CN100356750C - 同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种涉及数字信息传输的用于通过同步数字体系网络传输数据业务时的流量控制方法，其特征在于：在同步数字体系网络的数据传输中，EoS设备产生并封装流控协议帧，映射进同步数字体系净荷中传输到站点之间的对端设备，对端设备从同步数字体系净荷中解出流控协议帧，并执行流控协议帧中携带的流量控制信息；控协议帧的载体可使用标准的802.3x定义的PAUSE帧结构；解封装在识别出是流控协议帧后，可采用流控协议透传方式或流控协议帧的再生方式处理，本发明是一种高性能的网络信息流控方法，适用性强，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及数字信息的传输，尤其涉及一种用于通过同步数字体系SDH网络传输数据业务时的流量控制方法。
背景技术
随着同步数字体系(SDH)网络的快速发展，EoS(Ethernet overSDH/SONET：通过SDH/SONET网络传输以太网业务)技术也被更加广泛的采用，如何高效地通过SDH网络实现数据应用就显得更加重要，在城域网的以太网传输应用中，因为站点之间的距离可以达到一两百公里，加上目前的EoS中的映射处理一般使用虚级联工作方式，两站点之间的延时可能达到几毫秒甚至数十毫秒级，再考虑到以太网业务的突发特性，即瞬时流量很高，一般情况下，瞬时流量都可能超过预先分配的带宽。
目前一种常用的流量控制机制是CAR，(Committed Access Rate：预定的接入速率)，它的实现原理是当网络发生拥塞时，对于超出承诺速率的数据进行丢弃，在丢弃时可能使用优先级概念。这种控制机制的缺点是一般都会造成大量的丢包现象，在一个常用的TCP/IP运用中，大量丢包将严重降低网络性能，特别是对于最广泛使用的TCP/IP协议，丢包将造成其应用性能大幅度下降，例如，在TCP应用中，使用10M/b的以太网设备，如果超时重传定时器AckTime的值等于5秒，对于1500Bytes长的以太网帧，1％的帧丢失率FLR将导致操作性能降低98％。
有些网络传输中，将用户数据设备产生的PAUSE帧传送到对端的用户数据设备，但是传输过程中，因为传输设备本身不会产生流控信息，仅仅是将其它设备产生的PAUSE帧传递过去，在短距离内可以使用，不适合在长距离传输中使用；另外，如果有一端的设备不支持PAUSE帧，这种方法不能使用。
如图1所示，EoS设备由三部分组成：以太网接入部分，包括物理层接口PHY和媒体访问控制MAC；封装/解封装部分，其封装方式可以是：LAPS(Link Access Protocol-SDH，链路接入处理协议)、HDLC(Highlevel Data Link Control：高级数据链路控制规程)、GFP(GeneralFraming Procedure，通用成帧处理)等；以及映射/解映射部分，映射方式通常是虚级联、级联。
现假设SDH网络分配的带宽是1个VC3，即45M，当用户数据设备A的发送速率超过1个VC3时，在现有的处理技术中，因为映射A部分的流量恒定且为1个VC3，于是，多出的以太网帧在封装A部分堆积，当封装A部分的缓存耗尽后，造成MAC A的数据不能继续发送到封装A部分，于是，当PHY+MAC A在允许以太网流控时，向用户设备发PAUSE帧(全双工)或反压(半双工)，即图1中的虚线1(如果禁止以太网流控，MAC A丢弃多出的以太网帧，以太网流控请参考IEEE 802.3x文档)，这将使设备A的发送速率减低到1个VC3以下而不会丢包，从而以免网络性能过度降低。
当设备A发送速率低于1个VC3，但因为某种原因使设备B的接收速率小于设备A的发送速率，例如设备B下挂多个10M设备，但是只有1个在工作，从设备A直到EoS设备B的发送端均不会阻塞，但是设备B本身将阻塞，于是，按照802.3x的实现方式，设备B将向和它直接相连的端口发送802.3x定义的流控信息，即图1中的虚线2，可以是PAUSE帧或者反压信号，此流控信息按照802.3x的实现方式，将被MAC B终结，同时MAC B将停止向设备B发送数据，不会传递到设备A，设备A继续按照原来的流量发送数据，于是，造成来自设备A的以太网帧在解封装B或者MAC B处堆积，当这两处的缓存耗尽后，EoS#B必定丢包，这样，虽然设备A和设备B都是支持802.3x以太网流控的设备，但是通过传输设备EoS后，实际上不能避免丢包现象，这就说明，按照802.3x实现的现有技术方案不能通过EoS设备真正起到以太网的流控作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能的用于通过同步数字体系SDH网络传输数据业务时的流量控制方法，实现以太网数据通过SDH网络的无丢失透明传输。
本发明所采用的方法为：一种同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，包括以下步骤：
A.在同步数字体系(SDH)网络的数据传输中，EoS(Ethernet overSDH/SONET：以太网在SDH/SONET中传输)设备的封装部分，帧缓存中的数据量和缓存的总容量的比例，得出帧缓存的高低水线值，产生并封装流控协议帧(LFP：Line Flow-control Protocol，线路流量控制协议)；
B.将流控协议帧作为普通数据帧映射进同步数字体系的净荷中，传输到对端设备；
C.对端设备将同步数字体系的净荷经解映射处理后，由EoS处理设备的解封装部分进行流控协议帧识别，并解释执行流控协议帧中携带的流量控制信息。
所述产生并封装流控协议帧的步骤进一步包括：
A1.在所述的EoS设备的上行方向，EoS处理设备的封装部分随时监测缓存内的数据量，产生相应控制域的流控协议帧，得出帧缓存的高低水线值，当高于高水线时，定时重复发送控制域为停止发送的流控协议帧；当低于低水线时，定时重复发送控制域为启动发送的流控协议帧；若处于高、低水线之间时，停止发送流控协议帧；
A2.该流控协议帧被插入到封装数据队列的最前面，优先作封装处理：如果当前没有封装以太网帧，立即封装该流控协议帧，否则，等待当前的以太网帧封装完成后，立即封装该流控协议帧。
所述的流控协议帧的载体可使用标准的802.3x定义的PAUSE帧结构。
本发明的有益效果为：在本发明中，通过使用流控协议帧，在EoS设备之间通过SDH网络相互传递流量控制信息，传输设备自身产生流控协议帧，进行网络流量控制信息的相互传递，以实现突发方式的以太网数据在周期性传输的SDH网络中的无丢包传送，实现以太网数据通过SDH网络的无丢失传输，通过无丢失传输以太网数据来大幅度提高数据应用的性能。本发明能够在EoS设备之间传递流控信息，而且能够适用于EoS下挂全双工或者半双工设备，例如可以一端是全双工设备，另一端是半双工设备，或者两端都是半双工设备；EoS处理设备随时监测缓存内的数据量，可以防止流制协议帧因为传输出错等意外原因而引起的流量控制失败，因此，本发明是一种高性能的网络信息流控方法，适用性强，工作可靠。
附图说明
图1为现有技术信息流控示意图；
图2为本发明流控协议处理示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明，下面的框图描述中，一般情况下，以从A到B方向传输为例，从B到A的处理方法相同。
在本发明中，在通过同步数字体系SDH网络的数据传输中，EoS设备之间通过流控协议帧相互传递流量控制信息，流控协议帧的载体可使用标准的802.3x定义的PAUSE帧结构。
EoS的映射部分在做SDH映射时将以太网帧和流控协议帧都做为普通数据帧处理，流控协议帧的控制域为0x0FFFFH或0x0H，采用Xon/Xoff的开/关控制方式。
另外，因为流控协议帧在传输过程中有延时，需要使用适量的数据缓存器件以弥补传输延时；流控协议帧的实现是基于带内管理的方式，即流控协议帧和普通以太网数据帧采用同样的传输路径。
在本发明中，如图2所示，在上行方向，即系统方向，如图2中的EoS#A到SDH网络方向，以EoS#A为例，EoS处理设备的封装部分，根据帧缓存的高低水线值，(该水线反映出缓存的使用情况)，产生控制域为0x0FFFFH或0x0H的流控协议帧(LFP帧)，该流控协议帧在EoS处理的映射部分中被看成普通以太网数据帧，但是为了提高流控协议帧的性能，要求优先将流控协议帧发送到EoS处理的映射部分；在下行方向，即到用户设备方向，如图2中的SDH到设备EoS#B方向，以EoS#B为例，EoS处理设备的解封装部分进行流控协议帧识别，当发现是流控协议帧时，解释执行该流控协议，从而实现流控协议协议。
当EoS#A下挂的用户设备A的接收端，即图2中的AR，发生阻塞时，因为解映射A照常工作，缓存A中的数据量将增加，当达到设定的高位水线时，解封装A产生控制域为0x0FFFFH的流控协议帧，该流控协议帧被插入到封装A数据队列的最前面，优先作封装处理，其具体过程是如果封装A当前没有封装以太网帧，立即封装该流控协议帧，否则，等待当前的以太网帧封装完成后，立即封装该流控协议帧，再经过映射处理后，经过SDH传输网络、解映射B到达解封装B，解封装B在识别出是流控协议帧后，有两种处理方式：
1、流控协议帧(LFP帧)透传方式：在网络延时很小，两站点间的距离很近的情况下采用此种方式，解封装B将根据本端下挂的数据设备是否是全双工模式来解释执行该流控协议帧：
如果EoS设备下挂的用户数据设备工作于全双工模式，不需要解释流控协议帧，直接将流控协议帧发送到用户数据设备B，其具体过程是如果当前解封装B没有向以太网接入部分BR发送数据，则立即发送此流控协议帧到以太网接入部分BR，否则，等当前以太网数据帧发送完成后，立即发送此流控协议帧，此时流控协议帧不经过缓存B以提高流控协议的性能；
如果EoS设备下挂用户数据设备工作于半双工模式，需要解释流控协议帧中控制域的值，具体实现是当流控协议帧中控制域控制域＝0x0H时，撤销反压控制信号，否则，发送反压控制信号，让EoS#B下挂的用户设备B检测到冲突，从而停止发送数据到封装B中。
2、流控协议帧(LFP帧)再生方式：解封装B将解释执行该流控协议帧，当流控协议帧中控制域的值不是0x0H，即流控协议帧禁止发送，于是封装B停止工作，即停止接收以太网接入部分BT送过来的数据，如果是解封装B自身产生的流控协议帧，还是需要通过封装B送到映射B中。这样，来自以太网接入部分BT的数据将在“封装B”处堆积，并通过802.3x定义的以太网流控协议，最终将使用户设备B停止发送以太网帧，即BT点没有数据进入；当流控协议帧中控制域的值＝0x0H，即允许发送，封装B按照正常的方式工作，将太网接入部分BT进入的以太网帧经过封装送到映射B中。
该方式下，不要求SDH网络两端EoS的外挂设备均工作于全双工模式，只要用户设备支持802.3x定义的标准流控操作即可，可以一端工作于全双工模式，另一端是半双工模式；或者两端都是半双工模式。
当EoS#B下挂的用户设备B停止向EoS#B发送数据后，即BT点没有以太网帧输入，EoS#A的缓存A中数据将逐渐减少，当达到低位水线时，解封装A产生控制域为0x0H的流控协议帧，该流控协议帧按上述步骤优先送到EoS#B的解封装B中解释执行，结果使EoS#B下挂的用户设备B重新发送数据。
为了防止流控协议帧因为传输出错等意外原因而引起的控制失败，EoS处理设备随时监测缓存内的数据量，当高于高水线或低于低水线时，定时重复发送相应控制域的流控协议帧；若处于高、低水线之间时，停止发送流控协议帧，当高于高水线时，应该定时重复发送控制域为0x0FFFFH的流控协议帧；当低于低水线时，应该定时重复发送控制域为0x0H的流控协议帧。
高、低水线和定时重发时间可以设置，这2个定时重发时间可以不同，建议发送控制域为0x0FFFFH的流控协议帧的重发时间间隔不要过长；而发送控制域为0x0H的流控协议帧的重发时间间隔不要过短，以避免流控协议帧过度占用有效带宽。
目前流控协议帧使用的格式和802.3x定义的标准PAUSE帧相同，这是为了简化流控协议帧透传方式的设计，不是必须的，也可以使用其它格式，但在流控协议帧透传方式的接收端需进行格式转换；流控协议帧再生方式因为流控协议帧只是在EoS设备之间传递，所以可以不用转换格式。
本发明同样适用于SONET网络，其原理和控制过程基本一致，此处不再赘述。
Claims (7)
1.一种同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.在同步数字体系网络的数据传输中，EoS设备的封装部分根据帧缓存中的数据量和缓存的总容量的比例，得出帧缓存的高低水线值，产生并封装流控协议帧；
B.将流控协议帧作为普通数据帧映射进同步数字体系网络的净荷中，传输到对端设备；
C.对端设备将同步数字体系网络的净荷经解映射处理后，由EoS处理设备的解封装部分进行流控协议帧识别，并解释执行流控协议帧中携带的流量控制信息。
2.根据权利要求1所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：产生并封装流控协议帧的步骤包括：
A1.在所述的EoS设备的上行方向，EoS处理设备的封装部分随时监测缓存内的数据量，产生相应控制域的流控协议帧，得出帧缓存的高低水线值，当高于高水线时，定时重复发送控制域为停止发送的流控协议帧；当低于低水线时，定时重复发送控制域为启动发送的流控协议帧；若处于高、低水线之间时，停止发送流控协议帧；
A2.所述流控协议帧被插入到封装数据队列的最前面，优先作封装处理：如果当前没有封装以太网帧，立即封装该流控协议帧，否则，等待当前的以太网帧封装完成后，立即封装该流控协议帧。
3.根据权利要求1或2所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：所述的流控协议帧的载体使用标准的802.3x定义的PAUSE帧结构。
4.根据权利要求2所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：步骤A1中缓存内的数据量高于高水线时，定时重复发送控制域为0x0FFFFH的流控协议帧；当低于低水线时，定时重复发送控制域为0x0H的流控协议帧，控制域采用Xon/Xoff的开/关控制方式。
5.根据权利要求1所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：所述的解封装在识别出是流控协议帧后，对流控协议帧作出处理时，可采用流控协议帧的再生方式：
当流控协议帧中的控制域不是启动发送时，即流控协议禁止发送，于是封装部分停止工作，来自以太网接入部分的数据将在封装部分处堆积，并通过以太网的流控协议帧，最终使用户数据设备停止发送以太网帧；
当流控协议帧中控制域为启动发送时，即允许发送，封装按照正常的方式工作，将以太网接入部分进入的以太网帧经过封装送到映射中。
6、根据权利要求1所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：所述的解封装在识别出是流控协议帧后，对流控协议帧作出处理时，可采用流控协议透传方式，解封装将根据本端下挂的用户数据设备是否支持全双工模式来解释执行该流控协议帧：
如果EoS设备下挂的用户数据设备工作于全双工模式，不需要解释流控协议帧，直接将流控协议帧发送到用户数据设备；
如果EoS设备下挂的用户数据设备工作于半双工模式，需要解释流控协议帧中控制域的值，当流控协议帧中控制域为启动发送时，撤销反压控制信号，否则，发送反压控制信号，让EoS设备下挂的用户数据设备检测到冲突，从而停止发送数据。
7.根据权利要求5或6所述的同步数字体系网络传输数据业务的流量控制方法，其特征在于：当EoS设备下挂的用户数据设备停止向EoS设备发送数据后，对端EoS设备的缓存中数据将逐渐减少，当达到低位水线时，对端解封装部分产生控制域为启动发送的流控协议帧，该流控协议帧优先送到本端的解封装部分解释执行，结果使本端EoS下挂的用户数据设备重新发送数据。
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