專利名稱：Ip數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，尤指一種通過在千兆比以太網(wǎng)處理模塊及廣域網(wǎng)接口處理模塊之間利用核心處理模塊將被傳輸數(shù)據(jù)進行復用/去復用、組幀/拆幀以及校驗/糾錯的處理，并且通過系統(tǒng)控制模塊及管理與監(jiān)控模塊對IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備進行監(jiān)控的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配(IP over WDM)的方法，屬于計算機網(wǎng)和光傳送網(wǎng)技術領域。
自誕生直至今天，電信網(wǎng)的主要業(yè)務一直是電話業(yè)務，因而電信網(wǎng)一般也稱為電話網(wǎng)。傳統(tǒng)電話網(wǎng)的設計都是以恒定的對稱的話路量為前提的，其成本和利潤處于嚴格管制之下，網(wǎng)絡呈資本密集型，網(wǎng)絡容量與話務容量之間具有高度的一致性，電話業(yè)務和電信網(wǎng)絡均呈穩(wěn)定低速的增長。近10年來，全世界電話用戶的增長率平均為5％～10％左右。
但是，隨著計算機的廣泛應用和普及，數(shù)據(jù)業(yè)務呈現(xiàn)出指數(shù)式的增長態(tài)勢；平均年增長率達25％～40％，遠遠高于電話業(yè)務。隨著因特網(wǎng)傳輸協(xié)議(Internet Protocol，以下簡稱IP)業(yè)務爆炸式地增長，其網(wǎng)絡的規(guī)模和業(yè)務量已達到了約6～12個月左右就翻一番的地步，比著名的CPU性能進展的摩爾定律(約18個月左右就翻一番)還要快1.5～3倍。顯然，按這一趨勢，用不了幾年，網(wǎng)上的數(shù)據(jù)業(yè)務將會超過電話業(yè)務。在北美，有些網(wǎng)絡(諸如太平洋貝爾)上的數(shù)據(jù)業(yè)務已經(jīng)超過電話業(yè)務，即便像AT&T這樣的老牌電信公司的網(wǎng)絡，其數(shù)據(jù)業(yè)務也將在幾年后超過電話業(yè)務。從全世界范圍看，估計在未來的10年內(nèi)，包括中國電信網(wǎng)在內(nèi)的世界主要網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)業(yè)務量都將先后超過電話業(yè)務量，

圖1所示為語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展趨勢。最終，電信網(wǎng)的業(yè)務將主要由數(shù)據(jù)業(yè)務構成，而不是電話業(yè)務，100年以來電信網(wǎng)的電話主業(yè)最終將變成副業(yè)，電信網(wǎng)絡的業(yè)務構成將發(fā)生根本性的變化。
與此同時，波分復用(以下簡稱為WDM)方法的出現(xiàn)改變了傳輸網(wǎng)的面貌。該方法利用具有寬帶低損耗特性的單模光纖，采用多個波長作為信息載波信道，各信道在一根光纖內(nèi)同時傳輸，使得傳輸系統(tǒng)的容量獲得了極大增長。同時，由于WDM傳輸網(wǎng)正從點對點系統(tǒng)向網(wǎng)絡化發(fā)展，因此，可以通過在干線網(wǎng)的交叉節(jié)點上引入光交叉連接和光波長變換，形成端到端之間的“虛波長”通路，實現(xiàn)用戶端到端的波長鏈路連接。這將使電路之間的調(diào)配和轉接變得簡單和方便，進而形成一個以波分復用技術及光波長交換技術為基礎的光網(wǎng)絡層，簡化了網(wǎng)絡結構，提高了網(wǎng)絡可靠性，并且使傳輸網(wǎng)與其業(yè)務和承載信號無關。目前人們已經(jīng)認識到，波分復用光網(wǎng)絡是能夠滿足目前IP業(yè)務巨大帶寬需求的傳送網(wǎng)絡，它必將成為新一代寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的基礎。
在IP局域網(wǎng)中，千兆比以太網(wǎng)(以下簡稱為GbE)是一種非常重要的技術。它是在10M/100M以太網(wǎng)技術的基礎上發(fā)展起來的，因此，它繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的幀格式、流量控制等機制，能夠與原有的以太網(wǎng)實現(xiàn)無縫連接和平滑升級。由于目前全世界80％以上的局域網(wǎng)都采用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)，再加之千兆比以太網(wǎng)設備成本相對低廉，技術簡單高效，因此，千兆比以太網(wǎng)受到了各大廠商和廣大用戶的歡迎。
而在廣域網(wǎng)方面，傳統(tǒng)的IP傳送方案依靠異步傳輸模式(AsynchronousTransfer Mode，以下簡稱為ATM)與同步數(shù)字系列(以下簡稱SDH)的方式完成骨干網(wǎng)絡的交換與傳輸。由于這兩種方式并不是為傳送IP業(yè)務設計的，因此在承載IP流量時，其性能不是最優(yōu)，并且存在著以下的缺陷1、組網(wǎng)和維護成本高，需要同時組建IP、ATM、SDH甚至波分復用網(wǎng)絡；尤其是ATM和SDH的設備與端口非常昂貴。
2、網(wǎng)絡功能重疊，網(wǎng)絡各層之間的功能存在重疊，比如IP層的路由功能與ATM層的交換選路功能之間，SDH與波分復用層的傳輸質(zhì)量監(jiān)控和保護倒換等。功能重疊不僅意味著設備功能與成本的浪費，還帶來了網(wǎng)絡互通與綜合管理的困難。
3、帶寬利用率較低，ATM承載IP報文時，由于存在ATM第5類適配層(以下簡稱為AAL5)的適配和信頭開銷，帶來了20％以上的帶寬損失；而SDH是一種時分復用的技術，其每一通道所占用的帶寬是固定的，而數(shù)據(jù)網(wǎng)絡業(yè)務具有很大的突發(fā)性和非對稱性，帶寬浪費在所難免。
在新一代寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡層采用IP協(xié)議，物理層使用波分復用技術(IP over WDM技術)已大勢所趨，如果仍在它們之間使用ATM和SDH網(wǎng)絡與設備，必然會帶來以上種種弊端。目前通常采用的IP網(wǎng)絡組網(wǎng)的方法有利用傳統(tǒng)路由器轉發(fā)的方法、GbE到SDH的方法及GbE到WDM的方法。
如圖2所示，傳統(tǒng)的路由器轉發(fā)的方法利用IP到ATM或IP到SDH的技術，將以太網(wǎng)接入到配備了廣域傳輸接口的高性能路由器上，路由器取出IP數(shù)據(jù)后，通過廣域端口在長途傳輸網(wǎng)上傳送。目前的長途傳輸主要依靠SDH技術，路由器的廣域傳輸接口一般為ATM或信息包到SDH(Packet overSDH，以下簡稱為POS)接口；這種方法的缺點是1、成本昂貴，骨干路由器設備和端口的成本極其昂貴，一般只有電信級高性能路由器才會配置ATM或POS端口。
2、路由功能冗余，目前很多第三層(IP層)交換機都具有第三層(IP層)處理能力和開放路徑最短優(yōu)先(以下簡稱為OSPF)等路由機制，因此，從路由功能上看，高性能的路由器并不是不可缺少的。
3、增加數(shù)據(jù)處理與延時，路由器對每個IP數(shù)據(jù)報文都要進行第三層處理，因此不可避免地增加了數(shù)據(jù)傳送的延時和抖動。
SDH傳輸網(wǎng)是目前主要的長途骨干傳送網(wǎng)絡，它是一種面向傳統(tǒng)話音業(yè)務的電信網(wǎng)絡，主要接入業(yè)務速率遵循準同步數(shù)字系列(以下簡稱為PDH)、同步傳輸模式(以下簡稱為STM)序列標準；但隨著SDH系統(tǒng)的廣泛采用，以及各種數(shù)據(jù)業(yè)務流量的爆炸性增長，通過SDH承載數(shù)據(jù)業(yè)務已非常普遍。目前已經(jīng)定義了在SDH上映射ATM信元和IP數(shù)據(jù)報的標準。同樣，由于千兆比以太網(wǎng)廣域傳輸?shù)男枨蟛粩嘣鲩L，通過SDH承載千兆比以太網(wǎng)信號的技術應運而生。如圖3、圖4所示，GbE到SDH的方法由POS技術轉化而來，它采用類似POS的協(xié)議棧和映射方法，其優(yōu)點是不再需要高端路由器及其POS端口就可以實現(xiàn)千兆比以太網(wǎng)信號的廣域傳送，節(jié)省了路由器設備的投資；依靠SDH提供可靠的廣域傳輸質(zhì)量。但是該方法同時存在著如下的不足1、它還需要SDH網(wǎng)絡與設備支持，目前大部分SDH設備都不具有千兆比以太網(wǎng)端口，因此，其應用范圍受到了限制。
2、映射處理復雜，千兆比以太網(wǎng)的信息速率為1Gbit/s，而STM序列的速率為155、622及2488Mbit/s，為了不造成帶寬的浪費，需要采用第4級虛容器(以下簡稱為VC4)級聯(lián)技術以有效的容納一路千兆比以太網(wǎng)信號，其映射過程比較復雜。
3、SDH的設計基于8KHz話音同步取樣的設計，采用同步復用方式封裝數(shù)據(jù)報文并不合適；而且數(shù)據(jù)報文的封裝處理比較耗時，設備價格昂貴。
4、另外SDH有很多用于話音網(wǎng)的開銷，帶來了較大的帶寬和操作代價。
WDM利用單模光纖的寬帶低損耗特性，采用多個波長作為信息載波信道，各信道在一根光纖內(nèi)同時傳輸。與單信道系統(tǒng)相比，密集WDM(以下簡稱為DWDM)不僅極大地提高了網(wǎng)絡系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容和路由選擇的靈活性、業(yè)務透明性等諸多優(yōu)點。WDM系統(tǒng)的一個重大特點和優(yōu)勢在于它對于業(yè)務的協(xié)議、速率和幀格式等特性是透明的，并且依靠全光放大和光層的保護倒換技術，可以在很大程度上取代SDH的功能與作用。因此可以跳過SDH層，如圖5所示，利用GbE到WDM的方法直接將千兆比以太網(wǎng)信號通過WDM系統(tǒng)實現(xiàn)廣域傳輸。該方法省略了SDH網(wǎng)絡與設備，極大地降低了網(wǎng)絡的組網(wǎng)與運營成本；但是，直接將千兆比以太網(wǎng)用于廣域WDM傳輸還存在著很大的缺點如下1、缺乏物理層的傳輸質(zhì)量監(jiān)控和故障定位。千兆比以太網(wǎng)最初是應用于局域網(wǎng)的技術，因此，沒有針對廣域網(wǎng)的傳輸環(huán)境和需求制定相應的可靠性規(guī)范。
2、缺乏電再生器設備支持。由于色散和非線性效應的影響，WDM信號經(jīng)過一定距離的傳輸后需要電再生，目前網(wǎng)絡中絕大部分電再生設備都基于SDH的STM序列速率。
3、帶寬利用率低。WDM設備成本高，波長資源更是寶貴。而一路千兆比以太網(wǎng)只有1Gbit/s的信息速率，與骨干網(wǎng)SDH的每路2.5Gb/s甚至10Gb/s相比，資源利用率較低。
有鑒于現(xiàn)有的千兆比以太網(wǎng)信號廣域網(wǎng)傳送技術的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其消除ATM設備和SDH設備的使用，直接實現(xiàn)承載IP數(shù)據(jù)的千兆比以太網(wǎng)信號在WDM廣域網(wǎng)的傳輸，即IP over WDM，大大降低網(wǎng)絡的組建成本和運營、維護與管理費用。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其根據(jù)IP業(yè)務的特點和WDM傳送網(wǎng)絡的特性，利用新的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，提供足夠的廣域網(wǎng)傳輸質(zhì)量監(jiān)控和運營維護能力，避免過多的開銷和復雜的操作。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其采用合理的統(tǒng)計復用方法，使得一個波分復用波長能夠傳送一路以上的千兆比以太網(wǎng)信號，提高帶寬利用率。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其具有良好的可擴展性能，可以根據(jù)用戶需求和網(wǎng)絡實際流量擴充千兆比以太網(wǎng)端口數(shù)量，解決目前高速局域網(wǎng)中大量千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)端口的廣域網(wǎng)傳輸問題，實現(xiàn)IP到波分復用光網(wǎng)絡的有效傳輸。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術方案實現(xiàn)的一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，承載IP數(shù)據(jù)的千兆比以太網(wǎng)與IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的千兆比以太網(wǎng)處理模塊通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的廣域網(wǎng)接口處理模塊與波分復用光網(wǎng)絡通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)讲ǚ謴陀霉饩W(wǎng)絡，并將波分復用光網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)進行反向處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備還設有系統(tǒng)控制模塊及管理與監(jiān)控模塊。
千兆比以太網(wǎng)處理模塊生成、發(fā)送、接收以及處理千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，其至少包括光電轉換、串并行轉換、8位數(shù)據(jù)到10位數(shù)據(jù)的編解碼、鏈路同步、發(fā)送接收狀態(tài)機、發(fā)送接收緩存和控制的功能。
所述的千兆比以太網(wǎng)處理模塊的千兆比以太網(wǎng)接口符合IEEE 802.3z標準。
上面所述的千兆比以太網(wǎng)處理模塊為一個或一個以上。
核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)綇V域網(wǎng)的操作步驟包括1、接收由千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進行緩存、復用；2、產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)；3、組織數(shù)據(jù)幀；4、數(shù)據(jù)加擾；5、將數(shù)據(jù)進行寬度匹配后發(fā)送到廣域網(wǎng)接口處理模塊。
核心處理模塊在產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)的步驟之后，還將根據(jù)鏈路需要產(chǎn)生并插入空幀。
該復用的方式為多路信號統(tǒng)計復用方式，其復用的步驟包括
1、判斷當前數(shù)據(jù)幀是否發(fā)送完畢；如果未發(fā)送完則繼續(xù)發(fā)送；2、如果已發(fā)送完畢，讀取優(yōu)先權控制字；3、判斷所有媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否有已滿的；如果沒有，則轉入步驟5；4、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列已滿的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟1；5、判斷所有的媒質(zhì)接入控制通道中是否有完整的包，如果沒有，轉入步驟7；6、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道中具有完整包的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟1；7、如果優(yōu)先級最低的媒質(zhì)接入控制通道中沒有完整的包，插入空包后轉入步驟1。
核心處理模塊將廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)的操作步驟包括1、接收由廣域網(wǎng)接口處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)；2、數(shù)據(jù)同步；3、數(shù)據(jù)校驗糾錯；4、拆解數(shù)據(jù)幀；5、數(shù)據(jù)寬度匹配；6、數(shù)據(jù)解擾；7、數(shù)據(jù)緩存及解復用；8、發(fā)送到千兆比以太網(wǎng)處理模塊。
廣域網(wǎng)接口處理模塊的功能包括完成廣域網(wǎng)接口信號的處理，實現(xiàn)廣域網(wǎng)接口信號的電光/光電處理、時鐘提取、數(shù)據(jù)幀字節(jié)檢測及串并/并串變換操作。
廣域網(wǎng)接口信號為不小于1Gb/s的信號。
系統(tǒng)控制模塊執(zhí)行系統(tǒng)軟件程序，完成對各個硬件模塊芯片的初始化配置、狀態(tài)查詢和異常告警，并通過數(shù)據(jù)通訊接口與監(jiān)控主機通信。
管理與監(jiān)控模塊利用數(shù)據(jù)幀提供網(wǎng)管信息實現(xiàn)至少包括傳輸質(zhì)量監(jiān)測的運行維護管理操作。
所述的數(shù)據(jù)幀遵守所提出的數(shù)據(jù)光網(wǎng)適配協(xié)議，該數(shù)據(jù)幀至少包括定位數(shù)據(jù)、長度指示數(shù)據(jù)、類型數(shù)據(jù)、地址與復用信息、幀頭校驗數(shù)據(jù)、實際數(shù)據(jù)段、幀校驗數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法具有以下特點1、無需通過ATM、SDH網(wǎng)絡以及高性能路由器設備，采用IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備直接實現(xiàn)了千兆比以太網(wǎng)信號在廣域網(wǎng)的可靠傳送，簡化了網(wǎng)絡層次，極大降低了網(wǎng)絡建設成本，具有很強的應用靈活性。
2、專門面向IP/千兆比以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)優(yōu)化，克服了ATM與SDH過于繁瑣的缺陷，設備成本低，性價比高，非常適用于數(shù)據(jù)光網(wǎng)絡的應用。
3、利用新型的廣域網(wǎng)傳輸適配協(xié)議—數(shù)據(jù)光網(wǎng)適配協(xié)議(Data OpticalNetwork Adapt，以下簡稱為DONA)，克服了千兆比以太網(wǎng)信號在廣域中傳輸時缺乏網(wǎng)絡管理和物理層傳輸質(zhì)量監(jiān)控功能的缺陷，設備可靠性和抗故障能力得到提高。
4、采用多路千兆比以太網(wǎng)信號復用的方法，使得一個WDM波長能夠同時傳送一路以上的千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，大大提高了廣域網(wǎng)帶寬的利用率。
5、通過所配備的設備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了性能管理、配置管理、告警管理和安全管理的功能。
6、采用統(tǒng)計復用方式，以包為單位，無需進行地址分析，其根據(jù)各路流量大小動態(tài)分配帶寬，轉發(fā)速度快，符合數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務特點。
以下結合附圖及具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1為數(shù)據(jù)和語音業(yè)務的發(fā)展趨勢示意圖。
圖2為路由器轉發(fā)方法的組網(wǎng)示意圖。
圖3為GbE到SDH方法的組網(wǎng)示意圖。
圖4為GbE到SDH方法的協(xié)議層次示意圖。
圖5為GbE到WDM方法的組網(wǎng)示意圖。
圖6為本發(fā)明千兆比傳輸適配器應用示意圖。
圖7為本發(fā)明總體功能框圖。
圖8為本發(fā)明數(shù)據(jù)幀結構定義示意圖。
圖9為本發(fā)明千兆比以太網(wǎng)處理模塊示意圖。
圖10為本發(fā)明核心處理模塊示意圖。
圖11為本發(fā)明廣域網(wǎng)接口處理模塊示意圖。
圖12為本發(fā)明管理與監(jiān)控模塊示意圖。
圖13為本發(fā)明一實施例的多路信號統(tǒng)計復用流程圖。
如圖6、7所示，本發(fā)明的千兆比以太網(wǎng)與IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的千兆比以太網(wǎng)處理模塊通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的廣域網(wǎng)接口處理模塊與WDM廣域網(wǎng)通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)絎DM廣域網(wǎng)，并將廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備還設有系統(tǒng)控制模塊及管理與監(jiān)控模塊。
如圖9所示，千兆比以太網(wǎng)處理模塊生成、發(fā)送、接收以及處理千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，其至少包括光電轉換、串并行轉換、8位數(shù)據(jù)到10位數(shù)據(jù)的編解碼、鏈路同步、發(fā)送接收狀態(tài)機、發(fā)送接收緩存和控制的功能。
上面所述的千兆比以太網(wǎng)處理模塊的千兆比以太網(wǎng)接口符合IEEE802.3z標準；并且該千兆比以太網(wǎng)處理模塊為一個或一個以上。
如圖10所示，核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)綇V域網(wǎng)的操作步驟包括1、接收由千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，復用、緩存該數(shù)據(jù)；
2、產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)；3、組織數(shù)據(jù)幀；4、數(shù)據(jù)加擾；5、將數(shù)據(jù)進行寬度匹配后發(fā)送到廣域網(wǎng)接口處理模塊。
核心處理模塊在組織數(shù)據(jù)幀的步驟之后，還將根據(jù)鏈路需要產(chǎn)生并插入空幀。
如圖13所示，上面所述的復用方式為多路信號統(tǒng)計復用方式，其復用的步驟包括1、判斷當前數(shù)據(jù)幀是否發(fā)送完畢；如果未發(fā)送完則繼續(xù)發(fā)送；2、如果已發(fā)送完畢，讀取優(yōu)先權控制字；3、判斷所有媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否有已滿的；如果沒有，則轉入步驟5；4、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列已滿的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟1；5、判斷所有的媒質(zhì)接入控制通道中是否有完整的包，如果沒有，轉入步驟7；6、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道中具有完整包的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟1；7、如果優(yōu)先級最低的媒質(zhì)接入控制通道中沒有完整的包，插入空包后轉入步驟1。
如圖10所示，核心處理模塊將廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)的操作步驟包括1、接收由廣域網(wǎng)接口處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)；2、數(shù)據(jù)同步；3、數(shù)據(jù)校驗糾錯；4、拆解數(shù)據(jù)幀；
5、數(shù)據(jù)寬度匹配；6、數(shù)據(jù)解擾；7、數(shù)據(jù)緩存及解復用；8、發(fā)送到千兆比以太網(wǎng)處理模塊。
如圖11所示，廣域網(wǎng)接口處理模塊的功能包括完成廣域網(wǎng)接口信號的處理，實現(xiàn)廣域網(wǎng)接口信號的電光/光電處理、時鐘提取、數(shù)據(jù)幀字節(jié)檢測及串并/并串變換。
上面所述的廣域網(wǎng)接口信號為2.488Gb/s信號。
如圖12所示，系統(tǒng)控制模塊執(zhí)行系統(tǒng)軟件程序，完成對各個硬件模塊的初始化配置、狀態(tài)查詢和異常告警，并通過數(shù)據(jù)通訊接口與監(jiān)控主機通信；管理與監(jiān)控模塊利用數(shù)據(jù)幀提供網(wǎng)管信息實現(xiàn)至少包括傳輸質(zhì)量監(jiān)測的運行維護管理操作。
如圖8所示，數(shù)據(jù)幀遵守新提出的、相應的新型數(shù)據(jù)光網(wǎng)適配協(xié)議，該數(shù)據(jù)幀至少包括定位數(shù)據(jù)、長度指示數(shù)據(jù)、類型數(shù)據(jù)、地址與復用信息、數(shù)據(jù)幀頭校驗數(shù)據(jù)、實際數(shù)據(jù)段、幀校驗數(shù)據(jù)。
如圖9、圖10、圖11和圖12所示，本發(fā)明一實施例中設有一個或一個以上的千兆比以太網(wǎng)處理模塊、核心處理模塊、2.488Gbit/s廣域網(wǎng)接口處理模塊、系統(tǒng)控制模塊以及管理與監(jiān)控模塊。其中各個模塊的功能如下1、千兆比以太網(wǎng)處理模塊，傳輸適配器的千兆比以太網(wǎng)接口符合IEEE802.3z標準。它完成光接口處理、串并/并串轉換、8B/10B編解碼、媒質(zhì)接入控制處理模塊等四個功能單元的操作。實現(xiàn)千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的生成、發(fā)送以及接收、處理。
2、核心處理模塊，該模塊完成整個系統(tǒng)的核心處理操作，其依靠硬件處理完成對數(shù)據(jù)的復用/去復用、數(shù)據(jù)緩存與適配、數(shù)據(jù)幀處理、系統(tǒng)資源控制與仲裁。
3、廣域網(wǎng)接口處理模塊，該模塊完成2.488Gb/s廣域網(wǎng)接口信號的處理，實現(xiàn)2.488Gb/s信號的電光/光電處理、時鐘提取、串并/并串變換等操作。
4、系統(tǒng)控制模塊，該模塊的硬件由CPU及其存儲器組成。其執(zhí)行系統(tǒng)軟件程序，完成對各個硬件模塊芯片的初始化配置、狀態(tài)查詢和異常告警，并通過串行接口與監(jiān)控主機上的控制軟件通信。
5、管理與監(jiān)控模塊，該模塊利用數(shù)據(jù)幀提供的豐富而靈活的網(wǎng)管開銷實現(xiàn)必要的運行維護管理操作；其中最為關鍵的是傳輸質(zhì)量監(jiān)測。千兆比以太網(wǎng)接口沒有相應的定義，因此只有廣域網(wǎng)傳輸接口具備這些功能。數(shù)據(jù)幀專門提供了網(wǎng)管幀，以便下游的設備將鏈路傳輸質(zhì)量和故障信息能實時地通知其上游的設備。
如圖8所示，上面所述的數(shù)據(jù)幀符合所提出的新的數(shù)據(jù)光網(wǎng)適配協(xié)議(Data Optical Network Adapt，以下簡稱為DONA)，該數(shù)據(jù)幀至少包括定位數(shù)據(jù)、長度指示數(shù)據(jù)、類型數(shù)據(jù)、地址與復用信息、數(shù)據(jù)幀頭校驗數(shù)據(jù)、實際數(shù)據(jù)段、幀校驗數(shù)據(jù)。SDH與千兆比以太網(wǎng)都不是為光因特網(wǎng)設計的，因此存在著這樣那樣的弊端，因此，利用符合DONA協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結構，在廣域網(wǎng)中可以脫離SDH等傳輸標準直接在波分復用網(wǎng)絡中傳輸IP數(shù)據(jù)。
其中，在本實施例的數(shù)據(jù)幀結構中包括1)定位字節(jié)包括特殊標識字節(jié)，用于識別每幀的起始位置；2)長度指示表示整個數(shù)據(jù)幀的長度；3)類型指示說明這一幀是業(yè)務數(shù)據(jù)幀還是網(wǎng)管數(shù)據(jù)幀或空幀，以及業(yè)務數(shù)據(jù)的協(xié)議類型等；4)地址與復用信息在千兆比傳輸適配器中用做不同千兆比以太網(wǎng)端口的標識，將來還可擴展為標記域；5)幀頭CRC幀頭CRC承載對長度、地址與類型指示進行CRC16計算得出的值。接收方可以用它對幀頭的信息進行檢驗，其多項式為x16+x12+x5+1
6)數(shù)據(jù)凈荷承載業(yè)務數(shù)據(jù)或網(wǎng)管信息數(shù)據(jù)，具體為何種類型由幀頭中類型指示定義；7)幀校驗系統(tǒng)對整個幀進行CRC32計算并把結果放在幀校驗開銷中，接收側可以依次進行幀數(shù)據(jù)的檢驗。其多項式為x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1以上的數(shù)據(jù)幀具有以下優(yōu)點1、面向IP優(yōu)化，操作簡單DONA是變長數(shù)據(jù)幀，其格式與IP數(shù)據(jù)報和以太網(wǎng)幀類似。因此傳輸適配器進行千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的封裝/解封裝，無需進行數(shù)據(jù)的分幀和重組，只要在每個數(shù)據(jù)報的報頭和報尾簡單的添加/剝?nèi)讉€開銷字節(jié)。因此設備操作復雜度低，可靠性高；2、帶寬利用率高DONA協(xié)議只要求在上層變長數(shù)據(jù)包的開頭和尾部添加幾個開銷字節(jié)，避免了數(shù)據(jù)編碼和SAR操作帶來的帶寬損失，帶寬利用率很高；3、網(wǎng)管開銷靈活高效千兆比以太網(wǎng)原本是一種局域網(wǎng)技術，在廣域網(wǎng)中傳輸?shù)囊粋€重大弱點是缺乏網(wǎng)管與傳輸質(zhì)量監(jiān)控能力；而SDH雖然有豐富的開銷和強大的網(wǎng)絡管理功能，但這些功能是針對傳統(tǒng)話音網(wǎng)絡設計的，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中并不完全必要；隨著波分復用網(wǎng)絡的發(fā)展，波分復用層也將具有物理層的管理與監(jiān)控功能，與SDH存在功能重疊。因此在DONA幀的設計中，必須考慮到廣域網(wǎng)傳輸環(huán)境與需求，以及波分復用物理層的功能，提供豐富且恰當?shù)墓芾砼c監(jiān)控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)物理層故障的快速定位、節(jié)點設備間運行維護管理信息的傳遞。
在DONA幀結構中，設置幀類型指示，用以標識該幀是業(yè)務幀還是系統(tǒng)使用的網(wǎng)管信息。這是一種面向消息的網(wǎng)管開銷，與SDH面向比特的網(wǎng)管開銷設置有很大不同。這種方式的主要優(yōu)點是使用靈活、占用帶寬少、可擴展性強。設備在有需要時才分配帶寬，既避免了不必要的帶寬浪費，又保證了在需要時有足夠的系統(tǒng)資源和帶寬用于網(wǎng)絡管理，并且可以根據(jù)不斷變化的網(wǎng)絡需求增加新的網(wǎng)管功能。
在本實施例中定義了以下幾類網(wǎng)管信息幀缺陷指示幀對應最為關鍵和緊急的指示命令，如保護倒換等。需要有最高的處理等級和最快的處理速度，接收方由硬件對數(shù)據(jù)進行分析和執(zhí)行對應的操作。
配置協(xié)商與性能指示幀完成向雙方傳遞各自的工作配置信息、定時發(fā)送接收CRC錯誤包與丟包率等傳輸性能參數(shù)等操作，以便對方了解網(wǎng)絡線路傳輸質(zhì)量，為選路等操作提供信息。
網(wǎng)管數(shù)據(jù)通路作為獨立的控制通路，用于設備和網(wǎng)管之間的數(shù)據(jù)通信。
如圖13所示，本發(fā)明的復用方式為多路信號統(tǒng)計復用方式；由于傳輸適配器能夠同時接入多路千兆比以太網(wǎng)信號，因此存在著多路信號的復用與解復用問題。傳輸適配器提供的是點對點的連接，廣域網(wǎng)接口接收到數(shù)據(jù)后，要能夠區(qū)分數(shù)據(jù)包應去往哪個千兆比以太網(wǎng)端口。
由于在千兆比以太網(wǎng)鏈路和廣域網(wǎng)2.5Gb/s鏈路上傳送的都是數(shù)據(jù)包，因此，時分復用的方法是很不合理的，而采用統(tǒng)計復用的方式，則可以根據(jù)不同端口分配標簽，依靠標簽去實現(xiàn)解復用功能。
上面所述的統(tǒng)計復用方式有如下優(yōu)點實現(xiàn)相對簡單適配器的千兆比以太網(wǎng)端口和廣域網(wǎng)2.5Gb/s端口傳送的都是數(shù)據(jù)包，使用統(tǒng)計復用技術最為合理，硬件實現(xiàn)相對簡單。
無需尋址操作路由器設備需要對每個數(shù)據(jù)包的地址進行分析，并查找地址表，才能為數(shù)據(jù)找到合適的下一跳地址和端口。IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備將尋址功能交給局域網(wǎng)第三層交換機與廣域網(wǎng)高性能交換路由器，不需要對每個數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)地址或IP地址進行分析和尋址，極大簡化了設備負擔和成本。
帶寬分配靈活數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)性，比特率在不斷變化，傳統(tǒng)的TDM技術中采用時隙復用方式，為每個支路信號分配的帶寬是固定的，會帶來很大的帶寬浪費。采用傳輸適配器中的復用方式后，每路信號占有的帶寬是動態(tài)變化的，可以根據(jù)各端口流量和優(yōu)先級等因素實時調(diào)整，提高了網(wǎng)絡帶寬的利用率和業(yè)務數(shù)據(jù)的傳送性能。
提高帶寬利用率由于數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)性，每個千兆比以太網(wǎng)鏈路的瞬時信息量在不斷變化，如果使用時分復用技術，每個以太網(wǎng)端口信息在2.5Gb/s鏈路中必須占據(jù)固定的帶寬，在以太網(wǎng)端口數(shù)據(jù)流量較小時，必然造成帶寬的浪費。使用統(tǒng)計復用技術，能夠根據(jù)流量靈活的分配2.5Gb/s鏈路的帶寬，最大限度的充分利用寶貴的廣域網(wǎng)帶寬資源。正是基于這個特點，適配器能夠提供超過兩路的多路復用。
一路千兆比以太網(wǎng)信號的信息速率是1Gbit/s，廣域網(wǎng)接口的線路速率是2.488Git/s，即使考慮到DONA協(xié)議的幀開銷，承載兩路GbE后，廣域網(wǎng)仍有部分剩余帶寬。為了節(jié)省寶貴的廣域網(wǎng)帶寬資源，考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)性，以及適配器能夠通過統(tǒng)計復用靈活的分配帶寬，可以允許一個傳輸適配器承載超過2路的GbE信號。
在正常狀況下，GbE的線路使用率不會超過80％。如果接入3路信號，每路利用率都是80％計算，總的信息速率是1G×80％×3＝2.4G。DONA協(xié)議具有開銷簡單，傳輸效率高的特點，可以承載這樣的業(yè)務信息速率。但是如果3路以太網(wǎng)信號同時達到或接近最大信息速率，總帶寬就超過了2.488G，要是沒有對應的處理措施，就可能會導致傳輸適配器緩存溢出、隊列擁塞，丟包率將急劇上升。因此，首先采取以太網(wǎng)端口的流量控制，在傳輸適配器的以太網(wǎng)端口實施流量控制，減小每路的流量；然后規(guī)定相應業(yè)務的優(yōu)先級，事先為不同的端口定義不同的優(yōu)先級，以保證高優(yōu)先級端口業(yè)務的性能。
因此，本實施例以三路信號為例，其統(tǒng)計復用的步驟如下1、判斷當前數(shù)據(jù)幀是否發(fā)送完畢；如果未發(fā)送完則繼續(xù)發(fā)送；2、如果已發(fā)送完畢，讀取優(yōu)先權控制字；3、判斷三個媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否有已滿的；如果沒有，則轉入步驟9；4、判斷優(yōu)先級最高的媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否已滿，如果未滿，轉入步驟6；5、發(fā)送優(yōu)先級最高的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟1；6、判斷剩下兩路媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否都已滿；如果不是，轉入步驟8；7、發(fā)送優(yōu)先級高的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟1；8、發(fā)送兩路媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列已滿的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟1；9、判斷優(yōu)先級最高的媒質(zhì)接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，則發(fā)送該媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟1；10、判斷優(yōu)先級次高的媒質(zhì)接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，則發(fā)送該媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟1；11、判斷優(yōu)先級最低的媒質(zhì)接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，則發(fā)送該媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟1；12、插入空包后轉入步驟1。
利用上述的DONA幀，本實施例的系統(tǒng)控制模塊按照相應的流程完成對各個硬件模塊芯片的初始化配置、狀態(tài)查詢和異常告警，通過串行接口與監(jiān)控主機通信；及管理與監(jiān)控模塊利用DONA幀提供的網(wǎng)管開銷實現(xiàn)相應的運行維護管理操作，其中包括傳輸質(zhì)量監(jiān)測。利用DONA幀專門提供的網(wǎng)管幀，使得下游設備將鏈路傳輸質(zhì)量和故障實時能及時通知其上游的設備。
權利要求
1.一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，承載IP數(shù)據(jù)的千兆比以太網(wǎng)與IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的千兆比以太網(wǎng)處理模塊通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的廣域網(wǎng)接口處理模塊與波分復用光網(wǎng)絡通信；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備的核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)讲ǚ謴陀霉饩W(wǎng)絡，并將波分復用光網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)進行反向處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)；IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備還設有系統(tǒng)控制模塊及管理與監(jiān)控模塊。
2.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于千兆比以太網(wǎng)處理模塊生成、發(fā)送、接收以及處理千兆比以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，其至少包括光電轉換、串并行轉換、8位數(shù)據(jù)到10位數(shù)據(jù)的編解碼、鏈路同步、發(fā)送接收狀態(tài)機、發(fā)送接收緩存和控制的功能。
3.如權利要求1或2所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于所述的千兆比以太網(wǎng)處理模塊的千兆比以太網(wǎng)接口符合IEEE802.3z標準。
4.如權利要求1或2所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于千兆比以太網(wǎng)處理模塊為一個或一個以上。
5.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于核心處理模塊將千兆比以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過廣域網(wǎng)接口處理模塊傳輸?shù)綇V域網(wǎng)的操作步驟包括a、接收由千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進行緩存、復用；b、產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)；c、組織數(shù)據(jù)幀；d、數(shù)據(jù)加擾；e、將數(shù)據(jù)進行寬度匹配后發(fā)送到廣域網(wǎng)接口處理模塊。
6.如權利要求5所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于核心處理模塊在產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)的步驟之后，還將根據(jù)鏈路需要產(chǎn)生并插入空幀。
7.如權利要求1或5所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于該復用的方式為多路信號統(tǒng)計復用方式，其復用的步驟包括a、判斷當前數(shù)據(jù)幀是否發(fā)送完畢；如果未發(fā)送完則繼續(xù)發(fā)送；b、如果已發(fā)送完畢，讀取優(yōu)先權控制字；c、判斷所有媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列是否有已滿的；如果沒有，則轉入步驟e；d、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道的先入先出隊列已滿的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀，轉入步驟a；e、判斷所有的媒質(zhì)接入控制通道中是否有完整的包，如果沒有，轉入步驟g；f、如果有，則發(fā)送優(yōu)先級最高，并且媒質(zhì)接入控制通道中具有完整包的媒質(zhì)接入控制通道中的數(shù)據(jù)幀；轉入步驟a；g、如果優(yōu)先級最低的媒質(zhì)接入控制通道中沒有完整的包，插入空包后轉入步驟a。
8.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于核心處理模塊將廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行處理并通過千兆比以太網(wǎng)處理模塊傳輸?shù)角д妆纫蕴W(wǎng)的操作步驟包括a、接收由廣域網(wǎng)接口處理模塊傳送過來的數(shù)據(jù)；b、數(shù)據(jù)同步；c、數(shù)據(jù)校驗糾錯；d、拆解數(shù)據(jù)幀；e、數(shù)據(jù)寬度匹配；f、數(shù)據(jù)解擾；g、數(shù)據(jù)緩存及解復用；h、發(fā)送到千兆比以太網(wǎng)處理模塊。
9.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于廣域網(wǎng)接口處理模塊的功能包括完成廣域網(wǎng)接口信號的處理，實現(xiàn)廣域網(wǎng)接口信號的電光/光電處理、時鐘提取、數(shù)據(jù)幀字節(jié)檢測及串并/并串變換操作。
10.如權利要求9所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于廣域網(wǎng)接口信號為不小于1Gb/s的信號。
11.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于系統(tǒng)控制模塊執(zhí)行系統(tǒng)軟件程序，完成對各個硬件模塊芯片的初始化配置、狀態(tài)查詢和異常告警，并通過數(shù)據(jù)通訊接口與監(jiān)控主機通信。
12.如權利要求1所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于管理與監(jiān)控模塊利用數(shù)據(jù)幀提供網(wǎng)管信息實現(xiàn)至少包括傳輸質(zhì)量監(jiān)測的運行維護管理操作。
13.如權利要求1或5或6或8或9或12所述的IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)幀遵守所提出的數(shù)據(jù)光網(wǎng)適配協(xié)議，該數(shù)據(jù)幀至少包括定位數(shù)據(jù)、長度指示數(shù)據(jù)、類型數(shù)據(jù)、地址與復用信息、幀頭校驗數(shù)據(jù)、實際數(shù)據(jù)段、幀校驗數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種IP數(shù)據(jù)的波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配方法，在承載IP數(shù)據(jù)的千兆比以太網(wǎng)及波分復用光網(wǎng)絡間將被傳輸數(shù)據(jù)進行復用/去復用、組幀/拆幀及校驗/糾錯處理，并對IP到波分復用光網(wǎng)絡傳輸適配設備監(jiān)控，消除了ATM和SDH設備的使用，實現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)在波分復用光網(wǎng)絡中的有效傳輸，避免了過多的開銷和復雜的操作，提高了帶寬利用率，具有可擴展性，降低了網(wǎng)絡的成本和維護費用。
文檔編號H04L29/10GK1392684SQ01118819
公開日2003年1月22日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者紀越峰, 李驊, 孫詠梅, 柏琳, 趙劍力, 韋玉線 申請人:北京郵電大學