CN102684956B - 一种自适应10Gbps网络接入系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种10Gbps网络接入系统，其包括：自动化控制装置和与所述自动化控制装置连接的收发器，所述10Gbps网络接入系统包括：与所述自动化控制装置连接的可编程晶振。所述10Gbps网络接入方法，开始依赖于光电转换器传递给fpga的signallost信号和电路的全局复位信号；开始状态IIC并不配置电路中的晶振，默认进入探测10Gbps网络类型；利用MAC？fifo或POS？fifo分别进行两种网络类型的探测。本发明提供的10Gbps与OC192网络自适应接入系统和方法，无需人为对网络的接入进行任何设置，若有光纤插拔动作，即对10Gbps与OC192网络进行自动化的探测和适应。

Description

一种自适应10Gbps网络接入系统和方法

技术领域

本发明属于网络通信领域，具体讲涉及一种自适应10Gbps网络接入系统和方法。

背景技术

在复杂的网络环境中，10G Ethernet与OC192网络接入一般是共存的，所以对于网络设备来说，同一网络接口支持以上两种网络协议对于用户来说是设备升级或更换网络接入是最为便利的方案。它们可以共享相同型号的光模块、光纤及硬件电路；但它们的工作参考时钟却是不同的，如果网络设备想成功的在这两种网络接入类型之间切换，就必须从硬件上更换不同频率的晶振来改变网络接入的参考时钟频率，从而实现两种网络的互相切换。某种网络类型若成功切换，才有可能使得网络设备收到正确报文，若是OC192网络，封装的PPP帧和帧gap的处理方式还有四种组合：CRC32check和scrambler do、CRC16check和scrambler do、CRC32和scrambler undo、CRC16和scrambler undo。所以若想解出封装后的帧(包括以太网帧和PPP帧)，必须需要网络维护人员进行复杂的配置才能实现，若配置不当，则会导致网络设备没法接收报文或收到错误报文的情况。

专利号为ZL20091002556.9的、名称为“一种POS端口自适应的实现方法”的发明披露了一种网络自适应接入方法，但是该发明存在以下缺陷：1.匹配周期过长，为5～10秒，而此种时长会带来大量数据的丢失；2.此方法中判断“SCRAM BLE自适应”和“CRC自适应”为先后关系，并且提法“SCRAM BLE错误”有不妥之处，线路扰码不匹配可能会带来POS接口处理模块找不到帧头，也就是自适应模块检测不到帧也就无CRC校验正确错误之说了，此时其计数器时不能工作；3.此方法不支持与以太网之间的自适应接入功能。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种自适应10Gbps网络接入系统和方法，无需人为对网络的接入进行任何设置，若有光纤插拔动作，即对10Gbps与OC192网络进行自动化的探测和适应。

为实现上述目的，本发明提供一种自适应10Gbps网络接入系统，其包括：自动化控制装置和与所述自动化控制装置连接的收发器，其改进之处在于，所述10Gbps网络接入系统包括：与所述自动化控制装置连接的可编程晶振。

本发明提供的优选技术方案中，所述自动化控制装置包括：IIC总线、主控模块、demux模块、MAC fifo模块、MAC PCS模块、USER单元、OC192接入电路、POS管理模块和超时模块；所述主控模块、所述IIC总线与所述可编程晶振依次连接；所述demux模块、所述主控模块、所述MAC fifo模块、所述MAC PCS模块与所述USER单元依次连接；所述主控模块分别与所述OC192接入电路和超时模块连接；所述OC192接入电路分别与所述POS管理模块、超时模块和所述USER单元连接；所述demux模块和所述主控模块都接收所述收发器传输的signallost信号。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述自动化控制装置采用型号为Ix130t的fpga芯片；所述可编程晶振采用型号为CY2XF24的芯片。

本发明提供的第三优选技术方案中，所述收发器包括XSBI和SFI-4总线，所述收发器将光信号处理后形成16bit差分的并行电信号输入给所述自动化控制装置。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述OC192接入电路包括依次连接的POS fifo模块、POS layer模块和PPP layer模块；所述POSlayer模块与所述POS管理模块连接。

本发明提供的第五优选技术方案中，所述USER单元包括：userfifo 0模块、user fifo 1模块以及user模块；user fifo 0模块分别与所述主控模块、MAC PCS模块以及user模块连接；所述user fifo 1模块分别与所述主控模块、所述PPP layer模块以及所述user模块连接。

本发明提供的第六优选技术方案中，所述主控模块包括超时电路和探测适应记录电路。

本发明提供的第七优选技术方案中，所述POS管理模块包括：存储有四种工作模式的配置文件；所述四种工作模式分别是：CRC32check和scrambler do、CRC16 check和scrambler do、CRC32check和scrambler undo、CRC16check和scrambler undo。

本发明提供的第八优选技术方案中，提供一种自适应10Gbps网络接入接入方法，其改进之处在于，所述自适应接入方法包括如下步骤：

(1).自动探测所述收发器输入给fpga芯片的signallost信号，若其值为1，则继续探测signallost信号，否则进入步骤2；(2).启动所述MAC PCS模块，如检测到规范允许误码率情况下的comma数量，则进入步骤6，否则进入步骤3；(3).将可编程晶振频率的频率从工作在1GEthernet网络下的参考时钟切换为工作在OC192网络下的参考时钟；(4).检测OC192网络的帧定界字符，如果连续三个POS帧都可检测到正确的帧定界字符，则进入步骤5，否则结束；(5).启动所述POS管理模块，若所述OC192网络能匹配上所述POS管理模块的配置文件中的相应工作模式，进入步骤6，否则结束；(6).检测signallost信号，如果为0，则结束，否则进入步骤1。

本发明提供的第九优选技术方案中，所述步骤5中的四种工作模式分别是：CRC32check和scrambler do、CRC16check和scrambler do、CRC32check和scrambler undo、CRC16check和scrambler undo。

与现有技术比，本发明提供的一种自适应10Gbps网络接入系统和方法，不需人为进行任何设置，若有光纤插拔动作，即对10Gbps与OC192网络进行自动化的探测和适应，在毫秒级内使得网络设备正常接入，并把探测到的网络类型、封装帧类型和处理模式通知给网络维护人员，达到自动化的目的，避免了手动配置带来的网络数据的海量丢失的缺陷；再者，能够在毫秒级探测到两种10Gbps的网络，并把网络类型结果通知给网络维护人员，若探测失败，还有间接检测外围接插件和网络环境的功能。

附图说明

图1为一种自适应10Gbps网络接入系统的结构示意图。

图2为主控电路的状态机。

图3为OC192网络的探测类型的状态机。

具体实施方式

如图1所示，为一种自适应10Gbps网络接入系统和方法，所述接入系统包括：自动化控制装置和与所述自动化控制装置连接的收发器，与所述自动化控制装置连接的可编程晶振。

所述自动化控制装置包括：IIC总线、主控模块、demux模块、MAC fifo模块、MAC PCS模块、USER单元、OC192接入电路、POS管理模块和超时模块；所述主控模块、所述IIC总线与所述可编程晶振依次连接；所述demux模块、所述主控模块、所述MAC fifo模块、所述MAC PCS模块与所述USER单元依次连接；所述主控模块分别与所述OC192接入电路和超时模块连接；所述OC192接入电路分别与所述POS管理模块、超时模块和所述USER单元连接；所述demux模块和所述主控模块都接收所述收发器传输的signallost信号。

所述自动化控制装置采用型号为Ix130t的fpga芯片；所述可编程晶振采用型号为CY2XF24的芯片。所述OC192接入电路包括依次连接的POS fifo模块、POS layer模块和PPP layer模块；所述POS layer模块与所述POS管理模块连接。所述USER单元包括：user fifo 0模块、user fifo 1模块以及user模块；user fifo 0模块分别与所述主控模块、MAC PCS模块以及user模块连接；所述user fifo 1模块分别与所述主控模块、所述PPP layer模块以及所述user模块连接。所述主控模块包括超时电路和探测适应记录电路。所述POS管理模块包括：存储有四种工作模式的配置文件；所述四种工作模式分别是：CRC32check和scrambler do、CRC16check和scrambler do、CRC32check和scramblerundo、以及CRC16check和scrambler undo。

一种自适应接入方法，所述自适应接入方法包括如下步骤：

(1).自动探测所述收发器输入给fpga芯片的signallost信号，若其值为1，则继续探测signallost信号，否则进入步骤2；(2).启动所述MAC PCS模块，如检测到规范允许误码率情况下的comma数量，则进入步骤6，否则进入步骤3；(3).将可编程晶振频率的频率从工作在10Gbps网络下的参考时钟切换为工作在OC192网络下的参考时钟；(4).检测OC192网络的帧定界字符，如果连续三个POS帧都可检测到正确的帧定界字符，则进入步骤5，否则结束；(5).启动所述POS管理模块，若所述OC192网络能匹配上所述POS管理模块的配置文件中的相应工作模式，进入步骤6，否则结束；(6).检测signallost信号，如果为0，则结束，否则进入步骤1。

所述步骤5中的四种工作模式分别是：CRC32check和scramblerdo、CRC16check和scrambler do、CRC32check和scrambler undo、以及CRC16check和scrambler undo。

光纤信号经转换电信号后进入图1中的fpga的demux模块，demux模块把16路并行数据转换成64bit并行数据，目的是降低数据伴随时钟的频率，达到fpga内部容易实现的局部时钟。在图1中，电路的工作开始依赖于光模块传递给fpga的signallost信号和电路的全局复位信号；开始状态IIC并不配置电路中的晶振，默认进入探测10Gbps网络类型。

图1的demux模块功能是把16路并行数据转换成64bit并行数据，目的是降低数据伴随时钟的频率，达到fpga内部容易实现的局部时钟。转换后进入MainCtrl模块，此模块为主控模块，为自动探测电路的核心模块，控制整个电路的按前面的步骤逐步进行；主控模块控制8bit并行数据的数据流向，进入MAC fifo或POS fifo分别进行两种网络类型的探测，其状态转换即为图2所示；ChangeClk信号的目的是通知IIC模块改变programmable晶振的频率为设置；CommaDet信号和OC192LinkUp信号的拉高分别表示10Gbps和OC192网络的帧头探测成功；MAC fifo的数据进入10Gbps PCS层进行找帧头的工作，而POS fifo的数据进入OC192接口电路进行找A1、A2的工作。

PosManger模块的功能是进行四种帧类型处理的探测功能，其状态转换如图3所示。初始状态的跳转依赖于OC192LinkUp的拉高，然后逐步进行A、B、C、D四种类型的探测，若超时则跳转；若成功则进行success状态；若失败则进入failed状态并把失败报告通知给网络维护人员。

10Gbps与OC192网络自适应接入方法，基于fpga实现，fpga的优点在于其灵活的在线可编程特性，在不掉电的情况下纳秒级切换网络接入类型。本电路还包含一个外围芯片programmable晶振和fpga内部的demux模块。programmable晶振的作用是提供给demux模块参考时钟使其在指定网络环境下工作；而demux模块的作用是实现PMA、PMD两层的功能，将光信号处理后形成8bit差分的并行电信号输出给fpga内部的千兆接口核和OC192接口核，以便接口核心后续处理。

自动化控制电路在fpga内实现，实现包括一个IIC总线和一个主控模块。IIC总线通信目标为programmable晶振，目的是实时的切换晶振输出给transceiver的参考时钟频率；主控模块的目的由一个超时电路和一个探测适应记录电路组成，包括以下步骤：

步骤1)、自动探测电路检测transceiver输入给fpga的signallost信号，若其值为1，则表明当前transceiver没有光信号输入，则停留在步骤1；若其值为0，表明当前已有光信号输入，则跳到步骤2；

步骤2)、默认情况下programmable晶振的频率为161.1328125Mhz，也就是transceiver工作在10GEthernet网络下的参考时钟，从步骤1到达步骤2之前programmable晶振已在此频率下；步骤2启动探测记录功能，若fpga内部的10GEthernet PCS模块可以检测到规范允许误码率情况下的2’b01或2’b01(10GEthernet经过64B/66B转换后的帧头)数量，则锁定探测电路在10GEthernet模式下，进入步骤9，同时把网络类型通知给网络维护人员；若超时电路在指定周期内无法锁定10GEthernet的帧头，则进入步骤3；

步骤3)、进入步骤3说明此时网络接入类型可能不是10GEthernet，而可能是OC192；此时启动IIC总线功能模块切换programmable晶振到155.52Mhz，也就是transceiver工作在OC192网络下的参考时钟，切换后进入步骤4；

步骤4)、步骤4的目的是检测OC192的帧定界字符，包括192个连续的A1和192个连续的A2，若连续三个POS帧都可检测到正确的帧定界字符，则进入步骤5；此时超时模块是在工作状态，若在指定周期内无法找到连续三帧的A1、A2，则跳到步骤10；

步骤5)、此时已经确定目标网络为OC192，启动fpga内部的OC192接入电路的探测PPP帧类型电路部分；发送端若为scrambler do模式，则自适应模块为scrambler undo模式则找不到PPP帧空闲，会一直在PPP帧类型状态机的I DLE状态，所以这里有一个局部的TimeOut处理，TimeOut的原则是每次插拔光纤或重新上电都进行一次，而不是在IDLE时进行TimeOut操作，这样会导致间歇性的丢弃报文动作，也就是每次找到一种正确的配置后(上面所说的四种模式)则进入步骤9；步骤5的工作模式是CRC32check和scrambler do；按700Bytes长的帧计算，平均每帧约100周期，即500ns一帧的时隙，1ms则约为2000帧，若把四种模式等分到10ms的话，则每种情况为2.5ms即5000帧；若2.5ms内没收到帧则跳转步骤6，这种情况可能是配置正确但收到的都为IDLE或scrambler没匹配；

若收到正确帧则进入步骤9，同时把网络类型通知给网络维护人员；

步骤6)、此步骤探测类型为CRC16check和scrambler do；过程和步骤5类似，若2.5ms内没收到帧则进入步骤7，若收到正确帧则进入步骤7，同时把网络类型通知给网络维护人员；

步骤7)、此步骤探测类型为CRC32check和scrambler undo；过程和步骤5类似，若2.5ms内没收到帧则进入步骤8，若收到正确帧则进入步骤7，同时把网络类型通知给网络维护人员；

步骤8)、此步骤探测类型为CRC16check和scrambler undo；过程和步骤5类似，若2.5ms内没收到帧则进入步骤10，若收到正确帧则进入步骤7，同时把网络类型通知给网络维护人员；

步骤9)、此步骤为探测成功的终点，若signallost为0，则一直保持在此步骤，若signallost为1，则进入步骤1；

步骤10)、此步骤为探测失败的终点，失败的原因如下：1.光纤的不匹配；2.光模块类型的不匹配；3.光信号质量达不到可正常工作的程度；4.网络类型不是本发明支持的类型。

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自适应10Gbps网络接入系统，其包括：自动化控制装置和与所述自动化控制装置连接的收发器，其特征在于，所述10Gbps网络接入系统包括：与所述自动化控制装置连接的可编程晶振；

所述自动化控制装置包括：IIC总线、主控模块、demux模块、MAC fifo模块、MAC PCS模块、USER单元、OC192接入电路、POS管理模块和超时模块；所述主控模块、所述IIC总线与所述可编程晶振依次连接；所述demux模块、所述主控模块、所述MAC fifo模块、所述MAC PCS模块与所述USER单元依次连接；所述主控模块分别与所述OC192接入电路和超时模块连接；所述OC192接入电路分别与所述POS管理模块、超时模块和所述USER单元连接；所述demux模块和所述主控模块都接收所述收发器传输的signallost信号；

所述自动化控制装置采用型号为lx130t的fpga芯片；所述可编程晶振采用型号为CY2XF24的芯片；

所述接入系统的接入方法包括如下步骤：

(1).自动探测所述收发器输入给fpga芯片的signallost信号，若其值为1，则继续探测signallost信号，否则进入步骤2；(2).启动MAC PCS模块，如检测到规范允许误码率情况下的comma数量，则进入步骤6，否则进入步骤3；(3).将可编程晶振的频率从工作在1GEthernet网络下的参考时钟切换为工作在OC192网络下的参考时钟；(4).检测OC192网络的帧定界字符，如果连续三个POS帧都可检测到正确的帧定界字符，则进入步骤5，否则结束；(5).启动POS管理模块，若所述OC192网络能匹配上所述POS管理模块的配置文件中的相应工作模式，进入步骤6，否则结束；(6).检测signallost信号，如果为0，则结束，否则进入步骤1。

2.根据权利要求1所述的接入系统，其特征在于，所述收发器包括XSBI和SFI‐4总线，所述收发器将光信号处理后形成16bit差分的并行电信号输入给所述自动化控制装置。

3.根据权利要求1所述的接入系统，其特征在于，所述OC192接入电路包括依次连接的POS fifo模块、POS layer模块和PPP layer模块；所述POS layer模块与所述POS管理模块连接。

4.根据权利要求3所述的接入系统，其特征在于，所述USER单元包括：user fifo 0模块、user fifo 1模块以及user模块；user fifo 0模块分别与所述主控模块、MAC PCS模块以及user模块连接；所述user fifo 1模块分别与所述主控模块、所述PPP layer模块以及所述user模块连接。

5.根据权利要求1所述的接入系统，其特征在于，所述主控模块包括超时电路和探测适应记录电路。

6.根据权利要求1所述的接入系统，其特征在于，所述POS管理模块包括：存储有四种工作模式的配置文件；所述四种工作模式分别是：CRC32 check和scrambler do、CRC16 check和scrambler do、CRC32check和scrambler undo、CRC16 check和scrambler undo。

7.根据权利要求1所述的接入系统，其特征在于，所述步骤5中的相应工作模式有四种，分别是：CRC32 check和scrambler do、CRC16 check和scrambler do、CRC32 check和scrambler undo、CRC16check和scrambler undo。