CN1731770A

CN1731770A - 非对称数字环路路由设备及接口卡

Info

Publication number: CN1731770A
Application number: CNA2005100901901A
Authority: CN
Inventors: 魏初舜; 余昌刚; 段嘉华; 杨建�
Original assignee: Hangzhou Huawei 3Com Technology Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: CN100448226C

Abstract

本发明公开了一种ADSL路由设备，包括ADSL接口卡和主控卡，ADSL接口卡包括ADSL调制解调单元和接口卡处理单元，其中ADSL调制解调单元与接口卡处理单元连接，进行承载ADSL数据的数字信号与异步传输模式适配层AAL数据包之间的转换；接口卡处理单元将AAL数据包中的ADSL数据传输至主控卡，并将从主控卡接收的ADSL数据封装在AAL数据包中传输至ADSL调制解调单元。本发明还公开了一种ADSL接口卡。本发明降低了ADSL接口卡的制造成本，避免了由于ATM芯片供应商减少造成的选择性差，同时降低了ADSL接口卡的设计难度，增加了走线距离。

Description

非对称数字环路路由设备及接口卡

技术领域

本发明涉及路由设备与ADSL(非对称数字环路，Asymmetric DigitalSubscriber Line)，尤其涉及一种ADSL路由设备接口卡。

背景技术

ADSL是在普通电话线上传输高速数字信号的技术。通过采用新的调制技术在普通电话线上利用新的传输特性，在不影响原有语音信号的基础上，扩展了电话线路的功能。ADSL使用普通电话线作为传输介质，传统的MODEM(调制解调器)只使用电话线0K-4KHz(千赫)的低频段进行传输，而电话线理论上有接近2MHz(兆赫)的带宽，ADSL正是因使用了26KHz以后的高频带才能提供如此高的速度。其具体工作流程是：在上行方向，数据经ADSLMODEM编码后，信号通过分离器与语音信号合成接入电话线，在电话局通过一个信号分离器，将语音信号传输至交换机上，将数字信号传输至ADSL局端设备。下行方向类似。

在路由设备中ADSL接口卡的应用非常普遍。现有技术中，ADSL路由设备及其上的ADSL接口卡的典型结构如图1所示。路由设备中的CPU(Central Process Unit，中央处理器)系统110通过总线与ADSL接口卡120连接，总线可以是PCI(Peripheral Component Interconnect，外围部件互连)、ISA(Industry Standard Architecture，工业标准架构)、UTOPIA(Universal Test&Operations Physical Interface for ATM，ATM全局测试及操作的物理接口)或其他可寻址的总线，在图1中为PCI总线。ADSL接口卡120包括ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)芯片121和ADSL CPE(Customer Premises Equipment，用户端设备)编解码芯片122。ATM芯片121与ADSL CPE编解码芯片122之间有两条连接通道，UTOPIA接口和本地总线连接。ADSL接口卡120向外部提供RJ11接口。

在发送时，由CPU系统110将数据组成满足ATM适配层(AAL)要求的帧格式，如IP(Intemet Protocol，互联网协议)帧、PPP(Point to Point Protocol，点到点协议)帧、PPPoE(Point-to-Point Protocol Over Ethemet，基于以太网的点对点协议)帧等，经PCI总线传输至ATM芯片121；ATM芯片121将数据帧转换成AAL信号，由UTOPIA接口传输至ADSL CPE编解码芯片122；ADSL CPE编解码芯片将AAL信号转换成电话线路信号，通过RJ11接口输出。接收时的过程与上述相反。

现有技术的ADSL接口卡中ATM芯片的价格相当高；而且由于ATM芯片与CPU系统、ADSL CPE编解码芯片中间采用并行总线连接，而并行总线对布线有严格要求，只能支持很短的走线距离；同时，并行总线的管脚数目相当多，造成ADSL接口卡的设计难度大，制造成本高。

发明内容

本发明要解决的是现有技术的路由设备中ADSL接口卡的制造成本高、设计难度大、走线距离短的问题。

本发明所述非对称数字环路ADSL路由设备包括ADSL接口卡和主控卡，所述ADSL接口卡包括ADSL调制解调单元和接口卡处理单元，其中：

ADSL调制解调单元与接口卡处理单元连接，进行承载ADSL数据的数字信号与异步传输模式适配层AAL数据包之间的转换；

接口卡处理单元将AAL数据包中的ADSL数据传输至主控卡，并将从主控卡接收的ADSL数据封装在AAL数据包中传输至ADSL调制解调单元。

优选地，所述ADSL接口卡还包括接口卡连接单元，与接口卡处理单元连接，用来形成与主控板之间的传输路径；

通过所述接口卡连接单元传输的数据按设定格式封装为传输帧。

优选地，所述ADSL路由设备还包括设备连接单元，所述主控卡还包括设备处理单元，其中：

设备连接单元与接口卡连接单元相连接，用来形成接口卡处理单元和设备处理单元间的传输路径；

设备处理单元与设备连接单元相连接，用来对ADSL数据进行路由；

所述设备连接单元位于ADSL接口卡或主控卡上。

优选地，所述接口卡处理单元包括AAL模块、接口卡管理模块和接口卡传输处理模块，其中：

AAL模块从ADSL调制解调单元接收的AAL数据包中解析出ADSL数据并传输至接口卡传输处理模块，以及将从接口卡传输处理模块接收的ADSL数据封装为AAL数据包并传输至ADSL调制解调单元；

接口卡管理模块，连接至接口卡传输处理模块，用来与设备处理单元传输管理数据，执行ADSL接口卡的管理操作；

接口卡传输处理模块用来将ADSL数据或管理数据按设定格式封装为传输帧，以及按设定格式从传输帧中解析出ADSL数据或管理数据；

所述设备处理单元包括设备转发模块、设备管理模块和设备传输处理模块，其中：

设备转发模块进行ADSL数据的路由；

设备管理模块连接至设备传输处理模块，用来与ADSL接口卡传输管理数据，指定ADSL接口卡的管理操作；

设备传输处理模块将ADSL数据或管理数据按设定格式封装为传输帧，以及按设定格式从传输帧中解析出ADSL数据或管理数据。

优选地，所述传输帧包括管理帧和ADSL帧，管理帧中包括管理数据，ADSL帧中包括ADSL数据；所述设定格式具有区分管理帧和数据帧的标识字段，接口卡传输处理单元根据所述标识字段将解析出的数据传输至接口卡管理模块或AAL模块，设备传输处理单元根据所述标识字段将解析出的数据传输至设备管理模块或设备转发模块。

优选地，所述接口卡连接单元和设备连接单元为以太网接口或通用串行总线USB接口。

优选地，所述ADSL接口卡还包括混合滤波变压器、模拟前端AFE单元和内存单元，其中：

混合滤波变压器将从AFE单元接收的模拟信号混合进线路信号后从外接线路输出，以及对从外接线路上接收的信号进行滤波并将滤波后的模拟信号传输至AFE单元；

AFE单元与ADSL调制解调单元连接，对输入、输出ADSL接口卡的信号进行模数、数模转换；

内存单元与接口卡处理单元相连接，用来进行数据存储。

优选地，所述AFE单元、ADSL调制解调单元、接口卡处理单元和接口卡连接单元由ADSL单片系统SOC芯片实现。

优选地，所述ADSL调制解调单元和接口卡处理单元由ADSL单片系统SOC芯片实现。

本发明还提供了一种路由设备中的ADSL接口卡，与路由设备的主控板连接，包括ADSL用户端设备CPE单元、接口卡处理器系统单元、接口卡以太网接口和内存单元，其中：

ADSL CPE单元进行输入、输出ADSL接口卡的模拟信号与AAL数据包之间的转换；

接口卡处理单元将AAL数据包中的ADSL数据封装为以太网帧通过接口卡以太网接口传输至路由设备的主控板，并将从主控板接收的以太网帧中解析出ADSL数据，将其封装在AAL数据包中并传输至ADSL CPE单元；

接口卡以太网接口用来在接口卡处理单元和路由设备的主控板之间进行以太网帧传输；

内存单元与接口卡处理单元连接，用来进行接口卡处理单元的数据存储。

优选地，所述ADSL接口卡还包括混合滤波变压器，将从ADSL CPE单元接收的模拟信号混合进线路信号后从外接线路输出，以及对从外接线路上接收的信号进行滤波并将滤波后的模拟信号传输至ADSL CPE单元。

优选地，所述ADSL CPE单元、接口卡处理单元和接口卡以太网接口由ADSL单片系统SOC芯片实现。

本发明中接口卡采用ADSL MODEM处理器完成AAL数据包至ADSL数据的转换，取代了现有技术的ATM芯片，不仅降低了ADSL路由设备接口卡的制造成本，也避免了由于ATM芯片的供应商逐渐减少造成的选择性差；

同时，本发明中接口卡连接单元和设备连接单元采用以太网接口或USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口，减少了连接的管脚数目，降低了设计难度，并能够支持更长的走线距离。

附图说明

图1为现有技术中典型的ADSL路由设备及其上ADSL接口卡的结构图；

图2为ADSL SOC芯片的结构示意图；

图3为本发明中ADSL路由设备的结构图；

图4为本发明中ADSL接口卡实施例一的结构图；

图5为本发明中ADSL接口卡实施例二的结构图；

图6为实施例二中数据在接口卡和主控板中的处理流程图。

具体实施方式

为了降低ADSL设备的制造成本，多数ADSL CPE编解码芯片设计厂家直接提供集成度很高的SOC(System On a Chip，单片系统)方案，在ADSL SOC芯片中集成了CPU，其典型结构如图2所示。

ADSL SOC芯片包括ADSL CPE单元210、CPU单元220和连接接口230，其中，ADSL CPE单元210包括AFE(Analog Front End，模拟前端)电路211和ADSL MODEM芯片212。在接收时，AFE电路211对输入信号进行模拟到数字的转换，ADSL MODEM芯片212从数字信号中提取出AAL数据包传输至CPU单元220；CPU单元220从AAL数据包中提取出ADSL数据，如果连接接口230为以太网接口，则将ADSL数据封装为以太网帧，如果连接接口230为USB接口，则将ADSL数据按照USB规范进行封装，之后将封装后的数据帧从连接接口230转发。发送时过程相反。

本发明中采用ADSL SOC芯片实现路由设备中的ADSL接口卡。ADSLSOC芯片因制造厂商和型号不同其结构也有所区别，有的ADSL SOC芯片不包括AFE电路，有的不包括以太网接口或USB接口，因此在本发明中可能需要根据选用的ADSL SOC芯片外接AFE电路、以太网接口或USB接口。

图3所示为本发明中包括ADSL接口卡的路由设备的结构图。混合滤波变压器310、AFE单元320、ADSL调制解调单元330、接口卡处理单元340、接口卡连接单元350、设备连接单元360和设备处理单元370逐个串接，外接线路与混合滤波变压器310连接。

在接收时，外接线路上复用的模拟信号输入到混合滤波变压器310。混合滤波变压器310对输入信号进行滤波、放大、功率匹配和回波抵消后，将包含ADSL数据的模拟信号传输至AFE单元320。混合滤波变压器310同样也用于现有的ADSL路由器中；

AFE单元320通过A/D(模数)转换将包含ADSL数据的模拟信号转换为数字信号，在进行时钟恢复和线路均衡后传输至ADSL调制解调单元330；

ADSL调制解调单元330从承载ADSL数据的数字信号中解析出AAL数据包，将其传输至接口卡处理单元340；

接口卡处理单元340从AAL数据包中解析出ADSL数据，根据接口卡连接单元350和设备连接单元360的接口类型封装ADSL数据，之后传输至设备处理单元370；

路由设备可以对ADSL接口卡进行管理，例如设置接口卡的工作模式、要求接口卡返回工作状态参数、对接口卡进行软件升级等，在接口卡一侧由接口卡处理单元340中的接口卡管理模块342来完成这些管理工作，包括与设备处理单元370传输管理数据，执行ADSL接口卡的管理操作等。接口卡处理单元340中，AAL模块341从ADSL调制解调单元330接收的AAL数据包中解析出ADSL数据，将其传输至接口卡传输处理模块343；接口卡传输处理模块343还与接口卡管理模块342连接，管理数据和ADSL数据都通过其传输至设备处理单元370。接口卡传输处理模块343根据设定格式将数据封装为传输帧，在设定格式中包括一个标识字段，通过在此标识字段中写入不同的值接口卡传输处理模块343将管理数据封装为管理帧，将ADSL数据封装为ADSL帧，并通过接口卡连接单元350和设备连接单元360传输至设备处理单元370；

接口卡处理单元340通常由包括CPU的芯片实现，在该芯片自带的内存不能满足需要时，还需要外接内存单元，扩展其数据存储能力；

接口卡连接单元350和设备连接单元360及其间的连接形成了接口卡处理单元340和设备处理单元370之间的传输路径。接口卡连接单元350一般都位于ADSL接口卡上，设备连接单元360可以位于ADSL接口卡上，也可以位于路由设备的主控板上。接口卡连接单元350和设备连接单元可以同时是以太网接口，也可以同时是USB接口；

设备处理单元370通常安装在路由设备的主控板上，主要用来对ADSL数据进行路由，还可以进行ADSL接口卡的管理。与接口卡处理单元对应，设备处理单元370中，设备传输处理模块371将接收的传输帧按照设定格式解析为ADSL数据或管理数据，将ADSL数据传输至设备转发模块372，由其对ADSL数据进行路由，将管理数据传输至设备管理模块373。

在发送时，设备处理单元370中的设备转发模块372将要从ADSL接口卡转发的ADSL数据传输至设备传输处理模块371；设备管理模块373要向接口卡处理单元340传输的管理数据也传输至设备传输处理模块371，在管理数据中可以指定ADSL接口卡的管理操作；设备传输处理模块371按照设定格式将ADSL数据、管理数据分别封装为ADSL帧或管理帧，通过设备连接单元360和接口卡连接单元350传输至接口卡处理单元340；

接口卡处理单元340中，接口卡传输处理模块343按照设定格式区分接收到的传输帧是ADSL帧还是管理帧，从ADSL帧中解析出ADSL数据传输至AAL模块341，从管理帧中解析出管理数据传输至接口卡管理模块343；AAL模块341将ADSL数据封装为AAL数据包，将其传输至ADSL调制解调单元330；接口卡管理模块343执行管理数据中指定的管理操作；

ADSL调制解调单元将AAL数据包转换为数字信号，并将其传输至AFE单元320；

AFE单元通过D/A(数模)转换将数字信号转换为包括ADSL数据的模拟信号，进行线路均衡后传输至混合滤波变压器310；

混合滤波变压器310将接收的数字信号混合进外接线路上原有的信号中，并将其输出。

可见，在图3所示的ADSL路由设备中，AFE单元320、ADSL调制解调单元330、接口卡处理单元340和接口卡连接单元350可以由ADSL SOC芯片实现。对于不包括AFE电路和以太网或USB接口的ADSL SOC芯片，可以用其来实现ADSL调制解调单元330和接口卡处理单元340。

接口卡和路由设备主控板之间的分界线既可以是图3中的A-A，此时接口卡和路由设备之间通过以太网或USB连接；也可以是图3中的B-B，此时设备连接单元360位于接口卡上，可以作为基于现行以太网接口或USB接口卡基础上提供新的业务接口。本发明推荐采用A-A分界线，以太网和USB连接具有更少的连接信号和更长的传输距离。

以接口卡连接单元350和设备连接单元360是以太网接口为例，在接口卡处理单元340和设备处理单元370之间传输的以太网帧可以采用不同于标准以太网帧的格式，而由用户自主定义，只需要有目的MAC(Media AccessControl，媒介接入控制)地址和源MAC地址即可，在同时传输管理数据的情况下还需要有帧类型的标识字段。

对管理帧，用户可以在帧头中加入标识管理信息的字段，以明确本帧管理数据的用途，如对ADSL接口卡进行PVC(Permanent Virtual Connection，永久虚连接)的设置或要求ADSL接口卡上报ADSL的线路状态。

例如，可以定义以太网帧头格式如下：

typedef struct tagETHERHDR_FORADSL_SOC

{

UCHAR ucHdrDstMacAddr[6]；/*目的MAC地址*/

UCHAR ucHdrSrcMacAddr[6]；/*源MAC地址*/

/*帧头的以下字段为自定义，在主控板侧与在接口卡侧的对应定义一致*/

UCHAR ucControlOrDataType；/*以太包数据类型*/

enum enumEtherHdrForAdsl2plus

{

ETHERHDR_FORADSL_DATA＝0，/*ADSL业务数据*/

ETHERHDR_FORADSL_CONTROL，/*管理控制数据*/

ETHERHDR_FORADSL_DEBUG_PRINT，/*调试信息*/

ETHERHDR_FORADSL_UPGRADE，/*接口卡软件升级*/

}

UCHAR ucResv1；/*for 16-byte alignment*/

USHORT usCommand；/*配置命令字*/

ULONG ulVccIndex；/*数据发送时为VccIndex，数据接收时为相应的vpi/vci*/

ULONG ulValidParaSize；/*主控板侧接收的时候，数据的有效长度(不含自定义的以太帧头)*/

ULONG ulResv3；/*for1 6-byte alignment*/

ULONG ulReturn；/*接口卡侧执行配置命令后的返回值*/

}ETHERHDR_FORADSL_SOC_S；/*帧头结束*/

从以上示例中可以看出，路由设备主控板侧与接口卡侧通过以太网连接，不仅可以传输ADSL数据，还可以传输管理数据，包括对接口卡的软件进行升级。

图4所示为本发明中ADSL接口卡的第一实施例。第一实施例中，ADSLSOC芯片包括ADSL调制解调单元330和接口卡处理单元340，接口卡处理单元340外接了扩展的内存单元380；ADSL SOC芯片外接AFE单元320后通过混合滤波变压器310连接到电话线路，在另一端ADSL SOC芯片外接接口卡以太网接口351后与设备以太网接口361连接；设备以太网接口361位于ADSL接口卡上，连接到路由设备的主控板上的处理器上。本实施例中接口卡与主控板的分界线为B-B。

图5所示为ADSL接口卡的第二实施例。第二实施例中，AFE单元320和ADSL调制解调单元330由ADSL CPE单元实现，用来在输入、输出ADSL接口卡的模拟信号与AAL数据包之间进行转换；ADSL CPE单元通过混合滤波变压器310与外接线路连接，另一端与接口卡处理单元340连接；接口卡处理单元340外接扩展的内存单元380，并通过接口卡以太网接口351与路由设备的主控板连接。接口卡处理单元340从ADSL CPE单元接收AAL数据包，从中解析出ADSL数据，封装为以太网帧后通过接口卡以太网接口351传输至路由设备主控板的CPU；对从接口卡以太网接口351接收的以太网帧，接口卡处理单元340从中解析出ADSL数据，封装为AAL数据包，并传输至ADSL CPE单元。

实施例二中的ADSL CPE单元、接口卡处理单元340和接口卡以太网接口351可以由ADSL SOC芯片实现，并且接口卡和主控板之间，采用A-A作为分界线。

图6所示为实施例二中ADSL数据和管理数据在接口卡和主控板中的处理流程。路由设备主控板与接口卡之间的以太网需要传递两大类数据：ADSL数据和管理数据。

ADSL数据的收发流程如下：在上行方向，从其他端口(通常是其他以太网端口)来的数据经过路由设备主控板侧的数据平面完成相关协议处理，组成满足ATM AAL层要求的数据包，并将该数据包组成以太网帧发送给接口卡，接口卡侧的ADSL SOC芯片将此数据包取出并传递给AAL模块，最后通过ADSL线路发送给DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线路接入复用器)；下行方向的处理流程类似，ADSL SOC芯片完成AAL数据包到以太网帧的封装，路由设备主控板侧从以太网帧提取AAL数据包，主控板侧的数据平面完成相关协议处理。

对接口卡进行管理的数据处理流程如下：

路由设备主控板侧的管理平面将给接口卡的指令和执行该指令的数据封装为以太网帧，并发送给接口卡；接口卡侧提取出指令和相关数据，并根据指令和相关数据执行管理操作，如PVC的设置等；接口卡侧可以主动上报状态，如ADSL线路状态和执行相关管理操作的结果，此时也是通过将指令和相关结果数据或状态数据封装到以太网帧，并传递给主控板侧，主控板侧提取指令和相关结果数据或状态数据上报给管理平面。

本发明采用ADSL MODEM处理器完成AAL数据包至ADSL数据的转换，取代了现有技术的ATM芯片，不仅降低了ADSL路由设备接口卡的制造成本，也避免了由于ATM芯片的供应商逐渐减少造成的选择性差；同时，本发明在ADSL接口卡和路由设备的主控板之间采用以太网或USB接口，减少了连接的管脚数量，降低了设计和实现的难度，增加了走线距离。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种非对称数字环路ADSL路由设备，其特征在于，包括ADSL接口卡和主控卡，所述ADSL接口卡包括ADSL调制解调单元和接口卡处理单元，其中：

2.按照权利要求1所述的ADSL路由设备，其特征在于：所述ADSL接口卡还包括接口卡连接单元，与接口卡处理单元连接，用来形成与主控板之间的传输路径；

3.按照权利要求2所述的ADSL路由设备，其特征在于，所述ADSL路由设备还包括设备连接单元，所述主控卡还包括设备处理单元，其中；

所述设备连接单元位于ADSL接口卡或主控卡上。

4.按照权利要求3所述的ADSL路由设备，其特征在于，所述接口卡处理单元包括AAL模块、接口卡管理模块和接口卡传输处理模块，其中：

设备转发模块进行ADSL数据的路由；

5.按照权利要求4所述的ADSL路由设备，其特征在于：所述传输帧包括管理帧和ADSL帧，管理帧中包括管理数据，ADSL帧中包括ADSL数据；所述设定格式具有区分管理帧和数据帧的标识字段，接口卡传输处理单元根据所述标识字段将解析出的数据传输至接口卡管理模块或AAL模块，设备传输处理单元根据所述标识字段将解析出的数据传输至设备管理模块或设备转发模块。

6.按照权利要求3所述的ADSL路由设备，其特征在于，所述接口卡连接单元和设备连接单元为以太网接口或通用串行总线USB接口。

7.按照权利要求1至6任意一项所述的ADSL路由设备，其特征在于：所述ADSL接口卡还包括混合滤波变压器、模拟前端AFE单元和内存单元，其中：

内存单元与接口卡处理单元相连接，用来进行数据存储。

8.按照权利要求7所述的ADSL路由设备，其特征在于：所述AFE单元、ADSL调制解调单元、接口卡处理单元和接口卡连接单元由ADSL单片系统SOC芯片实现。

9.按照权利要求1所述的ADSL路由设备，其特征在于，所述ADSL调制解调单元和接口卡处理单元由ADSL单片系统SOC芯片实现。

10.一种路由设备中的ADSL接口卡，与路由设备的主控板连接，其特征在于，包括ADSL用户端设备CPE单元、接口卡处理器系统单元、接口卡以太网接口和内存单元，其中：

11.按照权利要求10所述的ADSL接口卡，其特征在于：所述ADSL接口卡还包括混合滤波变压器，将从ADSL CPE单元接收的模拟信号混合进线路信号后从外接线路输出，以及对从外接线路上接收的信号进行滤波并将滤波后的模拟信号传输至ADSL CPE单元。

12.按照权利要求10所述的ADSL接口卡，其特征在于：所述ADSL CPE单元、接口卡处理单元和接口卡以太网接口由ADSL单片系统SOC芯片实现。