CN104468255A - 通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，包括以下功能模块：数据插入位分析模块：用于确定冗余数据的插入位置；冗余数据生成模块：用于生成待插入数据；数据插入模块：由数据插入位分析模块确定冗余数据的插入位置，冗余数据生成模块生成待插入数据后，通过数据插入模块完成冗余数据的注入；SDH转码模块：在二进制电信号在送到SDH之前，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码；SDH码恢复模块；冗余数据检索与提取模块；冗余数据分析模块：对对侧发送过来的管理数据，在接收端进行分析过滤。本发明能够实现用户业务数据设备脱离SDH网管对通道质量进行监控，并完成重要信息的交互。

Description

通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别涉及采用脉码调制(PCM)的E1(2M)通道的数据传输及通道质量监控技术的研究。

背景技术

在光纤通信系统中，光纤传输的是二进制光脉冲“0”和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM(Pulse-code modulation)，即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，PCM有两个标准(表现形式)即E1和T1。中国采用的是欧洲的E1标准，E1的速率是2.048Mbit/s。

E1有成帧，成复帧与不成帧三种方式，在成帧的E1中第0时隙用于传输帧同步数据，其余31个时隙可以用于传输有效数据；在成复帧的E1中，除了第0时隙外，第16时隙是用于传输信令的，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。

传统的通过E1通道传输数据的应用场景见附图1。

由图可见，传统的传输场景中，用户侧的业务数据是二进制码流，而SDH的E1通道识别的是HDB3码3电平信号，二者无法兼容，因此，必须通过专用的转换设备进行转换。

传统意义上，对SDH通道质量的监控一般是利用SDH设备自身的检测机制与网管系统，该方法存在一定的弊端：

1.用户侧业务设备本身一般与SDH设备没有管理信息接口，因此在实际使 用时，使用者必须熟悉SDH设备的网管系统，操作SDH设备才能对通道故障进行判断，不能通过业务设备直接了解到通道状况。

2.过分依赖SDH通信设备，当通信设备本身出现故障后，排查过程复杂，较难区分问题界限，确定故障点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对通信通道的传输质量及状态进行监视过程中，在不使用通信设备网管工具、且不影响用户收发数据的前提下，通过对信号的处理来完成通道两侧重要信息的交互。

为解决上述技术问题，本发明提供一种通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于，包括以下功能模块：

发送端包括

数据插入位分析模块：用于确定冗余数据的插入位置；

冗余数据生成模块：用于生成待插入数据；

数据插入模块：由数据插入位分析模块确定冗余数据的插入位置，冗余数据生成模块生成待插入数据后，通过数据插入模块完成冗余数据的注入；

SDH转码模块；在二进制电信号在送到SDH之前，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码；

接收端包括

SDH码恢复模块：用于把SDH传输的HDB3码恢复成二进制电信号；

冗余数据检索与提取模块：在接收端对数据进行校验，判断并筛选出插入的冗余数据，只发原始数据；

冗余数据分析模块：对对侧发送过来的管理数据，在接收端进行分析过滤， 转发给系统管理员。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：所述数据插入位分析模块工作过程如下：

对于E1成帧的数据，设置一个先入先出的FIFO缓存，让所有的业务数据码流从缓存中通过，在缓存的特定位置设置检测窗，检测出现的帧同步码，每次检测到后计数器加1，当计数器到达4000时，确定当前检测窗所在帧的末尾为插入点；

对于E1不成帧的数据，采用固定时间插入的方法，通过外置的计数器计数定时来确定插入位置，具体实现方法为：同样采用先入先出的FIFO缓存，外接一个高精度的分频钟脉冲发生器，发出脉冲的频率设为1秒钟，每一秒的上升沿设为插入点。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：所述冗余数据生成模块的工作过程如下：

定义冗余数据包含如下几个部分：标志字(即同步信息)、计数值(为插入冗余数据的次数计数)、业务信息(具体需要传递的信息)、校验信息。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：

所述标志字和计数值一起作为每一帧冗余数据的唯一标识，称为帧头，同时在冗余数据的帧头末尾，做CRC校验，进一步确保帧头信息的正确性；

业务信息是通过冗余数据传递到对侧的附加信息，设定添加，包括本端业务设备的运行工况、通道监测历史、业务码流实时与累积发送状态；

校验位通过CRC校验的方法取得，将从帧头开始的所有比特参与计算，最终得出8位的校验码。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：所述数据插入模块的工作过程为：

数据插入模块由另外一段缓存组成，按照数据插入位分析模块确定的位置，将冗余数据插入到原始数据码流中。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：SDH码流转换模块的工作过程为：通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统中的二进制电信号在送到SDH之前，采用硬件芯片进行信号转换，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：SDH码流恢复模块采用硬件芯片将SDH传输的HDB3码恢复成二进制电信号。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：冗余数据检索与提取模块的工作过程为：

在接收端设置接收缓存区与检测窗口对数据进行校验，校验分三步，首先搜索帧头标志字，通过搜索帧头标志字确定帧头的16个比特字符；然后对16个字符进行校验；最后对帧头内的计数位进行比较，确定计数值是否为上一次接收到的计数值+1；校验帧头无误后，再接收全部比特位，对全部比特位进行CRC校验计算，判断CRC校验计算的结果是否与帧尾处CRC校验码一致，满足上述所有条件，则判定为插入数据；

冗余数据检索与提取模块判定是插入的冗余数据后，给数据位打上标记，在输出端限制标记数据的发送，只发原始数据，保持原始数据的正确性。

前述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：数据分析模块的工作过程为：对对侧发送过来的管理数据，接收端将管理信息解析出 来，然后转发给系统管理员，管理数据包括：

对侧用户装置运行状态，包含装置当前运行情况、当前误码率、通道故障次数；

对时信息，当通道两侧存在时钟差异时，通过打时间戳互传的方式确定两侧的时间差；

当通道可能存在均匀性的噪声时，通过对标志字的持续监测实现对噪声大小的量化测试。

本发明所达到的有益效果：

本发明的可以适应各种E1成帧方式的线路数据监控及交互系统，可取代图1中的专用转换装置，通过在E1码流中插入特殊的自定义字节，完成对通道线路状态的监控及两侧用户之间管理数据的交互。通过对G.703标准的研究，针对E1通道的特殊性，通过采用不同的码流插入方法，灵活适应成帧及非成帧的E1格式数据，本申请一整套包括码流插入、码流提取、数据分析、质量估算等功能的通道质量监控装置，能够实现用户业务数据设备脱离SDH网管对通道质量进行监控，并完成重要信息的交互。

附图说明

图1是传统的通过E1通道数据传输示意图；

图2是冗余字节传递控制字及管理信息示意图；

图3是冗余数据交互系统中模块组成及其互联示意图；

图4是数据插入位分析模块示意图；

图5是冗余数据生成模块中帧头组成示意图；

图6是数据插入模块示意图；

图7是冗余数据检索与提取模块示意图；

图8是数据输出示意图；

图9是冗余数据交互系统具体实施示意图。

具体实施方式

本方法不依赖于SDH设备的网管系统，充分利用了G.703标准中对E1数据码流物理特性的定义，方法首先对E1码流成帧情况进行自动识别，对成帧与不成帧数据分别处理，通过插入冗余字节完成对通道状态的监控，同时向业务装置传递额外的管理信息。具体原理如下：

根据G.703(数字系列接口物理电气特性)的标准，标准E1通道的频率为2048000Hz±50PPM(百万分之五十)，即SDH实际的传输速率每秒可以达到2048100个Bit左右。利用这多余的100个Bit位，在发送侧，我们在原始数据中增加冗余字节，利用冗余字节传递一些控制字及管理信息。在接收侧，再将冗余字节提出并对其中的信息进行分析，同时恢复原始数据。分析结果通过管理信息通道传递给用户业务设备或者管理人员，如附图2所示。

本发明的主要功能模块组成如下：发送端包括数据插入位分析模块、冗余数据生成模块、数据插入模块、SDH转码模块；接收端包括SDH码恢复模块、冗余数据检索与提取模块、冗余数据分析模块等。各功能模块的具体互联方式如附图3所示。

下面对各部分模块的功能进行详细描述：

1.数据插入位分析模块

由上所述，对于E1信号来说，每秒钟可以插入100个Bit作为冗余字节，关键在于如何在业务数据码流中确定插入位置，做到均匀稳定的插入。

根据E1信号成帧与否采取不同的解决方法，E1的成帧方式为：每秒8000帧，每帧256比特，分为32个时隙，每帧的0时隙为帧头，偶数帧的帧头含有固定的帧同步码。也就是说，每两帧就会出现一次固定的帧同步码，每秒钟码流中一共会出现4000个帧同步码，采用的插入方法是每检测到4000个帧同步码则进行一次插入，等同于每秒钟进行一次插入。具体实现方式如下，设置一个先入先出的FIFO缓存，让所有的业务数据码流从缓存中通过，在缓存的特定位置设置检测窗，检测出现的帧同步码，每次检测到后计数器加1，当计数器到达4000时，确定当前检测窗所在帧的末尾为插入点。

对于不成帧的数据，由于无法通过帧同步码的方式进行匹配，采用固定时间插入的方法，通过外置的计数器计数定时来确定插入位置。具体实现方法如下，同样采用先入先出的FIFO缓存，外接一个高精度的分频钟脉冲发生器，发出脉冲的频率设为1秒钟，每一秒的上升沿设为插入点，这种按照时间插入的方法，同样也保证了插入数据的稳定性。见附图4。

2.冗余数据生成模块

对于生成的冗余数据，必须满足几个特性：唯一性，有序性、独立性及准确性，针对以上需求，定义冗余数据包含如下几个部分：标志字(即同步信息)、计数值(为插入冗余数据的次数计数)、业务信息(具体需要传递的信息)、校验信息等。下面对各部分逐一说明：

在系统中，将标志字和计数值合并在一起作为每一帧冗余数据的唯一标识，称为帧头。这样做的目的在于最终生成的冗余数据中，每帧的标识都会由于计数值的改变而发生变化，避免了固定标识造成的数据重复、数据漏检等问题出现。同时，在冗余数据的帧头末尾，会做简单校验，进一步确保帧头信息的正 确性。帧头组成如附图5(以16位帧头为例)。

业务信息主要是需要通过冗余数据传递到对侧的附加信息，根据需求自行添加，可以添加本端业务设备的运行工况、通道监测历史、业务码流实时与累积发送状态等有用信息。

校验位也是必不可少的一部分，采用比较复杂的CRC校验的方法，将从帧头开始的所有比特参与计算，最终得出8位的校验码。

按照以上规则生成的冗余数据就不会与现有数据重复，且兼具有序性。便于在接收端对接收到的数据进行统计。

3.数据插入模块 

由数据插入位分析模块确定插入位置，冗余数据生成模块生成待插入数据后，通过数据插入模块完成冗余数据的注入，数据插入模块由另外一段缓存组成，系统按照指定位置，将冗余数据插入到原始数据码流中。由于数据比特实际增加了，因此必须调整发送数据的频率，假设输入频率为2048000Hz，额外插入了96位的冗余数据，则输出频率应该调整为2048096Hz，以保证缓存输入输出的正常工作，不会溢出。见附图6。

4.SDH码流转换模块 

由于SDH传输的是HDB3码3电平信号，因此系统中的二进制电信号在送到SDH之前，首先必须把信号进行转换，采用了专用芯片的方式进行转换，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码。

接收端功能模块包括：

SDH码流恢复模块:

码流恢复模块与发送侧码流转换模块相对，其功能主要是把SDH传输的HDB3 码恢复成二进制电信号，同样采用了专用芯片进行码流的转换。

冗余数据检索与提取模块:

为了实现对插入冗余数据的有效提取，在接收端设置了接收缓存区与检测窗口对数据进行校验，校验分三步，首先搜索帧头标志字，通过搜索帧头标志字确定帧头的16个比特字符；然后对16个字符进行简单校验；最后还必须对帧头内的计数位进行比较，确定计数值是否为上一次接收到的计数值+1；校验帧头无误后，再接收全部比特位，对全部比特位进行CRC校验计算，判断结果是否与帧尾处CRC校验和一致，通过上述所有条件的，可以判定为插入数据，具体如附图7所示。

判定是插入的冗余数据后，给数据位打上标记，通过在输出端限制标记数据的发送，只发原始数据，保持原始数据的正确性。见附图8。

数据分析模块:

对对侧发送过来的管理数据，接收端必须进行必要的分析过滤，然后根据需求，转发给系统管理员，常见的管理数据包括：

1.对侧用户装置运行状态，可以包含装置当前运行情况、当前误码率、通道故障次数等。

2.对时信息，当通道两侧存在时钟差异时，可以通过打时间戳互传的方式确定两侧的时间差。

3.当通道可能存在均匀性的噪声时，通过对标志字的持续监测可以实现对噪声大小的量化测试。

下面举例说明发明的几个具体应用场景，

附图9是一个比较简单的应用实例，业务设备A、B通过SDH网络连接，本 发明的内容在新型通道转换设备A、B中实现。

第一种情况，假设此时SDH网络中A到B方向上3处出现了故障，业务设备B将会接收告警。此时通过新型通信转换设备A可知，接收业务信号无问题，排除1号线路问题，从新型通道转换设备B可知，接收A侧设备的冗余字节帧正常，因此判定2号线路正常，通过排除法得知3号线路存在问题。

第二种情况，假设SDH网管出现了问题，而此时A到B的网络即2号线路出现了故障，此时无法依赖SDH网络进行判断，通过转换设备中对冗余字节帧的持续观察，可以通过一定时间内，冗余帧的丢失率判断通道的运行情况。

根据自定义冗余帧的不同还可以定义许多其他的功能。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于，包括以下功能模块：

发送端包括数据插入位分析模块：用于确定冗余数据的插入位置；

冗余数据生成模块：用于生成待插入数据；

数据插入模块：由数据插入位分析模块确定冗余数据的插入位置，冗余数据生成模块生成待插入数据后，通过数据插入模块完成冗余数据的注入；

SDH转码模块；在二进制电信号在送到SDH之前，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码；

接收端包括SDH码恢复模块：用于把SDH传输的HDB3码恢复成二进制电信号；

冗余数据检索与提取模块：在接收端对数据进行校验，判断并筛选出插入的冗余数据，只发原始数据；

冗余数据分析模块：对对侧发送过来的管理数据，在接收端进行分析过滤，转发给系统管理员。

2.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：所述数据插入位分析模块工作过程如下：

对于E1成帧的数据，设置一个先入先出的FIFO缓存，让所有的业务数据码流从缓存中通过，在缓存的特定位置设置检测窗，检测出现的帧同步码，每次检测到后计数器加1，当计数器到达4000时，确定当前检测窗所在帧的末尾为插入点；

对于E1不成帧的数据，采用固定时间插入的方法，通过外置的计数器计数定时来确定插入位置，具体实现方法为：同样采用先入先出的FIFO缓存，外接一个高精度的分频钟脉冲发生器，发出脉冲的频率设为1秒钟，每一秒的上升沿设为插入点。

3.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：所述冗余数据生成模块的工作过程如下：

定义冗余数据包含如下几个部分：标志字（即同步信息）、计数值（为插入冗余数据的次数计数）、业务信息（具体需要传递的信息）、校验信息。

4.根据权利要求3所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：

所述标志字和计数值一起作为每一帧冗余数据的唯一标识，称为帧头，同时在冗余数据的帧头末尾，做CRC校验，进一步确保帧头信息的正确性；

业务信息是通过冗余数据传递到对侧的附加信息，设定添加，包括本端业务设备的运行工况、通道监测历史、业务码流实时与累积发送状态；

校验位通过CRC校验的方法取得，将从帧头开始的所有比特参与计算，最终得出8位的校验码。

5.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于： 所述数据插入模块的工作过程为：

数据插入模块由另外一段缓存组成，按照数据插入位分析模块确定的位置，将冗余数据插入到原始数据码流中。

6.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于： SDH码流转换模块的工作过程为：通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统中的二进制电信号在送到SDH之前，采用硬件芯片进行信号转换，将插入了冗余数据的码流转换成HDB3码。

7.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：SDH码流恢复模块采用硬件芯片将SDH传输的HDB3码恢复成二进制电信号。

8.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：冗余数据检索与提取模块的工作过程为：

在接收端设置接收缓存区与检测窗口对数据进行校验，校验分三步，首先搜索帧头标志字，通过搜索帧头标志字确定帧头的16个比特字符；然后对16个字符进行校验；最后对帧头内的计数位进行比较，确定计数值是否为上一次接收到的计数值+1；校验帧头无误后，再接收全部比特位，对全部比特位进行CRC校验计算，判断CRC校验计算的结果是否与帧尾处CRC校验码一致，满足上述所有条件，则判定为插入数据；

冗余数据检索与提取模块判定是插入的冗余数据后，给数据位打上标记，在输出端限制标记数据的发送，只发原始数据，保持原始数据的正确性。

9.根据权利要求1所述的通道检测及管理信息传递的冗余数据交互系统，其特征在于：数据分析模块的工作过程为：对对侧发送过来的管理数据，接收端将管理信息解析出来，然后转发给系统管理员，管理数据包括：

对侧用户装置运行状态，包含装置当前运行情况、当前误码率、通道故障次数；

对时信息，当通道两侧存在时钟差异时，通过打时间戳互传的方式确定两侧的时间差；

当通道可能存在均匀性的噪声时，通过对标志字的持续监测实现对噪声大小的量化测试。