测量服务中断的方法和装置.pdf

本发明公开了一种测量服务中断的方法和装置。通过监视数据流以检测具有指示在有效负载数据中发生了错误的值的码元，来实现测量影响数据流通信的服务中断的持续时间，所述数据流包含有效负载数据和散布在有效负载数据之中的非有效负载码元。一旦检测到具有指示发生了错误的值的码元，则继续监视在数据流修改版本中的错误的发生，该修改版本包含被检测出的码元已被删除的接收数据流。如果在数据流修改版本中在被删除码元之后检测到另一个具有指示发生了错误的值的码元，则判定发生了错误。将在接收中断的开始和最后一次判定在数据流修改版本中发生了错误之间所经过的时间作为服务中断的持续时间。

1.  一种测量影响数据流通信的服务中断的持续时间的方法，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在所述有效负载数据之中的非有效负载码元，所述方法包括如下步骤：
接收数据流；
通过以下步骤来检测所述数据流的接收中断的开始以及随后所述中断的终止：
a)监视所述数据流以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元，
b)一旦检测到具有指示发生了错误的值的码元，则继续监视在所述数据流的修改版本中错误的发生，所述数据流的所述修改版本包含删除了所述被检测出的码元的所述接收数据流，以及
c)如果在所述数据流的所述修改版本中，在所述被删除码元之后检测到另一个具有指示发生了错误的值的码元，则判定发生了错误；
持续所述监视直至经过了预定的时间段，在所述时间段期间在步骤c)没有判定发生了错误；以及
报告在接收中断的开始和在最后一次在步骤c)判定发生了错误之间所经过的时间，作为服务中断的持续时间。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所述有效负载数据包括伪随机二进制序列，并且通过将所述数据流的内容与预期的伪随机二进制序列的内容进行比较，来进行监视以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元。

3.  如权利要求1所述的方法，其中所述有效负载数据包括一个数据码元的预定组，并且通过将具有与所述组相同长度的所述数据流中的码元块的内容，与所述数据码元的预定组的循环排列进行比较，来进行监视以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元。

4.  一种测量影响数据流通信的服务中断的持续时间的装置，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在所述有效负载数据之中的非有效负载码元，所述装置包括：
接收器，用于接收数据流；
检测器，用于通过以下步骤来检测所述数据流的接收中断的开始以及随后所述中断的终止：
a)监视所述数据流以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元，
b)一旦检测到具有指示发生了错误的值的码元，则继续监视在所述数据流的修改版本中错误的发生，所述数据流的所述修改版本包含删除了所述被检测出的码元的所述接收数据流，以及
c)如果在所述数据流的所述修改版本中，在所述被删除码元之后检测到另一个具有指示发生了错误的值的码元，则判定发生了错误；
持续所述监视直至经过了预定的时间段，在所述时间段期间在步骤c)没有判定发生了错误；和
输出装置，用于报告在接收中断的开始和在最后一次在步骤c)判定发生了错误之间所经过的时间，作为服务中断的持续时间。

测量服务中断的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于测量影响数据流通信的服务中断持续时间的方法和装置，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在该有效负载数据之中的非有效负载码元。
背景技术
电信网络在全世界范围内发送大量的数据，包括语音通信。因为这些数据的传送是非常重要的，所以传输数据的业务信道(traffic channel)常常备份有一个或者多个“保护”信道，如果业务信道发生故障，则所述“保护”信道中的一个接管数据的传输。当在信道中检测到故障时(例如当电缆被损坏时)，在接收端检测到数据损失或恶化，并且消息被送回至发送端，以将该信道的数据传输切换到保护信道。
新设备必须满足对检测数据损失、切换至保护信道并重新建立数据传输的速度的明确标准。为了保证设备符合所要求的标准，必须测量在发生故障时重新建立传输所花费的时间。电信测试仪器被用来在运行新的链路之前对其进行测试。在所进行的这许多测试中有对进行保护切换所花费的时间的测量。这测量服务被中断的时间，并称为“服务中断”测试。
服务中断测量的公知方法包括使用作为测试信号从发送端所发送的伪随机二进制序列(PRBS)。相应的PRBS由接收设备在测试装置的接收端生成，被适当地延迟以补偿信号传播时间，并与输入信号相比较。当数据正在被可靠地传输时，在接收端生成的PRBS与输入信号匹配，并检测不到失配。当导致保护切换时，被延迟的PRBS不与输入信号相匹配，并且时间计数器被启动。接着，接收设备持续地以输入(有故障的)信号作为其PRBS生成器的种子，并寻找输入信号和延迟的PRBS之间的失配。只要检测到失配，则接收设备重新设定其PRBS生成器的种子并且重复该过程，直至所生成的序列再一次与输入信号匹配。如果重新开始的匹配维持了指定的“防护频带”时间(例如200ms)，则保护切换时间被认为是从初始的失配直到检测出最后的错误的时间。
为了精确地记录输入信号变成没有故障并且匹配被重新建立的时间，每一次接收设备重新设定其PRBS生成器的种子或者检测到失配时，时间计数器的值就被锁存。于是，在经过了所需的失配消除的时间之后，该锁存包含了服务中断的持续时间。实现远远好于1毫秒的测量分辨率以便测量PRBS错误突发是所期望的，其中PRBS错误突发的持续时间常常是数十毫秒。
虽然有时可以通过电信网络发送可以被认为是有效负载数据的原始PRBS模式，但是在测试信号中包括帧对齐信息以允许被测试的设备运行常常是必要的。该信号被分成若干帧，并且每一帧包含少量的分帧和整理(housekeeping)位以及相对大量的有效负载数据位。例如，DS1(T1)帧包含用于有效负载的192位，其前面为一个分帧位。一个超帧(SF)包含12个DS1帧，而一个扩展超帧(ESF)包含24个DS1帧。
这给服务中断测量带来一个问题，因为当测试信号在中断后再一次被接收端接收到时，帧同步将已丢失，所以将不知道哪些位是有效负载数据位，哪些位是分帧/整理位。如果非有效负载数据位(诸如整理或者分帧位)被无意地当作是PRBS有效负载数据位，则将发生PRBS失配，并且接收设备将不能精确地检测输入信号何时已经被恢复。因此，要求分帧算法在错误突发已经结束后找到并去除分帧/整理位。现有技术的方法和装置已经提供了几种方法来实现输入信号的分帧。
对于ITU E1-E4速率，分帧序列是位于125μs帧的起始处的一个8到12位的组。整理位紧跟在后，使得所有的非有效负载数据位被分组在一起。接收设备中的分帧电路检测第一帧中的第一分帧位序列，然后在下一帧的相同位置寻找另一个分帧位序列。利用这种技术，帧一般将会在少量的帧周期内被找到。于是，可以以相对较短的分帧时间进行服务中断测量。一旦测试信号的接收被重新建立并且信号分帧被确定，就可以检查有效负载PRBS中错误的存在。接收设备将无错误状态解释为输入数据信号恢复的指示，并记录从中断开始所经过的时间。
在T1和T3(DS1和DS3)的ANSI速率下，情况有些不同。在此情形下，分帧和整理位在整个有效负载数据中被均匀隔开。在T1的情况下，它们相隔193位，在T3的情况下，分帧/整理位相隔85位。通常通过选择一个位以及相应地一个后面的位来进行分帧，其中，如果最初选定的位是分帧位，则所述后面的位处于人们将期望下一分帧位出现的位置(即170或者386位之后)。如果后面的位与分帧序列不匹配，则最初选定的位不是分帧位，于是选择输入信号的下一位，并重复进行测试。
用这种电路检测帧对齐所花费的时间可以是好几十或者甚至数百毫秒。只有当检测到分帧序列时，才可以分析有效负载，随后才进行服务中断测量。用于保护切换操作的时间的数量级为几毫秒到典型最大值约50毫秒。允许分析有效负载的分帧必须比这要快，以允许有效使用上述的用于测量服务中断的技术。然而上述的分帧技术可能导致重新分帧时间超出所期望的测量分辨率许多倍，并且重新分帧时间取决于随机因素，因此其影响不能从测量中减去。
欧洲专利申请0,924,891描述了一种技术，在该技术中，将所传输的PRBS模式中位于分帧位之前8位的一位求反，这导致单位错误。这使得能够在小于5帧之内检测到分帧。但是，该方法要求特殊的传输器模式，并且还在链路上加入了固定的错误率，而这最好是要避免的。
虽然在原理上可以使用大规模并行帧模式检测系统来非常快速地定位帧模式，但是这将以执行庞大数量的逻辑运算为代价，并且将被限制为在两个ESF多帧，或者在3-6毫秒内实现帧同步。
因此，通过更快速和高效地识别非有效负载数据元并通过利用无扰的PRBS模式来识别分帧序列，是人们所期望的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种测量影响数据流通信的服务中断的持续时间的方法，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在所述有效负载数据之中的非有效负载码元，所述方法包括如下步骤：
接收数据流；
通过以下步骤来检测所述数据流的接收中断的开始以及随后所述中断的终止：
a)监视所述数据流以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元，
b)一旦检测到具有指示发生了错误的值的码元，则继续监视在所述数据流的修改版本中错误的发生，所述数据流的所述修改版本包含删除了所述被检测出的码元的所述接收数据流，以及
c)如果在所述数据流的所述修改版本中，在所述被删除码元之后检测到另一个具有指示发生了错误的值的码元，则判定发生了错误；
持续所述监视直至经过了预定的时间段，在所述时间段期间在步骤c)没有判定发生了错误；以及
报告在接收中断的开始和在最后一次在步骤c)判定发生了错误之间所经过的时间，作为服务中断的持续时间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种测量影响数据流通信的服务中断的持续时间的装置，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在所述有效负载数据之中的非有效负载码元，所述装置包括：
接收器，用于接收数据流；
检测器，用于通过以下步骤来检测所述数据流的接收中断的开始以及随后所述中断的终止：
a)监视所述数据流以检测具有指示在所述有效负载数据中发生了错误的值的码元，
b)一旦检测到具有指示发生了错误的值的码元，则继续监视在所述数据流的修改版本中错误的发生，所述数据流的所述修改版本包含删除了所述被检测出的码元的所述接收数据流，以及
c)如果在所述数据流的所述修改版本中，在所述被删除码元之后检测到另一个具有指示发生了错误的值的码元，则判定发生了错误；
持续所述监视直至经过了预定的时间段，在所述时间段期间在步骤c)没有判定发生了错误；和
输出装置，用于报告在接收中断的开始和在最后一次在步骤c)判定发生了错误之间所经过的时间，作为服务中断的持续时间。
作为示例，现在将参照附图描述根据本发明的方法和装置，该方法和装置用于测量影响数据流通信的服务中断持续时间，其中所述数据流包含有效负载数据和散布在有效负载数据内的非有效负载码元，在附图中：
图1示意性图示了在电信系统中用于测试保护切换的测试系统；
图2示意性图示了DS1数据流；
图3示出了在欧洲专利申请0,924,891中描述的用于检测接收到的数据信号的分帧的技术；
图4示出了根据本发明用于确定服务中断时间的过程；
图5图示了在PRBS数据流中插入分帧位的影响；
图6图示了在具有相似值的数据位的块中分帧位位置的固有的不确定性；
图7图示了分帧位出现在具有相似值的位的块中的不同的位置；以及
图8是用于实现图4的过程的装置的示意功能框图。
图1示出了在电信系统中用于测试保护切换的测试系统。参考图1，测试系统包括：发送站10，其包括发送测试装置10A和发送电信站10B；业务信道20；保护信道30；以及接收站40，其包括接收测试装置40A和接收电信站40B。发送电信站10B、业务信道20、保护信道30和接收电信站40B构成了被测试的装置。在商业应用中，可以有许多业务信道和/或许多保护信道，其中的一些可以相当于经过独立的电信站的路由。为了简化，没有示出这些变化。
发送测试装置10A生成测试信号，该测试信号例如为如图2所示的DS1数据流的形式。测试信号包括数据码元(例如二进制数字或者位)的伪随机二进制序列(PRBS)以作为有效负载信号，并且还包含非有效负载数据。在此示例中，非有效负载数据为分帧码元或者位的形式，在图2中示为F。信号被非有效负载数据位分成为若干的子帧，每一个子帧长193位并且包括192个有效负载数据位和一个非有效负载(分帧)数据位。图3以简单的示意性框图的形式图示了如上述的欧洲专利申请0,924,891中所述的、用于检测这样的信号的分帧的方法：
步骤42-在接收站40接收在发送站10生成的、用作输入测试信号的PRBS信号。
步骤44-基于输入测试信号的在先的数据元，在接收站生成比较信号。
步骤46-将信号进行比较。以及
步骤48-如果没有检测到失配，则对于随后的数据元重复进行比较步骤46；但是，当检测到失配时，
步骤50-接收站40处的装置名义上将输入信号中的数据元X识别为非有效负载数据，其中所述数据元X相对于被检测出失配的数据元具有预定位置关系。
步骤52-从输入信号中剥除名义上被识别的非有效负载数据元X，以及通常在随后的子帧中处于相应位置的元素(element)。取决于非数据元插入PRBS信号的方式，除了剥除之外的其他一些处理形式可能是合适的：关键在于处理输入测试信号，使得如果名义上被识别的非有效负载数据元真的是干净信号(clean signal)中的非有效负载数据元，则该处理将从输入信号重构PRBS信号。
步骤54-接着，将经剥除的信号与在接收站40生成的比较信号进行比较。
步骤56-如果检测到失配，则经剥除的信号不与测试信号的PRBS相对应，因此显然名义上被识别的非有效负载数据元实际不是非有效负载数据元(或者输入信号不是没有错误的)，在此情况下，需要搜索另外的失配，即回到步骤46。
步骤58-如果没有发现失配，则显然经剥除的信号对应于测试信号的PRBS，并且非有效负载数据被正确地识别以及输入信号被正确地分帧。
如欧洲专利申请0,924,891所述的，被识别失配的数据元的位置和名义上被识别的非有效负载数据信号之间的关系，可能仅仅是它们是同一数据元。在此情况下，因为非有效负载数据元(分帧或者开销元素)不是PRBS的一部分而发生失配。没有错误的信号中的第一个非有效负载数据位与PRBS信号相符的可能性为50％，不符合PRBS信号的可能性为50％。但是(通过在欧洲专利申请0,924,891的0019段的结尾所作的阐明)，确认已经实现帧锁相(frame lock)所要求的帧数为N到2N个帧的数量级，其中，N是正在使用的PRBS的生成多项式的阶数。这是因为在图3中示出的技术花费多个帧来实现帧锁相，并且X的值(步骤50和52)取决于所使用的分帧模式和PRBS生成多项式的组合。作为示例，如果DS1 ESF的帧信号和23阶PRBS一起使用，则可能要花费29帧(5597位或者3.6毫秒)来实现帧锁相。在极端情况下，若每一个分帧位恰好具有与在它之前或者之后出现的有效负载位相同的模式，则可能永远不会实现帧锁相。根据欧洲专利申请0,924,891的教导，只有在先明确确认已经实现了帧锁相之后，才进行中断时间的测量。当然，随之而来的是所期望的服务中断测量不能达到所要求的精度。
图4示出了根据本发明用于测量服务中断的技术，该技术避免了识别帧锁相的存在的需要，并且使得能够以几十位(即数十毫秒)的精度来完成服务中断的测量。在该技术中，DS1分帧仍然作为标准(SF或者ESF)，并且以标准的PRBS模式(即没有加以对标准PRBS位流的特殊违反)填充有效负载。因此，可以使用来自任何源的任何标准PRBS有效负载测试模式。
参考图4，在过程的开始(步骤140处所示)，假设已经以常规的方式检测到了服务中断的存在并且前述的时间计数器(中断计时器)已经被启动；此外，用于预定的防护频带时间(例如200ms)的计时器被复位。
在步骤142，接收包括有PRBS的输入测试信号，并在步骤144用来作为本地PRBS生成器的种子以生成比较信号。在步骤146和148，将输入测试信号的下一个数据元(例如位)与比较信号的相应元素比较，以判定它们是否匹配。如果没有检测到失配，则过程跳到步骤149，在该处如果刚得到的数据元匹配是在一个或多个错误之后的第一个这样的匹配，则将中断计时器中的当前值暂时锁存(作为可能的输出值)。然后过程继续到步骤160，在该处检查防护频带计时器以判定自上一次检测到失配以来是否已经经过了防护频带时间(例如200ms)。如果没有，则过程返回到步骤146，继续比较输入和比较信号中下一个跟着的数据元。
如果在步骤148测试确定在数据元之间有失配，则在步骤152跳过输入测试信号的具体的失配元素，然后在步骤154进行输入信号的下一个跟着的元素与比较信号中在步骤148的紧前面测试中(并且其产生了失配)所涉及的元素之间的新的比较。如果现在在步骤156处没有检测到失配，则过程如前所述前进到步骤149和160；否则，防护频带时间被复位(因为可以假设服务中断仍然在进行中)并且过程返回到步骤144，以重新设定PRBS生成器的种子。
最终，在防护频带时间已经过去时将到达步骤160，这表明可以认为服务中断已经结束。于是，过程前进到步骤162，并报告在步骤149被锁存的最后的中断计时器值，作为所需要的中断时间。
应该注意，在图4所示的过程中，没有在任何地方作了已实现帧锁相的明确判定。虽然作为实际的情况必定隐含地发生这样的锁相，但是过程步骤不依赖于其发生，并且对这样的锁相的发生不进行报告。因此，可以以数十毫秒的数量级的精确度，准确确定服务中断。对于N阶的PRBS生成多项式，可以在2N+1位(注意，不是帧)之内实现有效的(虽然没有报告)帧锁相，并且该时间与分帧数据模式无关。例如，对于前述的具有23阶PRBS的DS1 ESF帧信号，测量精度为47位(30μs)的数量级，这是实现隐含锁相的时间。
图5-7示出了为什么确保上述的技术正确地检测到输入测试信号和本地生成的比较信号之间的失配的结束，而不用明确地识别分帧位的位置并对它在该特定位置的存在进行补偿。
参考图5，标记为(a)的上方的行示出了按要求被传输的有效负载数据位序列的示例，下方的行(b)示出了具有分帧位的同一序列，其将二进制数1的值插入第三到第七有效负载数据位之中的某个位置。如上参考图4所描述的过程比较行(b)中的接收数据和在行(a)中所示出的本地生成版本的数据，并在步骤148，一旦比较在行(a)中所示的接收数据的第八位，就判定在图5的箭头所指的位置发生了失配。但是，如图6所示，导致这的插入分帧位可能被加在六个突出的位置中的任何一个上，即从第三到第七有效负载数据位的整个组之前到之后，或者它们之中的任何位置。所得到的接收数据流在每种情况下是相同的。因此，发生失配的位的位置不一定是分帧位的位置自身。
然而，可以肯定的说，检测到失配的位的值和紧邻该失配位的分帧位的值相同。这可以通过观测图7看出，其中图7示出了对于分帧位和其相邻位四种可能的组合中的每一种，分帧位和导致失配的位的关系，这四种可能的组合为：(a)两个相邻位的值都与分帧位不同；(b)只有跟随的位与分帧位不同；(c)只有在前的位与分帧位不同；或者(d)两个相邻位的值都与分帧位相同。在每一种情况下，可以看出，虽然分帧位和失配位的位置没有固定的关系，但是这些位的值总是相同的。
本发明并不检测分帧序列，而是检测分帧位的出现(依靠它们所引起的与比较PRBS的失配)并舍弃它们。并不是检查分帧位来判定帧对齐，而仅仅是删除它们以免导致在接收PRBS模式中相对于比较PRBS的失配和相位延迟。因为如上所述，每一个失配位具有与紧邻的分帧位相同的二进制值，所以舍弃分帧位可以通过舍弃失配位来实现，而不管它们的位置是否真正与分帧位自身相符。
如果被舍弃的失配位实际上是真正的出错位(附近没有分帧位)，则对其删除将导致接收和比较PRBS之间的相位失配。这又将导致在未对齐位比较中的进一步失配，于是错误将被(间接地)检测出来，表明服务中断在继续。但是，如果导致位的舍弃的失配是由于有分帧位而引起的，则对于该位的舍弃保持了接收和比较PRBS之间的同步，使得服务中断的结束能够在其发生时被迅速地检测到。
虽然为了方便而参考涉及使用二进制数的示例描述了本发明，但是本发明还可应用于涉及使用多值数据码元的系统，例如三进制、四进制或者更高阶的系统。类似地，虽然所描述的示例基于使用PRBS模式，但是本发明同样可适用于与可以在接收器处被预测因而可以进行错误检测的任何数据有效负载模式一起使用。另一数据有效负载的示例是重复的、固定长度的码元序列(其甚至可以是用户定义的)。将具有与重复有效负载模式相同长度的最近接收的输入数据码元块，与该有效负载模式的所有可能的循环排列进行比较，以便判定是否发生了错误。如果比较没有产生匹配，意味着或者出现了错误或者插入了分帧码元，则舍弃在该输入数据码元块中最后接收到的码元，并代之以下一接收码元，并且重复进行与有效负载模式的循环排列的比较。
图8的框图使用对上述参考图4描述的方法稍稍修改后的版本，来示意性示出如何可以对接收测试装置40A功能配置来实现本发明。参考图8，装置40A对包括所接收数据流的多位字的序列进行操作，通过数据接收器170来提供所述序列。该装置包括PRBS下一字预测器(生成器)172，其在给定输入字序列时，假定输入是PRBS而使用公知的方法来生成对序列中下一字的预测。该预测被反馈回到错误去除器174，在该处与输入的数据字进行比较；如果发现了一个或多个错误，则将其中的第一个从输入字中去除。为了使PRBS下一字预测器172准备好工作，开始时禁止该错误去除过程，直到预测器已开始生成没有错误的预测，然后才允许错误去除。
PRBS下一字预测器172的输入和输出处的数据被发送到错误检测器(比较器)176，其比较这两个字并检测其间的任何错误。如果检测到任何错误，并且服务中断计时器178还未被启动，则启动该计时器178。所有的错误还使得防护频带计时器180被复位。在检测器176停止检测到错误的任何时间点，服务中断计时器178当前所保存的时间被锁存到临时结果锁存器182。只要错误检测器176未报告错误，防护频带计时器180就继续工作，直到其到达预设的防护频带时间限制，此时认为服务中断事件已经终止。此时将锁存器182中的临时结果传递到最后结果锁存器184，并且将服务中断计时器178复位，以使其准备好为任何新的服务中断事件进行测量。