基于改良TST結(jié)構(gòu)的SDH網(wǎng)絡低階交叉仿真設計

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，廣東廣州510640）

基于改良TST結(jié)構(gòu)的SDH網(wǎng)絡低階交叉仿真設計

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，廣東廣州510640）

SDH站點的交叉功能是實現(xiàn)業(yè)務配置和SDH網(wǎng)絡保護倒換功能的基礎，它聯(lián)系起了支路信號和線路信號。首先通過對交叉架構(gòu)的設計，使用軟件仿真實現(xiàn)SDH站點中的交叉連接系統(tǒng)，完成SDH站點的交叉功能；其次，針對現(xiàn)網(wǎng)SDH站點的業(yè)務配置中，有時會出現(xiàn)內(nèi)部阻塞的情形，該交叉仿真系統(tǒng)能對低階交叉配置出現(xiàn)的內(nèi)部阻塞問題進行模擬，以利于實際中的業(yè)務配置相關問題的分析與解決。為實現(xiàn)以上兩個主要仿真功能，這里結(jié)合VC?12幀的特點，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；仿真設計

0 引言

廣泛應用于傳送網(wǎng)的SDH站點是承載各種通信業(yè)務的基礎。在SDH網(wǎng)絡的站點中，交叉連接模塊是進行業(yè)務配置的基礎，它對線路板與支路板上的業(yè)務進行分配，是線路與支路信號間的橋梁，是SDH站點數(shù)據(jù)處理分配關鍵的一環(huán)。針對SDH站點功能的應用研究一直是工程技術人員的一項重要工作。在現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務配置等交叉連接功能的應用中，有時會出現(xiàn)業(yè)務配置界面顯示空余時隙，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)設備進行。本文的背景即是希望使用軟件仿真技術完成對信號交叉連接和內(nèi)部阻塞等功能的模擬。

在文獻[1]中利用TST的交叉架構(gòu)，完成高、低階的SDH交叉芯片的設計，并利用FPGA相關技術進行驗證，這種方案證實了TST方案的可行性；文獻[2]設計了一種兩級結(jié)構(gòu)的4×4交叉連接矩陣；文獻[3]是對一個VC?4內(nèi)的VC?12進行的時隙交叉進行了系統(tǒng)設計；文獻[4?5]分別論述了SDH交叉連接系統(tǒng)完整的系統(tǒng)組成和硬件實現(xiàn)細節(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交叉功能硬件實現(xiàn)的方案較多，但都未專門對SDH站點內(nèi)部阻塞產(chǎn)生的原因及針對特定的架構(gòu)模型進行模擬分析。本文在交叉連接仿真系統(tǒng)的設計中，借助于仿真技術的優(yōu)勢，結(jié)合VC?12幀在總線上的信號具有類似同步時分信號的特點，選取了一種重構(gòu)的TST結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)交叉連接的功能，并對交叉連接中的內(nèi)部阻塞進行仿真研究。

1 交叉連接系統(tǒng)介紹

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

行VC?4，支路板為串行VC?12。

圖1 交叉連接系統(tǒng)組成

本文設計的交叉仿真系統(tǒng)具備與中興設備相同的交叉規(guī)模，系統(tǒng)組成如圖1實方框所示，交叉仿真板由高階交叉、第一適配級、低階交叉和第二適配級4個部分構(gòu)成。根據(jù)信號的處理流程分析，交叉板對于16路高階VC?4信號的處理，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解復用再由第二適配級整合返回到線路中去的高階路。高階交叉級采用空分連接結(jié)構(gòu)完成VC?4幀間的高階交叉，不會產(chǎn)生阻塞，第一、二適配級主要完成VC?4到VC?12信號的轉(zhuǎn)換，因而本文設計的重點放在低階交叉級，實現(xiàn)VC?4、VC?12兩種顆粒度下低階線路與支路信號間的全交叉。

2 CFTT的低階交叉仿真

在圖1中的低階交叉級，本文提出了一種結(jié)合了VC?12復幀信號的格式特點，減少交換時延、提高交換速率的交叉部署方案CFTT（Connect First Test Then，先預連接再檢驗）。CFTT是指仿真平臺根據(jù)用戶的業(yè)務配置，預先建立起VC?12級別交叉輸入輸出端口之間的映射關系，初始化交叉連接關系，再使用TST網(wǎng)絡模型對用戶交叉連接關系進行校驗驗證，最后成功設置交叉連接。

該方案滿足了對交叉連接內(nèi)部阻塞模擬的仿真需求?？紤]到VC?12顆粒具備同步時分信號特點，CFTT的方案在基于對現(xiàn)有TST網(wǎng)絡改良基礎上，滿足仿真平臺對交叉連接功能的仿真需求。改良的TST網(wǎng)絡如圖2所示。

2.1 改良的TST網(wǎng)絡

檢驗部分的改良TST網(wǎng)絡分成了三級，如圖2所示。

第一、二時分交換T級與空分交換的S級。T級均配置了數(shù)據(jù)存儲器和控制存儲器，S級配置了控制存儲器控制輸入總線上開關節(jié)點的開閉，不同于普通的TST網(wǎng)絡，還設置了21路支路信號上下的總線與緩存。T級數(shù)據(jù)存儲器存儲代表著VC?12幀的編號，第一T級控制存儲器控制VC?12幀的讀出，第二T級控制存儲器控制VC?12幀的寫入，每個T級的存儲器均含有63個存儲單元?？紤]到STM?4級別，設置了16個S級控制存儲器用于控制16條輸入總線，每個S級的控制存儲器設置了63個單元。

圖2 重構(gòu)的TST網(wǎng)絡

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

2.2 CFTT預連接

針對每一條交叉連接，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，對1 008路低接線路與21路支路共1 029路VC?12輸入端口按序進行編號No1，對自次T級輸出的1 008路低階線路按序進行編號No2。（No1，No2）即可表示一條交叉信息。對于第i路輸入總線上的第j個VC?12幀，其輸入的信源編號No1為（i*63+j-1）。對于第k路支路VC?12幀，其輸入的信源編號No1為（1 008+k）。對于第i路輸出總線上的第j個VC?12幀，其輸出的信宿編號No1為（i*63+ j-1）。其中，0≤i≤15，1≤j≤63，0≤k≤20。

對于交叉網(wǎng)絡，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系：對上述CFTT算法中的重構(gòu)TST網(wǎng)絡其統(tǒng)一化信源、信宿端口間存在著映射關系F：

F(No2)=No1,0≤No1≤1 028,0≤No2≤1 007

映射F涵蓋了廣播的情況，即一個輸入可能對應多個輸出，但一個輸出端口只能對應一個輸入。

2.3 CFTT的檢驗法則

CFTT對預連接是采用檢驗法則進行篩選，篩選的實質(zhì)是按照TST網(wǎng)絡配置的方式，對各個連接進行資源分配與控制存儲器的寫入。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）的交叉驗證。交叉驗證完成的標志是，三級網(wǎng)絡中的控制存儲器的成功寫入，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VC?12經(jīng)過時鐘控制順序?qū)懭氲降谝籘級DMA0（Data Memory A）的第9個數(shù)據(jù)存儲器中，DMA0對應的控制存儲器CMA0（Control Memory A）中為A分配的是第12個內(nèi)部時隙，因此在CMA0的第12個單元寫入9，表示會在第12個內(nèi)部時隙讀出DMA0的單元9即數(shù)據(jù)A。S級采用的是輸入控制，因而每一條輸入總線擁有一個含63個單元的控制存儲器CMC（Control Memory C），由CMC單元的內(nèi)容即是輸出總線的編號，因此對應于A所在第一條總線的第12個單元中將寫入A的出線號14。

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

一般情形下，對某一條連接其內(nèi)部時隙的改變對于預先生成的連接是不透明的，無法感知到。當內(nèi)部時隙調(diào)整無法避免內(nèi)部阻塞時，將導致業(yè)務下發(fā)失敗，從而預先生成的連接中，將刪除這一條交叉連接。

2.4 內(nèi)部阻塞的模擬

21路支路信號根據(jù)交叉配置，會在S級的輸入處根據(jù)線路的空閑VC?12融入到TST網(wǎng)絡中實現(xiàn)交叉，進入S級的仍舊是1 008個VC?12幀。對TST網(wǎng)絡輸出總線i上的第j個VC?12幀（VC4?i～VC12-j）為：

其輸出的信宿編號No2為：（i*63+j-1），則其輸入的信源編號為：F（i*63+j-1），則輸入第一T級的對應幀為（[]表示取整運算）：

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

其中：x是分配的內(nèi)部時隙。對內(nèi)部時隙x的分配可以有不同的算法，發(fā)生阻塞后，可進行局部的調(diào)整，因此內(nèi)部時隙給CFTT的交換提供了很大的自由度。TST網(wǎng)絡中常按照半幀法的對應關系，來確定反向通路的時隙。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x的時隙分配若采取與信源VC?12編號一致的方式為：

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

Control）每個單元的內(nèi)容對應了所在列p對應的總線，在時隙q的輸出總線號，對滿足式（1）的輸出幀，可以得到其對應的S級控制存儲器內(nèi)容為：

3 結(jié)果分析

下面給出了基于對S級控制存儲器遍歷來驗證和解決內(nèi)部阻塞的方法。如圖3所示，站點S1總線1上的第56個VC?12幀成功交換到輸出總線1的第60個輸出幀，且采用隨機分配的方式成功分配第2個內(nèi)部時隙；此時需要再增加一個總線2上的第2個VC?12幀到輸出總線1中，而新增時隙采用默認的內(nèi)部時隙分配方式，即分配內(nèi)部時隙2，此時兩個輸入幀企圖在同一個內(nèi)部時隙占用同一個輸出總線，即會出現(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VC?12重新分配了內(nèi)部時隙3，從而使得業(yè)務下發(fā)成功，如圖4所示，數(shù)據(jù)處理運行正常。

圖4 內(nèi)部阻塞解決

單個站點完成支路到STM?1信號的數(shù)據(jù)處理比較復雜，含有過多（20個以上）耗費的計算機軟硬件系統(tǒng)的資源比較明顯，因而此處列出9個站點的網(wǎng)狀網(wǎng)仿真圖，如圖5所示，S3_767站點發(fā)送一路2M數(shù)據(jù)經(jīng)過環(huán)網(wǎng)到S3_ 986站點，運行后的數(shù)據(jù)包示蹤界面也顯示在圖中。

圖5 九站點數(shù)據(jù)交換界面

在業(yè)務量較低時，現(xiàn)網(wǎng)中站點一般不會發(fā)生內(nèi)部阻塞。仿真系統(tǒng)可以通過對任一個站點內(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)與解決機制。這種特定架構(gòu)下的內(nèi)部阻塞仿真，雖對現(xiàn)網(wǎng)中不同SDH交叉實現(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，著重對低階交叉部分進行了設計與實現(xiàn)。在低階交叉級，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)進行交叉預連接關系的檢驗，完成VC?12顆粒度的線路、支路交換和內(nèi)部阻塞的模擬。本仿真設計闡明了在改良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)務配置產(chǎn)生內(nèi)部阻塞的必然性，對于現(xiàn)網(wǎng)中業(yè)務配置等站點交叉功能應用具有較大的意義。

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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