CN108494542B - Ptn中网络负荷变化对ces acr时钟恢复影响的补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PTN中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的补偿方法，其核心是用t(average)‑t(trans)去对ACR时钟恢复算法做补偿，进而大幅度消除由于网络负荷变化而造成的恢复时钟的漂移；具体为：使用基于PLL的方法可得到t(average)‑t(trans)的差值，再将t(average)‑t(trans)值直接做为补偿连接到环路滤波器的输入。本发明补偿方法可有效降低PTN中网络负荷变化导致的CES ACR恢复时钟的漂移，其仅依赖于单向的分组到达时间，无需双向协议，因此易于实现。

Description

PTN中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的补偿方法
技术领域
本发明涉及承载传送网技术领域，具体涉及PTN(Packet Transport Network)中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的研究及补偿方法。
背景技术
分组传送网PTN(Packet Transport Network)是新一代基于分组、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于传输的面向连接的网络，并集成了端到端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伪线和隧道标签后形成MPLS-TP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，最常用的时钟恢复技术是自适应时钟恢复ACR。ACR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CES包传输抖动，即CES包时延及时延变化(PDV)的影响较大，因为相对传统TDM网络，包交换网中传输抖动不仅更大而且是随时间不断变化(时变)的。
PTN中包传输抖动会转化为恢复时钟的噪声。恢复时钟的噪声频率变化范围很大：高频部分是时钟抖动，很容易被PLL中窄带滤波器滤除；低频部分即时钟漂移，时钟漂移对恢复时钟的质量影响更大且非常不易被滤除。网络负荷变化是造成CES包传输抖动最重要的因素，且由网络负荷变化造成的抖动通常转化为恢复时钟的低频漂移噪声。因此，找到一种算法去计算由实时网络负荷变化造成的包时延时间变化，并据此对时钟恢复算法进行补偿，对在网络负荷变化情况下提高时钟恢复的质量是非常重要的。
CES包时延有两个影响因素：一种情况是多路E1CES共享一个输出以太口。由于CES包优先级一样，都是最高优先级，多路E1CES包共享输出以太口的最高优先级队列，当某路E1产生一个CES包要发送时，若最高优先级队列有其它E1的CES包在发送或等待发送，则必须等队列中所有其它CES包发送完成后才能发送。此时网络负荷就体现为E1CES的路数，网络负荷的增加也就是CES路数的增加，每个CES包的时延也会增加。而CES路数是网络部署时进行规划的，会根据业务开展和迁移发生变化但不会频繁变动。CES路数的一次变化会使每路E1CES包时延产生一个突变，然后就稳定在变化后的值直到下次再发生CES路数的变化。这个CES包时延的突变会使ACR恢复出的时钟产生一个较高频率抖动。前面分析过,这个抖动很容易被窄带滤波器滤除,并不会给ACR输出时钟质量造成严重影响。
另一种情况是E1CES包和其它普通以太业务包共享一个输出以太口。由于普通以太包优先级比CES包低，在输出以太口只会占用低优先级队列，不会和CES包抢占最高优先级队列。按队列调度算法,若有CES包要发送，即使低优先级队列有普通以太包在等待也会先发送CES包。不过如果普通以太包已经在发送了，还是要等正在发送的以太包发完才能开始发送CES包。在E1CES路数不变情况下，网络负荷体现为普通以太包的流量和包长，以太包流量越大，包长越长，网络负荷也越大，CES包时延时间也会增加。而普通以太包流量取决于用户使用情况，会有长时间缓慢变化的情形：如一天内普通以太业务流量白天低晚上高的一个缓慢变化过程。这个流量的长时间慢速变化会使ACR恢复出时钟产生低频漂移，很难被滤除。
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。
ACR(Adaptive Clock Recover)：自适应时钟恢复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PTN中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的补偿方法，可有效降低PTN中网络负荷变化导致的CES ACR恢复时钟的漂移。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种PTN中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的补偿方法，定义：信号point1为输入CES脉冲的相位，信号point2为反馈脉冲的相位，信号point3为信号point1和信号point2的相位差，信号point4为信号point3经低通滤波器LPF后得到的平均相位差，信号point5为信号point3的最小值，信号point6为信号point4和信号point5经加法器后得到的实时相位差，包括以下步骤：
步骤1：CES包接收脉冲注入鉴相器中D触发器1的输出信号point1与数控振荡器NCO生成的反馈信号脉冲注入鉴相器中D触发器2的输出信号point2合成信号point3，即point3＝point2-point1；信号point3表示的相位差是一个负值且绝对值随网络负荷增加而增加，信号point3的相位差就代表实时的CES包时延时间；数控振荡器NCO的输入信号为信号point3经环路滤波器后产生的信号；
步骤2：信号point3经低通滤波器LPF滤除高频信号后得到的平均相位差代表平均包延时时间t(average)，即信号point4；
步骤3：信号point3经包络检测器检出高半波包络信号后得到信号point5，信号point5是信号point3的高半波包络信号，即信号point3实时相位差的最小值，也就是CES包时延时间最小值t(trans)；
步骤4：信号point4和信号point5经加法器后得到信号point6，即point6＝point4-point5＝-t(trans)-(-t(average))＝t(average)-t(trans)，此差值表示由网络负荷变化而导致的包时延变化；
步骤5：将信号point6得到的t(average)-t(trans)值直接作为补偿连接到环路滤波器的输入。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可有效降低PTN中网络负荷变化导致的CES ACR恢复时钟的漂移，本方法仅依赖于单向的分组到达时间，无需双向协议，因此易于实现。
附图说明
图1是三端口包交换模型。
图2是交换机端口缓存器连接模型。
图3是CES包时延计算原理框图。
图4是包时延时间计算方法中的信号point1的波形图。
图5是包时延时间计算方法中的信号point2的波形图。
图6是包时延时间计算方法中的信号point3的波形图。
图7是包时延时间计算方法中的信号point4的波形图。
图8是包时延时间计算方法中的信号point5的波形图。
图9是包时延时间计算方法中的信号point6的波形图。
图10是本发明带网络负荷补偿的E1CES ACR时钟恢复方法。
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。
PTN中有两个重要参数用来指示包传输的抖动，即：1)包时延时间，即每个包在传输路径上的延迟时间。由于每个包发送时网络拥塞情况不同，因此每个包的时延时间也不同。2)平均包时延时间，即一段时间内每个包时延时间的平均值。这个参数表示了传输路径的时延特性。
为了表述网络负荷变化如何影响这两个参数，建立一个三端口包交换模型如图1所示。节点A和节点B都发包给节点C，包交换机S1汇聚来自A口和B口的包转发给C口。由于交换机S1的C口一次只能发一个包到节点C，因此为避免拥塞丢包，A口和B口都有缓存器来暂存待发包，见图2所示。
该模型中节点A发送E1的CES包给节点C，节点C用ACR时钟恢复算法从收到的CES包中恢复出E1时钟。节点B发送作为干扰的普通以太包。计算CES包从A到C的时延时间有以下两种情形：1)节点A发的CES包到达交换机S1的A口时，交换机S1的C口没有干扰包正在发送，这样CES包可以立即发送给节点C。包延迟时间只是传输时间加上交换机转发时间。这种情形下CES包有最小延迟时间，记为t(trans)。2)节点A发的CES包到达交换机S1时，交换机S1的C口恰好有来自节点B的干扰包正在发送。CES包必须先在缓存器A中缓存，等待干扰包发送完后才能被发送。即使缓存器B中还有其它干扰包等待发送，由于CES包的优先级高于干扰包，正在发送的干扰包一旦发完后，CES包就可以发送了。假设CES包暂存等待时间是t(wait)，则CES包延迟时间为t(wait)+t(trans)。由于干扰包长度及CES包到达交换机S1时干扰包已经发送的字节数不同，t(wait)是一个变化的值。t(wait)的最大值t(wait_max)是最长干扰包的发送时间。为简化分析，认为t(wait)是从0至t(wait_max)之间的随机值，则同步包延迟时间为：从t(trans)至(t(trans)+t(wait_max))之间的随机值。
随着节点B网络负荷的增加(即来自节点B干扰包流量的增加)，节点A的CES包到达交换机S1时，有干扰包正在发送的概率也在增加，即更多的CES包会有更长的包时延时间。
无论网络负荷如何变化，CES包最小时延时间t(trans)是不变的，若用t(average)表示CES包的平均时延，则本方法的核心思想是：把t(trans)作为基线,则t(average)-t(trans)的差值可表示由实时网络负荷变化而导致的包时延变化，用t(average)-t(trans)去对ACR时钟恢复算法做补偿即可大幅度消除由于网络负荷变化而造成的恢复时钟的漂移。
要进行补偿，首先要得到t(average)-t(trans)差值。由于ACR无需在CES包中装载定时信息，单纯根据单向收到的CES包恢复出E1时钟，单向接收情况下难于测量每个收到CES包的时延，本发明使用基于PLL的方法可得到t(average)-t(trans)的差值，其实现算法如图3所示。
图3中，每收到一个CES包就产生一个CES包接收脉冲，用于锁存本地计数器值以测量输入的CES包相位。CES包接收脉冲和数控振荡器NCO生成的反馈信号脉冲注入鉴相器(由D触发器1和D触发器2组成)。鉴相器输出的两个信号的相位差由环路滤波器过滤后驱动NCO去锁定输入相位。point1至point6点处信号波形见图4至图9。
随着网络负荷的增加，CES包延时也会增加，包到达的时间会延后，即增加了CES输入包的相位，因此相位差随网络负荷增加而增加。而point3＝point2-point1，即信号point3表示的相位差是一个负值且绝对值随网络负荷增加而增加，信号point3就代表实时的CES包时延时间。信号point3经低通滤波器LPF滤除高频信号后得到的平均相位差就代表平均包延时时间t(average)，即信号point4；由于信号point3本身是负值，因此信号point4代表-t(average)。信号point3经包络检测器检出高半波包络信号后得到信号point5，信号point5是信号point3的高半波包络信号，即是信号point3实时相位差的最小值，也就是CES包时延时间最小值t(trans)。同样地，由于信号point3本身是负值，因此信号point5代表-t(trans)。信号point4和信号point5经加法器后得到信号point6，信号point6＝point4-point5＝-t(trans)-(-t(average))＝t(average)-t(trans)，这个差值就表示由网络负荷变化而导致的包时延变化。
带网络负荷补偿的E1CES ACR时钟恢复方法如图10所示。信号point6得到的t(average)-t(trans)值直接作为补偿连接到环路滤波器的输入。数控振荡器NCO输出E12.048MHz时钟。NCO输出时钟经分频器分频后得到反馈信号脉冲，分频器分频比为CES包字节长度×8，即分频器输出时钟频率2.048M/(CES包字节长度×8)，表示按ACR恢复时钟得到的参考CES包到达脉冲信号。时钟计数器counter计数频率是25MHz，即相位测量精度40ns。

Claims (1)

1.一种PTN中网络负荷变化对CES ACR时钟恢复影响的补偿方法，其特征在于，定义：信号point1为输入CES脉冲的相位，信号point2为反馈脉冲的相位，信号point3为信号point1和信号point2的相位差，信号point4为信号point3经低通滤波器LPF后得到的平均相位差，信号point5为信号point3的最小值，信号point6为信号point4和信号point5经加法器后得到的实时相位差，包括以下步骤：
步骤1：CES包接收脉冲注入鉴相器中D触发器1的输出信号point1与数控振荡器NCO生成的反馈信号脉冲注入鉴相器中D触发器2的输出信号point2合成信号point3，即point3＝point2-point1；信号point3表示的相位差是一个负值且绝对值随网络负荷增加而增加，信号point3的相位差就代表实时的CES包时延时间；数控振荡器NCO的输入信号为信号point3经环路滤波器后产生的信号；
步骤2：信号point3经低通滤波器LPF滤除高频信号后得到的平均相位差代表平均包延时时间t(average)，即信号point4；
步骤3：信号point3经包络检测器检出高半波包络信号后得到信号point5，信号point5是信号point3的高半波包络信号，即信号point3实时相位差的最小值，也就是CES包时延时间最小值t(trans)；
步骤4：信号point4和信号point5经加法器后得到信号point6，即point6＝point4-point5＝-t(trans)-(-t(average))＝t(average)-t(trans)，此差值表示由网络负荷变化而导致的包时延变化；
步骤5：将信号point6得到的t(average)-t(trans)值直接作为补偿连接到环路滤波器的输入。
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