加数据段附加到数据包的末端；经IP层数据处理、TCP层数据处理后，在系统收到网络数据包时，将当前系统接收时间T2作为数据包数据添加到数据包的末端；当网络协议栈认为是正确的授时请求数据时，将数据包末端的当前系统接收时间T2认为是正确的数据包接收时间而放入到数据包中。经过授时服务器的IP层数据处理、TCP层数据处理后，授时服务器接受授时请求，处理授时测试设备的授时请求，并进入发送授时数据包步骤。上述TCP层的数据处理和IP层的数据处理由TCP/IP协议规定，为本领域普通技术人员所熟知的技术。
当授时服务器发送MAC层数据包时，先经过授时服务器的TCP层数据处理和IP层的数据处理，然后将当前系统发送时间T3作为授时服务端发送时刻的时间标签，最后经授时服务器的MAC层发送处理后，将数据包发送至网络。上述TCP层的数据处理、IP层的数据处理和MAC层的发送处理由TCP/IP协议规定，为本领域普通技术人员所熟知的技术。
授时测试设备接收到从网络传输过来的数据包，先经过授时测试设备的MAC层进行接收处理、IP层和TCP层进行数据处理后，标定到达时间T4，并由测试设备分析网络授时精度，输出数据。
上述分析网络授时精度主要是根据四个已标定的时间，即：源时间标签T1、当前系统接收时间T2、当前系统发送时间T3和到达时间T4，计算出授时测试设备时间与授时服务器的时间差。根据此时间差，授时服务器可调用相应的校时程序进行处理。所述的校时程序为本领域普通技术人员所熟知的技术。
如图1、图2所示，一种网络授时精度测试设备，它包括：
授时服务器，为被测网络授时设备，与授时测试设备相连；
授时测试设备，其与授时服务器相连，测量授时服务器的授时精度，它包括标准时间源生成模块，标准时间源生成模块的输入端分别与时标接口和频标接口相连，其输出端与授时测量模块相连，且标准时间源生成模块和授时测量模块均与网络接口相连接；授时测量模块的输出端与结果输出接口相连接；
标准时标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准时标信号；
标准频标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准频标信号；以及
PC机，与授时测试设备相连接，具备网络接口及串行接口，用于配置测量参数，并输出测量结果。
在上述的授时测试设备中，标准时间源生成模块负责接收时标接口和频标接口输出的信号，合成标准时间，供网络接口模块和授时服务器中的网络授时模块使用。时标接口和频标接口负责将外部输入的时标信号和频标信号转化为授时测试设备可使用的内部信号。授时测量模块负责发起授时测量过程；组成授时请求数据报文；接收授时数据报文；获取标准时间，计算授时服务器的授时结果；获得原始测量数据和测量结果；配置测量参数等功能。结果输出接口负责将授时测量的原始测量数据、测量结果通过网络串行接口发送出去。
授时测量模块的具体工作原理及工作过程如下：
授时测量模块首先通过网络接口向授时服务器发送测试请求数据包。在发送测试请求数据包时，从标准时间源生成模块中获取标准发送时间，并加入发送测试数据包中。然后接收授时服务器返回的测试数据包，同样在接收到测试数据包时，从标准时间源生成模块中获取标准接收时间，并加入到测试数据包中。
如图3所示的授时测量模块的整体处理流程图，首先将测试请求数据包进行初始化后发送出去，等待授时服务器接收测试数据包，并判断等待的时间是否超时。如果等待时间超时，则回到起点，重新对测试请求数据包进行初始化；如果等待时间没有超时，则从测试数据包中提取源时间标签T1、当前系统接收时间T2、当前系统发送时间T3和到达时间T4，计算出授时测试设备时间与授时服务器的时间差，并进行处理分析，最后将测量的结果输出。
如图4所示的授时测量模块测试数据发送的流程图，首先对需要发送的数据帧进行初始化，然后通过网络接口进行发送，依次进行UDP层数据处理、IP层数据处理，在MAC层提取并放入已生成的标准时间源信息后，重新完成校验，经MAC层处理后将数据帧发送出去。
如图5所示的授时测量模块测试数据接收及输出的流程图，在接收测试数据帧之前，先要经过MAC层处理，并判断是否是测试的数据帧，即判断数据发送的端口是否是预先设定的数据端口。如果不是测试的数据帧，则直接结束，不再进行测试；如果是测试的数据帧，则提取并放入已生成的标准时间源信息，依次进行IP层数据处理、UDP层数据处理，接收测试数据帧，并根据授时测试设备与授时服务器的时间差进行时间信息的计算。
本实施例为本发明最佳的实施方式。
实施例2
一种网络授时精度测试方法，它包括以下步骤：
①生成标准时标信号和标准频标信号，上述的标准时标信号和标准频标信号来源于GPS卫星定位系统内的信号；
②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；
③在MAC层进行时间标签标定时，利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。
如图1、图2所示，一种网络授时精度测试设备，它包括：
授时服务器，为被测网络授时设备，与授时测试设备相连；
授时测试设备，其与授时服务器相连，测量授时服务器的授时精度，它包括标准时间源生成模块，标准时间源生成模块的输入端分别与时标接口和频标接口相连，其输出端与授时测量模块相连，且标准时间源生成模块和授时测量模块均与网络接口相连接；授时测量模块的输出端与结果输出接口相连接；
标准时标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准时标信号；
标准频标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准频标信号。
其他技术特征与实施例1相同。
实施例3
一种网络授时精度测试方法，它包括以下步骤：
①生成标准时标信号和标准频标信号，上述的标准时标信号和标准频标信号来源于原子钟，可以为铷钟或铯钟，根据测量精度要求选用不同的等级的标准；
②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；
③在应用层进行时间标签标定时，利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度。上述的在应用层进行时间标签标定的技术为本领域普通技术人员所熟知的技术。
如图1、图2所示，一种网络授时精度测试设备，它包括：
授时服务器，为被测网络授时设备，与授时测试设备相连；
授时测试设备，其与授时服务器相连，测量授时服务器的授时精度，它包括标准时间源生成模块，标准时间源生成模块的输入端分别与时标接口和频标接口相连，其输出端与授时测量模块相连，且标准时间源生成模块和授时测量模块均与网络接口相连接；授时测量模块的输出端与结果输出接口相连接；
标准时标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准时标信号；
标准频标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准频标信号；以及
PC机，与授时测试设备相连接，具备网络接口及串行接口，用于配置测量参数，并输出测量结果。
其他技术特征与实施例1相同。
另外需要指出的是，虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内普通技术人员均可在所附权利要求书的范围内作出各种变形或修改。
Claims (5)
1.一种网络授时精度测试方法，其特征在于，它包括以下步骤：
①生成标准时标信号和标准频标信号，所述的标准时标信号和标准频标信号来源于北斗卫星信号；
②利用生成的标准时标信号和标准频标信号生成标准的时间源信息；
③在授时服务器MAC层进行时间标签标定，利用生成的标准时间源信息测定被测设备的授时精度，具体过程为：
i)授时测试设备向授时服务器发起授时的请求，先对请求数据包进行初始化，并标定源时间标签T1；经过授时测试设备的TCP层数据处理、IP层的数据处理和MAC层的发送处理后，发送至网络，经网络数据传输后到授时服务器的MAC层；
ii)授时服务器在接收MAC层数据包时，获取当前系统时间，标定当前系统接收时间T2，并将当前系统接收时间T2作为附加数据段附加到数据包的末端；经IP层数据处理、TCP层数据处理后，在系统收到网络数据包时，将当前系统接收时间T2作为数据包数据添加到数据包的末端；当网络协议栈认为是正确的授时请求数据时，将数据包末端的当前系统接收时间T2认为是正确的数据包接收时间而放入到数据包中；经过授时服务器的IP层数据处理、TCP层数据处理后，授时服务器接受授时请求，处理授时测试设备的授时请求，并进入发送授时数据包步骤；
iii)当授时服务器发送MAC层数据包时，先经过授时服务器的TCP层数据处理和IP层的数据处理，然后将当前系统发送时间T3作为授时服务端发送时刻的时间标签，最后经授时服务器的MAC层发送处理后，将数据包发送至网络；
iv)授时测试设备接收到从网络传输过来的数据包，先经过授时测试设备的MAC层进行接收处理、IP层和TCP层进行数据处理后，标定到达时间T4，并由测试设备分析网络授时精度，输出数据；
v)根据源时间标签T1、当前系统接收时间T2、当前系统发送时间T3和到达时间T4，计算出授时测试设备时间与授时服务器的时间差；根据此时间差，授时服务器可调用校时程序进行处理。
2.一种为实施权利要求1所述方法而采用的网络授时精度测试设备，其特征在于，它包括：
授时服务器，为被测网络授时设备，与授时测试设备相连；
授时测试设备，其与授时服务器相连，测量授时服务器的授时精度；
标准时标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准时标信号；以及
标准频标设备，其与授时测试设备相连，向授时设备提供测量用的标准频标信号。
3.根据权利要求2所述的网络授时精度测试设备，其特征在于，所述的授时测试设备与PC机相连接。
4.根据权利要求2或3所述的网络授时精度测试设备，其特征在于，所述的授时测试设备包括标准时间源生成模块，所述标准时间源生成模块的输入端分别与时标接口和频标接口相连，其输出端与授时测量模块相连。
5.根据权利要求4所述的网络授时精度测试设备，其特征在于，所述的标准时间源生成模块和授时测量模块均与网络接口相连接；所述授时测量模块的输出端与结果输出接口相连接。
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