CN101022405A - 一种通用成帧规程封装方法 - Google Patents

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CN101022405A CNA2006100901376A CN200610090137A CN101022405A CN 101022405 A CN101022405 A CN 101022405A CN A2006100901376 A CNA2006100901376 A CN A2006100901376A CN 200610090137 A CN200610090137 A CN 200610090137A CN 101022405 A CN101022405 A CN 101022405A
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Abstract

本发明提供一种通用成帧规程封装方法，涉及通讯领域，其方法是在进行通用成帧规程封装之前，利用报文级联的机制，将多个短报文级联到一起形成一个长报文，从而提高净荷在单个通用成帧规程帧的占用率，进而提高了传输效率。

Description

一种通用成帧规程封装方法
技术领域
本发明涉及通讯领域中的一种通用成帧规程(GFP)封装方法。
背景技术
通用成帧规程(GFP)是国际电信联盟ITU-T标准组织制定的一个封装标准，标准号为G.7041，其目的是为了完成变长的协议数据单元(PDU)通过SDH(同步数字体系)/SONET(同步光纤网)、PDH或者OTH的网络传送，通过通用成帧规程(GFP)的封装的适配，不同类型、不同长度的协议数据单元都可以在上述网络中传送。
由于通用成帧规程(GFP)具有良好的兼容性，已经逐渐成为多业务传送平台MSTP中的首选封装，在多厂家设备的互连互通中发挥重要作用。
下面以SDH系统为例说明通用成帧规程(GFP)的原理。
如果有协议数据单元(PDU)需要通过SDH系统传送，首先在PDU之前添加一个通用成帧规程(GFP)的头部信息、在PDU尾部添加FCS(帧校验序列)检验信息，头部信息和通用成帧规程的封装格式如图1所示。
如图1所示，通用成帧规程(GFP)主要包括三个部分的信息：
1)通用成帧规程核心头部：一共4个字节宽度，分为两个域：
a)净荷长度标识符，2字节，表明该通用成帧规程帧封装的PDU的实际长度，通过这个字段的指示，不同长度的PDU报文可以通过通用成帧规程封装再映射到SDH的虚容器或者虚容器组里面而不会无法定帧；
b)cHEC：核心头部差错校验域，2字节，通过该域实现通用成帧规程的定帧；
2)净荷头部：一共4字节宽度，分为5个域：
a)PTI：净荷类型标识符，3比特，表明该通用成帧规程帧是客户数据帧还是管理帧
b)PFI：净荷FCS标识符，1比特，表明该通用成帧规程帧是否在尾部添加了通用成帧规程的FCS域
c)EXI：扩展帧头标识符，4比特，表明该通用成帧规程帧是否包含扩展帧头及其类型
d)UPI：用户净荷标识符，8比特，表明该通用成帧规程帧封装的PDU类型，比如IP、以太网、PPP(点对点协议)帧等，不同类型的PDU通过不同的UPI编码加以区分
e)tHEC：类型头部差错校验，用于校验上述四个域的正确性，包括PTI、PFI、EXI和UPI
3)通用成帧规程FCS：通用成帧规程帧校验序列，4字节，为可选项
通用成帧规程在封装PDU时，对每一个PDU都会增加一个通用成帧规程头部和FCS，如图2所示的通用成帧规程的封装过程和原理可以看出，无论PDU报文多长，都会固定添加8～12字节的通用成帧规程头部信息和FCS信息，通用成帧规程的封装效率可以通过如下公式(1)计算：
Figure A20061009013700061
由此可以得出这样的结论：封装的PDU长度越短，该通用成帧规程帧的开销在整个通用成帧规程帧中所占比例越大，封装效率也就越低；反之，封装的PDU长度越长，该通用成帧规程帧的开销在整个通用成帧规程帧中所占比例越小，封装效率也就越高。
因此提高通用成帧规程封装短PDU报文的效率对于提高带宽利用率有着重要的意义，比如在3G业务中，话音业务报文长度一般为20-40字节的短包，如果直接将这样的短包封装进通用成帧规程，其封装效率仅为62.5％～76.9％(有通用成帧规程FCS域)。
这样的封装效率使得通用成帧规程在类似于3G话音传送的应用场景中受到很大的限制。而且在传送短PDU报文时效率降低，在网络的建设过程中，需要预留的冗余带宽要求大，进而增加了设备成本。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述封装方法的不足，提供一种高效的通用成帧规程封装方法。通过在进行通用成帧规程封装之前，利用报文级联的机制，将多个短报文级联到一起形成一个长的级联报文，从而提高净荷在单个通用成帧规程帧的占用率，进而提高了传输效率。
本发明的一种通用成帧规程封装方法所采用的技术方案如下：
一种通用成帧规程封装方法，先将多个待封装的协议数据单元报文级联成一个长的级联报文，然后再对所述级联报文进行封装获得一个通用成帧规程帧。
在每个待封装的协议数据单元报文之前，均增加一个多字节的报文级联头部信息。
所述报文级联头部信息包含以下内容：
1)协议数据单元报文长度域，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的实际长度；
2)协议指示位，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的协议类型是否和第一个协议数据单元报文的协议类型一致；
3)协议数据单元协议类型域，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的协议类型。
所述待封装的协议数据单元报文级联的具体步骤如下：
1)根据待级联的协议数据单元报文长度填写协议数据单元报文长度域；
2)判断该报文是否为第一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写协议类型，
如果不是，则判断该协议数据单元协议类型是否与第一个协议数据单元报文的一致，
如果一致，则设置协议指示位为1；
如果不一致，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写该报文的实际协议类型；
3)将该报文添加到与其相应的报文级联头部信息后边，然后判断该报文是否为最后一个待级联的协议数据单元报文，
如果不是，则循环进行上述级联步骤，处理下一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则结束级联操作。
所述报文级联头部信息还包含结束指示位，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文是否为所述级联报文中的最后一个协议数据单元报文。
所述待封装的协议数据单元报文级联的具体步骤包括：
将填写协议类型后的报文添加到与其相应的报文级联头部信息后边，然后判断该报文是否为最后一个待级联的协议数据单元报文，
如果不是，则设置结束指示位为0，循环进行上述级联操作步骤以处理下一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置结束指示位为1，结束级联操作。
对所述级联报文进行封装的具体步骤如下：
1)按照级联后的级联报文长度添加核心头部的协议数据单元净荷长度标识符；
2)计算核心头部差错校验域；
3)按照通用成帧规程标准添加净荷头部的净荷类型标识符、净荷帧校验序列标识符和扩展帧头标识符；
4)在净荷头部的用户净荷标识符字段中设置特定的值，以标记待封装的是级联报文；
5)计算净荷头部差错校验域；
6)如果扩展帧头标识符为1，则添加通用成帧规程扩展帧头；
7)如果净荷帧校验序列标识符为1，则计算并添加通用成帧规程的帧校验序列。
解通用成帧规程帧封装的过程如下：
(1)校验核心头部差错校验域，确定通用成帧规程帧的起始位置；
(2)按照通用成帧规程核心头部的协议数据单元净荷长度标识符确定通用成帧规程帧结束位置；
(3)校验净荷头部差错校验域；
(4)按照通用成帧规程标准添加净荷头部的净荷类型标识符、净荷帧校验序列标识符和扩展帧头标识符字段以及对应头部，如果净荷头部的净荷帧校验序列标识符为1，则校验通用成帧规程帧的帧校验序列；
(5)根据净荷头部的用户净荷标识符字段确定协议数据单元的报文类型，如果是级联报文则进行解报文级联处理。
解报文级联处理过程如下：
(1)判断级联头部的协议指示值；
如果值为1则有协议类型域，故从第一个字节开始偏移所占的字节数，以协议数据单元报文长度域、结束指示、协议指示、保留域和协议域的总长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，并从第一个协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
如果值为0则无协议类型域，故从第一个字节开始偏移所占的字节数，以协议数据单元报文长度域、结束指示、协议指示和保留域的总长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，并从本协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
(2)按照协议类型分类，处理所述协议数据单元报文；
(3)判断是否为最后一个协议数据单元，如果不是则解下一个被级联的协议数据单元，如果是则过程结束。
步骤(3)中，判断级联头部的结束指示位的值，如果为0则解下一个被级联的协议数据单元，如果为1则过程结束。
采用本发明所述方法进行封装，可以有效的提高封装效率，进而提高了通用成帧规程传送短小PDU报文的带宽利用率，新的封装效率计算公式(2)如下：
Figure A20061009013700091
其中n表示PDU报文个数，级联头部长度一般为3～5字节，也有可能随着级联头部的PDU长度域的宽度不同而有所增减。
以封装5个40字节的报文为例，采用现有的封装方法，封装效率按照公式(1)计算为76.9％，采用本发明所述方法，封装效率采用公式(2)计算为：84.4％，通用成帧规程封装效率提高7.5％。
附图说明
图1为现有技术中的通用成帧规程封装格式框图；
图2为现有通用成帧规程封装方法的示意图；
图3为本发明所述通用成帧规程封装方法的示意图；
图4为本发明中涉及的报文级联头部信息结构图；
图5为本发明所述的一种PDU报文级联处理的流程图；
图6为本发明所述的解报文级联处理的流程图；
图7a为对级联报文进行封装处理的流程图；
图7b为解封装处理得到级联报文的流程图；
图8为本发明所述的另一种PDU报文级联处理的流程图；
图9为本发明所述的另一种解报文级联处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
本实施例中所述通用成帧规程封装方法是先将多个待封装的协议数据单元报文级联成一个长的级联报文，然后再对所述级联报文进行封装，如图3所示。在每个待封装的协议数据单元报文之前，均增加一个多字节的报文级联头部信息。
其中，所述报文级联头部信息包含以下内容，如图4所示：
1)协议数据单元报文长度域，用于指示该报文级联头部对应的协议数据单元报文的实际长度，以字节为单位。该字段的宽度范围可以是1字节的整数倍，在本实施例中取2字节。这样取值的好处在于可以保证一个级联报文的长度达到216字节，也不至于占用过多的开销；
2)结束指示位：1比特宽度，用于指示该报文级联头部对应的协议数据单元报文是否为该级联报文中的最后一个协议数据单元报文，如果结束指示位为1，则表示该协议数据单元报文是最后一个报文，否则表示该协议数据单元报文不是最后一个报文；
3)协议指示位，1比特宽度，用于指示该报文级联头部对应的协议数据单元报文的协议类型是否和第一个协议数据单元报文的协议类型一致，如果一致则协议指示位为1，否则协议指示位为0。级联报文中第一个级联头部的协议指示位不能设置为1；
4)保留位：暂时不做定义，将来可以用来扩展其它目前尚未定义的功能；
5)协议数据单元协议类型域，用于指示该报文级联头部对应的协议数据单元报文的协议类型。在本实施例中该字段取2字节宽度，并且在协议指示位为1时，此字段不存在。
其中，将所述待封装的协议数据单元报文级联的具体步骤如下，如图5所示：
1)根据待级联的协议数据单元报文长度填写协议数据单元报文长度域；
2)判断该报文是否为第一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写协议类型，
如果不是，则判断该协议数据单元协议类型是否与第一个协议数据单元报文的一致，
如果一致，则设置协议指示位为1；
如果不一致，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写该报文的实际协议类型；
3)将该报文添加到与其相应的报文级联头部信息后边，然后判断该报文是否为最后一个待级联的协议数据单元报文，
如果不是，则设置结束指示位为0，循环进行上述级联操作步骤以处理下一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置结束指示位为1，结束级联操作。
在发送方向上，对所述级联报文进行封装获得通用成帧规程帧的具体步骤如下，如图7a所示：
1)按照级联后的级联报文长度添加通用成帧规程核心头部的协议数据单元净荷长度标识符；
2)计算核心头部差错校验域(cHEC)；
3)按照通用成帧规程标准添加通用成帧规程净荷头部的净荷类型标识符(PTI)、净荷帧校验序列标识符(PFI)和扩展帧头标识符(EXI)字段；
4)按照级联报文添加有别于非级联报文的通用成帧规程净荷头部用户净荷标识符(UPI)字段；
5)计算净荷头部差错校验域(tHEC)；
6)如果扩展帧头标识符(EXI)＝1，则添加通用成帧规程扩展帧头；
7)如果净荷帧校验序列标识符(PFI)＝1，则计算并添加通用成帧规程的FCS。
在接收方向上，对接收到的通用成帧规程帧进行解封装的具体步骤如下，如图7b所示：
1)校验核心头部差错校验域(cHEC)，确定通用成帧规程帧的起始位置；
2)按照通用成帧规程核心头部的协议数据单元净荷长度标识符确定通用成帧规程帧结束位置；
3)校验净荷头部差错校验域(tHEC)；
4)如果净荷帧校验序列标识符(PFI)＝1，则校验通用成帧规程的帧校验序列(FCS)；
5)按照通用成帧规程标准去除通用成帧规程净荷头部的净荷类型标识符(PTI)、净荷帧校验序列标识符(PFI)和扩展帧头标识符(EXI)字段以及对应头部；
6)根据通用成帧规程净荷头部用户净荷标识符(UPI)字段确定协议数据单元报文类型，如果是级联报文则转交给解报文级联模块进行下一步的解包操作，即将一个长度较长的级联报文还原成多个长度短小的协议数据单元报文。
上述将级联报文进行解报文级联处理，还原成多个长度短小的协议数据单元报文的步骤如图6所示：
1)判断级联报文头部的协议指示值，
如果值为1，则从第3个字节开始截取级联头部协议数据单元长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，从第一个协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
如果值为0，则从第5个字节开始截取级联头部协议数据单元长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，从本协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
2)按照协议类型分类，将协议数据单元报文交由对应的协议处理模块处理。采用现有的公知方法处理，这里就不描述了；
3)判断级联头部的结束指示位的值，如果为0则解下一个被级联的协议数据单元报文，如果为1则解报文级联处理操作结束。
实施例2：
第二个实施例与第一个实施例的绝大部分处理步骤相同，不同之处仅在于级联报文头部中没有结束指示位。这样，如图8所示，在将待封装的协议数据单元报文级联的处理过程中没有设置结束指示位的步骤。相应地，如图9所示，在将级联报文进行解报文级联处理，还原成多个长度短小的协议数据单元报文的处理过程中，最后一步即步骤(3)则为判断正在处理的协议数据单元报文是否为最后一个协议数据单元报文，如果不是则解下一个被级联的协议数据单元报文，如果是则解报文级联处理操作结束。
通过通用成帧规程本身的定帧机制来完成级联报文的定界。
所述通用成帧规程的定帧机制指根据ITU-T G.7041定义，通用成帧规程的状态机根据匹配其核心头部的cHEC字节，如果发现了满足cHEC关系的连续4个字节，则认为是一个通用成帧规程帧的起始，并且进行差错校验，同时通用成帧规程帧的核心头部具有16比特的净荷长度指示PLI字段，通过该字段可以确定当前通用成帧规程帧的结束位置。
本发明的效果为提高了通用成帧规程传送短小协议数据单元报文的带宽利用率，新的计算公式(2)如下：
Figure A20061009013700121
其中级联头部长度一般为3或5字节，也有可能随着级联头部的协议数据单元长度域的宽度不同而有所增减。
以封装5个40字节的报文为例，未采用本发明的封装效率按照公式(1)计算为76.9％，采用本发明后，封装效率采用公式(2)计算为：84.4％，通用成帧规程封装效率提高7.5％。
附缩略语和关键术语定义
GFP      通用成帧规程
PDU      协议数据单元
SDH      同步数字体系
SONET    同步光纤网
FCS      帧校验序列
cHEC     GFP核心头部差错校验
PTI     GFP净荷头部的净荷类型标识符
PFI     GFP净荷头部的净荷FCS标识符
EXI     GFP净荷头部的扩展帧头标识符
UPI     GFP净荷头部的用户净荷标识符
tHEC    GFP净荷头部差错校验
PPP     点对点协议
PPPMux  PPP复用，RFC定义的一种将多个报文复用到一个PPP报文当中的机制，用于提高传送效率
上述内容仅描述了本发明的一个非限定性典型实施例，本领域中的技术人员可以在此基础上作改进，而不脱离本发明的精神和权利要求的范围。例如上述封装过程中，通用成帧规程净荷头部的处理顺序可以根据实际情况和需要作适当调整。又如，级联头部长度一般为3或5字节，也有可能随着级联头部的协议数据单元长度域的宽度不同而有所增减。

Claims (10)

1、一种通用成帧规程封装方法，其特征在于，先将多个待封装的协议数据单元报文级联成一个长的级联报文，然后再对所述级联报文进行封装获得一个通用成帧规程帧。
2、根据权利要求1所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，在每个待封装的协议数据单元报文之前，均增加一个多字节的报文级联头部信息。
3、根据权利要求2所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，所述报文级联头部信息包含以下内容：
1)协议数据单元报文长度域，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的实际长度；
2)协议指示位，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的协议类型是否和第一个协议数据单元报文的协议类型一致；
3)协议数据单元协议类型域，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文的协议类型。
4、根据权利要求3所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，所述待封装的协议数据单元报文级联的具体步骤如下：
1)根据待级联的协议数据单元报文长度填写协议数据单元报文长度域；
2)判断该报文是否为第一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写协议类型，
如果不是，则判断该协议数据单元协议类型是否与第一个协议数据单元报文的一致，
如果一致，则设置协议指示位为1；
如果不一致，则设置协议指示位为0，并在协议数据单元协议类型域中填写该报文的实际协议类型；
3)将该报文添加到与其相应的报文级联头部信息后边，然后判断该报文是否为最后一个待级联的协议数据单元报文，
如果不是，则循环进行上述级联步骤，处理下一个待级联的协议数据单元报文，如果是，则结束级联操作。
5、根据权利要求3所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，所述报文级联头部信息还包含结束指示位，用于指示该报文级联头部信息对应的协议数据单元报文是否为所述级联报文中的最后一个协议数据单元报文。
6、根据权利要求5所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，所述待封装的协议数据单元报文级联的具体步骤包括：
将填写协议类型后的报文添加到与其相应的报文级联头部信息后边，然后判断该报文是否为最后一个待级联的协议数据单元报文，
如果不是，则设置结束指示位为0，循环进行上述级联操作步骤以处理下一个待级联的协议数据单元报文，
如果是，则设置结束指示位为1，结束级联操作。
7、根据权利要求2-6任何一项所述的通用成帧规程封装方法，其特征在于，对所述级联报文进行封装的具体步骤如下：
1)按照级联后的级联报文长度添加核心头部的协议数据单元净荷长度标识符；
2)计算核心头部差错校验域；
3)按照通用成帧规程标准添加净荷头部的净荷类型标识符、净荷帧校验序列标识符和扩展帧头标识符；
4)在净荷头部的用户净荷标识符字段中设置特定的值，以标记待封装的是级联报文；
5)计算净荷头部差错校验域；
6)如果扩展帧头标识符为1，则添加通用成帧规程扩展帧头；
7)如果净荷帧校验序列标识符为1，则计算并添加通用成帧规程的帧校验序列。
8、根据权利要求1-7任何一项所述的一种通用成帧规程封装方法，其特征在于，解通用成帧规程帧封装的过程如下：
(1)校验核心头部差错校验域，确定通用成帧规程帧的起始位置；
(2)按照通用成帧规程核心头部的协议数据单元净荷长度标识符确定通用成帧规程帧结束位置；
(3)校验净荷头部差错校验域；
(4)按照通用成帧规程标准添加净荷头部的净荷类型标识符、净荷帧校验序列标识符和扩展帧头标识符字段以及对应头部，如果净荷头部的净荷帧校验序列标识符为1，则校验通用成帧规程帧的帧校验序列；
(5)根据净荷头部的用户净荷标识符字段确定协议数据单元的报文类型，如果是级联报文则进行解报文级联处理。
9、根据权利要求8所述的一种通用成帧规程封装方法，其特征在于，解报文级联处理过程如下：
(1)判断级联头部的协议指示值；
如果值为1则有协议类型域，故从第一个字节开始偏移所占的字节数，以协议数据单元报文长度域、结束指示、协议指示、保留域和协议域的总长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，并从第一个协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
如果值为0则无协议类型域，故从第一个字节开始偏移所占的字节数，以协议数据单元报文长度域、结束指示、协议指示和保留域的总长度域所示长度的字节作为协议数据单元报文的净荷，并从本协议数据单元对应的级联报文头部获取协议类型，作为该协议数据单元的协议类型；
(2)按照协议类型分类，处理所述协议数据单元报文；
(3)判断是否为最后一个协议数据单元，如果不是则解下一个被级联的协议数据单元，如果是则过程结束。
10、根据权利要求9所述的一种通用成帧规程封装方法，其特征在于，步骤(3)中，判断级联头部的结束指示位的值，如果为0则解下一个被级联的协议数据单元，如果为1则过程结束。
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