RPR技術(shù)與TDMoP同步機制

重慶郵電學(xué)院 辜光輝

深圳市木青科技實業(yè)有限公司 胡繼超

　　摘要：在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)膨脹的今天，話音通信業(yè)務(wù)仍然處于很重要的地位。TDM電路仿真使得話音業(yè)務(wù)在RPR網(wǎng)絡(luò)上很好的保持下來了，本文主要講述TDMoP的實現(xiàn)和同步機制。

　　關(guān)鍵字：RPR, TDM電路仿真, TDMoP,同步

　　RPR Based TDM Circuit Emulation and Synchronizing Mechanism

　　Abstract:With the expanding of data servers, the service of voice telecommunication still plays an important role. The adoption of TDM circuit emulation makes the service of voice telecommunication in a good condition over RPR network. This paper mainly concerns the realization TDMoP and its synchronizing mechanism.

Keywords: RPR, TDM Circuit Emulation, TDMoP, synchronization

　　一、RPR的基本介紹

　　隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速膨脹，城域傳送網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力成為大家關(guān)注的焦點。而無論是IP over ATM,IP over SDH，還是城域Ethernet，都有各自的不足之處。一種為優(yōu)化IP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)男碌腗AC層協(xié)議彈性分組環(huán)RPR（Resilient Packet Transport）被提上議程，該技術(shù)以其技術(shù)的先進性、投資的有效性、性能的優(yōu)越性、支持業(yè)務(wù)的多樣性，顯現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢。RPR技術(shù)一方面吸收了以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點，如經(jīng)濟、靈活和可擴展性；另一方面吸收了SDH的優(yōu)點，如對延時和抖動性能嚴格保障、可靠的時鐘以及SDH環(huán)網(wǎng)50ms快速保護；同時提供與ATM等同的QoS。隨著IEEE 802.17標準的日益完善，RPR技術(shù)逐步走向成熟。基于RPR技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)問世，它是城域光網(wǎng)組網(wǎng)中許多商家優(yōu)先選擇的技術(shù)。

　　雖然數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求在不斷擴大，現(xiàn)在對于電信運營商來說語音通話仍然是很重要的一部分。由于RPR是一種融合多業(yè)務(wù)平臺的優(yōu)秀技術(shù)，它不需要人們將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)鏟除。通過RPR網(wǎng)絡(luò)的TDM服務(wù)電路仿真，電信運營商在提供新的可盈利的數(shù)據(jù)服務(wù)時，保證他們原有的語音通話服務(wù)，使電信公司可以保持現(xiàn)有TDM服務(wù)的高收入。TDM可以融合在RPR系統(tǒng)當中，也可以單獨的設(shè)備的形式面向用戶。

　　二、TDM電路仿真（TDM Circuit Emulation）

　　TDM電路仿真是電路交換業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上透明傳輸所采納的機制。它用特殊的電路仿真頭來封裝TDM業(yè)務(wù)，并通過一定的機制來實現(xiàn)時鐘在包交換網(wǎng)上的傳輸。實現(xiàn)這種封裝功能的物理層器件一般稱為成幀器或映射器，它能直接和原有的TDM網(wǎng)絡(luò)連接。

　　在“非結(jié)構(gòu)化”的仿真中整個業(yè)務(wù)帶寬是仿真的，幀的結(jié)構(gòu)或者叫比特數(shù)在入口處是不用計算的。比特流在目的端口進行封裝和解封裝，其仿真結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　“結(jié)構(gòu)化”仿真業(yè)務(wù)則設(shè)計為仿真點到點的E1/T1連接。幀結(jié)構(gòu)維持不變，各自的流是可見的而且是按字節(jié)分配的，這樣的話就允許E1/T1流融入DS-0信道而發(fā)向不同的目的地。其電路仿真結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　對于不同的系統(tǒng)而言，在設(shè)計電路仿真系統(tǒng)時還有一定的區(qū)別。對于RPR包交換網(wǎng)絡(luò)上的電路仿真（TDMoP）設(shè)計介紹如下：

　　在RPR網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都可以有一個或多個TDM電路仿真支節(jié)點。TDM電路仿真是端到端的，它可以是半雙工點對點模式、全雙工點對點模式或者是半雙工點對多點模式。

　　TDM-over-Packet(TDMoP)是一種使語音和租用電路服務(wù)（如：視頻、數(shù)據(jù)）在IP網(wǎng)上廉價傳輸?shù)募夹g(shù)，它同時可以保持公共電話網(wǎng)（PSTN）的可靠性和服務(wù)質(zhì)量。當包進入網(wǎng)絡(luò)的時候都要競爭帶寬和端口，這樣的話肯定會產(chǎn)生不確定的時延和丟包，發(fā)包源可能會周期性的把包發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上，但是接收方就不能確保以同樣的周期從網(wǎng)上獲得這些包，甚至說，這些包可能不會全部達到接收方。那么這種情況下TDM所需要的信號就不能得到保證。

　　一般來說要在IP網(wǎng)上傳輸TDM有兩種解決方法，一種是把TDM網(wǎng)絡(luò)和用戶終端設(shè)備完全替換為支持語音信令全新機制的架構(gòu)。另外一種方法是保持用戶終端和協(xié)議不變，TDM數(shù)據(jù)從“隧道”傳過包交換網(wǎng)絡(luò)。很顯然，第二種方法無論對承載商還是設(shè)備制造商都比較容易做到。對于RPR網(wǎng)絡(luò)，TDMoP網(wǎng)關(guān)的IPmux系列從TDM端口獲取數(shù)據(jù)流，然后把它們轉(zhuǎn)換封裝成IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。遠端的TDMoP網(wǎng)關(guān)負責(zé)將這些IP包解封裝回TDM業(yè)務(wù)流。

　　三、封裝的實現(xiàn)。

　�。�1）TDMoP的實現(xiàn)

　　TDMoP的最簡單的實現(xiàn)方法如下：通過附加適當?shù)膱箢^，用IP包封裝每個T1或E1幀。一個T1幀由24個單字節(jié)的時隙和1個單獨比特的同步位共193比特組成。一個E1幀由完整的32個字節(jié)（256比特）組成，其中一個字節(jié)用來保持同步，一個字節(jié)傳統(tǒng)上為信令保留。在這兩種情形下，幀速率為8,000幀/秒。

　　因為數(shù)據(jù)包提供分段，同步位/字節(jié)不必包括在內(nèi)。因此對T1和E1的有效負載分別為24和31字節(jié)。對于可靠的面向連接的服務(wù)，如果使用TCP/IP協(xié)議，這需要20字節(jié)的TCP報頭，20字節(jié)的IP報頭，每個數(shù)據(jù)分組共需40字節(jié)。TCP提供了端到端的可靠連接，但這對話音分組用處不大，因為重傳的話音分組到達接收端時次序已亂，將被丟棄。更合理的選擇將是使用實時傳輸協(xié)議RTP，它的報頭至少12個字節(jié)，另加8字節(jié)的UDP報頭和IP的報頭，這與上面的開銷一致。其原理如圖1所示。

　　如果用40字節(jié)的額外開銷傳送24字節(jié)或31字節(jié)的有效負載的話是很浪費的，解決這一問題有兩個方法。

　　第一種方法是報頭壓縮方案。把TCP和RTP的平均報頭減到只有3個字節(jié)，把開銷百分比降到8%~9%。雖然包頭開銷降低了，重組的報文去掉了TCP/IP和IP報頭的許多重要信息，一般很少采用這種方法。

　　第二種方法是把多個幀在封裝前組成一個超級幀。例如，把8個T1（E1）幀合并成192（248）字節(jié)的負載，使得開銷百分比降到17%（14%）的合理程度。合并確實增加了一定的緩沖延遲，但每幀只有125微秒的持續(xù)時間，與VoIP系統(tǒng)相比這一延遲是可以忽略的。例如由8個連續(xù)幀組成的一個超級幀引入1毫秒的單向延遲，是用在VoIP中標準的16kbps低延遲編碼器的一半，大大低于具有15毫秒延遲的8kbps的編碼器。這是在實際設(shè)計中比較常用的一種方法。

　　（2）TDMoP技術(shù)的同步問題

　　TDMoP技術(shù)應(yīng)用時所考慮的一個比較重要的問題就是時鐘同步。如果長時間的頻率不同步，就會造成網(wǎng)絡(luò)出口隊列要么為空要么溢出。

　　在公用交換電話網(wǎng)及SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)中，主時鐘的節(jié)點為從時鐘的節(jié)點提供時間參考信號。在網(wǎng)絡(luò)中通常至少存在一個非常準確的基準參考時鐘，精確到1/1011的量級。該節(jié)點按其精確性被稱為第一層，它為第二精確層提供參考時鐘，第二層為第三層節(jié)點提供參考時鐘。這種分層的時間同步對整個網(wǎng)絡(luò)正常工作致關(guān)重要。

　　在IP網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包以一個隨機的延遲到達目的地，該延遲稱作抖動。當在IP網(wǎng)絡(luò)上模擬TDM時，可通過使用緩沖區(qū)來克服抖動，緩沖區(qū)中對接收到的包排序，由于語音通信的實時性要求比較高，對丟失的包直接按空包處理。在這個緩沖過程中大多數(shù)情況下，原始的時間參考信息是不能提取出來的。因此需要采取必要的時鐘同步措施。

　　一般采用的同步方法有四種：A、環(huán)上設(shè)有一個中心節(jié)點，這個節(jié)點周期性的廣播同步信令；B、環(huán)上的所有節(jié)點都由一個外部設(shè)備（比如GPS）提供時鐘信息;C 、在A和B都不易實現(xiàn)的時候，本地產(chǎn)生時鐘來進行調(diào)整恢復(fù)。D、還有一種，是通過計算平均包到達率推斷時鐘信息的，無論是數(shù)據(jù)包還是特殊的定時包都可以用于同步。

　　對整個網(wǎng)絡(luò)來說當IP網(wǎng)絡(luò)不是全部采用專有的并且全部供TDMoP連接使用時，NTP時鐘和所需的TDM時鐘之間不會有連接。這個情況下時鐘同步解決方法是采用第二種，即使用如原子鐘或GPS接收器等為所有的TDMoP設(shè)備提供時間標準，來減輕IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送同步信息的負擔(dān)，如圖2所示。如果不能提供本地精確時間參考或其實現(xiàn)代價較大，也可以采用目的地重新生成同步本地時鐘進行恢復(fù)，如圖3所示。

　　在采用本地同步的實現(xiàn)時，網(wǎng)路中傳輸?shù)臅r鐘是動態(tài)變化的，也就是說會在一定的范圍內(nèi)浮動，不會是固定的一個值（2.048MHZ）。那么還應(yīng)該有一個動態(tài)跟蹤這個時鐘變化的機制，以達到動態(tài)調(diào)整本地時鐘的目的。比較簡單的方法是用閉環(huán)電路來實現(xiàn)的，通過比較緩沖區(qū)接收和發(fā)送出去的數(shù)據(jù)包的數(shù)目來調(diào)整電壓控制振蕩器的振蕩頻率，再根據(jù)這個頻率來調(diào)整發(fā)送包的速率，這樣不斷的比較就可以實現(xiàn)時鐘的動態(tài)跟蹤。這種方法在目前的設(shè)計中已經(jīng)成功的實現(xiàn)了。

　　四、結(jié)束語

　　RPR技術(shù)從一出現(xiàn)以來就倍受大家的關(guān)注，伴隨著802.17標準的敲定，基于該技術(shù)的產(chǎn)品不斷問世，解決了以前SDH和Ethernet 不能解決的問題，從而推動了城域光網(wǎng)的快速發(fā)展。TDMoP由于解決了VoIP的抖動時延等問題，在電信、移動都得到了大幅度應(yīng)用。 它將是語音傳輸中采用的主流技術(shù)。

　　參考資料：

　　www.rpraliance.org

　　www.tmcnet.com

　　IETF Draft draft-riegel-pwe3-tdm-requirements-01.txt,Requirements for Edge-toEdge Emulation of TDM Circuits over Packet switch networks(PSN)

　　IETF Draft draft-vainshtein-cesopsn-03.txt, TDM Circuit Emulation Service over Packet Switched Network (CESoPSN)

　　 Unstructured Circuit Emulation Using the MT90880, Applications note, Zarlin

Semiconductor Performing Clock

　　作者簡介：

　　辜光輝，女，重慶郵電學(xué)院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)研究生，2002年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)通信與信息工程專業(yè)�，F(xiàn)從事電信增值業(yè)務(wù)及嵌入式系統(tǒng)在光網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用研究。

　　胡繼超，男，華中理工大學(xué)畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位�，F(xiàn)任深圳市木青科技實業(yè)有限公司研發(fā)部總經(jīng)理，主持過多項重大項目開發(fā)工作，在國內(nèi)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表多篇論文，并擁有多項光通訊領(lǐng)域技術(shù)專利。

摘自　光纖新聞網(wǎng)