CN104539409B - 一种多路以太网到多路e1信道的适配方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路以太网到多路E1信道的适配方法和系统。方法包括流量控制步骤和E1捆绑步骤；系统包括多个IP接口、多个E1信道、流量控制模块和E1捆绑模块。本发明将以太网数据适配到E1信道传输，实现E1信道透明传输IP数据报，通过E1通道的捆绑实现带宽的动态配置，通过IP流量控制实现高速到低速的流量控制以及可配置的重要数据的带宽保证。本发明可广泛应用于各种以太网到E1信道的适配系统。

Description

一种多路以太网到多路E1信道的适配方法和系统
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种多路通信协议转换方法，本发明还涉及一种多路通信协议转换系统。
背景技术
随着互联网的迅速发展，应用日益广泛，各种数字综合业务层出不穷，而IP也成为综合业务通信的主要协议。如何利用现有的网络资源组建IP网络（以太网）一直是近年来研究的热点。E1和IP的适配和融合就是其中重要的一方面。
欧洲的30路脉码调制PCM简称E1，速率是2.048Mbit/s 。E1的一个时分复用帧（其长度T=125us）共划分为32相等的时隙，时隙的编号为CH0~CH31。其中时隙CH0用作帧同步，时隙CH16用来传送信令，剩下CH1~CH15和CH17~CH31 共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bit，因此共用256bit。每秒传送8000个帧，即帧周期为125us。如图1所示。
以太网是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。以太网的帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧（成帧）。虽然帧头和帧尾所用的字节数是固定不变的，但依被封装的数据包大小的不同，以太网帧的长度也在变化，其范围是64～1518字节（不算8字节的前导字）。如下表所示。
由于IEEE802.3规定的前序字节部分是固定值，所以以太网在和E1信道适配过程中不需要经过E1信道传输。
但是目前E1信道适配以太网存在以下问题：
（1）E1信道适配以太网都是基于单路以太网，不支持多路以太网的动态配置；
（2）没有流量控制或者控制方式简单，不能对重要数据预留带宽，保证重要数据的可靠传输；
（3）需要采用专业转换芯片，不能灵活的配置，不适合实现大规模多通道的E1承载IP设计。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种支持多路适配、具有流量控制、可灵活配置的以太网到E1信道的适配方法。
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种支持多路适配、具有流量控制、可灵活配置的以太网到E1信道的适配系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其包括步骤：S1，流量控制步骤，根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；S2，E1捆绑步骤，根据E1捆绑配置表的内容控制每路E1信道的数据流量；所述流量控制配置表的内容包括IP地址、端口和保证带宽的对应关系；所述E1捆绑配置表的内容包括IP接口和E1信道的对应关系。
优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，提取数据包信息；S12，将提取的数据包信息与流量控制配置表逐一进行比较，如果存在相同项则进入步骤S13，如果不存在相同项则进入步骤S18；S13，判断对应保证带宽是否用完，如果是则进入步骤S14，如果否则进入步骤S17；S14，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16；S15，将数据包丢弃；S16，将数据包存入低优先级缓冲区；S17，将数据包存入高优先级缓冲区；S18，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16。
优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，将从IP接口接收的数据包，先存入IP接收缓冲区；S22，从IP接收缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表的内容将数据包分发到对应的E1信道；S23，将数据包存入E1发送缓冲区，供后续处理；S24，将从E1信道上接收的数据包，先存入E1接收缓冲区；S25，从E1接收缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表内容将数据包汇聚到对应的IP接口；S26，将数据包存入IP发送缓冲区，供后续处理。
优选的，所述步骤S3还包括子步骤：S27，监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致；S28，当E1捆绑配置表中IP接口和E1信道对应关系冲突时，IP接口号数值最低的对应关系有效。
一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其用于实施一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其包括：多个IP接口；多个E1信道；流量控制模块，用于根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；E1捆绑模块，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；所述多个IP接口依次通过流量控制单元和E1捆绑单元连接到多个E1信道。
优选的，所述流量控制模块包括：输入缓冲区，用于接收来自IP接口的数据包；数据处理控制子模块，用于根据流量控制配置表控制数据包传输到高优先级区、低优先级缓冲区或丢弃；高优先级缓冲区；低优先级缓冲区；输出缓冲区，用于优先输出来自高优先级缓冲区的数据包，再输出来自低优先级缓冲区的数据包。
优选的，所述E1捆绑模块包括：IP收发缓冲区，用于连接IP接口；交换矩阵，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；E1收发缓冲区，用于连接E1信道。
优选的，所述E1捆绑模块还包括流量监控子模块，用于监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致。
优选的，所述流量控制模块和E1捆绑模块均采用FPGA芯片实现。
优选的，其还包括用于对流量控制配置表和E1捆绑配置表进行配置的CPU，所述FPGA芯片具有CPU接口，所述CPU接口与CPU连接。
本发明的有益效果是：
本发明一种多路以太网到多路E1信道的适配方法将以太网数据适配到E1信道传输，实现E1信道透明传输IP数据报，通过E1通道的捆绑实现带宽的动态配置，通过IP流量控制实现高速到低速的流量控制以及可配置的重要数据的带宽保证，解决了以下多个问题：
1、解决了多网络环境下，多路以太网到多路 E1信道不能动态配置的问题；
2、解决了在有限的带宽环境下，不能提供重要数据可靠传输服务的问题；
3、解决了在不同应用场景下，设计改动大，配置不灵活的问题。
另外，本发明基于FPGA实现，设计周期短，选型范围广，费用低。
本发明可广泛应用于各种以太网到E1信道的适配系统。
本发明的另一个有益效果是：
本发明一种多路以太网到多路E1信道的适配系统将以太网数据适配到E1信道传输，实现E1信道透明传输IP数据报，通过E1通道的捆绑实现带宽的动态配置，通过IP流量控制实现高速到低速的流量控制以及可配置的重要数据的带宽保证，解决了以下多个问题：
1、解决了多网络环境下，多路以太网到多路 E1信道不能动态配置的问题；
2、解决了在有限的带宽环境下，不能提供重要数据可靠传输服务的问题；
3、解决了在不同应用场景下，设计改动大，配置不灵活的问题。
另外，本发明基于FPGA实现，设计周期短，选型范围广，费用低。
本发明可广泛应用于各种以太网到E1信道的适配系统。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是E1信道帧结构示意图；
图2是本发明系统一种实施例的系统结构图；
图3是本发明系统一种实施例的硬件结构连接示意图；
图4是本发明流量控制模块一种实施例的结构原理示意图；
图5是本发明E1捆绑模块一种实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图2所示，一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其包括：多个IP接口；多个E1信道；流量控制模块，用于根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；E1捆绑模块，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；所述多个IP接口依次通过流量控制单元和E1捆绑单元连接到多个E1信道。
该实施例中，多个IP接口依次经过IP收发缓冲、过滤、流量控制模块、E1捆绑模块、协议转换模块和E1收发缓冲连接到多个E1信道。
对于从IP端口上接收的数据包，先存入IP收发缓冲，数据包经过数据包过滤后提交给流量控制模块，流量控制模块根据流量控制配置表内容对数据包进行流量控制，然后提交给E1捆绑模块，E1捆绑模块根据E1捆绑配置表内容将数据包分发到相应协议转换模块，协议转换模块将数据包的IP数据报文转换为E1帧格式，并提交给E1收发缓冲，E1收发缓冲按照E1的时序要求将数据发送出去。
对于从E1接口上接收的数据，先存入E1收发缓冲，然后提交给协议转换模块，协议转换模块将数据的E1帧组装成IP数据报文，并提交给E1捆绑模块，E1捆绑模块根据E1捆绑配置表内容将相应E1信道的数据包合并到以太网接口上，然后将数据包提交给IP收发缓冲，IP收发缓冲将数据包发送出去。
如图2所示，所述流量控制模块和E1捆绑模块均采用FPGA芯片实现。
该实施例中，FPGA芯片还包括CPU接口、流量控制配置表、E1捆绑配置表、控制寄存器、时钟及复位模块、IP收发缓冲、过滤、协议转换模块、E1收发缓冲。CPU接口外接有CPU，IP收发缓冲外接有具有多个IP接口的以太网接口芯片，E1收发缓冲外接有具有多个E1信道的E1接口芯片。下面逐一说明各部分的功能和原理。
1.CPU接口
CPU接口是根据CPU的BUS总线读写时序，实现CPU通过BUS总线操作FPGA内部存储单元的接口。分配固定的地址，映射出可读写操作的FPGA内部存储单元。CPU接口可以根据不同的CPU的接口要求进行修改。
2.流量配置表、E1捆绑配置表及控制寄存器
流量配置表、E1捆绑配置表及控制寄存器均由外部CPU对其进行配置，控制寄存器用于实现对各功能模块的控制及状态监控，流量配置表、E1捆绑配置表用于实现流量控制和E1捆绑。
流量控制配置表可配置如下：
注：保证流量以K字节/秒为单位
E1捆绑配置表可配置如下：
3.时钟及复位模块
时钟及复位模块主要是产生逻辑需要的时钟及生成正确的复位信号。时钟逻辑部分可消除外部输入时钟的占空比失真及减少时钟抖动。
4.IP收发缓冲
IP收发缓冲用于实现从IP接口接收数据包和将从E1接收到的数据包发送到以太网接口。由于在大多数情况，以太网接口的数据带宽远大于E1信道的数据带宽，IP收发缓冲的另一重要作用是数据缓冲。
5.过滤
数据包过滤模块用于实现以太网数据包的过滤，因为在大多数情况，IP接口的数据带宽远大于E1信道的数据带宽；在以太网网络中，通常存在大量的与实际应用无关的数据包。故使用数据包过滤，过滤掉与实现应用无关的数据包，以此来提高E1信道的有效通信带宽。
6. 流量控制模块
优选的，所述流量控制模块包括：输入缓冲区，用于接收来自IP接口的数据包；数据处理控制子模块，用于根据流量控制配置表控制数据包传输到高优先级区、低优先级缓冲区或丢弃；高优先级缓冲区；低优先级缓冲区；输出缓冲区，用于优先输出来自高优先级缓冲区的数据包，再输出来自低优先级缓冲区的数据包。输出缓冲区还通过流量控制连接到数据处理控制子模块，数据处理控制子模块可根据输出缓冲区反馈的信息控制流量。
流量控制模块的原理如图4所示，由于每路E1信道的数据带宽固定，流量控制模块可根据每路E1信道的固定带宽、IP流量控制配置表及E1捆绑配置表内容计算出保证带宽、剩余带宽等信息。流量控制模块将输入的数据包缓存，然后从缓存中读出并解析数据包，提取源IP、源端口等信息(帧头信息提取)。
流量控制模块将提取的数据包信息与流量控制配置表表项逐一进行比较，如果存在相同项则判断保证带宽是否用完，如果保证带宽用完则判断剩余带宽是否用完，如果剩余带宽用完则将数据包丢弃，如果还有剩余带宽则将数据包存入低优先级缓冲区；如果保证流量未用完则将数据包存入高优先级缓冲区；如果不存在相同项则判断剩余带宽是否用完，如果剩余带宽用完则将数据包丢弃，如果还有剩余带宽则将数据包存入低优先级缓冲区。输出缓冲优先传输高优先级缓冲区的数据包，当高优先级缓冲区没有可发送数据时才发送低优先级缓冲区的数据包。流量统计时间间隔可设定为1S，所有流量统计内容在每秒开始时清零。
7. E1捆绑模块
优选的，所述E1捆绑模块包括：IP收发缓冲区，用于连接IP接口；交换矩阵，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；E1收发缓冲区，用于连接E1信道。
优选的，所述E1捆绑模块还包括流量监控子模块，用于监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致。
E1捆绑模块原理如图5所示，E1捆绑模块根据E1捆绑配置表内容计算出每路IP接口捆绑的E1信道数量、数据总流量等信息。
E1捆绑模块将IP接口输入的数据包缓存，然后从接收缓存中读出数据包，根据E1捆绑配置表内容分发到E1信道，数据包的分发以IP包为单位。每路E1发送接口配置有流量计数器，交换模块始终转发给流量值最低的E1信道。当所有流量计数器值都超过设定的阈值后，所有的流量计数器值均减去阈值，以防止流量计数器溢出。通过监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，以使每路E1信道的数据流量一致，达到流量均衡的目的。最终数据包将存入E1发送缓冲区，供后续处理。
对于从E1信道上接收的数据包，先存入E1接收缓冲，然后根据E1捆绑配置表内容从接收缓存中读出数据包，通过交换矩阵汇聚到IP接口，数据包的汇聚同样以IP包为单位。最终数据包将存入以太网发送缓冲区，供后续处理。
当E1捆绑配置表中以太网捆绑接口号冲突时，IP接口号数值最低的捆绑接口有效。
协议转换模块包括IPoE1模块和E1oIP模块。
（1）IPoE1模块
IPoE1模块用于实现将IP数据包以字节为单位分发到E1时隙上，并添加必要的包头、包尾界定符。
（2）E1oIP模块
E1oIP模块用于实现以字节为单位从E1时隙上接收数据，然后根据包头、包尾界定符提取出完整的IP数据包。
E1收发缓冲模块用于实现按照E1时隙时序要求从E1信道接收数据以及将IP数据按照E1时隙节拍发送到E1信道上。
本发明一种多路以太网到多路E1信道的适配系统将以太网数据适配到E1信道传输，实现E1信道透明传输IP数据报，通过E1通道的捆绑实现带宽的动态配置，通过IP流量控制实现高速到低速的流量控制以及可配置的重要数据的带宽保证，解决了以下多个问题：
1、解决了多网络环境下，多路以太网到多路 E1信道不能动态配置的问题；
2、解决了在有限的带宽环境下，不能提供重要数据可靠传输服务的问题；
3、解决了在不同应用场景下，设计改动大，配置不灵活的问题。
另外，本发明基于FPGA实现，设计周期短，选型范围广，费用低。
本发明可广泛应用于各种以太网到E1信道的适配系统。
一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其包括步骤：S1，流量控制步骤，根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；S2，E1捆绑步骤，根据E1捆绑配置表的内容控制每路E1信道的数据流量；所述流量控制配置表的内容包括IP地址、端口和保证带宽的对应关系；所述E1捆绑配置表的内容包括IP接口和E1信道的对应关系。
优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，提取数据包信息；S12，将提取的数据包信息与流量控制配置表逐一进行比较，如果存在相同项则进入步骤S13，如果不存在相同项则进入步骤S18；S13，判断对应保证带宽是否用完，如果是则进入步骤S14，如果否则进入步骤S17；S14，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16；S15，将数据包丢弃；S16，将数据包存入低优先级缓冲区；S17，将数据包存入高优先级缓冲区；S18，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16。
优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，将从IP接口接收的数据包，先存入IP接收缓冲区；S22，从IP接收缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表的内容将数据包分发到对应的E1信道；S23，将数据包存入E1发送缓冲区，供后续处理；S24，将从E1信道上接收的数据包，先存入E1接收缓冲区；S25，从E1接收缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表内容将数据包汇聚到对应的IP接口；S26，将数据包存入IP发送缓冲区，供后续处理。
优选的，所述步骤S3还包括子步骤：S27，监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致；S28，当E1捆绑配置表中IP接口和E1信道对应关系冲突时，IP接口号数值最低的对应关系有效。
本发明一种多路以太网到多路E1信道的适配方法的工作原理对应于一种多路以太网到多路E1信道的适配系统，在此不做累述。
一种多路以太网到多路E1信道的适配系统将以太网数据适配到E1信道传输，实现E1信道透明传输IP数据报，通过E1通道的捆绑实现带宽的动态配置，通过IP流量控制实现高速到低速的流量控制以及可配置的重要数据的带宽保证，解决了以下多个问题：
1、解决了多网络环境下，多路以太网到多路 E1信道不能动态配置的问题；
2、解决了在有限的带宽环境下，不能提供重要数据可靠传输服务的问题；
3、解决了在不同应用场景下，设计改动大，配置不灵活的问题。
另外，本发明基于FPGA实现，设计周期短，选型范围广，费用低。
本发明可广泛应用于各种以太网到E1信道的适配系统。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其特征在于,其包括步骤：
S1，流量控制步骤，根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；
S2，E1捆绑步骤，根据E1捆绑配置表的内容控制每路E1信道的数据流量；
所述流量控制配置表的内容包括IP地址、端口和保证带宽的对应关系；
所述E1捆绑配置表的内容包括IP接口和E1信道的对应关系；
所述步骤S1具体包括子步骤：
S11，提取数据包信息；
S12，将提取的数据包信息与流量控制配置表逐一进行比较，如果存在相同项则进入步骤S13，如果不存在相同项则进入步骤S18；
S13，判断对应保证带宽是否用完，如果是则进入步骤S14，如果否则进入步骤S17；
S14，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16；
S15，将数据包丢弃；
S16，将数据包存入低优先级缓冲区；
S17，将数据包存入高优先级缓冲区；
S18，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16。
2.根据权利要求1所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括子步骤：
S21，将从IP接口接收的数据包，先存入IP收发缓冲区；
S22，从IP收发缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表的内容将数据包分发到对应的E1信道；
S23，将数据包存入E1收发缓冲区，供后续处理；
S24，将从E1信道上接收的数据包，先存入E1收发缓冲区；
S25，从E1收发缓冲区中读出数据包，根据E1捆绑配置表内容将数据包汇聚到对应的IP接口；
S26，将数据包存入IP收发缓冲区，供后续处理。
3.根据权利要求2所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其特征在于，所述步骤S2还包括子步骤：
S27，监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致；
S28，当E1捆绑配置表中IP接口和E1信道对应关系冲突时，IP接口号数值最低的对应关系有效。
4.一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其特征在于，其用于实施如权利要求1至3任一项所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配方法，其包括：
多个IP接口；
多个E1信道；
流量控制模块，用于根据每路E1信道的固定带宽、流量控制配置表及E1捆绑配置表的内容控制每路IP接口的数据流量；
E1捆绑模块，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；
所述多个IP接口依次通过流量控制模块和E1捆绑模块连接到多个E1信道；
所述流量控制模块包括：
输入缓冲区，用于接收来自IP接口的数据包；
数据处理控制子模块，用于根据流量控制配置表控制数据包传输到高优先级缓冲区、低优先级缓冲区或丢弃；
高优先级缓冲区；
低优先级缓冲区；
输出缓冲区，用于优先输出来自高优先级缓冲区的数据包，再输出来自低优先级缓冲区的数据包；
所述流量控制模块用于实施以下步骤：
S11，提取数据包信息；
S12，将提取的数据包信息与流量控制配置表逐一进行比较，如果存在相同项则进入步骤S13，如果不存在相同项则进入步骤S18；
S13，判断对应保证带宽是否用完，如果是则进入步骤S14，如果否则进入步骤S17；
S14，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16；
S15，将数据包丢弃；
S16，将数据包存入低优先级缓冲区；
S17，将数据包存入高优先级缓冲区；
S18，判断剩余带宽是否用完，如果是则进入步骤S15，如果否则进入步骤S16。
5.根据权利要求4所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其特征在于，所述E1捆绑模块包括：
IP收发缓冲区，用于连接IP接口；
交换矩阵，用于根据E1捆绑配置表的内容控制E1信道和IP接口之间的数据交换；
E1收发缓冲区，用于连接E1信道。
6.根据权利要求5所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其特征在于，所述E1捆绑模块还包括流量监控子模块，用于监控每路E1信道的数据流量，对数据包的分发进行控制，使每路E1信道的数据流量一致。
7.根据权利要求4至6任一项所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其特征在于，所述流量控制模块和E1捆绑模块均采用FPGA芯片实现。
8.根据权利要求7所述的一种多路以太网到多路E1信道的适配系统,其特征在于，其还包括用于对流量控制配置表和E1捆绑配置表进行配置的CPU，所述FPGA芯片具有CPU接口，所述CPU接口与CPU连接。
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