CN101043449B - 定时源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于通过分组网络发送定时信息的定时源。所述定时源包括：时钟，用于生成所述定时信息；分组形成部件，用于形成将所述定时信息传输给目标节点的一系列分组。时间戳部件将从所述时钟获取的传输时间插入所述系列的每个分组，并且作为在各自的传输时间向所述网络转发所述分组的输出部件。在一个模式中，分组形成部件将所述系列的所有分组形成为具有分组网络所能传输的最大大小。在另一个模式中，所述系列的分组具有大小分布，该大小分布可以是固定的，也可以是根据流量条件而变化。

Description

定时源
技术领域
本发明涉及用于通过分组网络(packet network)发送定时信息的定时源。这样的源特别地可应用于，虽然不是必须的，与由分组网络连接起来的时分复用传输链路相关的时钟的同步。
背景技术
通信网络通常使用一个或两个良好建立的传输机制；电路交换传送和分组交换(或者仅仅是分组)传送。以前的系统趋向于使用前者，总的来说对于给定的频带使用时分复用来将时域划分为等长度的时隙。通过组合连续时间帧中的同一时隙位置来定义电路。分组网络通常不为发射机分配固定的资源，而是使用包含在分组头、网络交换机和路由器中的目标地址信息，基于最大努力对数据分组进行路由。因为较之等价的电路交换网络，分组网络通常提供更好的性能，并且从安装和维护的角度来说更为经济，所以分组网络在网络运营商中变得越来越普遍。
传统上，电信网络使用时分复用(TDM)电路来连接网络交换机(或者交换局)。然而，出于上述性能和成本的原因，许多运营商和出租线路提供商(其向服务提供商提供带宽)正在将TDM电路替换为分组网络。在许多情况下，在整个分组网络中提供用于交换“会话”的交换机。然而，在未来的许多年，可能一些运营商继续依靠TDM电路来提供网络的全部或者至少是一部分。这使得分组网络和TDM“遗留”设备之间的交互变得必不可少。附图中的图1示意性地图示了承载网络1，其是诸如以太网、ATM或者IP网络的分组交换网络。承载网络提供出租线路服务以互连第一客户前端2和第二客户前端3，两者都使用TDM发射机4、5来处理多条信息流。这些流的特性并不重要，虽然其可以例如是语音呼叫、视频会议呼叫或者数据呼叫等。为了便于TDM流的互连，承载网络1必需模拟恰当的TDM电路。
TDM链路是带有不变(传输)比特率的同步电路，该比特率由工作在某些预定频率的服务时钟管理。相反，在分组网络中，分组从入站端口发送时的频率和其到达出站端口时的频率之间没有直接联系。再次参照图1，为了提供TDM电路模拟，位于分组网络边缘的接口节点6、7必须以如下方式提供TDM链路和分组网络之间的交互，即，出口侧的TDM链路与入口侧的TDM链路同步。换句话说，在位于入口侧的客户前端2处的TDM服务频率(fservice)必须在分组网络的出口(fregen)得到精确重现。这些频率中任何长时间失配的结果是，根据再生时钟(fregen)慢于或者快于原始时钟(fservice)，分组网络1的入口处的队列10要么被填满要么是空的，导致数据丢失和服务变差。同样，除非再生时钟(fregen)的相位跟踪原始时钟(fservice)的相位，否则频率跟踪的迟延将导致对出口处队列10的工作水平的虽然小但仍然是不希望的改变。
必须提供某种可靠的方法，来同步分组网络出口处时钟的频率和相位与TDM发射机处时钟的频率和相位。一种方法是使用某种算法从由发送方引入分组中的时间戳来恢复传输时钟频率和相位，并考虑到了跨越分组网络的传输延迟的量。由于跨越分组网络的传输时间并非对于任意给定的分组而言都是可以预测的，因此必须采用自适应算法。例如，某种形式的均值可以用来考虑传输延迟中的变化。对于ATM，ITU标准I.363.1和ATM论坛标准af-vtoa-0078概括地解释了自适应时钟恢复机制的观念。
EP 1455473公开了用于同步分组网络出口侧的时钟与TDM发射机的时钟的技术。按照该技术，根据在连续时间间隔中接收到的分组的最小传输时间中的变化，来调节出口时钟。
根据分组网络的其他流量以及用来传送定时信息的分组速率，在定时目标处恢复的参考时钟的质量被降低。一般来说，分组速率和分组大小被设置得尽可能低，以节约在递送时钟中消耗的带宽。
一般来说，分组网络中的网元工作为，在完全接收到分组之后，再使用恰当的端口将该分组转发给网络中的下一个网元；这称为“存储和转发”。这样，通过这样的网元转发大的分组比转发小的分组需要更多的时间。对于不同的分组大小和链路速率，下表中给出了与单个节点存储和转发过程相关的毫秒量级的分组延迟。该表中指明的时间仅仅与分组的数据比特相关，而不考虑任何可能与网络的“物理层”相关的报尾或报头。
附图中的图2示出了接连经过分组网络中三个节点的小分组、大分组和混合分组所经历的延迟。由于存储和转发技术，较小的分组趋于追上较大的分组，因为它们都通过相同的网络路径前进。为了让小分组避免招致额外的延迟，应该在大分组不久之后传输小分组。然而，在传输大分组和小分组之间的最小必要间隔依赖于网络路径中的网元数目，而这是不可预测的。这样，影响小定时分组所经历的延迟被与整个网络有效载荷或者流量不成比例的方式所影响。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于通过分组网络发送定时信息的定时源，所述定时源包括：第一时钟，用于生成定时信息；分组形成部件，用于形成一系列分组，所述分组具有该网络所能传输的基本上最大的大小；时间戳部件，用于将从时钟生成的定时信息获取的传输时间插入系列的每个分组；以及输出部件，用于在各自的传输时间向网络转发所述系列的分组。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于通过分组网络发送定时信息的定时源，所述定时源包括：第一时钟，用于生成定时信息；分组形成部件，用于形成一系列分组，所述分组具有至少两种不同的大小；时间戳部件，用于将从时钟生成的定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及输出部件，用于在各自的传输时间向网络转发所述系列的分组。
所述至少两种不同的大小可以包括网络所能传输的基本上最大的大小。
所述系列可以包括具有不同大小的分组的分布。所述分布可以相对于时间大致固定。作为替换地，所述分布可以随时间变化。所述分布可以根据网路流量情况而变化。
所述分组形成部件可以被布置为，响应于网络上的流量增加，相对于分组中较大分组的数目而增加分组中较小分组的数目。可以从具有不同大小的分组到目标的穿越时间获取所述被接收的信息。
所述输出部件可以被布置为，以规则的间隔转发分组。
所述分组可以包括填充数据，并且可以仅仅用于传送定时信息。
所述分组可以包括与定时信息相关的有效载荷数据。所述分组形成部件可以被布置为，从通信路径上大致恒定数据速率的输入数据形成所述分组。所述输入数据可以表示实时事件。输入数据可以包括音频和/或视频。通信路径可以包括时分复用路径。
根据本发明的第三个方面，提供了一种根据本发明的第一或第二方面的源和一目标设备的组合，所述目标设备包括第二可调节时钟和用于将第二时钟调节到与第一时钟同步的布置。
其中所述调节布置可以包括目标时间戳布置和控制电路，其中目标时间戳布置用于确定系列的每个分组到达的本地时间，所述控制电路用于调节第二时钟作为分组穿越时间中差的函数。分组穿越时间可以是连续时间间隔中的最小分组穿越时间。
根据本发明的第四方面，提供了一种通过分组网络发送定时信息的方法，该方法包括：生成定时信息；形成一系列具有网络所能传输的基本上最大大小的分组；将从定时信息获取的传输时间插入系列的每个分组；以及在各自的传输时间向网络转发所述系列的分组。
根据本发明的第五方面，提供了一种通过分组网络发送定时信息的方法，该方法包括：生成定时信息；形成一系列具有至少两种不同大小的分组；将从定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及在各自的传输时间向网络转发所述系列的分组。
这样就可以提供允许提高通过分组网络发送的定时信息质量的布置。例如，这样的技术允许提高在经过分组网络传输后进行恢复的定时参考的质量。在可以使用分组网络所能传输的最大分组大小来发送定时信息的应用中，这样的定时分组不会遭受不适当的退化，该退化在使用相对小的定时分组并且在网络流量中存在其他大分组时会发生。例如，穿过网络中节点的传播延迟不会快于网络上其他分组的传输延迟，从而使得定时分组遭受基本上基于统计特性的延迟。例如，这允许目标处的时钟恢复算法以提高的性能同步本地时钟或者恢复定时信息。
在这样的大分组所要求的相对大带宽不存在或者这样的用途并非所期望的应用中，可以使用具有大小范围或者大小分布的定时分组，从而在降低的带宽要求下实现提高的性能。该分布可以相对时间大致固定，或者可以响应于网络流量，例如通过随时间改变大分组的比例。因此可以达到提高的性能，而几乎没有在已知系统额外带宽要求方面的损失。
附图说明
图1是图示用于通过分组网络传输TDM数据的已知布置的框图；
图2是图示大小不同的分组穿过分组网络节点的传播延迟的图；
图3是图示用于跨越分组网络发送定时信息的布置的框图，该布置包括构成本发明实施例的定时源。
具体实施方式
如图3所示的布置等价于如图1所示的承载网络1，并且包括接口节点6和7，其跨越分组网络11提供TDM服务。发送节点6作为通过分组网络11向目标节点7发送定时信息的定时源。在所示例子中，定时信息由第一时钟12生成，第一时钟12相对于在13处示出的输入TDM数据流的比特率、字节率或者帧率而锁定。然而，在其他应用中，时钟12可以是生成将要传输给目标节点7的独立定时信息的独立时钟。节点6因此作为主定时，而节点7作为从定时。
节点6包括分组形成部件14，其形成一系列分组用于向目标节点7传输。在部件14中，每个分组被形成为带有分组头，该分组头根据分组网络11的协议而足够允许向目标节点7传送分组。该分组提供有有效载荷，在所示的TDM应用的情况下，该有效载荷包括来自TDM流以传达给目标节点7的数据。然而，当发送节点6仅仅供给定时信息而没有有用数据时，有效载荷可以仅仅包含填充数据而不包含跨越网络传输的有用数据。如果对于应用是恰当的话，分组还可以包含有用数据和填充的组合。
分组形成部件14由分组大小控制器15控制，该控制器15控制由部件14形成的分组的大小。在控制器15的一个例子中，例如用在分组网络11中所使用带宽不是问题的应用中时，控制器15仅仅使分组形成部件14用网络11所能传送的最大大小或者接近最大大小形成所有定时分组。在其他应用中，例如当带宽存在问题时，分组大小控制器15控制分组形成部件14建立形成用于向目标节点7发送定时信息的系列的分组大小分布。分组大小的分布(即每个可用大小的分组数目)可以是固定的，也可以随时间变化。例如，该分布可以根据网络11上流量情况的已知趋势而变化。可替换地，如同虚线16所示，分组大小控制器15可以通过一经过分组网络11的返回路径(通常具有低带宽)从目标节点7接收信息，该路径提供关于主要条件的信息，例如与分组网络11的流量情况相关的信息。例如，该信息可以与在目标节点7处确定的实际分组穿越时间相关，从而使得由发送节点6传输的分组大小分布可以相对于流量情况变化。
下表示出了五个不同的可用分组大小分布的具体例子，其中节点6跨越穿过分组网络11的通信链路每秒发送100个分组，分组网络11具有每秒100兆字节的数据速率。
Figure G07187281920070328D000071
在分组形成部件14的一个实施例中，分组大小控制器15可选择针对该定时分组系列的这五种分组大小分布。在正常的流量条件和使用(“默认设置”)期间，控制器15选择每100个分组中的90个具有最小分组大小(64字节)的分布。按照这种分布，有三个可用分组大小，其中中等大小的分组(512字节)每100个分组中占8个，最大大小的分组(1518字节)每100个分组中占2个。该分布占用100Mbps通信链路中可用带宽的0.11％。在至少部分地基于从目标节点返回的信息来选择分组大小分布的情况下，该选择可以基于较大分组的相对定时性能。这样，可以根据主要条件来选择上表中所示的任何一个分组大小分布。
来自部件14的分组被提供给时间戳和输出部件17，该部件17在每个分组从节点6向分组网络11传输时将精确的时间戳插入每个分组。特别地，所述时间戳从提供参考频率fref的第一时钟12获取。时间戳表示参照本地参考时钟12的传输时间，并且用来在目标节点处确定跨越网络11的传输时间。部件17以规则的间隔将分组转发给网络11，所述间隔例如在上述每秒发送100个分组的例子中为10毫秒。
当每个定时分组从分组网络11出现在目标节点7时，其被时间戳采样部件18打上时间戳。部件17和部件18所插入时间戳之间的差给出了分组跨越分组网络11的传输延迟的精确量度，并且用来控制“从”时钟19，时钟19在本例中要与时钟12同步。部件18中的本地时间戳可以如图3所示从时钟19获取，但是也可以作为替换地从不同的时钟获取，例如一个与时钟12不同步的时钟。
时钟19由图3中示为环路滤波器20的控制器控制。环路滤波器20执行滤波操作以减少分组延迟变化的影响，从而产生应用来控制时钟19输入的频率调节取值。例如，用于控制时钟19(采用数控振荡器的形式)的频率fslave的算法可以如下所示：
Fm＝Fm-1+G1(Ym-Ym-1)+G2(Ym-TransmitTarget)
其中：
Fm是所要求的形成时钟19的数控振荡器的频率；
G1是针对环路增益的比例项；
G2是针对环路增益的积分项；
Fm-1是当前数控振荡器频率；
Ym是当前时间间隔中的最小分组穿越时间；
Ym-1是前一个时间间隔中的最小分组穿越时间；以及
TransmitTarget是穿越时间的期望目标点。
EP1455473公开了这种类型的算法，该专利申请的内容通过引用合并于此。然而，任何合适的算法可以用于根据目标节点7中的可用数据来控制时钟19到时钟12的同步。时钟19可以频率锁定到时钟12，从而使得从频率fslave接近参考频率fref，但是微小的频率误差可能随着时间的流逝而发生，从而导致相移。作为替换地，时钟19可以相位锁定到时钟12，从而使得时钟19的输出和时钟12的输出之间存在基本固定的相移。作为进一步可替换地，时钟19可以相位对准到时钟12，从而使得时钟19的输出与时钟12的输出维持相位对准。
所恢复的时钟或者参考信号可以在目标节点7处用作任何合适的目的。在TDM跨越分组网络11传输的情况下，所恢复的时钟可以用来将所接收的分组转换回恰当的TDM格式。然而，这种布置可以用于其他应用，这些应用的另外一个例子是输入到发送节点6的数据是实时数据，例如表示音频或者视频信号的数据，并且要求在目标节点7的输出端以正确的顺序和正确的定时返回为实时格式。这种应用的一个例子是需要跨越分组网络11建立电话连接。

Claims (35)

1.一种用于跨越分组网络提供TDM服务的定时源，所述定时源通过所述分组网络发送定时信息并且包括：时钟，用于生成所述定时信息；分组形成部件，用于形成一系列分组，所述分组具有该网络所能传输的最大的大小；时间戳部件，用于将从所述时钟生成的定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及输出部件，用于在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组。
2.根据权利要求1所述的定时源，其中所述输出部件被布置为以规则的间隔转发所述分组。
3.根据权利要求1所述的定时源，其中所述分组包括填充数据，并且仅用于传送所述定时信息。
4.根据权利要求1所述的定时源，其中所述分组包括与所述定时信息相关的有效载荷数据。
5.根据权利要求4所述的定时源，其中所述分组形成部件被布置为由通信路径上大致恒定数据速率的输入数据形成所述分组。
6.根据权利要求5所述的定时源，其中所述输入数据表示实时事件。
7.根据权利要求6所述的定时源，其中所述输入数据包括音频和视频中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的定时源，其中所述通信路径包括时分复用路径。
9.一种用于跨越分组网络提供TDM服务并传输定时信息的系统，所述系统包括：
定时源，包括：第一时钟，用于生成所述定时信息；分组形成部件，用于形成一系列分组，所述分组具有该网络所能传输的最大的大小；时间戳部件，用于将从所述第一时钟生成的定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及输出部件，用于在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组；和
目标设备，用于接收所述分组，并且从中提取所述定时信息。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述目标设备被布置为根据所提取的定时信息运作。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述目标设备包括第二可调节时钟和响应于所提取的定时信息将所述第二时钟调节到与所述第一时钟同步的布置。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述调节布置包括目标时间戳布置和控制电路，其中所述目标时间戳布置用于确定所述系列中每个分组到达的本地时间，所述控制电路用于调节所述第二时钟作为分组穿越时间中差的函数。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述分组穿越时间是连续时间间隔中的最小分组穿越时间。
14.一种用于跨越分组网络提供TDM服务的定时源，所述定时源通过所述分组网络发送定时信息并且包括：
时钟，用于生成所述定时信息；
分组形成部件，用于形成至少两种不同大小的一系列分组，其中所述至少两种不同大小包括所述网络所能传输的最大的尺寸；
时间戳部件，用于将从所述时钟生成的定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及
输出部件，用于在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组。
15.根据权利要求14所述的定时源，其中所述系列包括所述不同大小的分组的分布。
16.根据权利要求15所述的定时源，其中所述分布相对于时间大致固定。
17.根据权利要求15所述的定时源，其中所述分布随时间变化。
18.根据权利要求17所述的定时源，其中所述分布根据所述网络的流量情况而变化。
19.根据权利要求18所述的定时源，其中所述分组形成部件被布置为，响应于所述网络上的流量增加而增加与所述分组中较大分组的数目相对的所述分组中较小分组的数目。
20.根据权利要求18所述的定时源，其中所述分组形成部件被布置为，根据从所述系列的目标接收的网络流量信息改变所述分布。
21.根据权利要求20所述的定时源，其中所接收的信息是从所述不同大小的分组到所述目标的穿越时间获取的。
22.根据权利要求14所述的定时源，其中所述输出部件被布置为以规则的间隔转发所述分组。
23.根据权利要求14所述的定时源，其中所述分组包括填充数据，并且仅用于传送所述定时信息。
24.根据权利要求14所述的定时源，其中所述分组包括与所述定时信息相关的有效载荷数据。
25.根据权利要求24所述的定时源，其中所述分组形成部件被布置为由通信路径上大致恒定数据速率的输入数据形成所述分组。
26.根据权利要求25所述的定时源，其中所述输入数据表示实时事件。
27.根据权利要求26所述的定时源，其中所述输入数据包括音频和视频中的至少一种。
28.根据权利要求27所述的定时源，其中所述通信路径包括时分复用路径。
29.一种用于跨越分组网络提供TDM服务并传输定时信息的系统，所述系统包括：
定时源，包括：第一时钟，用于生成所述定时信息；分组形成部件，用于形成至少两种不同大小的一系列分组，其中所述至少两种不同大小包括所述网络所能传输的最大的尺寸；时间戳部件，用于将从所述第一时钟生成的定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及输出部件，用于在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组；和
目标设备，其用于接收所述分组，并且从中提取所述定时信息。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述目标设备被布置为根据所提取的定时信息运作。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述目标设备包括第二可调节时钟和响应于所提取的定时信息将所述第二时钟调节到与所述第一时钟同步的布置。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述调节布置包括目标时间戳布置和控制电路，其中所述目标时间戳布置用于确定所述系列中每个分组到达的本地时间，所述控制电路用于调节所述第二时钟作为分组穿越时间中差的函数。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述分组穿越时间是连续时间间隔中的最小分组穿越时间。
34.一种用于跨越分组网络提供TDM服务并通过所述分组网络发送定时信息的方法，所述方法包括以下步骤：生成所述定时信息；形成具有所述网络所能传输的最大大小的一系列分组；将从所述定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组。
35.一种用于跨越分组网络提供TDM服务并通过所述分组网络发送定时信息的方法，所述方法包括以下步骤：
生成所述定时信息；
形成至少两种不同大小的一系列分组，其中所述至少两种不同大小包括所述网络所能传输的最大的尺寸；
将从所述定时信息获取的传输时间插入所述系列的每个分组；以及
在各自的传输时间向所述网络转发所述系列的分组。
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