TDM

目錄
·TDM簡介
·EPON系統(tǒng)中TDM業(yè)務的實現(xiàn)





TDM簡介
Time Division Multiplexing -- 時分復用

TDM就是時分復用模式。時分復用是指一種通過不同信道或時隙中的交叉位脈沖，同時在同一個通信媒體上傳輸多個數(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻信號等的技術。電信中基本采用的信道帶寬為DS0，其信道寬為64kbps。

每一個時隙的速率為一個標準的PCM（Pulse-Code-Modulation）話路64Kbps。每通道時隙的重復頻率為Ts=8KHz，即幀周期為125us。

電話網(wǎng)絡（PSTN）基于TDM技術，通常又稱為TDM訪問網(wǎng)絡。電話交換通過一些格式支持TDM：DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。E1TDM支持2.048Mbps通信鏈路，將它劃分為32個時隙，每間隔為64kbps。T1TDM支持1.544Mbps通信鏈路，將它劃分為24個時隙，每間隔為64kbps，其中8kbps信道用于同步操作和維護過程。E1和T1TDM最初應用于電話公司的數(shù)字化語音傳輸，與后來出現(xiàn)的其它類型數(shù)據(jù)沒有什么不同。E1和T1TDM目前也應用于廣域網(wǎng)鏈路。BRITDM是通過交換機基本速率接口（BRI，支持基本速率ISDN，并可用作一個或多個靜態(tài)PPP鏈路的數(shù)據(jù)信道）提供�；�本速率接口具有2個64kbps時隙。TDMA也應用于移動無線通信的信元網(wǎng)絡。

時分復用器是一種利用TDM技術的設備，主要用于將多個低速率數(shù)據(jù)流結(jié)合為單個高速率數(shù)據(jù)流。來自多個不同源的數(shù)據(jù)被分解為各個部分（位或位組），并且這些部分以規(guī)定的次序進行傳輸。這樣每個輸入數(shù)據(jù)流即成為輸出數(shù)據(jù)流中的一個“時間片段”。必須維持好傳輸順序，從而輸入數(shù)據(jù)流才可以在目的端進行重組。特別值得注意的是，相同設備通過相同TDM技術原理卻可以執(zhí)行相反過程，即：將高速率數(shù)據(jù)流分解為多個低速率數(shù)據(jù)流，該過程稱為解除復用技術。因此，在同一個箱子中同時存在時分復用器和解復用器（Demultiplexer）是常見的。



EPON系統(tǒng)中TDM業(yè)務的實現(xiàn)
1 EPON中如何實現(xiàn)TDM業(yè)務

　　Ethernet的封裝方式使得EPON技術非常適于承載IP業(yè)務的同時也使其面臨一個重大的難題——難以承載語音或電路方式數(shù)據(jù)等TDM業(yè)務。EPON是基于以太網(wǎng)的異步傳送網(wǎng)絡，它沒有全網(wǎng)同步的高精度時鐘，無法滿足TDM業(yè)務的定時和同步要求。要解決TDM業(yè)務的定時同步問題同時又要保證TDM業(yè)務的QoS等技術難題不僅要在EPON系統(tǒng)自身設計上做改進，同時也需要采用一些特定的技術。

　　目前，在EPON系統(tǒng)上實現(xiàn)TDM業(yè)務傳輸最主要的一種方法是基于分組交換網(wǎng)絡的電路仿真技術（CESoP,CircuitEmulation over Packet Switched Net）。

　　1.1從電路交換到分組交換的基本思想

　　CESoP技術是指在非TDM網(wǎng)絡上進行電路仿真，實現(xiàn)TDM業(yè)務如E1/T1，E3/DS3或是STM-1等在分組交換網(wǎng)絡上的傳送。其基本原理就是在分組交換網(wǎng)絡上搭建一個“通道”，通過增加報頭，用IP包封裝每個T1或E1幀，通過分組交換網(wǎng)（PSN）透傳到對端。目的端收到數(shù)據(jù)包后重新生成同步時鐘信號，同時去掉數(shù)據(jù)包中的IP頭，把其它數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成原始的TDM數(shù)據(jù)流，從而使網(wǎng)絡兩端的TDM設備不需關心其連接的網(wǎng)絡是否為TDM網(wǎng)絡。CESoP對E1來說是透明傳輸，所以它對傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡兼容性非常好，所有傳統(tǒng)的協(xié)議、信令、數(shù)據(jù)、語音、圖象等業(yè)務，都能夠原封不動的使用該項新技術；而且相關的設備不需做任何改動，可使電信運營商充分利用現(xiàn)有資源，把傳統(tǒng)TDM業(yè)務應用在IP網(wǎng)上。

1.2電路仿真的實施

　　CESoP電路仿真要求在分組交換網(wǎng)絡的兩端都要有交互連接功能。在分組交換網(wǎng)絡入口處，交互連接功能將TDM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列分組，而在出口處則利用這一系列分組再重新生成TDM電路。目前有結(jié)構(gòu)化仿真和非結(jié)構(gòu)化仿真這兩種方法來實現(xiàn)這種交互功能模塊。

　　結(jié)構(gòu)化仿真使用了TDM電路中所固有的時隙結(jié)構(gòu)。首先將幀結(jié)構(gòu)(如DS1中的F位)從數(shù)據(jù)流中提取出來，然后按順序?qū)⒚總�時隙加入到分組的有效載荷內(nèi)，后面再跟著下一幀的同一時隙，如此反復。有效載荷全部填滿后，再加上一個分組頭，該分組就被發(fā)送到分組交換網(wǎng)絡中。有效載荷一般包含大約八幀TDM數(shù)據(jù)(對于E1電路而言即有256個八位位元)。在分組網(wǎng)絡的出口處，TDM數(shù)據(jù)流被重新產(chǎn)生，并使用新的幀結(jié)構(gòu)。

　　非結(jié)構(gòu)化的傳輸方式則忽略TDM電路中可能存在的任何結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)看作給定數(shù)據(jù)速率的純位流。從TDM位流中按順序截取一系列八位位組來構(gòu)成分組的有效載荷。因此，構(gòu)成每個分組有效載荷的八位位組的數(shù)量是隨機的。一般選取有效載荷的長度使分組構(gòu)成時間在1ms左右，對于T1電路，該長度為193個八位位組(見圖2)。對于E1電路，該長度為256個八位位元。這樣，TDM業(yè)務中的信令被透明傳輸，無須任何的信令協(xié)議轉(zhuǎn)換設備就可以實現(xiàn)任何類型的TDM業(yè)務。

1.3CESoP的標準化

　　有關CESoP技術的標準化工作已在有條不紊地展開。目前有4個標準化組織正在從事CESoP技術的標準化工作，分別是國際電信聯(lián)盟（ITU,InternationalTelecommunicationsUnion）;互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF, Internet Engineering Task Force）; MPLS與幀中繼聯(lián)盟（MFA, MPLS and Frame Relay Alliance）; 城域以太論壇（MEF, Metro Ethernet Forum）。各組織正密切關注自己專長的領域。

ITU-T建議Y.1413ITU是關于在MPLS網(wǎng)絡上實現(xiàn)TDM的建議。定義了通過MPLS網(wǎng)絡承載電路業(yè)務的格式。該建議主要規(guī)定TDM-MPLS網(wǎng)絡互通的必要功能要求。這個標準支持結(jié)構(gòu)化的TDM仿真和非結(jié)構(gòu)化的TDM仿真。

　　IETF下屬的邊緣到邊緣的偽線仿真（PWE3，PseudoWireEmulation Edge-to-Edge）工作組負責制定分組交換網(wǎng)（PSN）上仿真網(wǎng)絡業(yè)務的機制。被仿真的網(wǎng)絡業(yè)務包括數(shù)字TDM專線、幀中繼（FR）、ATM信元和ATM適配（AAL）、Ethernet和Ethernet VLAN、HDLC、PPP等。

　　MPLS與幀中繼聯(lián)盟(MFA)最近發(fā)布了TDM仿真的實現(xiàn)協(xié)議 MFA 8.0.0，該協(xié)議規(guī)定了通過 MPLS 網(wǎng)絡承載 TDM 電路仿真的封裝格式、連接的建立與拆除等；還簡化了通過 MPLS 承載 TDM 傳輸?shù)膯栴}，允許運營商向同時提供語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務的單一融合的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)移.

　　MEF則批準了新的電信級以太網(wǎng)技術規(guī)范MEFx（x=1,..,8）。其中，MEF8規(guī)范規(guī)定了基于城域以太網(wǎng)的準同步數(shù)據(jù)系列（PDH）電路仿真的實現(xiàn)方法。MEF 8將和針對以太網(wǎng)測試步驟與網(wǎng)絡管理的新規(guī)范一起促使城域以太網(wǎng)發(fā)展成為一種電信級傳輸技術。

　　隨著這些標準的制定，不同設備制造商之間的互聯(lián)互通問題將會逐步得到解決。目前EPON廠商采用的TDM仿真芯片主要采用的還是IETF的PEW3工作組的邊緣到邊緣的偽線仿真（PEW3）技術。

2 TDMoverEPON實現(xiàn)的關鍵技術

　　2.1時鐘恢復與抖動平滑

　　時鐘恢復與抖動平滑是TDM分組電路仿真實現(xiàn)中的兩個關鍵技術

　　2.1.1時鐘恢復

　　在任何通過分組實現(xiàn)電路交換的技術中，最關鍵的問題之一就是時鐘恢復。例如，在兩個客戶端之間使用專用租借線路通過運營商分組網(wǎng)絡上的仿真鏈路進行連接，則客戶TDM業(yè)務的頻率fservice必須在分組網(wǎng)絡的出口處精確地重新生成。長時間的頻率不匹配將導致分組網(wǎng)絡出口處形成等待隊列，如果重新生成的時鐘比原時鐘慢，則緩沖器被填滿，反之則會被清空。這兩種情況都會造成數(shù)據(jù)丟失和服務質(zhì)量下降。而要實現(xiàn)對TDM業(yè)務的支持，ONU側(cè)的時鐘恢復技術是首先要解決的問題。就電路仿真技術本身而言，目前主要有基于SDH的指針調(diào)整方式、差異方式和自適應等3種時鐘恢復方式。

在IETF制定的文檔draft-ietf-pwe3-sonet-09.txt中，定義了利用SDH指針調(diào)整技術實現(xiàn)分組網(wǎng)絡中的定時同步。同時還定義了顯式指針調(diào)整中繼（EPAR：ExplicitPointerAdjustmentRelay）和自適應指針管理（APM：Adaptive Pointer Management）這兩種指針管理方式來實現(xiàn)網(wǎng)絡同步操作： EPAR方式通過重復發(fā)送端的指針調(diào)整事件來保證TDM數(shù)據(jù)以與發(fā)送端相同的速率被接收端讀取，通常應用于發(fā)送端和接收端存在公共參考時鐘的情況下；而APM則通過保持TDM數(shù)據(jù)以接收時相同的速率被接收端讀取以維持抖動緩存的利用率在一定范圍，此時通常發(fā)送端和接收端無公共的時鐘參考。由于EPAR和APM方式實現(xiàn)時鐘恢復本質(zhì)上都是基于傳統(tǒng)SDH技術的指針調(diào)整，盡管能保證系統(tǒng)的時鐘同步，但實現(xiàn)很復雜，成本很高，不適合在EPON系統(tǒng)規(guī)模應用。

　　差異方式是在發(fā)送端和接收端均采用高精度的時鐘參考源，通過比較包的到達頻率與主參考源的頻率之差進行補償，實現(xiàn)TDM業(yè)務的同步。此方法具有很好的抖動和漂移特性，在很大程度上不受網(wǎng)絡延時、網(wǎng)絡延時變化和包丟失的影響，但是需要在兩端均提供公共參考時鐘。該實現(xiàn)方式主要適用于發(fā)送端和接收端均位于電信機房或其他存在高精度電信時鐘的場合，自適應時鐘恢復方式則不需要發(fā)送端和接收端具有公共的參考時鐘。在接收端根據(jù)到達包所攜帶的信息就可以恢復出需要的時鐘信息。定時信息既可以是通過比較本地和遠端的時標（Timestamp）值來獲取，也可以根據(jù)包的間隔到達速率或抖動緩存的填充水平來獲取。由于EPON本身主要用于用戶接入網(wǎng)，加上EPON可以給特定的數(shù)據(jù)包提供很高的服務質(zhì)量，所以自適應的時鐘恢復方式應用于EPON系統(tǒng)將會獲得很好的時鐘特性。

　　2.1.2抖動平滑

由于以太網(wǎng)采用共享信道，支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)包的傳輸延時無法控制，具有很大的隨機性，造成包與包之間的傳輸時延差，即使所有分組都通過網(wǎng)絡的同一路徑進行傳送，當它們到達網(wǎng)絡出口處的交互功能模塊時仍然會有一些時間偏差。這種隨機性反映在TDM數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中，實際引入的瞬時抖動會遠遠超過正常TDM線路抖動容限，我們把它稱之為“分組抖動”。由于TDM電路具有恒定不變的位速率，因此我們可通過使用緩沖區(qū)來克服抖動，將較快到達的分組在輸出之前進行緩存和排序，這樣就可以補償與其它較慢分組之間的延時差。但由于語音通信的實時性要求比較高，緩沖區(qū)對丟失的包按空包處理。如果緩沖區(qū)過小，就會出現(xiàn)溢出現(xiàn)象，導致丟包嚴重，從而不能很好實現(xiàn)抖動的平滑，而如果緩沖區(qū)過大，閘門打開的門限值就會加大，就會使延時加大，而語音等TDM業(yè)務對延時又有較高的要求，所以緩沖區(qū)大小的設計成為抖動平滑的關鍵。

　　2.2如何在多業(yè)務分組網(wǎng)絡中給TDM業(yè)務提供更好的QoS服務

　　如何在多業(yè)務分組網(wǎng)絡中給TDM業(yè)務提供更好的QoS服務，這是TDMoverEPON實現(xiàn)的又一關鍵問題。EPON上的不同業(yè)務對QoS的要求不盡相同。TDM業(yè)務占用帶寬雖小，但對延時、抖動、漂移、誤碼率等指標有很高的要求；而視頻業(yè)務則需占用較大的帶寬，對延時也有一定要求，但可容忍一定程度的丟包；數(shù)據(jù)業(yè)務則需要占用更大的帶寬，并且具有很強的突發(fā)性，對數(shù)據(jù)的完整性和準確性有較高要求，但對延時要求又較低。要滿足不同業(yè)務的QoS,同時又要給TDM業(yè)務提供更好的QoS服務, 這就要求在實現(xiàn)TDM業(yè)務時充分考慮TDM業(yè)務對延時和抖動的嚴格要求。解決這一技術難題不僅需要解決電路仿真中涉及的時鐘恢復問題，而且還要在EPON系統(tǒng)上進行一定的功能改進。目前烽火通信提出的解決方案是在EPON系統(tǒng)上為TDM業(yè)務指定了更高優(yōu)先級的邏輯鏈路標識（LLID），從而保證TDM數(shù)據(jù)無丟失并且始終得到更高的服務質(zhì)量；再者采用基于每個LLID的動態(tài)帶寬分配算法，根據(jù)不同時刻的流量特性結(jié)合用戶服務水平協(xié)議（SLA）通過REPORT－GATE機制實現(xiàn)帶寬的有效利用。實驗證明通過采用這些措施不僅確保了TDM業(yè)務對延時抖動等指標的嚴格要求，而且保證了TDM業(yè)務的服務質(zhì)量。
3 烽火通信率先實現(xiàn)EPON系統(tǒng)上的TDM業(yè)務實現(xiàn)

　　烽火通信基于EPON的FTTH全業(yè)務解決方案是以EPON技術為基礎，利用單一平臺為客戶提供數(shù)據(jù)、語音、視頻以及TDM專線業(yè)務的綜合可靠接入。在這里值得一提的是，烽火通信率先突破了IEEE對EPON標準的規(guī)定，突破性實現(xiàn)了在EPON系統(tǒng)上承載語音和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務，是當前為數(shù)不多的能在EPON系統(tǒng)中能提供TDM業(yè)務的公司之一。其自主研制的AN5000系列采用領先的PWE3方式提供TDM業(yè)務封裝，該系列中AN5116局端設備不僅提供大容量的TDM業(yè)務接口，同時內(nèi)置64K級別的交叉連接功能，使得TDM業(yè)務的開展更加靈活，帶寬利用效率更高。

　　作為FTTH研究領域的佼佼者，目前烽火通信在國內(nèi)已經(jīng)承建了武漢長飛公寓、四川綿陽電信、湖北網(wǎng)通南湖都市桃源小區(qū)、武漢電信紫菘小區(qū)、北京通信寬HOUSE、浦東信息大樓等眾多FTTH工程，并且在歷次的技術測試中名列前矛，積累了豐富的工程應用經(jīng)驗。以浦東信息大樓為例，該工程是中國電信FTTH試點工程之一，同時也是國家863項目——3Tnet的組成部分，由上海電信承建。為了滿足各類商業(yè)用戶的要求，烽火通信在該工程里綜合提供了語音、數(shù)據(jù)、IPTV、TDM等多種業(yè)務。該工程不僅在國內(nèi)率先開辟了在一個工程中開通業(yè)務種類最齊全的記錄，同時也是TDMoverEPON技術在國內(nèi)的首次應用。

• 通信詞典解釋