CN110072163A - 载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及本发明一种载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质，设计了一种非协作条件下的，自动、灵活、高效的112G OTN信号载荷自适应处理方法，并在FPGA中实现实时线速处理；对其中包括的载荷类型识别、载荷恢复以及自适应输出的方法进行了研究与实现；本发明通过FPGA嵌入式软件自动识别分析未知复用映射结构的112G OTN信号，自动根据识别分析的结果配置输出，减少人为干预和系统运维工作量，实现对不同厂商、不同制式112G OTN信号的智能对接。

Description

载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质。

背景技术

随着高速光纤网络的不断发展， OTN 信号速率的不断提高，载荷类型不断增加，网络安全态势更加复杂。针对网络安全和态势感知的需求，非协作条件下的载荷获取作为重要的技术问题，成为“大数据”和“人工智能”时代的重要技术基础。面对时代发展的潮流，高速光信号传输的迅猛发展，非协作条件下载荷信息处理的迫切需求，以光转换单元 OTU4信号为研究对象，针对其中承载的多种信号的解析，在非协作条件下完成载荷的识别和自适应处理，配合硬件设计，最终实现载荷自适应处理的系统。

通用的OTN传输设备收发双方工作在协作机制下，即收发成对的双方采用相同的映射结构和载荷配置。OTN传输信号承载的业务类型由网管通过参数配置进行指定，需要人工干预，并不能够自动处理。而在非协作条件下，信号承载的业务类型是未知的，因此无法通过人工配置将不同类型的载荷进行准确输出。因此，在非协作条件下，需要对信号的复用映射结构进行识别分析，并自动依据分析结果，自适应地进行分类、分路载荷提取，同时自动配置输出端口，输出正确的载荷数据，实现对未知映射结构OTN信号的智能解码处理。

发明内容

针对以上问题，本发明旨在提供一种基于FPGA的，能实现对不同载荷类型和复用映射结构112G OTN信号的智能识别分析和输出端口自动配置的载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种载荷自适应处理方法，包括如下步骤：

S1、接入OTU4信号并实现帧同步；

S2、对OTU4信号的载荷类型进行自适应识别、处理与验证；

S3、对载荷类型识别分析结果进行验证；

S4、根据验证结果自适应支路分路处理并进行码速调整；

S5、载荷自适应输出。

进一步的，述步骤S2具体包括如下子步骤：

S21、OTU4信号载荷类型的自适应识别；

S22、帧开销处理，去除开销获取载荷内容并完成载荷内容的验证。

作为进一步的改进，述步骤S21具体包括如下子步骤：

S211、找出OTU4帧帧头所在位置，去除FEC和其他无关开销，将OTU4信号转换为OPU4信号，再通过判定OMFI值进行分帧同步；

S212、取出OPU4信号中PT值并初步判断载荷类型， PT=07时，载荷类型为100GBASE-R，在载荷验证成功之后，即能确定载荷类型；当PT=FF，代表该信号空载；当PT=21时，载荷为ODTU4.8，则进入步骤S213- S215继续判定其中的载荷；

S213、取出MSI值确定载荷结构；

S214、确定ODTU4.ts结构，ODTU4.8是来自于GMP映射后的ODU2或ODU2e信号，根据GMP同步中确定的Cm值判断是ODU2或ODU2e信号；

S215、确定低阶ODU载荷内容，通常OPU2e中装载的是10GBASE-R信号，OPU2中装载的是STM-64信号，也可能存在其他载荷，根据OPU2中PT值和MSI值来进一步确定。

作为一种改进，述步骤S22具体包括如下三部分：

处理OTU4开销，取出BIP-8缓存，等到相应数据到达并计算出BIP-8结果，再与缓存BIP-8比较，确定校验结果；

处理ODTU4.ts开销，ODTU4.ts开销处理为GMP同步过程；

处理ODU2或ODU2e开销，ODU2或ODU2e开销处理在判断完载荷内容和结构之后，直接在输出数据流中截取载荷内容部分，丢掉无关的开销。

进一步的，所述步骤S3通过提取出部分载荷内容，识别载荷的关键特征验证载荷类型：所述对载荷类型包括10GBASE-R、100GBASE-R、GFP、SDH。

具体的，其中：

100GBASE-R信号的验证包括，将640位数据块转换为660位数据块，并对66b数据块进行同步，去除通道对齐标志模块后通过检测数据包结束标志来判定是否有流量，若当前信号有流量，则载荷验证成功；

10GBASE-R信号的验证，10GBASE-R信号与100GBASE-R信号类似，但并没有分为多通道传输，也不存在通道对齐标记，流程中没有去除通道对齐标志，其余步骤与100GBASE-R信号载荷验证相同；

SDH信号的验证，SDH流量检测即识别VC中C2值即判定当前是否有流量，若当前信号有流量，则载荷验证成功。

作为进一步改进，所述步骤S4具体包括：

分路处理，OTU4信号载荷处理有两处需要进行分路；第一处是根据PT值判断整体100G信号与多路复用的100G信号的分离，PT=07，信号为整体100G，PT=21，信号为多路复用，由此分路之后，100G整体信号与多路复用信号将按照不同的解析路径进行处理；第二处是多路复用信号的分离，系统将按照MSI值判断载荷结构，并根据载荷来源将载荷进行分路；

码速调整，载荷分离之后，完成载荷恢复的第一步为码速调整；调整方式分两种，正调整时删除一字节，负调整时插入一字节；当处于正调整时，在该时钟周期的“字”内的有效位数减少，剔除调整字节（PJO）的内容；当处于负调整时，在NJO所处时钟周期内，即前一时钟周期，并行数据应删除的内容减少一个字节，该时钟周期仅有1个有效字节；在下一步处理中，将两种情况合并处理，对数据进行判断、提取、移位和拼接，这样能较大程度上简化处理的复杂度。

作为一种优选方式，所述步骤S5具体包括：

输出通道动态配置，根据承载类型动态配置输出通道，所述承载类型包括100GBASE-R、10GBASE-R、STM-64和GFP信号，所述输出通道包括两种速率，即100G与10G；

载荷输出前处理，对于10GE与SDH信号，在完全恢复载荷之后，进入发送器之前，要做比特流格式变换，以64位为一组，每组高位换低位，转换发送顺序，再送往发送模块即可；

对于100GE信号，100GE信号在发送端通过循环分发的方式将信号送入20个逻辑通道，传输时合成为10个通道，分发过程中，为保证各通道数据在接收端能够对齐并恢复原信号，信号分发时各通道需插入通道对齐标记。

一种计算机设备，具有处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的载荷自适应处理方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述的载荷自适应处理方法的步骤。

本发明一种载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质，设计了一种非协作条件下的，自动、灵活、高效的112G OTN信号载荷自适应处理方法，并在FPGA中实现实时线速处理；对其中包括的载荷类型识别、载荷恢复以及自适应输出的方法进行了研究与实现；本发明通过FPGA嵌入式软件自动识别分析未知复用映射结构的112G OTN信号，自动根据识别分析的结果配置输出，减少人为干预和系统运维工作量，实现对不同厂商、不同制式112GOTN信号的智能对接。

附图说明

图1是OTU4帧结构示意图；

图2是本发明总体技术方案流程示意图；

图3是低阶ODU映射路径示意图；

图4是承载本软件方案的OD1000硬件平台示意图；

图5是高速数据通道对齐示意图；

图6是高速并行RS纠错译码总体方案示意图；

图7是OTU4载荷识别流程图；

图8是100GBASE-R信号验证流程图；

图9是66b数据块同步状态机示意图；

图10是通道对齐标记结构图；

图11是10GBASE-R信号验证流程图；

图12是SDH信号验证流程图；

图13是SDH信号复用映射结构；

图14是载荷分路处理示意图；

图15是码速调整流程图；

图16是100G信号通道分发示意图；

图17是100G信号通道对齐标记插入示意图。

具体实施方式

以下结合图1-17具体说明本发明提供的一种载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质。

112G OTN信号根据行业标准ITU-T G.709/Y1331，采用OTU4的帧结构进行封装。OTU4的帧结构的长度是固定的，信号速率的改变不会影响帧结构，每一帧中的载荷数量是相同的。OTU4帧由4行4080列构成，包含开销区（OH）、净荷区、前向纠错码区（FEC）。OTU4帧结构如图1所示。

表1 OPU载荷类型指示对照简表

FAS（帧对齐指示）处于第1行第1~6列，用于单个帧的对齐。MFAS（复帧对齐指示）处于第1行第7列，用于复帧对OPU开销由一比特的净荷结构指示符（PSI）和七比特作为映射与调整专用比特。MFAS=”0000 0000”时，为载荷类型标志（PT），即PSI[0]=PT。PT代码索引简表如表1所示。PSI（净荷结构标识）处于第4行第15列，用于确定载荷类型与复帧结构指示。JC1/JC2/JC3位于第16列第1~3行，是GMP映射开销字节。NJO/PJO位于第16列第4行，是AMP（异步映射规程）与BMP（比特同步映射规程）两种映射中的帧速率调整字节。在分析系统设计需求的基础上，结合本文研究的载荷复用路径，设计了总体方案。方案以OTU4信号流的进入为起始，到最终载荷输出结束，提出了一个完整的OTU4信号载荷自适应处理平台。总体方案设计如图2所示。

由于客户信号速率的多样性，为了将各种速率的信号都复用进入OTU4中，OTN提供了多种低阶ODU信号封装，包括ODU0, ODU1, ODU2, ODU2e, ODU3, ODUflex。低阶ODU映射进入ODU4中的路径结构如图3所示。

OTU4信号首先需要经OTU4同步，提取出OTU4帧结构并分析其开销；在开销中，先分析OPU4开销中的PSI中PT值，判断帧类型，根据其值选择信号流向；在PT=21时，再对信号做分路处理，将信号分成若干个支路，每一路都完成一次完整载荷处理。分路处理时，由于载荷结构不同，各路信号承载在OPU4中的时隙不确定，因此分路处理时需要先判断载荷结构再一次进行时隙提取，恢复支路信号。恢复后的支路信号即为ODTU4.8，完成GMP同步之后，获得ODU2（ODU2e）帧，由于ODU2与ODU2e的速率不同，导致承载在ODTU4.8中时Cm不同，因此判断Cm值即可确定ODU类型，同时该值将用于程序控制输出时钟频率，完成自适应输出。

在载荷结构分析完毕的基础上，载荷类型识别、去除帧开销、针对不同信号类型完成信号内容和流量的验证，保证解析结果的正确等前期处理；之后，做码速调整与时钟恢复，恢复载荷信号的各种速率特征并做输出前的信号结构变化与通道分发等处理，完成载荷的自适应输出。

综上所述，按照载荷处理的设计方法，系统可以分为三大部分：

（1）解映射功能部分。此部分功能主要是将系统中高阶帧结构去除固定填充或调整字节取得低阶帧的各功能模块，作为两级帧结构之间的转换。包括OTU4中的GMP映射，ODU2中的AMP与BMP映射，以及GFP载荷中映射等。这部分功能在第三章已经详细的研究并作出了实现。

（2）载荷类型识别与验证。此部分功能主要完成载荷的初步处理，包括载荷类型识别，帧开销处理，信号内容验证。类型识别与帧开销处理在各级帧结构处理过程中都需进行；信号内容验证包括确认载荷类型是否判断正确，以及查看载荷是否有流量。

（3）信号恢复与自适应输出。此部分是在初步处理之后，根据载荷内容和结构的判定结果，根据不同载荷信号进入不同的通路处理。载荷恢复包括内容的恢复与时钟的恢复；内容恢复包括码速调整与去除固定填充，得到原始净荷；时钟恢复是为信号输出做准备，通过数字锁相环恢复时钟，并为不同信号设计不同输出通道与接口，完成自适应输出。

该硬件平台主要面向解决非协作条件下112G OTN信号的智能接入问题，所以前端的信号规格识别、纠错译码和协议转换处理非常关键。同时，自动识别解析OTN信号的复用映射结构并且完成协议转换，提取承载载荷、输出标准SDH或以太网信号，以便后续设备统一处理。通用板卡型号OD1000，符合PICM3.0设计规范。每个板卡作为一个独立的信号处理单元，独立完成一个OTN信号的解调处理。总体系统组成如图4所示。板卡以大规模FPGA为中心的核心编译码模块完成对线路侧信号和客户侧信号之间的编码、译码和格式转换。

本发明提供一种载荷自适应处理方法，包括如下步骤：

S1、接入OTU4信号并实现帧同步；112G OTN信号的数据带宽为112Gbps，通过10个11.2Gbps高速并行通道送入FPGA。FPGA首先利用其集成的高速数据收发器完成OTU4物理传输通道数据的接收处理，对每个物理通道的串行比特流进行串并转换。由于各通道的时钟相位相互独立，需要通过一定的机制统一到统一个时钟节拍上对齐送出，以备后续处理。程序结构如图5所示。

所述帧同步后还包括高速并行RS纠错译码步骤。由于数据带宽高、速率快，这给FPGA对112G OTN信号进行纠错译码带来巨大挑战。本方案采用大规模并行RS译码方案，如图6所示，将RS译码器分为5组、每组16个译码模块。将OTU4格式的帧信号分别存入5片缓存中，之后5片缓存同时出数据、同时送入80个译码模块进行纠错译码。之后，再分别从5片缓存读出，重新恢复OTU4帧结构。由此，通过高度并行展开的方法，降低了单个译码颗粒的运行速率，从而实现了FPGA对100G OTN高速信号的纠错译码。

S2、对OTU4信号的载荷类型进行自适应识别、处理与验证；载荷识别的主要依据，仍然是根据OPU帧开销中的PT值来判定载荷类型的识别的主要步骤分五步，实现流程图如图7所示。所述步骤S2具体包括如下子步骤：

S21、OTU4信号载荷类型的自适应识别；述步骤S21具体包括如下子步骤：

S211、此步骤主要完成从比特流数据中寻找到OTU4帧结构，找出OTU4帧帧头所在位置，去除FEC和其他无关开销，将OTU4信号转换为OPU4信号，再通过判定OMFI值进行分帧同步；

S212、PT值在OPU4同步和分帧定位完成之后，在第OMFI=0000000的帧中，第4行第15列取出PT值。根据表2，OPU中PT值取值范围很宽，载荷类型也很多。而根据本文主要研究的载荷情况，主要关心PT=21、PT=01、PT=FF的几种情况。其中，PT=21时，载荷为ODTU4.8，还需要下一步继续判定其中的载荷；PT=07时，载荷类型为100GBASE-R，再载荷验证成功之后，即能确定载荷类型；当PT=FF，代表该信号空载，不存在载荷可以提取。

表2 Payload Type(PT)载荷类型对照表

S213、取出MSI值确定载荷结构；具体的，PT值在PSI[0]处，PT=21时，需进一步判断ODTU4.8的载荷，则进一步将PSI[1]-PSI[82]中值取出。对80个时隙的内容进行重组，恢复ODTU4.8，首先根据第一位确定当前时隙是否承载信号，然后根据后7位的值，将值相同的时隙组合成一个ODTU4.8，其中时隙号小的时隙数据在前，时隙号大的时隙数据在后，以此恢复ODTU帧。对于来自于同一ODTU端口的时隙（即MSI后7位值相同的时隙），若某些时隙为空（即MSI第一位为0），表示该ODTU4.8并未承载10G信号，承载的ODU2是由几个更小速率的信号复用而来。

S214、ODTU4.8是来自于GMP映射后的ODU2或ODU2e信号。判断是ODU2或ODU2e可以根据GMP同步中确定的Cm值来判定，下表是ODU2与ODU2e通过GMP映射的Cm值取值范围如表3所示。

表3 ODU2与ODU2e中的Cm值

	Cm最小值	Cm标称值	Cm最大值
				ODU2	14650	14650.599	14652
ODU2e	15177	15179.348	15182

S215、确定低阶ODU载荷内容，确定ODTU4.8中装载的ODU类型之后，欲确定载荷内容的最后一步，需确定低阶ODU中载荷内容。通常OPU2e中装载的是10GBASE-R信号，OPU2中装载的是STM-64信号，也可能存在其他载荷，需要根据OPU2中PT值和MSI值来进一步确定，原理与OPU4中通过PT和MSI确定载荷类型和复用结构相同。

S22、帧开销处理，去除开销获取载荷内容并完成载荷内容的验证。

述步骤S22具体包括如下三部分：

处理OTU4开销，处理OTU4帧，主要包括FEC编码的校验和帧头开销的处理。OTU4中采用 的是RS（255,239）码。RS码的译码分为时域译码和频域译码两种，后者是把码字当成离散序 列，经过DFT之后，在频域中进行译码，由于DFT运算相对复杂，因此后者只在特定情况下优 于前者。

帧头开销主要包括帧对齐标志和一些线路指示，线路指示中最重要的是BIP-8的 计算。第N帧中的BIP-8携带第N+2帧的数据的OPU区域的校验结果。因此，需要先取出BIP-8 缓存，等到相应数据到达并计算出BIP-8结果，再与缓存BIP-8比较，确定校验结果。

处理ODTU4.ts开销，ODTU4.ts开销即位GMP开销，值得注意的是ODTU4.8的开销位置，位于该ODTU4.8承载的时隙中最后一个时隙的时隙开销处，即OMFI=7\15\23\31\39\47\55\63时，OPU4帧的帧开销。ODTU4.ts开销处理即GMP同步过程，这里不再赘述。

处理ODU2或ODU2e开销，ODU2或ODU2e开销处理在判断完载荷内容和结构之后，直接在输出数据流中截取载荷内容部分，丢掉无关的开销。

S3、对载荷类型识别分析结果进行验证；所述步骤S3通过提取出部分载荷内容，识别载荷的关键特征验证载荷类型：所述对载荷类型包括10GBASE-R、100GBASE-R、GFP、SDH。载荷验证是在处理和输出之前，对载荷信号的确认，能够及时发现错误或者是空载线路。由于仅仅通过PT判断载荷类型不够完善和准确，发送方可能是用该值通知对方该信道将要承载的内容，并不一定传输了有用的载荷，甚至单纯是测试线路。验证载荷的方法通常是提取出部分载荷，识别载荷的关键特征确定。

具体的，包括100GBASE-R信号的验证、10GBASE-R信号的验证和SDH信号的验证，其中：

100GBASE-R信号的验证，100GBASE-R信号作为超高速以太网信号，主要有两个特点：一是传输过程中，需要经64b/66b编码成66b的数据块。二是具有分层结构。该信号验证的基本流程图如图8所示。

640位数据块转换为660位数据块

此模块作用是预先对数据进行变换，660位是10个66b编码块，方便后续处理。此模块在33个时钟拍内输入33个640位数据，输出32个660位数据，其中第一个时钟拍不输出数据。

66b数据块同步模块

本模块接收660位数据，通过66位移位寄存器匹配同步头，同步头包括“10”和“01”，对控制块和数据块暂时不进行区分。同步软件流程如图9所示，以一个8状态状态机为基础实现。状态1表示未同步状态，状态2-7为预同步状态，状态8为已同步状态。

条件1：匹配每一个66位数据块的前两位都是“01”或“10”，即共找到10次。

条件2：条件1不成立。

条件3：同步头连续15次无法找到。

未同步状态下，若当前数据无法满足条件1，即对下一拍的数据进行1位逻辑左移位，若下一拍仍无法满足条件1，对下一拍数据进行2位逻辑左移位，一直到进入预同步状态为止，若左移位位数达到66位，移位值清零，进入新的循环。此方法称为“逻辑移位匹配法”。

去除通道对齐标志模块

本模块的作用是寻找通道对齐标志，并去除通道对齐标志。通道对齐标记是一个66b数据块，如图10所示，包括一个控制同步头“10”，6个固定数据块和两个BIP数据校验块，其中M4到M6分别是M0到M2的位翻转后的数据，BIP7是BIP3的位翻转后的值，这样做的目的是保持DC平衡。通道对齐标记在100G以太网信号分发进入逻辑通道时插入。图10所示为通道对齐标记结构图，表4是通道对齐标记各个通道的编码值总表。

表4 100GBASE-R通道对齐标记编码

由于在寻找通道对齐标记时，传输内容尚不确定，因此第4字节和第8字节的BIP校验值无法确定，在匹配算法寻找通道对齐标记前，需对第4字节和第8字节做归零处理。即将进行匹配的数据与0x“FFFFFF00FFFFFF00”做相与运算，而根据表4.4中各通道的通道同步标记的码值，并考虑发送时通道对齐标记为低位到高位，即通道0的通道对齐标记在经过BIP码清零操作后应为0x“831684007C E97B00”。由于当前660位数据来自于20个通道合并后的数据，使用“逻辑移位匹配法”完成对通道0通道对齐标记后，则当前时钟拍的660位数据及下一拍的660位数据的1320位数据是20个通道的通道对齐标志；而前后两个通道对齐标志之间传输16383个66个比特块，则16383*66*20为前后检测到通道对齐标记中的数据量，按每一拍660位速率，需要32766拍，因此在定位第一个通道0的通道对齐标志后，每隔32766个时钟拍去除两拍的数据，即完成模块功能。

流量检测模块

流量检测模块通过检测数据包结束标志来判定是否有流量，其中包含“T”命令的即为含有包结束标志，即0x87,0x99,0xAA,0xB4,0xCC,0xD2,0xE1,0xFF八种块类型编码的命令数据块，同样由于接收到的数据是低位到高位传输，因此当检测到0xE1, 0x99, 0x55,0x2D, 0x33, 0x4B, 0x87, 0xFF八种字符并且该数据块的同步帧头为“10”时，认为当前信号有流量，载荷验证成功。

10GBASE-R信号的验证，10GBASE-R信号与100GBASE-R信号类似，但并没有分为多通道传输，也不存在通道对齐标记，流程中就没有去除通道对齐标志，其余步骤与100GBASE-R信号载荷验证相同。验证流程图如图11所示。

SDH信号的验证，SDH信号主要的特点是随着N值的增加，同步头标志不断变化，信号帧结构也发生变化。STM-64结构为9行270*64列，其中包含64个STM-1的字节间插复用，因此在帧头处形成3*64个A1（0xF6）加3*64个A2（0x28）。该信号的载荷验证流程图如图12所示。

SDH信号来源多样，结构复杂，如图13所示，考虑最上面一条映射路径，则STM-N由N个AUG构成，而一个VC-4即为一个高阶通道；高阶通道开销中第1列第3行C2字节，称做信号标记。C2字节表征VC帧的映射结构和信息载荷的类型和信息，例如通道是否承载信号、承载业务种类和它们的复用方式。当C2=00H表示通道未承载信号，将向其载荷TUG3中插入全“1”的码字，即TU-AIS标志。因此，SDH流量检测即识别VC中C2值即判定当前是否有流量。

S4、根据验证结果自适应支路分路处理并进行码速调整；OTU4信号载荷处理有两处需要进行分路。第一处是根据PT值判断整体100G信号与多路复用的100G信号的分离，PT=07，信号为整体100G，PT=21，信号为多路复用，由此分路之后，100G整体信号与多路复用信号将按照不同的解析路径进行处理；第二处是多路复用信号的分离，系统将按照MSI值判断载荷结构，并根据载荷来源将载荷进行分路。第一次载荷分路，是信号流流向的一个选择，信号后续只在一条路径上进行处理；第二次载荷分路，是信号流的由大到小、由多到少的的一个分离并行处理。两次载荷分路处理的示意图如图14所示。

载荷分离之后，完成载荷恢复的第一步就是完成码速调整。码速调整，是由于在发送端为了将载荷插入到OTN中，由于客户信号与服务信号存在速率差异，为了二者能够同步，在各种映射中使用了某些比特做码速调整，包括正调整和负调整。例如AMP与BMP映射，在GMP中则是根据速率差异值直接使用sigma/delta算法加入固定填充完成码速调整。第三章对GMP映射中载荷提取已经做了详细介绍，这里讨论AMP(使用BMP)中码速调整的实现。

AMP中码速调整，根据开销中的三个JC字节做大数判决，获得JC值，确定码速调整方式。调整方式分两种，正调整时删除一字节，负调整时插入一字节。当处于正调整时，在该时钟周期的“字”内的有效位数减少，剔除调整字节（PJO）的内容；当处于负调整时，在NJO所处时钟周期内，即前一时钟周期，并行数据应删除的内容减少一个字节，该时钟周期仅有1个有效字节；在下一步处理中，将两种情况合并处理，对数据进行判断、提取、移位和拼接，这样能较大程度上简化处理的复杂度。码速调整流程图如图15所示。

串行信号的收发电路是信号通路上关键的模块，负责将内部并行数据与外部串行数据进行转换，因而一般是数据通路上工作速度最高的部分。当从多层复用结构中解析出载荷之后，要将信号恢复到原有速率，以便后续(0.1)信号的正确发送与线路传输。例如，一个OTU4信号承载100GE载荷的情况，一个OTU4帧提供190个cell可以装载载荷。每个cell即一个数据库，为80字节长度。然而，并非190个cell都装载信号，具体装载的数据是随机的，没有有效载荷的cell是固定填充，其中的数据将被丢弃，因此需要想办法恢复原始的载荷时钟。

DSPLL数字锁相环可以用于载荷时钟的动态恢复。锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号，而不是模拟电压，因而受控的输出电压的改变是离散的而不是连续的;此外，环路组成部件也全用数字电路实现。由于不需要外接器件，单板的噪声对锁相环影响降低到最低，能够有效的保证高速传输时钟对数据的采样的准确率。

FPGA软件中，在程序中做一个计数器，计数器每当检测到有效载荷的数据块时就加一，计数器在1到20000之间循环（实现过程中的数据有所不同）。当计数器跑完一圈，消耗时间大约就是8K时钟一个周期的时间。计数器在1-10000的时候输出0给锁相环，在10001到20000的时候输出1给锁相环，这样就相当于输出了一个严格1/20000分频的时钟给锁相环，其频率约为8K，在锁相环中，对该时钟做20000倍的倍频，就恢复出了原有的载荷时钟。

在在此过程中，每个OTU4帧中可能有187、188、189、190等多种有效载荷cell的情况。然而给5326提供参考时钟时，计数器是1-20000循环的，一个循环超过了200帧，那么在这200帧里，187、188、189、190等这些情况会比较分散地分布且大致体现了各自在整个信号流中的分布，所以输出给5326的这个8k信号已经把不同OTU4帧中的有效载荷数量给平均（平滑）掉了，同时又始终在动态跟踪原始载荷时钟。

总结软件实现要点：

①这个8k的参考时钟是严格的原始载荷时钟的1/20000分频产生的，它携带了原始载荷的时钟信息，然后由数字锁相环实现严格的20000倍的倍频，得到时钟完全等于原始载荷时钟。

②这个8k参考时钟的一个周期跨越了超过200个OTU4数据帧，平均（平滑）了每个单帧有效载荷数，抖动满足数字锁相环对参考输入的要求。

S5、载荷自适应输出，具体包括如下步骤：

输出通道动态配置

由于承载类型主要包括100GBASE-R、10GBASE-R、STM-64和GFP信号，即需要两种速率的输出通道，100G与10G。由于承载数据可能为随机混传，10G通道可能会传输10GE和10G SDH以及GFP信号，100G通道则直接采用100G载荷的恢复时钟即可。

在10G通道上，需要根据载荷类型识别的结果，对输出通道进行动态配置，共包含两个方面，一是动态配置发送时钟，二是动态配置高速数据发送模块。

对于10G SDH信号，其速率为9953.28Mbps，需要给高速数据发送模块配置严格跟随原始载荷数据速率的622.08MHz时钟。首先在输入OTN信号恢复出的时钟的控制下，通过对有效承载数据部分进行计数分频得到8KHz的低速时钟，送到外部锁相环。FPGA软件通过I2C接口配置数字锁相环工作参数，使其对8KHz低速时钟进行77760倍频后得到622.08MHz时钟返回到FPGA。FPGA使用该时钟作为高速数据发送模块的工作时钟，并对其进行4分频后作为发送缓存的读取时钟，至此，载荷以原始数据时钟向外发送。

对于10GE信号，其速率是10312.5Mbps，需要给高速数据发送模块配置严格跟随原始载荷数据速率的644.53125MHz时钟。操作方法与10G SDH发送时类似，但是需要配置不同的参数，FPGA计数分频发送给数字锁相环的低速时钟速率为18.75KHz，数字锁相环做34375的倍频后得到644.53125MHz的时钟返回FPGA。

对于GFP信号，其速率1244.16Mbps，同样配置参数，FPGA分配发送给数字锁相环的低速时钟速率为1K，数字锁相环做77760的倍频后得到77.76MHz的时钟返回到FPGA。

高速时钟发送模块在设计中上电默认为10G SDH模式。需要更换为10GE模式时，通过FPGA高速口重配模块将10GE模式相关的参数写入高速数据发送模块并对其复位后高速数据发送模块即进入10GE工作模式。

载荷输出前处理

载荷在输出前需要做一些必要的处理。对于10GE与SDH信号，在完全恢复载荷之后，进入发送器之前，要做比特流格式变换，以64位为一组，每组高位换低位，转换发送顺序，再送往发送模块即可。

对于100GE信号，输出前处理相对复杂一些。如图16所示，100GE信号在发送端通过循环分发的方式将信号送入20个逻辑通道，传输时合成为10个通道，分发过程中，为保证各通道数据在接收端能够对齐并恢复原信号，信号分发时各通道需插入通道对齐标记，通道对齐标记插入示意如图17所示。

因此，在100GE信号恢复之后，向外转发时，需再次进行通道分发；值得注意的是，恢复过程中并未删除通道对齐标记。在发送之前，将数据先分成20个通道，再合成10个物理通道，同时做高低转换操作。具体实现为，100GE信号是660位为一组进行处理，先把660位按1-33,34-66……的顺序依次分为20个数据块，再将前后两数据块按照比特间插合成一个66位的数据，做高低位转换操作，然后分发到10个通道上，送往发送模块。综上，即完成了100GE信号的输出前处理。

作为更进一步的实施例，一种计算机设备，具有处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的载荷自适应处理方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述的载荷自适应处理方法的步骤。

本发明一种载荷自适应处理方法、电脑设备及可读存储介质，设计了一种非协作条件下载荷自适应处理平台，具有高效的非协作条件下载荷自适应处理流程；对其中包括的载荷类型识别、载荷恢复以及自适应输出的方法进行了研究与实现；本发明通过FPGA嵌入式软件自动识别分析未知复用映射结构的112G OTN信号，自动根据识别分析的结果配置输出，减少人为干预和系统运维工作量，实现对不同厂商、不同制式112G OTN信号的智能对接。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种载荷自适应处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、接入OTU4信号并实现帧同步；

S2、对OTU4信号的载荷类型进行自适应识别、处理与验证；

S3、对载荷类型识别分析结果进行验证；

S4、根据验证结果自适应支路分路处理并进行码速调整；

S5、载荷自适应输出。

2.如权利要求1所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，述步骤S2具体包括如下子步骤：

S21、OTU4信号载荷类型的自适应识别；

S22、帧开销处理，去除开销获取载荷内容并完成载荷内容的验证。

3.如权利要求2所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，述步骤S21具体包括如下子步骤：

S211、找出OTU4帧帧头所在位置，去除FEC和其他无关开销，将OTU4信号转换为OPU4信号，再通过判定OMFI值进行分帧同步；

S212、取出OPU4信号中PT值并初步判断载荷类型， PT=07时，载荷类型为100GBASE-R，在载荷验证成功之后，即能确定载荷类型；当PT=FF，代表该信号空载；当PT=21时，载荷为ODTU4.8，则进入步骤S213- S215继续判定其中的载荷；

S213、取出MSI值确定载荷结构；

S214、确定ODTU4.ts结构，ODTU4.8是来自于GMP映射后的ODU2或ODU2e信号，根据GMP同步中确定的Cm值判断是ODU2或ODU2e信号；

S215、确定低阶ODU载荷内容，通常OPU2e中装载的是10GBASE-R信号，OPU2中装载的是STM-64信号，也可能存在其他载荷，根据OPU2中PT值和MSI值来进一步确定。

4.如权利要求2所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，述步骤S22具体包括如下三部分：

处理OTU4开销，取出BIP-8缓存，等到相应数据到达并计算出BIP-8结果，再与缓存BIP-8比较，确定校验结果；

处理ODTU4.ts开销，ODTU4.ts开销处理为GMP同步过程；

处理ODU2或ODU2e开销，ODU2或ODU2e开销处理在判断完载荷内容和结构之后，直接在输出数据流中截取载荷内容部分，丢掉无关的开销。

5.如权利要求2所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，所述步骤S3通过提取出部分载荷内容，识别载荷的关键特征验证载荷类型：所述对载荷类型包括10GBASE-R、100GBASE-R、GFP、SDH。

6.如权利要求5所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，其中：

100GBASE-R信号的验证包括，将640位数据块转换为660位数据块，并对66b数据块进行同步，去除通道对齐标志模块后通过检测数据包结束标志来判定是否有流量，若当前信号有流量，则载荷验证成功；

10GBASE-R信号的验证，10GBASE-R信号与100GBASE-R信号类似，但并没有分为多通道传输，也不存在通道对齐标记，流程中没有去除通道对齐标志，其余步骤与100GBASE-R信号载荷验证相同；

SDH信号的验证，SDH流量检测即识别VC中C2值即判定当前是否有流量，若当前信号有流量，则载荷验证成功。

7.如权利要求1所述的载荷自适应处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

分路处理，OTU4信号载荷处理有两处需要进行分路；第一处是根据PT值判断整体100G信号与多路复用的100G信号的分离，PT=07，信号为整体100G，PT=21，信号为多路复用，由此分路之后，100G整体信号与多路复用信号将按照不同的解析路径进行处理；第二处是多路复用信号的分离，系统将按照MSI值判断载荷结构，并根据载荷来源将载荷进行分路；

码速调整，载荷分离之后，完成载荷恢复的第一步为码速调整；调整方式分两种，正调整时删除一字节，负调整时插入一字节；当处于正调整时，在该时钟周期的“字”内的有效位数减少，剔除调整字节（PJO）的内容；当处于负调整时，在NJO所处时钟周期内，即前一时钟周期，并行数据应删除的内容减少一个字节，该时钟周期仅有1个有效字节；在下一步处理中，将两种情况合并处理，对数据进行判断、提取、移位和拼接，这样能较大程度上简化处理的复杂度。

8.如权利要求1所述的载荷自适应处理方法载荷自适应处理方法应处理方法，所述步骤S5具体包括：

输出通道动态配置，根据承载类型动态配置输出通道，所述承载类型包括100GBASE-R、10GBASE-R、STM-64和GFP信号，所述输出通道包括两种速率，即100G与10G；

载荷输出前处理，对于10GE与SDH信号，在完全恢复载荷之后，进入发送器之前，要做比特流格式变换，以64位为一组，每组高位换低位，转换发送顺序，再送往发送模块即可；

对于100GE信号，100GE信号在发送端通过循环分发的方式将信号送入20个逻辑通道，传输时合成为10个通道，分发过程中，为保证各通道数据在接收端能够对齐并恢复原信号，信号分发时各通道需插入通道对齐标记。

9.一种计算机设备，其特征在于，具有处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1~8任一项所述的载荷自适应处理方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1~7任一项所述的载荷自适应处理方法的步骤。