（通信与信息系统专业论文）tdm+over+epon关键技术的研究与实现方案.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 随着互联网应用的不断普及，以及网络技术的迅猛发展，用户迫切地需要 一种高速且廉价的网络接入方案，e p o n 技术正是为实现这一目的而被提出的， 是一种非常有效的宽带网络接入方式。作为接入网络，在e p o n 上传输的并不 应该仅仅是数据业务，对其他业务也必须有比较好的承载能力，其中最主要的 就是与传统t d m 电信业务的结合。t d mo v e re p o n 所要实现的就是在以e p o n 为结构的接入网内透明传输t d m 业务。 本文首先分析了c e s o e 实现的基本原理，系统构架，业务封装，以及t d m 业务在分组交换网上传输的实现难点：同步和延时抖动处理，并介绍了两者的 解决方法。在分析了c e s o e 的基础上，结合了e p o n 系统主从模式的结构，给 出了将c e s o e 运用于e p o n 中的整体构架，并分析了e p o n 网络在解决同步 问题时所使用的方法。 在理论分析的基础上，本论文设计了t d mo v e re p o n 的设计架构，并给出 了o l t 端t d m o e 的硬件设计方案，整个硬件系统分为四个模块：c e s o e 模块、 c p u 模块、网络交换模块和电源模块。本文详细介绍了c e s o e 模块、c p u 模 块、网络交换模块的硬件实现，并着重分析c e s o e 模块的核心处理芯片 d s 3 4 t 1 0 8 的各功能模块和整个数据封装、处理流程。系统通过合理配置、充 分利用j i t t e rb u f f e r 以实现对抖动的平滑，并为时钟恢复提供充分的时间和足够 的信息。d s 3 4 t 1 0 8 内部具有良好的时钟恢复机制，可以支持自适应模式和差 分模式的时钟恢复，系统设计时预留了共同参考时钟的连接，可以根据实际的 硬件情况来选择合适的时钟恢复方式。通过对时钟恢复机制的有效利用、相互 配合，在不同的硬件条件下使用最佳的时钟恢复方式。 文章的最后针对了o l t 端的主控芯片m p c 8 3 1 3 的u b o o t 进行了分析，结 合p o w c r p c 的架构着重研究了u b o o t 中s t a g e l 的两次重要重定位过程，第一个 重定位是在系统要加入对s d r a m 映射时发生的，对m p c 8 31 3 内存空间的重 新设定。第二个重定位是在u b o o t 将自身从f l a s h 中拷贝到s d r a m 中时发生 v 上海大学硕士学位论文 的，此时要重新定位内部的地址。 关键词：e p o n ，电路仿真，d s 3 4 t 1 0 8 ，u b o o t v i 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eh u g ep o p u l a r i z a t i o na n dr a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e m e tt r a f f i c ，m o r e a n dm o r es u b s c r i b e r sw a n tah i g h s p e e da n di n e x p e n s i v en e t w o r ka c c e s ss o l u t i o n f o rt h i sp u r p o s e ，t h ei d e ao fe p o nc o m e su p a sa l la c c e s sn e t w o r k ，n o to n l yt h e d a t af r o mb a c k b o n en e t w o r k sa r et r a n s f e r r e di ne p o n ，b u to t h e rn e t w o r ka c c e s s s e r v i c e sa sw e l l ，s u c ha st r a d i t i o n a lt d mt e l e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s t h ea i mo f t d mo v e re p o ni st or e a l i z et h et r a n s p a r e n tt r a n s p o r t a t i o no ft d ms e r v i c e s t h r o u g he p o n a tf i r s t ，t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ep r i n c i p l e s ，t h ef r a m e w o r ka n dd a t a e n c a p s u l a t i o no fc e s o et e c h n o l o g y , 嬲w e l l 嬲t h ed i f f i c u l t i e sl i k et i m i n g d e l a ya n d p a c k e td e l a yv a r i a t i o n t h e n ，t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h es o l u t i o nt ot h e s e p r o b l e m sb r i e f l y a f t e rt h a t ，c o m b i n i n gc e s o ea n de p o n ，t h es o l u t i o n si ne p o n a r eg i v e n o nt h eb a s i so ft h e o r ya n a l y s i s ，t h et h e s i sg i v e saa p p l i c a b l ec i r c u i te m u l a t i o n e q u i p m e n ta p p l i c a t i o ns c h e m eo ft d mo v e re p o n 嬲w e l l 嬲t h ed e s i g no fc e s o e i i lo l t w h i c hc a nc a l t ye i g h te1t r a f f i c t h ed e s i g ni s c o m p o s e do ff o u rp a r t s ： c e s o em o d u l e ，c p um o d u l e ，n e t w o r km o d u l ea n dp o w e rm o d u l e t h ep a p e rg i v e s d e s c r i p t i o no ft h r e em a i nm o d u l e si nd e t a i l ：c e s o em o d u l e ，c p um o d u l e ，n e t w o r k m o d u l e ，a n dt h e n ，f o c u s e so nt h ef u n c t i o n a l i t i e so fc e s o em o d u l e , l i k et h e t r a n s m i s s i o no fe1s e r v i c e sa n dt h es o l u t i o nt ot h ep r o b l e m so ft i m i n g ，p a c k e td e l a y v a r i a t i o n t h es y s t e mu s e sj i t t e rb u f f e rn o to n l yt os m o o t ht h ej i t t e r , b u ta l s op r o v i d e e n o u g hi n f o r m a t i o nt or e c o v e rc l o c k d s 3 4 t 10 8h a sag o o dc l o c kr e c o v e r y s u p p o r t i n ga d a p t i v em o d ea n dd i f f e r e n a t lm o d e t h es y s t e mr e s e r v e st h ei n t e r f a c eo f c o m m o nc l o c k a n dt h e n ，i tc a l lu s ed i f f e r e n tc l o c km o d ei nd i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e a tl a s t ，t h ea n a l y s i so fu b o o ti nm p c 813 ，w h i c hi st h em a i nc o n t r o l l e ro ft h e s y s t e mi sp r e s e n t e d ，e s p e c i a l l yt h er e m a pa n dr e l o c a t i o ni ns t a g e1i nt h ef r a m e w o r k o fp o w e r p c t h er e m a pa d d ss d r a mt ot h em e m o r ys p a c eo fm p c 8 313a n dt h e m p c 8 313c a nu s es t a c k t h er e l o c a t i o nc o p i e sc o d e sf r o mf l a s ht os d r a m k e y w o r d s ：e p o n ，c e s o e ，d s 3 4 t 1 0 8 ，u b o o t v i i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 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发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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。 签名：玉j 坌茭e t 期：丝全星：! ：! ? 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 丝 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1e p o n 技术在接入网中的优势 现今，f t t h 是国际公认的有线接入网最佳解决方案，具有对称高带宽、 高稳定性、高可靠性、抗干扰、环保无污染的优势，代表了当今和未来接入网 建设的发展方向，被专家们誉为是一种一劳永逸的网络接入方式。迄今为止 f t t h 是能够同时完成语音、数据和视频三种业务的最好运营方案，从商业和 经济的角度最为经济可行。 f 订h 主要有两种实现技术：点到点光接入技术和p o n 技术。f t t h 网络 中的点到点光接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输，从中心局 到每个用户均使用一根光纤，上下行速率都可以达到1 0 0 m b i t s 甚至1 0 0 0 m b i t s 。 点到点光接入技术具有产品成熟、结构技术简单、安全性较好的特点。但这种 技术最大的缺点是需要铺设大量光纤和光收发器，在大规模应用情况下网络铺 设困难，设备成本也很难再下降甚至会上升，因此被认为是实现f t t h 的过渡 技术，比较适合网络发展初期用户数较少的阶段。而p o n 技术已经成为业界公 认的实现f t t h 的首选方案。p o n 系统由局端设备o l t ( 光线路终端) 、用户端 设备o n u o n t ( 光网络单元光网络终端) 和o d n ( 光分配网) 组成。所谓“无源， 是指o d n 全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不包括任何有源器 件。p o n 技术采用了点到多点拓扑结构，下行和上行分别通过t d m 和t d m a 方式传输数据。 p o n 技术可细分为几种，不同的数据链路层技术和物理层p o n 技术结合 形成了不同的p o n 技术，例如a t m + p o n 形成了a p o n ( 或b p o n ) ，e t h e m e t + p o n 形成了e p o n ，g e m + p o n 则形成了g p o n ，这是各种p o n 技术之间 的最大区别。p o n 技术的优势包括无源光器件不易受雷电损坏和辐射干扰、网 络结构灵活易于扩展、共享馈线段光纤可节约铺设成本、业务透明性好、具有 多业务支持能力以及易于管理维护等。 上海大学硕士学位论文 下行线路速率( m b i t s ) 1 2 5 0 1 2 4 4 1 6 或2 4 8 8 3 2 上行线路速搴( m b i t s ) 1 2 5 0 线路编码”一8 b l o b 1 5 5 - 5 2 或6 2 2 0 8 或1 2 4 4 1 6 或斟褥3 2 n r z ( + s c r a m b l i n g ) 6 4 最小分路比( 在传统汇聚屡) 1 6 最大分路比( 在传统汇聚层) n a t c 层支持的最大逻辑传送距离i o 或2 0 ( k m ) 数据链路层协议 t d m 支持能力 基于g e m 和域a t m 承载的f _ t h w n e t 基予分组承载的原始的t d m 和豉萋子a t 承戴的 t d m | t d m 和域分组承载的t d m p o n 支持的最大业务渡( 个)取决于每个o n t 柏鲻 支持的i l i d 数| 上杼带宽( m b i t s )7 6 沪喝6 0 1 4 6 0 ( 以i p 数据传输为业务)l ( 1 2 4 4 c - b i t s 双向对称系统) 运行缝护管理 e t ho a m p lo a m + o m c i ( s m 积可选)； 下行数据漉加密 无定义；a e s ( 计数器模式) t b l1 - 1e p o n 与g p o n 技术参数比较【3 1 】 目前，p o n 的代表技术为e p o n 和g p o n 技术。如t b l1 1 所示为两者的 技术参数比较。这两种技术各有优势，又各有不足，各有适宜的应用环境与场 厶 口。 从封装形式来看，e p o n 基于以太网，而g p o n 则是基于1 2 5 1 t s 固定帧， 而现在绝大多数的局域网都是以太网形式的，e p o n 可以直接承载来自于以太 网的数据业务，而g p o n 则需要再经过一层封装，因此，e p o n 可以提供与以 太网之间的无缝连接，而g p o n 更适应于传输t d m 业务。从带宽能力来看， e p o n 只能提供1 2 5 g b i t s 的带宽，g p o n 带宽可以高达2 5 g b i t s 。由于e p o n 一般用到l ：3 2 的分路比，而g p o n 用到1 ：6 4 ，所以对每个用户来说，得到的带 宽相差无几。即使在同样分路比的情况下，由于e p o n 所基于的分组码流的统 计特性以及更加灵活的动态宽带分配，使得用户实际使用的带宽往往高于得到 的平均带宽，在大部分应用中，e p o n 用户基本接近g p o n 用户的带宽。从产 品成熟性来说，e p o n 推出较早，芯片供应厂家也多，技术成熟，选择余地大， 而且在日本已获百万以上用户的应用，功能、性能、可靠性等都得到了验证， 价格也已经降到很低的程度；g p o n 推出较晚，所支持的芯片厂家屈指可数， 所以在产品成熟度上尚待接受大规模应用的考验，产品价格也比e p o n 高出许 2 上海大学硕士学位论文 多，下一步如果能大量应用，其成熟性会得到提高，价格亦有望下降。可见， e p o n 相较于g p o n 还是具有很大的优势的。 综上所述，e p o n 技术，不仅具有p o n 的成本低廉、安全可靠，而且使用 以太网帧的封装格式，可以与以太网很好地兼容，这些优点使得e p o n 在宽带 接入领域占有主要地位。 1 2e p o n 网络承载t d m 业务的必要性 从运营商的角度而言，尽管传统的t d m 业务的a r p u 值( 每用户平均收 入，a v e r a g er e v e n u ep e ru s e r ) 已变得越来越低，但仍是运营商现在乃至将来 几年甚至几十年的主要利润来源。近年来，电信业务收入结构呈现“本地话音 业务稳中有降，长途话音业务持续下降，数据业务迅速增长的特点，介入业 务结构也呈现“宽带接入超出窄带接入，专线接入依然是主要收入来源，窄带 接入收入下滑”等特点。对于运营商来说，使用新技术以迎合用户对带宽越来 越大的需求，同时也为迎合网络向以口为核心的下一代网络( n g n ) 的转变； 另一方面，他们也不能放弃已有的资源和技术。因此，接入网必须具备综合业 务接入能力，即不仅符合网络技术融合趋势和业务多样化趋势，而且能够实现 窄带业务，语音、数据和视频的综合接入，在提供所有传统网络所能提供业务 的基础上，具备提供图像和数据等宽带业务的能力。可见，对于运营商而言， 一种具有发展潜力的接入技术，必须具备对传统t d m 业务和未来多媒体业务 的支持能力。 从最终用户的角度来看，可以在尽可能少替换现有设备和增加布线的情况 下，升级到快速、可靠的网络连接，实现电话、数据、视频的综合接入。此外， 接入费用也是用户所关心的，不仅是基础设备的铺设费用，也包括每个月的使 用、维护费用。e p o n 的高带宽和低费用正好满足用户对接入网的要求。就e p o n 技术而言，实现数据、语音、数据业务的可靠传输，是满足用户需求的条件之 一。 可见，e p o n 技术能否有效支持多种业务的可靠传输，和对未来多媒体业 3 上海大学硕士学位论文 务的支持，是e p o n 技术是否可以为用户、运营商接收的必要条件之一。根据 前文的分析，由于e p o n 使用包交换技术，可以很好地支持数据业务，而对于 t d m 业务的支持相对较弱，因此，如何让e p o n 可以很好地传输t d m 业务， 是现在e p o n 领域研究的重点之一。【1 】 1 3e p o n 网络承载t d m 业务的关键问题 e p o n 本质上是一个基于以太网技术的二层交换平台，采用统计复用的方 式实现高效的数据传输。e p o n 使用点到多点( p 2 m p ，p o i n tt om u l t i p o i m ) 的 方式进行上下行的传输，无法像x d s l 使用专用的频率传输t d m 业务。其次， e p o n 使用的是以太帧，不能像g p o n 的1 2 5 u s 的复帧那样，提供数据直接的 封装和良好的定时功能。总体而言，e p o n 传输t d m 业务需要解决的问题如下： 1 封装问题 e p o n 使用以太帧进行数据传输，是一种统计复用的传输形式，依靠m a c 地址进行用户判别；而t d m 业务是一种时分复用的传输模式，依靠时隙进行 用户判别的。如何使e p o n 可以把t d m 数据准确地传递给用户，这是首先要 考虑的问题。其次，t d m 业务，以e 1 为例，3 2 路业务，每路8 b y t e ，一帧e 1 数据为3 2 b y t e ，而以太网的数据帧长为6 4 - , , 1 5 0 0 b y t e ，帧头为1 8 b y t e ，如何让 e p o n 可以有效地承载t d m 业务，这同样也是需要考虑的一个问题。 2 t d m 业务的定时与同步 同步问题是t d m 网络中面临的一个非常重要的问题。在p s t n 网络或s o n e t s d h 网络里，存在一个主时钟节点，为其它从时钟节点提供参考时钟。在网络中必须 至少存在一个非常精确的主参考时钟，它的长期精确度必须能达到1 0 q 1 左右。提 供这个时钟的节点被称作一级时钟节点，它为二级时钟节点提供参考时钟。同样， 二级时钟节点为三级时钟节点提供参考时钟。这种时钟同步结构对全网的正常运 行是至关重要的。而e p o n 是基于以太网技术的异步传输网络，没有全网同步的 高精度电信时钟。如何准确获得对端的时钟信息，是如今在分组网络中传输t d m 4 上海大学硕士学位论文 业务的难点。 3 t d m 业务的q o s 保证 尽管t d m 业务占用的带宽较小，但对延时、抖动、误码率等指标都有很高 的要求。i t u tg 9 8 2 中规定，对于光纤到户应用中s n i ( s e r v i c e n o d ei n t e r f a c e 业务节点接口) 和u n i ( u s e r - n e t w o r ki n t e r f a c e ，用户网络接口) 增加的平均信 号传输时延，建议的最大值为1 5 m s 。此外，接入网技术要求基于以太网 方式的无源光网络( e p o n ) ( 送审稿) 也作出了如下规定，在正常工作条件下， 测试时间2 4 小时，设备的n * 6 4 k b p s 数字连接及2 m b p s 通道的误比特率为0 。 这就要求e p o n 系统不仅在进行上行动态宽带分配时要考虑如何减少t d m 业 务的传送延时抖动，也必须在下行带宽控制策略中保证t d m 业务对延时抖动 等的严格要求。 4 e p o n 网络的生存性问题 最后，t d m 业务还要求承载网络必须具有良好的生存性，当出现重大故障 时，能在较短的时间内实现业务的可靠倒换。由于e p o n 主要用于接入网，离 用户距离较近，使用环境复杂，易受到城市建设等不可知因素的影响，造成链 路中断等事故。因此，迫切需要e p o n 系统能提供经济、高效的系统保护方案。 【2 】 要解决这些技术问题，除了要在e p o n 系统自身的设计上充分考虑，还必 须采用一些新技术来达到这一目标。 1 4 在分组网络中传输语音业务的主要技术 v o i c eo v e ri p ( v o w ) 【3 1 是当前应用极为广泛的一种语音传输技术，其基本 原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数 据按m 等相关协议进行打包，经过p 网络把数据包传输到接收地，再把这些 语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到 5 上海大学硕士学位论文 由口网络传送语音的目的。p 电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可 接入因特网传送的m 数据包，同时也将收到的口数据包转换成模拟的语音信 号。v 0 m 技术采用了语音压缩算法，虽然能节省网络带宽，但却影响了话音的 传输质量，q o s 难以得到保证。此外，v o 口对信令的支持也不甚理想，协议和 信令的转换相当复杂。这两大因素成为了普及v o i p 的主要技术障碍。 为此，以色列的r a d 数据通讯公司率先提出了t d mo v e ri p ( t d m o l p ) 的概念【4 】。它的工作原理是在发送端的t d m o l p 设备将接入的e l t 1 等t d m 业 务流加上p 包头转换为p 数据流，同时插入同步比特信息，通过口网络将m 数据流传送到目的地；目的地的t d m o l p 设备去掉口包头并利用同步比特流再 生同步时钟，将口数据流转化为e l t 1 业务流输出。因为t d m o l p 对e l t 1 来 说是透明传输，所以它对传统的电信网络兼容性非常好，所有传统的协议、信 令、数据、语音、图像等等业务都能够原封不动地使用该项新技术，相关的设 备不需要做任何改动。与v o p 技术相比，t d m o l p 采用透明传输的方式省却了 协议和信令的转换，能够完全兼容原有的电信设备。此外，由于不对t d m 业 务进行任何压缩处理，话音质量大大优于v o l p 。目前，i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ，互联网工程任务组) 下属的p w e 3 ( p s e u d ow i r ee m u l a t i o ne d g et o e d g e ) 工作组致力于相关协议、标准的研究和制定。 但是，为了提供完善的时钟恢复能力以及保证t d m 业务传输的实时性， 在采用t d mo v e ri p 方案的情况下，原始t d m 业务数据流还需要封装r t p 报 头与u d p 报头，这样最终成帧后报头所占比重较大。另外，在p 网络中，经 不同路由传输的数据包的延时情况不尽相同，数据包到达的先后顺序可能会发 生错乱，接收设备还需要对数据包按产生的先后顺序进行重组，额外增加了延 时。综合考虑到t d m 业务传输对网络带宽以及服务质量要求非常严格，现有 的i p 网络一般难以满足要求。于是，又提出了一种基于局域网的t d m 业务解 决方案t d mo v e re t h e r n e t 技术【5 】。它的工作原理是将完整的t d m 码流作 为纯串行数据流在发送侧不作任何翻译和解释封装到以太网数据包的数据区， 接收侧再从数据包中提取串行数据，经过数据排序、时钟恢复等处理，还原出 完整的符合标准的t d m 码流。t d mo v e re t h e r n e t 与t d mo v e ri p 的根本区别 6 上海大学硕士学位论文 在于采用了二层封装协议。比较m 协议，以太网协议相对简单，报头占用比重 低，带宽利用率更高。从应用角度看，目前以太局域网的应用广泛程度远高于 经过路由器的复杂p 网络。对大多数用户而言，二层协议已经能够满足要求。 t d mo v e re t h e m e t 技术可以在以太网中提供e l t 1 等t d m 透明仿真通道，实 现以太网与p b x ( p r i v a t eb r a n c he x c h a n g e ，用户交换机) 等t d m 终端设备的 完全无缝连接。与现有的电路交换网络比较，该技术能够支持目前t d m 网络 提供的各类业务到以太网的适配，例如p s t n 接入、基站互联、帧中继等等。 同时由于采用了以太网物理链路，降低了服务成本，充分利用了丰富的以太网 资源。 e p o n 是以太网( e t h e m e t ) 和无源光网络( p o n ) 两种网络技术相结合的 产物，与现有的以太网完全兼容。因此，t d mo v e re p o n 技术【6 1 1 7 的实质就是 一种经过改进的，根据e p o n 的特点，专为e p o n 而设计承载t d m 业务的技 术。 目前，国内的格林威尔公司开发了一套电信级的多业务e p o n 系统 e a s y p a t h ，它把e l 业务数据封装成标准的以太帧，与承载数据业务的以太帧一 起在e p o n 网络中传输，并综合考虑适配封装效率和保证t d m 业务严格的时 延特性要求。在定时同步上，其自主设计开发了与o l t 与o n u 之间系统同步 独立的e l 时钟标签同步方法，完成e 1 信号的同步定时。在e 1 电路业务的q o s 保证上，通过区分业务的优先级，以及相关的动态带宽分配机制，来控制并保 证t d m 业务的q o s 要求。 此外，美国a l l o p t i c 公司也开发了一套完整的e p o n 系统，它采用速率为 4 4 7 3 6 m b p s 的d s 3 数字系列作为o l t 端t d m 信号接入端口，采用电路仿真 的方式传输t d m 信号，通过划分v l a n 来区分不同用户和业务，各o n u 根 据用户类型的不同，可以提供e l t 1 口和p o t s 口。同时，该系统也支持各o n u 用户间的交叉连接。 7 上海大学硕士学位论文 1 5 本课题研究的目的和意义 虽然目前数据业务占据了网络流量的绝大部分并且数据业务对带宽的需求 正在快速增长，但无论是在我国还是世界上的其他发达国家，t d m 话音业务收 入依旧占据了电信运营商收入的很大部分。t d m 作为一项应用历史悠久的技 术，至今在网络中仍占有极其重要的地位，特别是建设周期最长、投资最大、 设备数量及种类最多的接入网层，是不可能短时间内改变这种局面的。而同时 由于以太网技术和数据业务的高速发展，有必要将这两种技术有机地结合起来。 t d mo v e re p o n 作为一种新兴的传输技术，使我们在建设宽带数据接入网的同 时，可以充分利用旧有的t d m 设备和现有的电路交换资源，向用户提供更好 的语音和数据业务，解决了现有t d m 终端设备与数据网络的无缝连接问题。 因此，在新型的宽带接入网e p o n 中提供具有q o s 保证的t d m 业务是非常必 要的，这有利于e p o n 的市场应用和满足用户对不同业务的需要。 以太网是为传输数据业务应运而生的，数据业务对延时和抖动并不十分敏 感。另外，以太网本身也不提供端到端的包延时、包丢失率以及带宽控制的能 力。而对于e p o n 来说，除了传输非实时的数据业务以外，还需要支持包括t d m 业务在内的实时业务的传输。从i e e e8 0 2 3 a h 工作组制定e p o n 标准的原则来 看，具体的业务封装由高层协议支持。因此，我们需要设计一种合理有效的t d m o v e re p o n 解决方案，并且需要着重解决如下问题： ( 1 ) t d m 信号与以太网之间高效合理的适配封装； ( 2 ) t d m 信号的严格同步定时； ( 3 ) t d m 业务的q o s 的保证。 1 6 论文的主要研究内容 本论文是以作者攻读硕士学位期间承担课题的工作为基础。在第一章中阐 述了课题研究的目的、意义以及国内外研究的现状。第二章阐述了了c e s o e 实 现的基本原理，系统构架，业务封装，以及实现难点及其解决方法。再进一步 上海大学硕士学位论文 分析了将c e s o e 运用于e p o n 时，解决这些问题时所使用的方法。第三章对本 课题所设计的o l t 端的c e s o e 硬件作了详细的描述，并对其中一些问题的处 理作了分析。第四章是本文的另一亮点，国内绝大多数的嵌入式开发是基于 a r m 的，本系统使用p o w e r p c 作为中央控制芯片，这一章对对p o w e r p c 下的 u b o o t 做深入的研究，并详细地分析了s t a g e l 两次映射的执行过程。最后第五 章总结全文。 9 上海大学硕士学位论文 第二章电路仿真业务( c e s ) 技术研究 电路仿真业务( c e s ，c i r c u i te m u l a t i o ns e r v i c e ) 提供了一种在以太网上传 输t d m 业务的一种十分有效的方式，其核心思想是将t d m 业务封装成当前网 络传递的业务种类。本章对整个电路仿真业务的整体架构、封装、难点及其解 决方式作了详细的阐述，并对在e p o n 中运用这一技术做了一定的分析。 2 1c e s 系统框架 f i g2 - 1c e s o e t h 系统构架 c e s 是使用以太网而非传统的电路交换方式，向终端用户提供了t d m 的 接口( 如：n * 6 4 k b p s ，t 1 ，e 1 等) 。但是从用户( 即图中的t d mc e ) 的角度 来说，这种t d m 的服务和其他标准的t d m 服务是一样的，不会有任何的感觉。 两个c e s 网络互通功能( c e si w f - c e si n t e rw o r k i n gf u n c t i o n s ) 是用于 提供t d m 服务和以太网之间的接口功能的，负责为t d m 业务加入可识别的帧 头，而e f t 负责将c e si w f 封装过的数据加上以太帧头。以太网像传输其它 所有数据一样传输这些经过封装的t d m 数据。两个c e si w f 之间使用点到点 1 0 上海大学硕士学位论文 的以太网虚连接( e v c p i n t - t o p o i n t e t h e m e t v t r t u a lc o n n e c t i o n s ) 进行互连的。 t d m 服务处理器( t s p ：t d ms e r v i c ep r o c e s s o r ) 是一个可选可选的功能， 其主要作用是在t d m 业务和c e si w f 待传递的格式之间进行转换。比如说， t s p 可以将多个d s l 业务看成一个n * 6 4 k b p s 的业务在以太网上传输。 2 2 c e s 系统模块 将t d m 封装入以太帧的整体流程图f i g 2 2 所示，下面主要介绍各模块的 接口。 、，i o u 1 v 1 c e s 可传递| 甩颞雨丌 业务 t d m l 负载 l 。负载j接口i 垃i - i 垃f - i 卜用户端卜 t s p 荜年 e c d x v 。p t d m 业j a e f t 砸 务i ( 可选) 复用封包 添加 识别号 f i 9 2 - 2 功能模块和接口类型 2 2 1t d f l 服务处理器( t s p ，t d f ls e r vic ep r o c e s s o r ) 添加 以太头 t s p 主要是运作在t d m 域中的，连接两个t d m 域的数据接口：t d m 业 务接口和c e st d m 接口，两个接口传输的数据都是t d m 数据。t d m 服务接 口所传递的业务流是直接接收自用户或t d m 网络运营商的，是最原始t d m 业 务。电路仿真服务接口( c e st d m 接口) 所传输的数据是在两个i w f 之间真 正需要仿真的数据流，即经过复用或截断的t d m 数据。 t s p 可以以两种方式处理t d m 业务：结构化仿真和非结构化仿真。对于非 结构化的t d m 业务，t s p 会将从t d m 业务接口收到的数据直接提交给c e s 接口。此时，在i w f 之间仿真的是完整的数据流，包括帧结构、包头信息。对 于结构化的t d m 服务，t d m 服务接口从终端用户处接收的业务会经由t s p 处 理，再交由i w f 进行仿真。一个结构化的t d m 业务可以被分解成一个或者多 上海大学硕士学位论文 个c e s 流，同样的，两个或者多个结构化的t d m 业务可以被组合成一个c e s 流，这些工作都是在t s p 中完成的。 t s p 的主要功能总结如下： 修改待仿真业务的比特率或内容( 如：去除s o n e t s d h 的开销、业 务流中未使用的信道) ； 在进入以太网之前，将多个t d m 业务复用到一个业务流中进行传输， 在远端，将一个完整的t d m 业务解成多个小业务( 如：可以将几个较 小的n * 6 4 k b p s 的数据流合并成一个较大的n * 6 4 k b p s 的数据流，或者 可以将几个d s l 服务封装成一个d s 3 业务) ； 直接将一个t d m 业务映射成另一种t d m 业务( 如将d s l 业务映射成 v r - 1 5 ) 。 2 2 2c e siw f 电路仿真服务在分层网络模型中是被定义在应用层的服务，它使用以太网 作为两个t d m 网络之间的中间网络，因此c e s1 w f 的主要功能是将c e s 应用 层承载到以太层。 c e si w f 负责实现所有的仿真功能，如：数据的封包、解包( 包括在数据 的最后加零，以满足以太帧的最短长度) ，编号排序，同步，t d m 信令，告警 和性能的监控。 2 2 3 仿真电路的复用解复用功能( e c d x ) 仿真电路的复用解复用是在分组交换域中完成的，其主要功能： 根据从以太网中收到的数据包包头中的仿真电路标识符( e c i d ) ，将数据包 发送到一个或多个l w f 中 为每个以太帧都设定好一个e c i d ，使之可以在对端有足够的信息解复用 为每个以太帧分配长度和类型 1 2 上海大学硕士学位论文 通过这种方式，我们就可以成功地将一个有着8 路d s l 的t d m 业务封装 到一个e v c 中，每路业务都是通过唯一的一个e c i d 进行标记。e c d x 则检 查每一帧的e c i d ，并与本地分配给i w f 的e c i d 进行比较，根据这个比对结 果，e c d x 可以将收到的电路仿真数据交给相应的i w f 进行处理。 2 2 4 以太流终结功能( e f t ) 以太流终结功能指的是将由之前若干个模块封装过的数据加上以太头，送 入以太网中进行传输，主要功能有： 首先在入1 ：1 端，从用户网络接收可以发送的数据，这个数据一定要满足系 统的接口规范： 然后加入额外的信息，可以方便地监控这些数据包： 最后在出口处，使这些数据恢复成对端系统要求的数据格式。 在这里，输入端的e f t ，接收从e c d x 发过来的数据( 此时已加上了 l e n g t h t y p e 信息，通过这一域，标识这一帧是c e s 数据帧) ，再加上源、目的 m a c 地址和帧的校验序列，就可以发到以太网上进行传输了。输出端的e f t ， 则是从以太网上接收数据帧，根据其l c n g t t c l y p e 信息，判断这一帧是否是c e s 帧，如果是c e s 帧，则将其传给e c d x ，让他再根据合适e c i d ，将数据传给 相应的i w f 。 c e s d mc 芑se 翻聃t c 琶s 琶诤t m 皤c 酷 ) 1 , m t c r j a c e , f n t w t f j t i , t “唧厂 y ，姗嬲 c e - b o m a l m 匹n 南o l m d 吲_ 卜腑l i 蕊潭l l 。、厂八 c b b o u a d j 彳 必- b o m a d i w f 2 淞2 f i 9 2 - 3m 僵方向性说明 在一个仿真电路的每个方向上都有一对c e si w f 。以太网侧i w f ( m e n - b o u n di w f ) ，将t d m 数据封装成以太帧，并将数据帧发往以太网；电 路仿真侧i w f ( c e - b o u n di w f ) ，则将t d m 数据从以太帧中提取出来，并重塑 1 3 上海大学硕士学位论文 t d m 业务的结构。【9 】【8 】 2 3帧的封装 将t d m 业务在以太网中传输，首先要保证这种封装满足以太网的传输要求， 其次要便于识别，最后要可以传递有效数据，这主要通过两个步骤进行实现：以 太服务层和匹配功能层。c e si w f 主要完成的是匹配功能的工作，其最主要的功 能是为每个t d m 业务提供一个标识当两端有多路t d m 业务同时在传输时，该标 识可以告诉对端，这个数据是属于哪一路t d m 线路的。e f t 主要完成得是以太服务 层的工作，为t d m 数据加上源、目标m a c 地址，使之可以在以太网中进行传输。下 图给出了各层功能与以太帧头的映射关系。【9 】【8 】 以太服务层 匹配功能 c e s 应用数据 2 3 1 以太服务层 目标地址 源地址 v l a n ( 可选) e t h e r 类型 e c i d c e s 控制字 r ，r p ( 可选) t d m 负载 f i 9 2 - 4 各层功能及与之对应得封装数据头 这一层和标准的以太帧头相对应，为数据帧加上源、目标m a c 等信息。如果 一端有多个c e si w f ，每个c e si w f 与一路t d m 业务相对应，这些c e si w f 可以使用 不同的m a c 地址，也可以使用一个m a c 地址辅以仿真电路标识符( e c i d ) 进行标识， 在这里源、目标地址对应的就是每一路t d m 业务的源、目的c e si w f 的m a c 地址， 1 4 上海大学硕士学位论文 这个m a c 地址可以是一个端的标志，同样也可以是一个端中具体的c e si w f 的标 识。此外，由于c e s o e 帧是和其他的以太包一起在以太网上传输的，接收端就需 要一个域来识别这一帧的具体属性，e t h e r t y p e 起的就是这一作用。根据i e e e 的 规定，e t h e r t y p e 的值为0 x 8 8 d 8 的帧是c e s o e 数据帧。 2 3 2 匹配功能头( a d a p t a t i o nf u n e t i o f fh e a d e r ) 该数据头由三个部分组成： 1 仿真电路标识符( e c i d ) 用于标识具体是哪一条t d m 链路。e c d x 负责为 c e s o e 数据包添加这一标识。在一个e v c 中传输多路t d m 业务时，这个标识 符用于说明这路业务究竟是属于哪个1 w f 的。 2 c e s o e 控制字提供数据帧的分组序号和错误检测信令( 如：t d m 电路的a i s ， 以太网中的丢包检测信息) 3 r t p 头( 可选) - r t p 头可以提供差分、绝对两种时间模式，在进行差分时钟 恢复时，需要用到这部分信息。 ： 2 3 2 1 仿真电路标识符 e c i d 和m a c 地址一起标识c e s 业务，且这只是单方向上的，即每路c e s 业务 需要2 组e c i d 和m a c 地址进行标识。每路业务的e c i d 是在仿真电路建立时分配 的，e c d x 在c e s o e 数据进入以太网之前添加这个域。e c i d 域占3 2 b i t ，其中高1 2 b i t 是保留位，赋值为0 x 1 0 2 ，这时为了与使