CN106559353A - 一种ptn中多ces信道的发送队列动态调整方法 - Google Patents

一种ptn中多ces信道的发送队列动态调整方法 Download PDF

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一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，用FPGA实现互相关联的表，当用户使能了某个TDM信道的CES功能后，软件会通过FPGA寄存器通知FPGA，同时在sequence表中找第一个值为ff的表项，将其值改为x；CES#x信道产生一个CES包后，FPGA设置flag(x)＝1；判断i或i‑1是否被锁定；查看sequence表中发生顺序排在CES#x之前的一个CES信道是否有CES包要发，若没有包要发，则交换CES#x和CES#y这两个包流的发送顺序。本发明有效降低接收端恢复时钟的抖动，有助于在接收端恢复出高质量的时钟。

Description

一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法
技术领域
本发明涉及承载传送网技术领域，具体涉及一种分组传送网PTN(packettransport network)中多CES信道的发送队列动态调整方法。
背景技术
PTN是新一代基于分组的、面向连接的多业务统一传送技术，将无连接、弱控制的传统分组网改造成适合于传送的基于连接，行为可预知、可控制的网络，并集成了统计复用、良好的灵活性和可扩展性等分组网特性和面向连接、端到端OAM和QoS、50ms网络保护倒换、定时同步等传统传输网的特性。电路仿真CES(Circuit Emulation Service)是PTN中一项关键技术，用于在PTN中传输TDM业务。CES将TDM业务作为串行的数据码流进行切分，并加上MPLS PW和隧道标签后形成MPLS-TE报文,封装成以太包在以太网端口上进行传输。
PTN不像SDH等TDM传输网络是同步网络，收到CES包重构TDM信号需要从CES包中恢复出时钟，最常用的是自适应时钟恢复技术。该技术根据CES包的到达时间从接收的CES包中恢复比特定时信息，该技术不需要在CES包中显式装载定时信息，但恢复出时钟的质量受网络延时及延时变化的影响较大。延时及延时变化可分为三个部分：发送器的发送排队延时及延时变化，主要由CES包在发送队列中排队及调度算法造成，发送器和接收器之间的网络传输延时及延时变化，比如同一个CES流中不同包可能走不同路径造成传输延时不同，接收器缓存造成的延时及延时变化。
随着PTN网元向高密度、小型化发展，需要在一个接口模块上同时实现多路TDM信道的CES功能，典型是在一个CES接口单元上同时实现32路E1信号的CES功能，这32路E1的CES包会汇聚到同一个物理以太端口，即同一个PTN NNI接口上传输。每个E1信道标称频率虽然相同，但由于各E1信号异步不同源，实际频率会有微小的不同。这样多路CES信道之间会发生碰撞效应(beating effect)，导致包传输延时出现较大变化，即产生抖动，这个包传输延时的抖动在接收端会造成CES的自适应时钟恢复算法恢复出的时钟偏离正常的频率。
由于以太网端口一次只能发一个CES包，如果某个CES信道有包要发送时，没有其它信道的CES包正在发送，该CES包就马上发送出去；否则只能在发送队列里等待，等前面排队的CES包发送完成后才能发送，这就产生了所谓的碰撞效应，造成排队延时的变化。
在多个异步TDM信道的CES包从同一个以太接口发送(即共享同一个PTN NNI接口)时，CES包发送目前有两种方法：轮询和随机发送。轮询方法即如图1所示先到先发，每个CES信道的CES包按照产生的时间顺序在发送队列中排队，若队列为空，该CES包就马上发送；否则只能等前面排队的CES包发送完成后才能发送。虽然轮询方法对每一个TDM CES信道相对公平，但有可能使碰撞效应造成的接收端时钟恢复质量劣化，特别在各个CES流频率相差很小情况下。随机发送方法是对排队的CES包进行随机发送。随机发送方法可降低碰撞效应但无法保证每一个CES信道发包的公平，若某个CES信道的CES包长时间得不到发送可能导致该信道CES队列溢出而导致丢包并使CES接收端时钟恢复算法丢失同步。
为了说明现有轮询机制因数据包发送时间间隔突变所带来的收端恢复时钟劣化问题，现给出一个例子。如图2所示，10个CES信道的CES包共享一个以太输出链路，CES#0到CES#8这9个CES信道速率一致,TDM9的速率比其它CES信道要快一些。图3是轮询机制下每一轮的发包顺序，图4是轮询机制下CES#9信道的发送时间间隔。在前3轮发送中，CES#9信道的包后于其它CES信道的包到达，CES包发送顺序是从CES#0到CES#9，每个CES信道发包时间间隔是稳定的。在第四轮发包时，CES#9信道的CES9-4包先于其它CES信道的包到达，轮询机制会先发送CES#9的CES9-4包，这样，第四轮中CES#9信道的发送顺序从最后一个急剧变化到第一个，发包间隔会从ΔT急剧减少到ΔT1(ΔT>>ΔT1)，从而造成接收端的时钟恢复产生一个比较大的抖动。同时，CES#0-CES#8在第四轮发包时发包间隔都会产生一个较小的增加，也会在接收端产生时钟抖动。
相关术语：
PTN(Packet Transport Network)：分组传送网，是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本(TCO)，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理方法和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。
E1信号：一次群信号，速率为2.048Mbit/s，接口可以是电或光接口。
TDM(Time Division Multiplexing)信道：是一种利用数字时分复用技术形成的多路数字传输信道。例如E1信道。
CES(Circuit Emulation Service)：电路仿真业务，是PTN中一项关键技术，即用于传输TDM业务的分组包。
CES信道：用户使能了某一路TDM信道的CES功能后，原TDM信道就成为了CES信道。
权重轮询队列：设置各队列的调度比例及一个调度门限值并存储；根据配置的调度比例依需要为各个队列填充对应的调度权值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，防止每个CES信道的包发送时间间隔出现急剧变化，从而在接收端恢复出高质量的时钟。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，包括以下步骤：
采用FPGA实现互相关联的sequence表和flag表；所述sequence表指示需要发送的CES信道的包，sequence(i)＝x(0<＝i<＝9，0<＝x<＝9)，下标i表示第i个要发的是CES#x信道的包，即第i个序列号分配给了CES#x信道；sequence(i)＝0xff表示第i个序列号还未分配给任何CES信道；所述flag表指示CES信道的状态，flag(j)＝y(0<＝j<＝9，0<＝y<＝2)，表示CES#j信道的发包状态，y＝0表示无CES包发送，y＝1表示有CES包发送，y＝2表示CES#j对应的TDM信道的CES功能没有被用户使能；具体如下：
步骤1：设定初始值
FPGA初始上电时两个表初值sequence(i)＝0xff，flag(i)＝2(0<＝i<＝9)，当用户使能了某个TDM信道的CES功能后，软件会通过FPGA寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝0，同时在sequence表中找第一个值为0xff的表项，将其值改为x，即sequence(i)＝x；
步骤2：产生新CES包
CES#x信道每产生一个CES包都会触发动态调度；
步骤3：对产生的CES包进行动态调度，具体为：
步骤3.1：CES#x信道产生一个CES包后，FPGA设置flag(x)＝1，i＝0，表示CES#x有包要发送，找出x在sequence队列中顺序号i，即sequence(i)＝x；
步骤3.2：判断i或i-1是否被锁定，若没有锁定，则进行后续步骤；
步骤3.3：查看sequence表中发送顺序排在CES#x之前的CES#y信道是否有CES包要发，若CES#y没有包要发，则在sequence表中交换CES#x和CES#y这两个CES包流的发送顺序；
步骤4：发生了发送序列号交换后，锁定发送序列号i-1和i；
步骤5：当每一个使能了的CES信道都产生一个新数据包，并经步骤3和步骤4对发送队列进行动态调整后，将进行一轮发送。
根据上述方案，在发送队列动态调整后进行发包，所述发包是按sequence表依次轮询取出sequence(i)内容，即查看要发送的CES信道的CES包对应的flag表，若有CES包则发送；继续查看下一个sequence(i+1)；当CES#x信道当前一轮数据发送完后，设置flag(x)＝0；一轮发送结束后，解锁所有锁定的序列号。
根据上述方案，当用户禁止了CES#x信道的CES功能后，软件会通过寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝2；同时在sequence表中找值为x的项(比如sequence(j)＝x)，将其值改为0xff，即sequence(j)＝0xff，使得下一轮发送过程跳过CES#x信道对应的CES队列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过根据每个信道的不同频率动态调整各CES信道队列发送顺序，CES信道发包间隔每一轮只有一个小的调整，避免了同一个信道的CES包发包时间间隔出现急剧变化。相对于现在常用的轮询和随机发送方法，该方法不仅有效降低由于碰撞效应造成的接收端恢复时钟的抖动，有助于在接收端恢复出高质量的时钟，兼顾了每个CES信道的公平发包。
通过图5和图6可以更好地阐明以上效果。图5是新的动态调整机制下每一轮的发包顺序，图6是CES#9信道的发送时间间隔。在前3轮发送中，CES#9信道的包后于其它CES信道的包到达情况下，新机制发包顺序和轮询机制一样。在第四轮发包时，CES#9信道的CES9-4包先于其它CES信道的包到达，根据新的动态调整排队顺序机制，会先交换CES#9和CES#8信道的发送顺序，在第五轮发包时交换CES#9和CES#7信道的发送顺序...依次类推，到第13轮发包时才把CES#9信道发包顺序放到最前面。图5还给出了每一轮sequence表的值。这样，CES#9信道发包间隔每一轮只有一个较小变化，从ΔT减小到ΔT2(ΔT>ΔT2>>ΔT1)，其变化程度只有轮询方式的约1/9，这样接收端的时钟恢复抖动比较小；只是发送间隔变化的持续时间比轮询方式要长一些。即把时钟恢复从一个短时间内大的抖动均匀化为较长时间内的小的抖动。同时，除CES#9外,每一轮只有1个CES信道的发送时间间隔发生变化，从而只有一个CES信道在接收端产生时钟抖动，不像轮询机制在第四轮时TDM0-TDM8发包间隔都会产生一个较小的变化从而都会在接收端产生时钟抖动，这点上新机制优于原有的轮询机制。
附图说明
图1是碰撞效应示意图。
图2是CES包发送排队延时变化。
图3是轮询机制机制下每一轮的发包顺序。
图4是轮询机制下CES#9发包时间间隔变化。
图5是动态调整机制下每一轮的发包顺序。
图6是动态调整机制下CES#9发包时间间隔变化。
图7是多CES信道共享以太网接口的结构图。
图8是用户使能某TDM信道的CES功能后sequence表分配相应的序列号。
图9是CES#x信道产生CES包后动态调整发送顺序算法。
图10是多路CES包发送过程。
图11是用户关闭某TDM信道的CES功能后sequence表清除相应的序列号。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图7示出了多CES信道共享以太网接口的结构图：假设有10路E1TDM信号，经过CES模块产生10路CES信号。这10路CES信道经过发送队列顺序动态调整模块后放到以太接口的最高优先级SP0队列中。本发明提出的新方法就在该模块中。一般情况下，以太网接口有8个发送队列：即3个严格优先级队列SP0-SP2和5个权重轮询队列DWRR0-DWRR4。端口队列调度器保证只要SP队列有包就立即发送，CES包放到最高优先级SP0可以保证CES包的发送不会受其它非CES包的影响，这样每个CES信道发包时间间隔只会受其它CES信道影响。
本发明一种发送队列动态调整方法，其核心是用FPGA实现两个互相关联的表：sequence表和flag表。sequence表指示要发送哪个CES信道的包，比如sequence(i)＝x(0<＝i<＝9，0<＝x<＝9)，下标i表示第i个要发的是CES#x信道的包，即第i个序列号分配给了CES#x信道。sequence(i)＝0xff表示第i个元素还未分配给任何CES信道。flag表指示CES信道的状态，比如flag(j)＝y(0<＝j<＝9，0<＝y<＝2)表示CES#j信道的发包状态，y＝0表示无CES包发送，y＝1表示有CES包发送，y＝2表示CES#j对应的TDM信道没有被用户使能(enable)。
FPGA初始上电时两个表初值sequence(i)＝0xff，flag(i)＝2(0<＝i<＝9)，即没有TDM信道使能CES。当用户使能了某个TDM信道的CES功能后，软件会通过FPGA寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝0，同时在sequence表中找第一个值为0xff的表项(比如是第i项)，将其值改为x，即sequence(i)＝x，即在sequence表中分配了序列号，这样FPGA就为CES#X发送做好了排队准备。分配流程如图8所示。
CES#x信道每产生一个CES包都会触发动态调度。具体过程是CES#x信道产生一个CES包后，FPGA设置flag(x)＝1表示CES#x有包要发送。同时会看sequence表中发送顺序排在CES#x之前的CES#y信道是否有CES包要发。若CES#y没有包要发,表示CES#x的包先于其前一个发送的CES信道到达，就在sequence表中交换CES#x和CES#y这两个CES包流的发送顺序，这样，排队器会先发CES#x的包，后发CES#y的包，具体如图9所示。
若发生了发送序列号交换，则会锁定发送序列号i-1和i，而且在交换前也会判断相应的序列号是否被锁定，没锁定的序列号才能发生交换。锁定序列号的原因是在一轮发送中某个CES#x的sequence只能被交换一次，即CES#x包的发送顺序只能被调前或调后一次。如果不锁定的话,在sequence(i-1)和sequence(i)发生交换后，有可能sequence(i)和sequence(i+1)再次发生交换,这样最开始sequence(i-1)对应的CES信道发包顺序就被调后了两次，造成该CES包发送排队延时增加太多从而导致接收端恢复时钟抖动。
发包是按sequence表依次轮询取出sequence(i)内容，即要发送哪个CES信道的CES包，然后看对应的flag表，若有CES包则发送并继续看下一个sequence(i+1)；否则等待该CES信道产生CES包，具体如图10所示。当CES#x信道当前一轮数据发送完后，设置flag(x)＝0。一轮发送结束后解锁所有锁定的序列号，这样下一轮发送可以重新动态调整顺序。
当用户禁止了CES#x信道的CES功能后，软件会通过寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝2，同时在sequence表中找值为x的项(比如sequence(j)＝x)，将其值改为0xff，即sequence(j)＝0xff，如图11所示。这样下一轮发送过程就会跳过CES#x信道对应的CES队列。

Claims (3)

1.一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用FPGA实现互相关联的sequence表和flag表；所述sequence表指示需要发送的CES信道的包，sequence(i)＝x(0<＝i<＝9，0<＝x<＝9)，下标i表示第i个要发的是CES#x信道的包，即第i个序列号分配给了CES#x信道；sequence(i)＝0xff表示第i个序列号还未分配给任何CES信道；所述flag表指示CES信道的状态，flag(j)＝y(0<＝j<＝9，0<＝y<＝2)，表示CES#j信道的发包状态，y＝0表示无CES包发送，y＝1表示有CES包发送，y＝2表示CES#j对应的TDM信道的CES功能没有被用户使能；具体如下：
步骤1：设定初始值
FPGA初始上电时两个表初值sequence(i)＝0xff，flag(i)＝2(0<＝i<＝9)，当用户使能了某个TDM信道的CES功能后，软件会通过FPGA寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝0，同时在sequence表中找第一个值为0xff的表项，将其值改为x，即sequence(i)＝x；
步骤2：产生新CES包
CES#x信道每产生一个CES包都会触发动态调度；
步骤3：对产生的CES包进行动态调度，具体为：
步骤3.1：CES#x信道产生一个CES包后，FPGA设置flag(x)＝1，i＝0，表示CES#x有包要发送，找出x在sequence队列中顺序号i，即sequence(i)＝x；
步骤3.2：判断i或i-1是否被锁定，若没有锁定，则进行后续步骤；
步骤3.3：查看sequence表中发送顺序排在CES#x之前的CES#y信道是否有CES包要发，若CES#y没有包要发，则在sequence表中交换CES#x和CES#y这两个CES包流的发送顺序；
步骤4：发生了发送序列号交换后，锁定发送序列号i-1和i；
步骤5：当每一个使能了的CES信道都产生一个新数据包，并经步骤3和步骤4对发送队列进行动态调整后，将进行一轮发送。
2.如权利要求1所述的一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，其特征在于，在发送队列动态调整后进行发包，所述发包是按sequence表依次轮询取出sequence(i)内容，即查看要发送的CES信道对应的flag表，若有CES包则发送；继续查看下一个sequence(i+1)；当CES#x信道当前一轮数据发送完后，设置flag(x)＝0；一轮发送结束后，解锁所有锁定的序列号。
3.如权利要求2所述的一种PTN中多CES信道的发送队列动态调整方法，其特征在于，当用户禁止了CES#x信道的CES功能后，软件会通过寄存器通知FPGA，FPGA设置flag(x)＝2；同时在sequence表中找值为x的项，将其值改为0xff，使得下一轮发送过程跳过CES#x信道对应的CES队列。
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