什么是TDM.docx
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什么是TDM
什么是TDM?
TDM:
时分复用和复用器(TDM:
TimeDivisionMultiplexandMultiplexer)
时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。
电信中基本采用的信道带宽为DS0,其信道宽为64kbps。
电话网络(PSTN)基于TDM技术,通常又称为TDM访问网络。
电话交换通过一些格式支持TDM:
DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。
E1TDM支持2.048Mbps通信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64kbps。
T1TDM支持1.544Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64kbps,其中8kbps信道用于同步操作和维护过程。
E1和T1TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输,与后来出现的其它类型数据没有什么不同。
E1和T1TDM目前也应用于广域网链路。
BRITDM是通过交换机基本速率接口(BRI,支持基本速率ISDN,并可用作一个或多个静态PPP链路的数据信道)提供。
基本速率接口具有2个64kbps时隙。
TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。
时分复用器是一种利用TDM技术的设备,主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。
来自多个不同源的数据被分解为各个部分(位或位组),并且这些部分以规定的次序进行传输。
这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。
必须维持好传输顺序,从而输入数据流才可以在目的端进行重组。
特别值得注意的是,相同设备通过相同TDM技术原理却可以执行相反过程,即:
将高速率数据流分解为多个低速率数据流,该过程称为解除复用技术。
因此,在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器(Demultiplexer)是常见的。
TDM就是时分复用模式。
时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。
每一个时隙的速率为一个标准的PCM(Pulse-Code-Modulation)话路64Kbps。
每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz,即帧周期为125us。
TDM简介
TimeDivisionMultiplexing--时分复用
TDM就是时分复用模式。
时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。
电信中基本采用的信道带宽为DS0,其信道宽为64kbps。
每一个时隙的速率为一个标准的PCM(Pulse-Code-Modulation)话路64Kbps。
每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz,即帧周期为125us。
电话网络(PSTN)基于TDM技术,通常又称为TDM访问网络。
电话交换通过一些格式支持TDM:
DS0、T1/E1TDM以及BRITDM。
E1TDM支持2.048Mbps通信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64kbps。
T1TDM支持1.544Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64kbps,其中8kbps信道用于同步操作和维护过程。
E1和T1TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输,与后来出现的其它类型数据没有什么不同。
E1和T1TDM目前也应用于广域网链路。
BRITDM是通过交换机基本速率接口(BRI,支持基本速率ISDN,并可用作一个或多个静态PPP链路的数据信道)提供。
基本速率接口具有2个64kbps时隙。
TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。
时分复用器是一种利用TDM技术的设备,主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。
来自多个不同源的数据被分解为各个部分(位或位组),并且这些部分以规定的次序进行传输。
这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。
必须维持好传输顺序,从而输入数据流才可以在目的端进行重组。
特别值得注意的是,相同设备通过相同TDM技术原理却可以执行相反过程,即:
将高速率数据流分解为多个低速率数据流,该过程称为解除复用技术。
因此,在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器(Demultiplexer)是常见的。
EPON系统中TDM业务的实现
1EPON中如何实现TDM业务
Ethernet的封装方式使得EPON技术非常适于承载IP业务的同时也使其面临一个重大的难题——难以承载语音或电路方式数据等TDM业务。
EPON是基于以太网的异步传送网络,它没有全网同步的高精度时钟,无法满足TDM业务的定时和同步要求。
要解决TDM业务的定时同步问题同时又要保证TDM业务的QoS等技术难题不仅要在EPON系统自身设计上做改进,同时也需要采用一些特定的技术。
目前,在EPON系统上实现TDM业务传输最主要的一种方法是基于分组交换网络的电路仿真技术(CESoP,CircuitEmulationoverPacketSwitchedNet)。
1.1从电路交换到分组交换的基本思想
CESoP技术是指在非TDM网络上进行电路仿真,实现TDM业务如E1/T1,E3/DS3或是STM-1等在分组交换网络上的传送。
其基本原理就是在分组交换网络上搭建一个“通道”,通过增加报头,用IP包封装每个T1或E1帧,通过分组交换网(PSN)透传到对端。
目的端收到数据包后重新生成同步时钟信号,同时去掉数据包中的IP头,把其它数据转化成原始的TDM数据流,从而使网络两端的TDM设备不需关心其连接的网络是否为TDM网络。
CESoP对E1来说是透明传输,所以它对传统的电信网络兼容性非常好,所有传统的协议、信令、数据、语音、图象等业务,都能够原封不动的使用该项新技术;而且相关的设备不需做任何改动,可使电信运营商充分利用现有资源,把传统TDM业务应用在IP网上。
1.2电路仿真的实施
CESoP电路仿真要求在分组交换网络的两端都要有交互连接功能。
在分组交换网络入口处,交互连接功能将TDM数据转换成一系列分组,而在出口处则利用这一系列分组再重新生成TDM电路。
目前有结构化仿真和非结构化仿真这两种方法来实现这种交互功能模块。
结构化仿真使用了TDM电路中所固有的时隙结构。
首先将帧结构(如DS1中的F位)从数据流中提取出来,然后按顺序将每个时隙加入到分组的有效载荷内,后面再跟着下一帧的同一时隙,如此反复。
有效载荷全部填满后,再加上一个分组头,该分组就被发送到分组交换网络中。
有效载荷一般包含大约八帧TDM数据(对于E1电路而言即有256个八位位元)。
在分组网络的出口处,TDM数据流被重新产生,并使用新的帧结构。
非结构化的传输方式则忽略TDM电路中可能存在的任何结构,将数据看作给定数据速率的纯位流。
从TDM位流中按顺序截取一系列八位位组来构成分组的有效载荷。
因此,构成每个分组有效载荷的八位位组的数量是随机的。
一般选取有效载荷的长度使分组构成时间在1ms左右,对于T1电路,该长度为193个八位位组(见图2)。
对于E1电路,该长度为256个八位位元。
这样,TDM业务中的信令被透明传输,无须任何的信令协议转换设备就可以实现任何类型的TDM业务。
1.3CESoP的标准化
有关CESoP技术的标准化工作已在有条不紊地展开。
目前有4个标准化组织正在从事CESoP技术的标准化工作,分别是国际电信联盟(ITU,InternationalTelecommunicationsUnion);互联网工程任务组(IETF,InternetEngineeringTaskForce);MPLS与帧中继联盟(MFA,MPLSandFrameRelayAlliance);城域以太论坛(MEF,MetroEthernetForum)。
各组织正密切关注自己专长的领域。
ITU-T建议Y.1413ITU是关于在MPLS网络上实现TDM的建议。
定义了通过MPLS网络承载电路业务的格式。
该建议主要规定TDM-MPLS网络互通的必要功能要求。
这个标准支持结构化的TDM仿真和非结构化的TDM仿真。
IETF下属的边缘到边缘的伪线仿真(PWE3,PseudoWireEmulationEdge-to-Edge)工作组负责制定分组交换网(PSN)上仿真网络业务的机制。
被仿真的网络业务包括数字TDM专线、帧中继(FR)、ATM信元和ATM适配(AAL)、Ethernet和EthernetVLAN、HDLC、PPP等。
MPLS与帧中继联盟(MFA)最近发布了TDM仿真的实现协议MFA8.0.0,该协议规定了通过MPLS网络承载TDM电路仿真的封装格式、连接的建立与拆除等;还简化了通过MPLS承载TDM传输的问题,允许运营商向同时提供语音、视频和数据业务的单一融合的网络转移.
MEF则批准了新的电信级以太网技术规范MEFx(x=1,..,8)。
其中,MEF8规范规定了基于城域以太网的准同步数据系列(PDH)电路仿真的实现方法。
MEF8将和针对以太网测试步骤与网络管理的新规范一起促使城域以太网发展成为一种电信级传输技术。
随着这些标准的制定,不同设备制造商之间的互联互通问题将会逐步得到解决。
目前EPON厂商采用的TDM仿真芯片主要采用的还是IETF的PEW3工作组的边缘到边缘的伪线仿真(PEW3)技术。
2TDMoverEPON实现的关键技术
2.1时钟恢复与抖动平滑
时钟恢复与抖动平滑是TDM分组电路仿真实现中的两个关键技术
2.1.1时钟恢复
在任何通过分组实现电路交换的技术中,最关键的问题之一就是时钟恢复。
例如,在两个客户端之间使用专用租借线路通过运营商分组网络上的仿真链路进行连接,则客户TDM业务的频率fservice必须在分组网络的出口处精确地重新生成。
长时间的频率不匹配将导致分组网络出口处形成等待队列,如果重新生成的时钟比原时钟慢,则缓冲器被填满,反之则会被清空。
这两种情况都会造成数据丢失和服务质量下降。
而要实现对TDM业务的支持,ONU侧的时钟恢复技术是首先要解决的问题。
就电路仿真技术本身而言,目前主要有基于SDH的指针调整方式、差异方式和自适应等3种时钟恢复方式。
在IETF制定的文档draft-ietf-pwe3-sonet-09.txt中,定义了利用SDH指针调整技术实现分组网络中的定时同步。
同时还定义了显式指针调整中继(EPAR:
ExplicitPointerAdjustmentRelay)和自适应指针管理(APM:
AdaptivePointerManagement)这两种指针管理方式来实现网络同步操作:
EPAR方式通过重复发送端的指针调整事件来保证TDM数据以与发送端相同的速率被接收端读取,通常应用于发送端和接收端存在公共参考时钟的情况下;而APM则通过保持TDM数据以接收时相同的速率被接收端读取以维持抖动缓存的利用率在一定范围,此时通常发送端和接收端无公共的时钟参考。
由于EPAR和APM方式实现时钟恢复本质上都是基于传统SDH技术的指针调整,尽管能保证系统的时钟同步,但实现很复杂,成本很高,不适合在EPON系统规模应用。
差异方式是在发送端和接收端均采用高精度的时钟参考源,通过比较包的到达频率与主参考源的频率之差进行补偿,实现TDM业务的同步。
此方法具有很好的抖动和漂移特性,在很大程度上不受网络延时、网络延时变化和包丢失的影响,但是需要在两端均提供公共参考时钟。
该实现方式主要适用于发送端和接收端均位于电信机房或其他存在高精度电信时钟的场合,自适应时钟恢复方式则不需要发送端和接收端具有公共的参考时钟。
在接收端根据到达包所携带的信息就可以恢复出需要的时钟信息。
定时信息既可以是通过比较本地和远端的时标(Timestamp)值来获取,也可以根据包的间隔到达速率或抖动缓存的填充水平来获取。
由于EPON本身主要用于用户接入网,加上EPON可以给特定的数据包提供很高的服务质量,所以自适应的时钟恢复方式应用于EPON系统将会获得很好的时钟特性。
2.1.2抖动平滑
由于以太网采用共享信道,支持存储转发,数据包的传输延时无法控制,具有很大的随机性,造成包与包之间的传输时延差,即使所有分组都通过网络的同一路径进行传送,当它们到达网络出口处的交互功能模块时仍然会有一些时间偏差。
这种随机性反映在TDM数据的发送过程中,实际引入的瞬时抖动会远远超过正常TDM线路抖动容限,我们把它称之为“分组抖动”。
由于TDM电路具有恒定不变的位速率,因此我们可通过使用缓冲区来克服抖动,将较快到达的分组在输出之前进行缓存和排序,这样就可以补偿与其它较慢分组之间的延时差。
但由于语音通信的实时性要求比较高,缓冲区对丢失的包按空包处理。
如果缓冲区过小,就会出现溢出现象,导致丢包严重,从而不能很好实现抖动的平滑,而如果缓冲区过大,闸门打开的门限值就会加大,就会使延时加大,而语音等TDM业务对延时又有较高的要求,所以缓冲区大小的设计成为抖动平滑的关键。
2.2如何在多业务分组网络中给TDM业务提供更好的QoS服务
如何在多业务分组网络中给TDM业务提供更好的QoS服务,这是TDMoverEPON实现的又一关键问题。
EPON上的不同业务对QoS的要求不尽相同。
TDM业务占用带宽虽小,但对延时、抖动、漂移、误码率等指标有很高的要求;而视频业务则需占用较大的带宽,对延时也有一定要求,但可容忍一定程度的丢包;数据业务则需要占用更大的带宽,并且具有很强的突发性,对数据的完整性和准确性有较高要求,但对延时要求又较低。
要满足不同业务的QoS,同时又要给TDM业务提供更好的QoS服务,这就要求在实现TDM业务时充分考虑TDM业务对延时和抖动的严格要求。
解决这一技术难题不仅需要解决电路仿真中涉及的时钟恢复问题,而且还要在EPON系统上进行一定的功能改进。
目前烽火通信提出的解决方案是在EPON系统上为TDM业务指定了更高优先级的逻辑链路标识(LLID),从而保证TDM数据无丢失并且始终得到更高的服务质量;再者采用基于每个LLID的动态带宽分配算法,根据不同时刻的流量特性结合用户服务水平协议(SLA)通过REPORT-GATE机制实现带宽的有效利用。
实验证明通过采用这些措施不仅确保了TDM业务对延时抖动等指标的严格要求,而且保证了TDM业务的服务质量。
3烽火通信率先实现EPON系统上的TDM业务实现
烽火通信基于EPON的FTTH全业务解决方案是以EPON技术为基础,利用单一平台为客户提供数据、语音、视频以及TDM专线业务的综合可靠接入。
在这里值得一提的是,烽火通信率先突破了IEEE对EPON标准的规定,突破性实现了在EPON系统上承载语音和电路型数据业务,是当前为数不多的能在EPON系统中能提供TDM业务的公司之一。
其自主研制的AN5000系列采用领先的PWE3方式提供TDM业务封装,该系列中AN5116局端设备不仅提供大容量的TDM业务接口,同时内置64K级别的交叉连接功能,使得TDM业务的开展更加灵活,带宽利用效率更高。
作为FTTH研究领域的佼佼者,目前烽火通信在国内已经承建了武汉长飞公寓、四川绵阳电信、湖北网通南湖都市桃源小区、武汉电信紫菘小区、北京通信宽HOUSE、浦东信息大楼等众多FTTH工程,并且在历次的技术测试中名列前矛,积累了丰富的工程应用经验。
以浦东信息大楼为例,该工程是中国电信FTTH试点工程之一,同时也是国家863项目——3Tnet的组成部分,由上海电信承建。
为了满足各类商业用户的要求,烽火通信在该工程里综合提供了语音、数据、IPTV、TDM等多种业务。
该工程不仅在国内率先开辟了在一个工程中开通业务种类最齐全的记录,同时也是TDMoverEPON技术在国内的首次应用。
NewteraTDM
1.NewteraTDM的框架结构
1.1三层架构
NewteraTDM是以Newtera工程数据管理平台(名为NewteraE-Catalog)为基础的试验数据管理系统,它采用了灵活的框架结构和先进的技术,以应对前述提到的试验数据管理所面临的挑战。
如下图所示,NewteraTDM采用了标准的三层结构,以适应大多数企业平台建设的构架
1.数据库层:
采用传统的关系数据库来存储试验数据记录。
可支持Oracle或SQLServer数据库。
2.平台层:
提供强大的后台功能来满足对试验数据管理的不同需求。
平台层包括元数据引擎、XQuery引擎、SQL生成器和工作流引擎等模块,并提供基于C#和WebService的编程接口来满足二次开发的需求。
3.工具层:
提供与用户交互的具有可视化界面的工具。
大体分为四大类:
系统管理工具、数据导入工具、数据查询和编辑工具,以及后置处理工具;其中系统管理工具和数据导入工具为C/S架构的Windows客户端;数据查询/编辑和后置处理工具为B/S架构的Web客户端。
1.2主要功能模块
在NewteraTDM的三层结构中,包含了以下四个主要工具:
1.系统管理工具:
由系统管理员使用,用于动态地定义各种试验数据的数据库结构(包括数据表、属性、数组属性、关系属性和数据校验条件等);动态地定义数据的逻辑分类树和数据的查询视图;设置用户和角色,及其对数据的读写权限;进行数据备份和恢复等工作。
2.数据导入工具:
由工程技术人员使用,用于把各种文件形式(文本文件或Excel文件等)和各种格式的试验数据直接地导入到数据库去,并将数据导入过程记录为导入脚本,为后续数据的自动导入提供辅助。
3.数据查询和编辑:
基于Web的数据查询和编辑界面允许工程技术人员通过Web浏览器来方便快捷地查询或修改系统中的试验数据,而无须安装特殊的客户端软件。
每个用户所能查看或修改的数据范畴是根据该用户的权限来确定的。
4.后置处理:
工程技术人员通过使用后置处理模块的功能来充分利用试验数据的价值。
他们能灵活地挑选不同的数据记录和不同的属性,形成便于分析、计算或绘图的数据格式,然后对其进行插值、拟合和光顺等计算,获取经验计算公式,还能将计算结果绘制成各种图形等。
2.NewteraTDM的技术特色
作为NewteraTDM的核心,NewteraE-Catalog是经过十几年经验的积累而开发出来的优秀的平台软件产品。
NewteraTDM继承了该平台的强大功能,具有极大的灵活性和卓越品质,并在软件架构设计上具有以下独到的技术特色。
2.1元数据驱动的软件架构
针对试验数据的多变性和不可预测性,NewteraTDM把试验数据管理中易变或不确定的部分从软件中剥离出来,用元数据(Meta-data)来描述它们。
工程技术人员通过使用NewteraTDM提供的可视化工具(DesignStudio)能直观和动态地定义数据库模型和业务逻辑,并转换成元数据。
NewteraTDM的引擎(Engine)在元数据的驱动下能自动对数据库操作,自动更改业务逻辑,并自动更新用户界面等,而不需要软件技术人员修改程序。
元数据就像知识,引擎就像人的大脑,大脑可以学习知识,并能根据其所学到的知识进行思维和控制其他器官的行动。
NewteraTDM的架构设计思想就是基于这个原理。
元数据驱动(Meta-dataDriven)的软件架构提供了强大的灵活性和适应性,这是试验数据管理软件不可或缺的特性。
2.2面向对象的工程数据库模型
NewteraTDM虽然是以关系数据库为基础,但能够支持面向对象的数据建模方式,可以包括表达数据类之间的继承关系(InheritanceRelationship)在内的试验数据的全部语义结构。
继承关系在表达试验数据的语义结构中起到重要作用,它可以建立数据结构的抽象数据类(AbstractClasses)。
NewteraTDM还为方便工程技术人员建立试验数据库提供了标准的面向对象模板(Object-orientedDataModel),该模板包含:
抽象数据类、公共属性和抽象数据类之间的关联关系等。
工程技术人员可通过添加子数据类和特殊属性的方式在模板上扩展,既保证了数据库中的试验数据具有一定的一致性,又兼顾了不同试验数据的特殊性,同时也简化了工程数据人员的建库操作步骤。
下图中的“试验件描述”、“试验要求”和“试验测量数据”为抽象数据类;而“涡轮发动机描述”、“涡轮发动机试验要求”和“涡轮发动机试验测量数据”等为工程技术人员所扩展的子数据类。
2.3虚拟XML数据库
对试验数据管理的主要目的是为了更好和更方便地使用它们。
使用试验数据中很重要的环节就是将试验数据从一种格式转换成设计软件、绘图软件或其它后数据处理系统所要求的格式。
NewteraTDM的一个重要技术特色是通过XMLSchema和XQuery技术将关系数据库中的数据映射成虚拟的XML数据库(VirtualXMLDatabase),既能充分利用关系数据库的强大存储和查询功能,又极大方便了对试验数据进行后置处理所需要的格式转换。
TDM阻挡不住向VoIP与融合网络转移
TDM尽管尽了力,但却阻挡不住向VoIP与融合网络的转移。
TDM作为企业电话网络的骨干网来说还没有死去,但它的确已处在了垂死挣扎的状态中。
TDM电话技术的基础是历史悠久的电路交换技术PBX,长期以来一直在提供各种有价值的服务,谁都可以在其上做自己的扩展。
比如复杂的企业电话、语音邮件、电话会议、多人呼叫和呼叫者身份识别等。
而且TDM系统的维护人员都是对电路交换机了如指掌的训练有素的专业人员。
而当VoIP出现时,就许诺说可以用更少的钱在IP网络上打电话,这引起了众多用户的兴趣。
现在,不必再由电话局派出专业人员帮你从一间办公室到另一间办公室布线了,用户只须把普通电话安放在一个新的底座上便可给指定的呼叫方拨打电话,而不再需要电信专业人员了。
由于VoIP就在数据网络上跑,电话网和数据网可以合二为一,因此就不必再支持两个分离的网络了。
如果语音只不过是互联网上的一种应用,那么企业就不再需要、至少不再需要那么多电信专业人员了。
节省成本当然是采纳VoIP的重要理由之一,不过在企业部署VoIP时,它们也发现了一些采纳这一技术的其他理由。
比如当企业的客户求助热
TDM和TDMA有什么区别
首先,
TDM:
TimeDivisionMultiplex时分多路复用
TDMA:
TimeDivisionMultipleAddress时分多路访问
相同点是两者都是将时间分为小的timeslot。
不同点在于,TDM把timeslot用在multiplexing,TDMA把timeslot用在multipleaccess。
在802.16e中,可以这样认为:
TDM使用由发送者已经预设好的频宽分配的方式;而TDMA则定义多个节点争取有限频宽的方式。
用一个比较粗俗的例子做比喻:
假若某男有N个女朋友;该桃花运男要与这些女友进行约会。
如果某男自己排好了一个约会次序表,决定好了什么时候与哪个女友约会,则这种方式可以看作是TDM;如果某男没有一个明确的约会次序表,何时与某女约会完全取决于这N个女友之间的竞争,竞争胜利者可以获得与某男约会的机会,则对于这N个女友而言,这种方式可以看作是TDMA。
TMSC
TMSC:
汇接移动交换中心
TMSC在软交换前同时处理信令面/用户面,在软交换后分为两部分:
TMSCServer、TMG,前者处理信令面,后者处理用户面。
A全国一级汇接中心设备(TMSC1)
B省内二级汇接中心设备(TMSC2)
移动TMSC一般指一个省的长途汇接局。
MSC将长途呼叫送到TMSC就表示要通过传统长途交换网疏通该呼叫;
MSC将长途呼叫送到TMG就表示要通过长途软交换网疏通该呼叫。
VoIP常用术语之MG/TG/SG/AG?
软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为
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