专利名称：一种减少atm设备传输时延抖动的方法
技术领域：
本发明涉及一种减少设备中信号传输时延抖动的方法，更确切地说是涉及一种减少异步传输模式(ATM)设备中数据帧传输时延抖动的方法。
背景技术：
参见图1，图中示意出ATM设备可能的一种内部构成，由N个(N为正整数)具有ATM处理功能的处理器处理器A、处理器B、...，处理器N顺序连接构架而成。在N个处理器之间，通过ATM技术实现相互间的数据交互。以图中所示ATM设备构成为例输入到ATM设备的数据帧经过N个处理器逐级的相应处理后输出从ATM设备的数据入口进入的某一帧数据到达第一个处理器A，由处理器A的上层相关协议软件根据一定的算法对其处理后发送到处理器B，然后经过B处理器进行相应的处理，以此类推。此数据帧经过该ATM设备内的N个处理器的连续处理后经数据出口送出到与该ATM设备相连接的其它设备上。在相反的方向上亦然。
现阶段ATM设备，各处理器对数据帧的处理方式主要有两种中断方式和轮询方式。
所谓中断处理方式，就是指处理器的底层硬件在接收到一帧完整的数据(或一个信元)后，产生中断，通知处理器有一个完整的数据帧(或一个信元)到达；处理器响应中断后触发相关的驱动程序完成数据帧的接收工作；然后由该驱动程序负责将该数据帧分发到相应的上层模块进行相关的处理；在上层软件处理完毕后，由其调用底层的ATM驱动程序将该数据帧发送到下一级处理器上。
所谓轮询处理方式，就是指处理器运行ATM驱动程序，由该驱动程序按一定的时间间隔轮询该处理器上所有的虚容器(VC)链路(虚通道)，用于查询哪一条VC链路上已经有数据到达。对于有到达数据的VC链路，由驱动程序判断其是否是一帧完整的数据，如果是则将该数据帧分发给上层模块进行相应的处理；在上层软件完成处理后，再调用底层的驱动程序将其发送到下一级处理器上。
处理器采用中断方式的主要缺点包括1.系统开销较大。系统采用中断处理方式，处理器的开销大大增加。因为当处理器在响应中断时需要保护现场，即将当前运行的程序状态，包括程序运行指针以及一些状态寄存器的值等压入堆栈，然后，处理器根据中断向量表调用相应的中断处理函数进行中断处理，其间过程要以时间开销为代价。以Motorola公司的MPC8260处理器为例，当处理器的主频率为200MHz时，经测试表明，处理器响应一次中断的典型开销值约为25us。可以假设，如果在10ms内有100帧数据到达，那么处理器响应中断的时间开销约为100×25us＝2500us的时间，即要占用处理器25％的资源。再加上底层驱动程序对该数据帧处理的时间开销，则大致需要占用处理器40％以上的资源。可以看出，ATM数据帧从底层硬件传输到上层软件的这个过程就需要占用处理器1/3以上的资源。一般来说为了保证处理器资源有一定的冗余，处理器的资源占用不应当超过70％。所以，在这种情况下，系统其它处理程序可以利用的资源就不能超过30％了，这对于需要大量运算、进行复杂处理的应用来说是极其不合理的。
2.中断方式会对系统其它程序的运行产生影响。如果ATM数据帧流量较大，采用中断方式就意味着处理器会频繁地中断。一般来说，中断处理程序的优先级高于系统其它任务的优先级。因此，系统正在执行的任务往往会被挂起，等待处理器响应中断完毕后再继续执行。频繁的中断意味着这些任务被频繁地挂起，如果正在执行的该任务是比较重要的运算任务，则系统性能就会受到较大的影响。
3.采用中断方式进行数据接收，还会影响系统的实时性。系统频繁地响应中断，会影响系统对其它中断的响应。一般来说，中断是分优先级的，出现频繁的数据接收中断会大大延迟系统对较低优先级中断的响应。
处理器采用轮询方式的主要缺点包括1.采用轮询方式的一个主要缺点是影响系统的实时处理能力。处理器对VC链路进行轮询是需要占用CPU执行时间的，显然，如果进行轮询的程序始终运行着，系统其它任务或进程就不能获得执行时间。所以，轮询VC链路的一般方式是程序以一定的时间间隔对处理器上所有的VC链路轮询一次。很显然，如此系统就不可能对实时到达的数据帧及时进行处理，导致系统实时性差。
2.采用轮询方式的驱动程序软件效率差。由于驱动程序并不知道哪一条VC链路上有数据，所以驱动程序只能采取将所有VC链路轮询一遍的策略，以便进行数据帧的接收工作。显然，驱动程序有相当的处理时间会浪费在没有接收数据的VC链路上，导致驱动程序软件的效率降低。
3.采用轮询方式，会导致系统有较大的时延抖动。具体分析可结合图2说明。图中，处理器以时间间隔T轮询，如在tA1时刻，处理器A开始轮询，在tA2时刻该轮询过程结束。如果某个数据帧在轮询结束的tA2时刻到达，则该帧数据需要等待T-tA2时间才能在下一轮询周期被处理。由于多个处理器之间是不同步的，在各处理器的轮询时间间隔都一致的前提下，ATM设备的最大延迟抖动时间为N×(T-tA2)。可以看出，ATM设备中处理器越多，则在这种情况下，累积的时延抖动也就越大。
发明内容
本发明的目的是设计一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，以解决现阶段在ATM设备中出现的多级处理器传输时延抖动较大的技术问题。
本发明的方法主要是通过采用系统同步技术，来减少ATM设备内多级处理器的传输时延抖动。即利用一个公共的时钟来控制ATM设备中的各处理器，对数据帧进行轮询接收、处理与传送。
实现本发明目的的技术方案是这样的一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，其特征在于包括以下处理步骤A.将一个公共时钟并行接入ATM设备中多个顺序连接的处理器；B.每一级处理器受公共时钟触发并在轮询时间长度内，对本处理器各虚容链路进行轮询，对到达底层各虚容链路的一帧数据进行接收与处理，并送其后级处理器。
所述公共时钟的时钟周期设置为处理器发送一帧数据所需的时间长度。
所述步骤B中，处理器在每次轮询的开始时刻对到达本处理器底层各虚容链路的一帧数据进行接收，并在所述的轮询时间长度内完成处理，轮询时间长度小于公共时钟周期。
设所述轮询时间长度为Δt，公共时钟的时钟周期为T，T与Δt间的关系是每一个前级处理器在前一个时钟周期T的Δt时间内完成处理的一帧数据，于后一个时钟周期T的Δt时间内被后级处理器处理。
本发明的有益效果是兼容了现有技术中的中断处理方式与轮询处理方式的优点，最大程度地消除了它们各自的缺点，既可以获得采用中断处理方式时，系统对接收数据帧进行处理的实时响应特点；又可以获得采用轮询处理方式时，能够有效地减少系统被中断的次数，从而大大降低处理器在数据收发上的开销，同时还显著降低了ATM设备的时延抖动。
图1是ATM设备的内部构成原理框图；图2是ATM设备以时间间隔T进行轮询的时间关系示意图；图3是采用本发明方法对数据帧进行处理时的时延抖动最好情况示意图；图4是采用本发明方法对数据帧进行处理时的时延抖动最坏情况示意图。
具体实施例方式
背景技术：
描述中综合了处理器采用中断处理方式或轮询处理方式时给ATM设备带来的影响，特别是系统被反复中断的影响及不能对接收数据帧进行实时响应处理的影响。针对于此，本发明提出了采用系统同步来减少ATM设备传输时延抖动的方法，该方法的核心思想是让ATM设备中的各个处理器在一个公共时钟的控制下、步调一致地对底层有数据帧的ATM的VC链路进行轮询，同时对轮询的间隔时间(时钟周期)加以控制，如将轮询的时间间隔设置为处理器发送数据帧所需的时间长度(轮询的时间间隔应设置为小于或等于处理器发送数据帧所需的时间长度)，从而达到减少ATM设备中传输时延抖动的效果。
参见图3，图中示出ATM设备中有三个处理器A、B、C的情况。公共时钟T触发每一次轮询过程，假设各处理器处理完一次轮询的结束时刻为tP，处理器发送一帧数据的时间长度为tT(由于ATM的VC链路是有一定带宽的，所以发送一定字节的数据到该VC上所需要的时间长度就是数据帧长/VC链路速率)。
最好的情况是，在tP时刻前到达处理器的数据帧都能够被处理器轮询到，且经过处理后的数据能在轮询间隔时间长度内转发到下一级处理器。
图中示出，在0时刻某数据帧到达处理器A，处理器A在tP时刻前轮询，即该数据帧被处理器A轮询到，由于将轮询间隔时间取为处理器发送一帧数据的时间tT，则可以看出，经轮询间隔时间后，到达B处理器的该数据帧也正好被处理器B轮询到，再经过一个轮询间隔时间后，到达C处理器的该数据帧也正好被处理器C轮询到，因此在该数据帧的传输处理过程中不会引入额外的时延抖动。这就是采用本发明方法后的最好情况。图中T1、T2、T3为时标。
参见图4，图中示出ATM设备中有三个处理器A、B、C的情况。公共时钟T触发每一次轮询过程，假设各处理器处理一次轮询的时间长度为Δt(各处理器的该Δt可取为相同或不相同，其值通过软件设置)，在tP时刻结束轮询处理过程，处理器发送一帧数据的时间为tT。
在最坏的情况下，某数据帧在第一次轮询处理结束的tP时刻(轮询处理的时间长度为Δt)时或tP时刻后到达A处理器，则该数据帧需要等到第二个轮询间隔时间后才能被处理器A处理。但以后的处理就如同最好情况了，即在第三个轮询间隔时间后，到达B处理器的该数据帧可正好被处理器B轮询到，在第四个轮询间隔时间后，到达C处理器的该数据帧也正好被处理器C轮询到，不会再引入更多的时延抖动。假设轮询间隔时间为T(公共时钟周期)，在这种最坏情况下，则系统的最大时延抖动为(T-Δt)。如果能够较好的控制轮询间隔时间T(控制公共时钟周期)与轮询处理时间长度Δt(软件设置)间的关系，如设置前级处理器在Δt时间内处理完成的数据，经过T时间长度后，正好在下一个Δt时间内被后级处理器处理，则可以最大程度的降低系统的时延抖动。图中T1、T2、T3为时标。
上述最好情况与最坏情况，就如同一辆汽车前面有N个红绿灯，最好情况下该汽车在每个路口遇到的都是绿灯；而在最坏情况下，该汽车只在第一个路口遇见红灯，而在以后的路口上则都遇见绿灯。通过采用发明的系统同步处理方式，就可实现上述的最好情况和最坏情况。
通过上述分析可以看出，通过采用控制轮询时间间隔的定时轮询方式(具体方式还可根据系统的设计情况进行具体控制)，可以同时获得采用中断处理方式和采用轮询处理方式进行处理的优点，即系统对数据帧的实时响应较好，和能够有效地减少系统中的中断次数，在显著降低ATM设备传输时延抖动的同时还大大降低了处理器在数据收发中的开销。
权利要求
1.一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，其特征在于包括以下处理步骤A.将一个公共时钟并行接入ATM设备中多个顺序连接的处理器；B.每一级处理器受公共时钟触发并在轮询时间长度内，对本处理器各虚容链路进行轮询，对到达底层各虚容链路的一帧数据进行接收与处理，并送其后级处理器。
2.根据权利要求1所述的一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，其特征在于所述公共时钟的时钟周期设置为处理器发送一帧数据所需的时间长度。
3.根据权利要求1所述的一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，其特征在于所述步骤B中，处理器在每次轮询的开始时刻对到达本处理器底层各虚容链路的一帧数据进行接收，并在所述的轮询时间长度内完成处理，轮询时间长度小于公共时钟周期。
4.根据权利要求1或3所述的一种减少ATM设备传输时延抖动的方法，其特征在于设轮询时间长度为Δt，公共时钟的时钟周期为T，T与Δt间的关系是每一个前级处理器在前一个时钟周期T的Δt时间内完成处理的一帧数据，于后一个时钟周期T的Δt时间内被后级处理器处理。
全文摘要
本发明涉及一种减少ATM设备传输时延抖动的方法。包括以下步骤将一个公共时钟并行接入ATM设备中多个顺序连接的处理器；每一级处理器受公共时钟触发并在轮询时间长度内，对本处理器各虚容链路进行轮询，对到达底层各虚容链路的一帧数据进行接收与处理，并送其后级处理器。各处理器同步地对VC链路进行轮询，通过对轮询间隔时间T即公共时钟周期进行控制和控制轮询间隔时间与处理器处理轮询时间Δt间的关系，可最大程度地降低系统的传输时延抖动。能兼容现有技术中中断与轮询两种处理方式的优点系统对接收数据帧可进行实时响应处理；可有效减少系统被中断次数，从而大大降低处理器在数据收发上的开销，同时还显著降低了ATM设备的时延抖动。
文档编号H04L12/40GK1543144SQ0312305
公开日2004年11月3日 申请日期2003年4月29日 优先权日2003年4月29日
发明者李峰, 王新民, 王黎炜, 李军, 黄晓光, 陈剑, 李 峰 申请人:大唐移动通信设备有限公司