專利名稱：一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分組網(wǎng)傳送TDM技術(shù)(TDMoP ， TDM Over Packet)
中的自適應(yīng)時鐘方法，具體為一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘 方法。
背景技術(shù)：
隨著Intemet的飛速發(fā)展，以IP和以太網(wǎng)為代表的分組網(wǎng)將是未來 網(wǎng)絡(luò)的主體架構(gòu)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向分組網(wǎng)演進是大勢所趨。但傳統(tǒng)的TDM (Time Division Multiplexing)業(yè)務(wù)仍然是目前電信業(yè)務(wù)收益的主要 來源，在網(wǎng)上已經(jīng)有大量應(yīng)用。
下一代網(wǎng)絡(luò)是基于分組的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，最終需要具備同時承載語 音，視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的能力，而當(dāng)前的語音業(yè)務(wù)多以TDM傳輸。 因而以諸如以太網(wǎng)的分組網(wǎng)傳送TDM業(yè)務(wù)是必要的，如何實現(xiàn)分組 網(wǎng)和現(xiàn)有TDM網(wǎng)絡(luò)的無縫連接是網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域重要的課題。
CESoPSN(Circuit Emulation Service over Packet Switch Network) 或TDMoP (Time Division Multiplexing over Packet)是解決現(xiàn)有分組 網(wǎng)傳送TDM業(yè)務(wù)的技術(shù)。文獻[1]-[5]對分組網(wǎng)傳送TDM的技術(shù)作了詳 細說明，其功能框架如圖l所示。CE1、 CE2是用戶邊緣設(shè)備，PE1、 PE2是服務(wù)提供商邊緣設(shè)備，對于TDMoP來說，CE是TDM業(yè)務(wù)的發(fā) 起和終結(jié)者。PE為CE提供TDM業(yè)務(wù)仿真。//、 ^分別為CE1、 CE2的 TDM發(fā)送時鐘，/r、 /T則分別是PE2、 PE1的TDM發(fā)送時鐘。
用基于統(tǒng)計復(fù)用的異步的IP或以太網(wǎng)來承載基于同步的TDM業(yè) 務(wù)需要解決的問題很多，定時和同步是其中的難點和重點。
從文獻[6][7][8]可知，TDM對同步的要求是非常高的。頻偏小于 5^pm是基本要求之一，其它性能指標如抖動和漂移等都有嚴格的要 求。
文獻[5][6]給出了 CESoPSN的定時的三種方案網(wǎng)絡(luò)同步時鐘、
差異方法和自適應(yīng)時鐘方法。
前兩種方案要求兩端(CE1和CE2)具備同一參考時鐘源。這是現(xiàn) 有分組網(wǎng)難以滿足的條件。
自適應(yīng)時鐘方法則是從攜帶TDM載荷的分組流中得到時鐘信 息，也就是根據(jù)分組流的到達率或到達時間，通過反饋調(diào)節(jié)機制，使 得本端的業(yè)務(wù)時鐘與遠端的業(yè)務(wù)時鐘具有相同的頻率。
自適應(yīng)時鐘方法的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，與PLL (Phase Lock Loop)的結(jié)構(gòu)很相似。"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"等價于PLL中的鑒相器， 它的功能是根據(jù)本端業(yè)務(wù)時鐘和遠端業(yè)務(wù)時鐘的差異得到一個控制 信號，"S+"和"是它的兩個輸入。經(jīng)環(huán)路濾波后消除干擾和噪聲后 控制本地振蕩器產(chǎn)生經(jīng)過糾正的業(yè)務(wù)時鐘。之所以將"5V'和"5"-"用虛 線表示，是因為"S+"和"S-"并不直接對應(yīng)遠端和本地業(yè)務(wù)時鐘，而是 通過分組到達率或分組到達時間關(guān)聯(lián)起來。尸w和iV分別是緩沖區(qū)的 讀寫指針。
現(xiàn)有的分組網(wǎng)的節(jié)點設(shè)備一般并不具備同一的外部時鐘源，因 此，前兩種同步方法并不能廣泛應(yīng)用。大多數(shù)情況下，需要采用自適 應(yīng)時鐘方法來實現(xiàn)同步。
自適應(yīng)時鐘方法一般可以歸納為兩類基于去抖緩沖區(qū)的填充級 (關(guān)聯(lián)的是分組的到達率，是數(shù)據(jù)包到達的快慢情況的直觀反映，間 接反映兩端時鐘的差異)和基于時戳(關(guān)聯(lián)的是分組的到達時間，從 數(shù)據(jù)包提取遠端時戳，并根據(jù)本地業(yè)務(wù)時鐘產(chǎn)生本地時戳)。
如果圖2中"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"的輸出是根據(jù)數(shù)據(jù)包攜帶的時戳 產(chǎn)生，則可以歸結(jié)為基于時戳的方法。基于時戳的方法時鐘鎖定的過 程較快，但需要兩端都具備時戳生成機制，并有專門的機制傳遞時戳， 同時受分組網(wǎng)時延變化(抖動)的影響較大。文獻[9][10]研究的是基
于時戳方法。
如果圖2中"調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生邏輯"的輸出是根據(jù)去抖緩沖區(qū)的填充 級產(chǎn)生，則可以歸結(jié)為基于緩沖區(qū)填充級的方法。普通的基于緩沖區(qū) 填充級的方法則實現(xiàn)起來簡單，比較穩(wěn)定，不需要額外機制，但鎖定
時間相對較長。文獻[11]-[13]是基于緩沖區(qū)方法的相關(guān)研究。
下面，對普通基于緩沖區(qū)填充級的自適應(yīng)時鐘方法進行一下分析。
不失一般性，這里假設(shè)仿真的TDM業(yè)務(wù)為El ，分組網(wǎng)為以太網(wǎng)， 壓控/數(shù)控震蕩器的輸出與控制信號成線性關(guān)系。
由于兩端的業(yè)務(wù)時鐘在鎖定之前頻率不相同，通常為防止去抖緩 沖區(qū)上溢(緩沖區(qū)滿)和下溢(緩沖區(qū)空)，初始狀態(tài)下/V和/V的 距離為去抖緩沖區(qū)的一半。
現(xiàn)有的基于緩沖區(qū)填充級的自適應(yīng)恢復(fù)方法可以用下述的數(shù)學(xué) 模型描述。
以/w和表示^時刻本地和遠端的業(yè)務(wù)時鐘。則兩端時鐘
的偏差df(t)可以用(1)式表示
<formula>formula see original document page 5</formula>
以F^)表示t時刻本地去抖緩沖區(qū)的填充級。則F^可以(2)
式表示
<formula>formula see original document page 5</formula>
這里的是去抖緩沖區(qū)能存儲的最大比特數(shù)?？紤]以太網(wǎng)的特
性，數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)包(分組)的形式傳送的，所以一個數(shù)據(jù)包攜帶的
TDM信息從遠端同時傳送到本端。因此iV移動的時間和空間都不 是連續(xù)的，它每次移動的寬度是一個數(shù)據(jù)包攜帶的信息，兩次移動的 時間間隔是傳送兩個相鄰數(shù)據(jù)包的時間間隔。
因此，將F^看作時間"勺連續(xù)函數(shù)并不具有應(yīng)用意義，戶〃可看
作時間上連續(xù)。但僅有尸r的變化造成的f,^的改變沒有參考價值。
因此將/w 、/yo 、 ^w以及i^;作為時間上離散的變量更接近 實際應(yīng)用。采樣點分別是o, a.."，"對應(yīng)緩沖區(qū)處于半填充狀態(tài)后 從遠端傳送的第"個數(shù)據(jù)包，、/r"j 、 以及f ^則表示 第"個數(shù)據(jù)包到達本地時刻的遠端業(yè)務(wù)時鐘頻率、本地業(yè)務(wù)時鐘頻率 以及緩沖區(qū)填充級。
一般來說，兩端的業(yè)務(wù)時鐘頻率并不是常量。但由于時鐘隨環(huán)境 變化比較緩慢，不失一般性，可以假定/(^在一個時間段內(nèi)是常數(shù)，
也就是乂w = y; -"=...=乂仰成立。
以"表示^r^，則"是一個常數(shù)，其意義是初始狀態(tài)本地業(yè)務(wù) 時鐘相對于發(fā)送端業(yè)務(wù)時鐘的頻率差異。
則下列四個等式可以描述普通的基于填充級自適應(yīng)時鐘恢復(fù)的 一般方法。
<formula>formula see original document page 6</formula>
& 、 &分別表示f w隨j/t"-"變化的以及^yw隨耵"/變化的速
度。^表示在單位采樣間隔里，兩端業(yè)務(wù)時鐘的單位差異(Hz)引起
的緩沖區(qū)的變化，^表示單位緩沖區(qū)變化引起的本地業(yè)務(wù)時鐘的變化
(Hz)。以m表示采樣頻率，換句話說，m表示每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)， 則
& = M4X解^ P /附 &2=M4X 。# 。J p /似5DJ "J 為討論方便，這里暫假定將TDM映射成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包(以下簡 稱數(shù)據(jù)包)時，每個數(shù)據(jù)包攜帶的TDM信息長度為一個E1時隙的
長度￡，丄=32字節(jié)=256位(這里將這種封裝簡稱為1包1時隙)。而 兩端的去抖緩沖區(qū)的大小為1024字節(jié)，也就是8192比特。而"對應(yīng)
每個數(shù)據(jù)包到達的時刻。
另夕卜，文獻[14]對E1的頻偏的規(guī)定為W必^t5印pw，令C-2似^:, 那么/仰，/仰都應(yīng)該落在區(qū)間《"-50ppm" Q7+5印;w^J，那么 d/^^/C二s—定落在"/0印/ m, MAX (|df (0) |)=
= 2似.Sife，也就是說，對E1來說，兩端業(yè)務(wù)時鐘的初始 差異的最大值為2似.S/fe，這實際上就是自適應(yīng)時鐘應(yīng)糾正的偏差范 圍。
由于附表示每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)，則w-每秒劃分的El時隙 數(shù)=8000，那么&、 ^可以用下式計算
<formula>formula see original document page 7</formula>
通過上面的分析可以看出，普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法是從 整個緩沖區(qū)出發(fā)，考慮的是緩沖區(qū)的使用率，換句話說，輸入到VCO 的調(diào)節(jié)信號從整個緩沖區(qū)的變化率得到，可以說其考慮的是緩沖區(qū)的 絕對變化；普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法僅有低通濾波，濾波一般 使用硬件實現(xiàn)，對擁塞產(chǎn)生的低頻噪聲未有效考慮；普通的基于緩沖 區(qū)填充級的方法，設(shè)計緩沖區(qū)初始狀態(tài)的讀寫指針有最大的跨距，但 無其它措施防止緩沖區(qū)溢出；普通的基于緩沖區(qū)填充級的方法一般目 標是鎖定在半填充狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎖定更快，濾波機制更加完善、靈活 的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘 方法，該方法以d/Y/ y"表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化，同 時設(shè)置"a5-"A (U5+"Z^為緩沖區(qū)填充級的有效空間，(5是一個可配 置的小于0.5的數(shù)，定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài) '-l 當(dāng)F(n) e (0，(0.5-S)D]
SF = 乂 0 當(dāng)F(n) e ((0.5-S)D,(0.5+S)D )
1 當(dāng)F(n) e ((0.5+S)D,D]
則本地和遠端的時鐘偏差W W = W 6 -" + + & * 入
其中，調(diào)節(jié)系數(shù)^ - " /M^ 〃"/ "J 〃 /6>"，歷為采樣頻率，j'是 兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包，J'是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙數(shù)；^為 反射系數(shù)。
(5可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的QOS(Quality of Service)情況選定，如果網(wǎng) 絡(luò)時延抖動比較大，則(5可選擇較大的值，反之則可選擇較小的值。
如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法，其中， 的取值大于等于512。
如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法，其中，反射 系數(shù)^應(yīng)根據(jù)仿真的n)M信號級確定，當(dāng)7DM信號級為E1時，反 射系數(shù)^從區(qū)間fO， 2似.<§//^選取。
如上所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法，其中，令 」尸'6 ^表示實際采樣得到的J/Y"X直，則利用下述公式得到真實 的辟>
AF(n )= "U AF 6 -" W * & W 式中a和P為加權(quán)因子，其值從(0， 1)區(qū)間選取， & "J是第一級￡『M4濾波器的輸出和第二級￡^M4濾波器的輸
入，a/Y刀Ji第二級濾波器的輸出，^廠^ J是第一級
濾波器的輸入。
本發(fā)明的有益效果如下
(1) 該方法基于緩沖區(qū)的相對變化速度來實現(xiàn)目標，也就是說， 使用單位時間內(nèi)，緩沖區(qū)的變化與理論上最大可能的變化的比值，并 從中得到VCO調(diào)節(jié)信號，其靈敏度更高，鎖定更快；
(2) 該方法使用擁塞檢測機制來排除其影響，同時使用兩級 EWMA濾波消除高頻噪聲，兩級EWMA濾波可用硬件實現(xiàn)，也可借 助于軟件實現(xiàn)，濾波機制更完善，也更靈活；
(3) 該方法通過設(shè)置安全區(qū)間，將區(qū)間的上下界作為反射墻， 以防止緩沖區(qū)上溢或下溢，對于去抖緩沖區(qū)來說更加安全；
(4) 該方法的設(shè)計目標是保證緩沖區(qū)填充級處在一個安全區(qū)間。


圖1為CESoPSN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為自適應(yīng)時鐘方法的邏輯示意圖。
圖3為TDM數(shù)據(jù)包通過分組網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
圖4為濾波前后的功率譜示意圖。
圖5為仿真設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為仿真測試拓撲結(jié)構(gòu)圖。
圖7為普通方法與本發(fā)明的仿真和測試結(jié)果圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。 首先，分組網(wǎng)的特性決定其數(shù)據(jù)包從遠端到達本地在時間上是離 散的，如果采用1包1時隙的封包方法，兩個數(shù)據(jù)包之間的平均時間 間隔是125/^，如采用1包40時隙(一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包可達1518字 節(jié)，最多可封裝47個E1時隙)的封包方法，則兩個數(shù)據(jù)包之間的平 均時間間隔可達5ms。 其次，由于兩端的頻率差異較小，去抖緩沖區(qū)填充級的變化其實 是非常緩慢的，使得每次對振蕩器的調(diào)整幅度也較小。
所以文獻[9][10]提出了基于時戳的方法來改善自適應(yīng)時鐘的收 斂性能，但需要兩端都生成時戳信息并通過數(shù)據(jù)包交換時戳，實現(xiàn)起 來較為復(fù)雜，并且犧牲了分組網(wǎng)的傳送帶寬。
本發(fā)明提出一種快速鎖定的方法，仍然以去抖緩沖區(qū)為基礎(chǔ)，但 調(diào)整了對振蕩器的控制策略。
以z!FfV^表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化，則有^P J =
F「w」-耵"-"。同時設(shè)置(T0.5-"A P.5+"Z^是緩沖區(qū)填充級的有效空 間，^是一個可配置的小于0.5的數(shù)，設(shè)置這個有效空間為防止緩沖 區(qū)上溢或下溢。<5可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的QOS(Quality of Service)情況選 定，如果網(wǎng)絡(luò)時延抖動比較大，則(5可選擇較大的值，反之則可選擇 較小的值。
定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài)
一l
0
1
當(dāng)F(n) e (0,(0.5-S)D] 當(dāng)F(n) e ((0,5-S)D,(0.5+5)D ) (11) 當(dāng)F(n) e ((0.5+5)D,D]
將(6)式修改為:
:#-7」+^SF +^*新"」(12)
^可以稱為調(diào)節(jié)系數(shù)，可以用下式表示。
z'是兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包，j'是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙 數(shù)。m表示采樣頻率，換句話說，m等于每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)，通 常等于7DM業(yè)務(wù)將一秒劃分的時隙數(shù)，固定為8000。
由于M4X 0# "9 P = 204.8，則每秒的緩沖區(qū)變化量小于204.8 比特,則平均約需5ms才有1比特的變化，因此，fz，取太小的值不具 有應(yīng)用意義,實際應(yīng)用時取C卩大于等于512比較好。這里令(7*》=512，
那么在每個采樣點間的緩沖區(qū)平均增量最大為204.8 * 512 / 8000 = 13.11。
也就是說，z/F y)-13時，表示df(n)約等于204.8。 ^可以稱作反射系數(shù)，根據(jù)仿真的n)M信號級確定，原則上^
應(yīng)從區(qū)間(o，兩端頻率偏移允許的最大值)中選取，例如，n)M信
號級為El時，兩端頻率偏移允許的最大值為2似.S/fe，因此反射系 數(shù)^從區(qū)間A 2似.處fe)選取?？梢约僭O(shè)^.5-^D和(0.5+"D是去抖緩 沖區(qū)的兩堵墻，當(dāng)去抖緩沖區(qū)的有突破這兩堵墻的趨勢時，^可以反 轉(zhuǎn)這種趨勢。
與普通填充級方法不同的是，本方法不需將去抖緩沖區(qū)的填充級 穩(wěn)定在半填充狀態(tài)，在處于時鐘鎖定狀態(tài)時，只要緩沖區(qū)填充級落在 (Tft5-"D, (^.5+^Qj區(qū)間內(nèi)，既可確認系統(tǒng)處于有效的鎖定狀態(tài)。
當(dāng)分組的時延處于穩(wěn)定狀態(tài)時，也就是時延抖動zW = 0時，該 方法基本可以在*7Z5/ 內(nèi)鎖定，當(dāng)fz力;;^572，收斂周期約等于
由于卩是一個較弱的信號，但在時延抖動的影響下，測量得
到的J尸f^往往與實際的zLFT" j有相當(dāng)大的差異。
不失一般性，將位于兩端TDM中間的網(wǎng)絡(luò)看作一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點， 則攜帶TDM信息的數(shù)據(jù)包(以下簡稱數(shù)據(jù)包)通過分組網(wǎng)絡(luò)的過程 可以用圖3表示。灰色矩形表示數(shù)據(jù)包，進入分組網(wǎng)絡(luò)時是均勻的， 如果是一包一時隙，則兩個數(shù)據(jù)包之間的間隔為"5戸。但離開分組 網(wǎng)絡(luò)時，受網(wǎng)絡(luò)時延的影響，數(shù)據(jù)包之間的間隔不再是均勻的。
時延抖動產(chǎn)生源可以歸納為兩大類(1)由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾S機因 素影響產(chǎn)生的時延變化，如傳輸時延變化，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處理能力波動等， 常常表現(xiàn)為高頻低幅；(2)由于突發(fā)性大流量進入網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出 現(xiàn)擁塞，引起數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的長時間排隊等待導(dǎo)致時延變化，往往 表現(xiàn)為低頻高幅。
可用擁塞檢測方法來削弱或避免擁塞引起時延抖動的影響。
如圖3所示，設(shè)第w個數(shù)據(jù)包A在網(wǎng)絡(luò)中的等待時間為nU單位
為^,下同)，它在網(wǎng)絡(luò)中的處理時間為&。
在采用一包一時隙的封裝時，由于相鄰兩個數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡(luò)的時
間間隔為125/^，則第"+7個數(shù)據(jù)包的等待時間w"+7可以用(14) 式表示
由于數(shù)據(jù)包等長，且屬于同一數(shù)據(jù)流，那么&可以看作是一個
當(dāng)H^過大時，去抖緩沖區(qū)填充級將以較快的速度減少。所以可
以將JFfh)有明顯的負向變化(相對通常情況下的zli^^)作為擁塞 開始的標志。
同樣，當(dāng)擁塞解除時，di^O有明顯的正向變化，而后趨向平穩(wěn)。 所以可以利用以上特性檢測擁塞，并放棄使用擁塞階段的樣本數(shù)據(jù)。
對于高頻低幅的時延抖動，可以使用低通濾波器來過濾時延抖動 導(dǎo)致的噪聲。
這里采用兩級EWMA (Exponential Weight Moving Average)方
法來實現(xiàn)低通濾波。
令JF丫" J表示實際采樣得到的zlFfn」值，則可以用(15)式表示 /1尸7>0與/^(>0游關(guān),,
」=z/伸J +咖 "" (15)式中ef^是高頻低幅時延抖動產(chǎn)生的偏差。 則真實的^T"」可以用(16)-(17)式計算。
<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>(16)式、(17)式分別表示兩級EWMA濾波的輸入和輸出關(guān)系，式
中OC和々是加權(quán)因子，它們的值可以從(0， 1)區(qū)間選取。
是第一級五『M4濾波器的輸出和第二級五『M4濾波器的輸入，」/Y", ;f第二級￡『M4濾波器的輸出，^ J是第一級五『M^濾波器的 輸入。
下面分析經(jīng)兩級EWMA濾波的性能。
由于網(wǎng)絡(luò)時延的隨機性，可以把<")6z-" 7, 2。。。9看作獨立 同分布的隨機變量，其數(shù)學(xué)期望為0，方差為^。
則其自相關(guān)函數(shù)i(7'^^^#">>可用(18)式計算。
<formula>formula see original document page 13</formula>
<")的功率譜為￡尸(P可用(19)式表示(
<formula>formula see original document page 13</formula> (19)
由于TDM每秒傳送8000時隙，由(13)式及其相關(guān)說明可知，每 秒采樣8000/(。)次，而/1PT"卩在相對較短的時間可看作常數(shù)(以^ 表示)，貝UzlF丫")的功率譜^F (P可由(20)式表示。
<formula>formula see original document page 13</formula>(20)
(16)式、(17)式對應(yīng)的EWMA濾波功能的頻率響應(yīng)如(21) 式、(22)式所示。
<formula>formula see original document page 13</formula>(2i) <formula>formula see original document page 13</formula> (2 2)
那么兩級EWMA濾波器的合并頻率響應(yīng)如(23)式所示。
<formula>formula see original document page 13</formula>(23)
<formula>formula see original document page 14</formula>則由(19)式、(21) - (23)式可得圖 4，圖4中的三條曲線分別表示濾波前、經(jīng)一級DWMA濾波和兩級 EWMA濾波后的功率譜。X軸表示頻率(單位為HZ)， Y軸表示功 率(單位為dB)。由于實際的功率都為負值，為作圖方便，圖中的縱 坐標值都等于實際值+150dB。而且這里0 dS處對應(yīng)的功率實際值也 為0。
從圖4可看出，在濾波前，干擾部分的功率甚至比直流成份(對 應(yīng)真實Ji^^的功率)大，在經(jīng)兩級EWMA濾波后，直流成份沒有 變化，干擾成分得到極大的抑制，干擾成分的功率則遠小于直流成份， 濾波后的信號也基本和真實Z/F(>7 ,目等。
為評測本方法設(shè)計的硬件平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5中的 FPGA (Field-programmable gate array)實現(xiàn)如下功能
(1) 從E1收發(fā)器接收TDM數(shù)據(jù)。
(2) 將TDM數(shù)據(jù)封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，并將封裝好的數(shù)據(jù)包 通過交換芯片從千兆以太網(wǎng)端口發(fā)送出去。
(3) 從交換芯片接收遠端發(fā)送的攜帶TDM信息的數(shù)據(jù)包并存 入去抖緩沖區(qū)。
(4) 借助了 CPU的運算和壓控振蕩器，基于去抖緩沖區(qū)恢復(fù)本 地的業(yè)務(wù)時鐘。
(5) 利用恢復(fù)的業(yè)務(wù)時鐘將去抖緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到El收發(fā)器。
FPGA同時實現(xiàn)了前述的普通填充級方法和快速鎖定的填充級 方法，并可以通過CPU配置FPGA采用哪種方法。
CPU除了執(zhí)行對FPGA的配置外，還周期性的從FPGA讀取去 抖緩沖區(qū)統(tǒng)計信息，并完成兩級EWMA濾波算法，并將濾波后的信 息寫入FPGA。
搭建的測試拓撲如圖6所示。 三臺仿真設(shè)備具備圖5表示的功能結(jié)構(gòu)。
測試儀表ANT-20E的兩個El端口分別連接到兩端仿真設(shè)備的 El接口。并各使用一個千兆以太網(wǎng)口 (GE口)與中間的設(shè)備相聯(lián)。 相當(dāng)于三臺設(shè)備連接成鏈形結(jié)構(gòu)。
Smartbits測試儀表的兩個千兆接口分別與兩端的設(shè)備的另外一 個千兆端口相聯(lián)，隨機的輸入背景流量。
背景流量的輸入可以使TDM仿真流產(chǎn)生一定的時延變化，但背 景流量和TDM仿真流總量不能超過千兆，否則線路會產(chǎn)生丟包。
分別將仿真設(shè)備配置成采用普通的基于填充級的方法和采用本 方法進行測試和記錄數(shù)據(jù)，如圖7所示。
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權(quán)利要求
1.一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法，其特征在于該方法以ΔF(n)表示單位采樣時間間隔內(nèi)緩沖區(qū)的變化，同時設(shè)置((0.5-δ)D，(0.5+δ)D)為緩沖區(qū)填充級的有效空間，δ是一個可配置的小于0.5的數(shù)，定義變量SF表示緩沖區(qū)填充狀態(tài)id="icf0001" file="S2007103019457C00011.gif" wi="95" he="22" top="5" left = "5" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>則本地和遠端的時鐘偏差df(n)＝df(n-1)+k3SF+k4*ΔF(n)，其中，調(diào)節(jié)系數(shù)k4＝m/MAX(|df(0)|)/(i*j)，m為采樣頻率，i是兩個采樣點之間收到的數(shù)據(jù)包，j是每個數(shù)據(jù)包攜帶的時隙數(shù)；k3為反射系數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法， 其特征在于。'的取值大于等于512。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘 方法，其特征在于反射系數(shù)^根據(jù)仿真的7DM信號級確定，當(dāng)7DM 信號級為El時，反射系數(shù)^從區(qū)間A 2似.S/fej選取。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法，其特征在于令」,Y/7,表示實際采樣得到的4/Y/7X直，則利用下述公式得到真實的Ji^7j:<formula>formula see original document page 2</formula> 式中，a和"為加權(quán)因子，其值從(0， 1)區(qū)間選取，是第一級^F湖濾波器的輸出和第二級fM4濾波器的輸入， ^J^第二級，廁濾波器的輸出，^,' 6卩是第一級，鵬濾波器 的輸入。
全文摘要
本發(fā)明涉及分組網(wǎng)傳送TDM技術(shù)(TDMoP，TDM Over Packet)中的自適應(yīng)時鐘方法，具體為一種基于去抖緩沖區(qū)的快速自適應(yīng)時鐘方法。該方法使用單位時間內(nèi)緩沖區(qū)的變化與理論上最大可能的變化的比值，并從中得到VCO的調(diào)節(jié)控制信號，其靈敏度更高，鎖定更快；該方法使用擁塞檢測機制來排除擁塞造成的影響，同時使用兩級EWMA濾波消除網(wǎng)絡(luò)時延抖動引入的高頻噪聲，兩級EWMA濾波可用硬件實現(xiàn)，也可借助于軟件實現(xiàn)，濾波機制更完善，也更靈活；另外，該方法通過設(shè)置安全區(qū)間，將區(qū)間的上下界作為反射墻，以防止緩沖區(qū)上溢或下溢，對于去抖緩沖區(qū)來說更加安全。
文檔編號H04J3/16GK101188469SQ20071030194
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者余少華, 戴錦友 申請人:武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司