??? 摘? 要: 通過SDH網絡傳輸以太網數據(Ethernet over SDH)是一種新涌現的寬帶數據傳輸技術。由于以太網和SDH凈荷的速率不匹配,因此當采用現有技術將以太網幀向SDH幀映射時,往往要使用較大的SDH容器,從而造成傳輸帶寬的浪費。采用SDH虛級聯" title="級聯">級聯技術可為千兆以太網數據傳輸開辟大小合適的SDH通道,不但可以提高SDH網絡帶寬的利用率而且可以動態地分配帶寬資源。?
關鍵詞: 同步數字體制(SDH)? 虛級聯? 以太網?
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隨著1000MHz以太網技術的逐步成熟以及10GHz以太網標準的即將問世,以太網技術正由局域網技術擴展為城域網(MAN)和廣域網(WAN)技術。但以太網的性能監視和故障定位能力較弱,為了彌補這些缺陷,充分利用現有的網絡設施,目前網絡提供商正試圖利用現有的SDH光網絡來傳送以太網數據(EOS)。但是,由于以太網和SDH的標稱速率并不完全匹配,當將以太網幀向SDH幀映射的時候,往往要使用較大的SDH容器,從而造成傳輸帶寬的浪費。例如,傳輸一個千兆以太網數據往往需要一個完整的2.5Gbps的SDH傳輸通道" title="傳輸通道">傳輸通道,這無疑會造成巨大的帶寬浪費。理論上,可使用SDH級聯技術構造大小合適的SDH傳輸通道,來傳輸以太網數據,但不幸的是很多現有的SDH網絡并不支持級聯處理,而要更新這些網絡設施代價太大。因此這種級聯傳輸方法目前并不現實。?
本文采用多個虛級聯的SDH虛容器(VC-3)為千兆以太網數據流開辟大小合適的SDH傳輸通道,配合使用鏈路容量調整配置(LCAS)技術,不僅可以提高傳輸帶寬的利用率,而且可以動態地分配帶寬資源。?
1 SDH虛級聯的基本原理?
虛級聯是指用來組成SDH通道的多個虛容器(VC-n)之間并沒有實質的級聯關系,它們在網絡中被分別處理獨立傳送,只是它們所傳的數據具有級聯關系。這種數據的級聯關系在數據進入容器之前即作好標記,待各個VC-n的數據到達目的終端后,再按照原定的級聯關系進行重新組合。SDH級聯傳送需要每個SDH網元都有級聯處理功能,而虛級聯傳送只需要終端設備具有相應的功能即可,因此易于實現。?
如圖1所示,使用虛級聯技術可以將一個完整的客戶帶寬分割開,映射到多個獨立的VC-n中進行傳輸,然后由目的終端將這些VC-n重新組合成完整的客戶帶寬。?
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包含X個VC-3的虛級聯通道可以用VC-3-Xv來表示。如圖2所示,VC-3-Xv提供一個由X個C-3容器構成的凈荷域,X個C-3被映射在組成VC-3-Xv的X個VC-3里。每個VC-3都有各自的通道開銷(POH),其中POH中的H4字節用來做虛級聯處理的序列指示(SQ)和復幀指示(MFI),以下將詳細說明。?
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VC-3加上段開銷(SOH)即可構成完整的STS-1信道,因此X個虛級聯的STS-1可表示為STS-1-Xv。由于STS-1-Xv中每一個STS-1信道的數據可能在網絡中獨立傳輸,各個STS-1信道的數據經過傳輸后會存在不同的傳輸延遲。因此,當STS-1-Xv中各個STS-1信道的數據到達目的終端時,必須先對它們之間的時延差進行補償,經過重新同步定位后,重構一個與發送時相同的凈荷域。凈荷重構的信息由H4字節攜帶,H4的編碼結構如表1所示。?
MFI用來指示各個虛級聯的STS-1數據幀" title="數據幀">數據幀之間的相位關系(時延差)。在H4字節中,MFI由兩級編碼構成,對應地有兩級MFI。第一級MFI由H4的低4位(0～3 位)構成,隨著每一個基本幀的到來,第一級MFI由0增加到15;第二級MFI有8比特,這8比特分別由第一級MFI的第0幀和第1幀的高4位(4～7位)構成。這樣,一個復幀共由4096個基本幀構成,復幀周期為512ms,因此可以表示256ms內的相位差。?
SQ用來指示各個虛級聯的STS-1信道在STS-1-Xv中排列順序。每個STS-1都有一個固定的SQ,STS-1-Xv中第一個傳送的STS-1信道的SQ為0,以此類推,第X個傳送的STS-1信道的SQ為(X-1)。SQ有8比特,這8比特由第14和第15幀中H4的高4位(4～7位)構成,8比特一共可以表示256個STS-1信道。?
2 SDH虛級聯的技術實現?
本節依據虛級聯的基本原理,實現千兆以太網數據在2.5Gbps速率的SDH網絡中的虛級聯傳輸。虛級聯處理包括發送端虛級聯處理(TVCP)和接收端虛級聯處理(RVCP)兩部分。?
2.1 發送端虛級聯處理?
TVCP實現以太網數據在SDH物理通道中的映射以及虛級聯復幀指示和序列指示的處理。?
??? 圖3中通用封幀處理器(GFP)負責以太網數據的封裝和定界。以太網數據經過GFP處理后,可被稱為以太網邏輯數據。虛線框部分為發端虛級聯處理模塊(TVCM)。TVCM的核心是一個復制機,它將以太網邏輯數據從輸入緩存器移入輸出緩存器,在這個過程中將以太網邏輯數據映射到SDH通道中對應的STS-1信道。映射的控制基于虛級聯配置器中的可編程信息,這些信息包括為以太網邏輯數據分配的SDH帶寬(STS-1信道數目)以及以太網邏輯數據在SDH數據幀中的時隙位置(STS-1信道號)。SDH通道開銷處理器主要完成各個虛級聯STS-1信道數據幀中MFI值和SQ值計算,以及H4字節的編碼和插入,其方法已經在虛級聯基本原理中說明。?
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2.5Gbps速率的SDH傳輸通道共有48個STS-1信道,由于C-3的容量為44.73Mbit,因此一個千兆以太網的數據至多占用22個STS-1信道,剩余信道可以用來傳輸其它業務,因此虛級聯技術提高了傳輸帶寬的利用率。另外,由于只需利用LCAS協議改變虛級聯配置器中的可編程信息,就可以動態地調整數據的傳輸帶寬,因此虛級聯技術提高了網絡帶寬配置的靈活性。?
2.2? 接收端虛級聯處理(RVCP)?
RVCP主要實現SDH通道中各個虛級聯STS-1信道的級聯重組以及以太網數據的解映射。?
收端虛級聯處理模塊(RVCM)如圖4所示,主要包括SQ和MFI提取器、同步統計存儲器、同步邏輯、同步緩存器以及解映射器" title="映射器">映射器。?
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RVCM從電信總線上接收SDH數據幀,并由SQ和MFI提取器直接從SDH通道開銷中捕捉H4字節。根據H4字節中的SQ值判斷各個虛級聯STS-1信道的排列順序,同時,根據MFI值并利用同步緩存器對各個STS-1信道的數據進行重新同步定位,以補償它們之間的時延差。數據重定位后,解映射器將數據從SDH電信總線數據格式轉換為以太網邏輯通道的數據格式。?
同步緩存器負責對各個虛級聯STS-1信道的數據進行同步處理,以實現各個信道數據幀的對齊。如圖5所示,根據各個虛級聯STS-1信道中數據幀的SQ值,將數據寫入同步緩存器中對應的區域。各個STS-1信道數據的寫入地址由該信道數據幀的MFI值確定,數據根據MFI值被跳躍地寫入對應的緩存器地址,然后再按某個共同的讀指針順序讀出。這樣,通過同步緩存器對數據的重新同步定位,可補償各個STS-1之間的傳輸時延差。?
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在重定位過程中,同步邏輯要為同步緩存器中各個STS-1信道的數據確定一個共同的讀地址,這個過程可稱作同步過程。整個同步過程分為同步捕捉(SYN-ACQ)和同步(SYN)兩個狀態。?
電路初始化后,同步過程進入SYN-ACQ態,MFI和SQ提取器提取每一個輸入STS-1數據幀的MFI值,并將其存入同步統計存儲器。同步邏輯硬件連續地掃描同步統計存儲器中各個虛級聯STS-1信道數據幀的MFI值。當具有某個確定MFI值的各個STS-1信道數據幀的幀頭都到來時,同步邏輯將該MFI值所對應的同步緩存器地址確定為各個STS-1信道數據的共同讀地址,此時同步過程進入SYN態,同步緩存器中的數據以這個共同的讀地址為起始地址順序讀出。如果MFI值不發生跳躍,則同步邏輯的讀地址將順序遞增,并在最大MFI處翻轉。一旦MFI值發生跳躍,也就是說某個STS-1信道中前后數據幀的H4字節包含不連續的MFI值時,則同步過程重新進入SYN-ACQ狀態,開始一個新的同步捕捉過程。?
解映射器和TVCM中復制機的功能類似,當同步緩存器對各個虛級聯的STS-1信道進行重定位后,解映射器將按照虛級聯配置信息的要求,通過輸入緩存到輸出緩存中數據的重新排序,完成SDH電信總線數據格式到以太網數據格式的轉換。此時,所得到的以太網邏輯數據和發端TVCM中GFP封幀處理器輸出的以太網邏輯數據完全一致,從而實現了千兆以太網數據在SDH網絡中的高效傳輸。?
參考文獻?
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2 D. Levandovsky. Physical Constraints Affecting Connectivity in the Dynamic Optical Network， NFOEC 2000， Aug. 2000， pp.126?
3 ITU-T Recommendation.G.707. Network node interface for synchronous digital hierarchy (SDH). Jul.2000?
4 ITU-T Recommendation.G.7041. Generic framing procedure(GFP). Dec.2001?
5 ITU-T Recommendation.G.7042. Link capacity adjustment schern (LCAS) for virtual concatenated signals. Nov.2001