摘要：迅速發展的城域網多業務傳送平臺(MSTP)依托于SDH技術，大量應用需要經濟的解決方案。方法是采用單芯片的MSTP系統將相關通信新技術、新協議進行高度集成，開發成專用芯片。單芯片MXMSTP-8可在SDHSTM-1等級上提供可擴展的MSTP解決方案，從而實現完善的治理以及電信與計算機數據的融合傳輸。

    要害詞：單芯片系統；下一代SDH；多業務傳送平臺

    Abstract:TherapidlydevelopingMulti-Service Transport Platform (MSTP) used in the metropolitan area network is based on the SDH technology, and its large-scale application demands some economical solutions. One way is to develop specific single-chips to integrate new standards and PRotocols for MSTP. Single chip MXMSTP-8 is a solution at the SDH STM-1 level. It can be used for easy eXPansion and upgrade of MSTP, and for the improvement of system management and the converged transmission of telecom data and computer data.

    KeyWords:SoC;NG-SDH;MSTP

    以集成電路為標志的微電子技術是現代信息技術的基礎。巨大的信息處理、信息存儲與信息傳輸能力無一不是建筑在高超的集成電路技術基礎之上。任何一項通信新技術、新標準、新協議，假如不能最終開發出專用芯片，都不可能得到大規模生產應用。

    20世紀末提出的單芯片系統(SoC)將專用集成電路提高到新的高度。把一個系統集成在一塊芯片中，無疑將大大降低設備制造商的產品開發難度、成本與能耗，提高設備的可靠性，成為芯片設計者、設備制造商甚至運營商追求的目標。但要實現SoC，除了對微電子工藝的更高要求外，在芯片設計上不僅要解決系統方面的理論與實現技術，還需要解決數字模擬兼容、嵌入式CPU、軟硬件協同設計與仿真、深亞微米設計的信號完整性分析、可重用IP核技術等一系列問題。

    本文介紹單芯片多業務傳送平臺(MSTP)系統。限于篇幅，本文略去有關的SoC設計技術的論述，僅從MSTP技術的發展背景、技術特點談起，介紹當前已有的幾種單芯片MSTP系統解決方案。

    1城域傳送網技術的發展

    城域網是城市區域內的通信網絡，各種通信技術在城域網上展現與交替。數字通信技術的發展大大提高了城域網的傳輸與處理能力，為人類的生活提供了極大方便。從城域網的業務信息傳輸平臺的發展來看，20世紀60年代推出了準同步數字傳輸體系(PDH)，可以很好地服務于電話業務。其容量從8448kb/s二次群發展到139264 kb/s四次群。

    由于PDH技術的治理與保護能力薄弱，20世紀90年代推出了同步數字傳輸體系(SDH)[1]，以更高的容量(可達40Gb/s)和更完善的治理能力與自愈保護能力得到了廣泛的應用，成為城域網的骨干技術。

    從20世紀末到今天，Internet神話般地得到了飛速發展，把一度被全球通信界看好的綜合寬帶網的主角：異步傳輸模式(ATM)擠到配角的位置。以計算機以太網數據為特征的業務量猛增，給以傳送電話業務為主的傳統城域網以巨大的沖擊，迫使城域網必須能高效地接納和傳送數據業務。沖擊的結果是：在城域網中頑強生存了70年的PDH技術劃上了句號，SDH技術提升到下一代SDH或MSTP技術。

    2MSTP技術的特點

    MSTP要解決的主要問題是如何在現有電信城域網上高效率傳送以計算機以太網為代表的數據處理信息，實現電信網與計算機網的融合。這可以通過改造已有的城域網技術來實現。PDH技術由于速率限制和治理能力的缺乏，已再沒有改造的潛力；通過綁定幾個E1接口來實現以太網傳送(網橋)的臨時解決方案遠不能達到高效傳送數據的用戶需求；治理功能完善、有自愈能力、容量大、得到城域網廣泛應用的SDH技術自然成為被改造的首選目標，基于SDH的以太網傳送(EOS)技術應運而生，以EOS技術為基礎的MSTP技術成為構建新一代SDH或新一代城域網的要害技術之一。

    MSTP的主要特點如下：

    (1)以SDH(或SONET)、光傳輸或密集(或粗)波分復用光傳輸系統做物理層。保持SDH的各種優良特性。

    (2)多路10M/100M/1000M以太網數據包經高級數據鏈路控制協議(HDLC)[2]、通用成幀規程(GFP)[3]或基于SDH的鏈路接入規程(LAPS)[4]封裝后通過SDH的虛容器(VC)級聯在SDH網絡上傳輸。

    (3)通過鏈路容量調整方案(LCAS)[5]，傳送以太網的VC數目可以根據帶寬需求變化無損地增加或減少(即無損帶寬調整)；參加虛級聯的VC若發生故障，可以自動被剔除而不影響以太網的完整傳輸。

    (4)能容忍虛級聯組(傳輸某路以太網的所有VC)中各VC有完全獨立的傳輸路徑，接受不同路徑之間足夠大的時延差。

    (5)綜合傳輸以E1/T1接口為基礎的傳統電信業務。

    3MSTP芯片解決方案

    3.1TRANSWITCH、GALAZAR、AGERE公司的MSTP芯片解決方案

    TRANSWITCH、GALAZAR、AGERE公司的MSTP芯片解決方案如下：

    (1)在SDH網絡上加入EOS插板

    假如原建的SDH網元設備有總線擴展插槽，可以用EOS功能插板，進行以太網接入的功能擴展。TRANSWITCH公司開發的EOS芯片TXC-04212、TXC-04226等可完成以太網到SDH總線的映射。前者適用同步轉移模式-4(STM-4)的總線，后者適用STM-1的總線。該芯片的不足之處是只支持單總線的映射，對雙向雙總線并發選收的SDH系統不是很適配。

    (2)開發新的MSTP設備

    更多的芯片公司立足開發單芯片的MSTP系統，設備制造商可以用這些芯片來方便地開發新的MSTP設備。這些芯片包括了從EOS、E1映射到高階物理層處理的功能。如GALAZAR公司的芯片MSF250和AGERE公司的芯片TMPRFE2G5等。這些芯片比較適合大容量(如622Mb/s以上)高端應用，用在STM-1的速率上或用來替代PDH產品不是很適合(或不是很經濟)。

    3.2中國的單芯片MSTP系統解決方案

    中國科研院所與企業近年在政府政策引導和積極支持下很重視自主芯片的設計開發。多家企業已經或正在進行SDH及MSTP的芯片開發。

    清華大學推出的單芯片MSTP系統解決方案：MXMSTP-8芯片是中國自主研發的方案之一。研發該片的目標之一是為在SDHSTM-1等級上提供可擴展的、便捷的MSTP單芯片，目標之二是為全面取代PDH系統提供治理完善的、電信與計算機數據高性能融合傳輸的、價格上與PDH可比的單芯片。

    MXMSTP-8主要功能如下：

    ●支持4個10M/100M全雙工/半雙工以太網媒質獨立接口(MII)到SONET/SDH的復用與解復用。

    ●支持一個1000M全雙工/半雙工以太網千兆位媒質獨立接口(GMII)到SONET/SDH的復用與解復用。

    ●支持16路E1接口的處理，包括高密度雙極性(HDB3)編解碼、時鐘恢復、碼速調整與去調整，以及接收端的數字去抖動和漂移的解同步。

    ●支持自動動態帶寬治理LCAS。

    ●支持HDLC、LAPS及GFP協議封裝以太網幀。

    ●支持以太網的治理接口及支持基于暫停(Pause)幀的以太網的流量控制。

    ●每個10M/100M以太網接口可選1～48個VC-12的虛級聯。

    ●提供64Mb/s、128Mb/s的外部同步動態隨機存儲器(SDRAM)接口完成虛級聯延時差的補償及作為以太網接口的緩存。

    ●提供4個標準數據包在SDH上傳輸的等級2接口(POSL2)，8比特，可以實現RPR應用[6]。

    ●支持63個支路單元12(TU12)的指針處理及VC-12的開銷處理。

    ●提供雙向STM-1幀同步、段開銷的完全處理，提供段開銷的串行輸出接口及雙向治理單元4(AU4)的高階指針處理、雙向VC-4的高階通道開銷的完全處理。

    ●完成雙向VC-4與STM-1的映射/去映射功能，可以通過指針調整操作容納發送VC-4數據與系統參考時鐘之間的準同步頻差或相差。

    ●提供兩方向的STM-1時鐘數據恢復(CDR)。

    ●芯片內含雙向STM-1的支路單元指針處理(TUPP)功能，便于多方向STM-1擴展與交叉連接。

    ●提供標準Tlecom-busVC-4總線。

    ●支持并發選收的雙向雙總線處理。

    ●采用PBGA756封裝。

    MXMSTP-8的框圖如圖1所示。

    MXMSTP-8的應用有：

    (1)增加插板擴展功能的應用

    MXMSTP-8具有可擴展的引出的VC-4雙向雙總線接口，利用該接口可以把EOS功能添加到原SDH系統中，并且單片可實現并發選收保護功能,其應用如圖2所示。

    (2)單片并發選收STM-1MSTP系統

    單片并發選收STM-1MSTP系統框圖如圖3所示。芯片MXMSTP-8完成以太網與E1到SDH的映射，同時完成兩個方向的物理層處理與保護。

    (3)基于RPR的嵌入以太網傳輸

    被IEEE802.17規范的RPR可以用虛級聯的VC通道做物理層，構成環路，以公平方式實現環上各節點帶寬共享、保護倒換、業務分級(見圖4)。清華大學在國家“863”計劃項目支持下開發的RPR媒體訪問控制(MAC)芯片MXRPR01-7以及具有POS接口的環以太網芯片適合于此類應用。

    (4)擴展的多方向系統

    MXMSTP-8的高階開銷處理與TUPP處理、EOS處理都分別帶有擴展的總線接口。利用這些擴展總線，外加交叉連接芯片(如MXDC8X8-4)，可以構成多方向的MSTP系統。

    4MSTP的測試

    市場上已有MSTP的測試儀器。如安捷倫公司的J7230，安立公司的MP1590等。這些儀器除具有SDH/SONET接口與測試功能外，還可測試在不同虛容器延遲的條件下的LCAS功能，包括增減虛容器的無損帶寬調節、故障虛容器的剔除等。GFP、LAPS及HDLC的封裝協議也是測試的基本內容。

    5結束語

    新興的納米技術帶來集成電路技術的高速發展。以納米技術與量子理論為基礎的低于0.05μm的CMOS工藝即將問世，含有生命要素碳的碳基芯片技術可能成為芯片工藝的新熱點。集成電路工藝與設計技術的高速發展為通信技術與產業的發展開啟了無限的想象空間。單芯片將可能實現更復雜的通信系統。相比未來真正的單片系統，單芯片的MSTP系統只能算是初級嘗試，在現階段為下一代SDH和替代PDH提供一種較為經濟高效的解決方案。

    6參考文獻

    [1]ITU-TG.709.Network Node Interface for the Optical Transport Network (OTN) [S].

    [2]ITU-TX.86.Ethernet over SDH/SONET [S].

    [3]ITU-TG.7041.Generic Framing Procedure [S].

    [4]ITU-TX.87.Link access Procedure for SDH [S].

    [5]ITU-TG.7042.Link Capacity Adjustment Scheme [S].

    [6]IEEEP802.17.Resilient Packet Ring (RPR) Access Method and Physical Layer Specifications [S].

    作者簡介：

    曾烈光，清華大學電子工程系教授、博士生導師，長期從事通信網絡與集成電路設計研究。1988年以來主持設計開發多種專用芯片并得到應用。研究成果榮獲1987年度、1990年度、2002年度3項國家技術發明二等獎及多項省部級一、二等科技進步獎。1992年榮獲首屆中國青年科學家獎。已發表論文150余篇。

    作者：曾烈光