專利名稱：自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)已在分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腡DM數(shù)組分組，恢復(fù)TDM輸出的時(shí)鐘信號(hào)。
背景技術(shù)：
TDM鏈路是同步電路，具有為服務(wù)時(shí)鐘fservice調(diào)節(jié)的恒定位速率。在分組網(wǎng)絡(luò)中，入口與出口頻率的連接中斷，這是因?yàn)榉纸M終究是不連續(xù)的。根據(jù)圖1，用戶往它的TDM服務(wù)頻率fservice必須在分組網(wǎng)絡(luò)(fregen)的出口精確地再生。這種頻率長(zhǎng)期失配的結(jié)果是，取決于再生的時(shí)鐘比原有的時(shí)鐘較慢或較快，在分組網(wǎng)絡(luò)出口處的隊(duì)列要末充滿，要末空閑。這樣將丟失數(shù)據(jù)和使服務(wù)降質(zhì)。
在ATM、ITU標(biāo)準(zhǔn)I.363.1與ATM Forum標(biāo)準(zhǔn)af-vtoa-0078上的電路仿真服務(wù)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般涉及到自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)的概念。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)方法，用來(lái)根據(jù)分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的到達(dá)速率來(lái)恢復(fù)原有的服務(wù)時(shí)鐘頻率。另一目的是提供采用該方法的系統(tǒng)。
本發(fā)明恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)的方法，此方法包括步驟提供分組緩沖器以在分組通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)傳輸后存儲(chǔ)入局的分組；保持在分組到達(dá)分組緩沖器時(shí)所遞增的分組計(jì)數(shù)以及在分組每次離開(kāi)分組緩沖器時(shí)所遞減的分組計(jì)數(shù)；對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣，并根據(jù)采樣的分組計(jì)數(shù)控制TDM輸出的時(shí)鐘頻率。
本發(fā)明基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括在分組通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)傳輸后存儲(chǔ)入局的分組的分組緩沖器；對(duì)分組到達(dá)分組緩沖器時(shí)所遞增的分組計(jì)數(shù)以及在分組每次離開(kāi)分組緩沖器時(shí)所遞減的分組計(jì)數(shù)進(jìn)行保持的分組計(jì)數(shù)器；對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣，并根據(jù)采樣的分組計(jì)數(shù)控制TDM輸出的時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘控制裝置。
下面將參考附圖，僅僅用舉例方式更具體地描述本發(fā)明的實(shí)施例


圖1概示通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)的租用或線路TDM服務(wù)；圖2概示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的分組計(jì)數(shù)時(shí)鐘恢復(fù)方法。
具體實(shí)施例方式
圖1中，來(lái)自源裝置的分組傳輸速率是等時(shí)的并由fservice確定。但到達(dá)目的地裝置的分組速率會(huì)由于插入分組網(wǎng)絡(luò)而受到微擾。這些分組通常將以變化的延遲量所分離的脈沖串形式到達(dá)。這種網(wǎng)絡(luò)的特征是不確定的。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后，到達(dá)目的地的速率將等于離開(kāi)源時(shí)的速率(假定沒(méi)有丟失的或復(fù)制的分組)。
目的地的TDM輸出是等時(shí)的而由fregen確定，它是由圖2中的數(shù)字控制振蕩器(DCO)(22)提供的。此輸出由分組延遲變化(PDV)緩沖器(12)供給。若此緩沖器在TDM輸出需要傳輸時(shí)具有零分組，則將發(fā)生不希望有的欠載運(yùn)行。為了使負(fù)載運(yùn)行事件減到最少，必須構(gòu)成PDV緩沖器(12)，使之含有充分的分組對(duì)于絕大多數(shù)分組間延遲能供應(yīng)TDM輸出。但這種PDV緩沖器(12)并不能夠制成任意地大，因?yàn)檫@將直接增大端對(duì)端等待時(shí)間，而這種端對(duì)端等待時(shí)間一般要求盡可能地低。此最大允許等待時(shí)間則視應(yīng)用而定。例如語(yǔ)音與數(shù)據(jù)相比便只需較低的等待時(shí)間。
于是最優(yōu)的PDV緩沖器深度取決于網(wǎng)絡(luò)條件和應(yīng)用。這里描述的時(shí)鐘恢復(fù)方法允許緩沖器深度的改變與時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)理無(wú)關(guān)。這樣就可讓時(shí)鐘在構(gòu)成PDV緩沖器前穩(wěn)定化。并允許緩沖器在運(yùn)行中改變以匹配網(wǎng)絡(luò)將性中的任何基礎(chǔ)移位。
當(dāng)分組到達(dá)分組輸入端(10)，它們便置于隊(duì)列(14)的PDV緩沖器(12)內(nèi)。這些分組也使得分組計(jì)數(shù)器(16)的分組計(jì)數(shù)遞增。對(duì)于接收到的每個(gè)分組，計(jì)數(shù)增1。接收分組的速率由源TDM時(shí)鐘fservice的頻率確定。PDV緩沖器(12)的空間率由目的地的TDM時(shí)鐘fregen的頻率確定。分組計(jì)數(shù)每次減1即使得DCD輸出表明業(yè)已從TDM輸出端(18)傳送出一個(gè)分組。注意到若是當(dāng)TDM輸出端(18)要求一個(gè)分組時(shí)此PDV緩沖器(12)是空白的。則將一欠載運(yùn)行分組供給TDM輸出端(18)。在這種情形下，分組計(jì)數(shù)仍將為遞減的。因此，分組計(jì)數(shù)器的值可正可負(fù)。
于是，當(dāng)給定一個(gè)理想的固定的延遲分組網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若fservice超過(guò)fregen，分組計(jì)數(shù)值將遞增，而當(dāng)fregen超過(guò)fservice，分組計(jì)數(shù)值將遞減，且當(dāng)這兩個(gè)頻率相等時(shí)，此計(jì)數(shù)值保持不變。
因此，時(shí)鐘控制算法(20)可按固定間隔(時(shí)鐘控制間隔)對(duì)此值取樣，進(jìn)行計(jì)算以確定一校正值，應(yīng)用以校正值使本振頻率收斂到源頻率，而給DCO(22)寫出新的本振頻率。
對(duì)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，此分組計(jì)數(shù)值由于輸入的分組流的脈沖串性質(zhì)而波動(dòng)。這就導(dǎo)致恢復(fù)的時(shí)鐘波動(dòng)。于是給這種裝置提供一濾波函數(shù)(24)可獲得下述優(yōu)點(diǎn)·應(yīng)用數(shù)值處理減少時(shí)鐘控制算法(可以由外CPU執(zhí)行)的工作負(fù)荷；·通過(guò)允許增加時(shí)鐘控制間隔來(lái)減少時(shí)鐘控制算法的工作負(fù)荷。
·減少恢復(fù)的時(shí)鐘的波動(dòng)。
在上述實(shí)施例中，濾波函數(shù)(24)是具有下述差分方程的一階低通濾波函數(shù)，它便于以硬件實(shí)現(xiàn)而不要求任何乘法器或除法器Yn＝Y(jié)n-1+(Xn-Yn-1)/2p(1)式中Yn是濾波輸出，Xn是組計(jì)數(shù)。
P是確定此濾波時(shí)間數(shù)的可編程參數(shù)，n是每次從PDV緩沖器取分組時(shí)所增加的樣本數(shù)。
時(shí)鐘控制算法(20)讀出濾波輸出同時(shí)確定為穩(wěn)定分組計(jì)數(shù)所需的校正值，且對(duì)DCO寫出所需的頻率。
樣本的一階時(shí)鐘控制算法由下述差分方程給定Fm＝αFm-1+βYm式中Fm為擬寫給DCO的頻率；α，β是確定時(shí)間常數(shù)的常數(shù)；Fm-1是當(dāng)前的DCO頻率；Ym是濾波輸出；m是每次時(shí)鐘控制算法讀取濾波輸出時(shí)所遞增的樣本數(shù)。
選擇上述時(shí)間常數(shù)來(lái)跟蹤fservice的長(zhǎng)期漂移而拒絕分組延遲變化導(dǎo)致的短期變化。
PDV深度控制算法(26)可根據(jù)下述的任何一項(xiàng)對(duì)PDV緩沖器(12)進(jìn)行較少的調(diào)節(jié)·由深度濾波函數(shù)(28)提供的隊(duì)列深度的濾波深度讀數(shù)，此深度濾波函數(shù)(28)可以是方程(2)描述的類型；·欠載運(yùn)行帶件(表明隊(duì)列太小)；·最大與最小深度讀數(shù)；·網(wǎng)絡(luò)延遲測(cè)量結(jié)果(例如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“Ping”)實(shí)用性所獲得的。
上述最小與最大隊(duì)列深度值在它們通過(guò)PDV緩沖器深度控制算法(26)讀出后重調(diào)至當(dāng)前的隊(duì)列深度。然后每當(dāng)分組深度改變便進(jìn)行調(diào)節(jié)。
可以采用備用的濾波算法。
可以采用備用的時(shí)鐘控制算法，例如二階和更高階的模糊邏輯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及改變時(shí)間常數(shù)或在超時(shí)時(shí)改變時(shí)間參數(shù)或時(shí)鐘控制間隔之類參數(shù)的自調(diào)諧算法。
可以將內(nèi)CPU或外CPU用于時(shí)鐘控制與深度控制算法。
在分組中可采用序號(hào)，這種情形下可以將損失的分組考慮在內(nèi)進(jìn)行分組計(jì)算的遞增。這樣就能以顯著百分率的丟失分組于網(wǎng)絡(luò)中改進(jìn)時(shí)鐘恢復(fù)法的性能。此時(shí)，當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)，就可應(yīng)用下述算法來(lái)確定分組計(jì)數(shù)增量(還必須檢測(cè)環(huán)境處理并合適地對(duì)待)。
若Sk＞Sk-1，則增量＝Sk-Sk-1，否則增量＝0，Sk是接收的分組的序號(hào)。
Sk-1是先前接收到的分組的序數(shù)。
在計(jì)數(shù)值表示字節(jié)或比特而不是分組的地方，可使用字節(jié)或比特分辨率而不是分組分辨率。在這種情況中，分組來(lái)到時(shí)計(jì)數(shù)器按其包含的負(fù)荷字節(jié)或比特?cái)?shù)目遞增，而當(dāng)DCO輸出表示字節(jié)或比特已由TDM輸出傳輸時(shí)計(jì)數(shù)器減一。
本方法能應(yīng)用于分組基系統(tǒng)或其他異步系統(tǒng)的定時(shí)恢復(fù)。上述方法的一種典型應(yīng)用是對(duì)通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)例如以太網(wǎng)、ATP或IP的TDM(時(shí)分復(fù)用)電路進(jìn)行仿真?？梢杂秒娐贩抡鎸?duì)應(yīng)用舊版本的TDM設(shè)備的客戶提供租用線路服務(wù)進(jìn)行支持。例如圖1即表明了通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的租用線路TDM服務(wù)。這方面的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⑤d體升級(jí)到分組交換網(wǎng)絡(luò)而同時(shí)仍然保持其現(xiàn)有的TDM業(yè)務(wù)。
上述時(shí)鐘恢復(fù)方法能提供下述優(yōu)點(diǎn)1.本方法利用目的地裝置的所有輸入數(shù)據(jù)使平均分組出口速率收斂到平均分組入口速率。
2.不需專用的定時(shí)分組或信息。
3.不需價(jià)昂的時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路(例如恒溫器控制的晶體振蕩器)。
4.保持有分組計(jì)數(shù)器，得以監(jiān)控于分組輸入端接收分組的速率和由TDM輸出端傳送出的分組的速率兩者的差。
5.可根據(jù)分組入口與分組出口事件來(lái)運(yùn)算分組計(jì)數(shù)器的值。
6.按適當(dāng)間隔過(guò)濾分組計(jì)數(shù)器的值。
7.由時(shí)鐘控制算法來(lái)應(yīng)用此過(guò)濾的分組計(jì)數(shù)器值以調(diào)節(jié)目的地裝置的出口分組速率。
8.使濾波器與時(shí)鐘恢復(fù)算法分離，能允許此時(shí)間控制算法以遠(yuǎn)比濾波器過(guò)濾速率為低的速率運(yùn)算。因而，例如能以硬件與低速時(shí)鐘控制算法加上外CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)高速濾波器，這樣便提供了種種顯著的益處，如靈活性，降低于開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于特定環(huán)境易使有關(guān)技術(shù)方案優(yōu)化。
9.本方法允許從PDV緩沖器刪除分組而將偽分組插入PDV緩沖器以調(diào)節(jié)裝置的等待時(shí)間。這樣就不會(huì)影響上述的計(jì)數(shù)值。
10.PDV緩沖器源度可按適當(dāng)間隔過(guò)濾。
11.保持住了最小與最大PDV緩沖器深度值。
12.可以由緩沖器深度控制算法應(yīng)用此過(guò)濾的PDV緩沖器深度以及最小與最大PDV緩沖器深度值，這種算法可以在較更新濾波器的速率遠(yuǎn)低的速率下進(jìn)行。
13.PDV緩沖器深度可獨(dú)立于時(shí)鐘恢復(fù)機(jī)理而變化。這樣就能在構(gòu)成緩沖器之前使時(shí)鐘恢復(fù)穩(wěn)定化，同時(shí)能在作業(yè)中允許緩沖器變化以匹配網(wǎng)絡(luò)特性的任何基礎(chǔ)漂移還能夠讓時(shí)鐘控制算法進(jìn)行“鎖相”在此情形下，本方法對(duì)分組出口速率提供了自動(dòng)調(diào)節(jié)，以在分組入口速率與分組出口速率之間保持相位關(guān)系。這樣可將PDV緩沖器12的平均深度保持到任何所需值。本時(shí)鐘恢復(fù)方法將鎖定源頻率的相位，這意味著它將確保所傳輸?shù)姆纸M數(shù)將等于接收到的分組數(shù)，以于PDV緩沖器12中保持分組的固定的平均深度。如果時(shí)鐘控制算法控制住DCO頻率來(lái)保持住分組計(jì)數(shù)的恒定值，則局部頻率將被鎖相到遠(yuǎn)程頻率而于PDV緩沖器12中保持恒定的分組數(shù)，這樣就能優(yōu)于頻率鎖定，這是因?yàn)樵陬l率鎖定下，于跟蹤源頻率中例如于長(zhǎng)時(shí)間的漂移中的任何滯后，都可使平均的PDV緩沖器深度偏移所需的值。
用于進(jìn)行鎖相的一種時(shí)鐘控制算法由下述差分方程給定Fm＝Fm-1+G1(Ym-Ym-1)+G2(Ym-Offset)(2)式中Fm是寫給DCO的頻率；G1，G2是確定動(dòng)態(tài)行為的常數(shù)，F(xiàn)m-1是電流DCO頻率，Ym是濾波輸出，
Offset是常數(shù)，可用來(lái)建造PDV緩沖器或?qū)⑵浔３钟谔囟ㄖ?，m是時(shí)鐘控制算法每次讀取濾波輸出的所遞增的樣本數(shù)。
常數(shù)G1與G2確定系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，并經(jīng)選擇來(lái)跟蹤fservice中的長(zhǎng)期漂移而拒絕因分組延遲變化導(dǎo)致的短期變化。
G2確定了為將PDV緩沖器2驅(qū)動(dòng)到所需深度用來(lái)改變頻率的速率。
Offset可用來(lái)按下述方式構(gòu)成PDV緩沖器12所需的平均深度若在初始時(shí)分組輸入是被禁止的，則PDV緩沖器12空閑而分組計(jì)數(shù)器16為零，然后當(dāng)允許分組輸入，算法(式2)便將構(gòu)成一等于Offset值的平均PDV，緩沖器深度并穩(wěn)定于該值。
類似地，在作業(yè)中也可應(yīng)用Offset將平均PDV緩沖器深度調(diào)節(jié)至一新值，例如在網(wǎng)絡(luò)條件改變時(shí)。
另外，也可以應(yīng)用一些其他方式來(lái)建立PDV緩沖器12，然后能將分組計(jì)數(shù)初始化至Offset值。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腡DM數(shù)據(jù)分組恢復(fù)TDM輸出的時(shí)鐘信號(hào)的方法，此方法包括步驟提供分組緩沖器以在分組通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)傳輸后存儲(chǔ)入局的分組；保持在分組到達(dá)分組緩沖器時(shí)所遞增的分組計(jì)數(shù)以及在分組每次離開(kāi)分組緩沖器時(shí)所遞減的分組計(jì)數(shù)；對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣，并根據(jù)采樣的分組計(jì)數(shù)控制TDM輸出的時(shí)鐘頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括以固定間隔對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣，進(jìn)行計(jì)算以確定分組源處TDM時(shí)鐘的源頻率；對(duì)控制所述TDM輸出的時(shí)鐘頻率的數(shù)字控制振蕩器寫入新的本地頻率值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中還包括在對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣前對(duì)分組計(jì)數(shù)進(jìn)行過(guò)濾的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中過(guò)濾步驟是用一階低通濾波器進(jìn)行。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中還包括根據(jù)分組緩沖器深度的至少一個(gè)過(guò)濾的讀數(shù)，通過(guò)增加或除去分組對(duì)分組緩沖器進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟。
6.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中還包括控制所述時(shí)鐘頻率以將分組緩沖器的平均深度保持于預(yù)定值的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中還包括執(zhí)行下述算法的確定所述時(shí)鐘頻率Fm＝Fm-1+G1(Ym-Ym-1)+G2(Ym-Offset)式中Fm與Fm-1分別為新的與先前的時(shí)鐘頻率；G1，G2是常數(shù)，Ym與Ym-1分別為新的與先前的過(guò)濾的分組計(jì)數(shù)值；Offset則表示分組緩沖器的理想深度。
8.一種根據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腡DM數(shù)據(jù)分組恢復(fù)TDM輸出的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)的系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括在分組通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)傳輸后存儲(chǔ)入局的分組的分組緩沖器；對(duì)分組到達(dá)分組緩沖器時(shí)所遞增的分組計(jì)數(shù)以及在分組每次離開(kāi)分組緩沖器時(shí)所遞減的分組計(jì)數(shù)進(jìn)行保持的分組計(jì)數(shù)器；對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣，并根據(jù)采樣的分組計(jì)數(shù)控制TDM輸出的時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘控制裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，其中還包括控制所述TDM輸出的時(shí)鐘頻率的數(shù)字控制振蕩器，同時(shí)此時(shí)鐘控制裝置執(zhí)行確定分組源處TDM時(shí)鐘的源頻率的時(shí)鐘控制算法，并給此數(shù)字控制振蕩器寫入新的振蕩頻率以控制所述TDM輸出的時(shí)鐘頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，其中還包括分組計(jì)數(shù)器過(guò)濾器，用來(lái)在由時(shí)鐘控制裝置對(duì)分組計(jì)數(shù)值采樣前過(guò)濾此分組計(jì)數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，其中還包括用來(lái)根據(jù)此分組緩沖器深度的至少一個(gè)過(guò)濾的讀數(shù)，通過(guò)增加或除去分組對(duì)分組緩沖器進(jìn)行調(diào)節(jié)的緩沖器深度控制裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11任一項(xiàng)所述的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，其中所述時(shí)鐘控制器件用來(lái)控制所述時(shí)鐘頻率以將此分組緩沖器的平均深度將保持于一預(yù)定值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基準(zhǔn)時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)，其中所述時(shí)鐘控制裝置執(zhí)行下述算法以控制所述時(shí)鐘頻率Fm＝Fm-1+G1(Ym-Ym-1)+G2(Ym-Offset)式中Fm與Fm-1分別為新的與先前的時(shí)鐘頻率；G1與G2是常數(shù)，Ym與Ym-1分別是新的與先前的過(guò)濾的分組計(jì)數(shù)值；Offset則表示分組緩沖器的所需的深度。
全文摘要
根據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腡DM數(shù)據(jù)分組恢復(fù)TDM輸出的時(shí)鐘信號(hào)的方法和系統(tǒng)，包括提供分組緩沖器以在分組通過(guò)分組網(wǎng)絡(luò)傳輸后存儲(chǔ)輸入的分組；保持在分組到達(dá)分組緩沖器時(shí)所遞增的分組計(jì)數(shù)以及在分組每次離開(kāi)分組緩沖器時(shí)所遞減的分組計(jì)數(shù)；對(duì)分組計(jì)數(shù)采樣并根據(jù)采樣的分組計(jì)數(shù)控制TDM輸出的時(shí)鐘頻率。
文檔編號(hào)H04J3/06GK1489348SQ0315557
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者馬丁·雷蒙德·斯科特, 尼古拉斯·費(fèi)索恩, 蒂莫西·邁克爾·艾德姆德·弗洛斯特, 邁克爾 艾德姆德 弗洛斯特, 斯 費(fèi)索恩, 馬丁 雷蒙德 斯科特 申請(qǐng)人:贊林克半導(dǎo)體有限公司