差分时延补偿——在新一代SDH网络中VCAT上使用的新方法来减少缓冲区的大小

1、南京邮电大学通达学院2011届本科生毕业设计翻译南京邮电大学通达学院毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：通达学院专业：网络工程学生姓名：张 翔 班级学号：07003622 外文出处：2009 International Conference on Advances in Recent Technologies in Communication and Computing附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文指导教师评语：指导教师签名：年月日122009年国际通信与计算机最新进展大会差分时延补偿在新一代SDH网络中VCAT上使用的新方法来减少缓冲区的大小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技术，即通信成帧规程（GFP），虚级联（VCAT）和链路容量调整方案（LCAS）使网络运营商提供集成的数据和他们的传统SONET/ SDH基础设施的语音服务，创造新的收入。VCAT是一种反复演用技术用来打破的GFP帧数据有效载荷使它能够映射到SDH帧。该组的虚拟容器达到预期的任意数量的数据速率。容量数量的虚拟形式

3、命名的虚拟容器组（虚级联组）。单独的虚级联组成员都可以通过任何遍历的路径到达目的地并且所有的虚电路都可以按照复帧指示器相结合到达目的地而序列号写在了SDH帧控制报文中。所有的VCG成员都独立的进行路由，他们没有在同一时间到达目的地。这些数据流从而招致微分延迟。缓冲器在接收端提供补偿微分延迟，并结合产生的数据信号流。更多的差分延迟更多的是在接收缓冲区的要求。不同的微分延迟/缓冲区大小可适当减少路由的流量。在现有的接收电路，所有输入的数据流是固定的，平等分配的缓冲区大小，它可以补偿所指定最大差分延迟。结果导致在大量的储存空间需求以及缓冲浪费，全部数据流不遭受同样的微分延迟。为了克服这一局限性，提出

4、了一种动态的配发缓冲区的所有数据流的新方案。要做到这一点，差流之间的延迟是通过提取MFI和延迟然后按计算，每个数据流是从一个共同的分配缓冲池的缓冲区。常见的缓冲池的大小是与网络体系结构相关的。该方案大大减少了在接收缓冲区的要求。对于这一概念的硬件电路设计的功能验证。该电路接收三个的VC -3数据流，计算差分延迟，分配延迟缓冲器，最后输出同步补偿数据流的差分延迟。关键词：GFP的通用成帧规程，LCAS的链路容量调整，计划，SDH的同步数字体系，VC的虚拟通道，VCAT虚级联，虚级联与虚级联组。I. 引言A下一代SDH SONET/SDH在史上在城域和骨干网络的传输基础设施的优化语音和私人线路服务

5、和可靠的交付上一直占据着主导地位。它可能在可预见的将来仍将占主导地位，在光传输网络的语音服务，充分利用了现有的SONET/ SDH的电信基础设施，由于数据是基于SONET/ SDH技术，即通用成帧程序，虚级联和链路容量调整方案。通用成帧规程（GFP）是一个传输适应的协议，它映射的无论是物理层信号还是逻辑链路层信号，如SONET / SDH在通道字节同步信号。经过使用GFP封装数据，使它们连接在一起。串联是集成到统一的多个容器提供了一个更大的传输通道的过程。VCAT是逆复用技术中的一组的SONET/ SDH容器的数量，这可能不是连续的，以创造更大的容器。网络运营商能够结合任何地位的容器（SDH中

6、的VC-11，VC-12）或者高位容器（SONET中的VC-3，VC-4）取决于不同间隔的开关，来创建一个VC组（VCG）。由于数据传输是突发性的，可取的做法是在SONET/ SDH的传输网络种动态调整分配给一个连接，以适应数据速率波动的带宽。链路容量调整方案（LCAS）提供了这一服务。图1描述了SDH的提供不同服务的微软合作伙伴。图1. 下一代 SONET/SDH 技术带宽服务市场的不断发展，运营商正在积极部署与配置新技术来完善功能。特别值得注意的是，下一代SONET/ SDH的NGS提供了让人充满希望的真正的具高度可扩展性，多协议的透明度，多层次的创造条件和服务的灵活性。更重要的是，NGS

7、完全兼容已确立的基础设施，使得运营商能够迅速扩大并以最少基建支出来兼容新的服务。B.概述 本文专注于VCAT的反向复用技术。详细论述了微分时滞与现有的方法及其补偿问题。以下是本文的贡献。I) 本文提出一种新的机制，以减少动态配发的所有传入的缓冲区从一个共同的缓冲池数据流在接收端的总缓冲区大小。II) 缓冲区分配上的延迟之间的差异的基础数据流，其计算是通过提取单个数据流的MFI，然后比较它们。III) 建议中所提出的概念功能是使用Modelsim硬件仿真验证的。II. VCAT它是一种标准化的复层1逆技术，可以应用到的OTN，SONET / SDH设备的PDH分量信号。它打破了整体有效载荷为单个

8、容器，每个容器的单独传输和重新组合他们下到终点的传输的相连带宽。容器的数量是用户特定的ie使用。它依赖于SDH帧中的数据传输速率。所谓的虚级联是群组虚电路的使用。单独的虚级联组成员都可以通过任何遍历的路径到达目的地，所有虚电路相结合，在目的地按MFI（多帧指标）和序列号写在控制数据包的帧（H4的字节），如表1所示。表 1 VC-3中的H4字节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只有原始的路径和路径终端设备，需要认识和处理虚级联信号结构。而中间节点的保持则完全不需要。因此，只有边缘设备的硬件需要作出的VCAT技术与兼容。作为一个虚级联组成员能够在不同时间，不同地点，通过不同的路径到达目的地。这种差别需要在接收端作出特殊规定。表2显示了SDH信号，能够允许到达的最大数量的信号和数据率。为了理解这张表，让我们来看一个100兆的以太网采用SDH进行数据传输的例子，同样的我们可以去VC- 3 2V或VC- 4 1V或VC -12 50V来实现所需的数据速率。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. 差分时延正如前面讨论的，虚电路协议允许一个VCN-nV需求分为K份独立的n/K的带宽。源节点发送数据流和目的节点回收数据流都是通过这些虚级联组（VCG）来进行的。因此，1GB的需求可以映

11、射到7 VC4（或21VC -3），而实际的开销只有8。由于这个标准允许的VCAT这些虚级联组的每个成员独立地进行路由。因此，不同的路径遍历的成员，他们承担不同的端到端的延误。所以，在数据到达目标节点前，有一个成员之间的微分延迟。举一个包含四名成员虚级联的例子。假设的四名成员甲，乙，丙，丁有5，7，8和10毫秒端到端的路径延迟。因此，为了重新构造一个以太网数据帧，接收的节点接收A，B，C各成员的的数据有5,3和2毫秒的缓冲，直到最长延误成员d的数据到达。由于节点都有一个固定大小的缓冲区，如果要存储的数据量超过了缓冲存储器数据将被破坏。所以差分时延对不同缓冲区要求在接收端同步所有结果输入的数据流

12、。现行方法不同的方法被提出来降低差分延迟/缓冲区在为接收器的差分延迟补偿。该解决方案的提出主要是为了解决在路由内长数据流，使他们承担少量延误。建议这种差分时延在虚级联组成员之间尽量减少使用合适的路径选择。这篇论文的模型是找到一个新的STS - N通道，可添加到作为一个有界延迟路径选择问题上存在的问题虚级联。K-最短路径算法的性能与修改后的链接位权K -最短路径算法进行了比较。仿真结果表明，该算法执行后者明显比原来的K -最短路径算法更好。提出了一种有启发效果的（BF算法）利用向后向前的方法来解决最优路径选择问题。它提出了将BF算法与KSP与MLW-KSP算法进行性能比较。比较发现BF算法比KS

13、P和MLW-KSP效率更高，通常需要一个迭代返回一个可执行的路径。它同样为网络信息失准提出了模糊BF算法。引入差分延时布线的问题并且表明它不仅仅完全是NP的问题，同样也可能在可证明范围内是很难接近的一个常数因子。然而，转变为一个流量的路由的制定的话，我们可以得出有效的，切实可行的解决方案。因此提出了一个在VCAT基础上进行完善，被称为DD-VCAT的系统。使用户可以通过灵活分配的缓冲区以获得更高的利用率，降低成本。通过减少在目的地的差分延迟，我们可以有效地减少缓冲所需的空间量。对于给定的路由，实现这一目标的一种方式是通过人为的增加对最短路径的延时。要做到这一点需要通过在中间节点缓冲区。这是分布

14、式的VCAT称为延迟或DD- VCAT。实际上，替代在大的缓冲区上的节点，可以用较小的缓冲区在部分或所有节点。与此相反的凡在目的地的VCAT节点的缓冲区典型通过客户端的线路来表现，而DD-VCAT需要在线上的交换机端口缓冲区。研究人员同样也开发了一些先进的子连接生存的计划，为的VCAT提供了更多的灵活性与传统SDH保护， 讨论了虚级联组的路由作为多路径带宽成员在较少的阻塞率下具有更好的生存能力。这些文件之间的资源利用过度开发和故障恢复时间，同时利用了虚级联逆复用能力，增加备份共享。提出退化业务感知路由和微分延迟两个方面的问题，并处理和生存能力提出演算法来降低差分延迟，以及提高的生存能力。IV.

15、动态带宽分配 到目前为止讨论的所有方法，着重于在特定路由的方式实现差分较小的延迟从而减少了在接收缓冲区的流量。他们支持现有的接收电路所指定的最大差分延迟。为所有输入的数据流与按指定的专用固定大小的缓冲区提供了微分延迟接收器。几乎所有的数据流不出现相同的延迟或最高迟延地给定的缓冲区的大小是一种浪费。并且，当我们转到更高速率数据传输（Gbps）时，少量的延误造成较大的缓冲区大小。因此如果所有的数据流在如此高的速率上提供相同的缓冲区大小，那么，大量的缓冲区将被需求可是所有的缓冲区缺不会被使用。 本文提出了动态带宽分配，用以减少在接收缓冲区的大小。这种方法计算传入的差分延时数据流并通过提取的所有数据流

16、的MFI和它们进行比较。一个共同的缓冲池提供对于每一个流分配上取决于它的延时缓冲器的具体数目。常见的缓冲池由一定数量缓冲区构成，他们的大小都是固定等于给定数据流的帧的大小。常用缓冲池的大小是与网络体系结构相关。一旦网络设置完成，所有可能的路径延迟可以计算和由此产生的差分延迟可以被添加给全微分延迟。电路描述该电路显示在图2输入的输入数据流有差分延迟，并给出同步输出的延时补偿后，可进一步给予多路复用流。图.2动态缓冲区分配器对不同块的描述如下：MFI的提取：此块输入的所有数据流（DIN1- DINn）和输出12位MFI（MFI1+ MFI2）对数据流（MFI1- MFIN输入）进行比较。该模块需要

17、CLK和SYCN投入。 SYNC输入指示帧的开始，然后计数器的时钟。由于每帧格式，计数器指示MFI的地位，都MFI1和MFI2是考虑到比较器电路。比较：比较器电路比较，发现所有传入的MFI的最低值，这表明最延迟流。这个数据流是作为参考，因为它需要最低的缓冲区大小。现在，所有其他流MFI从这个最低值减去。这使每个数据流（N1- nn），这将进一步分配器的缓冲块用于分配的缓冲区的具体数量每个数据流流的指针。缓冲区分配器：此块投入的指针值，计算出每个数据流所需的缓冲区的数目，因此输入的数据流分配的所有缓冲区。 WR信号（WR1- WRn）是用来使总M的缓冲池和RD信号（RD1-RDN），则使M的缓冲

18、区m缓冲区（已标出）读数。WR信号使写出来的缓冲区提供缓冲器缓冲区的顺序为每个数据流。 RD信号产生，使得所有输出数据流具有相同的MFI因此数据流是同步的。缓冲池：这包括M的缓冲区。所有的缓冲区大小相同等于给定流的帧大小。每个缓冲区都单独控制的WR和RD信号。所有缓冲区从缓冲区分配器块和输出输入数据到数据输出的数据块时各自WR或RD信号已启用。数据输出：此块中的数据需要从所有的m缓冲区和输出缓冲区的n个数据按RD信号。现在，输出N数据流是同步的，可直接复用。要实现这个电路，考虑3个VC-3数据流。MFI提取3个输入数据流，每3个数据流占12 bits。当得到同步信号时，这个模块内部的计数器开始

19、计数。同步指示帧开始工作。H4的字节位置是按426的VC -3帧格式计数器计数到426，节省了426字节。这8bits按照表2组成MFI（7-0）。其余4位是MFI在下一帧H4的字节使用，因此，计数累计到达1190次并再次储存，其余4位和最后12位输出，他们共同说明帧的位置（帧计数）。比较模块比较这三个MFI信号并且选择信号的最低值作为参考。然后，它从所有MFI中减去该最低值生成一个指针值。指针的值是差分方面的所有数据流的最低延迟的迹象。分配器块输入缓冲区的指针值，以及所有的输入流。当缓冲池中缓冲器的数值均为9时，这个模块输出9个读/写信号数据流。对于所有数据流而言，在此指针值上设计三个或者更

20、少的缓冲区。状态机用于分配缓冲区的所有输入（指针值）的组合。总共有7个部分曾经被定义和工程设计为一体的指针的值组合。每个状态定义输入到所有的缓冲区和分配按表3的缓冲区读写信号模式。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它也给出了不同的指针值缓冲输入。B1至B9是9个缓冲区而D1- D3是三个输入数据流。对于小于或等于3的指针值，三个缓冲区分别对每个数据流进行分配。与其他缓冲区指针值分配相应。任何三个缓冲区都能够启用一次读写和控制动作顺序。让我们来举一个指针的例子。 值n1= 4，n2=3和n3=2。这里第三数据流严重延迟，因此它分配2个缓冲区和第一

22、，第二数据流，区别于第三，第四缓冲区。前四缓冲区输入din1流，接下来的三个缓冲区储存din2流，最后两个缓冲区输入din3流。所有的缓冲区都要使写入信号相适应。 要使数据流同步，相同帧所提供的数据在缓冲区有效会在读信号时产生。这种情况下，当第一个缓冲区是第一个数据流所写，而第三个数据流的第一个缓冲区包含的帧号为3，第二个缓冲区的第二个数据流和第一个数据流的第一个缓冲区也是包含相同的帧。读信号能够使信号相同的帧在任何时候都能够进行微分延迟补偿，所有的输出数据流都是同步的。VI.模拟结果 MFI从VC-3帧中提取MFI的模块。该模块内有一个指示物，所包含的同步信号指示帧开始计数时。如果计数器的数

23、值达到426时，它输出8bits的MFI（7-0），当数值到达1191（下面的H4字节=426+765）时，它输出其余的4bitsMFI，因此最终结果共有12bits，此时计数器复位，如图3所示。图 3 MFI提取模块波形 计数器可以强行复位由比较器所产生的RST信号。正如图4所示比较器的输入值三个MFI输入数据流（mf1,mf2,mf3）。最低指针是010，这是考虑到最延迟的数据流，而这种情况是表明这两个缓冲区的数据流所需要的。图4 波形比较器最低的缓冲区的大小决定了作为两个相互排斥的读写操作，来避免数据的丢失。当一个缓冲区被写入数据时，数据将会被第二个缓冲区阅读，反之亦然。正如图所示RST

24、是比较高时产生的数据和输出值。 图5显示指针值为3,3和2时，这表明这部分所分配的缓冲区具有S1的指针。图5 S1的波形状态第三个数据流延迟最严重而前两个数据流具有相同的延迟。因此，三个缓冲区分别分配给每个数据流。WR信号表明三个数据流按照顺序出现比较有利。阅读的缓冲区在两个缓冲区之后写入而RD信号值表示为100100010时，此时第一个缓冲区的一和二进行阅读，第三数据流的第二个缓冲区开始工作从而使微分延迟补偿和同步输出。 图6显示了在S7这个部分的di1-di9的值。按照表3，在S7这个部分的指针值是2,3和4，因此di1-di2有输出点d1,di3-di5有输出点d2而di6-di9有输出

25、点d3。在电路输入端的三个数据流d1-d3和输出相同的数据流o1-o3的补偿微分延迟，如图7所示。图6 S7的波形图7 完整的波形模块VII.结论 VCAT有许多优点，即它通过SDH传输数据从而产生更高的带宽效率，并提高了多路径配置微分延迟造成的，但需要在接收缓冲区的规定提供的生存能力。本文重点介绍差分延迟，并提出了根据他们的运输延迟接收数据流来分配缓冲区传入的新概念。一个共同的缓冲池用于分配缓冲区。这种方法减少了接收缓冲区的大小。对于这一新方法的功能验证提出的硬件需要3个VC-3数据流，按照差分缓冲器的延迟分配给他们，并最终输出同步数据流，补偿微分延迟。VIII.参考文献1. ITU-T R

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