CN1368813A - 在动态带宽电路仿真业务中管理语音缓冲器的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种管理工作于DBCES(动态带宽电路仿真业务)模式下的SAR(分段和重新结合)设备中的缓冲器的方法,首先,确定一个有效信道缓冲限度。这是根据在该虚拟电路中的有效信道数目而确定的。接着,把用于每个有效信道的缓冲量设置为等于CDV(信元延迟偏差)加上有效信道缓冲限度。这避免当有效信道的数目突然改变而出现欠载或过载现象。

Description

在动态带宽电路仿真业务中管理语音缓冲器的方法
本发明涉及电信领域，特别涉及在ATM这样的信元中继网络中的动态带宽电路仿真业务(DBCES)。
ATM(异步传输模式)是一种在分组交换网络上在小的固定尺寸的分组或信元中承载数据的业务。该信元被在网络节点之间的固定物理链路上统计地复用，并且在端点之间的网络上建立虚拟电路。ATM包括多个规范，其中AAL1(ATM自适应层1)建立用于在端点之间的虚拟电路上承载例如语音或视频图像这样时间敏感数据的一种标准。这被称为电路仿真(CES)，因为它提供多个语音信道，该信道对用户来说类似于时分复用信道。
DBCES是根据检测哪个给定的时分复用干线的时隙有效而哪个时隙无效的结果在ATM网络中动态带宽应用的一种模式。当在特定的时隙中检测到无效状态时，该时隙被从下一个ATM结构中释放，并且它所用的带宽可以重新用于其它业务。DBCES在ATM论坛规范：af-vtoa-0085.000(1997年7月)中详细描述。
被称为SAR(分段和重新组合)设备的设备把输入数据转换为信元，反之亦然。SAR包括用于存储要被处理的信元的缓冲器。
当在DBCES(动态带宽电路仿真业务)模式下操作时，如果由AAL1信元流所承载的语音信道的数目改变，则信元到达接收器的速率也改变。除非有特别的准备，否则到达速率的改变会造成在接收输入信元的接收器处的语音缓冲器中出现欠载或过载现象。
为了解决该问题，人们提出添加额外的缓冲器配置来避免过载，以及在缓冲器中插入额外的延迟来避免欠载。另外，另一个解决方案是用特定数目的有效语音信道建立适当的缓冲器填充状态来启动该缓冲器，但是该缓冲器可能不会自动地从滑移误差中恢复。
最后，另一个解决方案就是让欠载和过载的情况发生；但是，这会使得接收器接收不正确的数据，在接收音频信号中该不正确的数据被转换为卡嗒声。
在广义方面，本发明提供一种管理在工作于DBCES(动态带宽电路仿真业务)模式中的SAR(分段和重新结合)设备中的缓冲器的方法，其中包括根据有效信道的数目确定用于一个虚拟电路的有效信道缓冲限度；以及把用于每个有效信道的缓冲量设置为等于CDV(信元延迟偏差)加上有效信道缓冲限度。
缓冲量一般由用于循环缓冲器的写入指针和读取指针之间的距离所表示。根据本发明，对于有效语音信道的任何当前数值N，计算一个有效语音信道的确定最小数目MIN、以及所需信元延迟偏差容限CDV、所需写入指针(滑移指针)与读取指针相分离的间隔。在启动时或在出现错误时(即，欠载或过载)，所需间隔被用来产生用于写入指针的一个新数值。
允许MIN的各种定义使得系统的用户在缓冲器的延迟与信元流中的带宽之间作权衡选择。当N改变时重新计算所需的间隔使得缓冲器处理的语音信道数目下降到MIN。通过利用校正缓冲间隔自动执行从错误中的恢复(而没有用户CPU的干预)。信元流可以用任何有效语音信道的初始值N为开始。10.
在计算装置中包含信元延迟变化(CDV)意味着在所接收信元流中任何信元延迟变化不会造成滑移误差(即，欠载或过载)。
一般地，该间隔被定义为使得写入指针＝读取指针+CDV+(47/MIN)-(47/N)，其中使用47，因为在每个ATM AAL信元中分别包含大约47字节的语音数据。
下面通过举例参照附图更加具体地描述本发明，其中：
图1a和1b示出在用于SAR工作的SDT和DBCES模式中在SAR中的循环缓冲器的方框图；以及14.
图2为示出在一个优选实施例中用于SAR的重新组合控制结构的方框图。
结构化数据传输模式(SDT)是一个AAL1数据传输模式，其中数据被首先结构化为数据块，然后分为用于传输的信元。
在典型的应用中，TDM数据在一个发送或分割设备(TX_SAR)和一个接收或重新组合设备(RX_SAR)之间在一个ATM虚拟电路上传输，如上文所述在ATM信元之间转换数据，反之亦然。该虚拟电路承载仿真一个TDM业务的多个信道。
SDT RX_SAR负责把来自所接收信元的数据写入到重新组合电路缓冲器，而TDM模块从该缓冲器读取数据，并且把它作为TDM信道输出。但是，由于SDT RX_SAR和TDM以不同的时钟速率工作，因此需要一些缓冲控制(根据信元到来速率(变化的)把该数据置于缓冲器中，而按照由TDM输出时钟速率(例如，2.048MHz)所确定的恒定速率从缓冲器中读出数据。
在SDT和DBCES工作模式中，SDT RX_SAR的一个主要任务是保证在SDT RX_SAR和把数据转换为时分多路复用信道的TDM模块之间不出现欠载或过载现象。当在缓冲器中的数据不足以按照TDM速率供应TDM模块时则出现欠载现象。当缓冲器由于信元的到来速率比由TDM模块读出数据的速率更快而溢出时，出现过载现象。
SDT RX_SAR负责保持SDT RX_SAR的写入指针和TDM模块的读取指针之间的关系。该控制由一个例程所提供，该例程在每次SDTRX_SAR要写入到该循环缓冲器时确定写入指针与读取指针之间的距离。通常，每次写入出现在上次写入结束时，并且写入指针随着字节的写入而简单地递进。但是，在启动时，或者当SDT RX_SAR的算法判断已经出现一个滑移误差(即，过载或欠载时，或者当从零有效信道变为至少一个有效信道时，SDT RX_SAR使用一个内部计算的写入指针数值作为正确的写入指针数值。
在这些情况中，不管原来的写入指针数值如何，该写入指针被调节为滑移指针数值，并且数据被在由滑移指针所指向位置处写入到重新组合循环缓冲器中。使用滑移指针的目的是在读取和写入指针之间建立一个已知的关系，以消除多次连续滑移的可能性(例如，使写入指针远离读取指针，以避免一次又一次地出现欠载现象)。
本发明可以用任何适当的SAR设备来实现。一种适当的SAR设备例如是Mitel的MT90528设备。图1a中示出在SDT工作模式中用于RX_SAR的一个循环缓冲器。数据被存储在缓冲器的各个地址12上。写入指针16确定在何处写入该输入信元。读取指针14确定从何处读取输出的TDM数据。
图1b示出用于DBCES工作模式的类似结构。
在SDT和DBCES工作模式中的滑移指针数值
在读取指针和写入指针之间保持预定的间隔。在下文给出对计算的描述。该计算使用上舍入(round-up)计算方法。
如果对基本SDT(图1a)配置虚拟电路，则SDT RX_SAR滑移指针被指定为等于TDM读取指针+CDV(CDV被称为“avg_lead(平均领先)”并且等于用户可编程的“最大领先(Maximum_Lead)/2”)。CDV表示该信元将到达在接收SAR的虚拟信道的信元延迟变化。
一般来说，信元会以规则的速率到达SDT RX_SAR(图1a)，从而信元数据将总是在TDM读取指针CDV的时间处写入到循环缓冲器。但是，由于信元延迟变化，信元到来的速率可能比平均速率更慢或更快。因此，必须在循环缓冲器中提供足够的缓冲，使得如果一个信元来迟，则在缓冲器中有足够的数据(以前接收的)来保证TDM模块可以继续以相同的速率从循环缓冲器中读取，而不会出现欠载。
如果虚拟信道被配置给DBCES，并且没有对DBCES控制<2>位进行置位，则SDT RX_SAR的DBCES版本与滑移指针的SDT版本相同(即，它等于TDM读取指针+CDV)。这种情况的问题是当到达虚拟电路的有效信道的数目N改变时，信元的到来速率也发生改变。例如，在两个信道的情况下，每个信元从每个TDM帧中取出两个字节，从而需要24帧来填满一个信元的有效负荷。四信道虚拟电路从每个TDM帧取出四个字节，从而仅仅需要12个帧来填满一个信元。在单个信道的情况下，仅仅从每个帧中取出一个字节，从而在信元被填满并且准备发送之前总共需要47个TDM帧。
假设一个信元到来并且被写入由滑移指针所指向的位置(即，到读取指针的平均距离)，不会出现欠载。但是，如果在虚拟电路的有效信道数目减小，则需要更长的时间来在发射器处形成一个信元。因此，信元到来速率将下降。从而，TDM模块继续以其正常速率从循环缓冲器中读取并且将出现欠载，因为到下一个信元到来为止在缓冲器中没有足够的数据来由TDM模块继续读取。
图2示出用于DBCES格式的控制结构。该DBCES控制字段确定用户要在每个信道的重新组合电路缓冲器中存储的缓冲数据的量。如果设置为，数位<2>控制是否使用该变量。数位<1：0>表示每个信道所需的最小延迟缓冲：“00”＝47字节(因此，在虚拟电路中的有效信道的最小数为1)；“01”＝24字节(因此，在虚拟电路中的有效信道的最小数为2)；“10”＝16字节(因此，在虚拟电路中的有效信道的最小数为3)；“11”＝12字节(因此，在虚拟电路中的有效信道的最小数为4)。
根据本发明的原理，如果为DBCES设置虚拟电路，并且对DBCES_控制<2>位(参见图2)置位，则SDT RX_SAR写入指针被指定为等于TDM读取指针+CDV+用于虚拟电路的有效信道CDV缓冲限度。
给定虚拟电路的行为概况(例如，如果在虚拟电路中有两个有效信道，则在一个信元到来时可以把最多24字节的数据写入到每个循环缓冲器)，用于虚拟电路的有效信道缓冲限度被计算为用户所需的DBCES缓冲的字节数(由用于虚拟信道的DBCES重新组合控制结构中的DBCES控制字段的设置所配置)，减去写入到每个用于虚拟电路的SDT重新组合电路缓冲器的最大字节数。
当在虚拟电路中的有效信道被大量改变时，DBCES控制被用于提供“完全地”缓冲。当用户设置DBCES控制字段时，他确定在每个SDT重新组合电路缓冲器中对虚拟电路总是可用的最小缓冲字节数。额外的缓冲对数据输出在TDM总线上产生延迟，但是它在虚拟电路中的有效信道数目改变时用于防止缓冲器欠载。
下面将考虑一个特殊的例子。
假设用户已经确定在虚拟电路上的信元之间期望的CDV是625μs(在缓冲器中由五个字节的数据)。同样，用户决定他允许在虚拟电路上的有效信道数目减小到最小值(需要47字节的额外数据被存储在缓冲器中)。现在，假设在虚拟电路中以四个有效信道为开始。因此，使用上述公式：
与读取指针相距的距离＝CDV+有效信道缓冲限度＝5字节+(47字节-47字节/4)＝40字节
写入指针将开始在读取指针前40字节的位置开始写入(在启动或错误状态下)。在接收一个信元之后，把1/4的信元，即12个字节，添加到该缓冲器，从而写入指针将在读取指针之前的第52个字节处。
在用N＝1(即，仅仅一个信道)发送一个信元的情况下，对该信元需要组合在RX_SAR的接收缓冲器中接收的47个TDM帧。在该时间段内，47字节的数据将被读取指针读出缓冲器。从而，当下一个信元到达时，写入指针仍然比读取指针提前五个字节，从而不会出现欠载现象。
到读取指针的距离＝CDV＝5字节+有效信道缓冲限度＝5字节+(47字节-47字节/1)＝5字节
但是，没有DBCES控制，我们将得到：
到读取指针的距离＝CDV＝5字节
在这种情况下如果在虚拟电路中的有效信道数目减小为1，TDM模块将读出存储在缓冲器中在五帧内的数据，然后由于没有新的信元到来则开始读取旧数据。因此，会出现欠载。
可以通过使用在图2中所示的每个DBCES重新组合控制结构中的DBCES控制字段提供所需缓冲的用户可编程性。用户可利用DBCES控制字段的数位<2>选择是否启动附加缓冲。
DBCES控制字段的数位<1：0>被用于选择在虚拟电路中每个信道的重新组合电路缓冲器所需的附加缓冲量。根据将在虚拟信道上承载的最小有效信道数，向用户提供选项。由于当虚拟信道中的信道数较少时信道到来速率下降(需要较长的时间来收集足够的数据来填充一个信元)，所以被承载的有效信道越少，则所需要的缓冲量越大。在该例子中，用户具有四个选项：“00”＝一个有效信道的最小值；“01”＝两个有效信道的最小值；“10”＝三个有效信道的最小值；“11”＝四个有效信道的最小值。
可以使用不同的方法来表示或编程CDV和MIN(该例子使得MIN＝1信道-4信道，并且允许CDV＝最大引导/2(CDV～125us-64ms)。该方法可以与一个欠载和过载检测算法相结合使用。
因此本发明提供一种防止当在DBCES业务中的信道数目改变时出现过载和欠载的问题。

Claims (10)

1.一种管理在工作于DBCES(动态带宽电路仿真业务)模式中的SAR(分段和重新结合)设备中的缓冲器的方法，其中包括：
根据有效信道的数目确定用于一个虚拟电路的有效信道缓冲限度；以及
把用于每个有效信道的缓冲量设置为等于CDV(信元延迟偏差)加上有效信道缓冲限度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个缓冲器具有一个写入指针和一个读取指针，以及写入指针和读取指针之间确定缓冲量的距离。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中有效信道缓冲限度等于每个信元的有效负荷数据的字节数除以许可信道的最小数目减去每个信元的有效负荷数据的字节数除以当前有效信道的数目。
4.根据权利要求3所述的方法，其中当信道数目改变时重新计算缓冲量，以在下次出现信道数目改变时提供适当地缓冲。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法可以通过在用于缓冲器的控制结构中设置一个控制位而启动。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述缓冲器是循环缓冲器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述DBCES用于一个ATM网络中。
8.一种用于能够实现DBCES(动态带宽电路仿真业务)模式的SAR(分段和重新组合)设备的控制数据结构，其中包括：
一个控制字段，其具有确定是否启动缓冲器管理的一个数位；以及
确定用于每个信道的最小缓冲的数位；以及
用于每个有效信道的缓冲量被设置为等于CDV(信元延迟变化)减去有效信道缓冲限度，该限度取决于有效信道的数目。
9.根据权利要求8所述的控制结构，其中该有效信道缓冲限度等于每个信元的有效负荷数据的字节数除以最小许可信道数减去每个信道的负荷数据的字节数除以当前有效信道的数目。
10.根据权利要求8所述的控制结构，其中有效信道缓冲限度等于47/MIN，其中MIN是所考虑的信道N的最小数，减去47/N，其中N是当前有效信道数目。
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