PDH虚级联关键技术

PDH虚级联关键技术南京普天通信股份有限公司有线系统部 主任工程师 傅莉摘要：本文主要讨论了PDH虚级联的关键技术，包括多个PDH链路的虚级联以提供更大的数据传输的带宽，并利用LCAS（链路容量调整策略）协议来绑定多个PDH链路，达到动态带宽可调的目的。另外，在利用PDH虚级联技术承载以太网的MAC数据包或其他例如IP数据包时需要统一数据封装，因此，本文还分析了目前最新的成帧协议GFP（通用成帧协议）。关键词：PDH虚级联 LCAS GFP一、 引言随着多业务传送网和接入网建设的开展和不断深入，随着运营商大客户专用网业务的推广和繁荣，目前有越来越多的厂家开发生产出利用PDH 2M电路传送以太网业务的产品，如协议转换器、综合接入平台等产品，也有越来越多的运营商使用这些设备并利用现有传输网上大量的2M电路为大客户开通以太网业务。为了提高带宽，此类以太网业务在2M上传输都会用到2M虚级联的方法，利用多个2M传输一个10M/100M以太网业务。过去这种基于2M电路的虚级联方案都是非标准的私有方案，不能互通，这给运营和维护带来了复杂性，也不利于建立一个端到端的电路。有鉴于此，迫切需要一个标准的2M虚级联方案来规范这类业务的开展。最近，ITU发布了有关PDH虚级联的各种标准，包括PDH虚级联、LCAS以及GFP。本文旨在给出2M PDH信号虚级联的实现、链路容量调整策略以及与之关联的以太网数据帧映射到2M虚级联电路的方法，指导网络的开发和建设，以保证不同厂商设备系统之间的互连互通，保证系统建设的可持续性，减少不必要的重复投资。二、 PDH虚级联级联的概念原来是针对SDH提出的，目的也是为了增大传输带宽，SDH的级联分两种，分别是连续级联和虚级联，连续级联不使用动态链路调整协议，而直接由通信双方自己规定级联的链路；而虚级联就需要链路容量调整协议来确定到底哪几个链路被绑定为一个通道。随着以太网业务的蓬勃发展，需要使用PDH链路来传送以太网信号，因此提出了PDH的虚级联。PDH信号包括各种接口信号，如1544Kbps、2048Kbps（2M）、34368Kbps等。对于不同的信号接口，其虚级联的方法是一致的，这里以2048Kbps为例阐述PDH虚级联的实现。图1给出了2048Kbps电路的帧与复帧的结构，该信号以125s为一帧，16个帧组成一个复帧。每个帧的第一个时隙TS0不传送数据，只用作控制。而每个复帧中的第一个帧的第一个数据字节(TS1)用来传送虚级联的控制字节，16个控制字节组成一个完整的级联控制帧。125s级联开销字节 1TS02TS016TS0图1. 2048Kbps信号的级联开销字节定位PDH的虚级联允许最多绑定16个链路为一个通道，所以对2048Kbps电路而言，其最大的带宽可达到162048Kbps32768Kbps，除去TS0和虚级联的控制字，实际带宽为31680Kbps。用户可利用LCAS技术动态调整PDH虚级联的绑定链路数，实现动态带宽控制。PDH虚级联对数据的承载采用round-robin方式，即以字节为单位按照循环方式在各链路上均匀传送数据包。例如，数据包的第一个字节映射到2048Kbps电路的1号链路，那么第二个字节则映射到2号链路，第N个字节映射到N号链路，而第N1个字节则又回过头来映射到1号链路，这样就完成了数据包的传送。三、 LCAS技术前面提到的级联开销字节组成了LCAS协议的控制帧，其帧格式如下图所示：级联开销字节定义Bit1Bit2Bit3Bit4Bit5Bit6Bit7Bit8控制包MFI1MST（bits 1-4）1000MST（bits 5-8）1001000RS-ACK1010保留（0000）1011保留（0000）1100保留（0000）1101保留（0000）11100SQ bits1-31111MFI2 MSBs（bits 1-4）0000MFI2 LSBs（bits 5-8）0001CTRL0010000GID0011保留（0000）0100保留（0000）0101C1C2C3C40110C5C6C7C80111图2. 虚级联控制包格式下面分别解释各个控制字段的含义：1 MFI1/MFI2MFI表示复帧指示器（Multi-Frame Indicator），对复帧进行循环计数，MFI1包含4个比特，MFI2包含8个比特，所以最多能指示4K个复帧。2 MSTMST表示成员状态（Member Status）域，由信宿发往信源，指示了虚级联组的成员状态，0代表OK，1代表FAIL。3 RS-ACKRS-ACK表示重新排序确认（Re-Sequence Acknowledge）, 由信宿发往信源,是对某链路的序号的重新排列的确认。当进行链路调整时（增加或删除链路），需要对链路号的排序重新调整。4 SQSQ表示链路号（Sequnce Indicator），虚级联中每个链路都有唯一的一个链路号标识，SQ占4比特，因此决定了最多能捆绑16个链路。5 CTRLCTRL是控制域，占4比特，其编码规则如下：0000 表示该链路使用固定带宽，非LCAS模式0001 表示添加链路0010 表示正常发送0011 表示最后一个序列号，并正常发送0101 表示该链路不属于虚级联组，或即将从虚级联组中删除1111 表示该链路不被使用其他 保留6 GIDGID为组识别符（Group Identification），只占用一个比特，同一虚级联中的成员的GID应相同。7 CRC8比特的CRC对控制帧进行校验，一定程度上保证了LCAS帧的可靠性。LCAS协议使用上面定义的控制包来添加、删除虚级联中的成员，达到动态调整带宽的目的。当增加一成员时，应给该成员分配一最高的序列号；当删除一成员时，就必须对链路进行重新排列，保证链路号（SQ）的连续性。四、 GFP技术GFP（Generic Framing Protocol）提供了一种通用的成帧方式，用来将来自高层的客户机信号业务适应到传输网上。客户机信号可以是面向PDU的（如IP/PPP，以太网MAC），也可以是面向比特流的（如Fiber Channel或ESCON/SBCON），这里我们只讨论面向PDU的GFP映射方法。GFP由两部分组成，一部分称为公共部分，与客户机无关，另一部分称为客户机相关部分，与承载的协议相关。1 GFP的公共部分GFP使用ATM中基于HEC的帧定界机制，且将GFP帧分为两类：GFP客户机帧以及GFP控制帧。GFP支持灵活的包头扩展机制以适应不同的传输机制。1）GFP客户机帧a） GFP核心头（Core Header）GFP核心头包括4字节，定义见下图。这里，PLI表示PDU长度，指示了整个GFP帧的长度；cHEC是校验码，用来确定帧定界。1PLI 2PLI 3cHEC4cHEC图3. GFP核心头格式b） GFP净荷域GFP净荷域由3部分组成，分别是净荷头、净荷信息域和净荷FCS（可选），如下图所示，整个GFP的净荷域的最大长度为65535字节。净荷头 （4-64字节）净荷信息域 （可变）净荷FCS （4字节）图4. GFP净荷域格式图5为GFP净荷头的组成，包括2字节的类型域（Type）、对类型域进行校验的2字节的tHEC、可变长度的头扩展域以及对扩展域进行校验的2字节eHEC三部分组成。其中，Type域又由PTI，PFI，EXI和UPI组成：PTI 净荷类型识别符 （000表示数据帧，100表示控制帧）PFI 净荷FCS指示 （0表示无FCS域，1表示有FCS域）EXI 扩展头的类型 （0000表示无扩展头， 0001表示链型帧，0010表示环帧，其他保留）UPI 用户净荷识别符 （表示GFP帧中承载的净荷类型）PTIPFIEXIUPI（1字节）tHEC （2字节）扩展头域（060字节）eHEC （2字节）图5. GFP净荷头c）GFP客户机帧GFP客户机帧包括两种，分别是客户机数据帧和客户机控制帧，当PTI域为000时表示客户机数据帧，当PTI域为100时表示客户机管理帧，其他的域的定义（包括PFI、EXI和UPI）与协议相关。客户机数据帧用来传输客户机数据，而管理帧则提供了端与端之间交互管理信息的通用机制。2）GFP控制帧目前支持的GFP控制帧只包括GFP空闲帧，只占用4个字节，包括2字节的PLI域和2字节的cHEC域，且都置为0。该控制帧用于当传输层容量大于客户机数据所需要的容量时而进行的空闲帧插入。3）GFP帧的功能a) GFP定界GFP帧使用了ATM中的帧定界机制，根据HEC来计算。b) 帧复用GFP帧支持帧复用，可以将来自多个端口以及多个客户机类型的帧复用到传输设备，这种复用是基于帧的。c) 客户机信号故障指示（CSF）CSF使用UPI域定义了两种客户机信号故障指示，当UPI0000 0001时，表示客户机信号丢失；当UPI0000 0010时表示客户机字符同步丢失。d) 故障处理GFP可以处理三种故障，分别是TSF（Trail Signal Fail），SSF（Server Signal Fail），以及CSF（Client Signal Fail）。一旦发现故障，GFP应生成故障指示帧来告知远端或上层客户机。2 GFP的客户机相关部分这里给出两种面向帧的GFP的客户机相关部分的描述，分别是以太网MAC的承载和PPP的承载。1） 以太网MAC净荷以太网MAC帧GFP帧字节数2PLI2cHEC2Type前同步码2tHEC帧定界060GFP扩展头目的地址（DA）GFP净荷源地址（SA）长度/类型MAC客户机数据填充帧校验序列（FCS）图6. 以太网帧到GFP的映射关系从上图可以看出，将以太网MAC帧映射到GFP中需要先剥去MAC帧的前同步码和帧定界域，然后添加GFP的PLI、cHEC、Type以及tHEC，另外还可以根据需要扩展GFP帧的头部。最后将剩余的MAC帧封装到GFP的净荷中。2） PPP净荷PPP/HDLC帧GFP帧字节数2PLI2cHEC2Type2tHEC标志060GFP扩展头地址GFP净荷控制PPP类型PPP信息填充帧校验序列（FCS）图7. PPP/HDLC帧到GFP的映射关系PPP到GFP帧的映射与MAC帧到GFP的映射类似，该映射需要剥去PPP帧的标志字节，将余下的信息封装到GFP帧的净荷部分，并添加适当的GFP帧头来完成映射。五、 小结尽管PDH技术已经不属于最先进的通信技术，但运营商不可能将已有的PDH线路完全废弃或改造，因此它将在一段时间内存在，在2M电路资源丰富的区域，运营商希望能在PDH上传送以太网帧或其他数据帧，为了适应较高的传输速率，PDH虚级联被提出来解决链路容量不足的问题，LCAS则是实现链路容量动态可调的标准，而GFP规范则为不同的数据帧封装成统一的格式，便于厂家之间设备的互通。这些机制为在PDH甚至SDH上传输数据业务保证了技术上