基于FPGA和DSP网络单向时延测量系统设计与实现.pdf

在网络技术领域中，网络时延是衡量网络服务质量(QoS)的关键指标。它可以帮助我们了解网络的运行状态，评估网络对应用提供的服务质量。网络时延通常分为单向时延（One-way Latency, OWL）和往返时延（Round-trip time, RTr）。单向时延可以更准确地反映网络的实际服务水平，而往返时延虽然测量方法简单，但无法精确反映网络性能。单向时延一般通过单程测量获得，即测量数据包从源端到目的端的传输时间；往返时延则通过环回测量获得，即数据包在网络一端进入，然后到达目的端并返回源端的总时间。由于路径可能不对称，单向时延不能简单地通过往返时延除以2来计算。 本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）和DSP（数字信号处理器）的网络单向时延测量系统的设计与实现方法。这种方法无需使用GPS就能实现高精度的时钟同步。系统由FPGA、EPM7128、晶振DM9000、D5509和SD存储卡等组件构成。通过该系统，实现了端到端网络时延的测量。研究结果表明，网络时延的大小会受到交换机处理能力、传输路径的距离以及网络负载情况的影响。 CoMPACT Monitor方法是本文研究的基础。该方法假设用户数据包的传输时延为x，探测包的传输时延为y。通过对用户数据包和探测包在不同时刻的到达时延进行分析，可以定义相应的指标函数。由于直接测量用户数据包的传输时延需要捕获用户包进出网络端口的时间并进行比较，这在实际操作中很难实现。因此，CoMPACT Monitor方法假定相邻两个探测包的发送间隔足够小，通过测量该间隔来估计用户数据包的传输时延。 在设计网络单向时延测量系统时，FPGA具有很高的灵活性，可以进行复杂的并行处理，特别适用于高速网络数据处理。系统中的DSP则主要负责数据包的检测、捕获与处理工作。时钟同步是时延测量的关键技术之一，本系统提出的方法能够有效同步多个网络节点的时间，从而准确测量时延。 为了实现系统设计，作者对网络单向时延测量进行了深入研究，并基于此设计了测量系统。系统的实现在硬件上主要涉及到FPGA、DSP、晶振、网络芯片和存储模块等组件的集成。软件上，需要开发相应的算法来处理网络数据包，并计算时延值。系统还需能够与SD存储卡交互，以实现数据的存储和传输。 总结来说，网络时延测量对于网络性能评估具有重要意义。本文研究的基于FPGA和DSP的测量系统，不仅能够实现高精度的时钟同步，还能够准确测量端到端的网络时延。这对于网络设计、部署和优化具有重要的参考价值。通过实证分析，该系统能够揭示网络时延受到网络设备处理能力、传输距离和网络负载等因素的影响，进而帮助网络工程师优化网络设计，提高网络服务质量。