1、用于千兆以太網數據傳輸的SDH虛級聯技術摘要：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 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

2、。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的標準速率并不完全匹配，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，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

3、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級聯傳送需要每個上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

4、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。 包含X個VX-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HR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。 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

5、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，必然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。 表1 H4字節編碼Bits 7-4 Bits3-0 (MFI3-0) MFI MFI11-8 0000 n MFI7-4 0001 n+1 保留（0000） 0010 n+2 保留（0000） 0011 n+3 保留（0000） 保留（0000） 1101 n+13 SQ7-4 1110 n+14 SQ3-0 1

6、111 n+15 MFI用來指示各個虛級聯的STS-1數據幀之間的相位關系（時延差）。在H4字節，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（03位）構成，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（47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中每一個傳送的STS-1信道的SQ為0，以此類推，第X個傳

7、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（47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，實現千兆以及網數據在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物理通道中的是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

8、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，這些信號包括為以太網邏輯數據分配的SDH帶寬（STS-1信道數目）以及雙太網邏輯數據在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。 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

9、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、步邏輯、同步緩存器以及解映射器。 RVCM從信總線上接收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

10、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，然后再按某共同的讀指順序讀出。這樣，通過同步緩存器對數據的重新同步定位，可補償各

11、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信道數據的共同讀數據，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SY