CN1780193B - 一种基于通用成帧规程的分插复用方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及网络传输技术，为了解决提高分插复用率，提供了一种基于通用成帧规程的分插复用方法、装置及系统，将多个节点之间的多个千兆比特以太网连接通过通用成帧规程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的千兆比特以太网连接组峰值带宽之和，多个千兆比特以太网通过缓冲区对所承载的有效数据进行统计复用，并且在网络发生拥塞时按优先级处理。实现了多种类型多个数据业务的统计分插复用，并可用于多种突发模式数据业务的统计ADM实现，甚至是多种业务混合的统计ADM。
Description
技术领域
本发明涉及网络复用技术，特别涉及宽带网络信道复用技术，具体的讲是一种基于通用成帧规程的分插复用方法、装置及系统。
背景技术
随着Internet的不断发展，网络上传递的数据量越来越庞大，以往的窄带网络已经不能够满足人们的需要，所以就出现了很多具有代表性的宽带技术。通用成帧规程(GFP)在ITU-T G.7041/Y.1303定义，它是一种新型的数据链路成帧协议，主要针对基于字节同步传输信道的块状编码或面向分组的数据流。
GFP不像高级数据链路控制规程(HDLC：High Level Data Link Control)以特定字符填充帧头来确定帧边界，而是借鉴了异步传输模式(ATM：AsynchronousTransfer Mode)的帧定位方法，使用以帧头错误检验(HEC)为基础的自描述技术，通过两字节当前帧的净负荷长度和两字节的帧头错误检验来确定帧的边界，因此克服了靠帧标志定位带来的种种缺点，适合高速处理。因为GFP的帧头同时就是净负荷长度指示，因此GFP帧封装形式灵活，可以支持固定或可变长度的数据，能对可变长度的用户协议数据单元(PDU)进行全封装，免去对数据的拆分、重组及对帧的填充，简化了操作，提高了系统的处理速度和稳定度。
GFP的另外一个特征就是引入了空闲帧(IDLE)，当GFP未从业务侧收到任何数据时，自身会产生IDLE帧，以解决业务速率与下层传送服务层速率不匹配的问题，从而保证下层的字节同步传送和上层的数据业务都不会受到任何制约。GFP的IDLE帧特性使得其作为适配层可以适用于任何业务到任何字节同步流的适配(当然下层字节同步流提供的传送带宽要求大于上层业务所需求的带宽才行)，简化了点到点协议(PPP：Point to Point Protocol)、SDH上的链路接入规程(LAPS：Link Access Procedure-SDH)采用标志(FLAG)字节所带来的复杂性，这个特性也是目前GFP得到广泛应用的根本原因。
另一方面，为解决波长利用效率问题，在波分复用系统中，利用传统的波长转换单元实现点到点波长连接已经被更改成带复用或分插复用功能的波长转换单元所替代。多个业务复用到一个波长上传输可以提高波长利用效率，但是这样的应用仍然是点到点的应用模型，只有两个点之间同时存在多个业务才能利用业务复用方式提高波长利用效率，而实际上这种应用模式比较难见到。
在申请人以前所申请的专利号为：200310121902.2的中国专利《一种提高波长利用效率的方法》，提出了分插复用方式来提升波分复用系统波长利用效率的方法。目前用于实现分插复用方式有如下两种：虚容器(VC：VirtualContainer)和GFP CID(Channel ID)。虚容器方法就是利用上面所述的GFP和其它类似适配协议如PPP、LAPS等将上层业务封装到虚容器中，进而再对虚容器进行分插复用处理从而实现业务的分插复用。比如将GE信号通过GFP封装到8个VC4级联的VCG中，然后将这些VC复用成N阶同步传送模块(STM-N：Synchronous Transfer Mode-N：)帧，在目的节点通过对VC进行分插复用处理就可以实现千兆比特以太网(GE：Gigabit Ethernet)的分插复用(ADM：Add Drop Multiplexer)功能。再比如将STM-16装入1级光数据单元(ODU1：Optical Data Unit of level 1)中，而4个ODU1装入ODU2中，通过对ODU1进行分插复用处理，可以实现STM-16的ADM功能。较之虚容器方法，GFP CID方法更简单。比如将GE装入ODU1帧中时，先将GE装入GFP中，但通过为不同的GE指定不同的CID标识，并在目的节点上对不同CID标识的GE进行区分处理，如CID与目的节点下路GE相同的GFP帧在该节点被终结并被下路，而CID与目的节点下路GE不同的GFP帧则穿通该节点，继续延相同方向向下一个节点传输，即可实现GE的分插复用。
虽然上述的虚容器和GFP CID两种方法都可以实现业务的ADM功能，但是两者都有各自的缺点。虚容器方法是为每个业务独立指定了虚容器进行承载，无论该业务是否利用了该虚容器带宽，该虚容器带宽都为该业务保留，而在某运营商由多个GE ADM组成的某网络中，每个GE的实际利用率为30％左右，因此为每个GE预留的带宽实际上都被白白浪费掉，而且没有办法被其它业务使用。虽然可以通过调整每个业务占用的虚容器带宽，比如原来GE需要的8个VC4，现在调整为4个VC4，但这种方式的弹性较小，既无法在流量峰值时为上层的GE业务提供足够的带宽，而且使得上层路由器的GE端口流量变相缩小，没有充分发挥出上层设备的业务能力，同时缩小虚容器带宽方式仍然没有达到在多个业务之间利用“峰谷效应”来平衡彼此的流量需求，达到统计复用的目的。用GFP CID方式实现的GE ADM虽然能让多个GE业务共享同一承载管道的物理带宽，但实际上因为每个GE的流量无法准确预计，而且GFP并未定义流量控制机制，为了使上层业务提供较好的传输特性，现有的实现方式实际上是在下层承载管道上为每个GE的峰值流量之和留下带宽，这种方式的缺点是显而易见的，虽然简化了GE ADM的实现功能，但是降低了单波长上的带宽承载效率。
发明内容
本发明针对以上复用实现方式的缺点，针对性地提出了一种新的分插复用方法及系统。以实现多种类型多个数据业务的统计分插复用，提高带宽利用效率，并可用于多种突发模式数据业务的统计ADM实现，甚至是多种业务混合的统计ADM。
一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于：将多个节点之间的多个千兆比特以太网连接通过通用成帧规程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的千兆比特以太网连接组峰值带宽之和，多个千兆比特以太网通过缓冲区对所承载的有效数据进行统计复用，并且在网络发生拥塞时按优先级处理。
在通用成帧规程规定的帧中定义一CID标识和优先级标识，在网络节点上设置至少一个缓冲区，根据CID标识判断是否是本节点接收的数据，如果是则接收，否则将多个网络节点经过该节点传输的数据存储于缓存区，通过对该节点所有缓冲区的数据进行统计分插复用处理，以实现在该网络节点的一个标识同步接口上的多个同步数据的复用，根据该优先级标识控制缓存区业务传输次序形成拥塞处理机制，在网络拥塞时结合缓存区和拥塞处理机制实现统计分插复用。
所述优先级处理机制为定义优先级标识，根据网络数据业务端口分配的静态优先级标识，或是根据网络传输节点所承载的业务类型动态分配的优先级标识。
所述的网络节点为两个或两个以上。
所述的缓存区的数目大于等于所定义的优先级数目。
不同优先级的数据置于不同的缓存区内。
所述的同步数据的空闲帧被复用映射到相应的同步接口，或是不对空闲帧进行复用而直接放置到缓存队列中。
所述的标识同步接口包括虚容器、光数据单元、虚容器虚级联组、光数据单元虚级联组、同步数字系列、同步光网络或光传送网。
通过通用成帧规程扩展帧头中的优先级分类标识和缓冲区调度机制进行处理，在网络发生拥塞时优先传送高优先级业务，抛弃低优先级业务。
一种基于通用成帧规程的千兆比特以太网统计分插复用装置，其特征在于，一个线路同步接收单元，能将上游来的各种同步接口组合成一个统一的同步接收接口；多个缓冲区，用来存在不同优先级的通用成帧规程数据包；一个线路净荷提取单元，能从线路同步接收单元输出的同步接收信号中提取有效通用成帧规程数据包，并能根据通用成帧规程数据包中的CID标识和优先级标识对其进行分流，需要在本地终结的信号被传递到本地解包封和千兆比特以太网适配单元，其它的根据优先级标识被放置到不同的缓冲区队列中；一个或多个本地解包封及千兆比特以太网适配单元，将线路净荷提取单元传送过来的需要本地终结的通用成帧规程数据包数据进行终结，恢复出千兆比特以太网信号并向上传送给业务设备；一个或多个本地上路千兆比特以太网信号适配及包封单元，将本地千兆比特以太网信号上路信号中的有效净荷提取出来在分配合适的优先级后包封成合适的通用成帧规程数据包并放入到对应的缓冲区队列中；一个调度单元，按照某种调度策略对缓冲区中的内容进行调度；一个通用成帧规程空闲帧产生器，负责产生通用成帧规程空闲帧；一个适配单元，负责将调度单元传送过来的信号以及通用成帧规程空闲帧产生器传送过来的通用成帧规程空闲帧复用并映射到合适的同步接口中；一个发送单元，负责将适配单元产生的同步信号发送到下游节点；
所述的线路同步接收单元与线路净荷提取单元相耦合；
所述的线路净荷提取单元分别与本地解包封及数据适配单元和本地上路千兆比特以太网信号适配及包封单元相耦合；
所述的本地上千兆比特以太网信号适配及包封单元与缓存区相耦合；
所述的缓存区与调度单元相耦合；
所述的调度单元与适配单元相耦合；
所述的通用成帧规程空闲帧产生器位于所述缓存区和所述适配单元之间；
所述的适配单元与发送单元相耦合。
适配单元将调度单元和通用成帧规程数据包的空闲帧产生器输出的通用成帧规程数据包的空闲帧复用并映射到合适的接口中，或者是通用成帧规程数据包的空闲帧产生器将其所输出的通用成帧规程数据包的空闲帧放置入缓冲区队列中，所述适配单元直接对通用成帧规程数据包的空闲帧进行输出。
所述线路同步接收单元包括级联、虚级联方式。
所述本地解包封及数据适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
本地上路数据适配及包封单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
适配单元以级联或者虚级联方式将复用后的通用成帧规程数据包映射到一个或多个标识同步接口中。
一种基于通用成帧规程的千兆比特以太网统计分插复用系统，其特征在于包括一个或多个线路同步接收接口单元，用于终结同步数字系列/同步光网络/光传送网信号并解复用；同步或异步交叉单元，用于对虚容器或光数据单元进行交叉；一个或多个净荷提取单元，能对一个或多个虚容器或光数据单元传送上来的同步信号中提取有效通用成帧规程数据包数据；通用成帧规程数据包缓冲区，包含对应多个不同优先级的缓冲区队列；一个或多个千兆比特以太网适配单元，用于千兆比特以太网客户侧适配，提取有效千兆比特以太网数据并在分配合适的优先级后完成通用成帧规程数据包封；优先级调度及适配单元，对缓冲区队列进行管理并将从缓冲区中抽取的通用成帧规程数据包数据映射到一个或多个虚容器或光数据单元中；空闲帧产生器用于产生通用成帧规程数据包的空闲帧，可以放置于最低优先级缓冲区队列中，也可以直接传递给优先级调度单元用于完成通用成帧规程层与同步层的速率适配；一个或多个线路同步发送接口，完成虚容器和光数据单元的复用并成帧发送；
所述的线路同步接收接口单元与同步或异步交叉单元相耦合；
所述的同步或异步交叉单元分别与净荷提取单元和优先级调度及适配单元相耦合；
所述的通用成帧规程数据包缓冲区分别与净荷提取单元和优先级调度及适配单元相耦合；
所述的空闲帧产生器位于优先级调度及适配单元与通用成帧规程数据包缓冲区之间；
所述的通用成帧规程数据包缓冲区与千兆比特以太网适配单元相耦合；
所述的千兆比特以太网适配单元与线路同步发送接口单元相耦合。
所述线路同步接收接口单元包括级联、虚级联方式。
所述千兆比特以太网适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
千兆比特以太网适配单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
千兆比特以太网适配单元以级联或者虚级联方式将复用后的通用成帧规程数据包映射到一个或多个标识同步接口中。
一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，其特征在于：将多个节点之间的多个不同类型的数据业务连接通过通用成帧规程的处理过程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的数据连接组峰值带宽之和，多个不同业务类型数据业务接口通过缓冲区对所承载的有效负荷进行统计复用，并且在网络发生拥塞时按优先级处理。
所述的网络节点为两个或两个以上。
所述的数据业务必须是具备突发模式的数据业务，突发模式数据业务网络包括但不限于千兆比特以太网(GE)、快速以太网(FE：Fast Ethernet)、光纤信道(FC：Fiber Channel)、企业互联(ESCON：Enterprise Connection)。
所述优先级可以根据业务端口分配的静态优先级标识，也可以是根据各业务端口所承载的业务类型动态分配的优先级标识。
所述的同步数据的空闲帧被复用映射到相应的同步接口，或是不对空闲帧进行复用而直接放置到缓存队列中。
所述的标识同步接口包括虚容器、光数据单元、虚容器虚级联组(VCG：Virtual Concatenation Group)、ODU虚级联组、同步数字系列(SDH：Synchronous Digital Hierarchy)、同步光网络(SONET：SynchronousOptical Network)或光传送网(OTN：Optical Transport Network)。
一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于：一个线路同步接收单元，能将上游来的各种同步接口组合成一个统一的同步接收接口；多个缓冲区，用来存在不同优先级的通用成帧规程数据包；一个线路净荷提取单元，能从线路同步接收单元输出的同步接收信号中提取有效通用成帧规程数据包，并能根据通用成帧规程数据包中的CID标识和优先级标识对其进行分流，需要在本地终结的信号被传递到本地解包封和数据适配单元，其它的根据优先级标识被放置到不同的缓冲区队列中；一个或多个本地解包封及数据适配单元，将线路净荷提取单元传送过来的需要本地终结的通用成帧规程数据包数据进行终结，恢复出数据信号并向上传送给业务设备；一个或多个本地上路数据信号适配及包封单元，将本地数据信号上路信号中的有效净荷提取出来在分配合适的优先级后包封成合适的通用成帧规程数据包并放入到对应的缓冲区队列中；一个调度单元，按照某种调度策略对缓冲区中的内容进行调度；一个通用成帧规程空闲帧产生器，负责产生通用成帧规程空闲帧；一个适配单元，负责将调度单元传送过来的信号以及通用成帧规程空闲帧产生器传送过来的通用成帧规程空闲帧复用并映射到合适的同步接口中；一个发送单元，负责将适配单元产生的同步信号发送到下游节点；
所述的线路同步接收单元与线路净荷提取单元相耦合；
所述的线路净荷提取单元分别与本地解包封及数据适配单元和本地上路数据适配及包封单元相耦合；
所述的本地上路数据适配及包封单元与缓存区相耦合；
所述的缓存区与调度单元相耦合；
所述的调度单元与适配单元相耦合；
所述的通用成帧规程空闲帧产生器位于所述缓存区和所述适配单元之间；
所述的适配单元与发送单元相耦合。
数据适配单元将调度单元和通用成帧规程数据包的空闲帧产生器输出的通用成帧规程数据包的空闲帧复用并映射到合适的接口中，或者是通用成帧规程数据包的空闲帧产生器将其所输出的通用成帧规程数据包的空闲帧放置入缓冲区队列中，所述适配单元直接对通用成帧规程数据包的空闲帧进行输出。
所述线路同步接收单元包括级联、虚级联方式。
所述本地解包封及数据适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
本地上路数据适配及包封单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
适配单元以级联或者虚级联方式将复用后的通用成帧规程数据包映射到一个或多个标识同步接口中。
所述的本地解包封及数据适配单元和本地上路数据适配及包封单元是指对包含但不限于以太网、千兆比特以太网(GE)、快速以太网(FE：FastEthernet)、光纤信道(FC：Fiber Channel)、企业互联(ESCON：EnterpriseConnection)、光纤连接(FICON：Fiber Connections)数据的适配。
一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，包括一个或多个线路同步接收接口单元，用于终结同步数字系列(SDH：Synchronous Digital Hierarchy)/同步光网络(SONET：Synchronous Optical Network)/光传送网(OTN：Optical Transport Network)信号并解复用；同步或异步交叉单元，用于对虚容器或光数据单元进行交叉；一个或多个净荷提取单元，能对一个或多个虚容器或光数据单元传送上来的同步信号中提取有效通用成帧规程数据包数据；通用成帧规程数据包缓冲区，包含对应多个不同优先级的缓冲区队列；一个或多个多种类型数据业务适配单元，用于多种类型数据业务客户侧适配，提取有效多种类型数据业务数据并在分配合适的优先级后完成通用成帧规程数据包封；优先级调度及适配单元，对缓冲区队列进行管理并将从缓冲区中抽取的通用成帧规程数据包数据映射到一个或多个虚容器或光数据单元中；空闲帧产生器用于产生通用成帧规程数据包的空闲帧，可以放置于最低优先级缓冲区队列中，也可以直接传递给优先级调度单元用于完成通用成帧规程层与同步层的速率适配；一个或多个线路同步发送接口，完成虚容器和光数据单元的复用并成帧发送；
所述的线路同步接收接口单元与同步或异步交叉单元相耦合；
所述的同步或异步交叉单元分别与净荷提取单元和优先级调度及适配单元相耦合；
所述的通用成帧规程数据包缓冲区分别与净荷提取单元和优先级调度及适配单元相耦合；
所述的空闲帧产生器位于优先级调度及适配单元与通用成帧规程数据包缓冲区之间；
所述的通用成帧规程数据包缓冲区与多种类型数据业务数据适配单元相耦合；
所述的多种类型数据业务数据适配单元与线路同步发送接口单元相耦合。
所述线路同步接收接口单元包括级联、虚级联方式。
所述多种类型数据业务数据适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
多种类型数据业务数据适配单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
多种类型数据业务数据适配单元以级联或者虚级联方式将复用后的通用成帧规程数据包映射到一个或多个标识同步接口中。
所述的多种类型数据业务数据适配是指对包含但不限于以太网、千兆比特以太网(GE)、快速以太网(FE：Fast Ethernet)、光纤信道(FC：Fiber Channel)、企业互联(ESCON：Enterprise Connection)、光纤连接(FICON：Fiber Connections)网络数据的适配。
本发明的有益效果在于，统计复用方式比纯粹的透明复用方式提高了带宽利用效率，并且不以牺牲各业务的峰值带宽需求为代价；在GFP上统一实现速率适配和统计复用简化了实现复杂程度；实现了多种类型多个数据业务的统计分插复用。
附图说明
图1为本发明线性帧头扩展方法示意图；
图2为本发明GE统计ADM实现方法流程图；
图3为本发明GE统计ADM实施例示意图；
图4为本发明GE统计ADM系统的架构图；
图5为GE分插复用示意图；
图6为本发明统计分插复用流程图；
图7为本发明统计分插复用装置结构图；
图8为本发明统计分插复用系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
本发明提出的一种GE统计分插ADM实现方法，是通过在节点上增加缓冲区实现的。理论上只要这些复用在一起的GE所承载的有效数据平均带宽不超过承载层的带宽，并且缓冲区足够大，可以在一个带宽小于GE峰值带宽之和的字节同步链路上实现对这些GE组的统计分插复用功能。但实际实现中，受成本限制，缓冲区不可能无限大，在多个GE同时出现峰值传输数据时将会出现阻塞现象。为此，在实现GE统计ADM时需要增加拥塞处理机制，保障网络正常运行。
GFP在IDLE帧之外还定义了扩展帧头，包括空扩展帧头、线型扩展帧头和环型扩展帧头。空扩展帧头实际上意味着不存在扩展帧头；环型扩展帧头主要为IEEE802.17中的弹性分组环网(RPR)预留，目前尚未定义；线型扩展帧头中包含了2个字节，目前仅定义其中的首字节为CID标识，用于区分多个业务，另外一个字节尚未定义。本发明对GFP线型扩展帧头中的空闲字节推荐了一种定义如图1所示，通过引入CID、优先级标识和规则帧标识对线型扩展帧头进行扩展。
本发明方法所推荐的GFP线性扩展帧头空闲字节定义，利用所增加的优先级字节对业务进行分类处理，在网络拥塞时保障网络正常运行，结合缓冲区和上述的拥塞处理机制，从而实现GE的统计分插复用，即基于GFP实现GE的统计ADM。
如图2所示为一种实现GE统计ADM的典型过程，一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，将多个节点之间的多个千兆比特以太网连接通过通用成帧规程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的千兆比特以太网连接组峰值带宽之和，通过缓冲区对多个千兆比特以太网所承载的有效数据进行统计复用，并且在网络发生拥塞时有优先级处理机制。
在字节同步的线路接收侧线路接收到上游传过来的数据，通过解复用从中提取出GFP数据包，剥离掉其中的IDLE帧，对有效GFP数据进行分流处理，对需要在本地下路的GFP管理帧或数据帧交付给本地下路端口完成终结，非本地下路数据则根据线性扩展帧头中的优先级内容分别填入到不同的缓冲区中。与之同时，本地上路的数据根据业务特性被分配不同的优先级，在完成GFP包封后根据优先级填入不同的缓冲区，包封过程能根据本地业务情况产生对应的业务管理帧以进行业务管理。在线路发送侧，有一个调度单元根据预先设定的调度机制对缓冲区内容进行调度实现对不同等级的GFP数据包进行传送。这种调度机制可能是在高优先级缓冲区无数据时才对低优先级的数据进行传送，也可以是根据缓冲区预先设定的标志位进行调度。因为也可能出现线路无数据承载的情况，GFP需要完成与线路同步侧的数据适配，因此GFP产生IDLE帧，IDLE帧可以放入最低优先级的缓冲区中，或者为GFP IDLE帧单独设定一个缓冲区，指定IDLE帧为最低优先级，以完成数据适配过程(如图2中的①)，也可以在多个业务缓冲区结束之后发送之前的适配过程中插入IDLE帧(如图2中的②)。通过这种方法，就可以在GFP上实现GE的统计分插复用。上述方法同样适用于一个节点多个GE的统计分插复用方法，此时只需要为不同的GE赋予不同的CID和GID组合标识，而在本地下路上为每个CID和GID组合标识进行分别处理即可。
因为GFP为每个GE业务提供的统计分插复用功能，只会出现GFP带宽不够的情况，而不会出现GE下路口过载情况，因此下路侧不需要再进行复杂的缓冲处理过程。此外，本方法所描述的优先级分类，可以是针对不同GE端口赋予不同的优先级，也可以是根据GE承载的业务进行优先级分类(从实际应用角度看，根据GE承载的业务优先级进行优先级分类更适合)。
如图3所示为本发明实施例示意图。一种基于通用成帧规程的千兆比特以太网统计分插复用装置，一个线路同步接收单元，能将上游来的各种同步接口组合成一个统一的同步接收接口；一个线路净荷提取单元，能从线路同步接收单元输出的同步接收信号中提取有效通用成帧规程数据包，并能根据通用成帧规程数据包中的CID标识和优先级标识对其进行分流，需要在本地终结的信号被传递到本地解包封和千兆比特以太网适配单元，其它的根据优先级标识被放置到不同的缓冲区队列中；一个或多个本地解包封及千兆比特以太网适配单元，将线路净荷提取单元传送过来的需要本地终结的通用成帧规程数据包数据进行终结，恢复出千兆比特以太网信号并向上传送给业务设备；一个或多个本地上路千兆比特以太网信号适配及包封单元，将本地千兆比特以太网信号上路信号中的有效净荷提取出来再分配合适的优先级后包封成合适的通用成帧规程数据包并放入到对应的缓冲区队列中；多个缓冲区，用来存在不同优先级的通用成帧规程数据包；一个调度单元，按照某种调度策略对缓冲区中的内容进行调度；一个通用成帧规程空闲帧产生器，负责产生通用成帧规程空闲帧；一个适配单元，负责将调度单元传送过来的信号以及通用成帧规程空闲帧产生器传送过来的通用成帧规程空闲帧复用并映射到合适的同步接口中；一个发送单元，负责将适配单元产生的同步信号发送到下游节点。
ADM功能体现在同步接收单元从东向接收来自上游的业务信号，经过解复用和IDLE帧剥离后得到有效GFP负荷，其中需要在本地终结的GFP负荷会被传递到本地解包封及GE适配单元中完成业务信号的下路，而不需要在本地终结的GFP负荷会根据其优先级被填充到不同的缓冲区中，对应地本地上路的业务在GFP包封过程中按照某种策略被授予适当的优先级并填充到对应的缓冲区中，之后两者合路在一起经线路同步发送侧向下游发送，完成整个分插复用功能。而统计功能体现在不同的缓冲区对应的不同优先级，其中Buffer 1指示为最低优先级的缓冲区，调度单元根据某种定义的优先级策略对不同缓冲区的GFP负荷进行不同处理，从而完成带优先级的统计复用功能。GFP IDLE帧根据需要可以在有效GFP帧混合之后与字节同步进行适配时加入，也可以在最低优先级缓冲区中插入，利用调度单元对最低优先级的缓冲区进行差异处理完成。
利用上述装置可以实现的系统架构如图4所示，本发明不仅用于提高波分复用系统的波长利用效率，也可以用于SDH/SONET设备提升线路带宽利用效率。一种基于通用成帧规程的千兆比特以太网统计分插复用系统包括一个或多个线路同步接收接口单元，用于终结同步数字系列/同步光网络/光传送网信号并解复用；同步或异步交叉单元，用于对虚容器或光数据单元进行交叉；一个或多个净荷提取单元，能对一个或多个虚容器或光数据单元传送上来的同步信号中提取有效通用成帧规程数据包数据；通用成帧规程数据包缓冲区，包含对应多个不同优先级的缓冲区队列；一个或多个千兆比特以太网适配单元，用于千兆比特以太网客户侧适配，提取有效千兆比特以太网数据并在分配合适的优先级后完成通用成帧规程数据包封；优先级调度及适配单元，对缓冲区队列进行管理并将从缓冲区中抽取的通用成帧规程数据包数据映射到一个或多个虚容器或光数据单元中；空闲帧产生器用于产生通用成帧规程数据包的空闲帧，可以放置于最低优先级缓冲区队列中，也可以直接传递给优先级调度单元用于完成通用成帧规程层与同步层的速率适配；一个或多个线路同步发送接口，完成虚容器和光数据单元的复用并成帧发送。
一种利用本发明所涉及到的系统架构如图4所示，线路方向来的光信号经接收机接收和帧格式转换后，提取出其中的虚容器VC或光数据单元ODU，进入系统的交叉矩阵，因为线路中的带宽并不完全分配给GE ADM使用，可能有部分带宽用来作为正常的ADM使用，当然也有可能是一个波长不能满足GE ADM使用的需要，需要通过多个波长级联才能满足GE ADM的带宽使用需求，此时需要通过VC虚级联或ODU虚级联方式满足带宽需求。在VC和ODU进入系统的交叉矩阵后，只有用来承载GE业务的VC或ODU会被组合在一起提取出其中的GFP净负荷(指已经剥离掉其中的IDLE帧之后的GFP数据包集合)，之后该净荷被放入根据是否本地终结分别被递交给缓冲区或本地终结单元(GE适配)，在GE适配中完成GFP的解包封和业务的重组。在另一个方向，本地上路的业务经GE适配(含GFP的包封)后也被填充进入相同的缓冲区，之后经过相同的优先级调度和适配过程映射进入VC和ODU，之后组装成SDH/SONET/OTN帧发送至下游站点。上述过程中GFP IDLE帧用来调整速率适配过程同前面图3所述。
为更好地说明本发明的用途，特举出以下用例来说明，如图5所示。假设有A、B、C、D和E五个节点利用一个波长组成一条链，其中A和B、A和C、A和D、B和C、C和E节点之间都存在一个GE连接，分别为GE1、GE2、GE3、GE4和GE5，而A、B、C、D、E之间都只有一个2.5G的STM-16或OTN2连接(更小的带宽更能凸现统计复用ADM的好处)。可以看到在A和B之间同时存在3个GE连接GE1、GE2和GE3，B和C之间也存在3个GE连接GE2、GE3和GE4，对于正常应用而言，A、B和B、C之间的链路无法承载这种应用。但是实际上因为GE1、GE2、GE3、GE4并不是每时每刻100％的被用来承载数据，通过多个GE的峰谷相抵效应，实现多个GE的统计复用，而在B、C节点通过设置上述的统计复用分插功能，即可实现多个站点的多个GE的统计分插复用，达到提升带宽利用效率的目的。但是当GE承载的数据也会出现峰值相遇情形，而节点缓冲区也会发生拥塞，此时可以通过在B、C节点抛弃低优先级数据包来控制拥塞。
本发明方法不仅适用于GE，也适用于任何具有突发模式的数据业务，诸如Eth(以太网)、FE、ESCON、FICON、光纤分布式数据接口(FDDI：FiberDistributed Data Interface)、FC等，用来实现这些带有突发发送模式的业务统计分插复用器，甚至可以实现多种类型多个数据业务的统计分插复用器。这些数据业务的特征是其并不是每时每刻都承载数据业务的，在空闲时刻，其会插入包间间隔(IPG：inter-packet gap)或空闲帧，如果继续以传统方式在现有的同步传送网或未来的OTN上传送这些业务，则仍需要为每个业务的峰值流量预留带宽，因此实际传送效率比较低，利用本发明方法，可以解决此问题。
如图6所示为任意业务统计ADM实现方法。一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，将多个节点之间的多个不同类型的数据业务连接通过通用成帧规程的处理过程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的数据连接组峰值带宽之和，通过缓冲区对多个不同业务类型数据业务所承载的有效负荷进行统计复用，并且在网络发生拥塞时有优先级处理机制。
图6中的任意业务统计ADM实现方法仅需要改变业务侧适配过程，即业务侧适配不仅包含GE，还有Eth、FE、FDDI、ESCON、FICON、FC等，对不同业务的优先级分配可以按照业务端口或协议类型方式进行指配，也可以根据数据端口所承载的具体业务类型进行分配(比如FE所承载IP业务中就包含了QoS定义，GFP包封过程可以延续这个定义)，但必须将这些优先级分配统一到GFP线型扩展帧头中的优先级标识中。通过这种方式，可以实现多种类型多个数据业务混合统计分插复用。
对应地，任意业务统计ADM实现装置如图7所示。一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，一个线路同步接收单元，能将上游来的各种同步接口组合成一个统一的同步接收接口；一个线路净荷提取单元，能从线路同步接收单元输出的同步接收信号中提取有效通用成帧规程数据包，并能根据通用成帧规程数据包中的CID标识和优先级标识对其进行分流，需要在本地终结的信号被传递到本地解包封和数据适配单元，其它的根据优先级标识被放置到不同的缓冲区队列中；一个或多个本地解包封及数据适配单元，将线路净荷提取单元传送过来的需要本地终结的通用成帧规程数据包数据进行终结，恢复出数据信号并向上传送给业务设备；一个或多个本地上路数据信号适配及包封单元，将本地数据信号上路信号中的有效净荷提取出来在分配合适的优先级后包封成合适的通用成帧规程数据包并放入到对应的缓冲区队列中；多个缓冲区，用来存在不同优先级的通用成帧规程数据包；一个调度单元，按照某种调度策略对缓冲区中的内容进行调度；一个通用成帧规程空闲帧产生器，负责产生通用成帧规程空闲帧；一个适配单元，负责将调度单元传送过来的信号以及通用成帧规程空闲帧产生器传送过来的通用成帧规程空闲帧复用并映射到合适的同步接口中；一个发送单元，负责将适配单元产生的同步信号发送到下游节点。
图7展示了一种利用本发明方法实现的多种类型多个业务的统计复用ADM实施例，从上游站点传送过来的数据经同步接收和净荷提取之后根据是否本地终结进行分流处理，在本地终结的数据再根据CID和GID标识传递给合适的本地终结单元完成GFP解包封过程和业务类型适配，以完成数据包的传送过程，而非本地终结的GFP包则依据GFP线性扩展帧头中的优先等级被放置于不同的缓冲区中，本地上路的不同类型的数据经相应的终端适配单元适配后提取有效数据包，在经相应的优先级分配策略处理后被赋予不同的优先级并完成GFP封装后亦按照优先级被放置于不同的缓冲区中，之后缓冲区中的GFP包经统一的调度单元按照合适的调度策略完成合路并适配到对应的同步发送序列中完成向下一节点的发送。在适配过程中GFP IDLE帧被用来作为速率适配使用，其使用方法同GE统计ADM使用过程。经过这一系列处理之后，即可实现多种业务类型多个业务的统计分插复用。
利用上述装置，可以实现多种类型多个数据业务的统计复用系统，如图8所示。一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，包括一个或多个线路同步接收接口单元，用于终结同步数字系列/同步光网络/光传送网信号并解复用；同步或异步交叉单元，用于对虚容器或光数据单元进行交叉；一个或多个净荷提取单元，能对一个或多个虚容器或光数据单元传送上来的同步信号中提取有效通用成帧规程数据包数据；通用成帧规程数据包缓冲区，包含对应多个不同优先级的缓冲区队列；一个或多个多种类型数据业务适配单元，用于多种类型数据业务客户侧适配，提取有效多种类型数据业务数据并在分配合适的优先级后完成通用成帧规程数据包封；优先级调度及适配单元，对缓冲区队列进行管理并将从缓冲区中抽取的通用成帧规程数据包数据映射到一个或多个虚容器或光数据单元中；空闲帧产生器用于产生通用成帧规程数据包的空闲帧，可以放置于最低优先级缓冲区队列中，也可以直接传递给优先级调度单元用于完成通用成帧规程层与同步层的速率适配；一个或多个线路同步发送接口，完成虚容器和光数据单元的复用并成帧发送。
图8所示的系统中，一个波长或一个线路中的部分或所有时隙(包含虚容器和ODU)被用来作为多种类型多个数据业务的下层承载层，GFP在这个承载层中能根据上层多种类型多个数据业务的特性统计分配带宽。GFP在上层数据业务使用率不足时能自动产生IDLE帧以适配底层承载层的带宽。
本发明的有益效果在于，统计复用方式比纯粹的透明复用方式提高了带宽利用效率，并且不以牺牲各业务的峰值带宽需求为代价；在GFP上统一实现速率适配和统计复用简化了实现复杂程度；可以实现多种类型多个数据业务的统计分插复用。
以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
Claims (20)
1.一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于：将多个节点之间的多个千兆比特以太网连接通过通用成帧规程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的千兆比特以太网连接组峰值带宽之和，多个千兆比特以太网通过缓冲区对所承载的有效数据进行统计复用，并且在网络发生拥塞时按优先级处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于，在通用成帧规程规定的帧中定义一CID标识和优先级标识，在网络节点上设置至少一个缓冲区，根据CID标识判断是否是本节点接收的数据，如果是则接收，否则将多个网络节点经过该节点传输的数据存储于缓冲区，通过对该节点所有缓冲区的数据进行统计分插复用处理，以实现在该网络节点的一个字节同步接口上的多个同步数据的复用，根据该优先级标识控制缓冲区业务传输次序形成拥塞处理机制，在网络拥塞时结合缓冲区和拥塞处理机制实现统计分插复用。
3.根据权利要求1所述的一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于，所述优先级为根据千兆比特以太网端口分配的静态优先级标识，或是根据千兆比特以太网所承载的业务类型动态分配的优先级标识。
4.根据权利要求1所述的一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于，所述的缓冲区的数目大于等于所定义的优先级数目，不同优先级的数据置于不同的缓冲区内。
5.根据权利要求1所述的一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于，所述的字节同步接口包括虚容器、光数据单元、虚容器虚级联组、光数据单元虚级联组、同步数字系列、同步光网络或光传送网。
6.根据权利要求1所述的一种基于通用成帧规程实现的千兆比特以太网统计分插复用方法，其特征在于，通过通用成帧规程扩展帧头中的优先级分类标识和缓冲区调度机制进行处理，在网络发生拥塞时优先传送高优先级业务，抛弃低优先级业务。
7.一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，其特征在于：将多个节点之间的多个不同类型的数据业务连接通过通用成帧规程的处理过程复用到一个字节同步接口上进行传递，所述字节同步接口带宽小于其所承载的数据连接组峰值带宽之和，多个不同业务类型数据业务接口通过缓冲区对所承载的有效负荷进行统计复用，并且在网络发生拥塞时按优先级处理。
8.根据权利要求7所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，其特征在于，所述的数据业务必须是具备突发模式的数据业务，突发模式数据业务网络包括以太网络、千兆比特以太网、快速以太网、光纤信道、企业互联。
9.根据权利要求7所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，其特征在于，所述优先级是根据业务端口分配的静态优先级标识，或者，是根据各业务端口所承载的业务类型动态分配的优先级标识。
10.根据权利要求7所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用方法，其特征在于，所述的字节同步接口包括虚容器、光数据单元、虚容器虚级联组、光数据单元虚级联组、同步数字系列、同步光网络或光传送网。
11.一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，包括：一个线路同步接收单元，能将上游来的各种同步接口组合成一个统一的同步接收接口；多个缓冲区，用来存储不同优先级的通用成帧规程数据包；一个线路净荷提取单元，能从线路同步接收单元输出的同步接收信号中提取有效通用成帧规程数据包，并能根据通用成帧规程数据包中的CID标识和优先级标识对其进行分流，需要在本地终结的信号被传递到本地解包封及数据适配单元，其它的根据优先级标识被放置到不同的缓冲区队列中；一个或多个本地解包封及数据适配单元，将线路净荷提取单元传送过来的需要本地终结的通用成帧规程数据包数据进行终结，恢复出数据信号并向上传送给业务设备；一个或多个本地上路数据信号适配及包封单元，将本地数据信号上路信号中的有效净荷提取出来在分配合适的优先级后包封成合适的通用成帧规程数据包并放入到对应的缓冲区队列中；一个调度单元，按照某种调度策略对缓冲区中的内容进行调度；一个通用成帧规程空闲帧产生器，负责产生通用成帧规程空闲帧；一个适配单元，负责将调度单元传送过来的信号以及通用成帧规程空闲帧产生器传送过来的通用成帧规程空闲帧复用并映射到合适的同步接口中；一个发送单元，负责将适配单元产生的同步信号发送到下游节点。
12.根据权利要求11所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，适配单元将调度单元和通用成帧规程数据包的空闲帧产生器输出的通用成帧规程数据包的空闲帧复用并映射到合适的接口中，或者是通用成帧规程数据包的空闲帧产生器将其所输出的通用成帧规程数据包的空闲帧放置入缓冲区队列中，所述适配单元直接对通用成帧规程数据包的空闲帧进行输出。
13.根据权利要求11所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，所述本地解包封及数据适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
14.根据权利要求11所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，本地上路数据信号适配及包封单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
15.根据权利要求11所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，适配单元以级联或者虚级联方式将复用后的通用成帧规程数据包映射到一个或多个字节同步接口中。
16.根据权利要求11所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用装置，其特征在于，所述的本地解包封及数据适配单元和本地上路数据信号适配及包封单元包括对以太网、千兆比特以太网、快速以太网、光纤信道、企业互联、光纤连接数据的适配。
17.一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，其特征在于包括一个或多个线路同步接收接口单元，用于终结同步数字系列/同步光网络/光传送网信号并解复用；同步或异步交叉单元，用于对虚容器或光数据单元进行交叉；一个或多个净荷提取单元，能对一个或多个虚容器或光数据单元传送上来的同步信号中提取有效通用成帧规程数据包数据；通用成帧规程数据包缓冲区，包含对应多个不同优先级的缓冲区队列；一个或多个多种类型数据业务数据适配单元，用于多种类型数据业务客户侧适配，提取有效多种类型数据业务数据并在分配合适的优先级后完成通用成帧规程数据包封；优先级调度及适配单元，对缓冲区队列进行管理并将从缓冲区中抽取的通用成帧规程数据包数据映射到一个或多个虚容器或光数据单元中；空闲帧产生器用于产生通用成帧规程数据包的空闲帧，放置于最低优先级缓冲区队列中，或者直接传递给优先级调度及适配单元用于完成通用成帧规程层与同步层的速率适配；一个或多个线路同步发送接口，完成虚容器和光数据单元的复用并成帧发送。
18.根据权利要求17所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，其特征在于，所述多种类型数据业务数据适配单元同时也完成客户数据管理帧终结。
19.根据权利要求17所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，其特征在于，多种类型数据业务数据适配单元能产生客户数据管理帧并赋予相应优先级后放置入所述的对应缓冲区队列中。
20.根据权利要求17所述的一种基于通用成帧规程的多种类型多个数据业务分插复用系统，其特征在于，所述的多种类型数据业务数据适配包括对以太网、千兆比特以太网、快速以太网、光纤信道、企业互联、光纤连接网络数据的适配。
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