專利名稱：一種用于分組傳送網(wǎng)絡(luò)的tdm業(yè)務(wù)時鐘恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分組傳送網(wǎng)的TDM業(yè)務(wù)時鐘恢復(fù)方法，尤 其設(shè)計一種基于接收端分組到達(dá)時間間隔的分組交換網(wǎng)自適應(yīng)業(yè)務(wù) 時鐘恢復(fù)方法。
背景技術(shù)：
PTN是以分組為內(nèi)核、以電信級以太(IP )為目標(biāo)、有機融合 WDM/SDH優(yōu)勢技術(shù)和應(yīng)用的下一代數(shù)據(jù)傳送產(chǎn)品，全面覆蓋整個城 域傳送網(wǎng)，并可向上支持短長途地區(qū)性組網(wǎng)，提供擴(kuò)展性強、多平面 調(diào)度的多業(yè)務(wù)傳送服務(wù)。同時提供完善的保護(hù)機制、智能特性。分組 傳送網(wǎng)本身并不要求工作在同步狀態(tài)，而他所承載的TDM業(yè)務(wù)要求 端到端的時鐘同步。TDM業(yè)務(wù)流在源端被切片封裝成分組，經(jīng)過網(wǎng) 絡(luò)傳輸后暫存在目的端緩存中，然后以本地的工作時鐘將數(shù)據(jù)從緩存 中被成TDM業(yè)務(wù)。如果源端與目的端的業(yè)務(wù)時鐘不同步，必然造成 目的端數(shù)據(jù)緩存區(qū)讀出與寫入速度有差別，長時間的差別會導(dǎo)致緩存 區(qū)溢出或讀空，進(jìn)而引起誤碼。因此，時鐘恢復(fù)對于PTN承載TDM 業(yè)務(wù)是不可或缺的技術(shù)。 目前，時鐘恢復(fù)方法主要有差分時鐘恢復(fù)方法和基于緩存區(qū)填充 級的自適應(yīng)時鐘恢復(fù)方法。差分時鐘恢復(fù)方法用于分組網(wǎng)內(nèi)部有的統(tǒng) 一工作時鐘，且此工作時鐘獨立于TDM業(yè)務(wù)時鐘的情況下。源端 TDM業(yè)務(wù)時鐘與分組網(wǎng)工作時鐘的差的信息打包入分組頭開銷中， 然后在目的端才艮據(jù)此信息和分組網(wǎng)工作時鐘將TDM業(yè)務(wù)時鐘恢復(fù)出 來。但是這種方法需要占用額外的開銷?；诰彌_區(qū)填充級的時鐘恢 復(fù)方法通過緩沖區(qū)內(nèi)剩余數(shù)據(jù)量的變化恢復(fù)源端時鐘信息，實質(zhì)上就 是從分組到達(dá)速率中恢復(fù)時鐘，相比而言可以更靈活的應(yīng)用，但是分 組在網(wǎng)絡(luò)傳輸中引入了隨機的時延即抖動，嚴(yán)重影響了此類方法的恢 復(fù)性能。傳統(tǒng)的方法在沒有特殊控制措施的情況下時鐘恢復(fù)周期過 長，容易進(jìn)一步引起緩沖區(qū)溢出或讀空，恢復(fù)時鐘的精度也有限。因此需要提出 一種更精確的時鐘恢復(fù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述時鐘恢復(fù)方法中存在的問題，本發(fā)明以減少抖動對于
接收端時鐘恢復(fù)的影響為出發(fā)點，提出一種適用于PTN的TDM業(yè)務(wù) 自適應(yīng)時鐘恢復(fù)方法。該方法^^據(jù)接收端分組到達(dá)時間間隔精確恢復(fù) TDM業(yè)務(wù)時鐘，消除了分組網(wǎng)絡(luò)中抖動對于時鐘恢復(fù)的影響，縮短 了時鐘恢復(fù)周期，并通過實時監(jiān)視緩沖區(qū)狀態(tài)及時調(diào)整工作時鐘避免 了緩沖區(qū)的溢出和讀空，而且不占用多余系統(tǒng)資源。具體包括以下步 驟
第一步初始化
接收端節(jié)點將時鐘恢復(fù)時間軸分為許多時鐘恢復(fù)周期，即設(shè)置 時鐘恢復(fù)周期長度，設(shè)置初始業(yè)務(wù)時鐘頻率，設(shè)置頻率微調(diào)周期長度， 頻率調(diào)整觸發(fā)閾值及相應(yīng)參數(shù)。
第二步預(yù)濾波過程
在每個時鐘恢復(fù)周期內(nèi)，根據(jù)本周期內(nèi)到達(dá)分組的實際到達(dá)時 間間隔，用卡爾曼濾波器估計分組的期望到達(dá)時間間隔，并得到周期 內(nèi)分組的期望到達(dá)時間間隔序列。
第三步時鐘估計過程
對步驟二得到的本周起分組期望到達(dá)時間間隔序列進(jìn)行兩次平 均處理計算出源端TDM業(yè)務(wù)時鐘頻率，在本時鐘恢復(fù)周期結(jié)束時設(shè) 置此時鐘頻率為下一時鐘恢復(fù)周期內(nèi)的目的端節(jié)點的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)時鐘 頻率。
第四步業(yè)務(wù)頻率孩t調(diào)過程
將每個時鐘恢復(fù)周期再繼續(xù)分為多個頻率調(diào)整周期，每個頻率 調(diào)整周期結(jié)束時檢查緩沖區(qū)填充級狀態(tài)，滿足頻率調(diào)整條件則在下一 頻率調(diào)整周期內(nèi)調(diào)整業(yè)務(wù)時鐘頻率，否則沿用本時鐘恢復(fù)周期的基礎(chǔ) 業(yè)務(wù)時鐘頻率。
在下一 時鐘恢復(fù)周期內(nèi)重復(fù)步驟二到步驟四，其中步驟四是獨立 于步驟二，三的。


圖1展示了分組傳送網(wǎng)中時鐘恢復(fù)的位置及意義。
圖2為本時鐘恢復(fù)方案的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3為本時鐘恢復(fù)方案與傳統(tǒng)時鐘恢復(fù)方案的性能對比圖。
具體實現(xiàn)方式
在時鐘恢復(fù)方案中，我們4艮設(shè)分組到達(dá)時間間隔由兩部分組成，
固定時延和抖動，源端分組發(fā)送間隔為r"網(wǎng)絡(luò)傳輸引入抖動為A/，則分組到達(dá)時間間隔表示為r-7;+Af,假設(shè)分組長度為/,則源端tdm業(yè)務(wù)時鐘/^〃r,，在接收端節(jié)點根據(jù)r估計源端業(yè)務(wù)時鐘々=〃r。假設(shè)AOl^v均值為的正態(tài)分布，直接利用r或是簡單的通過平均的r來估計時鐘會造成較大的誤差，因此我們的方案以減少抖動造成的恢復(fù)時鐘誤差為出發(fā)點，下面結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
1、 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置這里需要設(shè)置接收端節(jié)點時鐘恢復(fù)周期如每接收2iV個分組恢復(fù)一次時鐘，設(shè)置初始業(yè)務(wù)時鐘頻率，設(shè)置業(yè)務(wù)時
鐘頻率微調(diào)周期如每M個分組作一次業(yè)務(wù)時鐘頻率微調(diào)。設(shè)置業(yè)務(wù)時
鐘頻率微調(diào)觸發(fā)門限/f ，業(yè)務(wù)時鐘頻率微調(diào)權(quán)值a以作后用。
2、 預(yù)濾波處理利用卡爾曼濾波器對本時鐘恢復(fù)周期內(nèi)的分組到達(dá)時間間隔侮L預(yù)濾波處理，以得到期望分組到達(dá)時間間隔?？柭鼮V波器可以對受到噪聲污染的序列做無偏估計，我們在這里利用卡爾曼濾波器弱化抖動對于分組到達(dá)時間間隔的影響，進(jìn)而提高時鐘恢復(fù)精度。每個時鐘恢復(fù)周期內(nèi)相鄰的分組到達(dá)時間間隔存在以下線性關(guān)
系I it -1)=:f -1)+vv,符合卡爾曼濾波器對于系統(tǒng)線性關(guān)系的要
求。因此具體處理過程可簡化如下。丄 卡爾曼濾波過程
么 begin義 k=l
4. initialize To, 尸o
5. while(本時鐘恢復(fù)周期內(nèi))
6. do7. 進(jìn)行一步預(yù)測
& 計算一步預(yù)測誤差
9. 計算卡爾曼增益
= 1 fc - l)[P(fc 1 fc -1) +及〗—1
7汰 進(jìn)行二步預(yù)測
= f1 (fc i fc -1)+碌)[r(fc) -i fc -1)]77. 本次預(yù)測誤差
P(fc)-[l-AT(fc)]P(岸-l)
end
". end
其中e是測量噪聲方差，對對處理過程影響較小，可設(shè)置為很小的值。
及是過程噪聲方差即抖動方差，經(jīng)過對r的采樣計算可以得到。經(jīng)處
理后可得到本時鐘恢復(fù)周期內(nèi)的預(yù)期分組到達(dá)時間間隔序列。
3、 業(yè)務(wù)時鐘估計利用2中得到的序列按計算源端TDM業(yè)務(wù)時鐘。每個時鐘恢復(fù)周期中第/個分組與第/ + iV個分組的到達(dá)時間間隔為T旭《 AT, + A" w ,其中A" w為第/ + iV個分組傳輸過程中的時延抖
動。那么，通過下式來估計業(yè)務(wù)時鐘<formula>formula see original document page 7</formula>
相比于傳統(tǒng)的直接對分組到達(dá)時間間隔序列耳又平均的方法本計算方法具有更小的誤差。
4、 業(yè)務(wù)時鐘頻率^^效調(diào)在整個時鐘恢復(fù)周期內(nèi)實時的監(jiān)測緩存區(qū)狀態(tài)，按需做出頻率補償。在系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，緩沖區(qū)應(yīng)保持填充級為50%左右，如果出現(xiàn)了填充級大幅度漂移，則意味著目前的業(yè)務(wù)時鐘與源端的業(yè)務(wù)時鐘可能不同步，長期下去可能引起緩沖區(qū)溢出或讀空。為了解決此問題，在每個業(yè)務(wù)頻率微調(diào)周期結(jié)束時，檢查緩存區(qū)填充級是否漂移過門限，如果是則在下微調(diào)周期內(nèi)將業(yè)務(wù)頻率修改為以補償本微調(diào)周期已經(jīng)出現(xiàn)的漂移。其中々為本時鐘恢復(fù)周期內(nèi)的基
礎(chǔ)業(yè)務(wù)頻率。a為本業(yè)務(wù)頻率微調(diào)周期檢測到的緩沖區(qū)填充級漂移量，以緩沖區(qū)中央為o點，超過50y。為正，小于50%為負(fù)。A/為之前
設(shè)置的調(diào)整周期長度，每M個分組做一次業(yè)務(wù)頻率微調(diào)，a為調(diào)整權(quán)
值，用來控制調(diào)整的幅度和調(diào)整周期長度對調(diào)整結(jié)果的影響。
在下一時鐘恢復(fù)周期內(nèi)重復(fù)2-4。
為了驗證本發(fā)明在時鐘恢復(fù)性能上相對于傳統(tǒng)方法的改善，我們利用 一次具體的仿真來比較兩種方法的恢復(fù)效果。首先給出本發(fā)明仿真模型描述
源節(jié)點TDM業(yè)務(wù)時鐘頻率,為64kbit/s,源時鐘保持恒定，分組長度為256bit，目的端節(jié)點每接收8000個分組做一次時鐘恢復(fù)。為了對緩存區(qū)填充級漂移做補償，定義每接收端節(jié)點每接收2000個分作做 一 次業(yè)務(wù)時鐘頻率微調(diào)檢測，設(shè)置頻率微調(diào)觸發(fā)門限//為1000bit，孩i調(diào)權(quán)值a為0.3。對比方法采用未加預(yù)濾波處理和頻率樣t調(diào)的次優(yōu)化方案。
圖3給出了本發(fā)明與傳統(tǒng)的時鐘恢復(fù)方法仿真實驗結(jié)果對比示意圖，從仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明是可行有效的，相比于沒有預(yù)濾波處理和業(yè)務(wù)時鐘頻率微調(diào)處理的方法能夠能準(zhǔn)確的跟蹤源時鐘。
以上結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做了詳細(xì)說明，根據(jù)上述說明可以對本發(fā)明啦文出各種變化實例。因此，本發(fā)明不限定在上文中實例細(xì)節(jié)中。
權(quán)利要求
1、一種用于分組傳送網(wǎng)絡(luò)(PTN)的TDM業(yè)務(wù)時鐘恢復(fù)方法，此方案具體包括網(wǎng)絡(luò)目的端節(jié)點根據(jù)分組實際到達(dá)時間間隔自適應(yīng)的估計分組預(yù)期到達(dá)時間間隔；目的端節(jié)點根據(jù)分組預(yù)期到達(dá)時間間隔估計源端節(jié)點TDM業(yè)務(wù)時鐘；目的端節(jié)點根據(jù)恢復(fù)出的TDM業(yè)務(wù)時鐘將抖動緩存中數(shù)據(jù)恢復(fù)成TDM業(yè)務(wù)，并通過監(jiān)視緩沖區(qū)填充級的變化及時調(diào)整業(yè)務(wù)時鐘頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，將時鐘恢復(fù)的時間軸分割成定長或 是不定長的時間間隔，稱為時鐘恢復(fù)周期。根據(jù)每個時鐘恢復(fù) 周期內(nèi)所有到達(dá)的分組的到達(dá)時間間隔對源端TDM業(yè)務(wù)時鐘 進(jìn)行一次恢復(fù)。在每個時鐘恢復(fù)周期結(jié)束時將恢復(fù)出的時鐘設(shè) 定為目的端節(jié)點下一時鐘恢復(fù)周期的工作時鐘，即將抖動緩存 內(nèi)的數(shù)據(jù)讀出并恢復(fù)成此時鐘頻率的TDM業(yè)務(wù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，對每個時鐘恢復(fù)周期內(nèi)的分組 到達(dá)時間間隔進(jìn)行預(yù)處理，其特征在于利用卡爾曼自適應(yīng)濾波 器對經(jīng)過分組時延抖動影響的分組到達(dá)時間間隔進(jìn)行預(yù)處理， 得到分組到達(dá)時間間隔的無偏估計即期望分組到達(dá)時間間隔， 以此減少抖動對于時鐘恢復(fù)精度的影響，其中在濾波過程中忽 略測量噪聲對結(jié)果的影響。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l, 3的方法，利用已經(jīng)過濾波處理得到的的期 望分組到達(dá)時間間隔對源端節(jié)點TDM業(yè)務(wù)時鐘進(jìn)行估計，其 特征在于估計時鐘的計算方法采用不同于常規(guī)的均值計算，而 是在常規(guī)均值計算基礎(chǔ)上再添力n—步均值過程，以此進(jìn)一步提 高時鐘恢復(fù)精度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，將時鐘恢復(fù)周期進(jìn)一步分割成 業(yè)務(wù)時鐘頻率調(diào)整周期。以實時監(jiān)測抖動緩存填充級變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1， 2, 5的方法，在抖動緩存區(qū)中心的兩側(cè)設(shè) 置門限，以實時監(jiān)測抖動緩存區(qū)填充級變化是否達(dá)到頻率調(diào)整 要求的最低限度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5和6的方法，其特征在于每個頻率調(diào)整周期 結(jié)束時檢查抖動緩存填充級是否漂移過門限，如果是則在下一 個頻率調(diào)整周期內(nèi)對業(yè)務(wù)時鐘進(jìn)行適當(dāng)修正，否則使用本時鐘 恢復(fù)周期的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)時鐘，以此來確保避免抖動緩存的溢出或 讀空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可用于分組傳送網(wǎng)絡(luò)的TDM業(yè)務(wù)時鐘頻率恢復(fù)方法。該方法通過采集一個時鐘恢復(fù)周期內(nèi)到達(dá)的分組的到達(dá)時間間隔，利用濾波器對分組到達(dá)時間間隔序列進(jìn)行預(yù)處理，然后估計出源端TDM業(yè)務(wù)時鐘頻率，并通過在每個業(yè)務(wù)時鐘頻率微調(diào)周期內(nèi)對緩沖區(qū)填充級的檢測及時對不適合的業(yè)務(wù)時鐘頻率做出調(diào)整。其中預(yù)濾波處理能夠有效降低時延抖動對于時鐘恢復(fù)精度的影響，頻率微調(diào)可以有效抑制緩沖區(qū)的溢出及讀空，使得接收端時鐘頻率能夠準(zhǔn)確的跟隨源時鐘頻率。
文檔編號H04J3/06GK101640578SQ20091009146
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者曄 朱, 紀(jì)越峰, 陸月明 申請人:北京郵電大學(xué)