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用于千兆以太网数据传输的SDH虚级联技术
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的标准速率并不完全匹配，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，(范文先生网www.fwsir.com收集整理)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级联传送需要每个上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VX-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HR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，必然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。
表1 H4字节编码
MFI用来指示各个虚级联的STS-1数据帧之间的相位关系（时延差）。在H4字节，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，每一级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中每一个传送的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个比特由第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，实现千兆以及网数据在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物理通道中的是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，这些信号包括为以太网逻辑数据分配的SDH带宽（STS-1信道数目）以及双太网逻辑数据在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、步逻辑、同步缓存器以及解映射器。
RVCM从信总线上接收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，然后再按某共同的读指顺序读出。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信道数据的共同读数据，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，通过输入级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完全一致，从而实现了千兆以太网数数据在SDH网络中的高效传输。
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