| 為了滿足寬帶線纜業(yè)務(wù)的廣泛的市場需求,主要的線纜系統(tǒng)公司和多重系統(tǒng)運(yùn)營商（MSO）正聯(lián)合起來應(yīng)對特定的市場挑戰(zhàn)。過去,一個關(guān)鍵的問題是制定一個標(biāo)準(zhǔn)的方案,以便于通過線纜產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范鼓勵很多廠商開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的用戶產(chǎn)品和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)品,并且,大批量生產(chǎn)帶來的規(guī)模效益也會自然而然地促使MSO和用戶數(shù)量的增加。標(biāo)準(zhǔn)的用戶產(chǎn)品還使線纜調(diào)制解調(diào)器（Cable modem,CM）的消費(fèi)者零售模型與傳統(tǒng)的撥號類似。為了做到這一點(diǎn),線纜產(chǎn)業(yè)制定了自己的技術(shù)規(guī)范稱為線纜業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)接口規(guī)范（DOCSIS）。一個研究和開發(fā)線纜業(yè)務(wù)的群體CableLabs管理這一標(biāo)準(zhǔn),以保證供應(yīng)商之間以及設(shè)備類型之間的互操作性。
在過去的兩年里,美國及世界其他地區(qū)的許多MSO開始提供基于 DOCSIS的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)的開展是以 DOCSIS規(guī)范的1.0版本和各個生產(chǎn)商提供的第一代系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)的。到2000年底,僅在美國,就有超過三百萬個家庭積極采用了高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),今后幾年,這個數(shù)字還會成倍增加。美國和加拿大的很多MSO正在提供寬帶的線纜modom業(yè)務(wù),這些運(yùn)營商包括AT&T、Time Warner、Media One、Cox、Rogers、等。
通過推行相應(yīng)的規(guī)范和技術(shù),通過市場運(yùn)作,這些第一代的解決方案帶來了巨大的產(chǎn)業(yè)效益。然而,隨著住家應(yīng)用功能和用途的繼續(xù)增加,隨著消費(fèi)者在生活習(xí)慣上對入戶高速接入的依賴性增強(qiáng),用戶對高可靠性業(yè)務(wù)和更高性能的需求將會持續(xù)增加。MSO越來越多地要求包括新一代線纜modom終端系統(tǒng)（CMTS）在內(nèi)的高可靠性、高實(shí)用性基礎(chǔ)設(shè)施。
隨著產(chǎn)業(yè)的成熟,“提供范圍更廣的業(yè)務(wù)種類,滿足正在出現(xiàn)的市場份額的需求,”這種要求正在增加。結(jié)果,DOCSIS 的一個新版本應(yīng)運(yùn)而生,它提供了不同種類的業(yè)務(wù),并增加了IP電話等新的應(yīng)用。這個新版本就是 DOCSIS 1.1,它定義了一個服務(wù)質(zhì)量（QoS）指標(biāo)的最小集合和一組先進(jìn)的QoS指標(biāo),這個最小的QoS指標(biāo)集是所有合乎規(guī)范的CMTS 產(chǎn)品都必須滿足的,而先進(jìn)的QoS指標(biāo)則建議CMTS產(chǎn)品滿足,不做強(qiáng)制要求。
大多數(shù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品（交換機(jī)和路由器）都已經(jīng)在它們的功能集合中增加了一些QoS的成分。盡管不同的標(biāo)準(zhǔn)委員會還正在從眾多的QoS建議中決定哪些將正式應(yīng)用于Internet�，F(xiàn)在, QoS指標(biāo)已經(jīng)在提供線纜數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中得到執(zhí)行。隨之而來的業(yè)務(wù)性能改進(jìn)在線纜業(yè)務(wù)量的增加方面將尤為明顯 。向Internet的轉(zhuǎn)變是非常重要的,因?yàn)樗淖儸F(xiàn)有的Internet路由模型,使之從對所有的用戶都“盡最大努力”地提供服務(wù),向?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)包和業(yè)務(wù)流區(qū)別對待轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在,對不同的數(shù)據(jù)包和業(yè)務(wù)流區(qū)別對待模型已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)了。
當(dāng)QoS控制能夠以普遍的、端到端的形式在Internet上實(shí)現(xiàn)時,就有根據(jù)相應(yīng)的性能保證提供有區(qū)別的服務(wù)可能的。高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包將通過低延遲和低抖動的路由傳送,低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包則有可能經(jīng)歷較多的延遲和抖動。在線纜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器處理和Internet傳輸過程中,不同應(yīng)用功能對吞吐量的要求將決定它們各自相應(yīng)的業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級。甚至,在程序執(zhí)行過程中,高級的應(yīng)用程序動態(tài)地改變相應(yīng)應(yīng)用程序業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級也是可能的。
因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)包不以相同的優(yōu)先級等級處理 ,以請求的（或者交付的）業(yè)務(wù)水平為基礎(chǔ)對不同類別的數(shù)據(jù)包實(shí)行不同的收費(fèi)價格是可行的。將來的Internet用戶有可能對不同類別的業(yè)務(wù)支付不同標(biāo)準(zhǔn)的費(fèi)用,并且,還可能是以應(yīng)用單位（如每分鐘、每個數(shù)據(jù)包或者每個字節(jié)）為基礎(chǔ)來支付的。因?yàn)椴捎昧瞬煌氖召M(fèi)價格,用戶和服務(wù)供應(yīng)商之間的服務(wù)水平協(xié)議（SLA）將詳細(xì)說明已有的各個優(yōu)先級水平、相應(yīng)的費(fèi)用以及相關(guān)的性能保證。服務(wù)提供和收費(fèi)模型方面的這些變化,代表著為MSO提供接入的供應(yīng)商的收入的實(shí)質(zhì)性增長潛力。
QoS和線纜 modom終端系統(tǒng)（CMTS）
在線纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,MSO處于最佳位置,對優(yōu)先級業(yè)務(wù)起著看門人的作用。它們介入每一個用戶的服務(wù)水平的約定,對自己的用戶插入Internet的所有數(shù)據(jù)包都能夠恰當(dāng)?shù)貥?biāo)記優(yōu)先級指標(biāo)。事實(shí)上,一個MSO的設(shè)備是最先受到信任的設(shè)備（它不為用戶所有）,用戶的數(shù)據(jù)包必須通過它才能找到進(jìn)入Internet的路徑。MSO對消費(fèi)者的數(shù)據(jù)包負(fù)責(zé),并且,能夠提供不同水平的用戶業(yè)務(wù),并對用戶收費(fèi)。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的CMTS允許的情況下, MSO 還將能夠?qū)τ脩魳I(yè)務(wù)水平的進(jìn)行動態(tài)升級。為了在新的模型中成功運(yùn)作, MSO 按照時間、數(shù)據(jù)包或者數(shù)據(jù)量,按照線纜modom或者其之后的計算機(jī)設(shè)備,逐個對各種業(yè)務(wù)水平的應(yīng)用進(jìn)行詳盡地計數(shù)。產(chǎn)生QoS控制能力的主要源泉將由MSO的CMTS包含的功能特點(diǎn)來提供,CMTS 位于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器車間,在那里,CMTS 提供線纜設(shè)備和Internet的基本連接。
線速處理,確保性能
通常,一個功能強(qiáng)大,且具備QoS控制功能的 CMTS將提供數(shù)據(jù)包分類、優(yōu)先級標(biāo)注、業(yè)務(wù)流監(jiān)督、連接控制、流量控制、擁塞控制、精細(xì)排隊、時序安排和逐個業(yè)務(wù)流成型等功能。為了完成上述功能,且不對CMTS吞吐量的QoS控制功能產(chǎn)生負(fù)面影響,硬件輔助的QoS處理（線速處理）通常是必須的。具備線速處理的CMTS 將能夠完成所有的QoS控制功能以及與轉(zhuǎn)發(fā)、計數(shù)和測量相關(guān)的全部功能,這些功能要求在最短的數(shù)據(jù)包到達(dá)間隔期望值內(nèi)完成。不采用線速處理,這些功能占用的時間將超過兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)包的達(dá)到時間間隔。因此, CMTS 必須在完成對第一個數(shù)據(jù)包的處理的同時,對第二個數(shù)據(jù)包進(jìn)行排隊。一旦超時,排隊深度就會增加,受業(yè)務(wù)影響的數(shù)據(jù)包丟失就會產(chǎn)生,而用戶則會將其理解為服務(wù)水平較低、吞吐量較小、帶寬較窄或者應(yīng)答較慢。結(jié)果,用戶對業(yè)務(wù)性能理解的降低將導(dǎo)致用戶對服務(wù)質(zhì)量的不滿。
I/O功能和鎖相環(huán)
最新的可PLD支持多種I/O標(biāo)準(zhǔn)和多種邏輯電平。通過兼容多種 I/O電平標(biāo)準(zhǔn),這些PLD可以在電路板上用作不同器件之間的接口,其邏輯電平可以是3.3V 或者在1.8V~2.5V之間任選。更重要的是,象LVDS低電平差分信號這樣的高速I/O 選項使得PLD能夠達(dá)到更高的性能水平――每個通道高達(dá)840 Mbps 。由于片內(nèi)鎖相環(huán)的參與,這樣的速度是可以達(dá)到的。正如圖1所表示的那樣,鎖相環(huán)在串－并轉(zhuǎn)換電路中實(shí)現(xiàn)時鐘倍頻。
利用鎖相環(huán)（ PLL）和LVDS,設(shè)計者可以增加系統(tǒng)帶寬。例如,在一個有8個客戶的光交換單元里,每個客戶有兩組總線,每組總線有 8個I/O,但沒有LVDS－PLL 組合,總的I/O引腳數(shù)量為：
8客戶 × 2 總線/客戶 ×8 I/O引腳/總線 =128 I/O引腳。
如果給定時鐘速度為50MHz,則總的吞吐量為：
128 × 50MHz = 6.4 Gbps。
接下來,考慮一個具有相同的系統(tǒng)時鐘和客戶數(shù)量但具備LVDS－PLL組合的系統(tǒng) �？偟腎/O引腳數(shù)量是：
8 客戶 × 4總線/客戶 × 2 I/O引腳/總線 = 64 I/O引腳。
64 I/O引腳等價于32 對LVDS（可以通過PLL用8倍于系統(tǒng)時鐘的速度來同步）,從而,總的吞吐量為：
32 對LVDS×400 MHz = 25.6 Gbps。
上述結(jié)果表明,與沒有LVDS－PLL 組合的光交換機(jī)相比, LVDS-PLL 組合使吞吐量增加了3倍。
嵌入式存儲器的應(yīng)用
許多現(xiàn)代PLD具備的片內(nèi)存儲器可以用來實(shí)現(xiàn)多種與CMTS有關(guān)的功能。在最先進(jìn)的PLD中,片內(nèi)的嵌入式存儲器模塊可以配置為多種存儲器功能,這包括FIFO、RAM、ROM和內(nèi)容可定位存儲器（ CAM）。在符號壓縮和高速緩存標(biāo)記中CAM非常有用,并且還可用在信息凈荷頭部抑制（PHS）中,實(shí)現(xiàn)查尋受抑制報頭圖案的樹形搜索算法。當(dāng)片內(nèi)CAM不足時, PLD的供應(yīng)商提供參考設(shè)計,幫助用戶實(shí)現(xiàn)PLD與更大的外部CAM的接口。
結(jié)論
在系統(tǒng)改進(jìn)和用戶要求變化等條件下,DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)將繼續(xù)發(fā)展。這種發(fā)展提示,服從DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的理想實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)該是靈活的,即使它能夠應(yīng)付很高的性能要求,也必須這樣。因?yàn)?隨著時間的推移,這些要求只會變得越來越迫切。PLD和高性能處理器的組合滿足這些要求,為線纜modom的生產(chǎn)商提供了在必要時很容易地修改它們的產(chǎn)品的設(shè)計和產(chǎn)品本身,從而適應(yīng)不斷變化的條件的余地。包括更高的性能、更多更快的I/O引腳、更大的存儲器以及不言而喻的更高密度在內(nèi)的PLD可以預(yù)期這將使PLD非常適合完成線纜modom的網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù) 。另外,具有軟核或者硬核嵌入式處理器的PLD的出現(xiàn)將進(jìn)一步鞏固可編程邏輯對這些任務(wù)的適用性,并在不久的將來提供更大的集成度和更高的性能。 |
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