CN103368677B - 有线传输数据业务定时接口服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有线传输数据业务定时接口服务器，包括时钟协议模块：用于提供授时及时钟同步帧数据；时钟协议测试模块：用于在线测试时钟协议，计算误码情况，评估系统运行状态；电源模块：用于将交流电源变换为各个模块所需的直流电压，输入各个模块，作为各个模块的直流供电电源；整机控制模块：对整机进行综合管理，提供接口，用于参数配置、运行数据收集及用户对DTI？Server的远程监控；管理模块：用于数据配置、运行情况查看和远程NTP时间同步；扩展功能模块：用于接收外部信号，并将接收到的信号，作为本机授时基准进行授时。本发明具有高集成度、易于部署、高稳定性，适用于有线传输数据业务网络中的时钟同步和授时。
Description
技术领域
本发明涉及一种有线传输数据业务领域，特别是一种有线传输数据业务定时接口服务器DTIServer，适用于有线传输数据业务网络中的时钟同步和授时。
背景技术
DOCSIS是由美国主要的有线电视经营商和研究机构CableLabs颁布的应用于HFC网的有线传输数据业务接口规范（DataOverCableServiceInterfaceSpecification）；DTI是指DOCSISTimingInterface，有线传输数据业务接口规范中定义的定时及时钟同步接口；DTIServer是指有线传输数据业务定时接口服务器，部署于M-CMTS网络中传送可靠准确的时间和时钟同步。DTIServer是电缆用户数据转发器或网络集线器的基本构架部分，有利于部署M-CMTS、DOCSIS3.0或基于DOCSIS的商业服务器。该设备使用户灵活通用地部署系统，有效地平衡了经济性、可测量性、功能性以及载波级的可靠性。
现有技术中，重庆邮电大学硕士学位论文于2011年公开了“DOCSIS定时接口服务器的研究与FPGA实现”，该论文中提到的方案存在的主要问题在于：
1、该技术的DTI客户端端口仅只有1个，不适合能部署于目前M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。目前的M-CMTS、DOCSIS3.0系统，最简单的系统架构中，至少需要4个DTI客户端口进行连接。因此，该方案不能部署于目前的M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。
2.该技术不具备DTI级联端口，不能连接到DTI根服务器上，进行根服务器的时钟提取并进行DTI客户端口的扩展，不能部署于大规模的M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。
3.该技术中，不包含时钟授时模块的双备份，不能满足设备的电信级的稳定性要求，不能适用和商用于M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。
4.该技术中，不包含电源模块的双备份，不能满足设备的电信级的稳定性要求，不能适用和商用于M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。
5.该技术中，不具备帧误码的在线监测功能，而CM-SP-DTI-I05-081209协议中，严格规定帧误码率门限指标及帧误码超标后的相关处理机制，因此，该方案不能适用和部署于现有M-CMTS、DOCSIS3.0系统中。
6.该技术不具备双模式端口，不能进行系统的环回测试。
7.该技术不支持CM-SP-DTI-I05-081209协议中规定的连接电缆最长为200米的要求，当电缆较长时，不能正确接收和解码DTI客户端信号。
8.该技术不具备GPS扩展功能，不能接收GPS时钟信号作为授时的时钟源。
9.该技术不具备GPS扩展功能，当M-CMTS、DOCSIS3.0系统中，部署多台DTI服务器于不同机房时，各个DTI服务器间不能进行时钟同步。
10.该技术不具备NTP服务功能，当M-CMTS、DOCSIS3.0系统中，部署多台DTI服务器于不同机房时，或部署多台DTI服务器于同一机房时，各个DTI服务器间不能进行时钟同步。
11.该技术不具备远程监控接口，不能集成到M-CMTS、DOCSIS3.0系统中的中网管系统中，网管系统将不能配置和监控DTI服务器的运行情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有DOCSIS定时接口服务器存在的上述问题，提供一种有线传输数据业务定时接口服务器，本发明具有高集成度、易于部署、高稳定性，适用于有线传输数据业务网络中的时钟同步和授时。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于，包括：
时钟协议模块：用于提供授时及时钟同步帧数据；
时钟协议测试模块：用于在线测试时钟协议，计算误码情况，评估系统运行状态；
电源模块：用于将交流电源变换为各个模块所需的直流电压，输入各个模块，作为各个模块的直流供电电源；
整机控制模块：对整机进行综合管理，提供RS232、以太网接口，用于参数配置、运行数据收集及用户对DTIServer的远程监控；
管理模块：用于数据配置、运行情况查看和远程NTP时间同步；
扩展功能模块：用于接收外部GPS定时信号，并将接收到的GPS信号，作为本机授时基准进行授时。
所述时钟协议模块的组成包括：
恒温晶振：用于为授时提供频率源；
大规模可编程门阵列FPGA：用于接收恒温晶振输出的频率信号，作为授时协议的时间基准，封装DTI服务器端帧数据，并将该数据输出到相应的驱动电路，进行信号驱动和整形，然后作为DTI客户端口信号输出。
所述大规模可编程门阵列FPGA接收客户端的信号输入，进行客户端信号帧结构中的字段提取，查询客户端连接运行状态；当客户端正常接入时，在输出的服务器帧中，设定客户端正常接入标志。
所述时钟协议模块包括主用时钟协议模块和备用时钟协议模块，备用时钟协议模块用于主用时钟协议模块失效时替换主用时钟协议模块。
所述时钟协议模块包括12个DTI客户端口，每一DTI客户端口对应连接一个DTI客户端。
所述DTI客户端口中包括2个双模式端口，用于级联到DTIServer根服务器或系统的环回测试。
所述时钟协议模块内，与DTI信号端口一一对应，均封装有驱动电路。
本发明还包括时钟协议监测模块：用于接收时钟协议模块输出的时钟协议测试信号，根据时钟协议测试信号判断该时钟协议模块是否正常工作，监测到主用时钟协议模块失效时，控制切换到备用时钟协议模块。
所述电源模块包括主用电源模块和备用电源模块，备用电源模块用于在主用电源模块失效时替换主用电源模块。
本发明还包括电源监测模块：用于实时在线监测主用电源模块运行状态，监测到主用电源模块失效时，控制切换到备用电源模块。
所述整机控制模块通过ISA总线分别连接到时钟协议模块、时钟协议监测模块、时钟协议测试模块、电源模块和电源监测模块，用于对各个模块进行综合管理，并提取各个模块的监控数据；相关配置参数通过ISA总线写入各个模块中，同时提取各个模块的监控数据。
所述管理模块的NTP服务端口用于实现同步于远程NTP服务器；外部TCP/IP远程监控接口，用于外部设备通过以太网访问管理软件接口，进行远程参数配置和运行参数提取。
采用本发明的优点在于：
一、本发明具有高精度授时、多端口接入、在线误码监测、环回测试、授时模块双备份、电源模块双备份等特征，具有高集成度、易于部署、高稳定性，实用于有线传输数据业务网络中的授时。
二、本发明采用双备份模式，核心授时协议模块具有主备两套系统，电源模块也具备主备电源，以确保长时段的稳定运行，满足于M-CMTS、DOCSIS3.0系统的电信级稳定性要求。
三、本发明具有多种误码监测功能，并严格按照CM-SP-DTI-I05-081209协议进行误码指标进行在线误码监测，能够在线实时监测系统的帧误码和CRC误码，对系统运行状态一目了然。
四、本发明具有远程监控接口，可以通过TCP/IP外部接入，对设备进行相关配置及运行状态进行监控，易于集成到有线数据网络的网管平台。
五、本发明具有12个DTI端口，可以连接多个客户端设备，减少了部署有线数据网络的复杂度，降低了系统建设成本，满足于大规模M-CMTS、DOCSIS3.0系统的部署要求。
六、本发明具有2个双模端口，通过该端口，可以实现本机环回测试，用于本机的自检；同时，可以将双模端口连接到DTI根服务器，用于提取根服务器的时钟信息，以作为本地时钟的基准，适用于超大规模的有线数据网络的应用。
七、本发明通过NTP服务器连接授时、GPS信号授时，能够满足DTI服务器位于同一机房及多台DTI服务器位于不同机房时的多机同步。
八、本发明具有200米电缆连接适配性，满足CM-SP-DTI-I05-081209协议，支持DTI服务器和DTI客户端长线连接的情况。
附图说明
图1为本发明结构原理框图。
具体实施方式
实施例1
一种有线传输数据业务定时接口服务器，包括时钟协议模块、时钟协议测试模块、电源模块、整机控制模块、管理模块和扩展功能模块，所述整机控制模块通过ISA总线分别连接到时钟协议模块、时钟协议测试模块、电源模块、管理模块和扩展功能模块；
时钟协议模块：用于提供授时及时钟同步帧数据；
时钟协议测试模块：用于在线测试时钟协议，计算误码情况，评估系统运行状态；
电源模块：用于将交流电源变换为各个模块所需的直流电压，输入各个模块，作为各个模块的直流供电电源；
整机控制模块：对整机进行综合管理，提供RS232、以太网接口，用于参数配置、运行数据收集及用户对DTIServer的远程监控；
管理模块：用于数据配置、运行情况查看和远程NTP时间同步；
扩展功能模块：用于接收外部GPS定时信号，并将接收到的GPS信号，作为本机授时基准进行授时。
所述时钟协议模块的组成包括恒温晶振和大规模可编程门阵列FPGA，所述恒温晶振与大规模可编程门阵列FPGA连接；
恒温晶振：用于为授时提供频率源；
大规模可编程门阵列FPGA：用于接收恒温晶振输出的频率信号，作为授时协议的时间基准，封装DTI服务器端帧数据，并将该数据输出到相应的驱动电路，进行信号驱动和整形，然后作为DTI客户端口信号输出。
所述大规模可编程门阵列FPGA接收客户端的信号输入，进行客户端信号帧结构中的字段提取，查询客户端连接运行状态；当客户端正常接入时，在输出的服务器帧中，设定客户端正常接入标志。
所述时钟协议模块包括主用时钟协议模块和备用时钟协议模块，备用时钟协议模块用于主用时钟协议模块失效时替换主用时钟协议模块。
所述时钟协议模块包括12个DTI客户端口，每一DTI客户端口对应连接一个DTI客户端。
所述DTI客户端口中包括2个双模式端口，用于级联到DTIServer根服务器或系统的环回测试。
所述时钟协议模块内，与DTI信号端口一一对应，均封装有驱动电路。
本发明还包括时钟协议监测模块：用于接收时钟协议模块输出的时钟协议测试信号，根据时钟协议测试信号判断该时钟协议模块是否正常工作，监测到主用时钟协议模块失效时，控制切换到备用时钟协议模块。
所述电源模块包括主用电源模块和备用电源模块，备用电源模块用于在主用电源模块失效时替换主用电源模块。
本发明还包括电源监测模块：用于实时在线监测主用电源模块运行状态，监测到主用电源模块失效时，控制切换到备用电源模块。
所述整机控制模块通过ISA总线分别连接到时钟协议模块、时钟协议监测模块、时钟协议测试模块、电源模块和电源监测模块，用于对各个模块进行综合管理，并提取各个模块的监控数据；相关配置参数通过ISA总线写入各个模块中，同时提取各个模块的监控数据。
所述管理模块的NTP服务端口用于实现同步于远程NTP服务器；外部TCP/IP远程监控接口，用于外部设备通过以太网访问管理软件接口，进行远程参数配置和运行参数提取。
实施例2
本发明DTIServer完全遵循CableLabs所制定的相关标准：Data-Over-CableServiceInterfaceSpecificationsModularHeadendArchitectureDOCSISTimingInterfaceSpecification（CM-SP-DTI-I05-081209），是电缆用户数据转发器或网络集线器的基本构架部分，有利于部署M-CMTS、DOCSIS3.0或基于DOCSIS的商业服务器。本发明使用户灵活通用地部署系统，有效地平衡了经济性、可测量性、功能性以及载波级的可靠性，满足于有线传输数据业务系统的要求。
以下对本发明做详细说明：
一种有线传输数据业务定时接口服务器DTIServer，包括：
A、时钟协议模块：遵循CM-SP-DTI-I05-081209协议，按照协议内容，提供高精度的授时及时钟同步帧数据；发送服务器帧内容，接收客户端帧内容，判断客户端是否正常接入，并设置相应状态标志；每一时钟协议模块，具有12个DTI端口，可连接12个DTI客户端；12个DTI客户端口中，具有2个双模式端口，用于级联到DTIServer根服务器或系统的环回测试；一台DTIServer上，部署2块时钟协议模块，用于备份，以确保在主用时钟协议模块失效时的时钟协议倒换。
B、时钟协议监测模块：实时在线监测主用时钟协议模块运行状态，发现主用时钟协议模块失效时，倒换到备用时钟协议模块，以确保长时段的稳定授时。
C、时钟协议测试模块：用于在线测试时钟协议，计算误码情况，根据误码情况评估系统运行状态。
D、电源模块：实现将220V交流电源，变换为直流的5V、3.3V、1.2V、1.8V、2.5V电压，输入各个模块，作为各个模块的直流供电电源。每一台DTIServer上，部署2套电源模块，用于备份，以确保在主用电源模块失效时的电源倒换。
E、电源监测模块：实时在线监测主用电源模块运行状态，发现主用电源模块失效时，倒换到备用电源模块，以确保长时段的稳定授时。
F、整机控制模块：嵌入式PC104计算机系统，对整机进行综合管理，提供RS232、以太网接口，用于参数配置、运行情况查看及用户对DTIServer的远程监控。
G、管理模块，运行于嵌入式PC104计算机系统上的WINDOWS平台的图形界面程序，用于监控DTIServer在线运行状态，提取各个接口的误码率及运行状态参数，实现对DTIServer的数据配置和管理；具有NTP服务端口，可实现同步于远程NTP服务器；具有远程监控端口，以实现用户对DTIServer的远程监控。
H、扩展功能模块：具备外部GPS连接接口，接收外部GPS定时信号，并将接收到的GPS信号，作为本机授时基准进行授时。
以下对时钟协议模块进行详细说明：
A01、时钟协议模块内，具有高精度恒温晶振，其输出频率为10.24MHz，温度特性为±5ppb（-30∽70摄氏度），频率稳定度小于0.05ppb，1年内频率稳定度小于0.5ppb。该恒温晶振为整机授时提供高精度的频率源。
A02、时钟协议模块内，采用大规模可编程门阵列FPGA作为硬件平台通过VHDL语言进行硬件编程，遵循CM-SP-DTI-I05-081209协议提供授时协议。由A01所描述的高精度恒温晶振输出的频率信号送入FPGA内，作为授时协议的时间基准；通过FPGA程序，封装DTI服务器端帧数据，并将该数据送出FPFA，输出到相应的驱动电路，进行信号驱动和整形，然后作为DTI端口信号输出。
A03、一个时钟协议模块内，封装12套A02所描述的相同的电路，提供12个DTI信号端口。其中，11，12端口，设计为双模端口，其一为服务器授时端口，和其余的10个端口完全一样；另一种模式为客户端口，可以作为客户端口进行本机环回测试，也可以级联到DTI根服务器，提取根服务器的时钟同步信息，以作为本机时钟同步基准。
A04、时钟协议模块内，采用可编程门阵列FPGA接收客户端的信号输入，按照协议CM-SP-DTI-I05-081209进行客户端信号字段提取，查询客户端连接运行状态。当客户端正常接入时，在输出的服务器帧中，设定客户端正常接入标志。
A05、一台DTIServer上，部署2块时钟协议模块，用于备份，以确保在主用时钟协议模块失效时的时钟协议倒换。
A06、每一时钟协议模块上，输出时钟协议测试信号至时钟协议监测模块，用于时钟协议监测模块判决该时钟模块是否正常工作。
A07、时钟协议模块中，针对每一路DTI客户端口，配置相应的驱动电路，支持使用连接电缆长度达200米时的客户端正常接入。
以下对时钟协议监测模块进行详细说明：
B01、由A06所述，每一时钟协议模块上，输出时钟测试信号至时钟协议监测模块，时钟协议监测模块判断是否正常接收到该信号，若该信号失效，则表示时钟协议模块出现故障，此时关闭故障时钟协议模块，同时开启备用的时钟协议模块，将输出的DTI端口，倒换到备用时钟协议模块上。
以下对时钟协议测试模块进行详细说明：
C01：在线测试时钟协议，监测DTI服务器帧和客户端帧的每一帧数据，按照CM-SP-DTI-I05-081209协议，解码服务器发送的帧结构和接收到的客户端帧结构。
C02：依据CM-SP-DTI-I05-081209协议，利用公式X^16+x^12+x^5+1，实时计算服务器端发送帧的CRC16误码，并进行发送帧误码率的累加和统计。
C03：依据CM-SP-DTI-I05-081209协议，利用公式X^16+x^12+x^5+1，实时计算接收到的客户端帧的CRC16误码，并进行接收帧误码率的累加和统计。
C04：实时解码接收得到的客户端每一帧信号，按照Manchester编码规则，统计出现的帧误码情况。
C05：当接收帧误码率和接收的CRC16误码率超过CM-SP-DTI-I05-081209协议所规定的门限时，说明此时系统运行误码率超标，此时在发送帧中，设定客户端信号失效标志，通知客户端误码指标超标。
以下对整机控制模块进行详细说明：
F01、整机控制模块采用嵌入式PC104模块作为硬件，该模块包含CPU、内存、CF存储卡及键盘、鼠标、VGA显示等多种接口电路。在CF存储卡上，安装WindowsXP或WindowsCE操作系统，用于整机管理和与外部的通信。
F02、整机控制模块具有RS232接口和以太网TCP/IP接口，以用作于外部远程监控设备的连接接口。
F03、管理模块通过ISA总线，硬件连接到A、B、C、D、E、H所述的各个模块中。
以下对管理模块进行详细说明：
G1、管理模块通过ISA总线，硬件连接到A、B、C、D、E所述的各个模块中。管理软件模块对各个模块进行综合管理，并提取各个模块的监控数据。管理软件中的相关配置参数，通过ISA总线，写入各个模块中；同时，提取各个模块的监控数据，如是否正常接入、接入误码率等指标，在管理软件上进行显示和存储。
G2、管理模块提供外部TCP/IP远程监控接口，外部设备可以通过以太网访问管理软件接口，进行远程参数配置和运行参数提取。
G3、管理模块中，包含NTP接入端口，可以通过该端口，连接到NTP服务器上，接收NTP服务器上的时间数据，并将DTI服务器实时同步到该时间。
综上，采用本发明，具有高精度授时及时钟同步接口、多端口接入、在线误码监测、环回测试、授时模块双备份、电源模块双备份等特征，具有高集成度、易于部署、高稳定性。
Claims (10)
1.一种有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于，包括：
时钟协议模块：用于提供授时及时钟同步帧数据；
时钟协议测试模块：用于在线测试时钟协议，计算误码情况，评估系统运行状态；
电源模块：用于将交流电源变换为各个模块所需的直流电压，输入各个模块，作为各个模块的直流供电电源；
整机控制模块：对整机进行综合管理，提供RS232、以太网接口，用于参数配置、运行数据收集及用户对DTIServer的远程监控；
管理模块：用于数据配置、运行情况查看和远程NTP时间同步；
扩展功能模块：用于接收外部GPS定时信号，并将接收到的GPS信号，作为本机授时基准进行授时。
2.根据权利要求1所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于，所述时钟协议模块的组成包括：
恒温晶振：用于为授时提供频率源；
大规模可编程门阵列FPGA：用于接收恒温晶振输出的频率信号，作为授时协议的时间基准，封装DTI服务器端帧数据，并将该数据输出到相应的驱动电路，进行信号驱动和整形，然后作为DTI客户端口信号输出。
3.根据权利要求2所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述时钟协议模块包括主用时钟协议模块和备用时钟协议模块，备用时钟协议模块用于主用时钟协议模块失效时替换主用时钟协议模块。
4.根据权利要求2或3所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述时钟协议模块包括12个DTI客户端口，每一DTI客户端口对应连接一个DTI客户端；所述DTI客户端口中包括2个双模式端口，用于级联到DTIServer根服务器或系统的环回测试。
5.根据权利要求4所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述大规模可编程门阵列FPGA接收客户端的信号输入，进行客户端信号帧结构中的字段提取，查询客户端连接运行状态；当客户端正常接入时，在输出的服务器帧中，设定客户端正常接入标志。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：还包括时钟协议监测模块：用于接收时钟协议模块输出的时钟协议测试信号，根据时钟协议测试信号判断该时钟协议模块是否正常工作，监测到主用时钟协议模块失效时，控制切换到备用时钟协议模块。
7.根据权利要求6所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述电源模块包括主用电源模块和备用电源模块，备用电源模块用于在主用电源模块失效时替换主用电源模块。
8.根据权利要求7所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：还包括电源监测模块：用于实时在线监测主用电源模块运行状态，监测到主用电源模块失效时，控制切换到备用电源模块。
9.根据权利要求2、3、5或7所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述整机控制模块通过ISA总线分别连接到时钟协议模块、时钟协议监测模块、时钟协议测试模块、电源模块和电源监测模块，用于对各个模块进行综合管理，并提取各个模块的监控数据；相关配置参数通过ISA总线写入各个模块中，同时提取各个模块的监控数据。
10.根据权利要求9所述的有线传输数据业务定时接口服务器，其特征在于：所述管理模块的NTP服务端口用于实现同步于远程NTP服务器；外部TCP/IP远程监控接口，用于外部设备通过以太网访问管理软件接口，进行远程参数配置和运行参数提取。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160112 Address after: 610000, No. 610000, south section of first ring road, Wuhou District, Sichuan, 1, Chengdu Applicant after: Chengdu Yaxun Xinke Information Co., Ltd. Address before: 610000 19-3-202, 8 immortal tree road, Chengdu hi tech Development Zone, Sichuan, China Applicant before: Chengdu Yaxun Xinke Information Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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