EPON系統中TDM業(yè)務(wù)的實(shí)現
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近年來(lái)全球范圍內數據流量的激增以及IP業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展給當前網(wǎng)絡(luò )建設提出了諸多新課題。一方面傳統的電話(huà)業(yè)務(wù)和租用線(xiàn)業(yè)務(wù)等基礎電信業(yè)務(wù)仍然是現在電信運營(yíng)商業(yè)務(wù)收入的主要來(lái)源，另一方面數據業(yè)務(wù)的高速發(fā)展迫使電信網(wǎng) IP化成為一個(gè)無(wú)法逆轉的趨勢。數據、語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)的融合已成為下一代網(wǎng)絡(luò )（NGN）發(fā)展的必然趨勢。如何讓數據網(wǎng)承載TDM業(yè)務(wù)以及如何兼顧現有業(yè)務(wù)及未來(lái)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展已成為各電信運營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。而最終用戶(hù)則總是希望以盡可能低的成本在企業(yè)或家庭內部實(shí)現電話(huà)、視頻和數據等多種業(yè)務(wù)的綜合接入。 EPON作為新一代的寬帶接入技術(shù)為了滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )發(fā)展與融合的客觀(guān)要求，就必須要實(shí)現多種業(yè)務(wù)包括TDM業(yè)務(wù)的綜合接入。
2EPON中如何實(shí)現TDM業(yè)務(wù)
Ethernet的封裝方式使得EPON技術(shù)非常適于承載IP業(yè)務(wù)的同時(shí)也使其面臨一個(gè)重大的難題――難以承載語(yǔ)音或電路方式數據等 TDM業(yè)務(wù)。EPON是基于以太網(wǎng)的異步傳送網(wǎng)絡(luò )，它沒(méi)有全網(wǎng)同步的高精度時(shí)鐘，無(wú)法滿(mǎn)足TDM業(yè)務(wù)的定時(shí)和同步要求。要解決TDM業(yè)務(wù)的定時(shí)同步問(wèn)題同時(shí)又要保證TDM業(yè)務(wù)的QoS等技術(shù)難題不僅要在EPON系統自身設計上做改進(jìn)，同時(shí)也需要采用一些特定的技術(shù)。
目前，在EPON系統上實(shí)現TDM業(yè)務(wù)傳輸最主要的一種方法是基于分組交換網(wǎng)絡(luò )的電路仿真技術(shù)（CESoP,CircuitEmulation over Packet Switched Net）。
2.1從電路交換到分組交換的基本思想
CESoP技術(shù)是指在非TDM網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行電路仿真，實(shí)現TDM業(yè)務(wù)如E1/T1，E3/DS3或是STM-1等在分組交換網(wǎng)絡(luò )上的傳送。其基本原理就是在分組交換網(wǎng)絡(luò )上搭建一個(gè)“通道”，通過(guò)增加報頭，用IP包封裝每個(gè)T1或E1幀，通過(guò)分組交換網(wǎng)（PSN）透傳到對端。目的端收到數據包后重新生成同步時(shí)鐘信號，同時(shí)去掉數據包中的IP頭，把其它數據轉化成原始的TDM數據流，從而使網(wǎng)絡(luò )兩端的TDM設備不需關(guān)心其連接的網(wǎng)絡(luò )是否為T(mén)DM網(wǎng)絡(luò )。CESoP對E1來(lái)說(shuō)是透明傳輸，所以它對傳統的電信網(wǎng)絡(luò )兼容性非常好，所有傳統的協(xié)議、信令、數據、語(yǔ)音、圖象等業(yè)務(wù)，都能夠原封不動(dòng)的使用該項新技術(shù)；而且相關(guān)的設備不需做任何改動(dòng)，可使電信運營(yíng)商充分利用現有資源，把傳統TDM業(yè)務(wù)應用在IP網(wǎng)上。
2.2電路仿真的實(shí)施
CESoP電路仿真要求在分組交換網(wǎng)絡(luò )的兩端都要有交互連接功能。在分組交換網(wǎng)絡(luò )入口處，交互連接功能將TDM數據轉換成一系列分組，而在出口處則利用這一系列分組再重新生成TDM電路。目前有結構化仿真和非結構化仿真這兩種方法來(lái)實(shí)現這種交互功能模塊。
結構化仿真使用了TDM電路中所固有的時(shí)隙結構。首先將幀結構(如DS1中的F位)從數據流中提取出來(lái)，然后按順序將每個(gè)時(shí)隙加入到分組的有效載荷內，后面再跟著(zhù)下一幀的同一時(shí)隙，如此反復。有效載荷全部填滿(mǎn)后，再加上一個(gè)分組頭，該分組就被發(fā)送到分組交換網(wǎng)絡(luò )中。有效載荷一般包含大約八幀TDM數據(對于E1電路而言即有256個(gè)八位位元)。在分組網(wǎng)絡(luò )的出口處，TDM數據流被重新產(chǎn)生，并使用新的幀結構。
非結構化的傳輸方式則忽略TDM電路中可能存在的任何結構，將數據看作給定數據速率的純位流。從TDM位流中按順序截取一系列八位位組來(lái)構成分組的有效載荷。因此，構成每個(gè)分組有效載荷的八位位組的數量是隨機的。一般選取有效載荷的長(cháng)度使分組構成時(shí)間在1ms左右，對于T1電路，該長(cháng)度為193個(gè)八位位組(見(jiàn)圖2)。對于E1電路，該長(cháng)度為256個(gè)八位位元。這樣，TDM業(yè)務(wù)中的信令被透明傳輸，無(wú)須任何的信令協(xié)議轉換設備就可以實(shí)現任何類(lèi)型的TDM業(yè)務(wù)。
2.3CESoP的標準化
有關(guān)CESoP技術(shù)的標準化工作已在有條不紊地展開(kāi)。目前有4個(gè)標準化組織正在從事CESoP技術(shù)的標準化工作，分別是國際電信聯(lián)盟（ITU,InternationalTelecommunicationsUnion）;互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF, Internet Engineering Task Force）; MPLS與幀中繼聯(lián)盟（MFA, MPLS and Frame Relay Alliance）; 城域以太論壇（MEF, Metro Ethernet Forum）。各組織正密切關(guān)注自己專(zhuān)長(cháng)的領(lǐng)域。
ITU-T建議Y.1413ITU是關(guān)于在MPLS網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現TDM的建議。定義了通過(guò)MPLS網(wǎng)絡(luò )承載電路業(yè)務(wù)的格式。該建議主要規定TDM-MPLS網(wǎng)絡(luò )互通的必要功能要求。這個(gè)標準支持結構化的TDM仿真和非結構化的TDM仿真。
IETF下屬的邊緣到邊緣的偽線(xiàn)仿真（PWE3，PseudoWireEmulation Edge-to-Edge）工作組負責制定分組交換網(wǎng)（PSN）上仿真網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的機制。被仿真的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)包括數字TDM專(zhuān)線(xiàn)、幀中繼（FR）、ATM信元和ATM適配（AAL）、Ethernet和Ethernet VLAN、HDLC、PPP等。
MPLS與幀中繼聯(lián)盟(MFA)最近發(fā)布了TDM仿真的實(shí)現協(xié)議 MFA 8.0.0，該協(xié)議規定了通過(guò) MPLS 網(wǎng)絡(luò )承載 TDM 電路仿真的封裝格式、連接的建立與拆除等；還簡(jiǎn)化了通過(guò) MPLS 承載 TDM 傳輸的問(wèn)題，允許運營(yíng)商向同時(shí)提供語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù)的單一、融合的網(wǎng)絡(luò )轉移。
MEF則批準了新的電信級以太網(wǎng)技術(shù)規范MEFx（x=1,..,8）。其中，MEF8規范規定了基于城域以太網(wǎng)的準同步數據系列（PDH）電路仿真的實(shí)現方法。MEF 8將和針對以太網(wǎng)測試步驟與網(wǎng)絡(luò )管理的新規范一起促使城域以太網(wǎng)發(fā)展成為一種電信級傳輸技術(shù)。
隨著(zhù)這些標準的制定，不同設備制造商之間的互聯(lián)互通問(wèn)題將會(huì )逐步得到解決。目前EPON廠(chǎng)商采用的TDM仿真芯片主要采用的還是IETF的PEW3工作組的邊緣到邊緣的偽線(xiàn)仿真（PEW3）技術(shù)。
3TDMoverEPON實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)
3.1時(shí)鐘恢復與抖動(dòng)平滑
時(shí)鐘恢復與抖動(dòng)平滑是TDM分組電路仿真實(shí)現中的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
3.1.1時(shí)鐘恢復
在任何通過(guò)分組實(shí)現電路交換的技術(shù)中，最關(guān)鍵的問(wèn)題之一就是時(shí)鐘恢復。例如，在兩個(gè)客戶(hù)端之間使用專(zhuān)用租借線(xiàn)路通過(guò)運營(yíng)商分組網(wǎng)絡(luò )上的仿真鏈路進(jìn)行連接，則客戶(hù)TDM業(yè)務(wù)的頻率fservice必須在分組網(wǎng)絡(luò )的出口處精確地重新生成。長(cháng)時(shí)間的頻率不匹配將導致分組網(wǎng)絡(luò )出口處形成等待隊列，如果重新生成的時(shí)鐘比原時(shí)鐘慢，則緩沖器被填滿(mǎn)，反之則會(huì )被清空。這兩種情況都會(huì )造成數據丟失和服務(wù)質(zhì)量下降。而要實(shí)現對TDM業(yè)務(wù)的支持，ONU側的時(shí)鐘恢復技術(shù)是首先要解決的問(wèn)題。就電路仿真技術(shù)本身而言，目前主要有基于SDH的指針調整方式、差異方式和自適應等3種時(shí)鐘恢復方式。
在IETF制定的文檔draft-ietf-pwe3-sonet-09.txt中，定義了利用SDH指針調整技術(shù)實(shí)現分組網(wǎng)絡(luò )中的定時(shí)同步。同時(shí)還定義了顯式指針調整中繼（EPAR：ExplicitPointerAdjustmentRelay）和自適應指針管理（APM：Adaptive Pointer Management）這兩種指針管理方式來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )同步操作： EPAR方式通過(guò)重復發(fā)送端的指針調整事件來(lái)保證TDM數據以與發(fā)送端相同的速率被接收端讀取，通常應用于發(fā)送端和接收端存在公共參考時(shí)鐘的情況下；而APM則通過(guò)保持TDM數據以接收時(shí)相同的速率被接收端讀取以維持抖動(dòng)緩存的利用率在一定范圍，此時(shí)通常發(fā)送端和接收端無(wú)公共的時(shí)鐘參考。由于EPAR和APM方式實(shí)現時(shí)鐘恢復本質(zhì)上都是基于傳統SDH技術(shù)的指針調整，盡管能保證系統的時(shí)鐘同步，但實(shí)現很復雜，成本很高，不適合在EPON系統規模應用。
差異方式是在發(fā)送端和接收端均采用高精度的時(shí)鐘參考源，通過(guò)比較包的到達頻率與主參考源的頻率之差進(jìn)行補償，實(shí)現TDM業(yè)務(wù)的同步。此方法具有很好的抖動(dòng)和漂移特性，
在很大程度上不受網(wǎng)絡(luò )延時(shí)、網(wǎng)絡(luò )延時(shí)變化和包丟失的影響，但是需要在兩端均提供公共參考時(shí)鐘。該實(shí)現方式主要適用于發(fā)送端和接收端均位于電信機房或其他存在高精度電信時(shí)鐘的場(chǎng)合，
自適應時(shí)鐘恢復方式則不需要發(fā)送端和接收端具有公共的參考時(shí)鐘。在接收端根據到達包所攜帶的信息就可以恢復出需要的時(shí)鐘信息。定時(shí)信息既可以是通過(guò)比較本地和遠端的時(shí)標（Timestamp）值來(lái)獲取，也可以根據包的間隔到達速率或抖動(dòng)緩存的填充水平來(lái)獲取。由于EPON本身主要用于用戶(hù)接入網(wǎng)，加上EPON可以給特定的數據包提供很高的服務(wù)質(zhì)量，所以自適應的時(shí)鐘恢復方式應用于EPON系統將會(huì )獲得很好的時(shí)鐘特性。
3.1.2抖動(dòng)平滑
由于以太網(wǎng)采用共享信道，支持存儲轉發(fā)，數據包的傳輸延時(shí)無(wú)法控制，具有很大的隨機性，造成包與包之間的傳輸時(shí)延差，即使所有分組都通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的同一路徑進(jìn)行傳送，當它們到達網(wǎng)絡(luò )出口處的交互功能模塊時(shí)仍然會(huì )有一些時(shí)間偏差。這種隨機性反映在TDM數據的發(fā)送過(guò)程中，實(shí)際引入的瞬時(shí)抖動(dòng)會(huì )遠遠超過(guò)正常TDM線(xiàn)路抖動(dòng)容限，我們把它稱(chēng)之為“分組抖動(dòng)”。由于TDM電路具有恒定不變的位速率，因此我們可通過(guò)使用緩沖區來(lái)克服抖動(dòng)，將較快到達的分組在輸出之前進(jìn)行緩存和排序，這樣就可以補償與其它較慢分組之間的延時(shí)差。但由于語(yǔ)音通信的實(shí)時(shí)性要求比較高，緩沖區對丟失的包按空包處理。如果緩沖區過(guò)小，就會(huì )出現溢出現象，導致丟包嚴重，從而不能很好實(shí)現抖動(dòng)的平滑，而如果緩沖區過(guò)大，閘門(mén)打開(kāi)的門(mén)限值就會(huì )加大，就會(huì )使延時(shí)加大，而語(yǔ)音等TDM業(yè)務(wù)對延時(shí)又有較高的要求，所以緩沖區大小的設計成為抖動(dòng)平滑的關(guān)鍵。
3.2如何在多業(yè)務(wù)分組網(wǎng)絡(luò )中給TDM業(yè)務(wù)提供更好的QoS服務(wù)
如何在多業(yè)務(wù)分組網(wǎng)絡(luò )中給TDM業(yè)務(wù)提供更好的QoS服務(wù)，這是TDMoverEPON實(shí)現的又一關(guān)鍵問(wèn)題。EPON上的不同業(yè)務(wù)對QoS的要求不盡相同。TDM業(yè)務(wù)占用帶寬雖小，但對延時(shí)、抖動(dòng)、漂移、誤碼率等指標有很高的要求；而視頻業(yè)務(wù)則需占用較大的帶寬，對延時(shí)也有一定要求，但可容忍一定程度的丟包；數據業(yè)務(wù)則需要占用更大的帶寬，并且具有很強的突發(fā)性，對數據的完整性和準確性有較高要求，但對延時(shí)要求又較低。要滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的QoS,同時(shí)又要給TDM業(yè)務(wù)提供更好的QoS服務(wù), 這就要求在實(shí)現TDM業(yè)務(wù)時(shí)充分考慮TDM業(yè)務(wù)對延時(shí)和抖動(dòng)的嚴格要求。解決這一技術(shù)難題不僅需要解決電路仿真中涉及的時(shí)鐘恢復問(wèn)題，而且還要在EPON系統上進(jìn)行一定的功能改進(jìn)。目前烽火通信提出的解決方案是在EPON系統上為T(mén)DM業(yè)務(wù)指定了更高優(yōu)先級的邏輯鏈路標識（LLID），從而保證TDM數據無(wú)丟失并且始終得到更高的服務(wù)質(zhì)量；再者采用基于每個(gè)LLID的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法，根據不同時(shí)刻的流量特性結合用戶(hù)服務(wù)水平協(xié)議（SLA）通過(guò)REPORT－GATE機制實(shí)現帶寬的有效利用。實(shí)驗證明通過(guò)采用這些措施不僅確保了TDM業(yè)務(wù)對延時(shí)抖動(dòng)等指標的嚴格要求，而且保證了TDM業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
4烽火通信率先實(shí)現EPON系統上的TDM業(yè)務(wù)實(shí)現
烽火通信基于EPON的FTTH全業(yè)務(wù)解決方案是以EPON技術(shù)為基礎，利用單一平臺為客戶(hù)提供數據、語(yǔ)音、視頻以及TDM專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)的綜合可靠接入。在這里值得一提的是，烽火通信率先突破了IEEE對EPON標準的規定，突破性實(shí)現了在EPON系統上承載語(yǔ)音和電路型數據業(yè)務(wù)，是當前為數不多的能在EPON系統中能提供TDM業(yè)務(wù)的公司之一。其自主研制的AN5000系列采用領(lǐng)先的PWE3方式提供TDM業(yè)務(wù)封裝，該系列中AN5116局端設備不僅提供大容量的TDM業(yè)務(wù)接口，同時(shí)內置64K級別的交叉連接功能，使得TDM業(yè)務(wù)的開(kāi)展更加靈活，帶寬利用效率更高。
作為FTTH研究領(lǐng)域的佼佼者，目前烽火通信在國內已經(jīng)承建了武漢長(cháng)飛公寓、四川綿陽(yáng)電信、湖北網(wǎng)通南湖都市桃源小區、武漢電信紫菘小區、北京通信寬HOUSE、浦東信息大樓等眾多FTTH工程，并且在歷次的技術(shù)測試中名列前矛，積累了豐富的工程應用經(jīng)驗。以浦東信息大樓為例，該工程是中國電信FTTH試點(diǎn)工程之一，同時(shí)也是國家863項目――3Tnet的組成部分，由上海電信承建。為了滿(mǎn)足各類(lèi)商業(yè)用戶(hù)的要求，烽火通信在該工程里綜合提供了語(yǔ)音、數據、IPTV、TDM等多種業(yè)務(wù)。該工程不僅在國內率先開(kāi)辟了在一個(gè)工程中開(kāi)通業(yè)務(wù)種類(lèi)最齊全的記錄，同時(shí)也是TDMoverEPON技術(shù)在國內的首次應用。
5結束語(yǔ)
在電信市場(chǎng)競爭日趨激烈的今天，運營(yíng)商希望能找到一個(gè)在已建成的網(wǎng)絡(luò )基礎上既可提供可靠的實(shí)時(shí)語(yǔ)音、視頻和數據業(yè)務(wù),又可提供等同于已有網(wǎng)絡(luò )一樣的可靠性及品質(zhì)保證的優(yōu)秀解決方案。EPON作為一種極具競爭力地寬帶接入技術(shù)，必須同時(shí)提供語(yǔ)音、數據和視頻業(yè)務(wù)地綜合接入服務(wù)。這既是通信網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和發(fā)展的需要，也是EPON能否在即將到來(lái)FTTX建設大潮中占據優(yōu)勢地位地決定因素之一。
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