（通信与信息系统专业论文）基于sdh的数据传送新体制及其关键技术研究.pdf

摘要 本文结合武汉邮电科学研究院项目“s d h 数据传送新体制及关键技术研究”， 研究同步数字系列( s d h ) 光传输系统上传送多种数据业务的技术体制及其关键 技术。作者在对现有s d h 数据传送技术分析和比较的基础上，依据项目课题组提 出的统一组帧协议u f p ( u n i f i e df r a m i n gp r o t o c 0 1 ) ，研究u f p 协议数据单元( p d u ) 格式，定变长信元分组混合传送的基本原理、操作方法和适配处理。论文重点研 究变长u f pp d u 和定长a t m 信元混合传送中的不同种类p d u s 的识别和定界技 术，分析了该定界方式的定界性能及其优化，并利用v e r i l o g 硬件描述语言( h d l ) 和o p n e t 仿真系统分别实现定界电路硬件仿真和定界性能仿真。最后，作者总结 全文和展望u f p 技术的应用前景，并提出下一步研究工作的方向。 关键词：同步数字系列异步转移模式混合传送统一组帧协议定界 a b s t r a c t o nt h eb a s i so ft h ep r o j e c tw h i c hi sn a m e da st h er e s e a r c ho n an e wm e c h a n i s mf o r d a t at r a n s p o r to v e rs d h & i t sk e yt e c h n o l o g i e sa n ds p o n s o r e db yw u h a nr e s e a r c h i n s t i t u t eo fp o s t s & t e l e c o m m u n i c a t i o n s ，t h em e c h a n i s m sa n dk e yt e c h n i q u e sf o r t r a n s p o r t i n gm u l t i - d a t a - s e r v i c eo v e rs y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ( s d h ) a r es t u d i e d i n t h i sd i s s e r t a t i o n a na n a l y s i so ft h ee x i s t i n gt e c h n i q u e sf o rd a t at r a n s p o r ta n da c o m p a r i s o nt ot h e s et e c h n i q u e sa r ep r e s e n t e d b a s e do nt h eu n i f i e df r a m i n gp r o t o c o l ( u f p ) p r o p o s e db yt h ep r o j e c ts t u d yt e a m ，t h ei s s u e sr e l a t e dt ot h eh y b r i dt r a n s p o r t m e t h o df o rt r a n s p o r t i n gf i x e d - a n dv a r i a b l e - l e n g t hp a c k e t ，w h i c hi n c l u d et h eu f pp d u f r a m ef o r m a t ，i t sf u n d a m e n t a lp r i n c i p l e ，o p e r a t i o na n da d a p t a t i o nm e t h o d ，a r ed i s c u s s e d i nd e t a i l t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ei d e n t i f i c a t i o na n dd e l i n e a t i o nm e c h a n i s mo f e a c hp d uf r o mt h eh y b r i dt r a n s p o r t e dp d u ss t r e a mw h i c hi sm a d eu po fa nu f pp d u a n da na t mc e l l at h e o r e t i c a n a l y s i so nt h e d e l i n e a t i o np e r f o r m a n c ea n di t s o p t i m i z a t i o na r em a d e t h ed e l i n e a t i o nc i r c u i ti si m p l e m e n t e db yv e r i l o gh a r d w a r e d e s c r i b el a n g u a g e ，a n dt h ed e l i n e a t i o np e r f o r m a n c ei se v a l u a t e db ys i m u l a t i o nw i t ht h e h e l po fo p n e t d r a w i n gac o n c l u s i o no ft h ew h o l et h e s i s ，t h ea u t h o ra l s op r e s e n t st h e p r o s p e c to ft h eu f pa p p l i c a t i o na n dp o i n t so u tt h ei s s u e st ob es t u d i e df u r t h e r k e yw o r d ：s d ha t mh y b r i dt r a n s p o r t u n i f i e df r a m i n gp r o t o c o ld e l i n e a t i o n 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得两安电子科技大 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所做的任 何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在j l 年解密后适用本授权书。 本人签名： 翊丛 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 随着数据、话音、视频等多种业务传输需求不断增长，电信业务传送环境发 生了很大的变化。电信业务加速数据化、i p 化以及多样化，并且向以数据业务为 网络业务主体的方向迅猛发展。 作为基础传输网的同步数字系列s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 光传输 系统以其高可靠性、良好的可管理性、较强的网络保护和恢复功能等优势，在骨 干网、城域网以及接入网中都已被广泛使用。异步转移模式a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 技术以其显著的技术优势，如多业务承载、提供服务质量q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 保证以及高速交换等，作为骨干网交换技术已被广泛应用。 但是，传统s d h 光传输系统主要针对t d m 业务传输设计，不具备支持以数据业 务为主体业务流量的网络所需要的扩展性和灵活性；a t m 技术具有实现复杂，采 用定长信元封装格式造成封装开销大，链路带宽利用率低等缺点。 考虑到端到端全光网络的近期经济性、技术可实现性，以及保护现有网络设 备投资等原因，在向多业务融合、以i p 等数据业务为应用主体、单一全光网的演 变中，s d h 光传输系统和a t m 技术仍将分别是目前和未来若干年通信网的最重要 传输技术。 怎样利用现有的网络技术和设备更好的支持i p 等各种数据业务综合传输，并 且和a t m 技术高度兼容，提高s d h 网络链路带宽利用率，是本文研究的出发点。 本文研究内容具有较高的应用价值，将s d h 的高可靠性和i p 技术的广泛性相结合， 在有效保护运营商原有网络投资的同时获得新的利润来源。 1 2 基于s d h 的数据传送技术现状 目前的通信网络主要用于传输数据业务和话音、视频业务。图1 1 表示了各种 业务数据在s d h 上传送的协议栈关系，由图示协议栈关系可知，对2 层或3 层协 议数据( 如i p p p p 数据分组、以太网( e t h e m e t ) m a c 帧、话音及视频业务) 进 行封装再映射到s d h 上传送的技术有多种。 对于数据业务( 主要是i p p p p 数据分组、e t h e m e tm a c 帧) 进行封装映射到 s d h 上传送，目前采用的技术主要有a t m 、p o s ( i po v e rs d h ) 及e o s ( e t h e m e to v e r s d h ) 和最新提出的通用组帧规程g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 技术。 2 基于s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 图1 1 基于s d h 的数据传送协议栈 a t m 技术采用适配层a a l ( a t ma d a p t a t i o nl a y e r ) 承载多种协议数据，将 数据封装成固定长度5 3 字节短信元传输，高速交换，提供分类管理，提供服务质 量q o s 保证，但是存在封装开销大、封装效率低和管理、实现复杂等缺点 4 - 引。 p o s 技术主要包括互联网工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 建议的i p p p p h d l c s d h 结构( i e t fr f c 2 6 1 5 ) 和国际电信联盟电信标准化组 i t u t ( i t ut e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ) 定义的i po v e rs d h u s i n g l a p s 结构( i t u tx 8 5 y 13 21 ) 。i p p p 啪l c s d h 结构是先将i p 数据分组封装 进点到点协议p p p ( p o i mt op o i mp r o t o c 0 1 ) ，利用高级数据链路控制h d l c ( h i g h l e v e ld a t a l i n kc o n t r 0 1 ) 协议封装成帧，再以字节同步方式映射进s d h 虚容器v c ( v i r t u a lc o n t a i n e r ) ，最后加上相应的s d h 开销形成s d h 传输帧【6 ，7 】。 s d h 链路接入规程l a p s ( l i n k a c c e s sp r o c e d u r es d h ) 是由我国武汉邮电科 学研究院提出，已被确立为国际标准i t u tx 8 5 ) ( 8 6 ，其定义的i p 分组到s d h 的映射过程及实现( i t u tx 8 5 y 1 3 2 1 ) 与基于p p p h d l c 的p o s ( i e t fr f c 2 6 1 5 ) 相似，具有实现更加简单，封装开销少、封装效率更高等优点【8 j 。采用l a p s 协 议同样可以实现e t h e m e tm a c 数据帧在s d h 上传输( e o s ) ，国际标准i t u t x 8 6 y 1 3 2 3 定义了e t h e m e to v e rs d h u s i n gl a p s 结构，具体映射过程及实现和基 于l a p s 协议的p o s 技术( i t u tx 8 5 y 1 3 2 1 ) 类似旧j 。 g f p 是i t u t 最新定义的一种数据业务适配、映射技术，国际标准为i t u 。t g 7 0 4 1 。采用g f p 技术可以将高层各种数据业务封装成可以在s d h 传输网络中有 第一章绪论 3 一 效传输的可变长度g f p 帧。g f p 帧头长度固定，支持可变长度帧封装，采用帧头 差错控制h e c ( h e a d e re r r o rc o n t r 0 1 ) 校验实现定界同步，具有更低的封装开销、 更高的封装效率和可靠性的特点 1 2 1 3 j 。 话音和视频等实时业务数据传输，传统方法是采用时分复用t d m ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 方式，e 1 厂r l 接入s d h 或a t m 网传送，但随着全球范围内 数据流量，特别是i p 数据流量的爆炸式增长，未来网络的主体架构趋向i p 化，如 何将传统的t d m 业务向高性能分组骨干网转换成为新的问题，目前主要的解决方 式是采用v o i p ( v o i c e v i d e oo v e ri p ) 技术。v o i p 技术是将原始话音、视频信息经 压缩编码处理，采用r t p u d p i p 封装成m 短分组，再利用各种承载i p 数据业务 的方式传输l 3 副。最近也提出了对t d m 业务采用分组化传送的技术，其基本原理 是对话音、视频同步比特流不进行压缩编码处理，直接分段打包成分组，加上i p 分组标头，分组通过i p 网络被送往接收端。在接收端，原始比特流被去除i p 分组 标头，恢复时钟，重新整合恢复原始话音、视频数据u4 i 。 近年来对于城域网m a n ( m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) 数据业务传送，提出了 多业务传送平台m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) 技术，即基于s d h 光传 输系统，同时实现t d m 、a t m 、以太网等多种业务的接入、处理和传送，提供统 一网管的多业务节点l l o ，l l j 。 1 3 本文内容及安排 本文共分为六章，包括以下内容： 第一章绪论，从适应现在及未来各种业务趋向数据化、i p 化和多样化的新型 电信业务传送要求和保护现有网络投资方面提出问题，引出本文的研究重点，并 简单介绍了基于s d h 的数据业务传送技术的现状，最后概括说明本文的主要内容 和安排。 第二章s d h 上数据传送技术研究，详细分析了a t m 、p o s 和e o s 、m s t p 和 g f p 等目前已被广泛应用或最新提出的基于s d h 的各种数据业务传送技术，主要 研究了这些技术承载不同数据业务的适配方法、定界方式等。 第三章新型数据业务传送机制，在分析混合数据传送h d t 协议( h y b r i dd a t a t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 的基础上，重点研究了项目课题组提出的一种新型数据业务传 送机制统一组帧协议u f p ( u n i f i e df r a m i n gp r o t o c 0 1 ) ，详细描述了统一组帧协议数 据单元u f pp d u ( u f pp r o t o c o ld a t au n i t ) 封装格式、变长分组和定长信元混合传 送的原理和适配处理，提出了一种基于循环冗余校验c r c ( c y c l i cr e d u n d a n c y c h e c k ) 校验关系的u f pp d u 和a t m 信元混合传送的p d u 识别定界技术。 4 基丁s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 第四章协议封装效率和u f p 定界性能，分析了采用u f p 承载不同数据业务的 封装效率，并与现有各技术封装效率进行了比较，同时比较了不同协议封装中定 界方式的优缺点，并对u f p 定界性能进行了理论分析。 第五章定界仿真及结果分析，采用硬件描述语言v e r i l o gh d l 和c a d e n c ee d a ( e l e c t r o n i cd e s i g n a u t o m a t i o n ) 仿真工具对u f p 定界进行了硬件仿真实现，同时 利用o p n e t 仿真系统对该定界方式性能进行了计算机仿真。 第六章全文总结与展望，对本文内容进行总结，讨论了u f p 技术的应用和意 义，最后提出了进一步研究工作的方向。 第二章s d h 上数据传送技术研究 第二章s d h 上数据传送技术研究 5 一 传统s d h 光传输系统主要是针对t d m 业务设计的，随着网络业务流量趋于 数据化、i p 化和多样化，出现了多种基于s d h 的数据业务传送技术，图1 1 表示 了目日订在s d h 上数据传送技术的协议栈关系。在城域网m a n 环境中，还提出了 基于s d h 的多业务传送平台m s t p 机制。 本章将介绍和分析目前主要应用的s d h 上数据传送技术，主要研究了各种技 术承载不同数据业务的适配方法、封装定界方式等。 2 1 异步转移模式a t m a t m 技术是为实现数据、话音、视频等业务的综合传输而提出的。1 9 9 1 年 i t u t 正式提出a t m 标准至今，a t m 技术作为骨干网交换技术已被广泛应用。 a t m 技术采用统计复用的方式实现动态带宽分配，采用定长信元和固定信头 的封装格式承载多种业务数据，简化了网络节点信息存贮管理与处理的复杂性， 易于实现硬件高速交换，降低了信元交换的排队时延和时延抖动，便于提供q o s 保证。另一方面，固定长度短信元格式也造成a t m 封装开销较大，封装效率低( 信 头开销约为1 0 ，若考虑a a l 适配开销，总开销会更大) ；为支持多业务综合和 保证q o s 而引入的连接接纳控制c a c ( c o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 、用户网络 参数控制u p c n p c ( u s a g ep a r a m e t e rc o n t r o l n e t w o r kp a r a m e t e rc o n t r 0 1 ) 等流量控 制功能，使得a t m 具有过高的网络复杂性。 a t m 信元固定5 3 字节长，由信头( 5 字节) 和载荷( 4 8 字节) 两部份组成， 采用基于信头差错控制h e c 的信元定界方式【l 剐。信头采用虚通道虚通路标识 v p i v c i ( v i r t u a lp a t hi d e n t i f i e r v i r t u a lc h a n n e li d e n t i f i e r ) 指示虚连接，采用净荷 类型指示p t i ( p a y l o a dt y p ei d e n t i f i e r ) 指明载荷类型，利用信元丢失优先级c l p ( c e l ll o s sp r i o r i t y ) 表示信元的优先级别。 a t m 技术采用a a l 完成高层各种服务数据单元s d u ( s e r v i c ed a t au n i t ) 和 a t m 信元之间的适配 3 ，4 ，5 ，2 3 ，即首先将上层业务数据采用不同a a l 适配，再分 段封装成定长5 3 字节信元。根据信源和信宿之间的时间关系、比特速率及连接方 式，a t m 定义了4 类业务( a 、b 、c 、d 1 四类) ，针对各类业务具体特性，i t u t 和a t m 论坛共提出并定义了6 种a a l 协议类型( a a l 0 a a l 5 ) 。在目前的主要 应用中，使用a a l l 或a a l 2 承载话音视频业务，使用a a l 5 承载数据业务( i p 数据分组、e t h e m e tm a c 帧等) 。 6 基于s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 a a l l 适用于a 类业务( 信源和信宿间有严格的时间关系，比特率恒定，面 向连接) ，典型应用于传输未压缩的话音( 如6 4k b i t s 的话音业务) 或固定比特速 率视频业务数据。a a l l 有两种格式，p 格式和非p 格式，如图2 1 所示。p 格式 是为结构化数据传送，提供指示数据块边界的指针，主要用于需要传送p d u 边界 的业务，如e l 业务；非p 格式是传送无结构的数据，用户数据流按4 7 字节分段， 而不考虑用户数据的结构。 匿赢f 教骘 c s ls cc r cp a a l 川，f 一心 瑟：。：毒 1 b “3 b 2 5 3 吣1 b ” s a r p d u ( 4 8 71 t )。 、 ， 霞旒f 氟攀 c s ls cc r cp傈留 o f f s e t a a l ，i 】户f ? f 息 既、：，、菇 1 b i t3 b f l s3 b r s1 b i l1 b i t7 b i t s 一 一l 幽2 1a a l l 适配方式 a a l 2 主要用于b 类业务( 信源和信宿间存在时间关系，面向连接，可变比 特率) ，典型应用于传递可变比特率的压缩的话音或视频数据。a a l 2 分为公共部 分子层c p s ( c o m m o np a r ts u b l a y e r ) 和特定业务汇聚子层s s c s ( s e r v i c es p e c i f i c c o n v e r g e n c es u b l a y e r ) 。c p s 在从s s c s 接收的数据块( 1 - 4 5 6 4 字节) 前加上3 字 节的c p s 分组头构成c p s 分组，加上l 字节的起始域s t f ( s t a r tf i e l d ) ，组成 c p s p d u 映射进a t m 信元载荷域封装成a t m 信元，如图2 2 所示。 c p s - 分组头( 3 字节) c p s - 分组净荷 c f 譬分组净荷( 1 4 勤铒字节)。；i 。a 分组头( 3 字节) 。l 。( 1 4 5 6 4 字1 i ) 啉分组般】l ( 。怂) i ( 珊_ l i ( 删 a a ln p n g li 勰1 6 怂】i ( 珊) l ( 要副a 札n p n gz c p s - p d u ( 4 8 字节- ) 雠o s f t s 籼 s n i t s ) l 【l c p c s - p d u ii 蹴】| ( 1 怒ii pj c p c s - p d u 州信头 信元载荷 掺彩：彩。境妒爿 盯f ( 胖 盖蓟鹰灞 信元_ 载荷 图2 2a a l 2 适配方式 第二章s d h 上数据传送技术研究 7 一 a a l 5 用于适配c d 两类业务，即支持在信源和信宿不需要定时关系、可变 比特率的数据业务，它既可支持面向连接的业务，也可以支持无连接的业务。如 图2 3 所示，采用a a l 5 承载数据业务信息时，只需要在上层载荷信息后加上8 字 节c p c s p d u 毛( c p c s ：c o m m o np a r tc o n v e r g e n c es u b l a y e r ，公共部分会聚子层) ， 再分段封装成5 3 字节a t m 信元传送。 用户数据 ，”i a t m 信燕翻 s a r p d u 净荷 托，糍：私鲴 7 字节1 字符1 字竹2 字竹4 字节 甲磊f 翮 s a r p d u a ts a rp d u 净荷 嗽依头嗣 一 净荷 ，q * i 图2 3a a l 5 适配方式 2 2p o s 和e o s 技术 对于数据业务在s d h 上传送，a t m 技术具有封装开销大、封装效率低，实现 复杂等不足，因此提出了将数据分组在s d h 上直接传送的p o s e o s 技术。 p o s 技术主要有两种，一种是i e t fr f c 2 6 15 定义的p p p h d l c s d h 方式7 1 ； 另一种是i t u tx 8 5 y 1 3 2 1 标准建议的i p l a p s s d h 结构【8 j 。此外，i t u - tg 7 0 4 1 新提出了采用g f p 承载i p p p p 数据分组在s d h 上传送的机制 1 2 1 3 ( 详见本文2 4 节) 。 随着互联网的飞速发展，i p 数据业务已经成为网络业务的主流，以太网以其 技术成熟、价格低廉、扩展性好以及易于管理等优点，已成为传输i p 数据业务的 最好技术之一，但是以太网的传输受到传输距离地限制，e o s ( e t h e m e to v e rs d h ) 技术是一种很好的解决方案，可以使以太网“透明地”穿越广域网w a n ( w i d e a r e a n e t w o r k ) 或城域网m a n 。目前i t u t 已经定义了两种e o s 技术，一种是由我国 武汉邮电科学研究院提出的e t h e m e t l a p s s d h 结构 9 ( i t u tx 8 6 y 1 3 2 3 ) ；另 一种是采用g f p 的e t h e r n e t g f p s d h 方式1 2 m ( i t u t ( 3 7 0 4 1 ) 。 ( 1 ) p p p h d l c 方式 j 这种方式的基本思路是：i p 数据分组封装进p p pp d u ，利用h d l c 封装成帧， 按字节同步映射进s d h 虚容器v c ，加上相应的s d h 丌销，组成s t m n 帧。在 该方式中，p p p 协议提供多协议封装和差错控制及链路初始化控制等功能，利用 h d l c 协议的特殊标志f l a g 字段( 0 x 7 e ) 来给p p p 协议分组定界，其封装格式 8 基】：s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 如图2 4 。 ef l a g地址控制 协议 载荷信息p a d f c s f “g 翱 l ( o x 7 鼋, ， 1 字节 1 字节2 字节2 4 字节 ，o 穆e ) 翻 图2 4p p p h d l c 封装格式 ( 2 ) l a p s 协议 i t u tx 8 5 y 1 3 2 1 定义的采用l a p s 协议适配i p 数据分组映射进s d h 帧的 过程及实现与i e t fr f c 2 6 1 5 定义的p o s 相似，但具有实现更加简单，开销少、封 装效率更高等优点。l a p s 帧结构如图2 5 所示。 鬻( 0 x t e 辫) - 7 - 笔l 鬻j2 s 篙i 载荷信息 ；：、i1节i1 字节l 字节 l 。 f c s 4 字节 f l a g i ( 0 矽e k 图2 5l a p s 帧格式 由图2 5 知道，l a p s 帧结构和p p p h d l c 帧基本一致，但是包含一个新的服 务访问点标识符s a p i ( s e r v i c ea c c e s sp o i n ti d e n t i f i e r ) 字段。s a p i 长2 字节，用 于标识采用l a p s 为上层协议所提供的各种服务，x 8 5 y 1 3 2 1 规定s a p i 值为0 0 2 1 是基于i p v 4 服务，值为0 0 5 7 是基于i p v 6 服务，当l a p s 承载e t h e r n e tm a c 帧时 ( i t u tx 8 6 ) ，s a p i 值为0 x f e 0 1 ，其它值保留。图2 6 ( a ) 、( b ) 分别表示了 p p p h d l c 帧的协议字段和l a p s 帧的s a p i 字段数值与上层协议的定义关系。 协议字段数值 协议 0 x 0 0 2 1i p 协议 0 x 0 0 2 30 s i 网络层 0 x 0 0 2 9 a p p l e t a l k 0 x 0 0 2 bn o v e l i i p x 0 x 8 0 2 1i p 挖制幼- 议 0 x c 0 2 1 l c p 协议 s a p i 字段值相关的上层协议 0 x 0 0 2 1 基于i p v 4 的协议 0 x 0 0 5 7 某于i p v 6 的协议 0 x f e 0 1墒十e t h e r n e t8 0 2 3 的协 义 其它保留( 小包括0 x 7 e ，0 x 7 d ) ( a ) p p p h d l c 帧协 义声段定义( b ) l a p s 帧s a p i 字段定义 图2 6p p p h d l c 帧和l a p s 帧适配上层协议定义关系 i t u tx 8 6 定义了采用l a p s 适配e t h e r n e tm a c 帧的方式，其映射过程如图 第二章s d h 上数据传送技术研究 9 2 7 所示，e t h e m e tm a c 帧摘除帧头预同步码字段后，其余的字段数据作为l a p s 帧载荷信息，加上地址字段( 0 x 0 4 ) 、控制字段( 0 x 0 3 ) 、s a p i 字段( 0 x f e 0 1 ) 、 l a p s 帧校验序列f c s 和特殊标志f l a g 字段得到l a p s 帧。 s a p i o x f e 0 1 ) l a p s 找衍信息 f c s ( 4 字节) 瓦丽f 一 ( o x 7 e ) v l a p s 帧 目的地址 ( s t - 节) 源地址 6 字节) 长度，类型 ( 2 字, f i ) m a c 帧 载荷信息 填充 ： f c s 4 字节) m a d ! i i 图2 7 e t h e m e to v e rl a p s 封装格式( x 8 6 ) 与采用a t m 承载数据业务的方式相比，基于p p p h d l c 方式或l a p s 协议的 p o s e o s 技术，省略了a t m 层，简化了网络结构，实现简单，网络投资更少，其 高层协议数据适配方式具有更低的封装开销，从而使其具有更高的帧封装效率。 另一方面，h d l c 帧和l a p s 帧采用基于特殊标志f l a g 的定界方式，存在以 下缺点：发端和收端都需要逐字节处理( 插入或搜索帧定界标志f l a g ，进行字符 变换或逆变换) ，这种方式无法适用于高速传输链路；容易被恶意用户利用进行网 络攻击，存在安全隐患；导致h d l c 帧或l a p s 帧的封装丌销不固定，链路带宽 无法灵活管理和配置。 2 3多业务传送平台m s t p j 多业务传送平台m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) 是指基于下一代s d h 传送平台，同时实现t d m 、a t m 、以太网等多种业务的接入、处理和传送，提供 统一网管的多业务节点。m s t p 技术耀 s d h 的高可靠性、严格的q o s 矛i a t m 的统计 复用以及i p 网络的带宽共享等特征集于一身，主要应用于城域网m a n 的各种数据 一。一一一一 l0 基y - s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 业务传送。中国通信标准协会于2 0 0 2 年提出了关于m s t p 的行业标准基于s d h 的 多业务传送节点的技术要求( y d t1 2 3 8 2 0 0 2 ) 。 基于s d h 的m s t p 节点除具有标准s d h 传送节点所具有的功能外，还具有以下 主要功能特征： 具有t d m 业务、a t m 业务及以太网业务的接入和传送功能； 夺具有a t m 业务或以太网业务的带宽统计复用功能； 令具有a t m 用户接1 ：3 ，支持a t m 交换功能；具有以太网用户接口，支持 e t h e m e tm a c 帧数据的透明传送、二层交换和三层交换的功能； 具有a t m 业务或以太网业务映射至u s d h 虚容器的指配功能。 2 3 1m s t p 功能模型 基于s d h 的m s t p 设备的功能模型如图2 8 所示，主要包括标准s d h 设备功 能模块( 如p d h 接口、s t m n 接口) 、a t m 接口功能模块以及i p e t h e m e t 接口功 能模块。 s t m n p d h 接口 接口 j i a t m 层 a t m 接口_ + 复再 处理 v c 交 用生 映 叉 段段 p p p l ap s 射 连 开i _ 开 以太嘲接口 7一 g f p h - l 卜 接 销销 一 - ：层交换卜j ( v c 处 处 n ) 罔!理 1 r s t m n 接口 再牛段 复川段 s t m n l ( 支持级联) 丌销处耻，r 销处理 接口 图2 8m s t p 的功能模型 ( 1 ) 标准s d h 功能 基于s d h 的m s t p 必须满足我国行业标准y d t1 0 2 2 1 9 9 9 ( ( s d h 设备功能要 求币h y d n0 9 9 1 9 9 8 光同步传输网技术体制( 修订) 中的相应规范，女i i s d h 设 备的最大容量、交叉能力、背板总线、没备机架尺寸和端口密度、并且支持虚级 联v c ( v i r t u a lc o n c a t e n a t i o n ) 技术，具体参考相关标准。 ( 2 ) a t m 功能 基于s d h 的m s t p 的a t m 功能特性应该符合i t u t1 7 3 1 i 7 3 2 标准要求，相关 的协议参考模型和分层功能应与i t u t1 3 2 1 标准致，主要包括以下功能： 提供a t m 业务 第二章s d h 上数据传送技术研究 根据a t m 论坛建议要求，应该能够针对不同业务源的业务特性支持a 、b 、c 、 d 四类业务。 点到点和点到多点连接功能 对于点到点连接功能，m s t p 支持a t m 永久虚连接p v c ( p e r m a n e n tv i r t u a l c o n n e c t i o n ) 和交换虚连接s v c ( s w i t c h e dv i r t u a lc o n n e c t i o n ) 两种基本类型；对 于点到多点连接助能，m s t p 支持a t m 多点网络连接( 即在两个或多个物理接口上， 实现网络级兀连) 和a t m 组播功能。 连接管理和控制功能 m s t p 对a t m 连接管理和控制功能的支持，主要包括连接控制和业务管理两个 方面( 详见a t m 交换机技术规范y d tl1 0 9 2 0 0 1 ) 。 连接控制：用于支持在交换系统上各接口间的用户数据通路的有序建立和拆 除，如v p i c i 管理、带宽管理和内部路由选择等。 业务管理：用于保证通过交换机的数据流具有统计上可预见的q o s ，如用户 网络参数控制u p c 肘p c 、连接接纳控带w j c a c 、用户数据缓存等。 ( 3 ) 以太网功能 基于s d h 的m s t p 的以太网功能主要包括： 以太网透明传送功能 以太网透明传送功能是指将从以太网接口接收的数据不经过二层交换，直接 映射至u s d h 虚容器v c 中，然后通过s d h 设备进行点到点传送。 以太网二层交换功能 m s t p 支持以太网二层交换功能是指在一个或多个用户侧以太网物理接口与 一个或多个独立的系统侧的v c 通道之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换。 2 3 2m s t p 主要技术 从m s t p 的体系结构来看，最关键的技术有三项：映射方式、虚级联和链路容 量调整方案。 ( 1 ) 映射方式 目前有以下三种映射方案： p p p h d l c 方式( i e t fi 强c 2 6 1 5 ) ：通过p p p 将数据分组封装成h d l c 帧， 然后映射至i s d h 虚容器v c ( 参考本文2 2 节和文献 6 】、 7 ) 。 l a p s 协议( i t u tx 8 5 x 8 6 ) ：将数据分组封装成l a p s 帧后，再映射到 s d h 虚容器v c ( 参考本文2 2 节和文献 8 】、 9 】) 。 令g f p ( i t u tg 7 0 4 1 ) 协议：将数据分组适配封装成g f p 帧，然后映射到 s d h 虚容器v c 中。通用组帧规程g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 是一 1 2 基于s d h 的数据传送新体制及其关键技术研究 种新型数据业务封装技术，提供了一种通用的机制把多种高层协议数据适 配到s d h 网络( 参考本文2 4 节和文献【1 2 】、【1 3 】) 。 ( 2 ) 虚级联 为了增强承载业务的灵活性，i t u tg 7 0 7 标准定义了虚级联v c ( v i r t u a l c o n c a t e n a t i o n ) 技术。虚级联技术的基本原理是把多个小的容器级联起来，并组装 成为个较大的容器来传输数据业务。这种技术可以级联从v c 1 2 到v c 一4 等不同 速率的容器，采用小的容器级联便于实现小颗粒带宽调节，有效提高t s d h 链路 带宽利用率。 ( 3 ) 链路容量调整方案 链路容量调整方案l c a s ( l i n kc a p a c i t ya d j u s t m e n ts c h e m e ) 是基于虚级联的 链路容量的自动调整策略( i t u tg 7 0 4 2 ) 。l c a s 利用通道开车- 4 j p o h 实现协议的 双向通信，在链路状态发生变化( 失效) 或者配置发生变化情况下进行调整。l c a s 易于实现按需动态带宽调整，主要是面向动态带宽共享性业务，可以充分提高链 路带宽利用率，既克服了传统s d h 环路链路带宽利用率不高的缺点，又可以为数 据业务提供电信级别的保护。 2 4 通用组帧规程g f p 通用组帧规程g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 是最新提出的种标准的、 适合封装多种数据业务的适配、映射技术，2 0 0 1 年1 0 月被正式确定为国际标准 i t u tg 7 0 4 1 y 13 0 3 。 2 4 1g f p 帧结构 采用g f p 承载上层数据业务的帧结构如图2 9 所示。 g f p 帧包括核心帧头( c o r eh e a d e r ) 和载荷域( p a y l o a d a r e a ) 两部分： 核心帧头由2 字节的长度标识p l i ( p a y l o a dl e n g t hi n d i c a t o r ) 字段和2 字节的 核心帧头差错控制c h e c ( c o r eh e c ) 字段组成。p l i 字段指示g f p 帧载荷域的 长度；c h e c 字段利用c r c 1 6 算法对p l i 域进行校验保护，可以纠正核心帧头中 所有单比特错误，检出多比特错误。 载荷域由载荷头( p a y l o a dh e a d e r ) 域、载荷信息( p a y l o a di n f o r m a t i o n ) 域和 可选的帧校验序列f c s ( f r a m ec h e c ks q u e n c e ) 组成。载荷头域包括2 字节的载 荷类型( p a y l o a dt y p e ) 和2 字节的载荷类型c r c 校验( t h e c ) ，并可根据需要选 用扩展头( e x t e n s i o nh e a d e r s ) ；载荷信息域用来承载上层协议数据，如i p p p p 数 据分组、e t h e m e tm a c 帧等；可选的帧校验序列f c s 用于对整个g f p 载荷域进行 第二章s d h 上数据传送技术研究 c r c 校验保护。 长度标识( 2b y t c s ) c h e c ( 2b y t e s ) 载简头 j ，( 4 6 4 脚t e s ) 一 ：j 载衍信息 f c s ( 4b y t e s ) 图2 9g f p 帧结构 1 3 目f j ，j g f p 利用扩展头域定义了支持点到点和环网