CN115065439A - 一种spn网络恒定比特率业务传送方法和设备 - Google Patents

一种spn网络恒定比特率业务传送方法和设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种SPN网络恒定比特率业务传送方法，按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片，经64/66B编码后填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节；将CBR容器映射到fg‑BU时隙中。本申请还包含实现所述方法的装置。本申请解决现有技术的SPN网络无法实现小粒度的恒定比特率业务隔离传送的问题。

Description

一种SPN网络恒定比特率业务传送方法和设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种SPN网络恒定比特率业务传送方法和设备。
背景技术
电力通信网是能源互联网的重要基础设施。电力通信网的核心任务是保证电力系统的正常运转，及时应对突发情况。电力通信网的特点是传输的信息量较少、实时性要求较高。因此电力通信网应满足灵活度强、可靠性高、硬管道隔离以及低时延的要求。
面向行业高安全高隔离和确定性的需求，电信运营企业针对5G无线通信系统传输需求提出的SPN（Slicing Packet Network，切片分组网），是一种以网络切片为核心并结合了时隙交叉和以太网分组交换的技术体制，主要用于移动承载场景、行业专线接入和行业专网通信领域，其采用原生以太网内核，实现了TDM和分组的有机融合，支持L0到L3传送和交换能力。SPN技术具备大带宽、低时延、网络切片、灵活连接等技术优势，能够满足未来电力通信网无损、高效的承载需求。
作为下一代电力通信网的备选方案，SPN技术具有端到端硬管道隔离、单跳us级转发时延、确定性转发等优势，但是，电力通信网中现存大量的E1/STM-1类的恒定比特率(Constant Bit Rate，CBR)业务，带宽比较小（2Mbit/s/155Mbit/s），且要求业务之间采用物理隔离并且业务连接数量巨大，并且可实现CBR业务时钟透传。SPN技术的N×5G管道带宽过大，难以满足CBR业务的承载需求。
此外，随着行业数字化转型，各种新型的CBR业务也会不断涌现，比如工业控制采集控制类以太化的业务、大量的工业高清视频监控类业务（SD-SDI（270Mbit/s）、HD-SDI（1.5Gbit/s）、3G-SDI（3Gbit/s））等。他们共同的特点是速率固定（CBR）、带宽较小（小于SPN的5G粒度）并且对时延、可靠性、连接数具有较高的要求。其中，fg-BU是基于以太网分组业务64/66B编码进行设计的。基于N×10M的小颗粒管道的CBR业务承载方式仍是空白。当前SPN技术的业务接口是基于分组类业务设计的，无法满足CBR业务的承载需求。
发明内容
本申请实施例提供一种SPN网络恒定比特率业务传送方法和装置，解决现有技术的SPN网络无法实现小粒度的恒定比特率业务隔离传送的问题。
第一方面，本申请实施例提出一种SPN网络恒定比特率业务传送方法，包括以下步骤：
按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片，经64/66B编码后填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节；将CBR容器映射到fg-BU时隙中。
优选地，所述恒定比特率业务的速率小于fg-BU时隙速率，将1个或多个CBR容器映射到1个fg-BU时隙中。
优选地，所述恒定比特率业务的速率大于fg-BU时隙速率，将1个CBR容器映射到多个fg-BU时隙中。
优选地，所述D码块中的第1个码块包含若干个连续的开销字节，其中包含以下至少一种指示信息：复帧指示SN/MFI、净荷类型CBR type、客户信号失效CSF、时戳Timestamp、循环冗余校验CRC7、调整指示NJO。
优选地，切片的封装时延小于预设阈值；所述封装时延为所述设定长度与CBR业务帧长度的比值乘以CBR业务的周期。
优选地，封装后的1个或多个fg-BU时隙中的剩余带宽的总和不小于0。
第二方面，本申请实施例还提出一种SPN网络恒定比特率业务传送设备，用于实现第一方面任意一项实施例所述方法，在网络边缘节点的输入方向，按顺序包含：
码流切片模块，用于按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片；
位置映射模块，用于对切片后的信号进行64/66B编码；
容器封装模块，用于填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节；
小颗粒映射模块，用于将CBR容器映射到fg-BU时隙中；
进一步地，在网络边缘节点的输出方向，按顺序包含：
小颗粒解映射模块，用于从fg-BU时隙中提取CBR容器；
容器解封装模块，用于从CBR容器D码块中提取净荷；
位置解映射模块，用于对所述净荷进行64/66解码，中提取切片信号；
码流重组模块，用于将切片信号连接成恒定比特率业务信号。
进一步地，所述SPN网络包含网络边缘节点和网络中间节点；所述中间节点实现fg-BU时隙级或以上的交叉处理；多路恒定比特率业务之间端到端隔离。
第三方面，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请第一方面任意一项实施例所述的方法。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明基于行业专网未来发展需求，提出一种面向行业专网的SPN网络设备CBR业务的通用承载技术完整解决方案，包括设计针对E1/STM-1小带宽CBR业务的容器、开销定义以及与业务处理路径。该方案可以实现CBR业务之间的硬隔离，端到端不经过分组处理，可实现CBR客户时钟的透传。不仅适用于E1/STM -1，也适用于未来各种新型CBR业务。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请提出的CBR容器示意图；
图2为容器长度和业务切片长度确定方法；
图3为10M小颗粒通道承载1路E1的方式示意图；
图4是电网继电保护E1业务示意图；
图5为10M小颗粒通道承载4路E1的方式示意图；
图6为电网III/IV区E1业务示意图；
图7为CBR SDT容器开销示意图；
图8为本申请装置的实施例示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明基于行业专网未来发展需求，提出一种面向行业专网CBR业务的小颗粒承载技术完整解决方案，包括设计针对CBR业务的通用容器、切片长度计算方法、开销定义、频率透传方法以及硬隔离业务处理路径。
本发明在N×10M小颗粒FGU帧结构的基础上提出了CBR业务的承载方案。首先需要定义承载CBR业务的容器。这种容易既适用于现网中的存量E1、STM-1业务，也适用于未来的各种CBR业务。因为fg-BU的帧是基于以太网分组的64/66B编码设计的。为了更好的适配N×10M小颗粒FGU帧结构，需要将CBR业务“伪装”成以太网业务封装进fg-BU帧中。以太网业务经64/66B编码后以“S0码块+若干D码块+T7码块”的形式进行传输，本发明基于SDT格式新定义了封装和开销帧。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请提出的CBR容器示意图。
将CBR信号切片后装入容器内，CBR容器如图所示，按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片，经64/66B编码后填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节。其中D码块的数量由所述设定长度所限定。
第一个66B码块为S0码块。第一个D码块的前5个字节定义为容器开销（OH），第一个D码块其他字节、其他全部D码块以及T7码块的后7个字节用于承载客户信号。S0码块的第1个字节的用途是指示该码块是CBR容器的起始位置；T7码块的第1个字节的用途是指示该码块是CBR容器的结束位置。这里需要指出的是S0码块的后7个字节之所以没有使用有如下考虑：之所以将CBR业务进行SDT封装“伪装”成以太网报文是为了最大程度兼容fg-BU技术。同时对中间转发P节点无需强行要求支持CBR封装功能，只需要对fg-BU的TS进行交叉即可。IEEE 802.3条款82.1.3.1已经明确指出所有66B块的内容都来自XLGMII / CGMII。S0码块来自于对前导码（具有固定图案）的编码，因此S0码块的后7个字节是固定值，不能用作承载业务或开销。如果使用改变这7个字节的值，就会产生非法的S0码块，影响设备后续的处理过程。
优选地，所述D码块中的第1个码块包含5个连续的开销字节，其中包含以下指示信息：复帧指示SN/MFI、净荷类型CBR type、客户信号失效CSF、时戳Timestamp、循环冗余校验CRC7、调整指示NJO。
需要说明的是，行业专网（比如电力通信网）中现存大量的E1/STM-1类的恒定比特率业务。这类业务带宽比较小（E1为2Mbit/s，STM-1为155Mbit/s），但是要求业务之间采用物理隔离并且业务连接数量巨大。以电力网数据为例，某城市需要3700个高优先级CBR服务，并且业务之间需要硬隔离。
结合电网业务类型以及分区隔离要求，SPN设备承载电力通信网业务时应满足以下要求：针对安全隔离性和时延性能要求较高的电力生产I/II区业务主要采用N×10M端到端小颗粒TDM硬切片承载，并且支持E1/STM-1等CBR业务以及以太网业务的接入；针对要求大带宽承载且需要与生产控制类业务隔离的III/IV区业务主要采用N×5G大颗粒通道内的L2 VPN/L3 VPN软切片承载。目前SPN设备已经支持支持N×5G硬切片、L2 VPN/L3 VPN软切片。
将CBR容器映射到fg-BU时隙中。SPN技术在MTN接口N×5G硬管道的基础上定义了细粒度基本单元(fg-BU)序列用来支持N×10M小颗粒硬管道来承载以太网分组业务。细粒度基本单元(fg-BU)序列采用IEEE 802.3 Clause 82章的64/66B编码类型。在MTN通道层业务通道中进行传输时，可以对fg-BU之间的IDLE进行增删实现速率适配。fg-BU具有固定长度，含开始(S0)码块、195个数据(D)码块和结束(T7)码块的总长度为197个66B码块。一个fg-BU包含24个子时隙(Sub-Slot)，每个子时隙(Sub-Slot)为65字节，可以承载8个65b码块，每个子时隙(Sub-Slot)可以独立划分给一个细粒度Sub-Client使用。20个fg-BU组成一个复帧，复帧内提供24×20=480个子时隙(Sub-Slot)。每个子时隙(Sub-Slot)可用于客户信号承载的带宽为10Mbps。
图2为容器长度和业务切片长度确定方法。
为确定业务切片长度，优选的方案是：切片的封装时延小于预设阈值；所述封装时延为所述设定长度与CBR业务帧长度的比值乘以CBR业务的周期。封装后的1个或多个fg-BU时隙中的剩余带宽的总和不小于0。
CBR业务的切片长度与容器大小与CBR业务速率以及传输时延要求有关。通用的切片方法如图所示，具体步骤如下：
步骤21、核算CBR业务需要占用fg-BU TS时隙的数量M，
Figure 7796DEST_PATH_IMAGE001
，其中WCBR为CBR业务的带宽。
Figure 465454DEST_PATH_IMAGE002
表示上取整。n为每个fg-BU TS管道中承载E1业务的路数，对于E1业务可以取值1或4，对于其他CBR业务暂定取值为1。比如对于E1业务
Figure 718580DEST_PATH_IMAGE003
,M=1；对于STM-1业务
Figure 208467DEST_PATH_IMAGE004
，M=16。
步骤22、假设容器的总长度为N个码块。S0码块的8个字节、T7码块的第一个字节以及OH的5字节均不携带业务信息。由此可以确定每路CBR业务的切片长度为
Figure 381216DEST_PATH_IMAGE005
。
步骤23、核算CBR业务经容器封装后的速率
Figure 931146DEST_PATH_IMAGE006
步骤24、考虑容器应能吸收网路中+/-100ppm的抖动并且预留一部分Idle码块用作fg-BU层OAM使用（原理机制见fg-BU相关文档CCSA行标《切片分组网络（SPN）细粒度承载技术要求（征求意见稿）》，本发明中按照OAM码块每秒600个Idle码块进行预留），需校验封装后的fg-BU TS管道的剩余带宽，
Figure 422302DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 715880DEST_PATH_IMAGE008
。如果
Figure 474626DEST_PATH_IMAGE009
则说明可以满足网络抖动要求。
步骤25、此时CBR业务的封装时延为
Figure 929878DEST_PATH_IMAGE010
，其中
Figure 157597DEST_PATH_IMAGE011
为CBR业务的帧长（以字节为单位），
Figure 740019DEST_PATH_IMAGE012
为CBR业务的周期。
步骤26、如果D满足封装时延预期（小于预设阈值D0），并且
Figure 369584DEST_PATH_IMAGE013
，则每路CBR业务可以按照L长度进行切片，容器定义为“S0码块+（N-2）个D码块+T7码块”形式。
CBR容器进一步映射封装到fg-BU的方式，优选地，所述恒定比特率业务的速率大于fg-BU时隙速率，将1个CBR容器映射到多个fg-BU时隙中。
例如，STM-1业务封装映射方式：对于STM-1业务，封装和映射方式类似于1路E1信号的处理流程。先将STM-1信号进行切片，封装进本发明定义的CBR容器中，最后映射进fg-BU的TS时隙中。与E1信号不同的是，STM-1的速率（155Mbps）大于单个TS时隙的带宽（10Mbps）,因此至少需要16个TS时隙承载STM-1信号。
未来其他CBR业务封装映射方式，按照步骤21~26的方式确定容器大小和CBR业务切片长度，参考STM-1的方式进行封装映射。
CBR容器进一步映射封装到fg-BU的方式，优选地，所述恒定比特率业务的速率小于fg-BU时隙速率，将1个或多个CBR容器映射到1个fg-BU时隙中。例如，E1业务封装和映射存在两种方式，见图3、5。
图3为10M小颗粒通道承载1路E1的方式示意图。第一种方式一路E1信号切片后映射进一个fg-BU TS中。此种方式适用于I/II区继电保护等高隔离高安全场景，如图4所示。这种应用方式可以保证高安全隔离性，每个E1业务独占一个fg-BU的TS时隙，并且支持时钟透传，具有低时延、低抖动的特性。
图5为10M小颗粒通道承载4路E1的方式示意图。第二种封装和映射使用方式是4路E1分别独立进行SDT封装后以复帧的形式映射进一个fg-BU中，通过开销中的复帧指示位进行指示是哪路E1信号。该使用方法的业务层支持10M封装映射4路E1，最大化了10M小颗粒通道的带宽利用率。适合于电网中III/IV区业务，如图6所示。
图7为CBR 容器开销示意图。本发明在CBR SDT容器内定义了5字节的开销，开销字节分配如图所示，定义见表1。具体功能描述和赋值方式如下：
SN/MFI：对于一进一E1模式和STM-1承载时，该字段用于复帧指示，从0开始计数，每发送一个容器帧计数+ 1；计数到63后从0开始重新计数；对于四进一E1模式，低两位分别用00、01、10、11区分4路E1信号，高四位用于容器帧计数和复帧指示，从0开始计数，每发送一个对应E1的容器帧计数+ 1；计数到15后从0开始重新计数。
CBR Type（净荷类型）：目前用于指示承载的信号是E1（Type=0001）还是STM-1（Type=0010）,其他位暂时保留用于未来其他CBR业务类型的扩展。
CSF（客户信号失效）：正常状态在CSF=0；当设备检测到客户侧端口的故障时，CSF=1，并且容器中的净荷部分全部置1，表示传输的是无效的客户信号。
Timestamp（时戳）：时戳的格式采用IEEE 1588V2第5.3.3节定义的格式，分为secondsField和nanosecondsField。secondsField是以秒为单位的时间戳的整数部分。nanosecondsField是以纳秒为单位的时间戳的小数部分。比如，+2.000000001 seconds可以表示为：secondsField = 0000 0000 000216 and nanosecondsField= 0000 000116。下标16表示16进制。本发明的时戳位仅传送nanosecondsField的32bit。32bit的信息分成四段，每帧中传送8bit，共用4帧完成传输。对于CBR业务，承载网必须实现客户频率的透传，因此本发明借助时间戳的传递，采用自适应（ACR）或差分（DCR）的方式实现客户频率的透传。
RES（预留字节）：预留，未来扩展，所有位全部为0。
CRC7（循环冗余校验）：对开销进行错误校验。使用初始化值为零的多项式G（x）=x7+x5+x4+x2+x+1 计算 CRC，其中 x7 对应于最高位，x0 对应于最低位。
NJO（负码速调整机会字节/指针调整指示）：用于指示净荷部分的第一字节是否装载客户信号。NJO=0表示净荷部分的第一字节装载客户信号；NJO=1表示净荷部分的第一字节不装载客户信号。
表1、开销位定义
Figure 995737DEST_PATH_IMAGE014
图8为本申请装置的实施例示意图，包含用新容器封装CBR业务方案的业务处理流程。
第二方面，本申请实施例还提出一种SPN网络恒定比特率业务传送设备，用于实现第一方面任意一项实施例所述方法。
在网络边缘节点（PE）的输入方向，源PE节点的业务处理流程包括MTN E1/STM-1子卡码流切片、E1/STM -1位置映射、容器封装、小颗粒时隙映射、小颗粒复用到大颗粒（Mux）、N×5G/N×10M两级交叉、NNI FlexE端口。按顺序包含码流欺骗模块、位置映射模块、容器封装模块、小颗粒映射模块。其中，码流切片模块，用于按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片。位置映射模块，用于对切片后的信号进行64/66B编码。容器封装模块，用于填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节。小颗粒映射模块，用于将CBR容器映射到fg-BU时隙中。
宿PE节点的业务处理流程包括NNI FlexE端口、 N×5G/N×10M两级交叉、小颗粒从大颗粒解复用（DeMux）、小颗粒时隙解映射、容器解封装、E1/STM -1位置解映射和E1/STM-1码流重组处理。在网络边缘节点的输出方向，按顺序包含：小颗粒解映射模块、容器解封装模块、位置解映射模块、码流重组模块。其中，小颗粒解映射模块，用于从fg-BU时隙中提取CBR容器。容器解封装模块，用于从CBR容器D码块中提取净荷。位置解映射模块，用于对所述净荷进行64/66解码，中提取切片信号。码流重组模块，用于将切片信号连接成恒定比特率业务信号。
所述SPN网络包含网络边缘节点和网络中间节点；所述中间节点实现fg-BU时隙级或以上的交叉处理，多路恒定比特率业务之间端到端隔离。例如，图8所示的中间P节点仅做10M、5G两级时隙交叉，不经过分组交换，也无需还原E1信号。
综合分析SDT封装CBR方案，在端到端E1/STM-1业务处理流程中，未经过分组处理（NP+TM），多路E1之间、以及E1与以太网等分组业务之间均保证严格端到端的TDM隔离。
第三方面，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请第一方面任意一项实施例所述的方法。
本申请的方法和装置应用前景广泛。5G通信技术在网络带宽、时延及可靠性、连接数等技术能力指标大幅提升，面对行业领域供给侧技术的发展与需求的旺盛，5G行业专网已逐渐成为热点。SPN技术作为5G综合承载技术方案，在5G行业专网中也将发挥关键的作用。与电力通信类似，随着各行各业数字化变革席卷全球，包括制造业、交通、能源、医疗卫生、媒体、金融等在内的各行各业都在积极探索其数字化转型道路，在数据采集、数据传输、数据应用三个方面寻求新技术的突破。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种SPN网络恒定比特率业务传送方法，其特征在于，
按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片，经64/66B编码后填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节；将CBR容器映射到fg-BU时隙中。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述恒定比特率业务的速率小于fg-BU时隙速率，将1个或多个CBR容器映射到1个fg-BU时隙中。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述恒定比特率业务的速率大于fg-BU时隙速率，将1个CBR容器映射到多个fg-BU时隙中。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，
所述D码块中的第1个码块包含若干个连续的开销字节，其中包含以下至少一种指示信息：复帧指示SN/MFI、净荷类型CBR type、客户信号失效CSF、时戳Timestamp、循环冗余校验CRC7、调整指示NJO。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
切片的封装时延小于预设阈值；
所述封装时延为所述设定长度与CBR业务帧长度的比值乘以CBR业务的周期。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
封装后的1个或多个fg-BU时隙中的剩余带宽的总和不小于0。
7.一种SPN网络恒定比特率业务传送设备，用于实现权利要求1~6任意一项所述方法，其特征在于，在网络边缘节点的输入方向，按顺序包含
码流切片模块，用于按设定长度对恒定比特率业务信号进行切片；
位置映射模块，用于对切片后的信号进行64/66B编码；
容器封装模块，用于填充CBR容器，所述CBR容器包含1个S0码块、若干个D码块、1个T7码块，每个码块含有8个字节；
小颗粒映射模块，用于将CBR容器映射到fg-BU时隙中。
8.如权利要求7所述SPN网络恒定比特率业务传送设备，其特征在于，在网络边缘节点的输出方向，按顺序包含：
小颗粒解映射模块，用于从fg-BU时隙中提取CBR容器；
容器解封装模块，用于从CBR容器D码块中提取净荷；
位置解映射模块，用于对所述净荷进行64/66解码，中提取切片信号；
码流重组模块，用于将切片信号连接成恒定比特率业务信号。
9.如权利要求7或8所述SPN网络恒定比特率业务传送设备，其特征在于，SPN网络包含网络边缘节点和网络中间节点；所述中间节点实现fg-BU时隙级或以上的交叉处理；多路恒定比特率业务之间端到端隔离。
10.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1~6中任一所述的方法。
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