CN203466828U

CN203466828U - 一种时延可控制的基于e1链路的ethernet传输系统

Info

Publication number: CN203466828U
Application number: CN201320521334.4U
Authority: CN
Inventors: 张斌; 何定高; 陈宝仁; 邓皓; 卓越; 傅俊鹏; 楚鹰军
Original assignee: INFORMATION INDUSTRY DEPARTMENT NO 5 TELECOMMUNICATION TECHNOLOGICS RESEARCH INSTITUTE; China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: INFORMATION INDUSTRY DEPARTMENT NO 5 TELECOMMUNICATION TECHNOLOGICS RESEARCH INSTITUTE; China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2023-08-23

Abstract

本实用新型涉及时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，其特征在于：包括主设备和从设备，主设备设有主接收回路、主发送回路，从设备设有从接收回路、从发送回路，主接收回路通过E1链路连接从发送回路，主发送回路通过E1链路连接从接收回路；主接收回路包括主接收缓存单元、主延时计数单元、主GFP封装单元和主E1发送单元，主发送回路包括主E1接收单元、主GFP解封装单元、主时延计数单元、主发送控制单元；从接收回路包括从接收缓存单元、从延时计数单元、从GFP封装单元和从E1发送单元，从发送回路包括从E1接收单元、从GFP解封装单元、从时延计数单元和从发送控制单元。本实用新型采用硬件计算时延的方式，不修改传输ETHERNET的内容，简化了系统设计，保证了连续两帧时间间隔小的数据的传输时延精度。

Description

一种时延可控制的基于E1链路的ETHERNET传输系统

技术领域

本实用新型涉及一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，属于通信及其设备技术领域。

背景技术

PTP（IEEE1588）是精密时间同步协议标准，可在主、从设备间提供基于网络连接的时间同步功能。PTP协议采用软硬件相结合的方式，在物理层由硬件打时间戳，主、从之间的同步精度可达微秒级。PTP同步精度会受网络流量变化以及时延抖动等因素的影响，因此在进行多跳数、长距离传输时，同步精度往往不能得到保证。目前情况下，PTP协议还不能在传统路由器或交换机上进行高精度远程传输。

目前的传输网络以SDH传输网为主体。SDH技术，以其可靠性、可控性、扩展性以及完善的网络体制，在传输网中占着主导地位。以SDH技术为基础发展的MSTP(多业务传送平台)技术，在原有的SDH技术上增加了相关的数据接入、处理功能而形成，目前已经形成了多个版本：基于二层交换、内嵌RPR(弹性分组环)功能、内嵌MPLS功能、ATM处理等。在承载3G移动业务方面的性能也优于光纤直连、ATM等方案。

运营商目前拥有丰富的E1资源，一般情况下，直接将PTP数据包通过ETHERNET/E1协议转换器封装到E1链路，通过E1链路接入SDH中实现长距离时间数据传输。通常以太网口传输速率为1000/100/10Mbit/s，而E1线路传输速率为2.048Mbit/s，并且以太网接口的数据特征为间歇性和突发性强，而E1接口的数据特征则是固定速率传输。由于速率不匹配，ETHERNET/E1协议转换器都应具有缓存机制，因此，以太数据包通过协议转换器的时延是不确定的。这不确定的传输时延对一般的以太数据业务影响不大，但对传输线路时延抖动敏感的以太业务影响大，如会造成PTP数据包授时精度的下降。传统的ETHERNET/E1协议转换器时延抖动可达几十微秒，即使采用优先转发PTP数据包的方式，时延抖动也会有几个微秒。

现有技术中，公开了一种为解决PTP远程传输时延抖动的ETHERNET/E1协议转换方法，如图3所示，将从网口进入的ETHERNET数据进行PTP数据识别，如果是PTP事件包则立即传输，否则将数据缓存传输。当识别到PTP事件报文时，立即中断非PTP事件报文传输，优先传输PTP事件报文。该实现方法根据PTP事件包的长度固定的特点，采用即收即发的方式进行传输处理，保证了PTP事件包通过该协议转换传输系统的时延一致，从而到达控制线路时延的目的。但是要保证通过该传输系统的PTP事件包的时延精度，必须控制相邻两个PTP事件包的间隔，即要等前一个PTP事件包发送完成后，下一个PTP事件包再进入系统传输。因为以太和E1的速率是不对等的，如无缓存控制功能，PTP事件包会积压在发送端，这样在发送端被诸塞的PTP事件包的时延精度会受影响。另外该系统对非PTP事件包做中断传输处理的机制，会造成线路带宽的效率下降；并且只能对PTP事件包做时延控制，不能对其他类型以太业务做时延控制，这决定了该系统的通用性不强。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题，是提供一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，该系统能够极大的降低ETHERNET业务在转换传输过程中的时延抖动，满足像PTP报文这样的对传输线路时延抖动要求严格的ETHERNET业务的应用需求。

本实用新型解决所述技术问题可以采用如下技术方案：

一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，其结构特点在于：包括主设备MASTER和从设备SLAVE，主设备MASTER设有主接收回路、主发送回路，从设备SLAVE设有从接收回路、从发送回路，主接收回路通过E1链路连接从发送回路，主发送回路通过E1链路连接从接收回路；主接收回路由主接收缓存单元、主延时计数单元、主GFP封装单元和主E1发送单元连接而成，主发送回路由主E1接收单元、主GFP解封装单元、主时延计数单元、主发送控制单元和主发送缓存单元连接而成；从接收回路由从接收缓存单元、从延时计数单元、从GFP封装单元和从E1发送单元连接而成，从发送回路由从E1接收单元、从GFP解封装单元、从时延计数单元、从发送控制单元和从发送缓存单元连接而成；主设备MASTER和从设备SLAVE间的系统设置参数通过GFP管理帧传输，ETHERNET业务的优先级设置通过GFP管理帧传输。

本实用新型解决所述技术问题还可以采用如下技术方案：

进一步地，一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，其结构特点还在于：

1）主、从接收缓存单元，用于接收、缓存来自以太网接口的ETHERNET数据，并具有ETHERNET数据包类型识别功能，将ETHERNET数据包根据系统对业务数据分类设置分为一般数据包和特殊数据包（指定做延时控制的ETHERNET业务，如PTP）；

2）主、从时延计数单元，用于跟踪、计数ETHERNET特殊数据包的时延；

3）主、从GFP封装单元，用于将ETHERNET及其时延数据进行GFP帧封装；

4）主、从E1发送单元，用于将GFP帧适配到E1传输并向E1线路接口发送；

5）主、从E1接收单元，用于接收来自E1接口的数据；

6）主、从GFP解封装单元，用于从GFP帧中解出ETHERNET和携带的时延数据；

7）主、从发送缓存单元，用于缓存ETHERNET数据，并将一般数据包和特殊数据包分开缓存；

8）主、从发送控制单元，用于控制缓存的ETHERNET数据包的发送。当特殊数据包的总时延等于设置时延值时，发送缓存的特殊数据包；当以太接口空闲时并且不影响下一个特殊数据包发送的情况下，发送一般数据包。

本实用新型只针对ETHERNET特殊数据包做时延控制，对一般ETHERNET数据包不做时延控制，这样在满足特殊数据包的时延抖动的情况下，尽可能的发挥了系统的传输功能，并提高线路带宽利用率。

本实用新型具有如下突出的有益效果：

1、通用性强：本实用新型采用GFP封装传输数据，很方便的实现对不同长度的ETHERNET数据进行传输；利用GFP帧的扩展头传输特殊ETHERNET的时延数据；对传输数据进行识别，对特殊ETHERNET数据进行时延控制，对一般数据不进行时延控制；主、从设备间通过GFP管理传递系统设置和管理信息，方便维护和查询。本实用新型中，还可对ETHERNET数据的类型进行优先级设置，即指定特定ETHERNET数据业务进行时延控制传输，这样不仅提高了系统的灵活性，也提高了系统的通用性。

2、数据完整性好：本实用新型为传输的数据设置了缓存，并对高优先级的数据做时延计算，允许高优先级的数据在发送端缓存延时，即使当前传输的数据的优先级低，也要先完成当前数据传输后，才传输优先级高的数据，这样即保证了线路传输数据的完整性，也提高了线路有效带宽，因此具有保持数据完整性的有益效果。克服了一般的ETHERNET传输系统当有高优先级数据传输时，易中断正在传输的低优先级数据、从而破坏系统中传输数据的完整性的缺陷。

3、时延控制精度可以保证：本实用新型提出的基于E1链路传输EHTERNET业务，并控制传输时延的方法，采用硬件计算时延的方式，不修改传输ETHERNET的内容，简化了系统设计，同时在缓存的基础上实现时延控制，可以控制ETHERNET数据时延抖动小于1微秒。另外，本实用新型中对高优先级的数据具有缓存功能，这样从机制上保证了连续两帧时间间隔小的数据的传输时延精度，克服了现有技术的同类系统易会造成后一帧高优先级数据的传输时延变化的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型的基于E1链路的ETHERNET主、从设备传输系统原理图。

图2是本实用新型涉及的GFP帧格式示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

参见图1，本实用新型涉及的时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，包括主设备MASTER和从设备SLAVE，主设备MASTER设有主接收回路、主发送回路，从设备SLAVE设有从接收回路、从发送回路，主接收回路通过E1链路连接从发送回路，主发送回路通过E1链路连接从接收回路；主接收回路由主接收缓存单元、主延时计数单元、主GFP封装单元和主E1发送单元连接而成，主发送回路由主E1接收单元、主GFP解封装单元、主时延计数单元、主发送控制单元和主发送缓存单元连接而成；从接收回路由从接收缓存单元、从延时计数单元、从GFP封装单元和从E1发送单元连接而成，从发送回路由从E1接收单元、从GFP解封装单元、从时延计数单元、从发送控制单元和从发送缓存单元连接而成；主设备MASTER和从设备SLAVE间的系统设置参数通过GFP管理帧传输，ETHERNET业务的优先级设置通过GFP管理帧传输。

本实施例中：

主、从接收缓存单元，用于接收、缓存来自以太网接口的ETHERNET数据，并具有ETHERNET数据包类型识别功能，将ETHERNET数据包根据系统对业务数据分类设置分为一般数据包和特殊数据包（指定做延时控制的ETHERNET业务，如PTP）；主、从时延计数单元，用于跟踪、计数ETHERNET特殊数据包的时延；主、从GFP封装单元，用于将ETHERNET及其时延数据进行GFP帧封装；主、从E1发送单元，用于将GFP帧适配到E1传输并向E1线路接口发送；主、从E1接收单元，用于接收来自E1接口的数据；主、从GFP解封装单元，用于从GFP帧中解出ETHERNET和携带的时延数据；主、从发送缓存单元，用于缓存ETHERNET数据，并将一般数据包和特殊数据包分开缓存；主、从发送控制单元，用于控制缓存的ETHERNET数据包的发送，当特殊数据包的总时延等于设置时延值时发送缓存的特殊数据包，当以太接口空闲时并且不影响下一个特殊数据包发送的情况下，发送一般数据包。

参照图1和图2，本实用新型中ETHERNET数据采用GFP封装，GFP帧结构符合G.7041的规定。在系统中传输的GFP帧分为两类：传输ETHERNET数据的帧（PTI=0000）和系统管理帧（PTI=100），如下表。将ETHERNET映射到GFP净荷封装，ETHERNET数据中带有FCS校验，因此设置PFI=0。系统传输一般数据不使用扩展报头EXI=0000，传输特殊数据采用扩展报头传输时延数据，EXI=0011。用户净荷识别符规定为UPI=11110000。扩展报头字段设置为3Bytes，传输时延数据。

本实用新型中的基于E1链路的传输ETHERNET的方法。

主（MASTER）、从（SLAVE）设备通过E1链路连接，E1链路接入SDH/PDH传输网，从而可以实现该系统的长距离双向传送。主、从设备间通过GFP管理帧传输设置系统参数：特殊ETHERNET的时延控制值（T_set）及业务数据分类等其他管理信息。

Clk_tx为外部输入系统的标准时钟，频率为2.048MHz，用于MASTER设备端的时延计数、GFP封装及E1发送的工作时钟。

T_{MS_tx}为特殊ETHERNET数据在MASTER发送端的时延数据，从数据进入以太接口到通过GFP封装发送间的时间间隔。

Clk_rx为SLAVE/MASTER设备端从E1接收线路中提取的时钟，频率为2.048MHz，用于时延计数、GFP解封装和SLAVE设备发送端GFP封装和E1发送的工作时钟，

T_{MS_rx}为特殊ETHERNET在SLAVE接收端的延时数据，从数据进入E1接口到从以太接口发出间的时间间隔。

T_{MS_tx}与T_{MS_rx}需满足的条件为T_{MS_tx}+T_{MS_rx}=T_set。

T_{SM_tx}为特殊ETHERNET在SLVAE发送端的时延数据，特殊ETHERNET数据从以太口进入到通过GFP封装发送间的时间间隔。

T_{SM_rx}为特殊ETHERNET在MASTER接收端的时延数据，特殊ETHERNET从E1接口进入到从以太接口发出的时间间隔。

T_{SM_tx}与T_{SM_rx}需满足的条件为T_{SM_tx}+T_{SM_rx}=T_set。

T_set作为系统时延值，应该满足的条件如下：

系统封装特殊ETHERNET数据的GFP的开销为13字节，分别由4字节核心报头与9字节净荷报头构成，其中净荷报头由2字节类型、2字节tHEC、3字节延时数据作为扩展报头和2字节eHEC组成。系统中传输的特殊ETHERNET数据的最大长度为L_max（L_max≥64）字节，则L_max字节通过GFP封装后在E1链路上传输的时间为(L_max+13)*8个2.048MHz时钟周期。因此为满足特殊ETHERNET数据的传输要求，必须要求T_set>(L_max+13)*8。

本实施中的主、从设备间的数据传送方式：点对点。

过程要点如下：

1）MASTER设备端从以太接口接收、缓存ETHERNET数据，并对数据进行识别，如为特殊ETHERNET则做时延计数，并采用带扩展报头的GFP封装T_{MS_tx}信息，将ETHERNET数据映射到GFP净荷区域后通过E1发送；如为一般数据则不做延时计数，并采用不带扩展报头的GFP封装，将ETHERNET数据映射到GFP净荷区域后通过E1发送。

2）SLAVE设备端从E1线路接口解析出数据，通过GFP解封装出ETHERNET数据，并根据GFP封装类型将数据分两类缓存：从带有扩展报头的GFP数据帧中得到的ETHERNET数据缓存在特殊数据区域，并对数据做时延计数，当该数据的时延时间到达时，立即向以太接口发送；从不带扩展报头的GFP数据帧中得到的ETHERNET数据缓存在一般数据区域，当以太接口空闲且不影响最近一帧特殊ETHERNET数据发送时，发送一般数据区域的ETHERNET数据。

3）SLAVE设备端从以太接口接收、缓存ETHERNET数据，并对数据进行识别，如为特殊ETHERNET则做时延计数，并采用带扩展报头的GFP封装T_{SM_tx}信息，将ETHERNET数据映射到GFP净荷区域后通过E1发送；如为一般数据则不做延时计数，并采用不带扩展报头的GFP封装，将ETHERNET数据映射到GFP净荷区域后通过E1发送。

4）MASTER设备端从E1线路接口解析出数据，通过GFP解封装出ETHERNET数据，并根据GFP封装类型将数据分两类缓存：从带有扩展报头的GFP数据帧中得到的ETHERNET数据缓存在特殊数据区域，并对数据做延时计数，当该数据的时延时间到达时，立即向以太接口发送；从不带扩展报头的GFP数据帧中得到的ETHERNET数据缓存在一般数据区域，当以太接口空闲且不影响最近一帧特殊ETHERNET数据发送时，发送一般数据区域的ETHERNET数据。

本实用新型中提出对经过E1传输系统的数据做时延控制，并且时延控制参数可以根据系统的数据特征做灵活设置，是一种新的技术实现方法。本文提出将ETHERNET业务数据及时延数据通过GFP封装传输到对端，该部分功能可能会出现替代方案。可能的替代方案有：采用其他标准或自定义的帧格式封装传输。

本实用新型将经过E1传输系统（主、从端设备）的ETHERNET业务做总时延控制，将进入E1传输系统的ETHERNET业务数据开始做时延计算，当数据在系统中的总时延等于系统设置时延时，将ETHERNET业务数据从系统中发出。在这个过程中，允许数据在收、发设备端缓存。

本实用新型将传输的ETHERNET业务数据进行分类，对识别出的高优先级数据做时延控制，对低优先级数据不做时延控制，并且从GFP帧封装上区别传输数据的优先级。

本实用新型传输系统的主、备设备端通过GFP管理帧来实现系统参数传递及其他管理、监控信息的交换。这样可以达到在任意一个设备点就可以对系统设备进行查询和管理。

Claims

1.一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，其特征在于：包括主设备MASTER和从设备SLAVE，主设备MASTER设有主接收回路、主发送回路，从设备SLAVE设有从接收回路、从发送回路，主接收回路通过E1链路连接从发送回路，主发送回路通过E1链路连接从接收回路；主接收回路由主接收缓存单元、主延时计数单元、主GFP封装单元和主E1发送单元连接而成，主发送回路由主E1接收单元、主GFP解封装单元、主时延计数单元、主发送控制单元和主发送缓存单元连接而成；从接收回路由从接收缓存单元、从延时计数单元、从GFP封装单元和从E1发送单元连接而成，从发送回路由从E1接收单元、从GFP解封装单元、从时延计数单元、从发送控制单元和从发送缓存单元连接而成；主设备MASTER和从设备SLAVE间的系统设置参数通过GFP管理帧传输，ETHERNET业务的优先级设置通过GFP管理帧传输。

2.根据权利要求1所述的一种时延可控的基于E1链路的ETHERNET传输系统，其特征在于：

1）主、从接收缓存单元，用于接收、缓存来自以太网接口的ETHERNET数据，并具有ETHERNET数据包类型识别功能，将ETHERNET数据包根据系统对业务数据分类设置分为一般数据包和特殊数据包；

5）主、从E1接收单元，用于接收来自E1接口的数据；

8）主、从发送控制单元，用于控制缓存的ETHERNET数据包的发送，当特殊数据包的总时延等于设置时延值时发送缓存的特殊数据包，当以太接口空闲时并且不影响下一个特殊数据包发送的情况下，发送一般数据包。