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      一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法

      文檔序號:7668759閱讀:256來源:國知局
      專利名稱:一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及分組網(wǎng)傳送TDM技術(shù)(TDMoP , TDM Over Packet)
      中的自適應時鐘方法,具體為一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘 方法。
      背景技術(shù)
      隨著Intemet的飛速發(fā)展,以IP和以太網(wǎng)為代表的分組網(wǎng)將是未來 網(wǎng)絡(luò)的主體架構(gòu),現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向分組網(wǎng)演進是大勢所趨。但傳統(tǒng)的TDM (Time Division Multiplexing)業(yè)務(wù)仍然是目前電信業(yè)務(wù)收益的主要 來源,在網(wǎng)上已經(jīng)有大量應用。
      下一代網(wǎng)絡(luò)是基于分組的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò),最終需要具備同時承載語 音,視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的能力,而當前的語音業(yè)務(wù)多以TDM傳輸。 因而以諸如以太網(wǎng)的分組網(wǎng)傳送TDM業(yè)務(wù)是必要的,如何實現(xiàn)分組 網(wǎng)和現(xiàn)有TDM網(wǎng)絡(luò)的無縫連接是網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域重要的課題。
      CESoPSN(Circuit Emulation Service over Packet Switch Network) 或TDMoP (Time Division Multiplexing over Packet)是解決現(xiàn)有分組 網(wǎng)傳送TDM業(yè)務(wù)的技術(shù)。文獻[1]-[5]對分組網(wǎng)傳送TDM的技術(shù)作了詳 細說明,其功能框架如圖l所示。CE1、 CE2是用戶邊緣設(shè)備,PE1、 PE2是服務(wù)提供商邊緣設(shè)備,對于TDMoP來說,CE是TDM業(yè)務(wù)的發(fā) 起和終結(jié)者。PE為CE提供TDM業(yè)務(wù)仿真。//、 ^分別為CE1、 CE2的 TDM發(fā)送時鐘,/r、 /T則分別是PE2、 PE1的TDM發(fā)送時鐘。
      用基于統(tǒng)計復用的異步的IP或以太網(wǎng)來承載基于同步的TDM業(yè) 務(wù)需要解決的問題很多,定時和同步是其中的難點和重點。
      從文獻[6][7][8]可知,TDM對同步的要求是非常高的。頻偏小于 5^pm是基本要求之一,其它性能指標如抖動和漂移等都有嚴格的要 求。
      文獻[5][6]給出了 CESoPSN的定時的三種方案網(wǎng)絡(luò)同步時鐘、
      差異方法和自適應時鐘方法。
      前兩種方案要求兩端(CE1和CE2)具備同一參考時鐘源。這是現(xiàn) 有分組網(wǎng)難以滿足的條件。
      自適應時鐘方法則是從攜帶TDM載荷的分組流中得到時鐘信 息,也就是根據(jù)分組流的到達率或到達時間,通過反饋調(diào)節(jié)機制,使 得本端的業(yè)務(wù)時鐘與遠端的業(yè)務(wù)時鐘具有相同的頻率。
      自適應時鐘方法的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示,與PLL (Phase Lock Loop)的結(jié)構(gòu)很相似。"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"等價于PLL中的鑒相器, 它的功能是根據(jù)本端業(yè)務(wù)時鐘和遠端業(yè)務(wù)時鐘的差異得到一個控制 信號,"S+"和"是它的兩個輸入。經(jīng)環(huán)路濾波后消除干擾和噪聲后 控制本地振蕩器產(chǎn)生經(jīng)過糾正的業(yè)務(wù)時鐘。之所以將"5V'和"5"-"用虛 線表示,是因為"S+"和"S-"并不直接對應遠端和本地業(yè)務(wù)時鐘,而是 通過分組到達率或分組到達時間關(guān)聯(lián)起來。尸w和iV分別是緩沖區(qū)的 讀寫指針。
      現(xiàn)有的分組網(wǎng)的節(jié)點設(shè)備一般并不具備同一的外部時鐘源,因 此,前兩種同步方法并不能廣泛應用。大多數(shù)情況下,需要采用自適 應時鐘方法來實現(xiàn)同步。
      自適應時鐘方法一般可以歸納為兩類基于去抖緩沖區(qū)的填充級 (關(guān)聯(lián)的是分組的到達率,是數(shù)據(jù)包到達的快慢情況的直觀反映,間 接反映兩端時鐘的差異)和基于時戳(關(guān)聯(lián)的是分組的到達時間,從 數(shù)據(jù)包提取遠端時戳,并根據(jù)本地業(yè)務(wù)時鐘產(chǎn)生本地時戳)。
      如果圖2中"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"的輸出是根據(jù)數(shù)據(jù)包攜帶的時戳 產(chǎn)生,則可以歸結(jié)為基于時戳的方法?;跁r戳的方法時鐘鎖定的過 程較快,但需要兩端都具備時戳生成機制,并有專門的機制傳遞時戳, 同時受分組網(wǎng)時延變化(抖動)的影響較大。文獻[9][10]研究的是基
      于時戳方法。
      如果圖2中"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"的輸出是根據(jù)去抖緩沖區(qū)的填充 級產(chǎn)生,則可以歸結(jié)為基于緩沖區(qū)填充級的方法。普通的基于緩沖區(qū) 填充級的方法則實現(xiàn)起來簡單,比較穩(wěn)定,不需要額外機制,但鎖定
      時間相對較長。文獻[11]-[13]是基于緩沖區(qū)方法的相關(guān)研究。
      下面,對普通基于緩沖區(qū)填充級的自適應時鐘方法進行一下分析。
      不失一般性,這里假設(shè)仿真的TDM業(yè)務(wù)為El ,分組網(wǎng)為以太網(wǎng), 壓控/數(shù)控震蕩器的輸出與控制信號成線性關(guān)系。
      由于兩端的業(yè)務(wù)時鐘在鎖定之前頻率不相同,通常為防止去抖緩 沖區(qū)上溢(緩沖區(qū)滿)和下溢(緩沖區(qū)空),初始狀態(tài)下/V和/V的 距離為去抖緩沖區(qū)的一半。
      現(xiàn)有的基于緩沖區(qū)填充級的自適應恢復方法可以用下述的數(shù)學 模型描述。
      以/w和表示^時刻本地和遠端的業(yè)務(wù)時鐘。則兩端時鐘
      的偏差df(t)可以用(1)式表示
      <formula>formula see original document page 5</formula>
      以F^)表示t時刻本地去抖緩沖區(qū)的填充級。則F^可以(2)
      式表示
      <formula>formula see original document page 5</formula>
      這里的是去抖緩沖區(qū)能存儲的最大比特數(shù)??紤]以太網(wǎng)的特
      性,數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)包(分組)的形式傳送的,所以一個數(shù)據(jù)包攜帶的
      TDM信息從遠端同時傳送到本端。因此iV移動的時間和空間都不 是連續(xù)的,它每次移動的寬度是一個數(shù)據(jù)包攜帶的信息,兩次移動的 時間間隔是傳送兩個相鄰數(shù)據(jù)包的時間間隔。
      因此,將F^看作時間"勺連續(xù)函數(shù)并不具有應用意義,戶〃可看
      作時間上連續(xù)。但僅有尸r的變化造成的f,^的改變沒有參考價值。
      因此將/w 、/yo 、 ^w以及i^;作為時間上離散的變量更接近 實際應用。采樣點分別是o, a..","對應緩沖區(qū)處于半填充狀態(tài)后 從遠端傳送的第"個數(shù)據(jù)包,、/r"j 、 以及f ^則表示 第"個數(shù)據(jù)包到達本地時刻的遠端業(yè)務(wù)時鐘頻率、本地業(yè)務(wù)時鐘頻率 以及緩沖區(qū)填充級。
      一般來說,兩端的業(yè)務(wù)時鐘頻率并不是常量。但由于時鐘隨環(huán)境 變化比較緩慢,不失一般性,可以假定/(^在一個時間段內(nèi)是常數(shù),
      也就是乂w = y; -"=...=乂仰成立。
      以"表示^r^,則"是一個常數(shù),其意義是初始狀態(tài)本地業(yè)務(wù) 時鐘相對于發(fā)送端業(yè)務(wù)時鐘的頻率差異。
      則下列四個等式可以描述普通的基于填充級自適應時鐘恢復的 一般方法。
      <formula>formula see original document page 6</formula>
      & 、 &分別表示f w隨j/t"-"變化的以及^yw隨耵"/變化的速
      度。^表示在單位采樣間隔里,兩端業(yè)務(wù)時鐘的單位差異(Hz)引起
      的緩沖區(qū)的變化,^表示單位緩沖區(qū)變化引起的本地業(yè)務(wù)時鐘的變化
      (Hz)。以m表示采樣頻率,換句話說,m表示每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù), 則
      & = M4X解^ P /附 &2=M4X 。# 。J p /似5DJ "J 為討論方便,這里暫假定將TDM映射成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包(以下簡 稱數(shù)據(jù)包)時,每個數(shù)據(jù)包攜帶的TDM信息長度為一個E1時隙的
      長度£,丄=32字節(jié)=256位(這里將這種封裝簡稱為1包1時隙)。而 兩端的去抖緩沖區(qū)的大小為1024字節(jié),也就是8192比特。而"對應
      每個數(shù)據(jù)包到達的時刻。
      另夕卜,文獻[14]對E1的頻偏的規(guī)定為W必^t5印pw,令C-2似^:, 那么/仰,/仰都應該落在區(qū)間《"-50ppm" Q7+5印;w^J,那么 d/^^/C二s—定落在"/0印/ m, MAX (|df (0) |)=
      = 2似.Sife,也就是說,對E1來說,兩端業(yè)務(wù)時鐘的初始 差異的最大值為2似.S/fe,這實際上就是自適應時鐘應糾正的偏差范 圍。
      由于附表示每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù),則w-每秒劃分的El時隙 數(shù)=8000,那么&、 ^可以用下式計算
      <formula>formula see original document page 7</formula>
      通過上面的分析可以看出,普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法是從 整個緩沖區(qū)出發(fā),考慮的是緩沖區(qū)的使用率,換句話說,輸入到VCO 的調(diào)節(jié)信號從整個緩沖區(qū)的變化率得到,可以說其考慮的是緩沖區(qū)的 絕對變化;普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法僅有低通濾波,濾波一般 使用硬件實現(xiàn),對擁塞產(chǎn)生的低頻噪聲未有效考慮;普通的基于緩沖 區(qū)填充級的方法,設(shè)計緩沖區(qū)初始狀態(tài)的讀寫指針有最大的跨距,但 無其它措施防止緩沖區(qū)溢出;普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法一般目 標是鎖定在半填充狀態(tài)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種鎖定更快,濾波機制更加完善、靈活 的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法。
      本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘 方法,該方法以d/Y/ y"表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化,同 時設(shè)置"a5-"A (U5+"Z^為緩沖區(qū)填充級的有效空間,(5是一個可配 置的小于0.5的數(shù),定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài) '-l 當F(n) e (0,(0.5-S)D]
      SF = 乂 0 當F(n) e ((0.5-S)D,(0.5+S)D )
      1 當F(n) e ((0.5+S)D,D]
      則本地和遠端的時鐘偏差W W = W 6 -" + + & * 入
      其中,調(diào)節(jié)系數(shù)^ - " /M^ 〃"/ "J 〃 /6>",歷為采樣頻率,j'是 兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包,J'是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙數(shù);^為 反射系數(shù)。
      (5可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當前的QOS(Quality of Service)情況選定,如果網(wǎng) 絡(luò)時延抖動比較大,則(5可選擇較大的值,反之則可選擇較小的值。
      如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法,其中, 的取值大于等于512。
      如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法,其中,反射 系數(shù)^應根據(jù)仿真的n)M信號級確定,當7DM信號級為E1時,反 射系數(shù)^從區(qū)間fO, 2似.<§//^選取。
      如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法,其中,令 」尸'6 ^表示實際采樣得到的J/Y"X直,則利用下述公式得到真實 的辟>
      AF(n )= "U AF 6 -" W * & W 式中a和P為加權(quán)因子,其值從(0, 1)區(qū)間選取, & "J是第一級£『M4濾波器的輸出和第二級£^M4濾波器的輸
      入,a/Y刀Ji第二級濾波器的輸出,^廠^ J是第一級
      濾波器的輸入。
      本發(fā)明的有益效果如下
      (1) 該方法基于緩沖區(qū)的相對變化速度來實現(xiàn)目標,也就是說, 使用單位時間內(nèi),緩沖區(qū)的變化與理論上最大可能的變化的比值,并 從中得到VCO調(diào)節(jié)信號,其靈敏度更高,鎖定更快;
      (2) 該方法使用擁塞檢測機制來排除其影響,同時使用兩級 EWMA濾波消除高頻噪聲,兩級EWMA濾波可用硬件實現(xiàn),也可借 助于軟件實現(xiàn),濾波機制更完善,也更靈活;
      (3) 該方法通過設(shè)置安全區(qū)間,將區(qū)間的上下界作為反射墻, 以防止緩沖區(qū)上溢或下溢,對于去抖緩沖區(qū)來說更加安全;
      (4) 該方法的設(shè)計目標是保證緩沖區(qū)填充級處在一個安全區(qū)間。


      圖1為CESoPSN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
      圖2為自適應時鐘方法的邏輯示意圖。
      圖3為TDM數(shù)據(jù)包通過分組網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
      圖4為濾波前后的功率譜示意圖。
      圖5為仿真設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
      圖6為仿真測試拓撲結(jié)構(gòu)圖。
      圖7為普通方法與本發(fā)明的仿真和測試結(jié)果圖。
      具體實施例方式
      下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。 首先,分組網(wǎng)的特性決定其數(shù)據(jù)包從遠端到達本地在時間上是離 散的,如果采用1包1時隙的封包方法,兩個數(shù)據(jù)包之間的平均時間 間隔是125/^,如采用1包40時隙(一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包可達1518字 節(jié),最多可封裝47個E1時隙)的封包方法,則兩個數(shù)據(jù)包之間的平 均時間間隔可達5ms。 其次,由于兩端的頻率差異較小,去抖緩沖區(qū)填充級的變化其實 是非常緩慢的,使得每次對振蕩器的調(diào)整幅度也較小。
      所以文獻[9][10]提出了基于時戳的方法來改善自適應時鐘的收 斂性能,但需要兩端都生成時戳信息并通過數(shù)據(jù)包交換時戳,實現(xiàn)起 來較為復雜,并且犧牲了分組網(wǎng)的傳送帶寬。
      本發(fā)明提出一種快速鎖定的方法,仍然以去抖緩沖區(qū)為基礎(chǔ),但 調(diào)整了對振蕩器的控制策略。
      以z!FfV^表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化,則有^P J =
      F「w」-耵"-"。同時設(shè)置(T0.5-"A P.5+"Z^是緩沖區(qū)填充級的有效空 間,^是一個可配置的小于0.5的數(shù),設(shè)置這個有效空間為防止緩沖 區(qū)上溢或下溢。<5可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當前的QOS(Quality of Service)情況選 定,如果網(wǎng)絡(luò)時延抖動比較大,則(5可選擇較大的值,反之則可選擇 較小的值。
      定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài)
      一l
      0
      1
      當F(n) e (0,(0.5-S)D] 當F(n) e ((0,5-S)D,(0.5+5)D ) (11) 當F(n) e ((0.5+5)D,D]
      將(6)式修改為:
      :#-7」+^SF +^*新"」(12)
      ^可以稱為調(diào)節(jié)系數(shù),可以用下式表示。
      z'是兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包,j'是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙 數(shù)。m表示采樣頻率,換句話說,m等于每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù),通 常等于7DM業(yè)務(wù)將一秒劃分的時隙數(shù),固定為8000。
      由于M4X 0# "9 P = 204.8,則每秒的緩沖區(qū)變化量小于204.8 比特,則平均約需5ms才有1比特的變化,因此,fz,取太小的值不具 有應用意義,實際應用時取C卩大于等于512比較好。這里令(7*》=512,
      那么在每個采樣點間的緩沖區(qū)平均增量最大為204.8 * 512 / 8000 = 13.11。
      也就是說,z/F y)-13時,表示df(n)約等于204.8。 ^可以稱作反射系數(shù),根據(jù)仿真的n)M信號級確定,原則上^
      應從區(qū)間(o,兩端頻率偏移允許的最大值)中選取,例如,n)M信
      號級為El時,兩端頻率偏移允許的最大值為2似.S/fe,因此反射系 數(shù)^從區(qū)間A 2似.處fe)選取??梢约僭O(shè)^.5-^D和(0.5+"D是去抖緩 沖區(qū)的兩堵墻,當去抖緩沖區(qū)的有突破這兩堵墻的趨勢時,^可以反 轉(zhuǎn)這種趨勢。
      與普通填充級方法不同的是,本方法不需將去抖緩沖區(qū)的填充級 穩(wěn)定在半填充狀態(tài),在處于時鐘鎖定狀態(tài)時,只要緩沖區(qū)填充級落在 (Tft5-"D, (^.5+^Qj區(qū)間內(nèi),既可確認系統(tǒng)處于有效的鎖定狀態(tài)。
      當分組的時延處于穩(wěn)定狀態(tài)時,也就是時延抖動zW = 0時,該 方法基本可以在*7Z5/ 內(nèi)鎖定,當fz力;;^572,收斂周期約等于
      由于卩是一個較弱的信號,但在時延抖動的影響下,測量得
      到的J尸f^往往與實際的zLFT" j有相當大的差異。
      不失一般性,將位于兩端TDM中間的網(wǎng)絡(luò)看作一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點, 則攜帶TDM信息的數(shù)據(jù)包(以下簡稱數(shù)據(jù)包)通過分組網(wǎng)絡(luò)的過程 可以用圖3表示?;疑匦伪硎緮?shù)據(jù)包,進入分組網(wǎng)絡(luò)時是均勻的, 如果是一包一時隙,則兩個數(shù)據(jù)包之間的間隔為"5戸。但離開分組 網(wǎng)絡(luò)時,受網(wǎng)絡(luò)時延的影響,數(shù)據(jù)包之間的間隔不再是均勻的。
      時延抖動產(chǎn)生源可以歸納為兩大類(1)由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾S機因 素影響產(chǎn)生的時延變化,如傳輸時延變化,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處理能力波動等, 常常表現(xiàn)為高頻低幅;(2)由于突發(fā)性大流量進入網(wǎng)絡(luò),導致網(wǎng)絡(luò)出 現(xiàn)擁塞,引起數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的長時間排隊等待導致時延變化,往往 表現(xiàn)為低頻高幅。
      可用擁塞檢測方法來削弱或避免擁塞引起時延抖動的影響。
      如圖3所示,設(shè)第w個數(shù)據(jù)包A在網(wǎng)絡(luò)中的等待時間為nU單位
      為^,下同),它在網(wǎng)絡(luò)中的處理時間為&。
      在采用一包一時隙的封裝時,由于相鄰兩個數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡(luò)的時
      間間隔為125/^,則第"+7個數(shù)據(jù)包的等待時間w"+7可以用(14) 式表示
      由于數(shù)據(jù)包等長,且屬于同一數(shù)據(jù)流,那么&可以看作是一個
      當H^過大時,去抖緩沖區(qū)填充級將以較快的速度減少。所以可
      以將JFfh)有明顯的負向變化(相對通常情況下的zli^^)作為擁塞 開始的標志。
      同樣,當擁塞解除時,di^O有明顯的正向變化,而后趨向平穩(wěn)。 所以可以利用以上特性檢測擁塞,并放棄使用擁塞階段的樣本數(shù)據(jù)。
      對于高頻低幅的時延抖動,可以使用低通濾波器來過濾時延抖動 導致的噪聲。
      這里采用兩級EWMA (Exponential Weight Moving Average)方
      法來實現(xiàn)低通濾波。
      令JF丫" J表示實際采樣得到的zlFfn」值,則可以用(15)式表示 /1尸7>0與/^(>0游關(guān),,
      」=z/伸J +咖 "" (15)式中ef^是高頻低幅時延抖動產(chǎn)生的偏差。 則真實的^T"」可以用(16)-(17)式計算。
      <formula>formula see original document page 12</formula>
      <formula>formula see original document page 12</formula>(16)式、(17)式分別表示兩級EWMA濾波的輸入和輸出關(guān)系,式
      中OC和々是加權(quán)因子,它們的值可以從(0, 1)區(qū)間選取。
      是第一級五『M4濾波器的輸出和第二級五『M4濾波器的輸入,」/Y", ;f第二級£『M4濾波器的輸出,^ J是第一級五『M^濾波器的 輸入。
      下面分析經(jīng)兩級EWMA濾波的性能。
      由于網(wǎng)絡(luò)時延的隨機性,可以把<")6z-" 7, 2。。。9看作獨立 同分布的隨機變量,其數(shù)學期望為0,方差為^。
      則其自相關(guān)函數(shù)i(7'^^^#">>可用(18)式計算。
      <formula>formula see original document page 13</formula>
      <")的功率譜為£尸(P可用(19)式表示(
      <formula>formula see original document page 13</formula> (19)
      由于TDM每秒傳送8000時隙,由(13)式及其相關(guān)說明可知,每 秒采樣8000/(。)次,而/1PT"卩在相對較短的時間可看作常數(shù)(以^ 表示),貝UzlF丫")的功率譜^F (P可由(20)式表示。
      <formula>formula see original document page 13</formula>(20)
      (16)式、(17)式對應的EWMA濾波功能的頻率響應如(21) 式、(22)式所示。
      <formula>formula see original document page 13</formula>(2i) <formula>formula see original document page 13</formula> (2 2)
      那么兩級EWMA濾波器的合并頻率響應如(23)式所示。
      <formula>formula see original document page 13</formula>(23)
      <formula>formula see original document page 14</formula>則由(19)式、(21) - (23)式可得圖 4,圖4中的三條曲線分別表示濾波前、經(jīng)一級DWMA濾波和兩級 EWMA濾波后的功率譜。X軸表示頻率(單位為HZ), Y軸表示功 率(單位為dB)。由于實際的功率都為負值,為作圖方便,圖中的縱 坐標值都等于實際值+150dB。而且這里0 dS處對應的功率實際值也 為0。
      從圖4可看出,在濾波前,干擾部分的功率甚至比直流成份(對 應真實Ji^^的功率)大,在經(jīng)兩級EWMA濾波后,直流成份沒有 變化,干擾成分得到極大的抑制,干擾成分的功率則遠小于直流成份, 濾波后的信號也基本和真實Z/F(>7 ,目等。
      為評測本方法設(shè)計的硬件平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5中的 FPGA (Field-programmable gate array)實現(xiàn)如下功能
      (1) 從E1收發(fā)器接收TDM數(shù)據(jù)。
      (2) 將TDM數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包,并將封裝好的數(shù)據(jù)包 通過交換芯片從千兆以太網(wǎng)端口發(fā)送出去。
      (3) 從交換芯片接收遠端發(fā)送的攜帶TDM信息的數(shù)據(jù)包并存 入去抖緩沖區(qū)。
      (4) 借助了 CPU的運算和壓控振蕩器,基于去抖緩沖區(qū)恢復本 地的業(yè)務(wù)時鐘。
      (5) 利用恢復的業(yè)務(wù)時鐘將去抖緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到El收發(fā)器。
      FPGA同時實現(xiàn)了前述的普通填充級方法和快速鎖定的填充級 方法,并可以通過CPU配置FPGA采用哪種方法。
      CPU除了執(zhí)行對FPGA的配置外,還周期性的從FPGA讀取去 抖緩沖區(qū)統(tǒng)計信息,并完成兩級EWMA濾波算法,并將濾波后的信 息寫入FPGA。
      搭建的測試拓撲如圖6所示。 三臺仿真設(shè)備具備圖5表示的功能結(jié)構(gòu)。
      測試儀表ANT-20E的兩個El端口分別連接到兩端仿真設(shè)備的 El接口。并各使用一個千兆以太網(wǎng)口 (GE口)與中間的設(shè)備相聯(lián)。 相當于三臺設(shè)備連接成鏈形結(jié)構(gòu)。
      Smartbits測試儀表的兩個千兆接口分別與兩端的設(shè)備的另外一 個千兆端口相聯(lián),隨機的輸入背景流量。
      背景流量的輸入可以使TDM仿真流產(chǎn)生一定的時延變化,但背 景流量和TDM仿真流總量不能超過千兆,否則線路會產(chǎn)生丟包。
      分別將仿真設(shè)備配置成采用普通的基于填充級的方法和采用本 方法進行測試和記錄數(shù)據(jù),如圖7所示。
      參考文獻 Metro Ethernet Forum,MEF 3,Circuit Emulation Service Definitions, Framework and Requirements in Metro Ethernet Networks,2004.Metro Ethernet Forum,MEF 8,Implementation Agreement for the Emulation of PDH Circuits over Metro Ethernet Networks,2004 X. Xiao, D. McPherson,P. Pate, IETF Rfc 3916,Requirements for Pseudo-Wire Emulation Edge-to-Edge (PWE3),2004 M. Riegel, IETF Rfc 4197,Requirements for Edge-to-Edge Emulation of Time Division Multiplexed (TDM) Circuits over Packet Switching Networks,2005 INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION ,ITU-T G826.1/Y.1361, Ethernet over Transport aspects - Quality and availability targets :Timing and synchronization aspects in Packet Networks,2006 INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION ,ITU墨T G.823, The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 2048 kbit/s hierarchy,2000 [8] INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION ,ITU-T G.824, The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 1544 kbit/s hierarchy,2000 [9] James Aweya, Delfm Y. Montuno, Michel Ouellette, et al. Clock synchronization for packet networks using a weighted least-squares error filtering technique and enabling circuit emulation service, International Journal of Communication Systems Early View [10] A Geva: Novel adaptive clock for TDM over IP networks , Electrical and Electronics Engineers in Israel,2002, IEEE Digital Object Identifier 10.1109/EEEI.2002.1178361 , Page(s):131 -134 Castel-Branco, L.; Nunes, M.S:Clock recovery for circuit emulation services over ATM Broadband Communications, 1996. Global Infrastructure for the Information Age, Proceedings of the International IFIP扁IEEE Conference on 23-25 April 1996 Page(s):617 - 625 Fukada, Y., Yasuda^ T., Komatsu, S. et al. Adaptive Clock Recovery Method Utilizing Asia-Pacific Conference on 03-05 Oct, 2005 Page(s):19 - 23 Fujikawa, F., Serizawa, Y. Experimental considerations on adaptive clock method for transmitting microprocessor-based current differential teleprotection signals in ATM networks Power Engineering Society 1999 Winter Meeting, IEEE Volume 1, 31 Jan.-4 Feb. 1999 Page(s):229 - 234 voU Digital Object Identifier 10.1109/PESW. 1999.747459 [14] INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION ,ITU-T G.703, hysica/electrical characteristics ofhierarchical digital interfaces,2001。
      權(quán)利要求
      1.一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法,其特征在于該方法以ΔF(n)表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化,同時設(shè)置((0.5-δ)D,(0.5+δ)D)為緩沖區(qū)填充級的有效空間,δ是一個可配置的小于0.5的數(shù),定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài)id="icf0001" file="S2007103019457C00011.gif" wi="95" he="22" top="5" left = "5" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>則本地和遠端的時鐘偏差df(n)=df(n-1)+k3SF+k4*ΔF(n),其中,調(diào)節(jié)系數(shù)k4=m/MAX(|df(0)|)/(i*j),m為采樣頻率,i是兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包,j是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙數(shù);k3為反射系數(shù)。
      2. 如權(quán)利要求1所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法, 其特征在于。'的取值大于等于512。
      3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘 方法,其特征在于反射系數(shù)^根據(jù)仿真的7DM信號級確定,當7DM 信號級為El時,反射系數(shù)^從區(qū)間A 2似.S/fej選取。
      4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法,其特征在于令」,Y/7,表示實際采樣得到的4/Y/7X直,則利用下述公式得到真實的Ji^7j:<formula>formula see original document page 2</formula> 式中,a和"為加權(quán)因子,其值從(0, 1)區(qū)間選取,是第一級^F湖濾波器的輸出和第二級fM4濾波器的輸入, ^J^第二級,廁濾波器的輸出,^,' 6卩是第一級,鵬濾波器 的輸入。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及分組網(wǎng)傳送TDM技術(shù)(TDMoP,TDM Over Packet)中的自適應時鐘方法,具體為一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應時鐘方法。該方法使用單位時間內(nèi)緩沖區(qū)的變化與理論上最大可能的變化的比值,并從中得到VCO的調(diào)節(jié)控制信號,其靈敏度更高,鎖定更快;該方法使用擁塞檢測機制來排除擁塞造成的影響,同時使用兩級EWMA濾波消除網(wǎng)絡(luò)時延抖動引入的高頻噪聲,兩級EWMA濾波可用硬件實現(xiàn),也可借助于軟件實現(xiàn),濾波機制更完善,也更靈活;另外,該方法通過設(shè)置安全區(qū)間,將區(qū)間的上下界作為反射墻,以防止緩沖區(qū)上溢或下溢,對于去抖緩沖區(qū)來說更加安全。
      文檔編號H04J3/16GK101188469SQ20071030194
      公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
      發(fā)明者余少華, 戴錦友 申請人:武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責任公司
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