目前,在SDH、PDH等传统的时分复用系统(TDM)上提供数据通道,例如传输以太网信号等,已经有了许多成熟的技术。但在以太网上传送实时业务方面,较多的努力都集中在终端方面,产生了各种将语音、图像等信息直接装入以太网(或IP)数据包中的特殊终端设备。例如VoIP技术,将PCM语音编码压缩后封装成IP包传输。与传统的TDM电话网络比较,IP网络传输的低廉成本是VoIP技术的最大优势。但添置或改造专用终端以及各种网络和网关设备,使建设前期需要较大的固定投资。在现阶段,大部分用户均已安装了运行可靠的传统PBX系统,安装全新的系统以迁移到综合网络上有较高的投资风险。在短期内,用户不可能,也无必要将长期以来基于TDM技术发展起来的各种终端全部改造成基于IP的新型终端。为了解决这种矛盾,我们提出了一种新的基于以太网的时分复用通道仿真技术--TDM over Ethernet技术。
采用TDM over Ethernet技术可以在以太网络中仿真实现透明TDM通道,例如E1、T1等,在发挥数据网低成本等优势的同时,与现有的TDM终端设备实现完全无缝连接。通过该技术,可以使现有在TDM电路上运行的各类业务直接适配到以太网中,例如传统的PSTN接入、ATM帧中继、ISDN、集中式用户交换等等。用户在不升级终端设备的前提下,通过充分利用以太网的剩余带宽,达到降低运营成本的目的。与VoIP比较,TDM over Ethernet技术应用更加广泛,通话质量更高,同时由于提供了仿真TDM通道,不再需要对PCM语音编码进行压缩,及重构电话信令。
技术要点
TDM over Ethernet技术的基本原理是将成帧或非成帧的TDM数据不作任何翻译和解释,封装为以太网数据包,通过基于包交换的以太网络透传到对端,再将数据包打开,恢复出完整的TDM数据流。对于用户而言,不考虑中间传输介质,相当于提供了一条透明的TDM通路。相近的技术有TDM over IP,与之相比比较,TDM over Ethernet的数据包只封装到MAC层上,具有更高的带宽效率和TDM仿真性能。随着以太网交换与传输技术的进步,以太网的覆盖范围越来越大,过去许多由路由器构成的IP网络,逐渐被以太网所代替。TDM over Ethernet 技术必将获得日益广泛的应用。 众所周知,TDM是一种时分复用技术;而以太网则采用统计复用技术,传输和交换基于数据包。时分复用技术具有带宽固定,传输时延小而稳定,信号定时透明度高,抖动、漂移小等优点,适合于话音、图像等对传输实时性和定时稳定性要求高的应用。其缺点是灵活性差,复用效率低。基于数据包的统计复用技术具有较高的复用效率和可扩展性,但没有有效的定时传送机制,延时和抖动很难控制。包传输更适合于对时延要求不严格、通常不需要准确恢复定时信息,但对传输误码敏感(因而允许出错重传)的数据传输场合。 利用以太网提供仿真TDM通道,在设计中主要面临两个技术要点。
1. 带宽问题
以太网采用统计复用共享带宽的工作模式,无法保证实时业务需要的固定独享带宽。所以带宽的利用和分配问题就比较突出。必须考虑尽可能的减少数据包中冗余信息,而冗余信息的最主要部分是以太网的报头。以以太网中比较常用的实时信号(音视频流等)封装格式为例,采用RTP(Real-Time Transport PRotocol) over UDP over IP的实时协议,报头部分超过60个字节,如果TDM码流是E1信号,几乎相当于两个E1帧长。虽然这种封装协议在大型路由器中可以获得较高的优先级,但对于点到点应用和大多数不需要经过路由器的专网用户而言,显然是过于复杂。为了获得更高的传输效率,可以只在MAC层上进行封装,以减少报头开销,这也是TDM over IP与TDM over Ethernet的根本区别。
正是由于以太网自身的特点,在TDM over Ethernet系统中,网络出口TDM码流定时信息的重建必须通过一些新的途径完成。比较简单的情况是,在信道两端的设备工作在同一个同步时钟网下。此时双向TDM数据具有相同的时钟频率。系统可以通过本地定时模式直接重建TDM输出码流,以获得较高的抖动及漂移特性。但在大多数情况下,数据网不提供全网同步机制,要求接收端直接从接收的数据包中重建高质量的TDM输出码流定时信息。这时,由于抖动、丢包等影响,无法采用一般的时钟恢复方式。为了解决这一难题,清华华环电子股份有限公司利用自身的技术优势,开发出了基于统计预测的全数字时钟恢复技术。
实际产品
目前,E1信号是在接入网中应用最广泛的TDM模式,基于TDM over Ethernet技术,清华华环公司在国内外率先推出EthMux系列产品。EthMux-2产品提供两路E1通道和一个附加的用户数据通道。图一给出了EthMux-2实现的简单框架。
目前,基于SDH、TDM、ATM等的传统业务仍然占有大部分市场,同时,基于IP的新业务正在蓬勃发展,在众多领域内两种服务已经展开了激烈的竞争。但从长远发展看,在新一代信息网络中,IP网必然成为基础网络架构的首选。这就导致在向新一代网络的过渡中,不可避免地存在两个发展趋势,一方面,各种传统业务模式向基于IP的模式转换,例如VoIP等。另一方面,要在IP网络上提供TDM业务仿真通道,即所谓的"Everything over IP"概念。TDM over Ethernet技术的产生正是符合了这种概念。
作为一种过渡技术,TDM over Ethernet以最简单的方式,解决了现有终端设备于以太网链路无缝连接的问题。在继承TDM业务服务质量的同时,完成向新一代信息网络的过渡。为传统网络的改造和专网建设提供了一套低成本的解决方案。