CN101166062B - 一种光网络传送同步数字体制帧的方法和系统 - Google Patents

一种光网络传送同步数字体制帧的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光网络传送同步数字体制帧的方法，该方法包括：发送侧对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，根据SDH接口设备时钟频率与自身时钟频率的偏差调整SDH帧的字节，将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给接收侧；接收侧将所述GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。本发明将SDH帧同步映射到GEM帧中，并通过对GEM帧的同步去映射，解决了千兆无源光网络传送SDH帧需要在接收端进行复杂的去异步映射处理的问题。本发明同时公开了一种光网络传送同步数字体制帧的系统及装置。

Description

一种光网络传送同步数字体制帧的方法和系统 
技术领域
本发明涉及网络传输领域，特别涉及一种光网络传送同步数字体制帧的方法、系统及装置。 
背景技术
目前的网络传输领域，在接入网层存在着多种技术共存的局面。现有的三大类成熟技术包括：铜缆、光纤和无线接入等。无源光网络(PON)作为一种宽带光接入技术，其特点是点到多点(P2MP)的物理拓扑结构，PON由光线路终端(OLT)、无源光分配网络(ODN)、多个光网络单元(ONU)组成。其中，多个光网络单元共享光纤资源、光线路终端端口。 
由于无源光分配网络中的光分支点不需要有源的节点设备，只需要一个无源的光分支器，因此PON具有带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点。 
但是，PON受到接入业务、地域分布特点等诸多因素影响，其应用方式有光纤到家(FTTH)、光纤到邻居(FTTN)、光纤到路边(FTTC)和光纤到楼(FTTB)等不同模式。其中的FTTN应用方式是指光纤接到有源接入节点，有源节点再通过其他技术手段接入到最终用户终端。 
同步数字体制(SDH)是成熟的传送网技术体制，具有同步传送模块(STM)-1/4/16/64/256等速率等级，具备完善的开销监控和保护手段，已经成为传送网的主流技术。目前有大量的SDH设备或具有SDH接口的设备已经在网上部署。 
无源光网络目前已经有多个标准体制。其中有国际电信同盟电信部(ITU-T)发布的宽带无源光网络(BPON)和最新的千兆无源光网络(GPON)。其中，GPON下行速率为1.25G或2.5G，上行速率为622M、1.25G、2.5G 等多种速率。GPON的帧结构以125微秒为一个周期，GPON传送业务的基本帧结构为无源光网络封装方法(GPON Encapsulation Method，GEM)帧，既适合以太网等数据业务的传送，也适合时分复用(TDM)等业务的传送。GPON与SDH在帧长和线路速率上是一致的，而且GPON的线速已经达到2.5G，将来可能向10G演进，这就能保证GPON接入各种业务的需求。 
目前，在接入网覆盖范围内已经出现了接入SDH接口类型业务的需求，如数字用户线接入设备(DSLAM)的SDH线路接口以及SDH设备的线路接口等。GPON如果能够提供接入SDH业务的接口将为GPON的FTTN和FTTB的应用提供更加灵活的方式和丰富的接口，同时可以利用SDH接口传输距离长可靠性高的优点，延长接入距离。 
图1为现有技术中SDH帧异步映射到GEM帧的结构示意图。 
在下行传输中，光线路终端收到上层网络发送的SDH帧数据流，将SDH数据流写入先进先出(FIFO)缓存，映射模块从FIFO缓存中读取SDH帧数据流字节放入GEM帧有效负载(Payload)区域中，如果SDH时钟频率与本地时钟频率存在频差，将改变GEM帧的Payload区域长度，有效负载帧长度标识符(PLI)指示作相应调整。将异步映射后的GEM帧发送给光网络单元；光网络单元对收到的GEM帧，根据PLI值变化解出有效载荷区的SDH帧数据流，为了从SDH帧数据流提取时钟，需要用锁相环来平滑去异步映射造成数据流的不均匀，为保证恢复时钟的质量需要滤波电路过滤抖动。 
在上行传输中，光网络单元收到用户端SDH接口设备发送的SDH帧数据流，将SDH数据流写入FIFO缓存，映射模块从FIFO缓存中读取SDH帧数据流字节放入GEM帧有效负载区域中，如果SDH时钟频率高于本地时钟频率，FIFO缓存中存储的数据会逐渐增多，到达上门限设定的值时，为了不使FIFO溢出，GEM帧需要多承载一些字节，有效负载区域变大，如果SDH时钟频率低于本地时钟频率，当FIFO缓存中的数据少于下门限设定的值时，GEM帧会少承载一些字节，有效负载区域变小；光线路终端对收到的GEM帧进行去异步映射处理，过程与下行传输中光网络单元的去异步映射处理相同。 
综上所述，现有映射技术中实现GPON传送SDH帧需要在接收端进行比较复杂的去异步映射处理，并用锁相环来平滑去异步映射的速率不均匀。对实现SDH这样高速TDM类型业务的传递，增加了系统设计的技术难度。压控震荡器(VCO)和滤波电路的增加会带来成本的上升。而且GEM帧Payload区域的变化也会增加上行方向带宽分配和发送控制配合的复杂性。 
本发明提供一种光网络传送同步数字体制帧的方法、系统及装置，用以解决现有技术中存在通过GPON传送SDH帧需要在接收端进行复杂的去异步映射处理的问题。 
本发明方法包括： 
发送侧对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，通过利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给接收侧； 
接收侧将所述GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。 
发送侧对SDH帧数据流的接收处理包括： 
采用SDH线路恢复时钟进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理。 
接收侧对SDH帧数据流的发送处理包括： 
进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。 
一种光网络传送同步数字体制帧的系统，该系统包括： 
光网络发送装置，用于对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，通过利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置； 
光网络接收装置，用于将来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。 
光网络发送装置如果为光线路终端，则光网络接收装置为光网络单元； 
光网络发送装置如果为光网络单元，则光网络接收装置为光线路终端。 
光网络发送装置还可以包括： 
接收处理模块，用于利用SDH线路恢复时钟对SDH帧数据流进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理； 
调整模块，用于利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差； 
映射模块，用于将调整后的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中； 
发送模块，用于将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置。 
光网络接收装置还可以包括： 
接收模块，用于接收光网络发送装置发送的GEM帧； 
去映射模块，用于将来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来； 
发送处理模块，用于对SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。 
一种光网络发送装置，该装置包括： 
接收处理模块，用于利用同步数字体制SDH线路恢复时钟对SDH帧数据流进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理； 
调整模块，用于利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差； 
映射模块，用于将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中； 
发送模块，用于将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置。 
一种光网络接收装置，该装置包括： 
接收模块，用于接收光网络发送装置发送的GEM帧，其中，所述GEM帧是经过光网络发送装置利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中之后得到的； 
去映射模块，用于对来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，将同步数字体制SDH帧数据流从GEM帧中提取出来； 
发送处理模块，用于对SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。 
本发明利用SDH的AU指针调整机制补偿异步时钟频率偏差，使映射和去映射都采用同步处理方法，实现了不需要在接收端进行复杂的去异步映射处理就能通过GPON传送SDH帧的方法，并且降低了系统设计的难度，减少了设备的成本。 
图1为现有技术中SDH异步映射到GEM帧的结构示意图； 
图2为本发明的系统结构示意图； 
图3为SDH的帧结构示意图； 
图4为GEM的帧结构示意图； 
图5为SDH同步映射到GEM的帧结构示意图； 
图6为实现本发明方法的传输示意图； 
图7为实现本发明方法的流程示意图。 
具体实施方式
针对目前将SDH帧异步映射到GEM帧的方法中GPON传送SDH帧需要在接收端进行复杂的去异步映射处理的问题，本发明利用SDH的AU指针调整机制补偿异步时钟频率偏差，使映射和去映射都采用同步处理方法，解决了上述问题。 
图2为本发明的系统结构示意图。如图2所示，本发明的系统包括：光网络发送装置10和光网络接收装置20。 
光网络发送装置10，用于对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，根据SDH接口设备时钟频率与自身时钟频率的偏差调整SDH帧的字节，将调整后的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置20。 
光网络接收装置10，用于将来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。 
光网络发送装置10包括：接收处理模块100、调整模块110、映射模块120和发送模块130。 
接收处理模块100，与调整模块110连接，用于利用SDH线路恢复时钟对SDH帧数据流进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理。 
调整模块110，与接收处理模块100和映射模块120连接，用于利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流发送给映射模块120。 
映射模块120，与调整模块110和发送模块130连接，用于将来自调整模块110的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中，并将GEM帧发送给发送模块130。 
发送模块130，与光网络接收装置20和映射模块120连接，用于将来自映射模块120的GEM帧发送给光网络接收装置20。 
光网络接收装置20包括：接收模块200、去映射模块210和发送处理模块220。 
接收模块200，与光网络发送装置10和去映射模块210连接，用于接收光网络发送装置10发送的GEM帧。 
去映射模块210，与接收模块200和发送处理模块220连接，用于对来自接收模块200的GEM帧去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来。 
发送处理模块220，与去映射模块210连接，用于对SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。 
光网络发送装置如果为光线路终端，则光网络接收装置为光网络单元；光网络发送装置如果为光网络单元，则光网络接收装置为光线路终端。 
图3为SDH的帧结构示意图。如图3所示， 
SDH帧分为不同的速率等级，其中GEM帧可以承载STM-0，STM-1和STM-4三种速率等级。 
SDH帧分为9行，270*N列，其中，再生段开销占用了第1-3行的前9*N列，管理单元指针占用了第4行的前9*N列，复用段开销占用了第5-9前行的9*N列，STM-N有效负载占用1-9行的后261*N列。 
如果SDH帧是STM-0的速率等级，则SDH帧分为9行，90列，其中，再生段开销占用了第1-3行的前3列，管理单元指针占用了第4行的前3列，复用段开销占用了第5-9前行的3列，STM-0有效负载占用1-9行的后87列。 
图4为GEM的帧结构示意图。如图4所示， 
GEM帧包括：有效负载帧长度标识符(PLI)占用12个比特，端口标识 符(Port-ID)占用12个比特，有效负载类型指示(PTI)占用3个比特，检测字段(HEC)占用13个比特和有效负载(Payload)占用L个字节，L的值由PLI指示。 
图5为SDH同步映射到GEM的帧结构示意图。如图5所示， 
SDH帧按字节传送顺序映射到GEM帧的Payload区域中，并保持GEM帧的发送顺序与映射顺序相同。 
GEM帧的Payload区域最大为4095字节，而SDH帧的STM-4速率等级需要270*9*4＝9720字节，所以一个GEM帧不能承载一个速率等级为STM-4的SDH帧，这时只能将SDH帧分开传送。 
一般将GEM帧的Payload区域设为2430字节，一个速率等级为STM-1的SDH帧也是2430字节，GEM帧可以传送一个速率等级为STM-1的SDH帧，如果SDH帧的速率等级为STM-4，则可以平均将STM-4帧分成4份传送。 
图6为实现本发明方法的传输示意图。如图6所示， 
在下行传输中光线路终端将SDH帧数据流同步映射到GEM帧上，并将同步映射后的GEM帧发送给与SDH接口通信的光网络单元，光网络单元将GEM帧去同步映射后，向用户端SDH接口设备发送SDH帧数据流； 
在上行传输中，与SDH接口通信的光网络单元对收到的SDH帧数据流，将SDH帧数据流同步映射到GEM帧上，并将同步映射后的GEM帧发送给光线路终端。 
图7为实现本发明方法的流程示意图。如图7所示， 
在光网络传送SDH帧数据流前，根据传送的SDH帧的速率等级分配给传送SDH帧的流量容器(T-CONT)每125微秒传送270*9*N字节的固定带宽，保证足够的带宽传送SDH帧。 
在下行传输方向，包括下列步骤： 
步骤700、光线路终端收到上层网络发送的SDH帧数据流后，采用SDH线路恢复时钟进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据 进行解扰码处理。 
步骤701，光线路终端对SDH帧进行AU指针解释，将SDH帧数据字节放到FIFO缓存中，AU指针根据FIFO的存储字节门限产生AU指针，同时处理段开销的相应字节，并将透传开销、AU指针和FIFO缓存的数据重新组成SDH帧。 
如果FIFO写入时钟快于读出时钟，FIFO存储的字节会逐渐增多，当到达上门限时，会进行AU指针负调整，利用指针字节中的负调整位置传输数据字节。如果FIFO写入时钟慢于读出时钟，FIFO存储的字节会逐渐减少，当到达下门限时，进行AU指针正调整，对正调整区域插入填充字节。 
步骤702，光线路终端将SDH数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中。 
步骤703、光线路终端侧的媒质接入控制(MAC)功能向光网络单元发送GEM帧。 
步骤704、光网络单元侧的接收处理功能，接收光线路终端发送的GEM帧。 
步骤705、光网络单元对GEM帧进行去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来。 
步骤706、光网络单元对提取出来的SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，根据需要选择处理段开销字节，进行扰码和并串转换，将处理后的SDH帧数据流发送给SDH接口设备。 
在上行传输方向，包括下列步骤： 
步骤710、光网络单元收到SDH接口设备发送的SDH帧数据流后，采用SDH线路恢复时钟进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理。 
步骤711，光网络单元对SDH帧进行AU指针解释，将SDH帧数据字节放到FIFO缓存中，AU指针根据FIFO的存储字节门限产生AU指针，同时处 理段开销的相应字节，并将透传开销、AU指针和FIFO缓存的数据重新组成SDH帧。 
如果FIFO写入时钟快于读出时钟，FIFO存储的字节会逐渐增多，当到达上门限时，会进行AU指针负调整，利用指针字节中的负调整位置传输数据字节。如果FIFO写入时钟慢于读出时钟，FIFO存储的字节会逐渐减少，当到达下门限时，进行AU指针正调整，对正调整区域插入填充字节。 
步骤712、光网络单元将SDH数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中。 
步骤713、光网络单元侧的发送控制功能，向光线路终端发送GEM帧。 
步骤714、光线路终端侧的MAC控制功能，接收光网络单元发送的GEM帧。 
步骤715、光线路终端对GEM帧进行去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来。 
步骤716，光线路终端对提取出来的SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，根据需要选择处理段开销字节，进行扰码和并串转换，将处理后的SDH帧数据流发送给上层网络。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (9)

1.一种光网络传送同步数字体制帧的方法，其特征在于，该方法包括：
发送侧对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，通过利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给接收侧；
接收侧将所述GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送侧对SDH帧数据流的接收处理包括：
采用SDH线路恢复时钟进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收侧对SDH帧数据流的发送处理包括：
进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。
4.一种光网络传送同步数字体制帧的系统，其特征在于，该系统包括：
光网络发送装置，用于对同步数字体制SDH帧数据流进行接收处理，通过利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中，并将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置；
光网络接收装置，用于将来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，提取出SDH帧数据流，并对SDH帧数据流进行发送处理。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述光网络发送装置如果为光线路终端，则所述光网络接收装置为光网络 单元；
所述光网络发送装置如果为光网络单元，则所述光网络接收装置为光线路终端。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光网络发送装置包括：
接收处理模块，用于利用SDH线路恢复时钟对SDH帧数据流进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理；
调整模块，用于利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差；
映射模块，用于将调整后的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中；
发送模块，用于将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光网络接收装置包括：
接收模块，用于接收光网络发送装置发送的GEM帧；
去映射模块，用于将来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来；
发送处理模块，用于对SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。
8.一种光网络发送装置，其特征在于，该装置包括：
接收处理模块，用于利用同步数字体制SDH线路恢复时钟对SDH帧数据流进行串并转换，对并行数据进行帧定界处理，对帧定界后的数据进行解扰码处理；
调整模块，用于利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差；
映射模块，用于将调整后的SDH帧数据流同步映射到无源光网络封装方法GEM帧的有效负载区域中；
发送模块，用于将同步映射得到的GEM帧发送给光网络接收装置。 
9.一种光网络接收装置，其特征在于，该装置包括：
接收模块，用于接收光网络发送装置发送的无源光网络封装方法GEM帧，其中，所述GEM帧是经过光网络发送装置利用SDH的管理单元指针调整机制，调整SDH的管理单元指针补偿SDH接口设备和自身的时钟频率偏差，将调整后的SDH帧数据流同步映射到GEM帧的有效负载区域中之后得到的；
去映射模块，用于对来自光网络发送装置的GEM帧去同步映射处理，将SDH帧数据流从GEM帧中提取出来；
发送处理模块，用于对同步数字体制SDH帧数据流进行帧定界，搜索SDH帧的帧头，找到SDH帧的边界，处理段开销字节，进行扰码和并串转换。 
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