洪濤，葉彬斌，黃鋆，劉植偉

（1.深圳供電局有限公司，廣東深圳518000；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640）

基于改良TST結(jié)構(gòu)的SDH網(wǎng)絡(luò)低階交叉仿真設(shè)計(jì)

洪濤1，葉彬斌2，黃鋆2，劉植偉1

（1.深圳供電局有限公司，廣東深圳518000；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640）

SDH站點(diǎn)的交叉功能是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)配置和SDH網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換功能的基礎(chǔ)，它聯(lián)系起了支路信號(hào)和線路信號(hào)。首先通過對(duì)交叉架構(gòu)的設(shè)計(jì)，使用軟件仿真實(shí)現(xiàn)SDH站點(diǎn)中的交叉連接系統(tǒng)，完成SDH站點(diǎn)的交叉功能；其次，針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)SDH站點(diǎn)的業(yè)務(wù)配置中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部阻塞的情形，該交叉仿真系統(tǒng)能對(duì)低階交叉配置出現(xiàn)的內(nèi)部阻塞問題進(jìn)行模擬，以利于實(shí)際中的業(yè)務(wù)配置相關(guān)問題的分析與解決。為實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)主要仿真功能，這里結(jié)合VC?12幀的特點(diǎn)，提出了一種基于改良TST結(jié)構(gòu)的低階交叉仿真部署方案CFTT。

交叉連接；內(nèi)部阻塞；CFTT；仿真設(shè)計(jì)

0 引言

廣泛應(yīng)用于傳送網(wǎng)的SDH站點(diǎn)是承載各種通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。在SDH網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)中，交叉連接模塊是進(jìn)行業(yè)務(wù)配置的基礎(chǔ)，它對(duì)線路板與支路板上的業(yè)務(wù)進(jìn)行分配，是線路與支路信號(hào)間的橋梁，是SDH站點(diǎn)數(shù)據(jù)處理分配關(guān)鍵的一環(huán)。針對(duì)SDH站點(diǎn)功能的應(yīng)用研究一直是工程技術(shù)人員的一項(xiàng)重要工作。在現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)配置等交叉連接功能的應(yīng)用中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)配置界面顯示空余時(shí)隙，但出現(xiàn)下發(fā)失敗等內(nèi)部阻塞的情形。此類問題的研究無法借助于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行。本文的背景即是希望使用軟件仿真技術(shù)完成對(duì)信號(hào)交叉連接和內(nèi)部阻塞等功能的模擬。

在文獻(xiàn)[1]中利用TST的交叉架構(gòu)，完成高、低階的SDH交叉芯片的設(shè)計(jì)，并利用FPGA相關(guān)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，這種方案證實(shí)了TST方案的可行性；文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)結(jié)構(gòu)的4×4交叉連接矩陣；文獻(xiàn)[3]是對(duì)一個(gè)VC?4內(nèi)的VC?12進(jìn)行的時(shí)隙交叉進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[4?5]分別論述了SDH交叉連接系統(tǒng)完整的系統(tǒng)組成和硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，系統(tǒng)的差異性主要體現(xiàn)在交叉規(guī)模和支路處理。

SDH交叉功能硬件實(shí)現(xiàn)的方案較多，但都未專門對(duì)SDH站點(diǎn)內(nèi)部阻塞產(chǎn)生的原因及針對(duì)特定的架構(gòu)模型進(jìn)行模擬分析。本文在交叉連接仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，借助于仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合VC?12幀在總線上的信號(hào)具有類似同步時(shí)分信號(hào)的特點(diǎn)，選取了一種重構(gòu)的TST結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)交叉連接的功能，并對(duì)交叉連接中的內(nèi)部阻塞進(jìn)行仿真研究。

1 交叉連接系統(tǒng)介紹

以中興某型多業(yè)務(wù)處理設(shè)備的交叉規(guī)模為例，交叉板將完成至多16路VC?4級(jí)別高階全交叉和1 008路VC?12級(jí)別低階全交叉的處理。線路送入的信號(hào)為串

行VC?4，支路板為串行VC?12。

圖1 交叉連接系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)的交叉仿真系統(tǒng)具備與中興設(shè)備相同的交叉規(guī)模，系統(tǒng)組成如圖1實(shí)方框所示，交叉仿真板由高階交叉、第一適配級(jí)、低階交叉和第二適配級(jí)4個(gè)部分構(gòu)成。根據(jù)信號(hào)的處理流程分析，交叉板對(duì)于16路高階VC?4信號(hào)的處理，可以分為兩部分：即無需參與低階線路交叉和整體交叉的高階路，參與低階交叉并被第一適配級(jí)解復(fù)用再由第二適配級(jí)整合返回到線路中去的高階路。高階交叉級(jí)采用空分連接結(jié)構(gòu)完成VC?4幀間的高階交叉，不會(huì)產(chǎn)生阻塞，第一、二適配級(jí)主要完成VC?4到VC?12信號(hào)的轉(zhuǎn)換，因而本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在低階交叉級(jí)，實(shí)現(xiàn)VC?4、VC?12兩種顆粒度下低階線路與支路信號(hào)間的全交叉。

2 CFTT的低階交叉仿真

在圖1中的低階交叉級(jí)，本文提出了一種結(jié)合了VC?12復(fù)幀信號(hào)的格式特點(diǎn)，減少交換時(shí)延、提高交換速率的交叉部署方案CFTT（Connect First Test Then，先預(yù)連接再檢驗(yàn)）。CFTT是指仿真平臺(tái)根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)配置，預(yù)先建立起VC?12級(jí)別交叉輸入輸出端口之間的映射關(guān)系，初始化交叉連接關(guān)系，再使用TST網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)用戶交叉連接關(guān)系進(jìn)行校驗(yàn)驗(yàn)證，最后成功設(shè)置交叉連接。

該方案滿足了對(duì)交叉連接內(nèi)部阻塞模擬的仿真需求?？紤]到VC?12顆粒具備同步時(shí)分信號(hào)特點(diǎn)，CFTT的方案在基于對(duì)現(xiàn)有TST網(wǎng)絡(luò)改良基礎(chǔ)上，滿足仿真平臺(tái)對(duì)交叉連接功能的仿真需求。改良的TST網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

2.1 改良的TST網(wǎng)絡(luò)

檢驗(yàn)部分的改良TST網(wǎng)絡(luò)分成了三級(jí)，如圖2所示。

第一、二時(shí)分交換T級(jí)與空分交換的S級(jí)。T級(jí)均配置了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器，S級(jí)配置了控制存儲(chǔ)器控制輸入總線上開關(guān)節(jié)點(diǎn)的開閉，不同于普通的TST網(wǎng)絡(luò)，還設(shè)置了21路支路信號(hào)上下的總線與緩存。T級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)代表著VC?12幀的編號(hào)，第一T級(jí)控制存儲(chǔ)器控制VC?12幀的讀出，第二T級(jí)控制存儲(chǔ)器控制VC?12幀的寫入，每個(gè)T級(jí)的存儲(chǔ)器均含有63個(gè)存儲(chǔ)單元?？紤]到STM?4級(jí)別，設(shè)置了16個(gè)S級(jí)控制存儲(chǔ)器用于控制16條輸入總線，每個(gè)S級(jí)的控制存儲(chǔ)器設(shè)置了63個(gè)單元。

圖2 重構(gòu)的TST網(wǎng)絡(luò)

16路上的每個(gè)VC?4幀，經(jīng)過第一適配級(jí)的處理成為串行的63個(gè)VC?12幀，每個(gè)VC?12幀作為信道資源，承載了不同的凈負(fù)荷，低階交叉將在融入最多21路支路信號(hào)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)1 008個(gè)VC?12幀中凈負(fù)荷的重新分配，并隨著第二適配級(jí)的處理再次返回到線路中傳輸或者下行到支路板。

2.2 CFTT預(yù)連接

針對(duì)每一條交叉連接，根據(jù)描述格式上滿足惟一性、確定性以及最簡潔性的原則，對(duì)交叉連接信息的信源和信宿端口的表示采用了統(tǒng)一化的編號(hào)，對(duì)1 008路低接線路與21路支路共1 029路VC?12輸入端口按序進(jìn)行編號(hào)No1，對(duì)自次T級(jí)輸出的1 008路低階線路按序進(jìn)行編號(hào)No2。（No1，No2）即可表示一條交叉信息。對(duì)于第i路輸入總線上的第j個(gè)VC?12幀，其輸入的信源編號(hào)No1為（i*63+j-1）。對(duì)于第k路支路VC?12幀，其輸入的信源編號(hào)No1為（1 008+k）。對(duì)于第i路輸出總線上的第j個(gè)VC?12幀，其輸出的信宿編號(hào)No1為（i*63+ j-1）。其中，0≤i≤15，1≤j≤63，0≤k≤20。

對(duì)于交叉網(wǎng)絡(luò)，可以使用類似于映射的表示法，表示一條交叉信息信源和信宿端口的間的關(guān)系：對(duì)上述CFTT算法中的重構(gòu)TST網(wǎng)絡(luò)其統(tǒng)一化信源、信宿端口間存在著映射關(guān)系F：

F(No2)=No1,0≤No1≤1 028,0≤No2≤1 007

映射F涵蓋了廣播的情況，即一個(gè)輸入可能對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出，但一個(gè)輸出端口只能對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入。

2.3 CFTT的檢驗(yàn)法則

CFTT對(duì)預(yù)連接是采用檢驗(yàn)法則進(jìn)行篩選，篩選的實(shí)質(zhì)是按照TST網(wǎng)絡(luò)配置的方式，對(duì)各個(gè)連接進(jìn)行資源分配與控制存儲(chǔ)器的寫入。圖3中即列出了（VC4?0～VC12?9），記為（0，9）到（14，7）以及（9，24）到（15，8）的交叉驗(yàn)證。交叉驗(yàn)證完成的標(biāo)志是，三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的控制存儲(chǔ)器的成功寫入，并且未發(fā)生內(nèi)部阻塞。

以數(shù)據(jù)A為例，講述TST處理的詳細(xì)過程。（0，9）到（14，7）是用戶從客戶端配置的一條交叉連接。數(shù)據(jù)A所在第0路中的第9個(gè)VC?12經(jīng)過時(shí)鐘控制順序?qū)懭氲降谝籘級(jí)DMA0（Data Memory A）的第9個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，DMA0對(duì)應(yīng)的控制存儲(chǔ)器CMA0（Control Memory A）中為A分配的是第12個(gè)內(nèi)部時(shí)隙，因此在CMA0的第12個(gè)單元寫入9，表示會(huì)在第12個(gè)內(nèi)部時(shí)隙讀出DMA0的單元9即數(shù)據(jù)A。S級(jí)采用的是輸入控制，因而每一條輸入總線擁有一個(gè)含63個(gè)單元的控制存儲(chǔ)器CMC（Control Memory C），由CMC單元的內(nèi)容即是輸出總線的編號(hào)，因此對(duì)應(yīng)于A所在第一條總線的第12個(gè)單元中將寫入A的出線號(hào)14。

A通過S級(jí)輸出到次T級(jí)，次T級(jí)采用的是輸入控制，由于用戶業(yè)務(wù)配置的是交叉到14號(hào)總線的第7個(gè)VC?12，因而CMB14第12個(gè)單元將寫入7，在A到來的第12時(shí)隙將其寫入DMB14的第7個(gè)單元，使A在第7個(gè)VC?12輸出，完成了交換。

一般情形下，對(duì)某一條連接其內(nèi)部時(shí)隙的改變對(duì)于預(yù)先生成的連接是不透明的，無法感知到。當(dāng)內(nèi)部時(shí)隙調(diào)整無法避免內(nèi)部阻塞時(shí)，將導(dǎo)致業(yè)務(wù)下發(fā)失敗，從而預(yù)先生成的連接中，將刪除這一條交叉連接。

2.4 內(nèi)部阻塞的模擬

21路支路信號(hào)根據(jù)交叉配置，會(huì)在S級(jí)的輸入處根據(jù)線路的空閑VC?12融入到TST網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)交叉，進(jìn)入S級(jí)的仍舊是1 008個(gè)VC?12幀。對(duì)TST網(wǎng)絡(luò)輸出總線i上的第j個(gè)VC?12幀（VC4?i～VC12-j）為：

其輸出的信宿編號(hào)No2為：（i*63+j-1），則其輸入的信源編號(hào)為：F（i*63+j-1），則輸入第一T級(jí)的對(duì)應(yīng)幀為（[]表示取整運(yùn)算）：

若令F(i*63+j-1)=a[i][j]，由CFTT中的各級(jí)交換關(guān)系，該幀在第一T級(jí)、S級(jí)以及第二T級(jí)的輸入幀分別為：

其中：x是分配的內(nèi)部時(shí)隙。對(duì)內(nèi)部時(shí)隙x的分配可以有不同的算法，發(fā)生阻塞后，可進(jìn)行局部的調(diào)整，因此內(nèi)部時(shí)隙給CFTT的交換提供了很大的自由度。TST網(wǎng)絡(luò)中常按照半幀法的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來確定反向通路的時(shí)隙。但CFTT的交換不同于語音通話的雙工方式，可以看作是單向，因而此處對(duì)x的時(shí)隙分配若采取與信源VC?12編號(hào)一致的方式為：

通過以上的分析過程可以看到，通過式（3），（4）的比較，第一T級(jí)輸入與輸出僅VC?12發(fā)生了變化，即第一T級(jí)完成了輸入時(shí)隙到內(nèi)部時(shí)隙的變換。通過式（4），（5）的比較，S級(jí)只改變了VC?4的輸出總線編號(hào)。通過式（1），（5）的比較，第二T級(jí)則完成了內(nèi)部時(shí)隙到輸出時(shí)隙j的變換。由于1 008個(gè)S級(jí)的控制存儲(chǔ)器（Space Control Memory）單元，存儲(chǔ)器單元可以由（p，q）來編號(hào)，其中p為列，q為行（0≤p≤15，0≤q≤62）。SC（Space

Control）每個(gè)單元的內(nèi)容對(duì)應(yīng)了所在列p對(duì)應(yīng)的總線，在時(shí)隙q的輸出總線號(hào)，對(duì)滿足式（1）的輸出幀，可以得到其對(duì)應(yīng)的S級(jí)控制存儲(chǔ)器內(nèi)容為：

3 結(jié)果分析

下面給出了基于對(duì)S級(jí)控制存儲(chǔ)器遍歷來驗(yàn)證和解決內(nèi)部阻塞的方法。如圖3所示，站點(diǎn)S1總線1上的第56個(gè)VC?12幀成功交換到輸出總線1的第60個(gè)輸出幀，且采用隨機(jī)分配的方式成功分配第2個(gè)內(nèi)部時(shí)隙；此時(shí)需要再增加一個(gè)總線2上的第2個(gè)VC?12幀到輸出總線1中，而新增時(shí)隙采用默認(rèn)的內(nèi)部時(shí)隙分配方式，即分配內(nèi)部時(shí)隙2，此時(shí)兩個(gè)輸入幀企圖在同一個(gè)內(nèi)部時(shí)隙占用同一個(gè)輸出總線，即會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部阻塞。

圖3 出現(xiàn)內(nèi)部阻塞

在經(jīng)過CFTT算法處理檢測到內(nèi)部阻塞后，系統(tǒng)重新給新添加的總線2上的第二個(gè)VC?12重新分配了內(nèi)部時(shí)隙3，從而使得業(yè)務(wù)下發(fā)成功，如圖4所示，數(shù)據(jù)處理運(yùn)行正常。

圖4 內(nèi)部阻塞解決

單個(gè)站點(diǎn)完成支路到STM?1信號(hào)的數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜，含有過多（20個(gè)以上）耗費(fèi)的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的資源比較明顯，因而此處列出9個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)仿真圖，如圖5所示，S3_767站點(diǎn)發(fā)送一路2M數(shù)據(jù)經(jīng)過環(huán)網(wǎng)到S3_ 986站點(diǎn)，運(yùn)行后的數(shù)據(jù)包示蹤界面也顯示在圖中。

圖5 九站點(diǎn)數(shù)據(jù)交換界面

在業(yè)務(wù)量較低時(shí)，現(xiàn)網(wǎng)中站點(diǎn)一般不會(huì)發(fā)生內(nèi)部阻塞。仿真系統(tǒng)可以通過對(duì)任一個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部阻塞的模擬觸發(fā)與解決，闡明采用重構(gòu)TST架構(gòu)下的內(nèi)部阻塞觸發(fā)與解決機(jī)制。這種特定架構(gòu)下的內(nèi)部阻塞仿真，雖對(duì)現(xiàn)網(wǎng)中不同SDH交叉實(shí)現(xiàn)架構(gòu)不具備普遍的意義，但有助于用戶更透徹理解內(nèi)部阻塞存在的可能性以及更合理地分配使用空閑時(shí)隙的必要性。

4 結(jié)語

本文在介紹交叉仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)之后，著重對(duì)低階交叉部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在低階交叉級(jí)，提出了一種CFTT的低階交叉方案，CFTT核心使用了改良的TST架構(gòu)進(jìn)行交叉預(yù)連接關(guān)系的檢驗(yàn)，完成VC?12顆粒度的線路、支路交換和內(nèi)部阻塞的模擬。本仿真設(shè)計(jì)闡明了在改良TST特定交叉架構(gòu)下內(nèi)部阻塞產(chǎn)生的原因，說明了現(xiàn)網(wǎng)中業(yè)務(wù)配置產(chǎn)生內(nèi)部阻塞的必然性，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)中業(yè)務(wù)配置等站點(diǎn)交叉功能應(yīng)用具有較大的意義。

[1]劉釗遠(yuǎn)，韓俊剛.一種高速大容量SDH交叉連接芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].光通信技術(shù)，2006，30（3）：39?41.

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Simulation design of SDH network low?order cross connection based on improved TST structure

HONG Tao1，YE Bin?bin2，HUANG Jun2，LIU Zhi?wei1
（1.Shenzhen Power Supply Bureau，Ltd.，Shenzhen 518000，China；2.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The cross connection function of SDH station is the basis for service configuration and SDH network protection switching function.Due to the important role of the cross connection function in the SDH network，the cross connection architec?ture is designed in this paper and software simulation technology is used to achieve the cross connection function of SDH station. this cross connection simulation system is able to simulate the phenomenon of the inner obstruction which appears in the SDH low?order cross configuration sometimes.Therefore the simulation system can analyze and solve the problems of service configura?tion in reality.To achieve the above two major simulation functions，a low?order cross connection simulation program called CFTT（Connect First Test Then）based on the improved TST structure is proposed in combination with the characteristics of VC?12.

cross connection；inner obstruction；CFTT；simulation design

TN926?34

A

1004?373X（2015）03?0016?04

2014?09?04