[科普中國(guó)]-恒定比特率業(yè)務(wù)

CBR業(yè)務(wù)電路仿真規(guī)范

為了實(shí)現(xiàn)在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送電路業(yè)務(wù)，即CBR業(yè)務(wù)，ATM Forum提出了電路仿真的規(guī)范，電路仿真業(yè)務(wù)(Circuit EmulationService，CES)的特點(diǎn)就是在ATM網(wǎng)絡(luò)上提供與當(dāng)前TDM技術(shù)類似的性能。

圖1為電路仿真參考模型，CBR業(yè)務(wù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互通功能(Interworking Function，IWF)接入ATM網(wǎng)絡(luò)，并與其它CBR設(shè)備相連，ATM網(wǎng)絡(luò)對(duì)于接入的CBR業(yè)務(wù)是透明的，就好象仍在原來(lái)傳統(tǒng)的電路網(wǎng)絡(luò)中傳送一樣，這也是電路仿真的含義所在。

電路仿真支持的CBR業(yè)務(wù)包括結(jié)構(gòu)化T1/Eln×64kbit/s業(yè)務(wù)及非結(jié)構(gòu)化T1/El業(yè)務(wù)。結(jié)構(gòu)化n×64kbit/s業(yè)務(wù)以部分式T1/El電路為模型，只傳遞實(shí)際需要的時(shí)隙，使占用的ATM帶寬最小，n×64kbit/s業(yè)務(wù)向用戶終端設(shè)備提供時(shí)鐘，適用于全同步網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。另外由于n×64kbit/s業(yè)務(wù)終止于設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路(Facility Data Link，F(xiàn)DL)，它可以在IWF及用戶終端設(shè)備之間的T1/El鏈路提供準(zhǔn)確的鏈路質(zhì)量監(jiān)視和故障隔離。非結(jié)構(gòu)化T1/El業(yè)務(wù)以與網(wǎng)絡(luò)異步的T1/El電路為模型，適用于用戶終端設(shè)備使用非標(biāo)準(zhǔn)的幀格式情況。在這種模式下，ATM網(wǎng)絡(luò)以比特流的形式對(duì)電路上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)透明傳榆，用戶終端設(shè)備產(chǎn)生定時(shí)信息，并由信元攜帶，經(jīng)ATM網(wǎng)絡(luò)傳送至接收端。非結(jié)構(gòu)化T1/El業(yè)務(wù)側(cè)重于端到端設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路通信及告警，相對(duì)于結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)，它的配置要簡(jiǎn)單易行。

n×64Kbits/s業(yè)務(wù)用于仿真點(diǎn)到點(diǎn)的部分T1/El電路，其典型接入方式是通過(guò)1.544Mbit/sTl接口及2.048Mbit/S G.703接口。對(duì)Tl，每個(gè)接口提供24個(gè)時(shí)隙中的n個(gè)時(shí)隙，n可以從l到24任選；對(duì)E1接口，n可以從1到3l任選。由于n×64Kbit/S業(yè)務(wù)只占用T1/El接口的部分時(shí)隙，所以可以在一個(gè)T1/El接口上共享幾個(gè)獨(dú)立的仿真電路，即由對(duì)應(yīng)于不同虛連接(Virtual Channel Connection，VCC)的AALl實(shí)體完成相應(yīng)的適配功能，其網(wǎng)絡(luò)互通功能圖見(jiàn)圖2。

圖2a描述了結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)互通功能。ATM UNI物理層接口為電路仿真業(yè)務(wù)提供足夠的帶寬，并通過(guò)此接口從ATM網(wǎng)絡(luò)向CES網(wǎng)絡(luò)互通功能單元提供定時(shí)信息，此定時(shí)信息同步于網(wǎng)絡(luò)主參考源(Primary Reference Source，PRS)。ATM層負(fù)責(zé)多個(gè)VCC的復(fù)接和分接，每個(gè)VCC對(duì)應(yīng)每個(gè)AALl實(shí)體，AALl實(shí)體負(fù)責(zé)虛連接的分段和重組(SAR)。時(shí)隙映射功能(MappingFunction)負(fù)責(zé)將輸入、輸出至SAR子層的數(shù)據(jù)流分配到相應(yīng)T1/El電路的確定時(shí)隙中。在電路仿真中，VCC的時(shí)隙分配是由CES管理信息庫(kù)(Manage Information Base，MIB)完成的。分配的時(shí)隙在VCC的輸入、輸出接口上不需要完全一致，也不必是連續(xù)的，但要求其必須保持125us的幀完整性，即每個(gè)VCC的n個(gè)時(shí)隙需保持在同一個(gè)幀結(jié)構(gòu)中。另外，要求同一幀中同一VCC的n個(gè)時(shí)隙，在輸入、輸出接口上保持其順序是一致的。

圖2b描述了非結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)互通功能，此處的映射功能只簡(jiǎn)單地將AALl層與T1/El業(yè)務(wù)接口的每一比特進(jìn)行映射。從ATM觀點(diǎn)看，圖中的陰影部分代表了“AAL用戶實(shí)體”1。

CBR業(yè)務(wù)的源定時(shí)恢復(fù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了在接收方恢復(fù)出與發(fā)送源一致的數(shù)字信號(hào)，要保證收發(fā)雙方的比特時(shí)鐘具有一致的頻率和相位關(guān)系。在電路網(wǎng)絡(luò)中，收發(fā)時(shí)鐘不同步將會(huì)導(dǎo)致接收方取樣判決的錯(cuò)誤；在ATM網(wǎng)絡(luò)中，如果收發(fā)時(shí)鐘不同步，同樣將導(dǎo)致發(fā)送信息的錯(cuò)誤恢復(fù)。CBR業(yè)務(wù)，屬于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，要求提供嚴(yán)格的端到端定時(shí)同步功能。由于ATM網(wǎng)絡(luò)采用了統(tǒng)計(jì)復(fù)用的策略實(shí)現(xiàn)多路業(yè)務(wù)的復(fù)用，信元在經(jīng)過(guò)復(fù)用及交換后，將以不同的時(shí)延到達(dá)接收端，也就無(wú)法保證其原有的恒定速率，破壞了其周期性。恢復(fù)CBR業(yè)務(wù)的源定時(shí)，是ATM網(wǎng)絡(luò)支持CBR業(yè)務(wù)所要求具備的基本功能。

CBR業(yè)務(wù)可以直接來(lái)自用戶終端設(shè)備，還可能來(lái)自傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)，如公用電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)及各種專用網(wǎng)。CBR業(yè)務(wù)的時(shí)鐘可分為同步時(shí)鐘和異步時(shí)鐘。同步時(shí)鐘是指CBR業(yè)務(wù)的時(shí)鐘與網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步，在這種情況下，AALl管理實(shí)體直接從網(wǎng)絡(luò)向AALl接收實(shí)體提供時(shí)鐘，不需要進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。AALl-SDU數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)提供的時(shí)鐘從接收端FIFO緩沖區(qū)中讀出。如果在發(fā)送端和接收端的業(yè)務(wù)時(shí)鐘存在長(zhǎng)期的系統(tǒng)誤差，那么在AALl接收端或下游的終端設(shè)備中將發(fā)生周期性的緩沖區(qū)上溢或下溢。因此，這種由網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)鐘定時(shí)的性能將與網(wǎng)絡(luò)同步的精度范圍有關(guān)。

如果業(yè)務(wù)時(shí)鐘與網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘是異步的，則需在接收端進(jìn)行源定時(shí)恢復(fù)。由于ATM信元到達(dá)的不確定性，使得定時(shí)恢復(fù)變得相當(dāng)復(fù)雜。其遵循的基本原則是以信元的到達(dá)時(shí)刻及到達(dá)間隔時(shí)間等信息為依據(jù)，并盡量借助其它的輔助同步信息。

ITU-T I.363建議中提出兩種支持異步CBR業(yè)務(wù)的方法，一種是自適應(yīng)時(shí)鐘法(Adaptive Clock Method)，一種是同步剩余時(shí)標(biāo)法(Synchronous Residual Time Stamp，SRTS)，對(duì)于滿足ITU-T G．823/G．824中關(guān)于抖動(dòng)和漂移要求的業(yè)務(wù)，建議采用SRTS法；在專用網(wǎng)中沒(méi)有嚴(yán)格的漂移限制時(shí)，可以使用自適應(yīng)時(shí)鐘法。

自適應(yīng)時(shí)鐘法(ACM)自適應(yīng)時(shí)鐘法不需要在網(wǎng)絡(luò)中傳送額外的定時(shí)信息，其基本原理在于固定時(shí)間內(nèi)傳送的信元數(shù)目反映了發(fā)送源的時(shí)鐘頻率，此信息在接收端被用來(lái)恢復(fù)源時(shí)鐘頻率。通過(guò)在一定時(shí)間周期內(nèi)對(duì)接收數(shù)據(jù)量的平均‘，CDV效應(yīng)將被消除。用來(lái)進(jìn)行定時(shí)均化的時(shí)間周期決定于CDV的特性。

自適應(yīng)時(shí)鐘法的具體實(shí)現(xiàn)是多種的，圖3顯示了一種通過(guò)使用AAL用戶數(shù)據(jù)緩沖器的填滿程度進(jìn)行自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)的方法。

圖3接收端將接收的ATM信元寫(xiě)入一個(gè)緩沖器，并由一個(gè)本地產(chǎn)生的時(shí)鐘控制其讀出頻率。緩沖區(qū)的填滿程序?qū)⑷Q于源時(shí)鐘頻率，并用來(lái)控制本地時(shí)鐘頻率，使兩者趨于一致。具體操作是不斷地測(cè)量緩沖器的充滿程度，其測(cè)量結(jié)果用于驅(qū)動(dòng)鎖相環(huán)產(chǎn)生本地時(shí)鐘。這種方法主要是要使得緩沖器的填充程序盡量保持在中間位置，為了防止緩沖器的溢出，設(shè)置上限和下限兩個(gè)門(mén)限。當(dāng)超出上限時(shí)，說(shuō)明本地時(shí)鐘頻率比源時(shí)鐘頻率要低，需要將其頻率提高，否則，將導(dǎo)致緩沖器的上溢。相反，當(dāng)充滿程序低于下限時(shí)，說(shuō)明本地時(shí)鐘的頻率要比源時(shí)鐘頻率高，為防止緩沖器的下溢需將其頻率降低。

同步剩余時(shí)標(biāo)法(SRTS)同步剩余時(shí)標(biāo)法是同步定時(shí)恢復(fù)方法的一種。同步定時(shí)恢復(fù)技術(shù)的基本概念是利用了公共參考時(shí)鐘，ATM網(wǎng)絡(luò)中信元是統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，因此在ATM層中信元的傳送是異步的；但它基于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理層仍然為一全網(wǎng)同步的同步網(wǎng)，可以由它為收發(fā)兩端提供公共的網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘。圖4顯示了同步定時(shí)恢復(fù)的基本原理。發(fā)送端將其業(yè)務(wù)時(shí)鐘fs與網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘fnx相比較，將得出的頻差/相差信息通過(guò)ATM信元傳送至接收端，接收端利用此信息及fnx恢復(fù)出發(fā)送源時(shí)鐘。

最初的同步時(shí)鐘恢復(fù)方法為美國(guó)Richard C．Lan等人提出的SFET(Synchronous Frequency Encoding Technique)方案，后來(lái)法國(guó)人Julio Gonzales提出了采用公共網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘TS(Time Stamp)方案。1991年12月，CCITT將此兩種方案結(jié)合起來(lái)，綜合了SFET及Ts方案的各自優(yōu)點(diǎn)，提出了ITU—T標(biāo)準(zhǔn)的SRTS方案。SRTS技術(shù)的原理如圖5所示，圖中使用的各符號(hào)含義為：

fn：網(wǎng)絡(luò)參考時(shí)鐘頻率，例如19.44MHz

fnx：網(wǎng)絡(luò)分頻時(shí)鐘頻率，fnx=fn/x，X為整數(shù)

fs：業(yè)務(wù)時(shí)鐘頻率

N：RTS的周期(以fs的時(shí)鐘周期為單位)

Tn：RTS的第n個(gè)周期(單位為s)

￡：時(shí)鐘頻率的容差范圍(單位為PPm)

Mn(Mnom，Mmax，Mmin)：第n個(gè)RTS周期中包含fnx時(shí)鐘的周期數(shù)，一般為非整數(shù)。Mnom、Mmim和Mmax分別代表其標(biāo)稱值、最小值和最大值。Mmin、Mmax相對(duì)Monm的最大偏移量為y。

從由圖5可見(jiàn)，在第n個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)鐘周期Tn內(nèi)，包含有Mn個(gè)經(jīng)分頻的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘(頻率為fnx)，fs有一個(gè)允許偏差，使得Tn與Mn的值隨時(shí)間變化。如果將№的信息傳送至接收端，即可由終點(diǎn)根據(jù)fnx、Mn及共同約定的N值，恢復(fù)出源業(yè)務(wù)時(shí)鐘fs。由于Mn一般不是整數(shù)，而同步定時(shí)恢復(fù)技術(shù)中只能傳送整數(shù)值，因此，需對(duì)Mn的小數(shù)部分進(jìn)行處理。在此采用了一個(gè)P比特異步計(jì)數(shù)器對(duì)fnx時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于下一次脈沖未到達(dá)前，計(jì)數(shù)器不會(huì)更新，從而完成取整工作。這樣還可以保持Mn小數(shù)部分的積累效應(yīng)，而不是簡(jiǎn)單的四舍五入的取整方法。在圖5中，dn代表前一個(gè)(即第N-1個(gè))觀察周期中Mn值的小數(shù)部分，sn為第n個(gè)周期的Mn值加上dn后的取整值，即：

Sn=[Mn+dn]

且dn+1=dn+Mn-Sn，式中[·]表示取整運(yùn)算。

對(duì)于精度較高的業(yè)務(wù)時(shí)鐘fs而言，Mn只在有限的范圍內(nèi)變化，其最大偏移量Mmax-Mmin=2y