E1虛級聯技術及其應用

2019-11-03 10:19:11

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

范亞希王一超
北京清華華環電子股份有限公司　　伴隨著Internet的迅速發展，ip已經成為綜合業務通信的首選協議，其承載的信息量也在成倍增長。如何利用以時分復用（TDM）為技術基礎的電信傳輸網承載IP數據包，是近年來研究的熱點。Packet over SDH（POS）就是為適應這一需求而發展起來的傳輸技術。POS將數據包直接裝入SDH的容器中，通道開銷少、實現簡單。

　　將數據包適配入TDM通道面臨一個難題。現有的電信傳輸體制來源于PDH和SDH的復用等級，傳輸信道的帶寬（以歐洲及我國標準為例）分別為2.048Mb/s，34.368Mb/s，155.52Mb/s，622.08Mb/s等，每個等級的帶寬跨度很大。然而數據業務對帶寬需求的多樣性程度遠遠超出了現有TDM通道所能提供的選擇。舉例來說，某個應用需要10M帶寬的數據通道，若選擇E1（或POS中的VC-12容器）顯然不能滿足要求；但如果選擇E3（或POS中的VC-3容器），則構成對傳輸帶寬資源的巨大浪費。為此，許多傳輸設備供應商在其最新型的SDH設備中增加了VC容器虛級聯功能，例如采用5個VC-12虛級聯為上述需求提供適當的帶寬。之所以采用虛級聯，而不采用實級聯，主要是考慮到現有傳輸網絡中的節點設備并不都支持級聯容器的處理。

　　SDH容器虛級聯技術很好地解決了現有電信傳輸體制與數據傳輸帶寬需求之間的匹配問題。但是將現存的大量運行于通信網上的SDH甚至PDH傳輸設備，全部更換為具有虛級聯功能的新設備，在經濟上顯然是不可行的。而E1虛級聯技術，或稱反向復用技術，則為充分利用現有網絡資源，為數據網絡應用按需分配帶寬，提供了一種經濟靈活，行之有效的解決方案。

　　1. E1虛級聯的含義及技術要求

　　虛級聯的基本概念就是把一路高速數據，例如以太網或V.35數據，適配到N路互相獨立的低速信道中傳輸，提供相當于多路低速通道容量之和的傳輸帶寬。當實際低速傳輸通道為E1時，便是E1虛級聯。技術上，我們主要關心以下幾點性能:

　　1.1 帶寬利用率

　　利用低速信道傳輸高速數據時，必須有附加的開銷，因而會影響帶寬利用率。開銷多，對實現反向復用功能有利，但會降低帶寬的使用效率。

　　1.2 容納延時

　　由于各路低速信道在傳輸過程中經歷的路徑可能不同，有時甚至通過不同的傳輸介質，例如光纖和微波線路，因而到達對端后各路信號之間會有延時差異，設計中要考慮消除這部分延時差帶來的問題。設計容納延時能力過小，則對于一些傳輸延時離散較大的應用場合將難以適應；過大，則增加傳輸開銷，降低帶寬使用率，并增加設備復雜度和成本。

　　1.3 線路容錯

　　互相獨立的E1信道可能會出現傳輸故障，例如電纜接觸不良，或某信道誤碼率過高等。E1虛級聯設備應該具有良好的容錯性能，當某個或某些E1信道出現傳輸故障時，可以自動將故障信道排除在外，允許在降低總體傳輸容量的同時保證線路的暢通。此外，算法設計中必需有同步保護機制，保證傳輸信道出現誤碼時，算法不會產生過高的誤碼擴散，并且在信道錯誤恢復時，保證數據傳輸同步恢復。

　　1.4 數據包突發性

　　將E1虛級聯用于以太網適配時，通道的有效帶寬通常高于平均流量，而低于極限速率。例如用8E1虛級聯傳送100Base-T，以太網的滿發送速率為100M，而低速信道的最大可配帶寬為16M，導致即使平均流量小于配置帶寬,一個短時間內，接收的數據量還有可能遠大于傳輸帶寬。所以在以太網數據的輸入側必須設計高容量的緩存隊列容納一定的突發數據包。

　　2. 實現方案

　　以下就100Base-T/NxE1反向復用設備介紹E1虛級聯的實現方案。

　　2.1 以太網數據→多路E1反向復用

　　數據反向適配一般可以采用三種方式，包間插、比特間插和字節間插。所謂包間插就是指數據包到達后，連續檢測各個E1信道，在第一個查到的空閑信道上順序傳輸整個數據包，下一包到達后再重復這一過程。這種方式的優點是設計簡單，在對端也不需要對多路E1進行同步，各路數據可以單獨處理，其缺點是由于各路E1傳輸過程中經歷延時不同，導致對端接收數據包的順序與發端順序有較大差別，而且考慮發包比較稀疏的情況，一個長包完全在一路E1中傳遞，其它E1通道沒有數據包傳送，一方面造成帶寬浪費，另一方面也引入較大的轉發延時。

　　比特間插在傳輸過程中沒有包的概念，只是順序從以太網數據輸入緩存區內讀出比特流按1－n（n路E1）循環編號，編號為i的比特在的i路E1中傳輸。這種設計電路較復雜，對端要對多路E1同步到比特單位才能還原出有效數據。其優點是帶寬效率高，沒有輸入輸出包順序的變化，轉發延時也是固定的。

　　字節間插是比較折中的解決方案。它的基本原理與比特間插類似，但從緩存區讀出的數據和編號都是以字節為單位，每個字節經過串并轉換后在對應編號的E1信道中傳輸。它繼承了比特間插的優點，同時由于對端只需同步到字節單位上，處理時鐘較為寬裕，同步電路設計也就相對簡單。

　　2.2 E1接收數據同步

　　E1接收側要完成的功能是從多路E1數據中還原出以太網數據包。簡單看就是發送側反向復用的逆過程，通過高速時鐘循環從1→N路E1中各讀出一字節合成一路數據。但由于各路E1在傳遞過程中經過延時不同，同一時刻到達字節不對齊，在合并前必須對多路E1進行同步。考慮到同步過程的復雜性，在設計算法時可采用分步處理，以降低復雜度。

第一步處理是根據幀結構中的幀同步碼，通過置位同步法完成單路E1幀同步。

　　第二步處理根據E1幀同步產生的幀計數器和每路數據中的復幀計數器消除各路之間的延時及時鐘相位差。

　　在線路誤碼率較低時，E1幀同步丟失較少，影響第二步處理的只有數據中的復幀計數字節。在沒有保護的條件下，假設目前某一路由于誤碼使其讀數由正確值A變為B，因為下一輪開始時A、B位置幀會重寫，所以該誤碼只會影響當前一輪256幀中的A、B兩幀，不會對數據整體邏輯產生較大影響，其它位置的誤碼會在后續的HDLC幀同步處理中檢測。

　　3. 實際產品性能分析

　　本文介紹的以太網/多路E1虛級聯適配技術已實際應用在清華華環公司H0EL－4100和H0EL－8100 兩種E1/100 Base-TX反向復用器中，前者可以將10/100Base-Tx以太網信號通過1~4個E1虛級聯傳輸，后者則支持多至8個E1信道的虛級聯。

　　在本設計中，以太網包進入芯片后封裝成HDLC幀需要四字節附加信息。E1幀在傳輸HDLC數據同時要攜帶同步信息，占用6.25％帶寬。綜合上述兩點，有效數據平均帶寬利用率大約在90％。由于以太網吞吐量包括IEEE802.3規定的前導和SFD字節。為了充分利用傳輸帶寬，設計中沒有將這些字節通過E1信道傳輸到對端，而是在接收端重建這些字節，所以在包長較短時，測試值甚至大于實際E1信道容量。表1是實際產品的吞吐量測試結果。

表2是在8路E1配置下，以15M速率發包測得的以太網數據經兩端設備傳輸延時。

　　為了容納各路E1間的相對線路延時，設計中做了相應考慮。發送時對每幀E1加時間標簽，接收時根據時間標簽的值對接收E1幀重排序，可容納正負128幀的相對延時，對應時間為128×0.125＝16mS。提供較大的相對延時容納能力，使H0EL系列反向復用器不僅適用于各路E1信道傳輸延時離散度較大的廣域網絡互聯，而且可以用于不同傳輸路由或不同傳輸介質提供的延時差異較大的E1信道。這種路由或介質互為保護的應用可提高傳輸的可靠性。

　　以太網輸入緩存區的設計主要是考慮可以承受的突發包容量。在充分利用緩存區存儲空間的同時，不能引入過大的附加轉發延時。表3是H0EL－8100設備在配置為8路E1，即16M有效傳輸帶寬時的突發包長測試結果。在突發時間內，以100M全速率發測試包，丟包率為0。

　　為了方便用戶對設備的管理，和對業務種類及流量的控制，除上述主要性能指標外，H0EL系列反向復用器還具備其他技術特點，包括支持遠端集中監控， E1自適應能力，可內置支持VLAN/QoS的以太網交換模塊和100Base-Tx光接口等。

　　4. 結束語

　　當前，IP技術正在蓬勃發展，其應用范圍已經由傳統的計算機網絡擴展到包括電信在內的諸多領域。如何利用電信傳輸網承載IP業務是今后必需要面對的問題。作為采用VC虛級聯的POS設備的替代技術，E1虛級聯為用戶提供了一種有效的解決方案，它更充分地利用了現有傳輸資源，具有組網靈活、成本低、帶寬易調節等特點。目前該項技術在中小規模跨地域局域網的組建中正在得到了日益廣泛的應用。

　　歡迎在10月29號——11月2號蒞臨2002年中國國際通信設備技術展覽會，清華華環展位號——2BD2。

由CHINA通信網組稿

上一篇：以太網交換技術走向

下一篇：Powtel 2300R：新技術融匯的典范