SE520247C2 - Synkron klockåterställningsmetod för CBR tjänster över ett ATM nätverk - Google Patents

Description

t. ......_._..................._._.....-,............ 520 247 Trots att SRTS metoden- vilken tillämpas nuförtiden - ger upphov till acceptabla resultat, är sökandet efter förbättrade metoder som kan ge klockåterställníngen på ett mer nöjaktigt sätt alltid mycket lockande.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en synkron klockáterställningsmetod, vilken kan tillförsäkra bättre resultat än de som utnyttjas enligt den ovan angivna tekniska ständpunkten och som resulterar i väsentliga fördelar.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Den synkrona DCTI metoden för klockåterställning i enlighet med föreliggande uppfinning är väsentligen kännetecknad av att fyrkantsvågen, vilken har ett samband med källfrekvensen, jämföres med fyrkantsvågen vilken har ett samband med nätverksfrekvensen, genom att utnyttja en EXOR- grind (exclusive OR), för att få en signal ur vilken arbetskvoten kan erhållas, och i det att information, vilken är nödvändig och tillräcklig för att återställa källklockan när nätverksklockan är känd, transporteras till mottagaren av arbetskvoten. l nämnda metod erhålles arbetskvoten ur sagda signal med hjälp av en generator vilken åstadkommer den riktiga arbetskvoten hos signalen eller dess komplement till 1, för att göra arbetskvoten som genererats vid sändaren jämförbar med den som generats vid mottagaren.

Det skall också förstås att metoden i enlighet med föreliggande uppfinning: -använder en generator av arbetskvot i sändaren och en generator av en styrparameter, ett oscillerande system och en generator av arbetskvoten, vilken är identisk med den i sändaren, i mottagaren; -får generatorn av styrparametern att ta emot arbetskvoten från sändaren och från mottagaren samt åstadkomma, med hjälp av skillnaden, en parameter vilken matas till oscillator systemet för att erhålla en rättelse av slutfrekvensen hos en oscillator; -få generatorn av styrparametern att använda skillnaden mellan 520 247 arbetskvoten, eller komplementet till l hos modulen av en sådan skillnad i beräkningen av nämnda parameter och få generatorn att beakta två värden på varandra följande i tiden hos den erhållna signalen, för att mata oscillatorsystemet med skillnadssignalen; -begränsa skillnadssignalen i oscillatorsystemet, tillämpa en förstärkningsfaktor i det föreliggande resultatet till det föregående för att därefter överföra den erhållna signalen från digital till analog och för att driva med hjälp av den senare en oscillator vilken bildar den återstållda käll- frekvensen.

Det är dessutom viktigt att inse att, i enlighet med den uppfunna synkrona metoden, signalen, vilken skall överföras, formas av ett antal bits, bildad med vari Af är det önskade målområdet för frekvensen runt det nominella frekvensvärdet hos nämnda oscillator, k är förstärkningen hos styrsystemet och b är antalet bitar som har valts att representera arbetskvoten.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Uppfinningen kommer nu härunder att beskrivas djupare hänvisande till de medföljande ritningarna varvid : Fig. 1 visar schematiskt principen för överföringen av CBR tjänster över ett ATM nätverk; F ig. 2 är det generella arbetsschemat för synkrona metoder för klockåterställning i enlighet både med teknikens ståndpunkt och föreliggande uppfinning; 520 247 Fig. 3 är ett mer specifikt arbetsschema - delvis mer konstlat och delvis mer detaljerat - av den uppfunna metoden; Fig. 4 visar schematiskt den i sändaren och i mottagaren föreskrivna DCTI generatorn med vars hjälp den uppfunna metoden är implementerad, i enlighet med Fig.2 ; Fig. 5 representerar schematiskt styrparametergeneratorn vilken användes i mottagaren med vars hjälp metoden enligt uppfinningen är implementerad, i nelighet med Fig.3 ; Fig. 6 är ett kretsschema över oscillatorsystemet som är föreskrivet i mottagaren och med vilket den uppfunna metoden implementeras, i enlighet med F ig.3 ; Fig. 7 summerar grafiskt den grundläggande idén hos metoden i enlighet med uppfinningen; Fig. 8,9,1O och 11 analyserar med hjälp av grafer och tabeller de möjliga fall som kan uppkomma under utvecklingen av föreliggande uppfinning; Fig. 12 visar hur frekvensens målområde påverkas av D och DS värden i systemet enligt föreliggande uppfinning; Fig. 13 och 14 visar variationerna hos låstiderna och den stabila tillstånds oscíllationen i samma system beroende på K-värdet; Fig. 15 är ett diagram som visar svaret hos systemet när fs=fs_nom (l+lOOppm), vid genomförandet av metoden enligt uppfinningen; Fig. 16, 17 och 18 är diagram som visar svaren som bildas av systemet vid mycket kritiska tillstånd under användandet av systemet i enlighet med uppfinningen; och 520 247 Fig. 19 och 20-23 är grafer som jämför resultaten av den uppfunna metoden med de hos den konventionella SRTS metoden.

BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA Med hänvisning nu till de tillhörande ritningarna, låt oss betrakta de grundläggande schemat i Figl: två smalbandstermínaler 1, 2 (N-TE) är källor till CBR trafiken. Dessa bör etablera en virtuell krets för att kommunicera med varandra. Det tillgängliga kommunikationsstödet för en sådan kommunikation är ett nätverk 3 för asynkron överföring (ATM).

ATM är en teknologi för paketdirigering (packet switching) för att åstadkomma ett bredbandigt integrerat servicenätverk (B-ISDN).

Eftersom överföringen och dirigeringen av sådana paket inför en variabel övergångsförsening, är denna form av tjänstetransport mer läinpad för oregelbunden trafik (bursty traffic), såsom exempelvis data. Detta är anledningen till att en anpassning av transporten av CBR trafik bör genomföras, för att erbjuda en integration mellan existerande (N-ISDN) och framtidens (B- ISDN) nätverk.

Detta kan uppnås med hjälp av funktionaliteten hos kretsemuleringen (CE) 4.

Kretsemuleringen 4 genomför den nödvändiga anpassningen för att emulera alla de tjänster hos en T1 /El krets som är virtuellt sammankopplad till den avlägsna smalbandsterminalen 1. Med detta scenario kan kretsemuleringen 4 betraktas som en enhet som arbetar mellan N-ISDN nätverk och B-ISDN nätverk.

Kretsemuleringen 4 utgör ett gränssnitt mellan ATM celler på bredbandssidein och en synkron CBR signal 5 på den smalbandiga sidan. 520 247 Kretsemuleringen 4 delar upp CBR signalen 5 i 376 bitenheter, tillexempel 47 oktetter, och därefter mappar signalen med ytterligare en oktett, avsett för anpassningslagret 1 (AALl), in i payload fältet hos en ATM cell.

Cellen multiplexas sedan statistiskt i nätverket och dirigeras via ATM switchar in i bredbandsnätverket.

En av de tjänster som erbjuds av kretsemuleringsanordningen är àterställandet av den avlägsna källklockan. Detta är väsentligt för att korrekt klara av CBR tjänstetrafiken i ett bredbandsnätverk, eftersom varje frekvensfel i klockan som kontrollerar avståndsbufferten resulterar i buffertunderskott eller spill och följaktligen, förlust av information.

Klockinformationen i transporttjänst hos switchade kretsar àterställes frän den periodiska ankomsten av CBR trafiken. Denna metod kan inte tillämpas direkt i ett ATM nätverk, eftersom varje transportcell är påverkad av jitter i överföringsförsening, tillexempel den slumpartade förseningen och den periodiska ankomsten av celler i en avlägsen nod. Denna effekt förstör tidsanpassningsinformationen hänförande till cellens mellanankomsttid.

Celljitter är ett resultat av multiplexing och queuing i ATM nätverk. Cell- queuing i en switch introducerar en överföringsförsening vilken är beroende av trafikstockningen som switchen själv är utsatt för. Dessutom beror stockningsgraden på cellens mellanankomsttidsfördelning, vilken är en funktion av alla andra bídragsgivare sammankopplade med switchen som erbjuder transporten av ATM celler med CBR trafik. Den försening som introducerats av cellmultiplexning av nätverket beror på multiplexens tjänste- policy. Om ATM celler som bär CBR trafiken träffar på ett stort antal ATM switchar kan cellen utesättas för olika multiplexpolicy. Det grundläggande konceptet för synkron teknik baseras på tillgången av en gemensam referens klocka; genom att utnyttja fördelen hos denna synkrona natur, kan denna negativa effekt av ATM cell jitter på överföringen av CBR tjänster totalt elimineras. 520 247 Alla kända synkrona metoder för klockäterställning använder en gemensam klocka för att koda informationen till den avlägsna källklockan, från vilken det blir möjligt att återställa densamma på andra sidan av nätverket. Alltså litar metoden enligt denna uppfinning till samma hypotes och tillåter en mycket enkel och passande klockäterställning, även i fallet med förlorade celler.

Den synkrona metoden enligt uppfinningen utföres enligt ett generellt schema i Fig.2, vilken redan har använts i känd teknik, vilken omfattar en sändare 10, ett transmissionsystem 11 och en mottagare 12 med ett system för klockàterställning, alla dessa är kopplade till en gemensam nätverksklocka 13, vilken har en nätverksfrekvens fn. Men, enligt den föreliggande uppfinningen är sändaren 10 och mottagaren 12 annorlunda och förbättrade med hänsyn tagen till de tidigare, vilket bättre visas i schemat i Figß.

Med hänvisning till Fig.2, och eftersom det redan är omnämnt, segmenteras först CBR signalen i 47 oktettenheter och därefter mappas den tillsammans med en oktett för anpassningslagret, och vilken tillfogas av processorn 14 i AALl in i cellens 48 oktett payload.

Cellen multiplexas statistiskt och dirigeras genom ATM switcharna i nätverket l 6.

ATM cellerna kommer fram i bredbandsnätverket till den mottagande sidan och assembleras isär och behandlas sä för att separera AALl oktetten i dísassemblern 17 och processorn 18, där AALl protokollet avslutas och de 47 oktetterna motsvarande till 376 bitar av CER flödet plockas ut ur varje cell.

Schemat som avbildas i Fig.3 visar att, i enlighet med uppfinningen, sändaren 10 är sammansatt av en DCTI generator 19, medan mottagaren omfattar en styrparametergenerator 20, ett oscillatorsystem 21 och en DCTI generator 22, vilken är identisk till den, 19, i sändaren. Generator 19 visas i detalj i Figßl, generator 20 i Fig.5 och oscillatorsystemet 21 i Fig.6. 520 247 Genom att använda schemat i Figß och ta i beaktande att i de följande åsyftas: - med fn till frekvensen hos nätverksklockan; -med fnd frekvensen hos den härledda nätverksklockan (fncffn/D) varvid D är ett heltal; - med end fyrkantsvågen som har frekvensen fnd; -med fs frekvensen hos källklockan; -med TS perioden hos källklockan(Ts=l/fs); -med fsd frekvensen hos den härledda källklockan(fSd=fS/DS, vari DS ett heltal); -med Csd fyrkantsvågen som har frekvensen fsd; -med Y EXOR mellan csd och end, inkluderar metoden enligt uppfinningen väsentligen jämförelse - se Fig. 7 - fyrkantsvágen csd, vilken står i beroende till källfrekvensen, med fyrkantsvågen ond, vilken står i beroende till nätverksfrekvensen, genom att utnyttja en exklusive OR (EXOR), för att få en signal y, ur vilken arbetskvoten erhålles.

Med hjälp av arbetskvoten hos sagda signal y transporteras till mottagaren information som är nödvändig och tillräcklig för att återställa källklockan när nätverksklockan är känd. Mer exakt, arbetskvoten hos signalen y (dc) överför informationen om frekvensen hos källklockan, nätverksklockan är känd, till mottagaren varje 1 / (2*fsd) sekunder, för att tillåta att korrekt återställa frekvensen hos källklockan hos mottagaren.

Fig.3 och 4 måste betraktas en gång till för att bättre kunna diskutera metoden enligt uppfinningen.

Generatorn DCTI, som avbildas i Fig. 4, är ett block som mottager fS och fn som ínsignaler, utför divisionerna (med D och DS, se nedan) vilka är nödvändiga för att göra de två betraktade frekvenserna jämförbara och för att göra utsignalen för exklusive OR(EXOR) betydelsefull, utför exklusive OR operationen, skapar arbetskvoten och sarnplar densamma i utvalda ögonblick. Alla dessa operationer utföres både på sändar- och mottagarsidan (båda omfattar en identisk DCTI generator, som omnämnts tidigare). 520 247 Informationen stoppas sedan in i ATM cellen, för att generera så liten overhead som är möjligt; i denna ända, samplas signalen dc varje Q cells period, van/id Q är ett heltal och cellperioden är TC =376, TS =376/fS. Om stora N= 376Q, kan samplingsperioden skrivas som NT S.

Nu, låt oss anta för att skapa arbetskvoten signalen vid sändaren (dc) och vid mottagaren (dc'); det i-th samplingsögonblicket kommer att bli iNTS och iNTS+ TO, respektive, varvid TS, är perioden hos den återställda källklockan vid mottagaren och lilla to är den initiala fasskillnaden mellan frekvensen hos källklockan ( fs) och den (fsà hos VCXO oscillatorn(se Figö).

Då: f. = hNn-sNTf-zo! är definierat, är villkoret som leder till korrekt klockåterställning : Uppenbarligen, förenar ett förhållande dvdc, och ti. Därför, väljes DS så att N/DS är ett heltal och följande definieras: tt: Tidsgapet mellan iNTSd och föregående stigande flank av cnd; tr: Tidsgapet mellan iNTSd och föregående stigande/ fallande flank av cnd; M: en funktion av t; och n; M = flta, n) = i (Tf E) nd Användandet av M, tr kan skrivas som t =t-= + tr - MTnd/Q.

I' 1 520 247 10 För att lösa dc och dc', är det att betrakta fyra olika fall vilka beror på M och på området till rt. Sådana fall analyseras i graferna och tabellerna till figurerna 8-ll av de tillhörande ritningarna.

Om skillnaden mellan det aktuella och det föregånde värdet på arbetskvoten är mindre än noll, ersätts det sanna värdet istället med skillnaden: T a l- cl fl n . c (TX) 7 och tas i beaktande.

Samma hänsynstagande bör göras med hänsyn till DCTI generatorn i mottagaren. I det följande användes variablerna i mottagaren för att indikera det sanna värdet av arbetskvoten eller dess avstånd från l, om nödvändigt.

Fig. 5 avbildar generatorn för styrparametern som användes, i enlighet med Fig.3, i den föreliggande uppfunna metoden.

Detta block mottager arbetskvotssignalerna som insignaler, nämnda signaler skapas i sändaren och mottagaren, evaluerar föreliggande värden hos styrparametern och subtraherar densamma från föregående värde.

Tnd l / ZnNTS Efter definitionen av: de”"=àc<'rz<> K 520 247 11 blir aktuellt värde av styrparametern lika med När ri har bestämts, tar funktionen X(n) periodiskt endast två värden, beroende på värdet ti. För att exkludera det sista beroendet, blir styrparametern: vari nämligen :-: = d°(T3“¿)(n)_d°<-=~ï*ï>(n) så ([°'cf"'-I>(“)'°':1;R:<>”ibm ldc<“>"dc(nll se (“)'dclf”M0) Styrparametergeneratorns sista del beräknar skillnaden: Ax(n)=x(n) - x(n- 1) vilket är nödvändigt för att oscillatorsystemet skall kunna driva VCXO korrekt(Fig.6). 520 247 12 Fig.6, i sin tur, föreställer oscillatorsystemet vilket gör schemat enligt F ig.3 fullständigt, i enlighet med vilket den uppfunna metoden utföres.

I oscillatorsystemet enligt Figö, begränsas först av allt signalskillnaden AXn som kommer från styrparametergeneratorn in till klipp-anordningen 24, så för att erhålla stabilitet i systemet; därefter, anordnas en förstärkningsfaktor k i 24 till klippanordningens utgång AXLn och den föreliggande utsignalen(pn) summeras till det föregående (pn_1), så för att överföra den erhållna signalen i 25 från digital till analog och för att med den senare driva en spänningsstyrd quartz oscillator (VCXO) vilken ger den återställda källfrekvensen. Noteras bör är att styrverksamheten som valts att skapa styrspänningen som driver VCXO, är: k pn=pn_l +_b í/_\>J z varvid zh* - i VA wmzb* flzb--w Ax-Lcnw Axfçn) V41 xflnaa-tzb' - >-; - VA :<<.~.>§(-<2b-1>+-2,°'l; finns på utgången till klippanordningen, k är en negativ konstant, b är antalet bitar som valts för att representera dC(TX) (n) och dC(RX) (n).

Om frekvensens målområde är i Af kring det nominella värdet f bör snomi antalet bitar B som krävs för att representera pn uppfylla förhållandet: därmed: Af _ B= log ( Zbl) 2 |1<| 520 247 13 Det resulterande p(n), som är korrektionsvärdet, ansluts som redan nämnts, till en D /A omvandlare, för att skapa styrspänningen till VCXO. Denna spänningstyrda kvartsoscillators frisvängande blir lika med fsnom.

En sådan komponent har ett stort mått av frekvensstabilitet med avseende på den anordnade spänningen och temperaturen; detta är ett av skälen till varför utfrekvensen kan betraktas vara konstant för en given styrspänning och för en observationstid som är kortare än eller lika med 60 sekunder.

Metoden enligt uppfinningen har underkastats en simulering för att testa dess effektivitet. Simuleríngen har genomförsts baserats på följande värden Fsnom =2.o4s MHz fn= 155.52 MHz N= sXsX47=3oos b= 3 D och DS värdena påverkar frekvensens målområde (Af). Systemet blir stabilt när ri = r¿_1, vilket är det önskade fallet, men också när ri = ri_1 + nTd/Q. l det senare fallet återställs mottagaren till en felaktig frekvens som ges av , beroende av fyra Fig. 12 visar variationerna hos lfsí-fsnom l - lfS-fsnom par av värde på D och på DS, såsom visas i följande tabell ytterligare innehållande motsvarande frekvensmålområde. 520 247 14 f _ l IL D DS A; , . g 54 1_ +70 ppm § I . 128 2 -l4O ppm L I , 1 l 256 4 +280ppm l ll . | 512 8 +550::>:m L D= 256 och DS = 4 valdes för simulering. Låstiden och den stabila tillstånds oscilleríngen beror på värdet av k, i enlighet med de bifogade figurerna 13 och 14.

Följaktligen, k = -50 Hz, här valdes därför B=7 för simulering.

Fig. 15 visar svaret vid de valda värdena pä parametrarna, när fS = fS_nOm(l+lOOppm).

Fig. 16, 17,18, och 19 visar svaren som erhållits av systemet när metoden enligt uppfinningen genomförts vid särskilt kritiska förhållanden. Således, Fig. 16 visar systemsvaret vid en skarp ändring hos fS, 200 ppm, i det fall då systemet redan är stabilt; à andra sidan Fig. 17 läinnar upplysning om felet l fS-fls l i samma fall. Fig. 18 visar, i sin tur, konsekvensen av en cellförlust. Det är välkänt att vid en cellförlust under överföringen orsakar ankomsten av ett fel dC(TX) (n) på den mottagande sidan. Fig. 18 visar effekten av ankomsten av nämnda felvärde i fallet av att systemet redan är stabilt.

Slutligen, när en jämförelse görs mellan den uppfunna DCTI metoden och den konventionella SRTS metoden, bör figurerna 19-23 betraktas.

Fig. 19 jämför de två metodernas läsningar ; Fig. 20 och 21 jämför de stabila tillståndsoscilleringarna för en offset på lOOppm och 50 ppm respektive; och Fig. 22 och 23 visar variationerna i låstider och stabila tillståndsoscílleringar i båda metoderna. 520 24%*ïfiflåää 15 Vad som framlagts här ovan och särskilt resultaten av de genomförda simuleringarna, och som ett resultat av de tillhörande figurerna tillåter att det inses att metoden enligt uppfinningen har en rad fördelar med hänsyn till de i teknikens ståndpunkt, i synnerhet med SRT S metoden som vanligtvis använts.

De huvudsakliga fördelarna är: Bredden hos den stabila tillståndsoscílleringen är mycket kortare än den hos SRTS metoden; Låstiden är kortare än den för SRTS; Systemet svarar snabbt på skarpa ändringar i frekvensen i källklockan, eftersom den utför en kontinuerligt korrektion; Systemet påverkas enbart lite vid en cellförlust beroende på begränsningarna av ändringarna i den återställda frekvensen; Overheadens bithastighet och sannolikheten att förlora en viktig cell är lägre än 25 procent med i SRTS metoden, därför att antalet använda bitar (b=3) och dess överföring av 8 celler i CSI biten hos enbart den första, den tredje och den femte cellen.

Dessutom tillåter metodparameteriseringen att ytterligare fördelar uppnås. Till exempel, att välja b =4 (antalet kodningsbitar ) förbättrar ytterligare låstider och halverar bredden vid stabil tillståndsoscillering. Slutligen, kan uppfinningen tillämpas vid klockåterställningen i system där den mottagna signalen är påverkad av stora jitter.

Denna metod kan implementeras i en komponent såsom en FPGA eller en DSP, med utökning med en liten extern krets.

Claims (7)

520 247 l6 PATENTKRAV

1. En synkron metod för klockåterställning vid tranporten, från en sändare till en mottagare, av tjänster med konstant bithastighet (CBR) över ett ATM nätverk, k ä n n e t e“c k n a d i det att kantvågen (csd) relaterad till källfrekvensen jämföres med kantvågen (end) relaterad till nätverksfrekvensen genom att använda en exclusive OR (EXOR), för att erhålla en signal (y) från vilken en arbetskvot erhålles, och i det att information vilken är nödvändig och tillräcklig för att återställa källklockan, när nätverksklockan är känd, överföres till mottagaren genom av arbetskvoten.

2. En synkron metod enligt krav l k ä n n e t e c k n a d av att, signalens (y) arbetskvot erhålles av en generator (DCTI) vilken skapar signalens (y) riktiga arbetskvot eller dess komplement till 1, för att göra den arbetskvot som skapades i sändaren jämförbar till den som skapades i mottagaren.

3. En synkron metod enligt kraven l och 2 , k ä n n e t e c k n a d av, att en arbetskvotgenerator (DCTI) användes i sändaren och en styrparametergenerator, ett oscillerande system och en arbetskvot- generator, vilken är identisk í sändaren, användes i mottagaren.

4. En synkron metod enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att generatorn av styrparametern mottager arbetskvoten frän sändaren och från mottagaren och skapar av skillnaden en parameter vilken matas in i oscillatorsystemet för att erhålla korrektionen av den ingående frekvensen i en oscillator (VCXO).

5. En synkron metod enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d av att sagda generator av styrparainetern använder skillnaden hos arbetskvoterna (dCTn; dCRn), eller komplementet till l av modulen av en sådan skillnad, i beräkningen av sagda parameter och tar i beaktande två värden efterföljande i tid (Xng Xn_1) av den erhållna signalen, för att mata in skillnadssignalem \Xn) i oscillatorsystemet.

6. En synkron metod enligt något av kraven 3 till 5, k ä n n e - t e c k n a d av att i oscillatorsystemet är skillnadssignalen (AXn) begränsad, en förstärkningsfaktor är tillordnad och det aktuella utgångsvärdet (pn) summeras 520 247 17 till det föregående (pn_1), för att överföra efterföljande erhållna signal från digital till analog och att driva, med hjälp av den senare en oscillator (VCXO), vilken ger den återställda källfrekvensen.

7. En synkron metod enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d av, att signalen (pn) vilken skall överföras formas av ett antal bitar, given av Af B = Logz ï-Zbi) lkl varvid Af är frekvensens önskade målområde runt det nominella värdet fsinom hos frekvensen hos sagda oscillator (VCXO), k är förstärkningsfaktorn hos styrsystemet och b är det antal bits som har valts för att representera arbetskvoten.