（信号与信息处理专业论文）基于shdsl的ipdslam线路终端板的开发与研究.pdf

摘要 基于s h d s l 的i p - d s l a m 线路终端板的开发与研究 硕士研究生王丽纳导师邹采荣教授 东南大学无线电工程系 我国经济的飞速发展和互联网应用的快速普及，使得宽带接入市场的需求急剧上升。 在各种宽带接入方案中，数字用户线( d s l ) 技术由于通过现有普通电话双绞线线路提供高 速的i n t e r n e t 连接，投资低、技术实现简单，从而一举成为宽带网络技术的主角。单线对 高速率数字用户线( s h d s l ) 是新一代的数字用户线宽带接入传输技术，本文主要研制了基 于s h d s l 的i p 稍l 删线路终端板。 s h d s l 支持最大5 7 1 m o p s 的对称接入速率，可以解决现有d s l 上下行速率不对称和传 输距离近的缺点，满足双向对称的商用宽带需求。i p - d s l a m 线路终端板可实现d s l 用户的 汇聚，完成a t m 信元的终结并提供以太网上联口，实现i p 骨干网的接入。本课题将这两项 技术相结合，并采用a t l ( 反向复用技术，设计出了一种新的i p - d s l a i ( 线路终端板。 本文首先研究了i p - d s l a i ( 的原理与组网，并分析了设计实现所需的协议体系。其次， 设计了i p - d s l a l 4 线路终端板的硬件电路，全新设计网络互联功能模块，实现a t m 信元与以 太网帧之间的协议转换，并设计了s h d s l 接入模块和a t m 反向复用模块，实现高速通信和服 务质量的要求。然后，在嵌入式实时操作系统下，进行板级支持包的设计，完成系统初始化、 接口、中断处理和设备访问功能，为操作系统与目标应用硬件环境提供中间接口。最后，提 出了多种测试方案，对功能模块及系统整体进行了测试，给出了测试结果，验证了系统的性 能。 结果证明本系统能完全满足对称高速率的远距离传输，为s h d s l 技术的进一步推广和 i p d s l a m 的发展起到了积极的促进作用。 关键词：宽带接入，s h d s l ，i p - d s l a m ，a t m 反向复用，a t m 通用测试与操作物理层接口， 虚拟局域网，板级支持包 a b s l m ( t a b s t i 认c t t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o n b o a r db a s e d o fi p d s l a ml i n et e r m i n a t i o n o ns h d s l c a n d i d a t e ：w a n gl i - n a s u p e r v b o r ：p r o f z o uc a i - r o n g d e p a r t m e n to f r a d i oe r i g i n e e r i n g ，s o u t h e a s tu n j r e r s i t y ，c h i n a b e c a u s eo ft h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ef a s ts p r e a do fi n t e r n e ti n c h i n a ，t h ed e m a n di nt h em a r k e to fb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r ki sg r o w i n gs h a r p l y ，a m o n g a 1 1t h et e c h n i q u eo fb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( d s l ) w h i c h p r o v i d e sf a s ti n t e r n e ta c c e s sv i at h ee x i s t i n gt w i s t e d - p a i rt e l e p h o n ew i r e s ，h a s b e c o m et h el e a d i n ga c t o rb e c a u s eo f i t s l o wc o s ta n ds i m p l e i m p l e m e n t a t i o n s i n g l e p a i r h i g h - b i t r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( s h d s l ) i san e wt r a n s p o r t s p e c i f i c a t i o nu s e di nb r o a d b a n da c c e s sv i ad i g i t a ls u b s c r i b e r1i n e t h em a i np u r p o s e o ft h i st h e s i si st or e s e a r c ha n di m p l e m e n ta1 i n et e r m i n a t i o nb o a r do ft h ei p d s l a m b a s e do ns h n sl s h d s lc a ns u p p o r tt h em a x i m a ls y m m e t r i c a ls p e e do f5 7 m b p sb o t hi nu p s t r e a ma n d d o w n s t r e a m i tc a nr e s o l v et h ed i s a d v a n t a g e so fa s y m m e t r i c a lt r a n s m i s s i o ns p e e da n d s h o r td i s t a n c ee x i s t e di np r e s e n td s ls oa st om e e tt h er e q u i r e m e n to fs y m m e t r i c a l b a n d w i d t hf o rc o m m e r c e i p - d s l a mc a nr e a l i z et h ef u n c t i o n ss u c ha st h ea g g r e g a t i o n o fd s lu s e r s ，t h et e r m i n a t i o no fa t mc e l l s ，t h eu p l i n ko fe t h e r u e tp o r t sa n dt h e a c c e s so fi pb a c k b o n e i n t e g r a t i n gt h ea b o v et w ot e c h n o l o g i e sa sw e l la si l i a ，an e w i p d s l a m1 i n et e r m i n a t i o nb o a r di sd e s i g n e d f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l e sa n dn e t w o r kt o p o l o g i e so fi p - d s l a ma r el e a r n e da n dt h e p r o t o c o la r c h i t e c t u r e st oi m p l e m e n tt h es c h e m ea r ea n a l y z e d s e c o n d l y ，t h eh a r d w a r e c i r c u i to fi p d s l a ml i n et e r m i n a t i o nb o a r di sd e s i g n e d ，t h ei n t e r 一冒o r k i n gf u n c t i o n m o d u l ei si m p l e m e n t e di nat o t a l l yn e ww a y ，w h i c hr e a l i z e sp r o t o c o le x c h a n g eb e t w e e n a t mc e l l sa n de t h e r n e tf r a m e s a 1 s os 帅s la c c e s sm o d u l ea n di m am o d u l ea r ed e s i g n e d t or e a l i z et h ed e m a n d so fh i g h s p e e dc o m m u n i c a t i o na n dq u a l i t yo fs e r v i c e t h e n ， t h eb o a r ds u p p o r tp a c k a g ed e s i g ni sc a r r i e do nu n d e re m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i n g s y s t e m , w h i c hf i n i s h e ss y s t e mi n i t i a l i z a t i o n ，i n t e r f a c e 。i n t e r r u p th a n d l i n ga n d d e v i c ea c c e s s f i n a l l y ，s o m et e s ts c h e m e sa r ep r o p o s e dt ot e s tt h ef u n c t i o nm o d u l e s a n dh o l i s t i cs y s t e m t e s tr e s u l t sa r ep r o v i d e dt ov e r i f ys y s t e mp e r f o r m a n c e t h er e s u l tp r o v e st h a tt h i ss y s t e mc a nt o t a l l ys a t i s f yt h et r a n s m i s s i o no fh i g h s y m m e t r i c a ls p e e da n df a rd i s t a n c ea n dp l a y sap o s i t i r ei m p e t u sf o rt h ef u r t h e r d e v e l o p m e n to fs h d s lt e c h n o l o g ya n di p d s l a m k e y w o r d s ：b r o a d b a n da c c e s s ，s h d s l ( s i n g l e - p a i rh i g h b i t - r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e r l i n e ) 。i p 一 s l a m ( i pd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n ea c c e s sm u l t i p l e x e r ) ，i m a ( i n v e r s em u l t i p l e x i n go v e ra l l 4 ) ，u t o p i a ( u n i v e r s a lt e s t o p e r a t i o n sp h y i n t e r f a c ef o ra t m ) ，v l a n ( v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k ) ，b s p ( b o a r ds u p p o r t p a c k a g e ) 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 王面凼 日期：垃笸：，l i 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：王函幽导师签名：日期：，i ，p 第一章绪论 第一章绪论 随着宽带的迅猛发展，中国成为宽带技术领域的领先者。从以太网接入( f t t x + l a n ) 起步，中国运营商率先在数字用户线接入复用器( d s l a m - - d i g i t a ls u b s c r i b e r l i n e a c c e s s m u l t i p l e x e r ) 上面采用了以太网i p 技术，并已将投资重点转剑数字用户线。作为以太网和 i p - d s l a m 领域的最大市场，中国正在不断改变宽带发展的既定模式，尤其是宽带接入领域。 1 1 背景介绍 1 1 1 我国宽带接入市场发展现状 在过去几年中，我国经济的飞速发展和互联网应用的快速普及，刺激了宽带接入业务市 场的需求，导致宽带网络业务需求的急剧上升。我国的宽带产业在短时间内就形成了规模用 户市场，用户数量持续、快速增长。按照信息产业部的统计，2 0 0 4 年我国宽带用户数突破2 0 0 0 万，与2 0 0 3 年年末相比增长了l o o o 多万用户。2 0 0 5 年前三季度用户数为3 5 0 0 万，仅次于美国， 居全球第二。据估计中国的宽带用户接入数量要是以现时的速度增长的话，将会在2 0 0 6 年正 式超过美国，成为全球第一。 “谁拥有宽带谁就拥有世界”是宽带网络运营商经常 f 睾在嘴边的一句话。传统5 6 k b p s 的 拨号上网方式根本不能满足多媒体要求，这就给宽带网络运营商提出了一个“最后一公里” 的接入问题。现在常见的宽带接入解决方案有3 种：c a b l em o d e m ，d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e r l i n e 数字用户线) 和以太网。而在所有的宽带接入方案中，0 s l 扮演着举足轻重的作用，以 其宽带改造的低廉价格吸引了众多运营商及消费者。而伴随着高清晰视频点播、海量文件下 载、网络远程教育、商业视频会议等需求的出现，d s l 接入技术也在不断推陈出新。 1 1 2 陷l 宽带接入技术哪1 2 】【3 j 【4 宽带接入是电信市场的一大亮点业务，在市场需求的推动下，宽带接入技术也有了很大 发展，呈现“百花齐放、梯队演进”的局面，d s l 技术由于通过现有普通电话双绞线线路提 供高速的i n t e r n e t 连接，投资低、技术实现简单，从而一举成为宽带网络技术的主角。截 止到2 0 0 5 年6 月，我国的宽带_ j 户中d s l 用户人数已达到2 1 2 3 万，占世界d s l 总硐户数的 1 8 ，比位居第二的美国多出5 0 0 多万用户。在整个宽带接入市场中，d s l 所占比例将可能 继续上升。d s l 技术a d s l ( a s y m m e t r i c a ld s l ) 、h d s l ( h i g hb i t - r a t ed s l ) 、s d s l ( s i n g l e p a i rs y m m e t r i cd s l ) 、i d s l ( i s d nd s l ) 等一路发展以柬，新的技术不断出现，以下介绍目 前晟受瞩目的a d s l ，以及被看好的新一代d s l 技术v d s l ( v e r yh i g hb i t - r a t ed s l ) 与s r d s l ( s i n g l ep a i rh i g hb i t r a t ed s l ) 。 1 1 2 1 嘴l a d s l ( a s y m m e t r i cd s l ) 技术即非对称数字用户线技术，就是利用现有的一对电话铜线， 为用户提供高速网络接入服务。它最初主要是针对视频点播业务开发的，随着技术的发展， 逐步成为了一种较方便的宽带接入技术，为电信部门所重视。它的主要特点是： 很高的不对称传输速率 a d s l 能够在现有的双绞线，即普通电话线上根据当地线路状况提供上行6 4 0 k b p s 1 m b p s ，下行l m b p s i 8 l i b p s 的非对称传输速率。这种下行速率远大于上行速率的非对称 东南大学硕上论文 结构特别适合i n t e r n e t 接入、宽带视频点播等下行速率需求大于上行速率需求的应用。 上网与打电话互不干扰 a d s l 采用频分复用技术，可将电话语音和数据流一起传输，用户只需加装一个a d s l 用户端设备，通过分流器( 话音与数据分离器) 与电话并联，便可在一条普通电话线上 同时通话和上网，且互不干扰。因此，使用了a d s l 接入方式，等于在不改变原有通话 方式的情况下，另外增加了一条高速上网专线 独享带宽、安全可靠 a d s l 利用中国电信深入千家万户的电话网络，先天形成星犁结构的网络拓扑构造， 骨干网络采用中国电信遍布全国的光纤传输，各结点采用栅宽带交换机处理交换信 息，使用户独享带宽，信息传递快速、可靠、安全。 价格低廉、安装便捷 a d s l 可以充分利用现有的电话线路，不需要改造和重新建设网络，在电话线两端 加装a d s l 设备即可为用户提供高带宽服务。由于不需要重新布线，降低了成本，进而 减少用户上网的费用。在现有电话线上安装a d s l ，只需在用户侧安装一台a d s lm o d e m 和一只电话分离器，用户线路不用改动，极其方便。 a d s l 技术本身也存在着出线率低、距离较远时传输速率下降明显等缺点，所以一般a d s l 覆盖半径不超过3 5 公里。同时，现有的a d s l 调制解调器价格较贵，而且它限定用户与电 话局间的距离，a d s l 对于不同质量的线路，其表现也有较大的差异。 1 l 2 2v 璐l 为了适应网络和业务全面i p 化和以太网化的发展需求，并解决a d s l 技术提供图像业务 方面带宽十分有限、成本偏高等问题，基于以太网内核技术的v d s l 应运而生了。v d s l ( v e r y h i g hb i t - r a t ed s l ) 全称是“甚高速数字用户线”，是一种新兴的d s l 技术。并被称为d s l 的终极技术。采用该技术可以进一步提高d s l 系统的下行带宽。v d s l 技术能满足广大用户 高速上网的需要，充分利用现有的电话线网络，保护运营商既有的投资，很好地解决“最后 一公里”的网络瓶颈。其主要特点是： 超高速率 v d s l 技术仍旧在一对铜质双绞线上实现信号传输，可提供非对称下行数据速率为 6 5 m c l p s i 5 2 曲p s ，上行数据速率为0 8 m b p s 6 4m b p s ，对称上下行数据速率为 6 5 i b p s 2 6 m b p s ，v d s l 技术的传输速率依赖丁二传输线的长度。 与以太网技术相结合 基于以太网技术的v d s l ( 又称e o v d s l ) 技术结合了二层以太网和v d s l 物理层的特 点，避免了a t m 的复杂性和传统以太网的传输距离限制，获得了较好的性价比。v d s l 技术和以太网技术的优越性在e t h e r n e to v e rv d s l 上得到了完美结合，使得这种技术 既能提供全方位服务，又能仅仅利用一条网络线路向客户端传递多种服务。用户也只需 通过v d s l 终端适配器，就可以接上i n t e r n e t ，通过普通电话线传输高速以太网信号。 v d s l 不仅不存在a t m 和i p 之间的转换问题，而且克服了传输带宽小和出线率低等问题。 但是，v d s l 线路质量要求高，传输距离较短，一般为1 5 公里以内。 1 1 2 3s m 培l s h d s l ( s i n g l e p a i rh i g hb i t r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 技术即单线对高速数 字用户线技术，在各种标准化的d s l 技术中，s h d s l 既良好地解决了在“最后一公里”的用 户电缆上e l 速率的传输与接入，同时义实现了与接入网利城域网传输设备的“无缝”对接， 该技术的主要特点是： 提供高速对称传输速率 与传统的a d s l 技术不同，s 邶6 l 所提供的是双向对称业务，每对双绞线可提供 1 9 2 k b p s 5 7 m b p s 的对称速率，而对于扩展虑用所支持的4 线捆绑传输模式提供相应 加倍的带宽，这大大提升了服务范围，改善了服务质量。 远距离传输，干扰小 相对于a d s l ，相同速率时的传输距离增加了3 0 。线路编码采用格栅编码脉冲幅度 2 第一章绪论 调制，抗干扰能力强。 兼容性好 g 9 9 1 2 标准为数据专线设备的线路接口提供了统一的方案，可以和接入网中包括 a d s l 技术在内的其他传输技术兼容，这大大提高了传输距离。同时由于标准的统一， 推进了s h d s l 局端与终端设备的互通性测试工作，为d s l 进一步发展壮大用户群铺平了 道路。 性能强大，服务范围广 s h d s l 既能为中小型企业以及大型企业的分支机构提供各种全面的解决方案，满足 各种业务需求，如安全、虚拟个人网络和业务延展规划等，也可为服务供应商提供解决 语音，视频、视频会议等各种集成通信问题的方案。 s h d s l 技术是运营商在扩容时的一种选择，并不需要替代现有的d s l 技术。s h d s l 可以 提供更宽的上行带宽、更多的接入方式，可以满足用户新的业务需求。有望在以下应用领域 一显身手：单站点网站、位置分散的中小型业务单位、大型企业的分支机构以及远程办公人 员。 1 2 本课题研究的目的和意义1 d s l 技术是一种铜线环路传输技术，它解决了网络业务传输过程连接用户的最后一公里 问题。在d s l 家族中，目前应用最广泛的是a d s l ( 非对称d s l ) ，但由于此种方式上下行速 率的不对称，且上行流量明显小于下行流量( 下行高达跏，上行可达l m ，但通常为5 0 0 k ) ， 不能满足中小企业对对称速率和上行带宽的需求。在市场的呼卢中，s h d s l 技术与方案应运 而生，成为宽带接入技术的新亮点。 商蹦宽带需求与家用宽带需求的差别极大。商用传输环境是一个双向的、对称的流量环 境，对性能波动的容忍度比较低。a d s l 虽能满足当前家用市场的需求，但却无法满足商用 环境下的各种服务对带宽的要求。而s h d s l 接人技术则正日益受剑商用网络用户的青睐，并 呈现出良好的发展势头。 此外，目前大多数的数字用户线路接入复用器( d s l a m ) 设备使用尚未饱和，有很多空 的插槽，如果需要应用该技术，只需插一个插槽，用户端增加一个s i d s l 的麻用设备就可以。 因此，充分利用现有的资源，采用先进的s h d s l 技术，设计出高性能的宽带接入设备正 是本课题研究的目的。 本课题将高速对称s h i ) s l 技术应用于宽带接入设备i p - d s l a m 的线路终端板中，提供千 兆以太网上联口，实现用户与城域网的互联。本课题的研究将会推动实现商埘网络用户间利 用电话线路进行语音、视频以及高速数据传输。同时，将会对实时性要求很高的通信应用具 有非常重要的意义，从而促使服务供应商得以开展各种增值业务，为客户提供多服务解决方 案。在众多接入方式共同盘踞的市场环境f 。s h d s l 显然会有自己的一方天空。 1 3 本课题的任务和内容 本课题的主要任务是完成基于s h d s l 技术的i p - d s l a m 线路终端板的设计与测试。具体 内容包括： 分析和研究i p d s l a m 技术及其协议体系，结合以太网上行技术与s h d s l 技术标准， 提出i p - d s l a m 线路终端板的协议设计方案。 完成i p d s l a m 线路终端板的硬件功能设计。提供4 8 路s h d s l 用户接入线和2 个千 兆以太网上联口，实现s h d s l 与i m a 技术，完成用户线路上a t m 信元与上行接口的 以太网帧之间的转换。 完成线路终端板的板级支持包开发，实现初始化、接口、中断处理和设备访问功能。 运_ h | 脱机测试模式，对各模块的功能进行了测试。并对系统整体性能进行了测试。 3 东南大学硕士论文 1 4 本文各章节的安排 本文首先介绍了我国宽带接入市场的发展现状和目前最主要的宽带接入技术d s l ，并分 析了基于s h d s l 技术的宽带接入设备的市场需求。 第二章概述了数字用户线接入复_ i j 器的网络结构，对数字用户线接入复用器的原理、功 能、组网方式进行了分析，设计出最适合本课题的方案。并根据课题方案，结合功能需求， 详细阐述了设计所需的协议体系结构。 第三章根据实际需求，给出了线路终端板的具体硬件设计方案，同时，紧紧围绕这一方 案，详细描述了网络互联功能模块、在板控制模块、a t m 反向复用模块、调制解调器模块的 设计方法，通过几个模块间的协调工作，实现系统功能。 第四章完成线路终端板的板级支持包开发，实现初始化、接口、中断处理和设备访问功 能。 第五章给出了系统测试方案，介绍了脱机测试程序的设计，结合软硬件，对各功能模块 进行了脱机测试，并对系统整体性能进行测试，给出了测试结果及分析。 1 5 本章小结 本章首先概述了我国宽带接入市场的发展现状，在各种宽带解决方案中，d s l 扮演着领 头羊的角色。通过对目前使用广泛的a d s l 技术以及新兴的v d s l 、s h d s l 技术的介绍，分析 了各种技术的优、缺点，同时结合目前商用宽带市场的需求，提出了本课题研究的实际意义， 最后给出了本论文各章节的内容安排。 4 第二章i p - - d s l a m 组网方案与协议设计 第二章lp - d s i a m 组网方案与协议设计 d s l a m 是局端( c o - - c e n t r a lo f f i c e ) 的宽带接入设备。为客户端设备( c p e - - - c u s t o m e r p r e m i s e se q u i p m e n t ) 和宽带网络接入服务器之间提供数据交换通道，完成多路d s l _ j 户的 数据汇聚，并集中转换到一条高速线上，经认证通过后接入i n t e m e t 。为用户提供视频、广 播电视、快速i n t e m e t 接入及其他高价值应用。其特征包括优化传输率、聚合链接以优化带 宽利用率以及进行流鼙控制。 2 1d s l a m 组网结构 图2 - 1d s l a g 组网结构 图2 - 1 给出了d s l a g 最简单的组网结构。其中，c p e 为客户端d s l 设备，通常是d s l m o d e m ， 视频和数据信号经c p e 后与普通电话机信号通过分离器后，共同传往局端的d s l a g 。d s l a g 侧也通过分离器过滤出电话信号，送往p s t n 交换机，进行话务处理。同时，d s l a g 得到分 离出来的数字信号，通常，这些数字信号都是以a t m 信元格式传输的。根据d s l a g 种类的不 同，数据以a t m 方式或者以太网方式上行至宽带网络接入服务器( b r a s b r o a d b a n d a c c e s s s e r v e r ) 。b r a s 主要完成对前端接入用户的认证，通过后即可实现该用户的i n t e r n e t 接入 请求。 由于在组网时d s l a g 设备会接入不同的网络之中，比如a t g 骨干网络或i p 骨干网络， 因此要求d s l a g 设备能提供a t g 接口和i p 接口，也就是所谓的a t m - d s l a g 和i p - d s l a g 。 i p - d s l a g 与a t m d s l a g 除了在d s l 中的调制解调部分相同外，在实现的原理上还是存在一 定差异的”。 5 东南大学硕十论文 2 2 。l n 卜d s u 嘲 传统的d s l a i i 设备主要用于实现第一代a d s l 接入和复用，是a 1 1 l 上行的局端设备。第 一代的d s l a i i 技术只支持a t m 传送模式，从用户接入到上行接口全部采用a t l 4 信元格式，必 须通过a t l l 网络对业务进行汇聚。尽管凭借着a t m 的完美技术在初期取得不错的业务发展， 但随着a d s l 用户数的不断增多，对a t m 网络的需求也不断扩丈，导致接入网的建网成本越 来越高。 图2 - 2 为a n i d s l 枷的网络结构，上传的数据信号在d s l m o d e m ( a t u r ) 中，通过a a l 5 分段和组装子层( a a l 5s a r ) 功能实现) i a c 帧到a t m 信元之间的转换，经d s l 调制后，信号 被传输剑局端的d s l a m 侧，局端的d s l a m 对d s l 信号进行解调，并恢复成a t m 信元格式。a t m 网络对许多这样的上传信号进行汇聚，通过一个集中式的b r a s 平台连接到互联网。在信号下 行时，下发的信号是以a i m 信元格式传送给a 埘d s l a m 的，这些被接收的 t m 信号，带着相 关的a t m 信息，比如a t m 业务类型、p v c 数据以及其它一些参数等。由a t m d s l a m 对不同的 业务参数进行识别，并采取不同的处理措施，然后分接到各个对应的d s l 信号的调制，之后 输出剑对端的d s li i o d e m 中。 2 2 2i p _ d s u 沮 图2 - 2a r m d s l a m 网络结构 中国各大运营商a t m 网络的资源有限，随着d s l a m 建设量的迅速扩大，现存的a t m 端口 资源基本耗尽，新建城域网以i p 为主。同时义因为a t m 网络的建设成本过高，而近年来以 太网大规模发展，国内厂家最先提出了i p d s l a m 的概念，即d s l 的a t m 承载层终结在d s l a i i 内部，d s l _ j l 通过以太网接口连接到i p 城域网。 i p d s l a i 在d s l 中信号的处理与a t m - d s l a m 也基本上是一样的上传的信号经过d s l a - i 解调后，转换成d s l 信号。但在d s l a i 中a t m 信号并不像在a t m - d s l a m 中那样复接和进行业 务类型的处理，而是进一步通过从l 5s a r 功能转换成相应的m a c 帧，即所谓的a t m 信号终 结。在a t i ( 信号终结的过程中，相应的m a c 地址与a t mp v c 会建立起相应的对应关系，而在 a t m 信号终结之后，则需根据不同设备所提供的不同功能，在m a c 帧的基础上做进一步的处 理和设立相关的标记。比如当提供电子邮件报头标准格式( r f c ) 1 4 8 3 b 功能时，就会进一 步处理r f c l 4 8 3 b 协议；当提供v l a n ( 虚拟局域网) 功能时，就会根据实际设置贴上v l a n 标 记。这样，在所有设备提供的功能完成后，就会通过以太网上行口传输到二层或三层交换设 备中。 由于d s l 技术仍停留在基于a t m 的传送模式下，要提供i p 上联接口，就必须经过a t m 到i p 的封装转换。根据转换位置的不同，出现了两种i p - d s l a i i 实现方式：一种是基丁二以太 网交换结构，在各用户终端板上实现a 1 1 4p v c 的终结，并将a i m 信元适配到以太网帧，然后 通过以太网上联口进入以太网交换结构，晟后通过b r a s 连接剑i p 骨干网。另一种是采用 a i m 交换结构，在上联接口板上集中终结a 删p v c ，并将a t m 信元适配到以太网帧。再通过 以太网上联口进入以太网交换结构。 6 第一二章i p - - d s l a m 组阿方案与协议设计 图2 3 基于以太网交换的i p - d s l h m 嗣络结构 其中，基于以太网交换的i p d s l a m 由丁二其直接在用户终端板上完成a t m 的转换，更适 合各种d s l 用户板的混合使用，也成为本课题的首选。其典璎结构如图2 - 3 所示，以二三 层交换为核心的以太网上行i p - d s l a l i 一般通过以太网交换机及宽带接入服务器与i p 骨干网 相连。 2 3i p _ d s l 删组网1 9 i t o l 从i p - d s l a m 实现的功能来看，i p - d s l 瑚可分为两类：无认证功能的二层( 即数据链路 层) i p - d s l 棚和内置认证功能的三层( 即网络层) i p - d s l a m 。无认证功能的二层i p - d s l a m 主 要完成r f c 2 6 8 4 桥接协议、p p p o e 透传、虚拟局域网( ￥l a n ) 封装等二层功能，网络侧需二 三层交换网络及集中的b r a s 。内置认证功能的三层i p d s l 栅主要完成用户接入认证实 现三层路由功能，网络侧无需集中的b r a s ，内置的认证功能可以是p p p o e 或8 0 2 i x 。 2 3 1 二层i p - d s l a m 如图2 - 4 所示，无认证功能的二层i p _ d s l 删经以太网汇聚p p p o e 拨号的用户流量，接 人b r a s 。其优点是可以充分利用以太网的汇聚功能，较好地实现用户的集中管理，节省b r a s 端口资源，便于今后网络的扩展。但由于b r a s 接入端口下的网络为二层以太网，因此，安 全性较差，需要做好用户隔离及v l a n 划分。另外，这种组网方式容易在b r a s 处形成流量瓶 颈。 应用场合：这是目前最典型的i p - d s l a m 应用组网方案，适合对q o s 要求不高的大多数 用户的d s l 宽带接入。 图2 4i p - d s l a m 经以太网汇聚连接b r a s 内置三层认证功能的i p - d s l a m 组同结构如图2 - 5 所示，网络中无需专门的b r a s ， i p d s l a m 通过三层以太网交换机直接与i p 骨干网相连。此种组网方式使接入网结构进一步 7 东南大学硕上论文 简化，有利于提前分流用户带宽，减少流量冲击等作用，有利于网络的安全。缺点是不便于 业务及用户的集中统一管理，i p 地址资源有效利用率低，路由规划复杂。不利于今后的网 络升级。 应用场合：适合用于大的行业集团客户等有独立认证和运营需求的特殊场合。 2 3 3 本设计组网方案 图2 - 5 三层i p - d s l a i i 如图2 - 6 所示，本课题设计的是提供s h d s l 用户接入线的i p - d s l a m 设备，在s h d s l 用 户线路上仍然采用a t m 信元传输，而在线路终端板上实现a t m 信元到以太网帧的转换，通过 二层以太网交换机进行线路汇聚，再经昧a s 认证后接入i p 骨干网。 由于本地用户接入带宽有限，采用固定长度的a t m 信元传输，可减少传输时延，简单实 现数据缓冲。而采用二层以太网交换方式，是为了适应以太网和i p 技术的发展，进一步节 省端口资源，便于网络扩容。 图2 - 6 基于s h d s l 技术的i p - d s l a m 网络结构 2 4i p - d s l a i h 协议 2 4 1i p - d s l a m 的协议体系 按照本设计中的i p - d s l a m 组网结构以及线路终端板的功能需求，制定其协议框架如图 2 7 所示。该图同时也给出了i p d s l a m 线路终端板的内部结构。单线对高速率数字用户线 ( s h d s l ) 协议、a t t l 反向复用( i m a ) 协议、a i m 适配层( a a l 5 ) 封装协议r f c 2 6 8 4 、虚拟 8 第二章i p - - d s l a m 组同方案与执议设计 局域网( 、r l a n ) 协议以及u t o p i a 、g e 接口相互配合，共同构成i p d s l 删线路终端板的协议 体系。经s h d s l 协议解调后的用户线数据在完成a t m i p 转换后重新封装，最后以以太网帧 的形式输出至上联设备。下面的章节将对各协议模块与接口进行详细介绍。 a n g x p 翱d 乳协议 转换 协议j 士津 千兆以戈同 上联口 l 砸c 2 8 8 4 协议) 一 图2 - 7i p - d s l a m 协议结构 国际电信联盟( i n i ) 协议制定了一套新的全球标准单线对高速率数字用户线 ( s h d s l ) 收发器标准，该标准被指定为i t u tg 9 9 1 2 。同时根据i t u - tg 9 9 1 2 标准， 中华人民共和国信息产业部针对基于s h d s l 技术的线路收发器进行规范，制定了接入网技 术要求单线对高比特率数字用户线( s l d s l ) ，从设备角度，对接口、功能、协议、性 能等方面做了具体规定。下文主要对基于a t m 方式的s h d s l 设备的相关规范做简要介绍。 1 参考模型 ( a ) 设备参考模型 基于a i m 方式的s h d s l 设备参考模型如图2 8 所示。 图2 - 8 基于a l i l 方式的s h d s l 设备参考模型 基于a t m 方式的s h d s l 设备由安装在网络侧的设备数字用户线接入复用器( d s l a m ) ， 安装在用户侧的s h d s l 用户端设备和管理单元组成。 ( b ) s i d s l 线路收发器功能模型 图2 9 描述了s h d s l 线路收发器单元( s t u s 皿s lt r a n s c e i v e ru n i t ) 的功能模块和接 口，s h d s l 线路收发器由局端的s 1 1 j _ c ( s n j - c e n t r a lo f f i c e ) 和远端的s t u r ( s t u - r e m o t ee n d ) 组成。每一个s t l j 由应用相关模块和应用无关模块组成，麻朋无关模块包括物理媒质相关( 呻 p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t ) 和物理媒质特定传输汇聚层( p m s - t cp h y s i c a lm e d i u m s p e c i f i ct cl a y e r ) ，应用相关模块包括传输协议特定传输汇聚层( t p s t ct r a n s m i s s i o n p r o t o c o l s p e c i a lt r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c el a y e r ) 和相关接口。在s t u - c 和s t u r 之间 可放置一个或多个可选的信号再生器。s t u - c 、s t u 一睇l s h d s l 再生器( 如果有) 以及传输线 路共同构成了一个s h d s l 链路，其中s t u - c 作为主控方控制s t u r 和再生器。 p 蛐模块的基本功能包括： 码元定时生成和恢复； 编码和解码： 调制和解调； 回波抵消； 9 东南大学硕士论文 线路均衡： 链路启动。 p 淞一t c 模块的基本功能包括： 定帧和帧同步； 扰码和解扰。 豇1 卜c yc s p j - t by r i 应用相关 梗块与躲无关 与鼯铁 注：a 口v “vr 接口为逻辑接口 图2 - 9s t o - x 功能模型 s t u - c 和s t u r 中的p m s - t c 层模块分别通过a 和b 接口与t p s - t c 层相连。t p s - t c 是与 应用相关的，主要完成_ f j 户数据到s h d s l 数据帧的映射和封装功能，还可以包括复用，解复 用和多个用户数据信道的定时校准等功能。t p s t c 通过yr 和yc 接口与s t u 的接口模块相 连，接口模块的实旋与具体应_ 有关。 2 传输能力 单线对的s h d s l 应支持1 9 2 k b p s 2 3 1 2 k b p s 的净负荷传输速率，速率变化步长为8 k b p s 。 在可选