CN1227842C - 一种网络协议ip数据的波分复用光网络传输适配方法 - Google Patents

Abstract

一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，在承载IP数据的千兆比以太网及波分复用光网络间将被传输数据进行复用/去复用、组帧/拆帧及校验/纠错处理，并对IP到波分复用光网络传输适配设备监控，消除了ATM和SDH设备的使用，实现了IP数据在波分复用光网络中的有效传输，避免了过多的开销和复杂的操作，提高了带宽利用率，具有可扩展性，降低了网络的成本和维护费用。

Description

一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法

技术领域

本发明涉及一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，尤指一种通过在千兆比以太网处理模块及广域网接口处理模块之间利用核心处理模块将被传输数据进行复用/去复用、组帧/拆帧以及校验纠错的处理，并且通过系统控制模块及管理与监控模块对IP到波分复用光网络传输适配设备进行监控的IP数据的波分复用光网络传输适配(IP over WDM)方法，属于计算机网和光传送网技术领域。

背景技术

自诞生直至今天，电信网的主要业务一直是电话业务，因而电信网一般也称为电话网。传统电话网的设计都是以恒定的对称的话路量为前提的，其成本和利润处于严格管制之下，网络呈资本密集型，网络容量与话务容量之间具有高度的一致性，电话业务和电信网络均呈稳定低速的增长。近10年来，全世界电话用户的增长率平均为5％-10％左右。

但是，随着计算机的广泛应用和普及，数据业务呈现出指数式的增长态势；平均年增长率达25％～40％，远远高于电话业务。随着因特网传输协议(Internet Protocol，以下简称IP)业务爆炸式地增长，其网络的规模和业务量已达到了约6-12个月左右就翻一番的地步，比著名的CPU性能进展的摩尔定律(约18个月左右就翻一番)还要快1.5-3倍。显然，按这一趋势；用不了几年，网上的数据业务将会超过电话业务。在北美，有些网络(诸如太平洋贝尔)上的数据业务已经超过电话业务，即便像AT&T这样的老牌电信公司的网络，其数据业务也将在几年后超过电话业务。从全世界范围看，估计在未来的10年内，包括中国电信网在内的世界主要网络的数据业务量都将先后超过电话业务量，图1所示为语音业务和数据业务的发展趋势。最终，电信网的业务将主要由数据业务构成，而不是电话业务，100年以来电信网的电话主业最终将变成副业；电信网络的业务构成将发生根本性的变化。

与此同时，波分复用(以下简称为WDM)方法的出现改变了传输网的面貌。该方法利用具有宽带低损耗特性的单模光纤，采用多个波长作为信息载波信道，各信道在一根光纤内同时传输，使得传输系统的容量获得了极大增长。同时，由于WDM传输网正从点对点系统向网络化发展，因此，可以通过在干线网的交叉节点上引入光交叉连接和光波长变换，形成端到端之间的“虚波长”通路，实现用户端到端的波长链路连接。这将使电路之间的调配和转接变得简单和方便，进而形成一个以波分复用技术及光波长交换技术为基础的光网络层，简化了网络结构，提高了网络可靠性，并且使传输网与其业务和承载信号无关。目前人们已经认识到，波分复用光网络是能够满足目前IP业务巨大带宽需求的传送网络，它必将成为新一代宽带数据网络的基础。

在IP局域网中，千兆比以太网(以下简称为GbE)是一种非常重要的技术。它是在10M/100M以太网技术的基础上发展起来的，因此，它继承了传统以太网的帧格式、流量控制等机制，能够与原有的以太网实现无缝连接和平滑升级。由于目前全世界80％以上的局域网都采用以太网或快速以太网，再加之千兆比以太网设备成本相对低廉，技术简单高效，因此，千兆比以太网受到了各大厂商和广大用户的欢迎。

而在广域网方面，传统的IP传送方案依靠异步传输模式(AsynchronousTransfer Mode，以下简称为ATM)与同步数字系列(以下简称SDH)的方式完成骨干网络的交换与传输。由于这两种方式并不是为传送IP业务设计的，因此在承载IP流量时，其性能不是最优，并且存在着以下的缺陷：

1、组网和维护成本高，需要同时组建IP、ATM、SDH甚至波分复用网络；尤其是ATM和SDH的设备与端口非常昂贵。

2、网络功能重叠，网络各层之间的功能存在重叠，比如IP层的路由功能与ATM层的交换选路功能之间，SDH与波分复用层的传输质量监控和保护倒换等。功能重叠不仅意味着设备功能与成本的浪费，还带来了网络互通与综合管理的困难。

3、带宽利用率较低，ATM承载IP报文时，由于存在ATM第5类适配层(以下简称为AAL5)的适配和信头开销，带来了20％以上的带宽损失；而SDH是一种时分复用的技术，其每一通道所占用的带宽是固定的，而数据网络业务具有很大的突发性和非对称性，带宽浪费在所难免。

在新一代宽带数据网络中，网络层采用IP协议，物理层使用波分复用技术(IP over WDM技术)已大势所趋，如果仍在它们之间使用ATM和SDH网络与设备，必然会带来以上种种弊端。目前通常采用的IP网络组网的方法有：利用传统路由器转发的方法、GbE到SDH的方法及GbE到WDM的方法。

如图2所示，传统的路由器转发的方法利用IP到ATM或IP到SDH的技术，将以太网接入到配备了广域传输接口的高性能路由器上，路由器取出IP数据后，通过广域端口在长途传输网上传送。目前的长途传输主要依靠SDH技术，路由器的广域传输接口一般为ATM或信息包到SDH(Packet overSDH，以下简称为POS)接口；这种方法的缺点是：

1、成本昂贵，骨干路由器设备和端口的成本极其昂贵，一般只有电信级高性能路由器才会配置ATM或POS端口。

2、路由功能冗余，目前很多第三层(IP层)交换机都具有第三层(IP层)处理能力和开放路径最短优先(以下简称为OSPF)等路由机制，因此，从路由功能上看，高性能的路由器并不是不可缺少的。

3、增加数据处理与延时，路由器对每个IP数据报文都要进行第三层处理，因此不可避免地增加了数据传送的延时和抖动。

SDH传输网是目前主要的长途骨干传送网络，它是一种面向传统话音业务的电信网络，主要接入业务速率遵循准同步数字系列(以下简称为PDH)、同步传输模式(以下简称为STM)序列标准；但随着SDH系统的广泛采用，以及各种数据业务流量的爆炸性增长，通过SDH承载数据业务已非常普遍。目前已经定义了在SDH上映射ATM信元和IP数据报的标准。同样，由于千兆比以太网广域传输的需求不断增长，通过SDH承载千兆比以太网信号的技术应运而生。如图3、图4所示，GbE到SDH的方法由POS技术转化而来，它采用类似POS的协议栈和映射方法，其优点是：不再需要高端路由器及其POS端口就可以实现千兆比以太网信号的广域传送，节省了路由器设备的投资；依靠SDH提供可靠的广域传输质量。但是该方法同时存在着如下的不足：

1、它还需要SDH网络与设备支持，目前大部分SDH设备都不具有千兆比以太网端口，因此，其应用范围受到了限制。

2、映射处理复杂，千兆比以太网的信息速率为1Gbit/s，而STM序列的速率为155、622及2488Mbit/s，为了不造成带宽的浪费，需要采用第4级虚容器(以下简称为VC4)级联技术以有效的容纳一路千兆比以太网信号，其映射过程比较复杂。

3、SDH的设计基于8KHz话音同步取样的设计，采用同步复用方式封装数据报文并不合适；而且数据报文的封装处理比较耗时，设备价格昂贵。

4、另外SDH有很多用于话音网的开销，带来了较大的带宽和操作代价。

WDM利用单模光纤的宽带低损耗特性，采用多个波长作为信息载波信道，各信道在一根光纤内同时传输。与单信道系统相比，密集WDM(以下简称为DWDM)不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容和路由选择的灵活性、业务透明性等诸多优点。WDM系统的一个重大特点和优势在于它对于业务的协议、速率和帧格式等特性是透明的，并且依靠全光放大和光层的保护倒换技术，可以在很大程度上取代SDH的功能与作用。因此可以跳过SDH层，如图5所示，利用GbE到WDM的方法直接将千兆比以太网信号通过WDM系统实现广域传输。该方法省略了SDH网络与设备，极大地降低了网络的组网与运营成本；但是，直接将千兆比以太网用于广域WDM传输还存在着很大的缺点如下：

1、缺乏物理层的传输质量监控和故障定位。千兆比以太网最初是应用于局域网的技术，因此，没有针对广域网的传输环境和需求制定相应的可靠性规范。

2、缺乏电再生器设备支持。由于色散和非线性效应的影响，WDM信号经过一定距离的传输后需要电再生，目前网络中绝大部分电再生设备都基于SDH的STM序列速率。

3、带宽利用率低。WDM设备成本高；波长资源更是宝贵。而一路千兆比以太网只有1Gbit/s的信息速率，与骨干网SDH的每路2.5Gb/s甚至10Gb/s相比，资源利用率较低。

发明内容

有鉴于现有的千兆比以太网信号广域网传送技术的不足；本发明的主要目的在于提供一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其消除ATM设备和SDH设备的使用，直接实现承载IP数据的千兆比以太网信号在WDM广域网的传输，即IP over WDM，大大降低网络的组建成本和运营、维护与管理费用。

本发明的另一目的在于提供一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其根据IP业务的特点和WDM传送网络的特性，利用新的数据传输协议，提供足够的广域网传输质量监控和运营维护能力，避免过多的开销和复杂的操作。

本发明的又一目的在于提供一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其采用合理的统计复用方法；使得一个波分复用波长能够传送一路以上的千兆比以太网信号，提高带宽利用率。

本发明的再一目的在于提供一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其具有良好的可扩展性能，可以根据用户需求和网络实际流量扩充千兆比以太网端口数量，解决目前高速局域网中大量千兆比以太网数据端口的广域网传输问题，实现IP到波分复用光网络的有效传输。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种IP数据的波分复用光网络传输适配方法，承载IP数据的千兆比以太网与IP到波分复用光网络传输适配设备的千兆比以太网处理模块通信；IP到波分复用光网络传输适配设备的广域网接口处理模块与波分复用光网络通信；IP到波分复用光网络传输适配设备的核心处理模块将千兆比以太网的数据进行处理并通过广域网接口处理模块传输到波分复用光网络，并将波分复用光网络的数据进行反向处理并通过千兆比以太网处理模块传输到千兆比以太网；IP到波分复用光网络传输适配设备还设有系统控制模块及管理与监控模块。

千兆比以太网处理模块生成、发送、接收以及处理千兆比以太网数据，其至少包括：光电转换、串并行转换、8位数据到10位数据的编解码、链路同步、发送接收状态机、发送接收缓存和控制的功能。

所述的千兆比以太网处理模块的千兆比以太网接口符合IEEE 802.3z标准。

上面所述的千兆比以太网处理模块为一个或一个以上。

核心处理模块将千兆比以太网的数据进行处理并通过广域网接口处理模块传输到广域网的操作步骤包括：

1、接收由千兆比以太网处理模块传送过来的数据，并对该数据进行缓存、复用；

2、产生校验数据；

3、组织数据帧；

4、数据加扰；

5、将数据进行宽度匹配后发送到广域网接口处理模块。

核心处理模块在产生校验数据的步骤之后，还将根据链路需要产生并插入空帧。

该复用的方式为多路信号统计复用方式，其复用的步骤包括：

1、判断当前数据帧是否发送完毕；如果未发送完则继续发送；

2、如果已发送完毕，读取优先权控制字；

3、判断所有煤质接入控制信道的先入先出队列是否有已满的；如果没有，则转入步骤5；

4、如果有，则发送优先级最高，并且媒质接入控制信道的先入先出队列已满的媒质接入控制通道中的数据帧，转入步骤1；

5、判断所有的煤质接入控制通道中是否有完整的包，如果没有，转入步骤7；

6、如果有，则发送优先级最高；并且媒质接入控制通道中具有完整包的媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤1；

7、如果优先级最低的媒质接入控制通道中没有完整的包，插入空包后转入步骤1。

IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的核心处理模块将波分复用光网络的数据进行处理并通过千兆比以太网处理模块传输到千兆比以太网，具体步骤如下：

1、接收由广域网接口处理模块传送过来的数据；

2、数据同步；

3、数据校验纠错；

4、拆解数据帧；

5、数据宽度匹配；

6、数据解扰；

7、数据缓存及解复用；

8、发送到千兆比以太网处理模块。

广域网接口处理模块的功能包括：完成广域网接口信号的处理，实现广域网接口信号的电光/光电处理、时钟提取、数据帧字节检测及串并/并串变换操作。

广域网接口信号为不小于1Gb/s的信号。

所述的传输适配设备还包括系统控制模块，该模块完成对各个硬件模块芯片的初始化配置、状态查询和异常告警；并通过数据通讯接口与监控主机通信。

所述的传输适配设备还包括管理与监控模块，管理与监控模块利用数据帧提供网管信息实现至少包括传输质量监测的运行维护管理操作。

所述的数据帧遵守所提出的数据光网适配协议，该数据帧至少包括：定位数据、长度指示数据、类型数据、地址与复用信息、帧头校验数据、实际数据段、帧校验数据。

本发明的IP数据的波分复用光网络传输适配方法具有以下特点：

1、无需通过ATM、SDH网络以及高性能路由器设备，采用IP到波分复用光网络传输适配设备直接实现了千兆比以太网信号在广域网的可靠传送，简化了网络层次，极大降低了网络建设成本，具有很强的应用灵活性。

2、专门面向IP/千兆比以太网进行数据优化，克服了ATM与SDH过于繁琐的缺陷，设备成本低，性价比高，非常适用于数据光网络的应用。

3、利用新型的广域网传输适配协议-数据光网适配协议(Data OpticalNetwork Adapt，以下简称为DONA)，克服了千兆比以太网信号在广域中传输时缺乏网络管理和物理层传输质量监控功能的缺陷，设备可靠性和抗故障能力得到提高。

4、采用多路千兆比以太网信号复用的方法，使得一个WDM波长能够同时传送一路以上的千兆比以太网数据；大大提高了广域网带宽的利用率。

5、通过所配备的设备管理系统，实现了性能管理、配置管理、告警管理和安全管理的功能。

6、采用统计复用方式，以包为单位；无需进行地址分析，其根据各路流量大小动态分配带宽，转发速度快，符合数据网业务特点。

附图说明

图1为数据和语音业务的发展趋势示意图。

图2为路由器转发方法的组网示意图。

图3为GbE到SDH方法的组网示意图。

图4为GbE到SDH方法的协议层次示意图。

图5为GbE到WDM方法的组网示意图。

图6为本发明千兆比传输适配器应用示意图。

图7为本发明总体功能框图。

图8为本发明数据帧结构定义示意图。

图9为本发明千兆比以太网处理模块示意图。

图10为本发明核心处理模块示意图。

图11为本发明广域网接口处理模块示意图。

图12为本发明管理与监控模块示意图。

图13为本发明一实施例的多路信号统计复用流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图6、7所示，本发明的千兆比以太网与IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的千兆比以太网处理模块通信；IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的广域网接口处理模块与WDM广域网通信；IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的核心处理模块将千兆比以太网的数据进行处理并通过广域网接口处理模块传输到WDM广域网，并将广域网的数据进行处理并通过千兆比以太网处理模块传输到千兆比以太网；IP数据到波分复用光网络传输适配设备还设有系统控制模块及管理与监控模块。

如图9所示，千兆比以太网处理模块生成、发送、接收以及处理千兆比以太网数据，其至少包括：光电转换、串并行转换、8位数据到10位数据的编解码、链路同步、发送接收状态机、发送接收缓存和控制的功能。

上面所述的千兆比以太网处理模块的千兆比以太网接口符合IEEE802.3z标准；并且该千兆比以太网处理模块为一个或一个以上。

如图10所示，核心处理模块将千兆比以太网的数据进行处理并通过广域网接口处理模决传输到广域网的操作步骤包括：

1、接收由千兆比以太网处理模块传送过来的数据，复用、缓存该数据；

2、产生校验数据；

3、组织数据帧；

4、数据加扰；

5、将数据进行宽度匹配后发送到广域网接口处理模块。

核心处理模块在组织数据帧的步骤之后，还将根据链路需要产生并插入空帧。

如图13所示，上面所述的复用方式为多路信号统计复用方式，其复用的步骤包括：

1、判断当前数据帧是否发送完毕；如果未发送完则继续发送；

2、如果已发送完毕，读取优先权控制字；

3、判断所有媒质接入控制通道的先入先出队列是否有已满的；如果没有，则转入步骤5；

4、如果有，则发送优先级最高，并且媒质接入控制通道的先入先出队列已满的媒质接入控制通道中的数据帧，转入步骤1；

5、判断所有的媒质接入控制通道中是否有完整的包，如果没有，转入步骤7；

6、如果有，则发送优先级最高，并且媒质接入控制通道中具有完整包的媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤1；

7、如果优先级最低的媒质接入控制通道中没有完整的包，插入空包后转入步骤1。

如图10所示，核心处理模块将广域网的数据进行处理并通过千兆比以太网处理模块传输到千兆比以太网的操作步骤包括：

1、接收由广域网接口处理模块传送过来的数据；

2、数据同步；

3、数据校验纠错；

4、拆解数据帧；

5、数据宽度匹配；

6、数据解扰；

7、数据缓存及解复用；

8、发送到千兆比以太网处理模块。

如图11所示，广域网接口处理模块的功能包括：完成广域网接口信号的处理，实现广域网接口信号的电光/光电处理、时钟提取、数据帧字节检测及串并/并串变换。

上面所述的广域网接口信号为2.488Gb/s信号。

如图12所示，系统控制模块执行系统软件程序，完成对各个硬件模块的初始化配置、状态查询和异常告警，并通过数据通讯接口与监控主机通信；管理与监控模块利用数据帧提供网管信息实现至少包括传输质量监测的运行维护管理操作。

如图8所示，数据帧遵守新提出的、相应的新型数据光网适配协议，该数据帧至少包括：定位数据、长度指示数据、类型数据、地址与复用信息、数据帧头校验数据、实际数据段、帧校验数据。

如图9、图10、图11和图12所示，本发明一实施例中设有一个或一个以上的千兆比以太网处理模块、核心处理模块、2.488Gbit/s广域网接口处理模块、系统控制模块以及管理与监控模块。其中各个模块的功能如下：

1、千兆比以太网处理模块，传输适配器的千兆比以太网接口符合IEEE802.3z标准。它完成光接口处理、串并/并串转换、8B/10B编解码、媒质接入控制处理模块等四个功能单元的操作。实现千兆比以太网数据帧的生成、发送以及接收、处理。

2、核心处理模块，该模块完成整个系统的核心处理操作，其依靠硬件处理完成对数据的复用/去复用、数据缓存与适配、数据帧处理、系统资源控制与仲裁。

3、广域网接口处理模块，该模块完成2.488Gb/s广域网接口信号的处理，实现2.488Gb/s信号的电光/光电处理、时钟提取、串并/并串变换等操作。

4、系统控制模块，该模块的硬件由CPU及其存储器组成。其执行系统软件程序，完成对各个硬件模块芯片的初始化配置、状态查询和异常告警，并通过串行接口与监控主机上的控制软件通信。

5、管理与监控模块，该模块利用数据帧提供的丰富而灵活的网管开销实现必要的运行维护管理操作；其中最为关键的是传输质量监测。千兆比以太网接口没有相应的定义，因此只有广域网传输接口具备这些功能。数据帧专门提供了网管帧，以便下游的设备将链路传输质量和故障信息能实时地通知其上游的设备。

如图8所示，上面所述的数据帧符合所提出的新的数据光网适配协议(Data Optical Network Adapt，以下简称为DONA)，该数据帧至少包括：定位数据、长度指示数据、类型数据、地址与复用信息、数据帧头校验数据、实际数据段、帧校验数据。SDH与千兆比以太网都不是为光因特网设计的，因此存在着这样那样的弊端，因此，利用符合DONA协议的数据帧结构，在广域网中可以脱离SDH等传输标准直接在波分复用网络中传输IP数据。

其中，在本实施例的数据帧结构中包括：

1)定位字节：包括特殊标识字节，用于识别每帧的起始位置；

2)长度指示：表示整个数据帧的长度；

3)类型指示：说明这一帧是业务数据帧还是网管数据帧或空帧，以及业务数据的协议类型等；

4)地址与复用信息：在千兆比传输适配器中用做不同千兆比以太网端口的标识，将来还可扩展为标记域；

5)帧头CRC：帧头CRC承载对长度、地址与类型指示进行CRC16计算得出的值。接收方可以用它对帧头的信息进行检验，其多项式为：

x¹⁶+x¹²+x⁵+1

6)数据净荷：承载业务数据或网管信息数据，具体为何种类型由帧头中类型指示定义；

7)帧校验：系统对整个帧进行CRC32计算并把结果放在帧校验开销中，接收侧可以依次进行帧数据的检验。其多项式为：

x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

以上的数据帧具有以下优点：

1、面向IP优化，操作简单

DONA是变长数据帧，其格式与IP数据报和以太网帧类似。因此传输适配器进行千兆比以太网数据包的封装/解封装，无需进行数据的分帧和重组，只要在每个数据报的报头和报尾简单的添加/剥去几个开销字节。因此设备操作复杂度低，可靠性高；

2、带宽利用率高

DONA协议只要求在上层变长数据包的开头和尾部添加几个开销字节，避免了数据编码和SAR操作带来的带宽损失，带宽利用率很高；

3、网管开销灵活高效

千兆比以太网原本是一种局域网技术，在广域网中传输的一个重大弱点是缺乏网管与传输质量监控能力；而SDH虽然有丰富的开销和强大的网络管理功能，但这些功能是针对传统话音网络设计的，在数据网络中并不完全必要；随着波分复用网络的发展，波分复用层也将具有物理层的管理与监控功能，与SDH存在功能重叠。因此在DONA帧的设计中，必须考虑到广域网传输环境与需求，以及波分复用物理层的功能，提供丰富且恰当的管理与监控功能，能够实现物理层故障的快速定位、节点设备间运行维护管理信息的传递。

在DONA帧结构中，设置帧类型指示，用以标识该帧是业务帧还是系统使用的网管信息。这是一种面向消息的网管开销，与SDH面向比特的网管开销设置有很大不同。这种方式的主要优点是使用灵活、占用带宽少、可扩展性强。设备在有需要时才分配带宽，既避免了不必要的带宽浪费，又保证了在需要时有足够的系统资源和带宽用于网络管理，并且可以根据不断变化的网络需求增加新的网管功能。

在本实施例中定义了以下几类网管信息帧：

缺陷指示帧：对应最为关键和紧急的指示命令，如保护倒换等。需要有最高的处理等级和最快的处理速度，接收方由硬件对数据进行分析和执行对应的操作。

配置协商与性能指示帧：完成向双方传递各自的工作配置信息、定时发送接收CRC错误包与丢包率等传输性能参数等操作，以便对方了解网络线路传输质量，为选路等操作提供信息。

网管数据通路：作为独立的控制通路，用于设备和网管之间的数据通信。

如图13所示，本发明的复用方式为多路信号统计复用方式；由于传输适配器能够同时接入多路千兆比以太网信号，因此存在着多路信号的复用与解复用问题。传输适配器提供的是点对点的连接，广域网接口接收到数据后，要能够区分数据包应去往哪个千兆比以太网端口。

由于在千兆比以太网链路和广域网2.5Gb/s链路上传送的都是数据包，因此，时分复用的方法是很不合理的，而采用统计复用的方式，则可以根据不同端口分配标签，依靠标签去实现解复用功能。

上面所述的统计复用方式有如下优点：

实现相对简单：适配器的千兆比以太网端口和广域网2.5Gb/s端口传送的都是数据包，使用统计复用技术最为合理，硬件实现相对简单。

无需寻址操作：路由器设备需要对每个数据包的地址进行分析，并查找地址表，才能为数据找到合适的下一跳地址和端口。IP到波分复用光网络传输适配设备将寻址功能交给局域网第三层交换机与广域网高性能交换路由器，不需要对每个数据包的以太网地址或IP地址进行分析和寻址，极大简化了设备负担和成本。

带宽分配灵活：数据流量具有突发性，比特率在不断变化，传统的TDM技术中采用时隙复用方式，为每个支路信号分配的带宽是固定的，会带来很大的带宽浪费。采用传输适配器中的复用方式后，每路信号占有的带宽是动态变化的，可以根据各端口流量和优先级等因素实时调整，提高了网络带宽的利用率和业务数据的传送性能。

提高带宽利用率：由于数据业务的突发性，每个千兆比以太网链路的瞬时信息量在不断变化，如果使用时分复用技术，每个以太网端口信息在2.5Gb/s链路中必须占据固定的带宽，在以太网端口数据流量较小时，必然造成带宽的浪费。使用统计复用技术，能够根据流量灵活的分配2.5Gb/s链路的带宽，最大限度的充分利用宝贵的广域网带宽资源。正是基于这个特点，适配器能够提供超过两路的多路复用。

一路千兆比以太网信号的信息速率是1Gbit/s，广域网接口的线路速率是2.488Git/s，即使考虑到DONA协议的帧开销，承载两路GbE后，广域网仍有部分剩余带宽。为了节省宝贵的广域网带宽资源，考虑到数据业务的突发性，以及适配器能够通过统计复用灵活的分配带宽，可以允许一个传输适配器承载超过2路的GbE信号。

在正常状况下，GbE的线路使用率不会超过80％。如果接入3路信号，每路利用率都是80％计算，总的信息速率是1G×80％×3＝2.4G。DONA协议具有开销简单，传输效率高的特点，可以承载这样的业务信息速率。但是如果3路以太网信号同时达到或接近最大信息速率，总带宽就超过了2.488G，要是没有对应的处理措施，就可能会导致传输适配器缓存溢出、队列拥塞，丢包率将急剧上升。因此，首先采取以太网端口的流量控制，在传输适配器的以太网端口实施流量控制，减小每路的流量；然后规定相应业务的优先级，事先为不同的端口定义不同的优先级，以保证高优先级端口业务的性能。

因此，本实施例以三路信号为例，其统计复用的步骤如下：

1、判断当前数据帧是否发送完毕；如果未发送完则继续发送；

2、如果已发送完毕，读取优先权控制字；

3、判断三个媒质接入控制通道的先入先出队列是否有已满的；如果没有，则转入步骤9；

4、判断优先级最高的媒质接入控制通道的先入先出队列是否已满，如果未满，转入步骤6；

5、发送优先级最高的媒质接入控制通道中的数据帧，转入步骤1；

6、判断剩下两路媒质接入控制通道的先入先出队列是否都已满；如果不是，转入步骤8；

7、发送优先级高的媒质接入控制通道中的数据帧，转入步骤1；

8、发送两路媒质接入控制通道的先入先出队列已满的媒质接入控制通道中的数据帧，转入步骤1；

9、判断优先级最高的媒质接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，则发送该媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤1；

10、判断优先级次高的媒质接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，则发送该媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤1；

11、判断优先级最低的媒质接入控制通道中是否有的完整的包，如果有，则发送该媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤1；

12、插入空包后转入步骤1。

利用上述的DONA帧，本实施例的系统控制模块按照相应的流程完成对各个硬件模块芯片的初始化配置、状态查询和异常告警，通过串行接口与监控主机通信；及管理与监控模块利用DONA帧提供的网管开销实现相应的运行维护管理操作，其中包括传输质量监测。利用DONA帧专门提供的网管帧，使得下游设备将链路传输质量和故障实时能及时通知其上游的设备。

Claims (11)

1、一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：承载IP数据的千兆比以太网与IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的千兆比以太网处理模块通信；IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的广域网接口处理模块与波分复用光网络通信；IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的核心处理模块将千兆比以太网的数据进行处理并通过广域网接口处理模块传输到波分复用光网络，具体步骤如下：

a、接收由千兆比以太网处理模块传送过来的数据；并对该数据进行缓存、复用；

b、产生校验数据；

c、组织数据帧；

d、数据加扰；

e、将数据进行宽度匹配后发送到广域网接口处理模块；

所述的数据帧遵守所提出的数据光网适配DONA协议，该数据帧至少包括：定位数据、长度指示数据、类型数据、地址与复用信息、帧头校验数据、实际数据段、帧校验数据。

2、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：千兆比以太网处理模块生成、发送、接收以及处理千兆比以太网数据，其至少包括：光电转换、串并行转换、8位数据到10位数据的编解码、链路同步、发送接收状态机、发送接收缓存和控制的功能。

3、如权利要求1或2所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：所述的千兆比以太网处理模块的千兆比以太网接口符合IEEE 802.3z标准。

4、如权利要求1或2所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：千兆比以太网处理模块为一个或一个以上。

5、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：核心处理模块在产生校验数据的步骤之后，还将根据链路需要产生并插入空帧。

6、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：该复用的方式为多路信号统计复用方式，其复用的步骤包括：

a、判断当前数据帧是否发送完毕；如果未发送完则继续发送；

b、如果已发送完毕，读取优先权控制字；

c、判断所有媒质接入控制通道的先入先出队列是否有已满的；如果没有，则转入步骤e；

d、如果有，则发送优先级最高，并且媒质接入控制信道的先入先出队列已满的媒质接入控制信道中的数据帧，转入步骤a；

e、判断所有的媒质接入控制信道中是否有完整的包，如果没有，转入步骤g；

f、如果有，则发送优先级最高，并且媒质接入控制通道中具有完整包的媒质接入控制通道中的数据帧；转入步骤a；

g、如果优先级最低的媒质接入控制通道中没有完整的包，插入空包后转入步骤a。

7、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：广域网接口处理模块的功能包括：完成广域网接口信号的处理，实现广域网接口信号的电光/光电处理、时钟提取、数据帧字节检测及串并/并串变换操作。

8、如权利要求7所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：广域网接口信号为不小于1Gb/s的信号。

9、根据权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：IP数据到波分复用光网络传输适配设备中的核心处理模块还将波分复用光网络的数据进行处理并通过千兆比以太网处理模块传输到千兆比以太网，具体步骤如下：

a、接收由广域网接口处理模块传送过来的数据；

b、数据同步；

c、数据校验纠错；

d、拆解数据帧；

e、数据宽度匹配；

f、数据解扰；

g、数据缓存及解复用；

h、发送到千兆比以太网处理模块；

所述的数据帧遵守所提出的数据光网适配DONA协议，该数据帧至少包括：定位数据、长度指示数据、类型数据、地址与复用信息、帧头校验数据、实际数据段、帧校验数据。

10、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：所述的传输适配设备还包括系统控制模块，该模块完成对各个硬件模块芯片的初始化配置、状态查询和异常告警，并通过数据通讯接口与监控主机通信。

11、如权利要求1所述的一种网络协议IP数据的波分复用光网络传输适配方法，其特征在于：所述的传输适配设备还包括管理与监控模块，该模块利用数据帧提供网管信息实现至少包括传输质量监测的运行维护管理操作。

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