| 3比特 | 1比特 | 12比行 |
| 優(yōu)先級(jí) | CFI | VLAN標(biāo)識(shí) |
采用定長(zhǎng)發(fā)包的方式。以太網(wǎng)包中Ｅ１數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度定為Ｎ×３２ｂｙｔｅｓ,正好是Ｎ個(gè)Ｅ１幀。Ｎ值要適當(dāng)選取,因?yàn)榘L(zhǎng)則延時(shí)太大,太短則開銷所占比重太大。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度正好是Ｅ１幀的整數(shù)倍,這樣即使丟掉一個(gè)包,收端的Ｅ１幀定位也不會(huì)遭到破壞。Ｅ１經(jīng)過ＨＤＢ３解碼、串并變換之后,緩存在ＦＩＦＯ中,存滿Ｎ×３２字節(jié)后就向交換芯片的ＭＩＩ接口發(fā)送一個(gè)Ｅ１包。
２ 適配電路
適配電路的功能是實(shí)現(xiàn)ＰＢＸ與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接：將Ｅ１封裝為以太網(wǎng)包送入交換芯片的ＭＩＩ接口;從ＭＩＩ接口接收Ｅ１包,取出Ｅ１數(shù)據(jù),送到Ｅ１線路上。以上功能由ＦＰＧＡ完成,框圖如圖１。在封裝Ｅ１包時(shí)加入時(shí)戳（鑒于時(shí)戳的重要性,其自身帶有校驗(yàn)比特）,在接收Ｅ１包時(shí)根據(jù)時(shí)戳標(biāo)記的順序存儲(chǔ)Ｅ１數(shù)據(jù)。
這樣一個(gè)適配節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)框圖如圖２。
３ 交換與調(diào)度控制
交換芯片可以有多種不同的設(shè)置。為實(shí)現(xiàn)上述的ＶＬＡＮ網(wǎng)絡(luò),將交換芯片設(shè)定在如下模式：所有Ｅ１包端口與其它以太網(wǎng)接口屬于不同的ＶＬＡＮ Ｅ１包端口優(yōu)先級(jí)高;接Ｅ１包端口時(shí),或者與非ＶＬＡＮ的傳統(tǒng)以太網(wǎng)相接時(shí),入端口時(shí)加入標(biāo)簽,出端口時(shí)去掉標(biāo)簽;每個(gè)交換端口輸出隊(duì)列分為兩個(gè),一個(gè)具有高的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí),另一個(gè)具有較低的優(yōu)先級(jí)。只有當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列發(fā)送完后才發(fā)送低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列,但是如果高優(yōu)先級(jí)的包到達(dá)時(shí)低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中有一個(gè)包正在發(fā)送,則等正在發(fā)送的包發(fā)送完后再發(fā)送高優(yōu)先級(jí)的包。
這樣的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了Ｅ１與普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的集成傳輸。圖３是這種網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例子。
４ 網(wǎng)絡(luò)性能仿真與適配功能測(cè)試
對(duì)于在包交換網(wǎng)絡(luò)上傳輸Ｅ１業(yè)務(wù),減小延時(shí)和時(shí)鐘提取是主要問題。二者與收到Ｅ１包的延時(shí)抖動(dòng)密切相關(guān),而Ｅ１包抖動(dòng)主要取決于在交換機(jī)中的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)所造成的延時(shí)。以下分析只考慮Ｅ１包的這種延時(shí)。
在接收端,Ｅ１包經(jīng)由交換芯片的ＭＩＩ接口輸出,在ＦＰＧＡ中將Ｅ１數(shù)據(jù)取出、緩存,再做并串變換、ＨＤＢ３編碼,送到變壓器輸出。緩存為吸收包抖動(dòng)而設(shè)置,越大越能容納大的抖動(dòng)。但是緩存的增大會(huì)線性地增大語音延時(shí)。所以應(yīng)該在容納包抖動(dòng)的情況下盡量減小緩存。如果是一個(gè)不具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò),那么在Ｅ１包到達(dá)交換機(jī)時(shí),可能有多個(gè)數(shù)據(jù)包阻塞在Ｅ１包之前等待發(fā)送,這將使Ｅ１包的延時(shí)比沒有阻塞時(shí)增大了。
Ｅ１包前面所有包總長(zhǎng)度／１００Ｍｂｐｓ這個(gè)值是沒有上限的,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)會(huì)使Ｅ１包產(chǎn)生很大的抖動(dòng)甚至被丟棄。這種情況的后果,一是因?yàn)橐哟笫斩司彌_區(qū)（如果緩沖區(qū)不夠大可能會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間收不到數(shù)據(jù)而發(fā)生讀空導(dǎo)致錯(cuò)誤）而導(dǎo)致Ｅ１端延時(shí)增大,二是給收端定時(shí)恢復(fù)造成了很大困難。而在優(yōu)先發(fā)送Ｅ１包的網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)Ｅ１包到達(dá)一個(gè)交換機(jī)時(shí),延時(shí)是可以預(yù)測(cè)的——由存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)致的延時(shí)分為三部分：
①Ｅ１包自身的存儲(chǔ)導(dǎo)致的延時(shí),約為３２ｂｙｔｅ×Ｎ×８ｂｉｔ／ｂｙｔｅ／１００Ｍｂｐｓ＝Ｎ×０．００２５６ｍｓ;
②低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包造成的延時(shí),最大為（以太網(wǎng)最大包長(zhǎng)為１５１８字節(jié)）１５１８ｂｙｔｅ×８ ｂｉｔ／ｂｙｔｅ／１００Ｍｂｐｓ ０．１２ｍｓ;
③高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中排在該Ｅ１包之前的來自其它端口的Ｅ１包導(dǎo)致的延時(shí),設(shè)該網(wǎng)絡(luò)中共有Ｋ對(duì)端口發(fā)送Ｅ１。由于網(wǎng)絡(luò)中Ｅ１業(yè)務(wù)只占少數(shù),所以Ｋ值一般較小。那么最多有（Ｋ－１）個(gè)Ｅ１包阻塞在該Ｅ１包之前,所以造成的最大延時(shí)為Ｋ－１×①＝Ｋ－１×Ｎ×０．００２５６ｍｓ。
最壞的情況是,一個(gè)Ｅ１包每經(jīng)過一個(gè)交換機(jī)就恰好有一個(gè)１５１８字節(jié)的數(shù)據(jù)包剛開始發(fā)送,并且在高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中還有Ｋ－１個(gè)Ｅ１包在等待。于是該Ｅ１包經(jīng)過Ｍ個(gè)交換機(jī)后總的存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)為：
ｄｅｌａｙ＝Ｍ×（①＋②最大＋③最大）＝Ｍ×（Ｋ×Ｎ× ０．００２５６ｍｓ＋０．１２ｍｓ）
這就是收端Ｅ１包的最大延時(shí)。在Ｍ不太大的情況下,這樣的延時(shí)和抖動(dòng)是可以接受的。圖４是對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)的仿真結(jié)果,�。停剑�,Ｋ＝１,Ｎ＝４,網(wǎng)絡(luò)背景流量５０Ｍｂｐｓ。根據(jù)上述估算,可知：
ｄｅｌａｙ＝（４×０．００２５６ｍｓ＋０．１２ｍｓ）×４≈０．５２ｍｓ。
從仿真結(jié)果看,在有ＶＬＡＮ的情況下結(jié)果與預(yù)先的估算吻合,而在沒有ＶＬＡＮ的情況下Ｅ１包的端延時(shí)顯著增大。
為了保證實(shí)時(shí)Ｅ１業(yè)務(wù)的質(zhì)量,除了要在網(wǎng)絡(luò)中盡可能減小Ｅ１包延時(shí)外,還要保證在網(wǎng)關(guān)處對(duì)串行Ｅ１碼流進(jìn)行正確的封裝和復(fù)原。這部分功能由適配電路完成。為測(cè)試這一功能,采用百兆點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸一路Ｅ１,設(shè)定Ｅ１傳輸碼型為ＨＤＢ３碼,頻偏±５０ｐｐｍ,Ｎ取４即Ｅ１數(shù)據(jù)區(qū)為１２８字節(jié)。在這種情況下（氣溫、濕度、氣壓均為正常條件）測(cè)得：①發(fā)出的Ｅ１包全部通過交換機(jī);②收端還原出的ＨＤＢ３ Ｅ１數(shù)據(jù)７２ｈ無誤碼;③Ｅ１輸出抖動(dòng)在Ｇ．８２３的抖動(dòng)／漂移容限值模板之下。這表明適配電路正確完成了Ｅ１的發(fā)包、收包、定時(shí)恢復(fù)等功能。
本文分析了分組語音的技術(shù)背景和在包網(wǎng)絡(luò)上仿真Ｅ１的應(yīng)用前景,提出了一種在ＶＬＡＮ上分優(yōu)先級(jí)傳送語音業(yè)務(wù)Ｅ１和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的方案。網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果顯示該方案可以利用現(xiàn)有硬件實(shí)現(xiàn)有ＱｏＳ保證的分組Ｅ１業(yè)務(wù);相關(guān)產(chǎn)品的適配電路已完成設(shè)計(jì)和調(diào)試。
