_ _ 蒜。二 獨(dú)創(chuàng)性聲明 i y 17 14 13 4 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含 為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明 確的說明并表示謝意。 簽名：逍l(wèi) 日期：山f 。年f 月日 論文使用授權(quán) 本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文 的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁 盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：畢導(dǎo)師簽名：二誣 日期：。掃f o 年r 月) 6 日 吣 一 摘要 摘要 時(shí)鐘性能在整個(gè)傳送網(wǎng)中占有舉足輕重的地位，時(shí)鐘質(zhì)量的好壞直接影響到 整個(gè)傳送網(wǎng)的傳輸質(zhì)量以及運(yùn)維成本。目前，隨著人們對(duì)傳送網(wǎng)的速率和質(zhì)量提 出越來越高的要求，必須對(duì)傳輸系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，以使時(shí)鐘 質(zhì)量得到保證。另外，以太網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛，為了靈活地將以太數(shù)據(jù)適配進(jìn) 光傳送網(wǎng)并有效地進(jìn)行傳送，在2 0 0 8 年的i t u t 會(huì)議上，提出了擴(kuò)展性能更強(qiáng)的 下一代光傳送網(wǎng)( n e x tg e n e r a t i o no p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，n g o t n ) 。 本文結(jié)合光傳送網(wǎng)的最新體系結(jié)構(gòu)，搭建了光傳送網(wǎng)的模型，有效地模擬了 以太客戶信號(hào)在光傳送網(wǎng)中進(jìn)行傳送時(shí)時(shí)鐘性能的變化，并對(duì)客戶信號(hào)在傳送過 程中的時(shí)鐘性能進(jìn)行仿真，通過模型最終輸出的時(shí)鐘性能指標(biāo)，對(duì)比得出新舊映 射方式對(duì)光傳送網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能的影響。 本文設(shè)計(jì)的模型由下列模塊組成：1 ) 基于時(shí)鐘性能變化的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建， 其中分別使用下一代光傳送網(wǎng)中新提出的通用映射過程( g e n e r i cm a p p i n g p r o c e d u r e ，g m p ) 和傳統(tǒng)的異步映射方法( a s y n c h r o n o u sm a p p i n gp r o c e d u r e ，a m p ) 對(duì)客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行速率適配；2 ) 兩個(gè)濾波器模塊的實(shí)現(xiàn)，分別是用于模擬信號(hào)解映 射過程的二階低通濾波器和用于時(shí)鐘性能測(cè)量的一階高通濾波器；3 ) 用于模擬映 射過程的緩存模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：4 ) 時(shí)鐘性能評(píng)估模塊，其中包括兩種時(shí)鐘性能 衡量算法，分別是最大時(shí)間間隔誤差算法和時(shí)間方差算法。 本文完成了上述各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)及仿真，并在深入論述光傳送網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的 基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有協(xié)議中光傳送網(wǎng)的時(shí)鐘性能規(guī)范進(jìn)行了說明，詳細(xì)分析了時(shí)鐘劣 化的各種來源以及對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)造成的影響。文章創(chuàng)新點(diǎn)在于有效地將光傳送 網(wǎng)中最新的接口和映射方式加入到仿真模型中，并在驗(yàn)證模型正確性的基礎(chǔ)上， 通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明了新映射方式g m p 對(duì)時(shí)鐘性能影響更小的特點(diǎn)。 本文模型和仿真結(jié)論可以用于幫助光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)實(shí)施前對(duì)光網(wǎng) 絡(luò)時(shí)鐘性能進(jìn)行衡量和分析，以及預(yù)估各種映射方式對(duì)時(shí)鐘性能造成的影響。 關(guān)鍵詞：下一代光傳送網(wǎng)、時(shí)鐘性能、映射方式 a b s t r a ( 玎 a b s t r a c t t h ec l o c kp e r f o r m a n c eo c c u p i e sap i v o t a lp o s i t i o ni nt h et r a n s p o r tn e t w o r kw h i c h h a sad i r e c ti m p a c to nt h eq u a l i t ya n do p e r a t i o n a lc o s t so ft h et r a n s p o r tn e t w o r k a t p r e s e n t , a st h ei n c r e a s i n gd e m a n d so nt h et r a n s m i s s i o ns p e e da n dq u a l i t y , w em u s tm a k e s u r et h ec l o c kq u a l i t yt ob eg u a r a n t e e da ta l ls t a g e so ft h et r a n s m i s s i o ns y s t e m i n a d d i t i o n ，t of i tt h ec l i e n td a t ai n t ot h eo p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r kf l e x i b l ya n de f f e c t i v e l y , t h en e x tg e n e r a t i o no fo p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k , c a l l e dn g o t n ( n e x tg e n e r a t i o n o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) ，w h i c hc a l lp r o v i d e dh i g h e rp e r f o r m a n c ew a sp r o p o s e di n t h ei t u - tm e e t i n g2 0 0 8 i nt h i sd i s s e r t a t i o n , am o d e li sb u i l tb a s e do nt h ea r c h i t e c t u r eo fn g - o t n t h e e t h e m e ts i g n a lc a l lb et r a n s p o r t e di nt h em o d e l a c c o r d i n gt ot h em o d e l ，t h ec l o c k p e r f o r m a n c ec a nb em e a s u r e de f f e c t i v e l y , a n dt h ei m p a c t so ft w om a p p i n gm e t h o d sa r e c o m p a r e d t h ef o l l o w i n gp o i n t sa r ei n c l u d e di nt h em o d e l ：1 ) s e t t i n gu pt h es t r u c t u r e so f o p t i c a ln e t w o r kb a s e do nt h ec l o c kp e r f o r m a n c e t h en e wm a p p i n gp r o c e s sg m p ( g e n e r i cm a p p i n gp r o c e d u r e ) w h i c hp r o p o s e d i nt h en g o t na n dt h et r a d i t i o n a l a s y n c h r o n o u sm a p p i n gm e t h o da m p ( a s y n c h r o n o u sm a p p i n gp r o c e d u r e ) a r eu s e dt o a d a p tt h ec u s t o m e rd a t ai n t os e r v e rd a t ar e s p e c t i v e l y 2 ) d e s i g n i n gt w of i l t e rm o d u l e s o n ei sas e c o n d - o r d e rl o w p a s sf i l t e ru s e dt oa n a l y z et h ed e m a p p i n gp r o c e s so fs i g n a l s a n dt h eo t h e ri saf i r s t o r d e rh i g h p a s sf i l t e ru s e dt om e a s u r eo fc l o c kp e r f o r m a n c e r e s p e c t i v e l y 3 ) d e s i g n i n gt h ec a c h em o d u l ew h i c h i su s e df o rs i m u l a t i n gt h em a p p i n g p r o c e s s e s 4 ) i m p l e m e n t i n gac l o c kp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nm o d u l e ，t h em o d u l ei s c o n s i s t e do ft w op a r t so fa l g o r i t h m s ，t h e y r et h em a x i m u mt i m ei n t e r v a le r r o ra l g o r i t h m a n dt h et i m ev a r i a n c ea l g o r i t h mr e s p e c t i v e l y e a c hm o d u l ea b o v ei sa c h i e v e d ，a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea b t a i n e di nt h i s d i s s e r t a t i o n i na d d i t i o n ，t h es p e c i f i c a t i o n sf o rc l o c kp e r f o r m a n c eo na l ls t a g e so fo t n a r ed e s c r i b e d ，a n dt h ed e t a i l so ft h ev a r i o u ss o u r c e sw h i c hh a dt h ei n f l u e n c e so nt h e c l o c kp e r f o r m a n c ea n dt h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r ea n a l y z e dd e e p l y t h e c r e a t i o n si nt h i sd i s s e r t a t i o nc o m ef r o mi n s e r t i n gt h en e w e s ti n t e r f a c e sa n dt h em a p p i n g p r o c e s si n t ot h eo t nm o d e l ，a n da c c o r d i n gt ot h er e s u l t sw h o s ea c c u r a c yh a db e e n v e r i f i e d ，t h ea d v a n t a g eo fg m p w h i c hh a sl e s si m p a c to nt h ec l o c kp e r f o r m a n c eo fo t n i sp r o v e d t h em o d e la n dt h es i m u l a t i n gr e s u l t s 鶴p r e s e n t e dc a nb ea p p l i e dt od e s i g na n d e v a l u a t et h ec l o c kp e r f o r m a n c eb e f o r ei m p l e m e n t i n g k e yw o r d ：o t n ( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) 、c l o c kp e r f o r m a n c e 、m a p p i n gp r o c e s s 目錄 目錄 第一章引言l 1 1 論文選題的背景及意義1 1 2 論文選題的研究進(jìn)展2 1 3 本文的主要工作4 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述5 2 1 光傳送網(wǎng)體系介紹5 2 1 1 電層接口說明6 2 1 2n g o t n 的新增接口7 2 2 映射和復(fù)用8 2 2 1 映射和復(fù)用結(jié)構(gòu)圖8 2 2 2 映射9 2 2 3 復(fù)用l3 第三章網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能1 6 3 1 時(shí)鐘抖動(dòng)和漂移一1 6 3 2 時(shí)鐘抖動(dòng)的分類1 7 3 2 1 隨機(jī)抖動(dòng)l8 3 2 2 確定性抖動(dòng)l8 3 3 網(wǎng)絡(luò)中時(shí)鐘性能劣化2 0 3 4 光網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能的要求和規(guī)范一2 2 3 4 1o t u k 的最大輸出抖動(dòng)和漂移的網(wǎng)絡(luò)限值2 2 第四章模型設(shè)計(jì)2 4 4 1 模型的整體設(shè)計(jì)2 4 4 1 1 模型整體結(jié)構(gòu)2 4 4 1 2 光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的構(gòu)建2 5 4 1 3 仿真步驟2 7 i v 目錄 4 1 4 模型的輸入2 7 4 2 映射參考模型( h i m ) 描述2 8 4 3 映射及復(fù)用模型設(shè)計(jì)2 9 4 3 1 模型中映射的設(shè)計(jì)2 9 4 3 2 復(fù)用過程相位信息算法3 4 4 4 濾波器的設(shè)計(jì)3 6 4 4 1 一階高通測(cè)量濾波器3 6 4 4 2 二階低通、2 0 d b d e c a d e 解同步濾波器3 7 4 5 時(shí)鐘性能衡量算法3 8 4 5 1 時(shí)間間隔誤差( t i e ) 3 9 4 5 2 最大時(shí)間間隔誤差( m t i e ) 4 0 4 5 3 時(shí)間方差( t d e v ) 4 l 第五章仿真結(jié)果及分析4 2 5 1 仿真運(yùn)行環(huán)境4 2 5 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析4 2 5 2 1 模型可靠性驗(yàn)證4 2 5 2 2 基于不同映射的下一代光傳送網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘性能仿真4 5 第六章結(jié)論4 9 致謝5 0 參考文獻(xiàn)5l 攻碩期間取得的研究成果5 4 v 引言 1 1 論文選題的背景及意義 引言 光傳送網(wǎng)絡(luò)( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，o t n ) 是由一組通過光纖鏈路連接在 一起的網(wǎng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供基于光通道的客戶信號(hào)的傳送、復(fù)用、路由、 管理、監(jiān)控以及保護(hù)【。o t n 網(wǎng)絡(luò)是在同步數(shù)字系列( s y n c h r o n i z a t i o nd i g i t a l h i e r a r c h y ，s d h ) 傳送網(wǎng)絡(luò)投入應(yīng)用之后的新一代傳送網(wǎng)體制，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶 寬飛速發(fā)展，映射進(jìn)s d h 的開銷增大，而通過映射進(jìn)入o t n 網(wǎng)絡(luò)可以提供更高 效率的傳送，這種優(yōu)勢(shì)在骨干網(wǎng)絡(luò)大帶寬尤為明顯。o t n 網(wǎng)絡(luò)通過“數(shù)字包封 ( d i g i t a lw r a p p e r ) 技術(shù)能夠準(zhǔn)確無誤地傳送各種客戶業(yè)務(wù)，例如：以太網(wǎng)、i p 業(yè) 務(wù)等等，s d h 業(yè)務(wù)等。傳統(tǒng)的波分復(fù)用( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，w d m ) 網(wǎng)絡(luò)不具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理能力，而且其網(wǎng)絡(luò)生存性能較差，而o t n 網(wǎng)絡(luò)通過改造 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，提供了強(qiáng)大的監(jiān)管( o p e r a t i o n a d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e ，o a & m ) 功 能，由此提升了網(wǎng)絡(luò)的生存性；另外，大顆粒的調(diào)度更適用于骨干網(wǎng)絡(luò)，使其易 于構(gòu)建t 階別的骨干傳送網(wǎng)；o t n 還提供多大6 階的t c m ( t e r m i n a l t o c o m p u t e r m u l t i p l e x e r ) 功能，組織多階子網(wǎng)以提供分段監(jiān)視管理功能，解決了跨網(wǎng)，跨運(yùn)營(yíng) 商的各種監(jiān)視管理問題，提供了良好的傳送層支撐。并通過i po v e ro t n o v e rf i b e r 的方式，使物理封裝層次更短，傳送效率更高、支持帶寬更大、傳送層的監(jiān)視管 理更完善的傳送管道【2 1 。o t n 還有一個(gè)明顯特征就是與客戶特定特性無關(guān)。所以， 當(dāng)不同速率的客戶信號(hào)進(jìn)入o t n 網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃俾收{(diào)整，即映射。具體 而言，映射是指在o t n 網(wǎng)絡(luò)邊界處，將支路信號(hào)適配進(jìn)容器的過程。例如：將各 種速率信號(hào)先經(jīng)過碼速調(diào)整，分別裝入到各自相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器中，再加上相應(yīng)的 低階或高階的通道丌銷，裝入對(duì)應(yīng)的容器中。由于映射使光傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的裝 載格式發(fā)生改變，在傳輸過程中，會(huì)對(duì)時(shí)鐘產(chǎn)生不同程度的影響。 物質(zhì)存在及運(yùn)動(dòng)的基本屬性之一就是時(shí)問屬性。作為科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)以 及工程技術(shù)等方面的基本物理參量，精密的時(shí)間為一切系統(tǒng)和時(shí)序過程的定時(shí)定 量研究提供重要并且必不可少的時(shí)系坐標(biāo)。在一般的r 常生活中，時(shí)間精確到分 鐘或秒就足夠，更高級(jí)的就是在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用方面，時(shí)間精確度達(dá)到納秒就能夠 滿足需求。但是，在眾多大型物理實(shí)驗(yàn)、國(guó)防以及工業(yè)的應(yīng)用中，時(shí)間測(cè)量常常 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 被作為是一種重要的鑒別探測(cè)的手段，精確度要求是非常嚴(yán)格的，達(dá)到了納秒量 階，甚至于達(dá)到了皮秒的量級(jí)。因此，如何提高時(shí)間測(cè)量的精度是現(xiàn)在眾多學(xué)者 追求的目標(biāo)。運(yùn)用數(shù)字電路來進(jìn)行時(shí)間轉(zhuǎn)換是時(shí)間測(cè)量的基本手段，它的基本方 法是將攜帶時(shí)間信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然而，絕對(duì)的時(shí)間信息往往不 具有太大的意義，而相對(duì)的時(shí)間信息才更有意義，所以眾多的場(chǎng)合都應(yīng)用了時(shí)間 間隔信息測(cè)量的概念。精密的時(shí)間間隔測(cè)量在原子物理研究、相對(duì)論研究、地球 動(dòng)力學(xué)研究、人造衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)測(cè)地和脈沖星周期研究等研究領(lǐng)域有著重要的作用， 而且在諸如航空航天、太空通訊、地質(zhì)測(cè)繪、導(dǎo)航通信、電力傳輸和科學(xué)計(jì)量等 應(yīng)用研究、國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中也有著普遍的應(yīng)用，對(duì)于時(shí)鐘的測(cè)量已經(jīng)深入 到人們社會(huì)生活的方方面面，無所不及p j 。 另外，時(shí)鐘信號(hào)對(duì)于數(shù)據(jù)采集和串行通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的因素， 比如在采樣電路、同步系統(tǒng)、混頻電路、調(diào)制電路等設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量的劣 化會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重大的影響。隨著數(shù)字電路和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)速度的增 大，對(duì)時(shí)鐘質(zhì)量的測(cè)量也變得越發(fā)的重要。對(duì)于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，隨著輸 入信號(hào)頻率的增加，系統(tǒng)時(shí)鐘的性能對(duì)信噪比的影響也更大。所以評(píng)估和測(cè)量時(shí) 鐘的大小和分布近年來已經(jīng)成為了學(xué)者們研究的熱點(diǎn)，對(duì)于時(shí)鐘性能的測(cè)量具有 十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。正是由于網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘設(shè)計(jì)屬于高速傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要 部分，系統(tǒng)的各個(gè)階段都要求時(shí)鐘的質(zhì)量保持特定的等級(jí)，所以i t u t 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 中定義了時(shí)鐘在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)接口上的預(yù)期性能，以保證在實(shí)現(xiàn)過程中傳輸質(zhì)量和傳 輸設(shè)備的無縫集成【4 j 。 1 2 論文選題的研究進(jìn)展 在2 0 0 3 年3 月的i t u - t 會(huì)議上，g 7 0 9 y 1 3 3 l 協(xié)議中定義了用于光網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng) 使用的光傳送網(wǎng)( o t n ) 的接口( 包括光傳送體系o t h 、多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)的開銷功能、 幀結(jié)構(gòu)、b i t 速率、客戶信號(hào)的映射格式) ，以及光子網(wǎng)運(yùn)行和管理所需的開銷功能， 由此奠定了光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)。o t n 體系的最初提出，是為了更好的為s d h 信號(hào)服務(wù)。目前o t n 電層信號(hào)的層次結(jié)構(gòu)分為三階：o p u 、o d u 、o t u ，速率等 階也分為三階：o p u i 一3 、o d u l 3 、o t u l 3 。最低速率等階的容器o p u l 的速率 為2 4 8 8 3 2 0k b i t s ，而這個(gè)速率恰好就是s t m 6 4 的速率【4 1 。所以，整個(gè)o t n 體系 對(duì)于s d h 的適配是很方便的。但隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)以其高效、簡(jiǎn)明、 標(biāo)準(zhǔn)開放、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，逐漸成為局域網(wǎng)技術(shù)的主流。近年來，以太網(wǎng)更是 2 第一章引言 以異常迅猛的勢(shì)頭高速發(fā)展【5 j 。1 9 9 8 年i e e e 會(huì)議上通過的g e 標(biāo)準(zhǔn)( 8 0 2 3 z ) 以 及2 0 0 2 年i e e e 會(huì)議上通過的1 0 0 g e 標(biāo)準(zhǔn)( 8 0 2 3 a e ) 的出現(xiàn)，使得以太網(wǎng)逐步脫 離了局域網(wǎng)的范疇，向著城域的方向邁進(jìn)【6 】。以太網(wǎng)的這種普遍應(yīng)用，對(duì)傳送網(wǎng)提 出了新的要求。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)怎么高效、靈活的適配進(jìn)傳送網(wǎng)并有效地進(jìn)行傳 送，是各大電信公司、設(shè)備提供商所面臨的一大難題【。7 1 。為此，2 0 0 7 年在i t u t 會(huì)議上，提出了n g o t n 的體系結(jié)構(gòu)【引。其主要思想如下：n g o t n 轉(zhuǎn)變o t n 為 s d h 服務(wù)的思路，轉(zhuǎn)向?yàn)閑 t h 業(yè)務(wù)進(jìn)行服務(wù)，因此n g o t n 的主要改變體現(xiàn)在 改進(jìn)原有o t n 體系結(jié)構(gòu)以適應(yīng)各種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳輸。關(guān)鍵點(diǎn)是各種以太網(wǎng)業(yè)務(wù) 的容器，以及映射復(fù)用體系；n g o t n 需要支持靈活多業(yè)務(wù)，因此提出了m s o t n ( 多業(yè)務(wù)o t n ) 的概念，靈活的承載多種業(yè)務(wù)方式，以以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為主，其他業(yè) 務(wù)都能很好的得到支持【9 】。 在客戶業(yè)務(wù)處理方面，存在著多種映射方法。傳統(tǒng)的映射方法包括a m p 映射， 但是該映射方法只能針對(duì)固定格式的客戶信號(hào)進(jìn)行速率適配，普適性較差。2 0 0 5 年8 月的r r u - t 會(huì)議上提出的g 7 0 4 1 規(guī)范中，提出了g f p ( 通用成幀規(guī)程) 。g f p 具有成幀映射和透明映射兩種方式可以分別應(yīng)對(duì)不同需求的業(yè)糾1 0 , 1 1 】。成幀映射需 要將客戶數(shù)據(jù)緩存下來再封裝到g f p 幀結(jié)構(gòu)中，此方式適用于對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)不敏 感的業(yè)務(wù)，對(duì)于那些需要更小時(shí)延以及更高傳輸效率的業(yè)務(wù)處理起來就比較困難 【1 2 l 。2 0 0 7 年提出的n g o t n 體系結(jié)構(gòu)中，提出了一種新的映射方法g m p ( 通用 映射規(guī)程) 。它提供了一種支持透明傳輸固定比特率信號(hào)的方法，這種固定比特率 的范圍在o 到o p u ( 載荷區(qū)域的帶寬范圍。 盯u - t 中關(guān)于數(shù)字傳輸網(wǎng)同步與定時(shí)性的標(biāo)準(zhǔn)主要有g(shù) 8 1 0 ，( 2 8 1 l ，( 2 8 2 1 ， ( 2 8 1 2 及( 2 8 1 s 等，對(duì)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)和漂移容限范圍的定義標(biāo)準(zhǔn)有( 2 8 2 3 ，g 8 2 4 ， g ；8 2 5 1 3 , 1 4 l 。其中g(shù) 8 1 0 定義了定時(shí)模式的規(guī)范，( 2 8 1 l 規(guī)定了適用于準(zhǔn)同步操作的 主基準(zhǔn)時(shí)鐘輸出的時(shí)鐘要求，g 8 1 2 定義了適用于從鐘輸出的時(shí)鐘要求。實(shí)際上， 不論是異步傳送網(wǎng)、準(zhǔn)同步傳送網(wǎng)還是同步傳送網(wǎng)，符合( 2 8 11 和g 8 1 2 特性的時(shí) 鐘作為同步定時(shí)源都是適用的。( 2 8 2 3 和( 2 8 2 4 規(guī)范了速率在1 5 4 4 k b i u s 系列的數(shù) 字傳送網(wǎng)的時(shí)鐘抖動(dòng)和漂動(dòng)的容限范圍。( 2 8 2 5 定義了基于同步數(shù)字網(wǎng)的抖動(dòng)和漂 移的容限。另外，網(wǎng)絡(luò)傳送設(shè)備的輸出抖動(dòng)漂移特性又與時(shí)鐘的輸出噪聲特性、 同步鏈路的抖動(dòng)漂動(dòng)特性以及傳輸鏈路的漂移特性密切相關(guān)1 1 5 , 1 6 1 。例如，( 2 7 8 3 和( 2 9 5 8 建議規(guī)定了在同步傳送設(shè)備的s t m n 接口輸入處的抖動(dòng)和漂移應(yīng)該符合 相應(yīng)的模板要求，而同步傳送設(shè)備在( 2 7 0 3 接口處的輸入抖動(dòng)漂移容限則又應(yīng)該符 合( 2 8 2 3 g 8 2 4 規(guī)定的模板要求1 1 7 l 引。由于在o t n 設(shè)備接口輸入處的抖動(dòng)和漂移 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 容限由協(xié)議g 8 2 5 1 給出，本文所涉及的o t n 設(shè)備接口處的輸入抖動(dòng)漂移容限應(yīng)符 合g 8 2 5 1 規(guī)定的模板要求【1 9 1 。 1 3 本文的主要工作 本文首先對(duì)下一代光傳送網(wǎng)的體系架構(gòu)進(jìn)行建模，模擬客戶信號(hào)的時(shí)鐘在下 一代光傳送網(wǎng)中的傳送和變化，其中通過選擇不同的映射方式將以太客戶信號(hào)適 配到下一代光傳送網(wǎng)上進(jìn)行傳送，最終通過對(duì)接收端恢復(fù)出的客戶時(shí)鐘與理想客 戶時(shí)鐘的對(duì)比，得出各種映射方式對(duì)于下一代光傳送網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能的影響。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章主要介紹不同的映射方法對(duì)下一代光傳送網(wǎng)絡(luò)影響的研究背景及其意 義，介紹了光傳送網(wǎng)絡(luò)以及時(shí)鐘性能的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并敘述了本文的主要工 作和內(nèi)容安排。 第二章描述光傳送網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)體系以及關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)介紹了各組成部分 的結(jié)構(gòu)和功能以及不同映射的實(shí)現(xiàn)方式和運(yùn)行機(jī)制等。 第三章詳細(xì)地討論了傳輸系統(tǒng)中時(shí)鐘劣化的原因，以及對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)所造 成的影響，并對(duì)光網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能的標(biāo)準(zhǔn)要求和規(guī)范進(jìn)行了說明。 第四章對(duì)光網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能模型進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，完成各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和具體 實(shí)現(xiàn)方法，給出了各個(gè)關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)的理論背景知識(shí)、設(shè)計(jì)流程圖、模型示意圖 等，以及用以驗(yàn)證不同映射方法和客戶速率的參數(shù)設(shè)置表等。 第五章在分析了不同映射方法對(duì)下一代光網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘性能影響的基礎(chǔ)上，得出 了對(duì)比結(jié)論，并給出了仿真結(jié)果和分析報(bào)告。 第六章為結(jié)論部分，對(duì)完成的主要工作進(jìn)行總結(jié)，并為下一步工作提出有益 的建議。 4 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述 本章主要介紹了光傳送網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，接口的定義以及各種映射方式的定義， 并詳細(xì)描述了光傳送網(wǎng)中對(duì)客戶信號(hào)進(jìn)行映射和復(fù)用的實(shí)現(xiàn)過程。該體系結(jié)構(gòu)和 映射復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方式作為仿真模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在構(gòu)造模型的過程中具有重要的 地位。 2 1 光傳送網(wǎng)體系介紹 o t n 接口的體系結(jié)構(gòu)如圖2 1 所示，該圖表示了客戶信號(hào)在o t n 中進(jìn)行傳送 的封裝過程，主要是分為電層處理和光層處理。圖中客戶信號(hào)( c l i e n t ) 首先映射 在光信道凈荷單元( o p t i c a lc h a n n e lp a y l o a du n i t 。k ，o p u k ) 中。o p u k 映射進(jìn)光 信道數(shù)據(jù)單元( o p t i c a lc h a n n e ld a t au n i t - k ，o d u k ) ，而o d u k 映射進(jìn)光信道傳送 單元( o p t i c a lc h a n n e lt r a n s p o r tu n i t k ，o t u k ) 中并加入相應(yīng)開銷以及前向糾錯(cuò) 編碼( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，f e c ) 后，將o t u k 映射到光信道( o p t i c a lc h a n n e l ， o c h ) 中，繼而將o c h 調(diào)制在光信道載體( o p t i c a lc h a n n e lc a r r i e r ，o c c ) 上， 在光層進(jìn)行波分傳送【2 0 】。 。c。l。i。e。nt。! 眥口o 暖_ _ _ j o p u k 二二 。叫p o d u k i 二二二 o r u k $ e c t i o n 。o t o t l kn # 0 io t l k n # n - 1 n 。o c i r 至型e 剜 圖2 1o t n 的接i = 1 結(jié)構(gòu)圖 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 1 電層接口說明 l 、o p u k o p u k ( k = 1 , 2 ，3 ) 幀結(jié)構(gòu)由下圖給出。 圖2 - 2o p u k 幀結(jié)構(gòu)f 2 1 l 如圖2 2 所示的o p u k 幀結(jié)構(gòu)中可以看出，o p u ( 的幀結(jié)構(gòu)是按照基于字節(jié)的 具有4 行和3 8 1 0 列的塊狀幀結(jié)構(gòu)組織。o p u k 幀的兩個(gè)主要區(qū)域是：o p u k 開銷 域，o p u k 凈荷域。其中第1 5 一1 6 列專門用于o p u k 的開銷域，第1 7 3 8 2 4 列專門 用于o p u k 凈荷域。 2 、o d u k o d u k ( k = 1 , 2 ，3 ) 幀結(jié)構(gòu)在圖2 3 中給出。 圖2 - 3o p u k 幀結(jié)構(gòu)【2 1 i o d u k 按照基于字節(jié)的4 行和3 8 2 4 列塊狀幀結(jié)構(gòu)組織。o d u k 幀的兩個(gè)主要 區(qū)域?yàn)椋簅 d u k 開銷區(qū)域，o p u k 區(qū)域。其中第1 列至1 4 列為o d u k 開銷區(qū)域?qū)?用，第1 5 至3 8 2 4 列為o p u k 區(qū)域?qū)Ｓ谩?3 、o t u k o t u k ( k = 1 , 2 ，3 ) 幀結(jié)構(gòu)在基于o d u k 幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用了前向誤碼糾錯(cuò) ( f e c ) 擴(kuò)展，如圖2 4 所示。o d u k 幀中添加了2 5 6 列用作f e c ，同時(shí)o d u k 丌銷 中第l 行的第8 1 4 列的保留開銷字節(jié)用作o t u k 的指定開銷，產(chǎn)生一個(gè)基于字節(jié) 的具有4 行4 0 8 0 列的塊幀結(jié)構(gòu)。 6 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述 2 1 2n g o t n 的新增接口 圖2 - 4o t u k 幀結(jié)構(gòu)皿1 i 隨著需求的不斷增多，越來越多的不同類型的客戶信號(hào)( 如s d h 、e t h e m e t 、 f i b e rc h a n n e l 等) 需要在o t n 上進(jìn)行傳輸【2 。o t n 以下列路線不斷地向前演進(jìn)： o t n 最初的客戶信號(hào)主要是針對(duì)s d h 信號(hào)，通過密集波分復(fù)用( d e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，d w d m ) 將信號(hào)復(fù)用在一條光纖中進(jìn)行傳送。當(dāng)前應(yīng)用的 o t n 中只含有3 種基于s d h 客戶信號(hào)的接口速率：2 5g b i t s 、1 0g b i t s 、4 0g b i t s 。 然而作為傳送層，要求o t n 既能有效利用帶寬又能將各種速率和類型的客戶信號(hào) 有效地進(jìn)行傳輸。為此，在2 0 0 7 年的i t u t 會(huì)議上，提出了o t n 的演進(jìn)體系結(jié) 構(gòu)n g o t n 。n g o t n 主要體現(xiàn)在為了適配現(xiàn)有的以太業(yè)務(wù)【1 8 1 ，改進(jìn)了裝載客戶信 號(hào)的容器和映射復(fù)用的體系；支持高速率( 4 0g b i t s 、1 0 0g b i t s 客戶信號(hào)) 的傳 輸；構(gòu)造以以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為主，各種業(yè)務(wù)都能得到很好支持的多種業(yè)務(wù)傳輸體系瞄j 。 在接口單元方面，n g o t n 作出了下列調(diào)整，首先n g o t n 中o d u ( o p t i c a ld a t a u n i t 光數(shù)據(jù)單元) 的復(fù)用層次在原先兩層復(fù)用結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更新為了四層復(fù)用結(jié) 構(gòu)，即： 由o d u l 專o d u 2 專o d u 3 更新為o d u 0 o d u l 今o d u 2 - - ) o d u 3 o d u 4 新增的接口信號(hào)中包含了需要新增的客戶信號(hào)速率，具體的n g o t n 的接口 類型和速率在表2 。l 中示出田j 。 這個(gè)調(diào)整主要是為了更好進(jìn)行傳輸各種新老客戶信號(hào)：為了兼容1 0g b el a n p h y 信號(hào)，定義了速率茭j ( 2 3 9 2 3 7 ) ( 1 0 3 1 2 5 ) g b i t s 的o d u 2 e ；為了兼容4 個(gè)o d u 2 e 信號(hào)，又定義了速率在4 1 7g b i t s ( t h ee x a c tr a t ei sc u r r e n t l yt b d ) 的o d u 3 y 。為了 兼容1 0 0g b i t s 客戶信號(hào)，提出了速率約在1 0 0g b i t s 的o d u 4 2 3 j 。在n g o t n 體 7 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 系結(jié)構(gòu)中，o d u 0 是一個(gè)重要的組成部分。o d u 0 的定義是為了更好的適配lg b i t s 的以太客戶信號(hào)。在2 0 0 8 年2 月的i t u - t 會(huì)議，提出了o d u 0 應(yīng)該具有1 2 4 9g b i t s 的速率。但后來的討論中發(fā)現(xiàn)，由于2 5g b i t s 的接口應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹V泛，所以為了 節(jié)約帶寬，就需要在o t u l 里面有效的裝載兩個(gè)g e o d u 0 信號(hào)。這就使得o d u 0 的速率必須比o d u l 的5 0 要小。所以后來提出了1 2 4 4g b i t s 的速率。將o d u 0 速率定義為1 2 4 4g b i t s 的理由主要為如下三點(diǎn)【2 4 】：l 、市場(chǎng)的要求和低成本的考 慮；2 、兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；3 、支持lg b i t s 以太信號(hào)的有效傳送。為了使n go t n 時(shí)隙允許客戶信號(hào)的速率小于2 5g b i t s 而且盡可能地節(jié)約帶寬【2 5 1 ，最后將n g o t n 的時(shí)隙帶寬定義為1 2 5g b i 如。 表2 - 1 四層復(fù)用結(jié)構(gòu)的o d u 類型及速率1 o d u 類型o d u 標(biāo)稱比特速率 o d u 0l2 4 41 6 0 k b i t s o d u l2 3 9 2 3 8 24 8 83 2 0k b i t s o d u 22 3 9 2 3 7x99 5 32 8 0k b i t s o d u 32 3 9 2 3 6 3 98 1 31 2 0k b i t s o d u 42 3 9 忽2 7x9 95 3 28 0 0k b i t s o d u 2 e2 3 9 2 3 7 1 031 25 0 0k b i t s 注：標(biāo)稱o d u k 速率約為：24 9 87 7 5 1 2 6k b i t s ( o d u i ) ， 1 00 3 72 7 3 9 2 4k b i t s ( o d u 2 ) ，4 03 1 92 1 8 9 8 3k b i t s ( o d u 3 ) ，1 0 4 7 9 44 4 5 8 1 5k b i t s ( o d u 4 ) 以及1 03 9 95 2 5 3 1 6k b i t s ( o d u 2 e ) 。 2 2 映射和復(fù)用 2 2 1 映射和復(fù)用結(jié)構(gòu)圖 在圖2 5 中顯示了各種信息結(jié)構(gòu)元之間的關(guān)系，并闡明了o t n 的復(fù)用結(jié)構(gòu)和 映射( 包括波長(zhǎng)和時(shí)分復(fù)用) 。 由圖2 5 可以看出： l 、當(dāng)客戶信號(hào)速率為2 5g b i t s 被傳送時(shí)，有下列幾條復(fù)用映射路線上線路 進(jìn)行傳送： 1 ) 映射進(jìn)入o d u l 中，4 個(gè)o d u i 復(fù)用進(jìn)o d u 2 ，4 個(gè)o d u 2 又復(fù)用進(jìn)o d u 3 中，o d u 3 再映射進(jìn)o t u 3 ，同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線路進(jìn)行傳送，此時(shí)線路 r 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述 的速率約為4 0g b i t s ； 2 ) 映射進(jìn)入o d u l 中，4 個(gè)o d u l 復(fù)用進(jìn)o d u 2 ，o d u 2 再映射迸o t u 2 ， 同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線路進(jìn)行傳送，此時(shí)線路的速率約為1 0g b i t s ； 3 ) 映射進(jìn)入o d u l 中，o d u l 映射進(jìn)o t u l ，同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線路 進(jìn)行傳送，此時(shí)線路的速率約為2 5g b i t s 。 2 、當(dāng)客戶信號(hào)速率為1 0g b i f f s 被傳送時(shí)，有下列幾條復(fù)用映射路線上線路進(jìn) 行傳送： 1 ) 映射進(jìn)入o d u 2 中，4 個(gè)o d u 2 復(fù)用進(jìn)o d u 3 ，o d u 3 再映射進(jìn)o t u 3 ， 同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線路進(jìn)行傳送，此時(shí)線路的速率約為4 0g b i t s ； 2 ) 映射進(jìn)入o d u 2 中，o d u 2 再映射進(jìn)o t u 2 ，同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線 路進(jìn)行傳送，此時(shí)線路的速率約為1 0g b i t s 。 3 、當(dāng)客戶信號(hào)速率為4 0g b i t s 被傳送時(shí)，有以下復(fù)用映射路線上線路進(jìn)行傳 送： 1 ) 映射進(jìn)入o d u 3 中，o d u 3 映射進(jìn)o t u 3 ，同時(shí)加入f e c 糾錯(cuò)碼，上線路 進(jìn)行傳送，此時(shí)線路的速率約為4 0g b i t s 。 圖2 - 5o t n 的復(fù)用結(jié)構(gòu)和映射圖【2 1 i 2 2 2 映射 映射是指將客戶信號(hào)適配進(jìn)服務(wù)器信號(hào)中，以使客戶信號(hào)在傳送層進(jìn)行更好 地傳送【2 6 1 。 l 、傳統(tǒng)的映射方式 在客戶業(yè)務(wù)承載方面，傳統(tǒng)的映射方式分為比特同步映射和異步映射。 總體而言，在o t n 傳送網(wǎng)絡(luò)中，被映射的o p u k 凈荷由4 3 8 0 8 字節(jié)組成， 如下圖所示【2 3 1 。 9 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 - 6 映射示意圖 圖中o p u ko h ( o v e r h e a d ) 為o p u k 的開銷段，其中r e s ( r e s e r v e df o rf u t u r e i n t e m a t i o n a ls t a n d a r d i z a t i o n ) 為保留字節(jié)，j c ( j u s t i f i c a t i o no v e r h e a d ) 為調(diào)整控制 字節(jié)，n j 0 ( n e g a t i v ej u s t i f i c a t i o no v e r h e a d ) 和p j o ( p o s i t i v e j u s t i f i c a t i o no v e r h e a d ) 分別為正負(fù)調(diào)整機(jī)會(huì)字節(jié)，下面詳細(xì)描述傳統(tǒng)映射方式的調(diào)整方式，以及這些調(diào) 整開銷的用法。 1 ) 調(diào)整機(jī)制 o p u k 包含了3 個(gè)調(diào)整控制字節(jié)j c ，一個(gè)負(fù)調(diào)整機(jī)會(huì)( n j o ) 字節(jié)以及一個(gè)正調(diào) 整機(jī)會(huì)( p j o ) 字節(jié)。映射處理時(shí)按照2 2 產(chǎn)生j c 、n j o 和p j o 。解映射按照表2 3 解釋j c 、n j o 和p j o 。由于開銷段中含有3 個(gè)j c ，因此使用多數(shù)判決法來確定解 映射處理中的調(diào)整，以防止三個(gè)j c 信號(hào)中的錯(cuò)誤。其中的j u s t i f i c a t i o nb y t e 規(guī)定為 全零，在解收端將忽略這些調(diào)整字節(jié)。 j cn j o p j o 0 o調(diào)整字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié) 0l數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié) lo未定義 ll調(diào)整字節(jié) 調(diào)整字節(jié) j cn j o p j o 00調(diào)整字：爺數(shù)據(jù)字節(jié) ol數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)字：巋 l0調(diào)整字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié) l l 調(diào)整字：i i 調(diào)整字節(jié) l o 第二章光傳送網(wǎng)架構(gòu)描述 其中，當(dāng)映射方式為異步映射時(shí)，o p u k 信號(hào)由本地時(shí)鐘在規(guī)定的限值內(nèi)產(chǎn)生， 其獨(dú)立于客戶信號(hào)。客戶信號(hào)使用正負(fù)零調(diào)整機(jī)制映射到o p u k 中。 2 ) 映射方式 以上是對(duì)調(diào)整機(jī)制的描述，另外，為了更好地適配客戶信號(hào)速率，在協(xié)議g 7 0 9 中分別通過規(guī)定以下固定的格式將s t m - n 客戶信號(hào)中c b r 2 g 5 ，c b r l 0 g ， c b r 4 0 g ( 如：s t