（通信与信息系统专业论文）tdm+over+wlan系统的研究.pdf

摘要 目前的电信网络正向i p 网络演进，t d mo v e ri p 技术与原有网络设备的无缝 连接特性和、 ，ia n 网络的无线优势使得两者的结合成为了传统通信网络升级的 重要方式。 论文通过阅读大量的i e l f 和8 0 2 1 1 文献，深入研究了t d mo v e ri p 技术和 w l n 相关技术，详细地分析了w l 气n 上实现t d mo v e fi p 的可行性，在此基 础上设计和实现t d mo v e rw 【a n 原型系统，该系统设计了符合m t f 相关草案 的体系结构和协议模型，设计的抖动缓存机制解决了时延的抖动及分组错序等关 键问题，补偿机制解决了分组的丢失问题。实现了在w l n 上一路无结构e 1 电 路的传输。 r n ) mo v e rw u 烈原型系统已通过了该预研项目提出方上海三诚公司的鉴 定，设计抖动缓冲机制能够完全纠正分组错序，时钟的抖动范围、误码率均达到 了预期的目标。 关键字：t d mo v e rw 乙nt d mo v e “p 抖动缓存8 0 2 1 1 9 a b s t r a c t 1 1 l et c i e c o mn e t w o f ki s b e c o m i n gt o i pn e t w o r ka t p r e s e n t b e c a u s eo fm e w i r e l e s sa d v a i l t a g c so fw u nn e t w o r ka n dt h a tt d mo v e r i pc a t li n t e g r a t ew i mo l d n e m o r ke q u i p m e n ts e a m l e s s l y c o m b i n i n gt h et 、o t e c h n o l o 西e sb e c o m e so n eo f i m p o r t a n tw a y st ou p 孕a d eo l dt e l e c o mn e t w o r k t h i sp a p e rd e s i g n sa n dc a i r i e so u tt h et d mo v e rw l a n p r o t o t y p es y s t e mb a s e d o nt h o m u 曲s t u d y i n gr e l a t i o n a lt d mo v e r i pa i l dw l 气n t e c h i i o l o g yt h r o u 曲r e a d i n g l o t so fm i fa n d8 0 2 1 1l i t e r a t u r e t h es y s t e ms t r u c t l l r ea n dt h ep r o t o c o lm o d e lo ft h i s p r o t o t ) ，p es y s t e ma c c o r dw i t hr e l a t i o n a lm l fd r a f t s t h ej i t t e rb u f f e fs o l v e ss o m ek e y p m b l e m si n c l u d i l l gj i t t e ro fd e l a ya n dw r o n gs e q u e n c eo fp a c k e t s t h ec o m p e n s a t i n g m e c h a i l i s ms o l v e sl o s to fm ep a c k e t t h ea i mo fp r o t o t y p es y s t e mi st oc a f r yo u to n e u n s t m c t u r c de 1 t h r o u 曲t h ew l a nn e t w o r k t h j sp m t o t ，l p es y s t e mh a dg o tt h ea p p r a i s a lo ft l l e g c m t e k s y s t e 埘si n c i n s h a n 曲a iw h i c ha d v a i i c e dt h ep r e - s t u d yp m 伊a m t h ej i t t e rb u f f e rc o u l dc 0 e c tt h e w r o n gs e q u c n c ep a c k e t s t h eb o u n do f t i i i l ej i n c ra n dt h eb e r a c h i e v e dt h ea i m k e y w o r d ：t d m o v e rw u 州t d mo v e ri pj i t t e rb u 虢r 8 0 2 1 l g 创新性声明 y8 5 8 9 乏1 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：香讨本人签名：缁谓日期：如稆、t 心 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。f 保密的论文 在解密后遵守此规定、 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名：宏砷 导师签名趁 日强：埘6 、f 。l ， b 朔；弼。 。 r 第章绪论 第一章绪论 1 1t d mo v e r i p 技术的背景 随着数据业务在全球范围的爆炸性增长，整个通信业务的重心也在逐渐向i p 网转移。如今的i p 网可以说是无处不在的，i p 网作为未来网络主体架构的趋势 也越来越明显。 n g n 概念的提出要求在一种融合的基础网络体系上支持所有电信网、计算 机网和有线电视网的业务。这种融合的网络必须能够支持多种业务：实时的语音、 视频业务和“尽力而为”的数据业务。从技术特点和市场的角度看，i p 网作为这 种融合网络的呼声越来越高。同时，l e t f 也提出了1 p 网上多业务的概念( m u l t i s e r v i c e s ) ，也要求i p 网能够支持多种业务，如a t m 、e 1 厂r 1 等等。 传统上，定时敏感的业务( 如语音业务) 都是在1 d m 电路交换网上运营的。 但是电路交换网的费用比起基于分组交换技术的i p 网来说则昂贵的多，因此 t d m 网络不能有效的降低成本去适应数据业务。此外电路交换网络的技术复杂， 限制了新的竞争者的加入，阻碍了新业务的发展。以上的原因使得电路业务运营 商迫切寻找一种将自身现有的电路交换网络无缝接入到冲网的技术。而另一方 面，数据业务提供商也迫切要求充分利用i p 网的资源，去支持业务量巨大的语 音业务，从中获得利益。但是，现有的1 p 网还不能直接支持电信运营商赖以生 存的语音、e 1 ，r 1 等定时敏感的c b r 业务。所以我们需要一种能够让l p 网不 仅仅能够承载数据业务，还能承载对定时敏感的语音和视频业务，并且具有和传 统的t d m 网络有相同的质量的技术。 如何在口网和i d m 网之间达到快速、透明的对接是这个研究和应用领域 的主流问题。各大通信设备制造商和网络通信方面的标准机构也一直致力于这个 技术领域的研究和开发。 h ) mo v e r i p 就是在这种潮流下提出来的一种在分组交换网上透明地传输电 路交换业务的技术。) mo v e rl p 技术不解析i i ) m 具体的信令和协议，并且能 仿真出) m 原有的特性。 1 2 国内外研究情况 基于i p 或多协议标记交换m t l l t j p r o t o c o ll a b c ls w i t c h ，m p l s ) 网络f 2 4 】传输 t d m ( t d mo v e t i p ，t d m o l p ) 的几种方案在过去几年中就已经提出来，但是大多 的争论是在两个阵营间进行的f 8 1 0 其中一个阵营的代表以色列的r a d 数据通信 公司2 0 0 1 年向t f 的p w e 3 工作组提交了草案t d m o l p 【1 1 此前他们已经发布 2 1 1 ) mo v c rw l a n 系统的研究 了基于t d m o v e r l p 技术的i p m u x 系列产品。此外，加拿大的卓联半导体公司 和美国的a x e h a 网络公司也都加入t d m0 v 盯i p 技术标准和产品的研究，他们 共同向p w e 3 工作组提交了c e s o p s n 草案。t d m o l p 和c e s o p s n 尽管在基 本的参考模型和实现思想上是一致的，但是在实现方法和采用的技术上各不相同， 有各自的优缺点，这使得整个标准化的进程处于胶着状态。2 0 0 3 年9 月，两个 阵营在处理无结构( u n s t n l c t w e d ) 和“结构未知”( s t f i l c t u r e a 驴o s t i c ) 业务的伯m o v e ri p 技术上，达成了一致，一起提交了一个新的草案s a r o p 【2 1 ，并被p w e 3 接 受为正式的工作组草案。 实际上目前p 、e 3 工作组将这个技术分解为三部分，分别叫做分组网上仿 真非结构化的t d m ( s t n l d m r e a g n o s t i c t d m o v e r p a c k c t ，s a t o p ) 、分组网上仿真 结构化的1 r i ) m 电路( c i r c u i te m u l a t i o ns e n r i c eo v e rp a c k e ts w i t c h e dn e m o r k ， c e s o p s 和t d m o i p ，关系如图1 1 所示。 图1 1 p s n 上仿真t d m 的三种方法示意图 s a r o p 是一个在虚拟线路上传送非结构化t d m 的协议。s a i b p 完全不考虑 ) m 比特流中存在的任何结构，比如e 1 厂r l 帧【“，或g s m 信道。因此s a t o p 对传送非结构化的t d m 数据是一个理想选择，也适合那些不需要解释或者使用 单个时隙的结构化t d m 。特别是勖狮p 对低丢包率的分组交换网络蹦及那些不 要求辨别时隙也不干涉t d m 信令的应用来说是一种可供选择的技术。 当要明确保护t d m 结构的时候，可以通过三种概念截然不同的方法实现， 它们分别是：结构锁定，结构指示，结构重组。结构锁定保证分组中包含个完 整的或多个t d m 结构。结构指示允许分组中包含任意的基于结构化的分段，并 使用指针指示出一个结构开始的位置。在结构重组过程中，在入口处抽取单个时 隙重新编组，到达出口时，从接收的数据中重新组装出原始结构。 t d m o v e r i p 使得运营商既能涉足分组网络业务，又能保持现有的电路业务， 更重要的是不放弃已有的p b x 等t d m 网络设备，这点是其他i p 语音技术， 如v o i p ，所不能比拟的。另外，数据业务提供商，也能从在分组网络上提供各种 语音、视频和数据业务中得到回报。 蠢 葛 婴 第一章绪论 1 3 1 技术可行性 1 3 t d mo v e r i p 的应用意义 t d mo v e r 口作为一个全新的技术概念出现，它的应用前景需要经受技术可 行性、市场前景、未来网络基础架构发展趋势等多方面的考验。 在分组网络上传输r r d m 的技术早在a t m 的领域里实现了，t d mo v e p 技术在恒定比特率类型负载封装的技术上参考了 删f o n l m ( w w w a t i l l f o m m c o m ) 的电路仿真c e s ( c i r c u i te m u l a t i o ns e r v i c e ) 1 3 】技术。所 谓c e s 就是在非同步的分组网络上仿真同步的电路网络业务。a r m 的技术可以 让t d m 在a r m 网上传输，现在也可以实现在口网上传输。因为a t m 是一 种分组交换传输技术，因此必须对电路特性进行仿真，以达到更好的恒定比特率 业务。t d mo v e ri p 主要的业务是c b r 电路仿真业务，因此也可以说是c e s o v e r l p 。r i d mo v e rl p 技术在时钟恢复，负载封装等核心技术上参考了a t m 电 路仿真的实现，保证了t d mo v e rl p 技术在这些方面的技术积累。但是册m 虽 然和i p 样也是一种分组交换网，只是a t m 是面向连接，而口还是采用“尽 力而为( b e s te 肋r t ) ”的传输策略，因此在处理分组丢失、错序，分组时延等方 面有更高的要求。 另外，t f 的p w e 3 工作组在口网上承载多业务仿真技术的标准研究方 面已经做出了一定了的贡献，确定了基本结构( 觚h i t e c t u 托) i 、基本要求 ( r e q u i 埘n e n t s ) 【引、封装结构( f r a g l e n t a t i o n 柚dr e a s s e m b l y ) l q 等草案。 t d mo v e r i p 作为一种i p 多业务的形式，其标准化的工作也由p w e 3 工作 组负责，在基本结构、基本要求、层结构的标准化方面也有符合p w e 3 的要求。 1 2 2 市场前景 技术的发展总是有市场来驱动的。一种新技术成功与否，对未来网络建设是 否有意义，必须让市场来检验。对于网络运营商而言，简单而统一则是至关重要 的。在同一个基础网络上支持多种业务是运营商的市场驱动力所在。目前的大多 数网络运营商都需要同时支持两个独立的网络：为了支持传统的话音业务而存在 的电路交换网络和为了支持新兴的数据传输业务的分组交换网络。或者不同的运 营商分别运营不同的网络。t d mo v e ri p 技术的出现可以让传统电路网络运营商 和口运营商同时受益。t d mo v c ri p 最大程度上保留了原有t d m 网络的基础 设施。这个技术特点免去了运营商或者企业采用新的电路扩展技术时候的风险。 对于传统电路运营商来说，t d mo v e rl p 能让他们渐进式的进入n g n 时代， 最大程度的保留了他们已有的设备和传统的语音和数据业务；对于l p 运营商来 4 t d mo v e rw l n 系统的珂f 究 说，在口网上运营多种业务是现在主要的热点问题，如果充分的有效的利用i p 网对于取得最大利润是至关重要的。目前普遍存在的i p 网上承载语音业务的技 术是v 0 i p 。t d mo v e ri p 对于v o i p 来说是全新的，在设计哲学上是不同的，在 第二章会对这两种技术做出相应的分析比较。 另外，对于企业和校园用户来说，t d mo v e r i p 使他们能在同一局域网上运 营数据和语音功能，这将大大的降低网络建设和运营的费用。图1 2 是一个最普 遍的t d mo v e ri p 的应用结构的例子。 不同的终端p c 和电话机，不同的网络p s t n 和i n t e m e t 由于t d mo v e “p 设备的存在融合在一起。p b x 设备和p s t n 网络都无缝的接入到i p 网，将数 据、语音业务整合在同一个网络架构下支撑。 1 2 _ 3 未来网络基础架构 图1 2t d mo v e ri p 基本应用结构 未来电信网、数据网和广播电视网的三网合一的趋势越来越明显。统一的技 术架构可以节省消耗。而l p 网作为这种统一的基础架构的呼声越来越高，这和 i p 网已经占据了大部分的数据业务的地位是分不开的。p w e 3 工作组的基本目标 就是在分组网上承载多种业务，包括传统的1 r i ) m 业务聊。而1 d mo v e r 辟作为 p w e 3 正在修订和维护的一个主流技术，势必也会在i p 多业务方面做出贡献。 1 4 t d m o v e r ，ia n 的应用意义 目前对1 r i ) mo v e f 口技术的研究主要限于在以太网上透传t d m 业务，而以 太网的移动性能是无法与w l a i n 网络相比的。相对于以太网，w u 蝌在方便性、 灵活性方面有着无可比拟的优势，而随着w “n 技术的发展，w l a n 在价格和 带宽方面也在逐步缩小和以太网的差距。论文所设计的t d mo v e rw l a n 系统是 在t d mo v e r i p 技术的基础上，结合w l 气n 网络的优点，通过w l 钒透明传输 第一章绪论 成帧、未成帧e 1 和分帧e l ( n + 6 4 k ) 信号，符合g 7 0 3 相关规定，也符合p w e 3 的s a r o p 标准。t d mo v e rw u 、n 扩大了t d mo v e r i p 技术的应用，拓展了w l a n 网络的发展空间，在w i a n 和3 g 的融合方面也有相当的意义。 t d m 网络是一个同步的网络，而i p 网络则是一个典型的异步网络，因此t d m o v e ri p 技术的难点在于如何处理携带t d m 语音数据的分组的时延和时延的抖 动，如何同步源端和接收端的时间信息。具体的讨论将在2 1 2 节阐述，相应的设 计4 2 3 中阐述。 t d mo v e rw l n 系统可以为联通，移动等提供话吧，网吧统一解决方案， 同时也为降低在复杂情况下建设联通移动基站及小灵通基站敷设光缆的成本。与 微波相比，t d mo v e r i p 和w l a n 的结合在频段优势、组网模式、天线技术、传 送的业务、价格等方面都有较大优势。 1 5 论文的主要工作 论文的主要研究工作有以下几个方面： 1 对t d mo v e ri p 技术的研究现状进行系统的研究。由于t d mo v e ri p 技 术是一种较为崭新的概念，最早的t f ( h t t p ：你w w i e t f - o 娼) 草案出现在2 0 0 1 年，到目前还没有统一的标准出现，整个技术的很多细节还处于讨论阶段。某种 程度上讲，t d mo v e ri p 技术还是一种未成型的技术，因此，本课题的一个挑战 就是需要开创一个新的研究课题，全面的去了解t d mo v e r i p 的技术背景、需要 解决的核心问题以及相关的策略。论文全面分析了t d m o v e f i p 的技术优势和市 场前景，以及和、，o i p 技术相比的异同点和优缺点并结合w l a n 的特性，设计该 系统。 2 对t d mo v e rl p 技术和w u 州技术的结合进行了研究。对w u n 的时延 性能和丢包进行了研究，并提出了适用t d m o v e r w u d 系统的改进。 3 设计并实现了一个动态调整的抖动缓冲( j i t t e rb u t ) 机制。j i n e fb u 髓r 机制是为了平滑因为i p 网固有的时延抖动所产生的影响的一种机制。论文设计 的j i t t e fb u 仃e r 机制可以根据网络当前状况动态调整b u 施r 的大小，从而能更好 的仿真1 1 ) m 的固有特性。 1 6 论文结构 第二章首先解释了r h ) m o v e r i p 技术的概念和研究背景，并提出了整个技术 中的核心问题。然后从技术可行性、市场前景和未来网络体系结构的统一结构等 方面分析了t d mo v c ri p 的应用意义。并和t p 语音业务现今广泛使用的、，0 i p 技术做出比较，分析优缺点。 t d mo v e rw l 气n 系统的研究 第三章介绍了w “n 的特性以及t d mo v e ri p 技术在w l a n 上实现的可行 性和意义。 第四章主要是t d m o v e r w u 蝌系统的概要设计和实现。从设计的总体目标 着手，给出了协议模型、控制字组织和策略管理、上层u d p i p 协议的使用方案。 然后描述了系统的整体结构，然后分模块从功能上分析了各个部分的作用并给出 实现。实现中对l i n u x 操作系统下每个实时任务的处理，侧重分析了任务间通信 和一些特殊数据结构。 第五章是全文的总结和结束语。 第二章t d mo v e f j p 技术介绍 第二章t d m o v e r i p 技术介绍 2 1 1t d m 网络概述 2 1t d mo v e r i p 概念解释 在解释t d mo v e rl p 技术之前，先介绍一下t d m 技术和t d m 网络的概 念。采用1 d m 技术的目的是提高信道的利用率，要求多路信号在同一个信道中 传输而没有相互干扰。各个信号在同一个信道内占用了不同的时隙( t i m es l o t ) 。 t d m 技术适用于数字信号，比如p c m ( 脉冲编码调制) 。从抽样原理得知，时 间上连续的模拟信号可以被抽样成时间上离散的数字信号。这就保证了) m 技 术的可行性。图2 1 是t d m 的结构示意图。 彩 雾 潞蹲 艇馥 用用 嚣瓣 健蟹灞， 五i c i 蠢_ ；托抟溉 图2 1t d m 结构不意图 t d m 网络的定时精准是一个很重要的特性【8 】。因为，从 m 的结构来看， 一个多路复用器将扫描不同信号的缓冲区，循环的从缓冲区中取彼特，组成t d m 帧发送出去。在发送的同时，多路复用器还在扫描下一个比特的到来，因此只有 精准定时才能保证帧的连续和稳定。如果t d m 设备的定时不准的话，将出现空 等或者阻塞的状态。 t d m 有两种主要的承载线路的标准，即u t 的e 1 和a n s i 的t l ，以及由 e 1 厂r 1 复结起来的e 3 厂】3 等线路。中国和欧洲采用的是e 1 标准，而美国和日本采 用的是t 1 标准。在这里我们比较关心线路中数据的帧结构而不是线路的电气特 性。e 1 信道中，每个时隙有8 个b i t 组成，每个帧长3 2 个时隙，采样频率是8 0 0 0 次，秒，也就是说每秒有8 0 0 0 个e 1 帧通过接口。因此e 1 的数据率是 8 0 0 0 m 8 + 3 2 = 2 0 4 8 m b s ，每个时隙为6 4 k b s 。当只用e 1 中的部分时隙的时候，一 般记作n + 6 4 k 。在不成帧的e 1 中，所有3 2 个时隙都用来传输数据；在成帧e 1 【9 i t d mo v c rw l a n 系统的岍究 的3 2 个时隙中，第o 时隙是用来传输帧同步数据；进一步成复帧( 1 6 个帧为一 个复帧) 的e 1 中，第1 6 时隙用来传输信令。类似的，t 1 【4 】每帧包括2 4 个时隙 和一个同步位，即每帧t 1 有8 + 2 4 + 1 = 1 9 3 b “长，数据率是1 9 3 + 8 0 0 0 = 1 5 4 4 m b s 。 t 1 每一个时隙8 b j t 数据中的第8 位用作信令和控制位。 2 1 2t d mo v e ri p 技术概要 t d mo v e ri p 是将t d m 网络透明扩展到基于i p 的分组网络的一种传输技 术。它可以让基于i p 的分组网承载e 1 厂r 1 ，e 3 厂r 3 等任意的基于电路的业务，同 时对具体的协议和信令透明，即不解析协议和信令的内部结构，对t d m 网络的 客户终端用户来说，是感觉不到分组网络的存在的。如图2 2 ，将来自t d m 接口 的) m 流分段成分组，添加合适的分组头和控制字，通过分组交换网传输。在 接收端拆去分组头，恢复原来的t d m 时钟，并把数据送往接收端的t d m 接口。 翻2 2t d mo v e ri p 通信流程图 i p 分组网是一种异步网络，没有严格的定时信息；而t d m 网络是一种典型 的同步网络，具有严格的定时信息。在一个异步网络上传输定时敏感的业务，必 须要仿真出同步网络的特性。以下几个关键问题需要解决：数据传输的帧格式、 信令机制的继承、时延及时延抖动的处理、时钟同步的获取、应用于分组丢失和 错序的补偿机制、告警机制的继承、q o s 保证等具体和应用相关的特性。下面的 几个小节将对这些核心问题简要地做出分析，并在论文关于具体的设计和实现的 章节中介绍在本系统中采用的的解决方案。 2 1 2 1 帧格式 t d m 流是连续的比特流，而分组网络传输的却是大小不一的分组，因此每 个分组包含的有效负载的格式和大小是首先要考虑的问题。为了能在不同的网络 情况下，有效地利用带宽，需要根据不同的网络情况采取不同的封装格式和大小。 另外，分组的长度和打包的复杂度将影响分组处理的时延，因此必须能够调整。 2 1 2 - 2 信令机制 当1 1 ) m 终端设备是电话设备、t d m 网络是电话网络时，信令机制是必须 第二章t d mo v e r l p 技术介绍 9 要被解决的问题。现在电话网络普遍的信令机制有三种：带内信令、随路信令 c a s 、共路信令c c s 。 带内信令是和话音在同一个音频带中传输的，和话音一样被编码在t d m 时 隙中传输。对于带内信令，可以不特别处理信令，把信令当话音一样传输。 随路信令和话音信号一样，处于相同的t d m 帧中，但不在音频带中。t 1 通 过保留位【1 0 j 实现该信令，e 1 则用整个第1 6 个时隙传送其他3 0 个话音时隙的随路 信令【”。对于随路信令来说，可以随同整个t d m 帧被转发。 共路信令大多数情况下占用一个时隙，这种情况下也可以被透明的转发。否 则，就需要通过l p 网的信令网关去转发了。 此外，分组网络存在不可避免的分组丢失现象。在传输语音业务，语音的采 样数据丢失少量的不连续的一些信息并不会对语音质量产生很大的影响。因此 t d mo v e ri p 分组的数据信息丢失少量不连续的分组是可以接受的。但是信令信 息一般是不可丢失的，因为对于信令来说，直接关系到整个电话系统的运行和维 护质量。如果准确的恢复出在传输过程中丢失的信令信息是需要重点考虑的。 2 1 2 3 时延及时延的抖动 分组通过i p 网后到达接收端的过程都会有个随机的时延，这对于在同步网 络上传送的语音业务的影响是很明显的。这个问题在v o i p 技术中已经有很多的 研究结果。v o i p 的时延相对于) mo v e r i p 来说大得多，这在2 - 3 节将有详细的 对比分析。在t d m o v e r 口技术中，时延可以定义为，1 d m 流进入t d m o v e r 口 发送端设备，到接收端设备重新恢复并发送出来的时间间隔。因为t d mo v e ri p 不存在像v o i p 那样对于语音信号进行编解码的操作，因此主要的时延来自于网络 的传输时延和分组打包解包的时延。在专网环境下实施t d mo v e r 职技术的话， 网络传输时延就显得无足轻重了，时延主要来自于分组处理上；在公网环境下， 那么网络环境可以很糟糕，网络传输时延可能会不可估计( 同时，分组丢失和错 序的大量发生也会让接收端设备无从恢复原先的t d m 数据) ，在这种环境下仿 真t d m 业务是不可能的。因此当t d mo v e ri p 技术提出的时候，就是对网络环 境有一定的要求的，这在【l i 】f 1 2 l 【1 3 l 中都有相应的表述。t d mo v e r1 p 目前的技术可 以保证在城域网中有优异的性能。 表2 1 统计了不同目标网络的相关参数的情况。 网络类型最小时延平均时延 p d v 分组丢失分组迟到 专网o 2 5 m s2 m so 5 m s0 1 0 1 城域网5m s1 0 m s 1 0n l s0 2 l 公网3 0 m s 6 0 棚s6 0 如s o 5 2 1 0 t d mo v e fw l a n 系统的研究 相对于时延来说，时延的抖动对t d m 业务的影响更大。分组时延变化p d v ( p a c k e td e l a yv a r i a t i o n ) 这个参数反映了时延的抖动范围的最大值。p d v 的大小 在大部分的情况下是可控的，因此可以根据p d v 的大小，在t d mo v e rl p 的接收 端，采取抖动缓冲( j i t t e rb u f f e r ) 的机制来平滑抖动，处理早到和迟到的分组， 同时纠正错序。 2 1 2 4 分组丢失和错序 分组网络存在时延和时延抖动的同时，也存在分组丢失和错序的现象。对于 t d mo v e ri p 来说，每个分组中只有信息的一片采样，因此丢失分组对性能的影 响不是很严重。但是大量的分组丢失将会造成大的影响。 对于偶尔的分组丢失，在抖动缓冲机制中采用补偿机制，在丢失的位置填充 相同大小的全“1 ”负载，或者填充上一个分组的内容，甚至是根据统计信息插值 计算出丢失的分组信息，以保证数据在定时上的完整性。同样，对于错序，j i n e r b u m r 机制可以交换错序的分组，恢复出正确的分组顺序。 2 1 _ 2 5 时钟同步 1 r i ) m 网络是严格同步的。在公用交换电话网及s o n 】丑s d h 网络，主时钟 的节点为从时钟的节点提供时间参考信号。在网络中通常至少存在一个非常准确 的全网基准参考时钟，这个参考时钟为每个区域的区域参考时钟( 其精确性被称 为一级时钟) 提供时钟参考，一级时钟为二级时钟提供参考时钟，二级时钟为三 级时钟节点提供参考时钟。另外，区域参考时钟的也可以来自于g p s ( g i o b a l p o s i t i o ns y s t e m ，全球定位系统) 。图2 3 是目前数字同步网络的时钟层次结构图。 当t d m 流进入分组网络以后，原先的定时信息也丢失了。接收端和发送端 定时上的不一致，将导致数据的丢失或者拥塞。因此，需要在接收端恢复出和原 先时钟在频率上和相位上同步的定时信息。根据网络时钟模式的不同，可以采用 全局时钟或者从分组中传送过来的定时信息中恢复出原先的时钟。 第二章t d mo v e r i p 技术介绍 2 1 2 6 告警机制 图2 3 ：同步网络时钟结构图 1 r i ) m 链路本身带有多种告警机制，如i d s 、s 、r a i 、0 0 f 等，在r r u t g 7 7 5 1 4 】和g 7 0 6 1 1 5 j 中规定了相应的标准。这些告警机制也需要在) mo v c r 口 中仿真。 下面先解释一下几个名词表示的状态： l o s 指干线的物理设备不能产生正确的信息数据的状态。 灿s 指，m 比特流的一种特殊的状态，可以解释为全“1 ”模式，用来在发 送设备和接收设备之间指示状态。 o o f 指当接收设备无法找到帧对齐信号的状态。 r d i 指在成帧的t d m 业务的情况下，接收端处在越s 的状态下，送回一 个指示信号的状态。在l d s 、a i s 或o o f 存在的情况下，检测不到r d i 。 以上信号对于成帧业务的仰l m ，都有相应的机制，如图2 4 所示；对于无 结构的1 1 ) m 业务只有l o s 和a j s 存在，如图2 5 所示。 拯潮 i s l o s o d f 卜) c 一+ o l t d m 设斋l d m 卯l r 口 _ 鳓摧r t 口誓a 饿r 曩 t d - l 鳗蔷 搏输r d i 拭，惫 ) ( 镪稼；。o 辅l 梅端磷m 心豫 ) mo v c fw l a n 系统的研究 图2 4 ：成帧e l 链路的告警信息传输 t d mo v e rl p 处理告警信息的方法是在控制字携带告警信息的，在接收端设 备根据不同的定义采取不同的策略机制。 稳潮l 0 5 x 一o t d m 避每t d m 口w 弹 一懒t 删协卜_ 功m o w r l p t d i f 靛籀 键黼产擘。瓣镤转割镣撰辑输 图2 5 ：无结构e 1 链路的告警信息传输 2 2 分组网上仿真非结构化的t d m s a t o p 是一种在分组交换网络上仿真t d m 比特流( e 1 厂r 1 ，e 3 仍) 的一种方法 【”。它只是针对那些非结构化1 r i ) m 数据的传输情况，这个协议并不考虑那些可 能包含些信令在内的任何结构，特别是标准t i ) m 成帧结构。这个仿真方法也 适合应用在网关设备不需要中断1 1 ) m 数据或者不涉及存在n ) m 信令的场合。 2 2 1s a t o p 封装层 s a t o p 分组的基本格式如图2 6 。 图2 6 基本s a t o p 封装格式 l p 和高层协议首部：整个s a r o p 包的尺寸要服从线路最大传输单元 ( m a 】【i m u mt r a 晌血髂i o nu n i t ，m 弧肌用i p v 4 实现s a r o p 时必须对数据报做出不 分片的标记俐。 s a t o p 封装首部：s 朋1 0 p 封装首部一定包含s 加m p 控制字段( 4 字节) ，同时 也可以包含一个固定的实时传输协议( r e a l t i m et r a l l s f c f sp r o t o c o l ，r t p ) 首部| 2 7 1 。 如果r t p 首部包括在首部里，在i p v 钔p v 6 的情况下要相应放在控制字段前， 在m p l sp s n 情况下要放在其后。参见图2 7 和图2 8 。对于s a r 0 p 提供的仿真 服务而言，口v 钔p v 6 可以用u d p 提供复用机制。在m p l s p s n 应用中通过虚链 路标签方式提供复用机制。 篇二章t d mo v e r i p 技术介绍 图2 7 面向i p v 4 i p v 6 的s a t o p 封装格式 图28 面向m p l s 的s a t o p 封装格式 控制字段的结构和用法：s 朋b p 控制字段的用法包括以下几个方面：检测丢 包或乱序；在分组网和连接电路之间区分由于仿真服务中断产生的问题；通过终 止传输无效数据方式保护分组网带宽；从发送端向接收端发送告警指示信号 u a 釉i n d i c a t i o ns i 肛a l ，越s ) 【2 8。s a r 0 p 控制字段结构如图2 9 所示： 0 0 0 0lrr e sf g nl e ns e q u e n c en u m b e r 2 2 2s a t o p 有效载荷层 图2 9s a t o p 控制字段结构 为了有效处理分组网中的丢包情况，对那些以t d m 数据为有效载荷的报文 而言，s 越1 0 p 要求给定的s 向晒p 上传送的所有包的数目固定。包载荷尺寸一定 要在配置期间定义好，对于两个方向上的虚链路来说也一定是相同的，而且要虚 链路的生存时间保持不变。对用户设备的内部操作功能( i i i t e fw b r k i n gf u n d i o n ， 1 w n 和分组网范围的1 w f 进行设置时一定保证s a t o p 包载荷尺寸一致( 下面定 义的默认载荷尺寸值保证了这样的协定是可能的) 。 s a t o p 使用下面1 d m 数据分组的顺序： 1 1 载荷字节顺序与它们在连接电路上的顺序相对应； 2 ) 来自连接电路的连续比特填充每个载荷字节，按照从最高有效比特到最低 有效比特的顺序。 所有的s a r o p 实现必须能支持下列载荷尺寸： 1 1e l ：2 5 6 字节； 2 、t 1 ：1 9 2 字节； 3 1e 3 和t 3 ：1 0 2 4 字节。 图2 1 0 给出了s a l 陆p 有效载荷格式，需要注意以下几点： 1 1 无论选择什么样的尺寸，s a l r 0 p 都不对t d m 定义好的底层结构进行调整 ( 字节、帧或者复帧的调整1 。 2 1 当s a r o p 控制字段的l 比特设置时，s a r o p 包可以忽略无效的t d m 数 1 4 1 i ) mo v c rw l a n 系统的研究 据，以便保护带宽。 3 1 载荷是多个信元时可以与非结构化的a t m c e s 关联使用。 4 1 对于按字节排列的t 1 而言，为了方便处理，需要把1 9 3 比特的t d m 数 据填充到2 0 0 比特，也就是2 5 个字节。 2 2 3s a r 0 p 操作 图2 1 0s a t o p 有效载荷格式 对于) m 到分组网方向而言，一旦连接建立，该方向上的操作如下：t d m 数据用每个包中配置的载荷字节数目封装。序列号，标记，时间戳( 如果使用r t p 首部、插入到s a t o p 首部中。s a t o p 的i p 和高层协议首部也依次封装在服务数 据j 二。最终分组通过p s n 进行传输。 对于分组网到t d m 方向丽苦，s a t o p 应该包括一个缓冲器，将收到的s a r o p 包的有效载荷输出到本地t d m 连接电路之前存储在里面。缓冲器尺寸可以本地 配置，允许根据分组网特定包延时变量进行调节。在这个方向上用控制字的序列 号检测丢失的和乱序的包。如果使用了r t p 首部，r t p 序列号可以用做同样目的。 同时可以重新对乱序的包进行排序。不能重排的乱序的包必须丢弃并作为丢失处 理。收到的s 胁p 包的有效载荷有l 比特设置的标记，即使它没有被忽略也应 该用等价数目的“全1 ”模式取代。 每个丢失的s a t o p 包的有效载荷必须用等值的置换数据数目取代。置换数 据的内容是特殊执行的也是本地配置的。默认情况下，所有的s a t o p 实现必须 支持“全1 ”模式产生作为置换数据。一条t d m 链路建立之前和拆除之后，对 应) m 连接电路必须终止“全1 ”模式1 1 。 一旦链路已经建立，对于 m 连接电路除了继续将已有的“全1 ”模式用 完外，该方向上开始接收s a r o p 包，并把它们的有效载荷存储在抖动缓冲器中。 这个中间状态会维持到一个预先配鼍的t d m 数据数目( 通常是抖动缓冲器的一 半、已经接收连续的s 衄b p 分组，或者到一个预先配置的中间状态计时器到期为 l 七。 一旦配置好的的1 d m 数据数目被接收，进入正常操作状态，在这种状态下 连续接收s 朗o p 数据包并把有效载荷存储在抖动缓冲器中，根据要求的时钟用完 第一二章t d mo v e r l p 技术介绍 抖动缓冲器中的内容。 如果检测到配置好的连续的包的丢失或者如果要求的t d m 数据数目被接收 之前中间状态计时器到期，则进入包丢失状态。而这个状态，s a r o p 应该用设 置r 比特来标记每一个包的方式进行传送。一旦配置好的连续s a r 0 p 数目已经被 接收，将离开这个状态转到正常状态。此方向上s a l 胁p 必须提供一个对用户设各 有效的t d m 数据的指示。这可以通过传输实现或者通过产生本地舢s 指示实现。 2 3 t d m o v e r i p 和v o i p 的比较 i p 是已经普遍采用的一种在i p 网上扩展语音业务的技术，相对于t d m o v e fi p 来说是较为成熟的技术。从理论上讲，在i p 网上传输语音信息和其它数 据信息没有什么不同，不同的只是分组中负载的内容包含语音信息。同时语音作 为一种实时性业务，就必须解决服务质量( q o s ) 的问题。 v o 口和t d mo v e ri p 在本质上的不同点是v 0 i p 是让i p 网传送打包后的压 缩或非压缩语音，而) mo v e ri p 在l p 网上传送的则是数字干线本身，而不关 心内部携带的数据内容。这从设计上讲更贴近于i p 多业务的框架结构。t d mo v e r i p 传送的不仅仅是语音，可以是任何在t d m 网上所承载的业务。因此t d mo v e r i p 不仅仅是一个i p 语音的解决方案，更是为下一代碑业务网络提供了一个可能 的接入方案。 t d mo v e r i p 在结构比v o i p 简单，可以支持原有的p b x 和t d m 设备。由于 v o i p 需要对协议和信令解析，因此需要特定的协议网关和信令网关，运行不同的 协议。 v o i p 的信令机制一般通过系统专门的信令网关解析信令，然后通过特定的协 议( h 3 2 3 、s i p 等) 转发信令分组，然后在远端恢复信令，实现复杂。而) m o v e ri p 则可以透明的支持原有的t d m 网络的信令。但是v o i p 可以支持t d m 网络所不能支持的信令协议，这是个很大的优势。 v o i p 解析具体协议和信令的机制对v o i p 技术复杂度提出了更多的要求，如 语音压缩技术、静音抑制技术和回声消除技术等等。这些技术的采用直接影响了 v o i p 接入原有电话网的成本和可维护性。 2 3 1 m i e r 通信实验室的测试报告 这里引用m i e r 通信实验室( m i e rc o m m u n i c a t i o n sl a b ) 的测试报告【1 6 】，测 试的对象是r a d 数据通信公司的i p m u x 4 产品，可以承载4 路e 1 厂r l 的t d m o v e ri p 产品。测试的结果和m i e