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用于千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟DH虛級聯(lián)技術(shù)
摘要：通過SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)（Ethernet over SDH）是一種新涌現(xiàn)的寬帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。由于以太網(wǎng)和SDH凈荷的速率不匹配，因此當(dāng)采用現(xiàn)有技術(shù)將以太網(wǎng)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(fèi)。采用SDH虛級聯(lián)技術(shù)可為千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸開辟大小合適的SDH通道，不但可以提高SDH網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率而且可以動態(tài)地分配帶寬資源。關(guān)鍵詞：同步數(shù)字體制（SDH） 虛級聯(lián) 以太網(wǎng)
隨著1000MHz以太網(wǎng)技術(shù)的逐步成熟以及10GHz以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的即將問世，以太網(wǎng)技術(shù)正由局域網(wǎng)技術(shù)擴(kuò)展為城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)。但以太網(wǎng)的性能監(jiān)視和故障定位能力較弱，為了彌補(bǔ)這些缺陷，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，目前網(wǎng)絡(luò)提供商正試圖利用現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡(luò)來傳送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)（EOS）。但是，由于以太網(wǎng)和SDH的標(biāo)準(zhǔn)速率并不完全匹配，當(dāng)將以太網(wǎng)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(fèi)。例如，傳輸一個千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)往往需要一個完整的2.5Gbps的SDH傳輸通道，(范文先生網(wǎng)www.ycxgx.cn收集整理)這無疑會造成巨大的帶寬浪費(fèi)，理論上，可使用SDH級聯(lián)技術(shù)構(gòu)造大小合適的SDH傳輸通道，來傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，但不幸的是很多現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡(luò)并不支持級聯(lián)處理，而要更新這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)施代價太大。因此這種級聯(lián)傳輸方法目前并不現(xiàn)實(shí)。
本文采用多個虛級聯(lián)的SDH虛容器（VC-3）為千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流開辟大小合適的SDH傳輸通道，配合使用鏈路容量調(diào)整配置（LCAS）技術(shù)，不僅可以提高傳輸帶寬的利用率，而且可以動態(tài)地分配帶寬資源。
1 SDH虛級聯(lián)的基本原理
虛級聯(lián)是指用來組成SDH通道的多個虛容器（VC-n）之間并沒有實(shí)質(zhì)的級聯(lián)關(guān)系，它們在網(wǎng)絡(luò)中被分別處理獨(dú)立傳送，只是它們所傳的數(shù)據(jù)具有級聯(lián)關(guān)系。這種數(shù)據(jù)的級聯(lián)關(guān)系在數(shù)據(jù)進(jìn)入容器之前即作好標(biāo)記，待各個VC-n的數(shù)據(jù)到達(dá)目的終端后，再按照原定的級聯(lián)關(guān)系進(jìn)行重新組合。SDH級聯(lián)傳送需要每個上SDH網(wǎng)元都有級聯(lián)處理功能，而虛級聯(lián)傳送只需要終端設(shè)備具有相應(yīng)的功能即可，因此易于實(shí)現(xiàn)。
如圖1所示，使用虛級聯(lián)技術(shù)可以將一個完整的客戶帶寬分割開，映射到多個獨(dú)立的VC-n中進(jìn)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。
包含X個VX-3的虛級聯(lián)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(gòu)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HR字節(jié)用來做虛級聯(lián)處理的序列指示（SQ）和復(fù)幀指示（MFI），以下將詳細(xì)說明。
VC-3加上段開銷（SOH）即可構(gòu)成完整的STS-1信道，因此X個虛級聯(lián)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(shù)據(jù)可能在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立傳輸，各個STS-1信道的數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸后會存在不同的傳輸延遲。因此，當(dāng)STS-1-Xv中各個STS-1信道的數(shù)據(jù)到達(dá)目的終端時，必然先對它們之間的時延差進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)過重新同步定位后，重構(gòu)一個與送時相同的凈荷域。凈荷重構(gòu)的信息由H4字節(jié)攜帶，H4的編碼結(jié)構(gòu)如表1所示。
表1 H4字節(jié)編碼
MFI用來指示各個虛級聯(lián)的STS-1數(shù)據(jù)幀之間的相位關(guān)系（時延差）。在H4字節(jié)，MFI由兩級編碼構(gòu)成，對應(yīng)地有兩級MFI。第一級MFI由H4的低4位（0～3位）構(gòu)成，隨著每一個基本幀的到來，每一級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(gòu)成。這樣，一個復(fù)幀共由4096個基本幀構(gòu)成，復(fù)幀周期為512ms，因此可以表示256ms內(nèi)的相位差。
SQ用來指示各個虛級聯(lián)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中每一個傳送的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個比特由第14和第15幀中H4 的高4位（4～7位）構(gòu)成，8比特一共可以表示256個STS-1信道。
2 SDH虛級聯(lián)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
本節(jié)依據(jù)虛級聯(lián)的基本原理，實(shí)現(xiàn)千兆以及網(wǎng)數(shù)據(jù)在2.5Gbps速率的SDH網(wǎng)絡(luò)中的虛級聯(lián)傳輸。虛級聯(lián)處理包括發(fā)送端虛級聯(lián)處理（TVCP）和接收端虛級聯(lián)處理（RVCP）兩部分。
2.1 發(fā)送端虛級聯(lián)處理
TVCP實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在SDH物理通道中的是映射以及虛級聯(lián)復(fù)幀指示和序列指示的處理。
圖3中通用封幀處理器（GFP）負(fù)責(zé)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝和定界。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過GFP處理后，可被稱為以太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)。虛線框部分為發(fā)端虛級聯(lián)處理模塊（TVCM）。TVCM的核心是一個復(fù)制機(jī)，它將以太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)從輸入緩存器移入輸出緩存器，在這個過程中將以太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)映射到SDH通道中對應(yīng)的STS-1信道。映射的控制基于虛級聯(lián)配置器中的可編程信息，這些信號包括為以太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)分配的SDH帶寬（STS-1信道數(shù)目）以及雙太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)在SDH數(shù)據(jù)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(lián)STS-1信道數(shù)據(jù)幀中MFI值和SQ值計算，以及H4字節(jié)的編碼和插入，其方法已經(jīng)在虛級聯(lián)基本原理中說明。
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(wǎng)的數(shù)據(jù)至多占用22個STS-1信道，剩余信道可以用來傳輸其它業(yè)務(wù)，因此虛級聯(lián)技術(shù)提高了傳輸帶寬的利用率。另外，由于只需利用LCAS協(xié)議改變虛級聯(lián)配置器中的可編程信息，就可以動態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)的傳輸帶寬因此虛級聯(lián)技術(shù)提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬配置的靈活性。
2.2 接收端虛級處理（RVCP）
RVCP主要實(shí)現(xiàn)SDH通道中各個虛級聯(lián)STS-1信道的級聯(lián)重組以及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的解映射。
收端虛級聯(lián)處理模塊（RVCM）如圖4所示，主要包括SQ和MFI提取器、同步統(tǒng)計存儲器、步邏輯、同步緩存器以及解映射器。
RVCM從信總線上接收SDH數(shù)據(jù)幀，并由SQ和MFI提取器直接從SDH通道開銷中捕捉H4字節(jié)。根據(jù)H4字節(jié)中的SQ值判斷各個虛級聯(lián)STS-1信道的排列順序，同時，根據(jù)MFI值并利用同步緩存器對各個STS-1信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新同步定位，以補(bǔ)償它們之間的時延差。數(shù)據(jù)重定位后，解映射器將數(shù)據(jù)從SDH電信總線數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)邏輯通道的數(shù)據(jù)格式。
同步緩存器負(fù)責(zé)對各個虛級聯(lián)STS-1信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，以實(shí)現(xiàn)各個信道數(shù)據(jù)幀的對齊。如圖5所示，根據(jù)各個虛級聯(lián)STS-1信道中數(shù)據(jù)幀的SQ值，將數(shù)據(jù)寫入同步緩存器中對應(yīng)的區(qū)域。各個STS-1信道數(shù)據(jù)的寫入地址由該信道數(shù)據(jù)幀MFI值確定，數(shù)據(jù)根據(jù)MFI值被跳躍地寫入對應(yīng)的緩存器地址，然后再按某共同的讀指順序讀出。這樣，通過同步緩存器對數(shù)據(jù)的重新同步定位，可補(bǔ)償各個STS-1之間的傳輸時延差。
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(shù)據(jù)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(tài)。
電路初始化后，同步過程進(jìn)入SYN-ACQ態(tài)，MFI和SQ提取器提取每一個輸入STS-1數(shù)據(jù)幀的MFI值，并將其存入同步統(tǒng)計存儲器。同步邏輯硬件連續(xù)地掃描同步統(tǒng)計存儲器中各個虛級聯(lián)STS-1信道數(shù)據(jù)幀的MFI值。當(dāng)具有某個確定MFI值的各個STS-1信道數(shù)據(jù)幀的幀頭都到來時，同步邏輯將該MFI值所對應(yīng)的同步緩存器地址確定為各個STS-1信道數(shù)據(jù)的共同讀數(shù)據(jù)，此時同步過程進(jìn)入SYN態(tài)，同步緩存器中的數(shù)據(jù)以這個共同的讀地址為起始地址順序讀出。如果MFI值不發(fā)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(zhuǎn)。一旦MFI值發(fā)生跳躍，也就是說某個STS-1信道中前后數(shù)據(jù)幀的H4字節(jié)包含不連續(xù)的MFI值時，則同步過程重新進(jìn)入SYN-ACQ狀態(tài)，開始一個新的同步捕捉過程。
解映射器和TVCM中復(fù)制機(jī)的功能類似，當(dāng)同步緩存器對各個虛級聯(lián)的STS-1信道進(jìn)行重定位后，解映射器將按照虛級聯(lián)配置信息的要求，通過輸入級存到輸出緩存中數(shù)據(jù)的重新排序，完成SDH電信總線數(shù)據(jù)格式到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。此時，所得到的以太網(wǎng)邏輯數(shù)據(jù)完全一致，從而實(shí)現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)在SDH網(wǎng)絡(luò)中的高效傳輸。
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