MAC层协议之RPR技术与TDMoP同步机制.pdf

MACMAC 层协议之层协议之 RPRRPR 技术与技术与 TDMoPTDMoP 同步机制同步机制 刷钻代码 一一 RPRRPR 的基本介绍的基本介绍 随着数据业务的迅速膨胀 城域传送网的数据处理能力 成为大家关注的焦点 而无论是 IP over ATM IP over SDH 还是城域 Ethernet 都有各自的不足之处 一种为优 化 IP 数据包传输的新的 MAC 层协议弹性分组环 RPR Resilient Packet Transport 被提上议程 该技术以 其技术的先进性 投资的有效性 性能的优越性 支持业 务的多样性 显现出了其独特的优势 RPR 技术一方面吸收 了以太网技术的优点 如经济 灵活和可扩展性 另一方 面吸收了 SDH 的优点 如对延时和抖动性能严格保障 可 靠的时钟以及 SDH 环网50ms 快速保护 同时提供与 ATM 等 同的 QoS 随着 IEEE 802 17标准的日益完善 RPR 技术逐 步走向成熟 基于 RPR 技术的产品已经问世 它是城域光 网组网中许多商家优先选择的技术 虽然数据业务的需求在不断扩大 现在对于电信运营商 来说语音通话仍然是很重要的一部分 由于 RPR 是一种融 合多业务平台的优秀技术 它不需要人们将现有网络铲 除 通过 RPR 网络的 TDM 服务电路仿真 电信运营商在提 供新的可盈利的数据服务时 保证他们原有的语音通话服 务 使电信公司可以保持现有 TDM 服务的高收入 TDM 可以 融合在 RPR 系统当中 也可以单独的设备的形式面向用 户 二二 TDMTDM 电路仿真电路仿真 TDM Circuit EmulationTDM Circuit Emulation TDM 电路仿真是电路交换业务在网络上透明传输所采纳的 机制 它用特殊的电路仿真头来封装 TDM 业务 并通过一 定的机制来实现时钟在包交换网上的传输 实现这种封装 功能的物理层器件一般称为成帧器或映射器 它能直接和 原有的 TDM 网络连接 在 非结构化 的仿真中整个业务带宽是仿真的 帧的 结构或者叫比特数在入口处是不用计算的 比特流在目的 端口进行封装和解封装 其仿真结构如下图所示 结构化 仿真业务则设计为仿真点到点的 E1 T1连接 帧结构维持不变 各自的流是可见的而且是按字节分配 的 这样的话就允许 E1 T1流融入 DS 0信道而发向不同的 目的地 其电路仿真结构如下图所示 对于不同的系统而言 在设计电路仿真系统时还有一定 的区别 对于 RPR 包交换网络上的电路仿真 TDMoP 设计 介绍如下 在 RPR 网络中每个节点都可以有一个或多个 TDM 电路仿 真支节点 TDM 电路仿真是端到端的 它可以是半双工点对 点模式 全双工点对点模式或者是半双工点对多点模式 TDM over Packet TDMoP 是一种使语音和租用电路服务 如 视频 数据 在 IP 网上廉价传输的技术 它同时可 以保持公共电话网 PSTN 的可靠性和服务质量 当包进 入网络的时候都要竞争带宽和端口 这样的话肯定会产生 不确定的时延和丢包 发包源可能会周期性的把包发到网 络上 但是接收方就不能确保以同样的周期从网上获得这 些包 甚至说 这些包可能不会全部达到接收方 那么这 种情况下 TDM 所需要的信号就不能得到保证 一般来说要在 IP 网上传输 TDM 有两种解决方法 一种是 把 TDM 网络和用户终端设备完全替换为支持语音信令全新 机制的架构 另外一种方法是保持用户终端和协议不变 TDM 数据从 隧道 传过包交换网络 很显然 第二种方法 无论对承载商还是设备制造商都比较容易做到 对于 RPR 网络 TDMoP 网关的 IPmux 系列从 TDM 端口获取数据流 然 后把它们转换封装成 IP 包在网络上传输 远端的 TDMoP 网 关负责将这些 IP 包解封装回 TDM 业务流 三三 封装的实现封装的实现 1 TDMoP 的实现 TDMoP 的最简单的实现方法如下 通过附加适当的报头 用 IP 包封装每个 T1或 E1帧 一个 T1帧由24个单字节的时 隙和1个单独比特的同步位共193比特组成 一个 E1帧由完 整的32个字节 256比特 组成 其中一个字节用来保持同 步 一个字节传统上为信令保留 在这两种情形下 帧速 率为8 000帧 秒 因为数据包提供分段 同步位 字节不必包括在内 因此 对 T1和 E1的有效负载分别为24和31字节 对于可靠的面向 连接的服务 如果使用 TCP IP 协议 这需要20字节的 TCP 报头 20字节的 IP 报头 每个数据分组共需40字节 TCP 提供了端到端的可靠连接 但这对话音分组用处不大 因 为重传的话音分组到达接收端时次序已乱 将被丢弃 更 合理的选择将是使用实时传输协议 RTP 它的报头至少12个 字节 另加8字节的 UDP 报头和 IP 的报头 这与上面的开 销一致 其原理如图1所示 如果用40字节的额外开销传送24字节或31字节的有效负 载的话是很浪费的 解决这一问题有两个方法 第一种方法是报头压缩方案 把 TCP 和 RTP 的平均报头 减到只有3个字节 把开销百分比降到8 9 虽然包头开 销降低了 重组的报文去掉了 TCP IP 和 IP 报头的许多重 要信息 一般很少采用这种方法 第二种方法是把多个帧在封装前组成一个超级帧 例 如 把8个 T1 E1 帧合并成192 248 字节的负载 使得 开销百分比降到17 14 的合理程度 合并确实增加了 一定的缓冲延迟 但每帧只有125微秒的持续时间 与 VoIP 系统相比这一延迟是可以忽略的 例如由8个连续帧组成的 一个超级帧引入1毫秒的单向延迟 是用在 VoIP 中标准的 16kbps 低延迟编码器的一半 大大低于具有15毫秒延迟的 8kbps 的编码器 这是在实际设计中比较常用的一种方法 2 TDMoP 技术的同步问题 TDMoP 技术应用时所考虑的一个比较重要的问题就是时钟 同步 如果长时间的频率不同步 就会造成网络出口队列 要么为空要么溢出 在公用交换电话网及 SONET SDH 网络中 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 在一个非常准确的基准参考时钟 精确到1 1011的量级 该节点按其精确性被称为第一层 它为第二精确层提供参 考时钟 第二层为第三层节点提供参考时钟 这种分层的 时间同步对整个网络正常工作致关重要 在 IP 网络中的数据包以一个随机的延迟到达目的地 该 延迟称作抖动 当在 IP 网络上模拟 TDM 时 可通过使用缓 冲区来克服抖动 缓冲区中对接收到的包排序 由于语音 通信的实时性要求比较高 对丢失的包直接按空包处理 在这个缓冲过程中大多数情况下 原始的时间参考信息是 不能提取出来的 因此需要采取必要的时钟同步措施 一般采用的同步方法有四种 A 环上设有一个中心节 点 这个节点周期性的广播同步信令 B 环上的所有节点 都由一个外部设备 比如 GPS 提供时钟信息 C 在 A 和 B 都不易实现的时候 本地产生时钟来进行调整恢复 D 还有一种 是通过计算平均包到达率推断时钟信息的 无 论是数据包还是特殊的定时包都可以用于同步 对整个网络来说当 IP 网络不是全部采用专有的并且全部 供 TDMoP 连接使用时 NTP 时钟和所需的 TDM 时钟之间不会 有连接 这个情况下时钟同步解决方法是采用第二种 即 使用如原子钟或 GPS 接收器等为所有的 TDMoP 设备提供时 间标准 来减轻 IP 网络发送同步信息的负担 如图2所 示 如果不能提供本地精确时间参考或其实现代价较大 也可以采用目的地重新生成同步本地时钟进行恢复 如图3 所示 在采用本地同步的实现时 网路中传输的时钟是动态变 化的 也就是说会在一定的范围内浮动 不会是固定的一 个值 2 048MHZ 那么还应该有一个动态跟踪这个时钟 变化的机制 以达到动态调整本地时钟的目的 比较简单 的方法是用闭环电路来实现的 通过比较缓冲区接收和发 送出去的数据包的数目来调整电压控制振荡器的振荡频 率 再根据这个频率来调整发送包的速率 这样不断的比 较就可以实现时钟的动态跟踪 这种方法在目