摘  要: 通过SDH网络传输以太网数据(Ethernet over SDH)是一种新涌现的宽带数据传输技术。由于以太网和SDH净荷的速率不匹配,因此当采用现有技术将以太网帧向SDH帧映射时,往往要使用较大的SDH容器,从而造成传输带宽的浪费。采用SDH虚级联" title="级联">级联技术可为千兆以太网数据传输开辟大小合适的SDH通道,不但可以提高SDH网络带宽的利用率而且可以动态地分配带宽资源。 

　　关键词: 同步数字体制(SDH)  虚级联  以太网 

　　随着1000MHz以太网技术的逐步成熟以及10GHz以太网标准的即将问世,以太网技术正由局域网技术扩展为城域网(MAN)和广域网(WAN)技术。但以太网的性能监视和故障定位能力较弱,为了弥补这些缺陷,充分利用现有的网络设施,目前网络提供商正试图利用现有的SDH光网络来传送以太网数据(EOS)。但是,由于以太网和SDH的标称速率并不完全匹配,当将以太网帧向SDH帧映射的时候,往往要使用较大的SDH容器,从而造成传输带宽的浪费。例如,传输一个千兆以太网数据往往需要一个完整的2.5Gbps的SDH传输通道" title="传输通道">传输通道,这无疑会造成巨大的带宽浪费。理论上,可使用SDH级联技术构造大小合适的SDH传输通道,来传输以太网数据,但不幸的是很多现有的SDH网络并不支持级联处理,而要更新这些网络设施代价太大。因此这种级联传输方法目前并不现实。 

　　本文采用多个虚级联的SDH虚容器(VC-3)为千兆以太网数据流开辟大小合适的SDH传输通道,配合使用链路容量调整配置(LCAS)技术,不仅可以提高传输带宽的利用率,而且可以动态地分配带宽资源。 

1 SDH虚级联的基本原理 

　　虚级联是指用来组成SDH通道的多个虚容器(VC-n)之间并没有实质的级联关系,它们在网络中被分别处理独立传送,只是它们所传的数据具有级联关系。这种数据的级联关系在数据进入容器之前即作好标记,待各个VC-n的数据到达目的终端后,再按照原定的级联关系进行重新组合。SDH级联传送需要每个SDH网元都有级联处理功能,而虚级联传送只需要终端设备具有相应的功能即可,因此易于实现。 

　　如图1所示,使用虚级联技术可以将一个完整的客户带宽分割开,映射到多个独立的VC-n中进行传输,然后由目的终端将这些VC-n重新组合成完整的客户带宽。 

　　包含X个VC-3的虚级联通道可以用VC-3-Xv来表示。如图2所示,VC-3-Xv提供一个由X个C-3容器构成的净荷域,X个C-3被映射在组成VC-3-Xv的X个VC-3里。每个VC-3都有各自的通道开销(POH),其中POH中的H4字节用来做虚级联处理的序列指示(SQ)和复帧指示(MFI),以下将详细说明。 

　　VC-3加上段开销(SOH)即可构成完整的STS-1信道,因此X个虚级联的STS-1可表示为STS-1-Xv。由于STS-1-Xv中每一个STS-1信道的数据可能在网络中独立传输,各个STS-1信道的数据经过传输后会存在不同的传输延迟。因此,当STS-1-Xv中各个STS-1信道的数据到达目的终端时,必须先对它们之间的时延差进行补偿,经过重新同步定位后,重构一个与发送时相同的净荷域。净荷重构的信息由H4字节携带,H4的编码结构如表1所示。 

　　MFI用来指示各个虚级联的STS-1数据帧" title="数据帧">数据帧之间的相位关系(时延差)。在H4字节中,MFI由两级编码构成,对应地有两级MFI。第一级MFI由H4的低4位(0～3 位)构成,随着每一个基本帧的到来,第一级MFI由0增加到15;第二级MFI有8比特,这8比特分别由第一级MFI的第0帧和第1帧的高4位(4～7位)构成。这样,一个复帧共由4096个基本帧构成,复帧周期为512ms,因此可以表示256ms内的相位差。 

　　SQ用来指示各个虚级联的STS-1信道在STS-1-Xv中排列顺序。每个STS-1都有一个固定的SQ,STS-1-Xv中第一个传送的STS-1信道的SQ为0,以此类推,第X个传送的STS-1信道的SQ为(X-1)。SQ有8比特,这8比特由第14和第15帧中H4的高4位(4～7位)构成,8比特一共可以表示256个STS-1信道。 

2 SDH虚级联的技术实现 

　　本节依据虚级联的基本原理,实现千兆以太网数据在2.5Gbps速率的SDH网络中的虚级联传输。虚级联处理包括发送端虚级联处理(TVCP)和接收端虚级联处理(RVCP)两部分。 

2.1 发送端虚级联处理 

　　TVCP实现以太网数据在SDH物理通道中的映射以及虚级联复帧指示和序列指示的处理。 

    图3中通用封帧处理器(GFP)负责以太网数据的封装和定界。以太网数据经过GFP处理后,可被称为以太网逻辑数据。虚线框部分为发端虚级联处理模块(TVCM)。TVCM的核心是一个复制机,它将以太网逻辑数据从输入缓存器移入输出缓存器,在这个过程中将以太网逻辑数据映射到SDH通道中对应的STS-1信道。映射的控制基于虚级联配置器中的可编程信息,这些信息包括为以太网逻辑数据分配的SDH带宽(STS-1信道数目)以及以太网逻辑数据在SDH数据帧中的时隙位置(STS-1信道号)。SDH通道开销处理器主要完成各个虚级联STS-1信道数据帧中MFI值和SQ值计算,以及H4字节的编码和插入,其方法已经在虚级联基本原理中说明。 

　　2.5Gbps速率的SDH传输通道共有48个STS-1信道,由于C-3的容量为44.73Mbit,因此一个千兆以太网的数据至多占用22个STS-1信道,剩余信道可以用来传输其它业务,因此虚级联技术提高了传输带宽的利用率。另外,由于只需利用LCAS协议改变虚级联配置器中的可编程信息,就可以动态地调整数据的传输带宽,因此虚级联技术提高了网络带宽配置的灵活性。 

2.2  接收端虚级联处理(RVCP) 

　　RVCP主要实现SDH通道中各个虚级联STS-1信道的级联重组以及以太网数据的解映射。 

　　收端虚级联处理模块(RVCM)如图4所示,主要包括SQ和MFI提取器、同步统计存储器、同步逻辑、同步缓存器以及解映射器" title="映射器">映射器。 

　　RVCM从电信总线上接收SDH数据帧,并由SQ和MFI提取器直接从SDH通道开销中捕捉H4字节。根据H4字节中的SQ值判断各个虚级联STS-1信道的排列顺序,同时,根据MFI值并利用同步缓存器对各个STS-1信道的数据进行重新同步定位,以补偿它们之间的时延差。数据重定位后,解映射器将数据从SDH电信总线数据格式转换为以太网逻辑通道的数据格式。 

　　同步缓存器负责对各个虚级联STS-1信道的数据进行同步处理,以实现各个信道数据帧的对齐。如图5所示,根据各个虚级联STS-1信道中数据帧的SQ值,将数据写入同步缓存器中对应的区域。各个STS-1信道数据的写入地址由该信道数据帧的MFI值确定,数据根据MFI值被跳跃地写入对应的缓存器地址,然后再按某个共同的读指针顺序读出。这样,通过同步缓存器对数据的重新同步定位,可补偿各个STS-1之间的传输时延差。 

　　在重定位过程中,同步逻辑要为同步缓存器中各个STS-1信道的数据确定一个共同的读地址,这个过程可称作同步过程。整个同步过程分为同步捕捉(SYN-ACQ)和同步(SYN)两个状态。 

　　电路初始化后,同步过程进入SYN-ACQ态,MFI和SQ提取器提取每一个输入STS-1数据帧的MFI值,并将其存入同步统计存储器。同步逻辑硬件连续地扫描同步统计存储器中各个虚级联STS-1信道数据帧的MFI值。当具有某个确定MFI值的各个STS-1信道数据帧的帧头都到来时,同步逻辑将该MFI值所对应的同步缓存器地址确定为各个STS-1信道数据的共同读地址,此时同步过程进入SYN态,同步缓存器中的数据以这个共同的读地址为起始地址顺序读出。如果MFI值不发生跳跃,则同步逻辑的读地址将顺序递增,并在最大MFI处翻转。一旦MFI值发生跳跃,也就是说某个STS-1信道中前后数据帧的H4字节包含不连续的MFI值时,则同步过程重新进入SYN-ACQ状态,开始一个新的同步捕捉过程。 

　　解映射器和TVCM中复制机的功能类似,当同步缓存器对各个虚级联的STS-1信道进行重定位后,解映射器将按照虚级联配置信息的要求,通过输入缓存到输出缓存中数据的重新排序,完成SDH电信总线数据格式到以太网数据格式的转换。此时,所得到的以太网逻辑数据和发端TVCM中GFP封帧处理器输出的以太网逻辑数据完全一致,从而实现了千兆以太网数据在SDH网络中的高效传输。 

参考文献 

1 B.Tolly. Moving the decimal point: 10 Gigabit Ethernet applications and market opportunity. IEEE LEOS 2000，Jun.2000， vol.1， pp. 288～293 

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