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自动交换光网络设备中EOS的设计与实现

IT圈 admin 29浏览 0评论

2024年5月8日发(作者:季飞宇)

:建设维护 

1009—・0940(2010)-02--0032・・04 

与实现过程。 

关键词:自动交换光网络EOS通用成帧规程链路容量调整虚级联 

引言 

在I11J—TG.7041定义了通用成帧规程(GFP)。相对于 

EOS(Ethernet Over SDH)技术是将在本地网中传 

原来的同类协议(PPP/LAPS等).GFP有如下主要特点: 

输的以太网帧映射到SDH帧中.然后在SDH线路上传 

(1)、采用和ATM技术相似的帧定界方式,减小定 

输的一种技术。该技术可融合SDH和以太网技术的优 位字节开销.避免传输内容对传输效率的影响: 

势.扩展以太网的物理范围.实现以太网业务的长距 (2)、打破了链路层适配协议只能支持点到点拓扑 

离传输。由于SDH和以太网的技术已经很成熟也全部 

结构的局限性; 

标准化.因此EOS技术被很多厂家的自动交换光网络 

(3)、可以实现对不同拓扑结构的支持: 

(ASON)设备采用。 

= 实现EOS的关键技术 

在自动交换光网络设备中实现EOS的关键技术包 

括:以太网帧的封装.虚级联映射、链路容量调整等。 

(4) 通过对多服务等级的概念引进.GFP可以实 

现带宽控制的简单功能。 

GFP定义了两种映射方式:透传和映射。前者有 

固定的帧长度.可及时处理而不用等待收到整个帧. 

以太网帧的封装 

更适合处理实时业务和块状编码的信号;而后者没有 

以太网帧的封装协议包括GFP(Generic Framing 固定的帧长.接收到一个完整的帧后再进行处理.可 

P/PPP或以太网MAC帧。 

Procedure)、LAPS、PPP、BCP等.由于GFP的标准 

以用来封装I

化程度更高 使用更为方便.下面将做主要的介绍。 GFP的净荷又分为净荷帧头、净荷本身和4字节的 

圈 

FCS可选项。净荷帧头用来支持上层协议对数据链路 术是一种建立在虚级联技术基础上的调节机制,通过 

的一些管理功能。由类型域及其HEC检验字节和可选 

动态地增加或者减少虚级联中VC—n的个数来调整传输 

的GFP扩展帧头组成。 

2 虚级联映射 

在ITU.TG.7070中定义了级联和虚级联概念。利 

用VC级联技术可实现Ethernet带宽与SDH虚通道的速 

率适配.从而实现对带宽的灵活配置.尤其是虚级联 

技术能够支持带宽的充分利用。 

虚级联技术可以被看成是把多个小的容器级 

联起来.并组装成为一个比较大的容器来传输数据 

业务。这种技术可以级联从VC一12到VC一4等不同速 

率的容器.用小的容器级联可以做到非常小颗粒的 

带宽调节.相应的级联后的最大带宽也只能在很小 

的范围内。例如VC.1 2.Xv的级联.它的带宽调整 

粒度为2.048Mbit/s 其所能提供的最大带宽只有 

63x2.048Mbit/s=129.024Mbit/s。 

对于VC.4高阶虚级联 SDH的高阶通道开销字节 

H4携带了如何重组这些VC的信息,使之恢复成原始的 

信息。由16字节组成的H4字节主要包括两个重要的信 

息:多帧指示符(MFI)、序列号(SQ)。利用MFI值可以 

在目的端重组来自同一通道的VC-4复帧。利用SQ值可 

以知道VC.4复帧净荷中的数据如何排序组合进而可以 

恢复源端发送的原始数据。 

对于VC.12低阶虚级联,由同一通道到达的VC.12 

复帧中每个VC.12的POH中K4字节的bit2.形成了4个字 

节的标识字段。其中第6~11个比特用来表示此通道到 

达的VC一12在VC.12-Xv中的次序.称为序列号,根据序 

列号可以在目的端对收到的VC.12进行重组和恢复。 

LCAS技术 

在l T U.TG.7 0 4 2定义了链路容量调整方案 

LCAS(Link Capacity Adjustment Scheme)。LCAS技 

带宽。 

同时LCAS还具有自动清除故障虚级联传输路径并 

增加正常传输路径的功能。对应于高阶虚级联和低阶 

虚级联.LCAS也是分别使用高阶虚容器通道开销的H4 

字节和低阶虚容器通道开销的K4字节。 

LCAS是通过控制帧来实现发送端与接收端的容量 

变化的同步,每个控制帧描述了在下一控制帧内的链 

路状态。变化信息发出后,接收端尽快倒换到新的配 

制状态。控制帧包括从源一宿和宿一源两个方向用于特 

定功能的信息。其中源一宿的信息包括:复帧指示区域 

MFI、序列号指示区域SQ、控制区域CTRL 群识别比 

特GID以及校验字段CRC,宿一源的信息包括:成员状 

态区域MST、重新排列序列确认比特RS.ACK。 

下面以ASON设备FE,GE以太网业务盘为例说明 

EOS技术的实现过程。 

三.FE/GE业务盘的设计 

业务盘的工作分上行和下行两部分(参见图1),工 

作原理如下。 

背板连接器(至设备交叉单元) 

十 

E 

, 

 ̄_JGE EoS苍片 

30N盯n订 lF^c£ 

I囝FP(IⅡILC'iVC,LC^S 

U.^r 

6蛐 

OE嗣日哑B 

+ 

l 

 

 

GⅧ 

l 

' 

i 

FE/GE物理层芯片 

l 

I删以太一竞信号 

一…… 

H粥E电接口 OE光接口 

图1 FE/GE业务盘工作流程简图 

田 

-冒誓誓旨 . 警 .……—.一 

A.上行部分 

10M/100M,1000M以太网电信号经FE/GE电接口 

工模式。 

GE物理层芯片:主要作用是将输入的1000M以 

(RJ45插座)输入.经变压器变换后送给FE/GE物理层 

太网差分信号进行解码、串并转换,然后通过GMII接 

芯片,FE/GE物理层芯片将输入的以太网电信号转换 口和EOS芯片进行通信。同时,监测物理层性能和告 

为并行的GMIl信号输入FE/GE EOS芯片.[1 000M以太 

网光信号经GE光接口(光收发模块SFP)输入后,直接 

输入FE/GE EOS芯片】。 

输入FE/GE EOS芯片的以太网数据包将被封装映 

射为VC一12或者VC.4的颗粒.然后经过总线变化、时 

钟处理送往系统背板 通过交叉业务盘进行交叉或远 

距离传输。 

B,下行部分 

系统背板下行的信号,经过总线变化、时钟处理, 

在FE/GE EOS芯片内完成解映射和解封装的工作。随 

后通过GMlI接口,FE/GE EOS芯片把信号传送给FE/ 

GE物理层芯片.再经过变压器变换后从FE,GE电接口 

输出(或者通过GE SERDES接口直接从FE/GE光接口 

输出)。 

从图1可以看出,整个FE/GE业务盘的业务流程 

大体可以划分为输入/输出接口、物理层芯片、EOS 

芯片、背板连接器等几部分。下面分别进行简要的 

介绍。 

输入/输出接口 

本部分输入/输出接口包括3种类型的本地接口, 

分别是收发FE信号的8口RJ45连接器(内置变压器). 

收发GE信号的RJ45插座和光收发器(SFP)插座。 

物理层芯片 

FE物理层芯片:主要作用是将输入的8路FE信号进 

行曼彻斯特解码、串并转换、汇集到千兆端口.通过 

GMlI接口和EOS芯片进行通信。同时,监测物理层性 

能和告警.配置并报告物理层接El的速率和全、半双 

团 

警,配置并报告物理层接口的速率。 

EOS芯片 

EOS芯片是FE/GE业务盘的核心器件,是实现 

EOS功能的载体。其主要功能是: 

(1)GFP封装和解封装,主要完成EOS体系中适配 

层的功能.即封装过程将MAC帧包封成GFP的帧,完 

成帧定界、速率适配、扰码和管理等一些功能。解封 

装则完成相反的功能 将接收到的GFP帧解包成MAC 

帧。 

(2)虚级联,本功能在上行方向将GFP帧映射到 

VC.12或者VC.4的SDH链路中,在下行方向从SDH链 

路中提取出GFP帧。 

(3)LCAS.在虚级联的基础上,该协议根据数据流 

量的变化实时地增加或者减少SDH链路中VC虚通道的数 

量 同时该协议具有从虚级联组(VCG)清除故障链路的 

能力,进行有效的容错和故障保护。 

背板连接器 

本业务盘使用的背板连接器包括:电源连接器,普 

通信号连接器和高速信号连接器。在选择高速连接器 

的时候要充分考虑信号完整性和电磁兼容性的问题。 

采用FE和GE业务盘分离独立设计的方案,ASON设 

备可以提供多达8路FE和2路GE(光 电口分别有2路)的 

业务接口.可以进行低阶VC一1 2和高阶VC一4颗粒的封 

装映射,可以通过虚级联的实现完成对LCAS的支持。 

四 FE/GE业务盘的主要性能指标 

进行测试所需的设备、仪表清单如下: 

(1)ASON设备一台(包括FE和GE业务盘各一块)。 

(2)带10O0M/1O0M网卡的PC机一台(已安装测试 

软件)。 

(3)以太网分析仪CN.1O0一台。 

(4)网线(含1O0OM网线2根)、单模光纤若干。 

测试的配置图如下: 

PC 

线 

A 

CN.1O0 

图2测试配置连线图 

下面以GE业务盘的一组测试结果为例说明可以达 

到的性能指标。 

吞吐率(throughput):指被测系统/设备的丢 

包率为零时,其最大数据传输速率。 

『帧长度 理论速 实测速 实测速 

(byte) 室 塞1 窒2 

(TX) (RX) 

64 1488095 14881l1 1488094 

}128 844595 844604 844593 

256 452899 452904 452898 

512 234962 234965 234962 

1024 ll9732 l19733 I19732 

l280 96154 96l55 96154 

1518 8l274 8l276 8l274 

丢包率(frame loss):指在不同数据速率和帧大 

小的情况下,信息包(packet)丢失的比率。(注:表格中 

的速率一栏代表实际的传输速率占最大速率的百分比) 

、 

帧长度(byte) 

速率 64 128 256 5l2 l024 l280 1518 

(%) 

1o0 0 0 0 0 0 O 0 

90 0 0 0 O O 0 0 

80 O O O 0 0 O 0 

70 0 O 0 0 O O O 

60 0 O 0 0 O 0 0 

50 0 0 O 0 0 O 0 

40 0 O O 0 O O 0 

30 O 0 0 0 0 O 0 

20 0 0 O 0 O 0 0 

10 0 0 O 0 O 0 0 

0 0 O O O 0 0 0 

五、总结 

本文分析了EOS技术的特点并在实际的ASON设备 

中实现了10M/100M/1OOOM以太网业务的运用,通过 

严格的性能测试 各项指标良好。ASON技术经过十 

多年的发展,无论从技术标准、产品和应用来看都逐 

步走向成熟,出现了多种类型的ASON产品。通过在 

ASON设备中实现EOS功能,可以实现从现有的传输网 

络向下一代光网络的平滑过渡,同时ASON设备也将在 

更广阔的范围得到应用。 

参考文献 

邹自力、李薇、李强。ASON技术在军事通信网 

中的应用研究。中国通信学会第五届学术年会论文集 

张绍友 基于10Gbit SDH的以太网交换盘的 

研制。 

崔昕莹 以太网在SDH设备中的设计与实现 

圈 

2024年5月8日发(作者:季飞宇)

:建设维护 

1009—・0940(2010)-02--0032・・04 

与实现过程。 

关键词:自动交换光网络EOS通用成帧规程链路容量调整虚级联 

引言 

在I11J—TG.7041定义了通用成帧规程(GFP)。相对于 

EOS(Ethernet Over SDH)技术是将在本地网中传 

原来的同类协议(PPP/LAPS等).GFP有如下主要特点: 

输的以太网帧映射到SDH帧中.然后在SDH线路上传 

(1)、采用和ATM技术相似的帧定界方式,减小定 

输的一种技术。该技术可融合SDH和以太网技术的优 位字节开销.避免传输内容对传输效率的影响: 

势.扩展以太网的物理范围.实现以太网业务的长距 (2)、打破了链路层适配协议只能支持点到点拓扑 

离传输。由于SDH和以太网的技术已经很成熟也全部 

结构的局限性; 

标准化.因此EOS技术被很多厂家的自动交换光网络 

(3)、可以实现对不同拓扑结构的支持: 

(ASON)设备采用。 

= 实现EOS的关键技术 

在自动交换光网络设备中实现EOS的关键技术包 

括:以太网帧的封装.虚级联映射、链路容量调整等。 

(4) 通过对多服务等级的概念引进.GFP可以实 

现带宽控制的简单功能。 

GFP定义了两种映射方式:透传和映射。前者有 

固定的帧长度.可及时处理而不用等待收到整个帧. 

以太网帧的封装 

更适合处理实时业务和块状编码的信号;而后者没有 

以太网帧的封装协议包括GFP(Generic Framing 固定的帧长.接收到一个完整的帧后再进行处理.可 

P/PPP或以太网MAC帧。 

Procedure)、LAPS、PPP、BCP等.由于GFP的标准 

以用来封装I

化程度更高 使用更为方便.下面将做主要的介绍。 GFP的净荷又分为净荷帧头、净荷本身和4字节的 

圈 

FCS可选项。净荷帧头用来支持上层协议对数据链路 术是一种建立在虚级联技术基础上的调节机制,通过 

的一些管理功能。由类型域及其HEC检验字节和可选 

动态地增加或者减少虚级联中VC—n的个数来调整传输 

的GFP扩展帧头组成。 

2 虚级联映射 

在ITU.TG.7070中定义了级联和虚级联概念。利 

用VC级联技术可实现Ethernet带宽与SDH虚通道的速 

率适配.从而实现对带宽的灵活配置.尤其是虚级联 

技术能够支持带宽的充分利用。 

虚级联技术可以被看成是把多个小的容器级 

联起来.并组装成为一个比较大的容器来传输数据 

业务。这种技术可以级联从VC一12到VC一4等不同速 

率的容器.用小的容器级联可以做到非常小颗粒的 

带宽调节.相应的级联后的最大带宽也只能在很小 

的范围内。例如VC.1 2.Xv的级联.它的带宽调整 

粒度为2.048Mbit/s 其所能提供的最大带宽只有 

63x2.048Mbit/s=129.024Mbit/s。 

对于VC.4高阶虚级联 SDH的高阶通道开销字节 

H4携带了如何重组这些VC的信息,使之恢复成原始的 

信息。由16字节组成的H4字节主要包括两个重要的信 

息:多帧指示符(MFI)、序列号(SQ)。利用MFI值可以 

在目的端重组来自同一通道的VC-4复帧。利用SQ值可 

以知道VC.4复帧净荷中的数据如何排序组合进而可以 

恢复源端发送的原始数据。 

对于VC.12低阶虚级联,由同一通道到达的VC.12 

复帧中每个VC.12的POH中K4字节的bit2.形成了4个字 

节的标识字段。其中第6~11个比特用来表示此通道到 

达的VC一12在VC.12-Xv中的次序.称为序列号,根据序 

列号可以在目的端对收到的VC.12进行重组和恢复。 

LCAS技术 

在l T U.TG.7 0 4 2定义了链路容量调整方案 

LCAS(Link Capacity Adjustment Scheme)。LCAS技 

带宽。 

同时LCAS还具有自动清除故障虚级联传输路径并 

增加正常传输路径的功能。对应于高阶虚级联和低阶 

虚级联.LCAS也是分别使用高阶虚容器通道开销的H4 

字节和低阶虚容器通道开销的K4字节。 

LCAS是通过控制帧来实现发送端与接收端的容量 

变化的同步,每个控制帧描述了在下一控制帧内的链 

路状态。变化信息发出后,接收端尽快倒换到新的配 

制状态。控制帧包括从源一宿和宿一源两个方向用于特 

定功能的信息。其中源一宿的信息包括:复帧指示区域 

MFI、序列号指示区域SQ、控制区域CTRL 群识别比 

特GID以及校验字段CRC,宿一源的信息包括:成员状 

态区域MST、重新排列序列确认比特RS.ACK。 

下面以ASON设备FE,GE以太网业务盘为例说明 

EOS技术的实现过程。 

三.FE/GE业务盘的设计 

业务盘的工作分上行和下行两部分(参见图1),工 

作原理如下。 

背板连接器(至设备交叉单元) 

十 

E 

, 

 ̄_JGE EoS苍片 

30N盯n订 lF^c£ 

I囝FP(IⅡILC'iVC,LC^S 

U.^r 

6蛐 

OE嗣日哑B 

+ 

l 

 

 

GⅧ 

l 

' 

i 

FE/GE物理层芯片 

l 

I删以太一竞信号 

一…… 

H粥E电接口 OE光接口 

图1 FE/GE业务盘工作流程简图 

田 

-冒誓誓旨 . 警 .……—.一 

A.上行部分 

10M/100M,1000M以太网电信号经FE/GE电接口 

工模式。 

GE物理层芯片:主要作用是将输入的1000M以 

(RJ45插座)输入.经变压器变换后送给FE/GE物理层 

太网差分信号进行解码、串并转换,然后通过GMII接 

芯片,FE/GE物理层芯片将输入的以太网电信号转换 口和EOS芯片进行通信。同时,监测物理层性能和告 

为并行的GMIl信号输入FE/GE EOS芯片.[1 000M以太 

网光信号经GE光接口(光收发模块SFP)输入后,直接 

输入FE/GE EOS芯片】。 

输入FE/GE EOS芯片的以太网数据包将被封装映 

射为VC一12或者VC.4的颗粒.然后经过总线变化、时 

钟处理送往系统背板 通过交叉业务盘进行交叉或远 

距离传输。 

B,下行部分 

系统背板下行的信号,经过总线变化、时钟处理, 

在FE/GE EOS芯片内完成解映射和解封装的工作。随 

后通过GMlI接口,FE/GE EOS芯片把信号传送给FE/ 

GE物理层芯片.再经过变压器变换后从FE,GE电接口 

输出(或者通过GE SERDES接口直接从FE/GE光接口 

输出)。 

从图1可以看出,整个FE/GE业务盘的业务流程 

大体可以划分为输入/输出接口、物理层芯片、EOS 

芯片、背板连接器等几部分。下面分别进行简要的 

介绍。 

输入/输出接口 

本部分输入/输出接口包括3种类型的本地接口, 

分别是收发FE信号的8口RJ45连接器(内置变压器). 

收发GE信号的RJ45插座和光收发器(SFP)插座。 

物理层芯片 

FE物理层芯片:主要作用是将输入的8路FE信号进 

行曼彻斯特解码、串并转换、汇集到千兆端口.通过 

GMlI接口和EOS芯片进行通信。同时,监测物理层性 

能和告警.配置并报告物理层接El的速率和全、半双 

团 

警,配置并报告物理层接口的速率。 

EOS芯片 

EOS芯片是FE/GE业务盘的核心器件,是实现 

EOS功能的载体。其主要功能是: 

(1)GFP封装和解封装,主要完成EOS体系中适配 

层的功能.即封装过程将MAC帧包封成GFP的帧,完 

成帧定界、速率适配、扰码和管理等一些功能。解封 

装则完成相反的功能 将接收到的GFP帧解包成MAC 

帧。 

(2)虚级联,本功能在上行方向将GFP帧映射到 

VC.12或者VC.4的SDH链路中,在下行方向从SDH链 

路中提取出GFP帧。 

(3)LCAS.在虚级联的基础上,该协议根据数据流 

量的变化实时地增加或者减少SDH链路中VC虚通道的数 

量 同时该协议具有从虚级联组(VCG)清除故障链路的 

能力,进行有效的容错和故障保护。 

背板连接器 

本业务盘使用的背板连接器包括:电源连接器,普 

通信号连接器和高速信号连接器。在选择高速连接器 

的时候要充分考虑信号完整性和电磁兼容性的问题。 

采用FE和GE业务盘分离独立设计的方案,ASON设 

备可以提供多达8路FE和2路GE(光 电口分别有2路)的 

业务接口.可以进行低阶VC一1 2和高阶VC一4颗粒的封 

装映射,可以通过虚级联的实现完成对LCAS的支持。 

四 FE/GE业务盘的主要性能指标 

进行测试所需的设备、仪表清单如下: 

(1)ASON设备一台(包括FE和GE业务盘各一块)。 

(2)带10O0M/1O0M网卡的PC机一台(已安装测试 

软件)。 

(3)以太网分析仪CN.1O0一台。 

(4)网线(含1O0OM网线2根)、单模光纤若干。 

测试的配置图如下: 

PC 

线 

A 

CN.1O0 

图2测试配置连线图 

下面以GE业务盘的一组测试结果为例说明可以达 

到的性能指标。 

吞吐率(throughput):指被测系统/设备的丢 

包率为零时,其最大数据传输速率。 

『帧长度 理论速 实测速 实测速 

(byte) 室 塞1 窒2 

(TX) (RX) 

64 1488095 14881l1 1488094 

}128 844595 844604 844593 

256 452899 452904 452898 

512 234962 234965 234962 

1024 ll9732 l19733 I19732 

l280 96154 96l55 96154 

1518 8l274 8l276 8l274 

丢包率(frame loss):指在不同数据速率和帧大 

小的情况下,信息包(packet)丢失的比率。(注:表格中 

的速率一栏代表实际的传输速率占最大速率的百分比) 

、 

帧长度(byte) 

速率 64 128 256 5l2 l024 l280 1518 

(%) 

1o0 0 0 0 0 0 O 0 

90 0 0 0 O O 0 0 

80 O O O 0 0 O 0 

70 0 O 0 0 O O O 

60 0 O 0 0 O 0 0 

50 0 0 O 0 0 O 0 

40 0 O O 0 O O 0 

30 O 0 0 0 0 O 0 

20 0 0 O 0 O 0 0 

10 0 0 O 0 O 0 0 

0 0 O O O 0 0 0 

五、总结 

本文分析了EOS技术的特点并在实际的ASON设备 

中实现了10M/100M/1OOOM以太网业务的运用,通过 

严格的性能测试 各项指标良好。ASON技术经过十 

多年的发展,无论从技术标准、产品和应用来看都逐 

步走向成熟,出现了多种类型的ASON产品。通过在 

ASON设备中实现EOS功能,可以实现从现有的传输网 

络向下一代光网络的平滑过渡,同时ASON设备也将在 

更广阔的范围得到应用。 

参考文献 

邹自力、李薇、李强。ASON技术在军事通信网 

中的应用研究。中国通信学会第五届学术年会论文集 

张绍友 基于10Gbit SDH的以太网交换盘的 

研制。 

崔昕莹 以太网在SDH设备中的设计与实现 

圈 

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