差分時延補償——在新一代SDH網(wǎng)絡中VCAT上使用的新方法來減少緩沖區(qū)的大小

1、南京郵電大學通達學院2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計翻譯南京郵電大學通達學院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯學 院：通達學院專業(yè)：網(wǎng)絡工程學生姓名：張 翔 班級學號：07003622 外文出處：2009 International Conference on Advances in Recent Technologies in Communication and Computing附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文指導教師評語：指導教師簽名：年月日122009年國際通信與計算機最新進展大會差分時延補償在新一代SDH網(wǎng)絡中VCAT上使用的新方法來減少緩沖區(qū)的大小Sunanda Manke,Kavita

2、 Khare,S.D.sapre.BUIT,Barkatullah University,Bhopal,M.P.,India. Maulana Azad National Institute of Technology,Bhopal,M.P.,India.摘要下一代SONET/ SDH技術(shù)，即通信成幀規(guī)程（GFP），虛級聯(lián)（VCAT）和鏈路容量調(diào)整方案（LCAS）使網(wǎng)絡運營商提供集成的數(shù)據(jù)和他們的傳統(tǒng)SONET/ SDH基礎(chǔ)設(shè)施的語音服務，創(chuàng)造新的收入。VCAT是一種反復演用技術(shù)用來打破的GFP幀數(shù)據(jù)有效載荷使它能夠映射到SDH幀。該組的虛擬容器達到預期的任意數(shù)量的數(shù)據(jù)速率。容量數(shù)量的虛擬形式

3、命名的虛擬容器組（虛級聯(lián)組）。單獨的虛級聯(lián)組成員都可以通過任何遍歷的路徑到達目的地并且所有的虛電路都可以按照復幀指示器相結(jié)合到達目的地而序列號寫在了SDH幀控制報文中。所有的VCG成員都獨立的進行路由，他們沒有在同一時間到達目的地。這些數(shù)據(jù)流從而招致微分延遲。緩沖器在接收端提供補償微分延遲，并結(jié)合產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號流。更多的差分延遲更多的是在接收緩沖區(qū)的要求。不同的微分延遲/緩沖區(qū)大小可適當減少路由的流量。在現(xiàn)有的接收電路，所有輸入的數(shù)據(jù)流是固定的，平等分配的緩沖區(qū)大小，它可以補償所指定最大差分延遲。結(jié)果導致在大量的儲存空間需求以及緩沖浪費，全部數(shù)據(jù)流不遭受同樣的微分延遲。為了克服這一局限性，提出

4、了一種動態(tài)的配發(fā)緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)流的新方案。要做到這一點，差流之間的延遲是通過提取MFI和延遲然后按計算，每個數(shù)據(jù)流是從一個共同的分配緩沖池的緩沖區(qū)。常見的緩沖池的大小是與網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的。該方案大大減少了在接收緩沖區(qū)的要求。對于這一概念的硬件電路設(shè)計的功能驗證。該電路接收三個的VC -3數(shù)據(jù)流，計算差分延遲，分配延遲緩沖器，最后輸出同步補償數(shù)據(jù)流的差分延遲。關(guān)鍵詞：GFP的通用成幀規(guī)程，LCAS的鏈路容量調(diào)整，計劃，SDH的同步數(shù)字體系，VC的虛擬通道，VCAT虛級聯(lián)，虛級聯(lián)與虛級聯(lián)組。I. 引言A下一代SDH SONET/SDH在史上在城域和骨干網(wǎng)絡的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化語音和私人線路服務

5、和可靠的交付上一直占據(jù)著主導地位。它可能在可預見的將來仍將占主導地位，在光傳輸網(wǎng)絡的語音服務，充分利用了現(xiàn)有的SONET/ SDH的電信基礎(chǔ)設(shè)施，由于數(shù)據(jù)是基于SONET/ SDH技術(shù)，即通用成幀程序，虛級聯(lián)和鏈路容量調(diào)整方案。通用成幀規(guī)程（GFP）是一個傳輸適應的協(xié)議，它映射的無論是物理層信號還是邏輯鏈路層信號，如SONET / SDH在通道字節(jié)同步信號。經(jīng)過使用GFP封裝數(shù)據(jù)，使它們連接在一起。串聯(lián)是集成到統(tǒng)一的多個容器提供了一個更大的傳輸通道的過程。VCAT是逆復用技術(shù)中的一組的SONET/ SDH容器的數(shù)量，這可能不是連續(xù)的，以創(chuàng)造更大的容器。網(wǎng)絡運營商能夠結(jié)合任何地位的容器（SDH中

6、的VC-11，VC-12）或者高位容器（SONET中的VC-3，VC-4）取決于不同間隔的開關(guān)，來創(chuàng)建一個VC組（VCG）。由于數(shù)據(jù)傳輸是突發(fā)性的，可取的做法是在SONET/ SDH的傳輸網(wǎng)絡種動態(tài)調(diào)整分配給一個連接，以適應數(shù)據(jù)速率波動的帶寬。鏈路容量調(diào)整方案（LCAS）提供了這一服務。圖1描述了SDH的提供不同服務的微軟合作伙伴。圖1. 下一代 SONET/SDH 技術(shù)帶寬服務市場的不斷發(fā)展，運營商正在積極部署與配置新技術(shù)來完善功能。特別值得注意的是，下一代SONET/ SDH的NGS提供了讓人充滿希望的真正的具高度可擴展性，多協(xié)議的透明度，多層次的創(chuàng)造條件和服務的靈活性。更重要的是，NGS

7、完全兼容已確立的基礎(chǔ)設(shè)施，使得運營商能夠迅速擴大并以最少基建支出來兼容新的服務。B.概述 本文專注于VCAT的反向復用技術(shù)。詳細論述了微分時滯與現(xiàn)有的方法及其補償問題。以下是本文的貢獻。I) 本文提出一種新的機制，以減少動態(tài)配發(fā)的所有傳入的緩沖區(qū)從一個共同的緩沖池數(shù)據(jù)流在接收端的總緩沖區(qū)大小。II) 緩沖區(qū)分配上的延遲之間的差異的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流，其計算是通過提取單個數(shù)據(jù)流的MFI，然后比較它們。III) 建議中所提出的概念功能是使用Modelsim硬件仿真驗證的。II. VCAT它是一種標準化的復層1逆技術(shù)，可以應用到的OTN，SONET / SDH設(shè)備的PDH分量信號。它打破了整體有效載荷為單個

8、容器，每個容器的單獨傳輸和重新組合他們下到終點的傳輸?shù)南噙B帶寬。容器的數(shù)量是用戶特定的ie使用。它依賴于SDH幀中的數(shù)據(jù)傳輸速率。所謂的虛級聯(lián)是群組虛電路的使用。單獨的虛級聯(lián)組成員都可以通過任何遍歷的路徑到達目的地，所有虛電路相結(jié)合，在目的地按MFI（多幀指標）和序列號寫在控制數(shù)據(jù)包的幀（H4的字節(jié)），如表1所示。表 1 VC-3中的H4字節(jié)Bit 7-4Bit 3-0MFI(3-0)MFIMFI(11-6)0000NMFI(7-4)0001N+1Reserved(0000)0010N+2Reserved(0000)0011N+3Reserved(0000)-Reserved(0000)110

9、1N+13SQ7-41110N+14SQ3-01111N+15只有原始的路徑和路徑終端設(shè)備，需要認識和處理虛級聯(lián)信號結(jié)構(gòu)。而中間節(jié)點的保持則完全不需要。因此，只有邊緣設(shè)備的硬件需要作出的VCAT技術(shù)與兼容。作為一個虛級聯(lián)組成員能夠在不同時間，不同地點，通過不同的路徑到達目的地。這種差別需要在接收端作出特殊規(guī)定。表2顯示了SDH信號，能夠允許到達的最大數(shù)量的信號和數(shù)據(jù)率。為了理解這張表，讓我們來看一個100兆的以太網(wǎng)采用SDH進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦?，同樣的我們可以去VC- 3 2V或VC- 4 1V或VC -12 50V來實現(xiàn)所需的數(shù)據(jù)速率。表 2 VCAT 容量VCAT typeComponent

10、SignalX - RangeCapacity(Kbps)VC-11 XVVC-111 to 641600 to 102400VC- 12 XVVC-121 to 642176 to 139264VC-2 XVVC-21 to 646784 to 434176VC3 XVVC-31 to 25648348 to 12.5GbpsVC-4 XVVC-41 to 256149760 to 38.3GbpsIII. 差分時延正如前面討論的，虛電路協(xié)議允許一個VCN-nV需求分為K份獨立的n/K的帶寬。源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)流和目的節(jié)點回收數(shù)據(jù)流都是通過這些虛級聯(lián)組（VCG）來進行的。因此，1GB的需求可以映

11、射到7 VC4（或21VC -3），而實際的開銷只有8。由于這個標準允許的VCAT這些虛級聯(lián)組的每個成員獨立地進行路由。因此，不同的路徑遍歷的成員，他們承擔不同的端到端的延誤。所以，在數(shù)據(jù)到達目標節(jié)點前，有一個成員之間的微分延遲。舉一個包含四名成員虛級聯(lián)的例子。假設(shè)的四名成員甲，乙，丙，丁有5，7，8和10毫秒端到端的路徑延遲。因此，為了重新構(gòu)造一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，接收的節(jié)點接收A，B，C各成員的的數(shù)據(jù)有5,3和2毫秒的緩沖，直到最長延誤成員d的數(shù)據(jù)到達。由于節(jié)點都有一個固定大小的緩沖區(qū)，如果要存儲的數(shù)據(jù)量超過了緩沖存儲器數(shù)據(jù)將被破壞。所以差分時延對不同緩沖區(qū)要求在接收端同步所有結(jié)果輸入的數(shù)據(jù)流

12、?，F(xiàn)行方法不同的方法被提出來降低差分延遲/緩沖區(qū)在為接收器的差分延遲補償。該解決方案的提出主要是為了解決在路由內(nèi)長數(shù)據(jù)流，使他們承擔少量延誤。建議這種差分時延在虛級聯(lián)組成員之間盡量減少使用合適的路徑選擇。這篇論文的模型是找到一個新的STS - N通道，可添加到作為一個有界延遲路徑選擇問題上存在的問題虛級聯(lián)。K-最短路徑算法的性能與修改后的鏈接位權(quán)K -最短路徑算法進行了比較。仿真結(jié)果表明，該算法執(zhí)行后者明顯比原來的K -最短路徑算法更好。提出了一種有啟發(fā)效果的（BF算法）利用向后向前的方法來解決最優(yōu)路徑選擇問題。它提出了將BF算法與KSP與MLW-KSP算法進行性能比較。比較發(fā)現(xiàn)BF算法比KS

13、P和MLW-KSP效率更高，通常需要一個迭代返回一個可執(zhí)行的路徑。它同樣為網(wǎng)絡信息失準提出了模糊BF算法。引入差分延時布線的問題并且表明它不僅僅完全是NP的問題，同樣也可能在可證明范圍內(nèi)是很難接近的一個常數(shù)因子。然而，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€流量的路由的制定的話，我們可以得出有效的，切實可行的解決方案。因此提出了一個在VCAT基礎(chǔ)上進行完善，被稱為DD-VCAT的系統(tǒng)。使用戶可以通過靈活分配的緩沖區(qū)以獲得更高的利用率，降低成本。通過減少在目的地的差分延遲，我們可以有效地減少緩沖所需的空間量。對于給定的路由，實現(xiàn)這一目標的一種方式是通過人為的增加對最短路徑的延時。要做到這一點需要通過在中間節(jié)點緩沖區(qū)。這是分布

14、式的VCAT稱為延遲或DD- VCAT。實際上，替代在大的緩沖區(qū)上的節(jié)點，可以用較小的緩沖區(qū)在部分或所有節(jié)點。與此相反的凡在目的地的VCAT節(jié)點的緩沖區(qū)典型通過客戶端的線路來表現(xiàn)，而DD-VCAT需要在線上的交換機端口緩沖區(qū)。研究人員同樣也開發(fā)了一些先進的子連接生存的計劃，為的VCAT提供了更多的靈活性與傳統(tǒng)SDH保護， 討論了虛級聯(lián)組的路由作為多路徑帶寬成員在較少的阻塞率下具有更好的生存能力。這些文件之間的資源利用過度開發(fā)和故障恢復時間，同時利用了虛級聯(lián)逆復用能力，增加備份共享。提出退化業(yè)務感知路由和微分延遲兩個方面的問題，并處理和生存能力提出演算法來降低差分延遲，以及提高的生存能力。IV.

15、動態(tài)帶寬分配 到目前為止討論的所有方法，著重于在特定路由的方式實現(xiàn)差分較小的延遲從而減少了在接收緩沖區(qū)的流量。他們支持現(xiàn)有的接收電路所指定的最大差分延遲。為所有輸入的數(shù)據(jù)流與按指定的專用固定大小的緩沖區(qū)提供了微分延遲接收器。幾乎所有的數(shù)據(jù)流不出現(xiàn)相同的延遲或最高遲延地給定的緩沖區(qū)的大小是一種浪費。并且，當我們轉(zhuǎn)到更高速率數(shù)據(jù)傳輸（Gbps）時，少量的延誤造成較大的緩沖區(qū)大小。因此如果所有的數(shù)據(jù)流在如此高的速率上提供相同的緩沖區(qū)大小，那么，大量的緩沖區(qū)將被需求可是所有的緩沖區(qū)缺不會被使用。 本文提出了動態(tài)帶寬分配，用以減少在接收緩沖區(qū)的大小。這種方法計算傳入的差分延時數(shù)據(jù)流并通過提取的所有數(shù)據(jù)流

16、的MFI和它們進行比較。一個共同的緩沖池提供對于每一個流分配上取決于它的延時緩沖器的具體數(shù)目。常見的緩沖池由一定數(shù)量緩沖區(qū)構(gòu)成，他們的大小都是固定等于給定數(shù)據(jù)流的幀的大小。常用緩沖池的大小是與網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)相關(guān)。一旦網(wǎng)絡設(shè)置完成，所有可能的路徑延遲可以計算和由此產(chǎn)生的差分延遲可以被添加給全微分延遲。電路描述該電路顯示在圖2輸入的輸入數(shù)據(jù)流有差分延遲，并給出同步輸出的延時補償后，可進一步給予多路復用流。圖.2動態(tài)緩沖區(qū)分配器對不同塊的描述如下：MFI的提?。捍藟K輸入的所有數(shù)據(jù)流（DIN1- DINn）和輸出12位MFI（MFI1+ MFI2）對數(shù)據(jù)流（MFI1- MFIN輸入）進行比較。該模塊需要

17、CLK和SYCN投入。 SYNC輸入指示幀的開始，然后計數(shù)器的時鐘。由于每幀格式，計數(shù)器指示MFI的地位，都MFI1和MFI2是考慮到比較器電路。比較：比較器電路比較，發(fā)現(xiàn)所有傳入的MFI的最低值，這表明最延遲流。這個數(shù)據(jù)流是作為參考，因為它需要最低的緩沖區(qū)大小?，F(xiàn)在，所有其他流MFI從這個最低值減去。這使每個數(shù)據(jù)流（N1- nn），這將進一步分配器的緩沖塊用于分配的緩沖區(qū)的具體數(shù)量每個數(shù)據(jù)流流的指針。緩沖區(qū)分配器：此塊投入的指針值，計算出每個數(shù)據(jù)流所需的緩沖區(qū)的數(shù)目，因此輸入的數(shù)據(jù)流分配的所有緩沖區(qū)。 WR信號（WR1- WRn）是用來使總M的緩沖池和RD信號（RD1-RDN），則使M的緩沖

18、區(qū)m緩沖區(qū)（已標出）讀數(shù)。WR信號使寫出來的緩沖區(qū)提供緩沖器緩沖區(qū)的順序為每個數(shù)據(jù)流。 RD信號產(chǎn)生，使得所有輸出數(shù)據(jù)流具有相同的MFI因此數(shù)據(jù)流是同步的。緩沖池：這包括M的緩沖區(qū)。所有的緩沖區(qū)大小相同等于給定流的幀大小。每個緩沖區(qū)都單獨控制的WR和RD信號。所有緩沖區(qū)從緩沖區(qū)分配器塊和輸出輸入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)輸出的數(shù)據(jù)塊時各自WR或RD信號已啟用。數(shù)據(jù)輸出：此塊中的數(shù)據(jù)需要從所有的m緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)的n個數(shù)據(jù)按RD信號?，F(xiàn)在，輸出N數(shù)據(jù)流是同步的，可直接復用。要實現(xiàn)這個電路，考慮3個VC-3數(shù)據(jù)流。MFI提取3個輸入數(shù)據(jù)流，每3個數(shù)據(jù)流占12 bits。當?shù)玫酵叫盘枙r，這個模塊內(nèi)部的計數(shù)器開始

19、計數(shù)。同步指示幀開始工作。H4的字節(jié)位置是按426的VC -3幀格式計數(shù)器計數(shù)到426，節(jié)省了426字節(jié)。這8bits按照表2組成MFI（7-0）。其余4位是MFI在下一幀H4的字節(jié)使用，因此，計數(shù)累計到達1190次并再次儲存，其余4位和最后12位輸出，他們共同說明幀的位置（幀計數(shù)）。比較模塊比較這三個MFI信號并且選擇信號的最低值作為參考。然后，它從所有MFI中減去該最低值生成一個指針值。指針的值是差分方面的所有數(shù)據(jù)流的最低延遲的跡象。分配器塊輸入緩沖區(qū)的指針值，以及所有的輸入流。當緩沖池中緩沖器的數(shù)值均為9時，這個模塊輸出9個讀/寫信號數(shù)據(jù)流。對于所有數(shù)據(jù)流而言，在此指針值上設(shè)計三個或者更

20、少的緩沖區(qū)。狀態(tài)機用于分配緩沖區(qū)的所有輸入（指針值）的組合。總共有7個部分曾經(jīng)被定義和工程設(shè)計為一體的指針的值組合。每個狀態(tài)定義輸入到所有的緩沖區(qū)和分配按表3的緩沖區(qū)讀寫信號模式。Table 3 states and corresponding buffer inputsstatePointer Valuesn1 n2 n3Buffer inputB1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9S13 3 3D1 D1 D1 D2 D2 D2 D3 D3 D3S24 3 2D1 D1 D1 D1 D2 D2 D2 D3 D3S34 2 3D1 D1 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D3

21、S42 4 3D1 D1 D2 D2 D2 D2 D3 D3 D3S53 4 2D1 D1 D1 D2 D2 D2 D2 D3 D3S63 2 4D1 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D3 D3S72 3 4D1 D1 D2 D2 D2 D3 D3 D3 D3它也給出了不同的指針值緩沖輸入。B1至B9是9個緩沖區(qū)而D1- D3是三個輸入數(shù)據(jù)流。對于小于或等于3的指針值，三個緩沖區(qū)分別對每個數(shù)據(jù)流進行分配。與其他緩沖區(qū)指針值分配相應。任何三個緩沖區(qū)都能夠啟用一次讀寫和控制動作順序。讓我們來舉一個指針的例子。 值n1= 4，n2=3和n3=2。這里第三數(shù)據(jù)流嚴重延遲，因此它分配2個緩沖區(qū)和第一

22、，第二數(shù)據(jù)流，區(qū)別于第三，第四緩沖區(qū)。前四緩沖區(qū)輸入din1流，接下來的三個緩沖區(qū)儲存din2流，最后兩個緩沖區(qū)輸入din3流。所有的緩沖區(qū)都要使寫入信號相適應。 要使數(shù)據(jù)流同步，相同幀所提供的數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)有效會在讀信號時產(chǎn)生。這種情況下，當?shù)谝粋€緩沖區(qū)是第一個數(shù)據(jù)流所寫，而第三個數(shù)據(jù)流的第一個緩沖區(qū)包含的幀號為3，第二個緩沖區(qū)的第二個數(shù)據(jù)流和第一個數(shù)據(jù)流的第一個緩沖區(qū)也是包含相同的幀。讀信號能夠使信號相同的幀在任何時候都能夠進行微分延遲補償，所有的輸出數(shù)據(jù)流都是同步的。VI.模擬結(jié)果 MFI從VC-3幀中提取MFI的模塊。該模塊內(nèi)有一個指示物，所包含的同步信號指示幀開始計數(shù)時。如果計數(shù)器的數(shù)

23、值達到426時，它輸出8bits的MFI（7-0），當數(shù)值到達1191（下面的H4字節(jié)=426+765）時，它輸出其余的4bitsMFI，因此最終結(jié)果共有12bits，此時計數(shù)器復位，如圖3所示。圖 3 MFI提取模塊波形 計數(shù)器可以強行復位由比較器所產(chǎn)生的RST信號。正如圖4所示比較器的輸入值三個MFI輸入數(shù)據(jù)流（mf1,mf2,mf3）。最低指針是010，這是考慮到最延遲的數(shù)據(jù)流，而這種情況是表明這兩個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)流所需要的。圖4 波形比較器最低的緩沖區(qū)的大小決定了作為兩個相互排斥的讀寫操作，來避免數(shù)據(jù)的丟失。當一個緩沖區(qū)被寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)將會被第二個緩沖區(qū)閱讀，反之亦然。正如圖所示RST

24、是比較高時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和輸出值。 圖5顯示指針值為3,3和2時，這表明這部分所分配的緩沖區(qū)具有S1的指針。圖5 S1的波形狀態(tài)第三個數(shù)據(jù)流延遲最嚴重而前兩個數(shù)據(jù)流具有相同的延遲。因此，三個緩沖區(qū)分別分配給每個數(shù)據(jù)流。WR信號表明三個數(shù)據(jù)流按照順序出現(xiàn)比較有利。閱讀的緩沖區(qū)在兩個緩沖區(qū)之后寫入而RD信號值表示為100100010時，此時第一個緩沖區(qū)的一和二進行閱讀，第三數(shù)據(jù)流的第二個緩沖區(qū)開始工作從而使微分延遲補償和同步輸出。 圖6顯示了在S7這個部分的di1-di9的值。按照表3，在S7這個部分的指針值是2,3和4，因此di1-di2有輸出點d1,di3-di5有輸出點d2而di6-di9有輸出

25、點d3。在電路輸入端的三個數(shù)據(jù)流d1-d3和輸出相同的數(shù)據(jù)流o1-o3的補償微分延遲，如圖7所示。圖6 S7的波形圖7 完整的波形模塊VII.結(jié)論 VCAT有許多優(yōu)點，即它通過SDH傳輸數(shù)據(jù)從而產(chǎn)生更高的帶寬效率，并提高了多路徑配置微分延遲造成的，但需要在接收緩沖區(qū)的規(guī)定提供的生存能力。本文重點介紹差分延遲，并提出了根據(jù)他們的運輸延遲接收數(shù)據(jù)流來分配緩沖區(qū)傳入的新概念。一個共同的緩沖池用于分配緩沖區(qū)。這種方法減少了接收緩沖區(qū)的大小。對于這一新方法的功能驗證提出的硬件需要3個VC-3數(shù)據(jù)流，按照差分緩沖器的延遲分配給他們，并最終輸出同步數(shù)據(jù)流，補償微分延遲。VIII.參考文獻1. ITU-T R

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