专利名称：通过传输sdh/sonet网的以太网业务增强传输的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别是涉及用于管理以太网帧业务和通过传输SDH/SONET网传输这种业务的方法和装置。
背景技术：
众所周知，由以太网装置产生的业务的特征在于不连续性，即存在或多或少以太网分组固定发送速率的周期和在已接收以太网帧和下一帧之间提供相当长的时间周期。这种不稳定/不固定的业务通常称为“脉冲串”。相反，SDH或SONET业务的特征在于固定的发送/接收速率。换句话说，传输SDH/SONET网的任何网络单元发送具有规则和固定速率的相应帧。而且，以太网帧不具有固定长度/大小，而只有最大长度(1518字节)。
很容易理解这些区别将会导致具有不同本质/特性的两种技术非常难以接合。
上述问题已经可以获得的解决方案允许将以太网帧映射成SDH/SONET虚容器，作为透明的分支(tributary)；所有的输入比特传输到具有相关定时信息(在接收端用于恢复正确比特率的频率)的输出接口。在SDH/SONET有效负荷内，已接收以太网帧和下一帧之间的停滞时间(dead time)也被映射。
遗憾的是，虽然这种解决方案可被认为是容易实现的，这类传输的性能与传输PDH分支相同，即相当低。这种最佳的现有方案严格依赖SDH结构，并且它不允许提供新的业务或相对于透明PDH分支的传输实现更好的性能。此外，一些带宽被浪费，因为它被用于传输无用的信息。
发明内容
鉴于上述的问题，本发明总的目的在于以有效的方式克服这些问题。
本发明的主要范围是提供一种通过传输SDH/SONET网的增强传输以太网帧的方法和装置。
本发明的上述和其它目的分别通过根据权利要求1和9的方法和装置实现。本发明进一步包括根据权利要求8的网络管理器。本发明其它有利的特征在相应的从属权利要求中陈述。所有的权利要求都是这个说明书的整体部分。
所建议解决方案的基本想法是通过SDH/SONET网提供一种全新的层/网络，以便管理通过SDH/SONET网的以太网业务传输；这种新的层/网络以这种方式使用SDH/SONET网络资源，即参照具体类型的传输优化所提供的业务和性能。
根据本发明的装置能够连续监视以太网信道和区分载波事件的本质，因此选择包含有效负荷的帧，忽略无用帧，而且不映射到SDH虚容器中。
为了增强以太网和SDH/SONET之间的接合和更好地支持要实现的所有功能，决定再插入一层数据封装。
此方案允许以太网客户通过SDH/SONET网建立它们自己的虚拟专用网(基于点对点连接)。
考虑到参照附图阅读下文的详细描述，本发明将变得更清楚，其中图1表示VPN和相关电路的结构；图2是以太网帧到SDH/SONET帧封装步骤的示意表示；图3表示将GFP分组插入C-4容器的基本方案；和图4更详细地表示两个相关电路的选定链路。
具体实施例方式
本发明通过提供一种称为NETS(即，通过SDH/SONET的以太网传输网)的全新的层/网络来实现。NETS包括以下定义的基本单元。
NETS的基本资源是SDH/SONET虚容器；NETS将这些资源用作基本管道以连接两个以太网接入点(点到点连接)。
NETS模型提供这些基本管道连接和管理的不同方案；通过这个新的模型，有可能提供新的业务和以更好的方式执行SDH/SONET网已经提供的业务。
NETS模型是基于五个基本单元接入点、链路、电路、管道和路径。
接入点(AP)是在SDH/SONET网边界的以太网接口；它是以太网业务可以接入/离开SDH/SONET网的点。
图1描述了包括六个网络单元(NE)的网络的一种简单例子，每个网络单元具有一个接入点；当然，一个网络单元可以容纳一个以上的接入点。
只描述了能够丢掉/插入以太网业务的网络单元；只管理SDH/SONET业务的网络单元是透明的，不必描述了。
一对以太网接入点定义一个点对点连接；这种连接叫做链路。例如，参照图1，一对AP#0&AP#1识别一条链路，一对AP#2&AP#5定义另一条链路等等。
在两个接入点连接到单个链路的情况下，这种链路表示点对点连接。如果一个接入点连接到一个以上的链路，这个接入点是点到多点连接，但是各种链路被认为是点到点连接。在多点连接的情况下，应当提供调度(dispatching)(向多个AP发送不同的帧)和整理(grooming)(集合来自多个AP的帧)的功能。
SDH/SONET网应当允许通过不同的路由连接两个接入点(即，实现一条链路)；每条路由称为电路。电路通过管道级联获得，应当被认为是N个管道的一系列连接。
下面的表1列出了图1接入点AP#0&AP#1所识别链路的可能的路由。
表1原则上，路由NE#0-NE#4-NE#3-NE#0-NE#1也是可能的，但它不是真正重要，因为它由一个环组成，这导致起始点NE#0和路由#1。
链路AP#0-AP#1通过这五个电路实现；当然应当选择所有可能电路的一个子组以实现一条链路。
这一回，连接两个接入点的每个电路/路由可以分成一系列更小的部分；每个部分称为管道。
参照前面列出的电路，表2是所有相关管道的描述。
表2上面表2很清楚，管道可以在不同的电路之间共享。
这一回，每个管道包括一个或多个SDH/SONET虚容器；这意味着它的容量是所有相关虚容器容量的总和。
下面(参见表3)，再参照图1，是具有管道组成的完整链路描述。
表3基本管道是连接两个网络单元的虚容器；它叫做路径。
为了改进以太网和SDH/SONET之间的接合和更好地支持已经选择的所有功能，决定再插入一层数据封装。此中间层所用的协议是GFP(通用帧过程)。选择此项技术是因为GFP分组已经被正确定义用于允许具有可变长度有效负荷的传输帧中的通用数据的映射，并基于八位字节调整，例如SDH/SONET和OTN(光传输网)。图3表示根据本发明的数据封装的基本方案。
从此图中人们可以推断出第一封装级比例为1∶1(一个以太网消息插入到一个GFP消息)。就GFP分组映射到SDH/SONET虚容器而言，这种映射以类似于映射ATM帧所用的方法实现。为了帮助理解这种过程，可以将GFP分组看作要插入到虚容器的字节流。可以插入到VC的GFP分组的数目是可变的，而且依赖两个基本因素VC容量和GFP大小，GFP大小也依赖于要传输的以太网帧。
根据这两个因素，单个GFP分组有可能映射到两个或多个虚容器，或者多个GFP分组有可能插入到单个VC。
为了恢复GFP帧，必须执行PLI字段调整，PLI字段还表示有效负荷数据字段的长度。PLI(PDU长度表示)字段将在下文描述。GFP到VC-x的映射例子也在下文报告。
在PLI字段中，提供两个八位字节。它们是二进制数，表示分组自身有效负荷区域所包含的八位字节数目。
用于根据本发明管理网络的监视器信息通过使用正确的侦察(Scout)消息GFP分组来交换。它们是控制分组，总是在发送包含以太网帧的单个分组之前发送(原则上，在没有消息传送的情况下只发送一个正确的侦察消息)。
根据本发明提供四个不同的侦察消息。原则上，每个不同的侦察消息覆盖一部分信息，该信息是由根据本发明实现的网络所请求的。便利地，每个侦察消息包括SMT(侦察消息类型)字段，用于清楚地表示侦察消息的类型(例如用于路径状态消息的STM＝00；用于完整状态消息的STM＝01；用于完整状态和以太网消息信息的STM＝02和用于完整状态和延迟消息的STM＝03)。
所提供的第一和较简单的侦察消息叫做路径状态消息。它能够只报告与路径操作状态有关的信息。
第二侦察消息，称为完整状态信息，包含计算通过虚拟专用网传输数据延迟的估计值所需的所有信息以及与链路、电路和路径的操作状态有关的信息。
第三侦察消息，称为完整状态和以太网消息信息，放在包含以太网帧的GFP消息之前。这种分组的目的在于传输与操作状态有关的所有信息、计算分组转移时间(transit time)所需的信息、和与所传输以太网消息有关的信息。
第四侦察消息，称为完整状态和延迟消息，非常类似于第三侦察消息，但区别在于它不需要包含以太网帧的GFP分组发送。这种侦察消息的目的在于提供关于链路的电路转移时间的有用表示，即使没有以太网帧要发送。正是由于这个原因，包含与数据消息有关信息的所有字段都不重要；只有传输路径状态、电路状态、链路状态及其延迟的字段被认为是有效的。
之后是将以太网帧映射成SDH结构的一些例子。正是同样的概念应用于SONET结构。
为了更好地理解根据本发明的映射过程，要陈述下面的基本概念和新的概念。
容量C-42340字节容量C-12136字节容量C-3 756字节以太网帧的最大容量1518字节+8字节(报头+SDF)以太网帧其它GFP字段的大小12字节侦察消息完整状态和以太网消息信息的大小20字节侦察消息完整状态消息的大小18字节第一个例子将一个1526字节的以太网帧，以及伴随的侦察消息映射成i)VC-4、ii)VC-3、或iii)VC-12。伴随的侦察消息是完整状态和以太网消息信息。在封装以太网帧的GFP分组内，不应当包括以太网帧的报头和SFD(开始帧定界符)字段；因此，在GFP的有效负荷数据字段中，插入1518个字节。因为侦察消息大小是20字节，所以1550字节插入到SDH帧有效负荷。
i)映射到VC-4C-4容器具有2340字节，因此有可能只插入以太网消息以及相应的侦察消息(2340字节/1550字节＝1,509)。在应当传输两个以太网帧的情况下，显然第二以太网帧及其侦察消息只能部分插入第一容器，而剩余字节应当映射到第二C-4(参见图3)。
ii)映射到C-3C-3容器具有756字节，因此应当使用三个C-3容器插入一个以太网帧。两个容器将完全填满，而第三个只部分使用。
iii)映射到C-12C-12容器具有136字节，因此应当使用十二个C-12容器插入一个以太网帧。十一个容器将完全填满，而最后一个只部分使用。
第二个例子将一个18字节的完整状态消息映射成iv)C-4、v)C-3、和vi)C-12。
iv)映射到VC-4C-4容器具有2340字节，因此有可能插入130个完整状态消息。
v)映射到C-3C-3容器具有756字节，因此有可能插入42个完整状态消息。
vi)映射到C-12C-12容器具有136字节，因此可以插入7个完整状态消息，还部分插入第8个完整状态消息。
自然，上面的计算纯粹是理论的，因为以太网帧的大小并不总是相应于可允许的最大容量。
两个接入点的点到点连接由下面的步骤实现a)定义一条链路；b)选择一个或多个电路；c)定义相关管道的大小；和d)选择相关路径。
因为现在已经完全定义了点到点连接，以太网帧的简单传输由下面的步骤执行e)在一个接入点的以太网接口接收以太网帧；f)将以太网帧选择路由到至少一条链路；g)选择其中一个可用电路；h)选择已选定电路(第一)管道的一条可用路径；i)将以太网帧封装到选定的可用路径(即，虚容器)；j)传输以太网帧直到下一个网络单元(即，直到管道结尾)；和k)从虚容器中提取以太网帧。
在选定电路包括其他管道的情况下，在每个中间网络单元重复步骤h)到k)，直到到达最后一个网络单元。此外l)将提取的以太网帧插入到重新排序的队列。实际上，由于不同的电路或管道的不同路径之间可能的偏离，在目的地网络单元收到的消息顺序会不同于起始接入点的消息顺序，因此需要重新排序。如果只使用一个电路和简单的路径，则不需要步骤k)。
m)最后，将以太网帧提供给目的地AP的以太网接口。
上述只是用于表示根据本发明另一网络/层通用性的简单传输的例子。以下是通过本发明执行的以太网无中断(hitless)保护的详细描述。原则上，SDH/SONET网已经提供可以用于以太网帧的不同类型的保护(例如SNCP或MS-SPRING)，因为以太网帧封装到SDH/SONET虚容器。根据本发明的以太网无中断保护原理的优点在于它在可能较低的层执行。它可以很容易用硬件实现并提供无中断保护。
参见图1，考虑由一对接入点AP#0和AP#1识别的点到点连接(链路AP#0-AP#1)。由SDH/SONET虚容器组成的不同的路由可以连接两个接入点AP#0和AP#1；例如，它们中的两个可以是电路A和电路B。电路A是包括五个VC-12的直接路由；电路B是包括一个VC-3和具有中间节点(NE#4)的十个VC-12一系列的路由。原则上，若干个其它的路由也可以连接两个接入点AP#0和AP#1，但出于这个例子的目的和简洁的原因，它们中的两个就足够了。
图4着重表示具有两个相关电路的选定链路。
所建议方案的基本想法包括下列步骤□ 每次在NE#0的AP#0接收到以太网帧，它都沿着电路A和电路B传输。显然，沿着两条不同路由的传输会导致保护业务。
□ 作为前一步骤的结果，NE#1接收到相同的以太网帧两次；通常，它将接受从较快电路接收到的帧而丢弃第二个。考虑到电路B快于电路A；选择从电路B接收到的以太网帧，而丢弃从电路A接收到的帧。
□ 在电路B故障的情况下，NE#1只接收电路A的帧，当然也接受它们；通过将电路选择从B换到A来实现保护。
此保护是无中断的，因为选择基于帧并保持以太网帧序列。
这里是所建议的以太网无中断保护方案的更详细的描述，参见图1和4。
每次在NE#0的AP#0接收到以太网帧，它都保存在输入消息队列中。
标记每一帧以便在结束点恢复原样的帧序列。例如，一序列标记的已接收帧可以是FR1、FR2、FR3…FRn。
已接收帧由两个单独的发射机TXA、TXB分别发射到电路A和电路B。不同类型的虚容器(用于电路A的VC-12和用于电路B的VC-3/VC-12)沿着不同的路由(对于电路A是直线，对于电路B具有中间节点)执行帧的传输。在接收节点提供两个不同的接收机(RXA、RXB)。
在电路B的中间节点(NE#4)，以太网帧存储在中间节点队列中。原则上，电路中存在中间节点将导致帧传输的延迟。在这种情况下，电路B快于电路A，因为电路B两个管道(一个VC-3和十个VC-12)的容量更高，尽管存在中间节点(NE#4)。
这意味着在NE#1在从电路A接收到同一帧之前先接收到来自电路B的帧(例如FR1)；NE#1只选择第一个接收的帧，并将它存入在AP#1传输的输出以太网帧队列中。
直到两个电路都工作，只选择从更快电路接收的帧并存入到输出以太网帧队列中；当然保持帧顺序(有可能通过标记恢复)。
如果在传输帧FR3之后电路B出现故障，NE#1只收到帧FR4一次(只从电路A)。
NE#1选择来自电路A的帧FR4，因为它是首先接收到的并存储在队列中；以后的帧相同，直到电路B恢复。
帧FR4和以后的帧没有丢失并保持帧顺序；这意味着无中断保护被成功执行。
当电路B恢复时，NE#1将其选择再次变成无故障无中断模式。
应当注意电路选择是基于逐帧(frame by frame)进行的，它既不与最后一次选择有关，也不与前后帧的接收状态有关。换句话说，当接收到标记为FRn+1的帧时，与最后一次选择无关而且与是否已经收到帧FRn和帧FRn+2无关地执行电路选择。
无论如何，可能发生在帧FRn之前接收到帧FRn+1，当两个电路之间的偏离等于或长于帧传输所需的时间或故障以后更快的电路恢复时。
会发生因为电路B故障而只有电路A执行帧FRn传输，但是帧FRn+1的传输由两个电路执行，因为电路B已经恢复。由于两个电路之间的偏离，NE#1在电路A的帧FRn之前接收到电路B的帧FRn+1。帧FRn+1保存在队列中，相关选择是电路B；帧FRn也保存在队列中，相关选择是电路A。当然帧FRn+1不能提供给AP#1直到接收到帧FRn。
独立的逐帧选择电路很重要，不仅当电路故障出现/消失时，而且当两个电路都工作时。
再参见图1，考虑另一条链路，链路AP#0-AP#4；此链路的电路(电路C)可由NE#0和NE#4之间的VC-3和NE#4和NE#3之间的VC-3组成。可以实现第一VC-3是链路AP#0-AP#1电路B所用的同一VC-3，即它是共享资源。
上述导致帧沿着电路B的传输延迟，该延迟还依赖其他电路(电路C)的业务并可以动态地改变。
在电路A、B和C都工作和沿着一个或两个电路的传输延迟随着共享资源动态改变的情况下，最快的电路从电路移向电路B，反之亦然。因此，电路选择也可以改变而没有出现任何故障。
本发明可以用硬件和软件实现。有利的是，它可以通过包括网络单元(例如ADM和交叉连接)和光纤连接的SDH/SONET网来用硬件实现。特别是，根据本发明的新层由高层管理物理网的网络管理器提供。此外，在网络单元内(或至少一部分)，提供至少一个附加的板。每一个附加的板包括至少一个网络接口，即接入点。通常，在每一个附加的板提供多个接入点。
根据本发明的优选实施方式，每个附加的板包括FPGA装置(两个FPGA，即两个现场可编程门阵列)、存储装置和集成电路装置(两个ASIC)。网络管理器向附加板(特别是FPGA)提供一些信息，包括应当使用哪个AP、以太网流的比特率(10或100Mb/s)和用于传输以太网信号的SDH/SONET资源。此外，FPGA还执行其它的任务，例如填充/清空虚容器。
存储装置包括多个存储器，即数据存储器、具有路由选择信息的外部存储器、存储关于每条链路信息的链路存储器和包含电路队列和标记的电路存储器。
本发明提供的另一个优点在于以太网帧的每个GFP分组包括核心报头误差检验字段，包括用于保护GFP分组核心报头完整的CRC误差校正码。根据本发明的CRC误差校正码能够校正单个误差并检测任何可能的其它的误差。因此，优点在于当接收到SDH/SONET帧时，只能丢弃出错的以太网帧，可以有利地保持无错的帧。这与纠正整个SDH/SONET帧的误差所提供的误差校正码原理形成对比。
本发明的另一个优点在于它能够应用于任何网络拓扑，即线性、网状、环形、树形…
权利要求
1.一种用于处理SDH/SONET网中以太网帧信号的方法，该SDH/SONET网包括网络单元或节点和连接网络单元的光纤连接，该方法的特征在于，定义SDH/SONET网中的新层/网络(NETS)以便管理SDH/SONET网的以太网信号，新层/网络(NETS)以这种方式使用SDH/SONET网的资源，即相对于具体类型的传输优化所提供的业务和性能，其中定义新层/网络(NETS)的步骤包括步骤定义至少两个以太网接入点(AP)，即在SDH/SONET网络边界的以太网接口，其中该以太网信号可以接入/离开SDH/SONET网；定义链路为提供点对点连接的一对以太网接入点；对于任何一对以太网接入点，定义相应的电路，即所有可能的连接通过SDH/SONET网的这对接入点的路由；和将每个电路分成管道，即一系列更小的部分。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，它还包括步骤e)在一个接入点(AP)的以太网接口接收以太网帧信号；f)将以太网帧信号选择路由到至少一条链路；g)选择其中一个可用电路；h)选择已选定电路第一管道的一条可用路径；i)将以太网帧信号封装到选定的可用路径的至少一个虚容器；j)传输以太网帧信号到下一个网络单元，即直到管道结尾；和k)在目的地接入点的以太网接口，从至少一个虚容器中提取以太网帧信号。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，包括将提取的以太网帧插入重新排序队列的另一个步骤。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，在选定电路包括其它管道的情况下，在任何中间网络单元重复步骤h)到i)直到到达最后一个网络单元。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，步骤i)包括将以太网帧信号映射成GFP帧和将GFP帧映射成虚容器的步骤。
6.根据权利要求2的方法，其特征在于，步骤i)包括提供包含监视信息的侦察消息，用于管理新层/网络(NETS)。
7.根据权利要求2的方法，其特征在于，步骤j)包括通过至少两个不同的电路传输相同以太网帧信号的步骤，步骤k)包括执行无中断的基于帧的切换步骤，以便选择来自更快电路或无故障电路的帧。
8.用于管理SDH/SONET网和处理以太网帧信号的网络管理器，该SDH/SONET网包括网络单元或节点和连接网络单元的光纤连接，该管理器的特征在于，提供SDH/SONET网中的新层/网络(NETS)以便管理SDH/SONET网的以太网信号，新层/网络(NETS)以这种方式使用SDH网的资源，即相对于具体类型的传输优化所提供的业务和性能，其中提供新层/网络(NETS)的步骤包括步骤定义至少两个以太网接入点(AP)，即在SDH/SONET网络边界的以太网接口，其中该以太网信号可以接入/离开SDH/SONET网；定义链路为提供点对点连接的一对以太网接入点；对于任何一对以太网接入点，定义相应的电路，即所有可能的连接通过SDH/SONET网的这对接入点的路由；和将每个电路分成管道，即一系列更小的部分。
9.用于处理SDH/SONET网中以太网帧信号的装置， 该SDH/SONET网包括网络单元或节点和连接网络单元的光纤连接，其特征在于，它包括至少一个接入点(AP)接口，用于接收以太网帧信号；装置，用于将接收到的以太网帧信号选择路由到至少一条链路，其中一条链路是提供网络点对点连接的一对以太网接入点；装置，用于选择可用电路，其中电路是连接网络这对接入点的其中一个可能的路由；和装置，用于将以太网帧信号封装到选定可用路径的至少一个虚容器。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，它还包括装置，用于从至少一个虚容器提取通过网络传输的以太网帧信号。
11.根据权利要求9的装置，其特征在于，它还包括存储装置，用于将以太网帧信号存入信号队列。
12.根据权利要求9-11任何一个的装置，其特征在于，它包括装置，用于处理网络管理器接收到的信息，这种信息包括所用接入点的标识、输入以太网帧的比特率和与特定接入点有关的资源。
全文摘要
本发明涉及一种处理SDH/SONET网中以太网帧信号的方法和装置，该SDH/SONET网包括网络单元或节点和连接网络单元的光纤连接，该方法包括定义SDH/SONET网中的新层/网络以便管理SDH/SONET网的以太网信号，新层/网络以这种方式使用SDH/SONET网的资源，即相对于具体类型的传输优化所提供的业务和性能。定义新层/网络的步骤包括定义至少两个以太网接入点，即在SDH/SONET网络边界的以太网接口，其中该以太网信号可以接入/离开SDH/SONET网；定义链路为提供点对点连接的一对以太网接入点；对于任何一对以太网接入点，定义相应的电路，即所有可能的连接通过SDH/SONET网的这对接入点的路由；和将每个电路分成管道，即一系列更小的部分。
文档编号H04J3/06GK1440163SQ03105478
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月21日 优先权日2002年2月22日
发明者森托·玛吉欧, 玛西莫·帕诺茨尼, 阿尔伯托·派西那, 埃林那·波佐李, 吉塞派·索伯雷, 马科·吉斯索 申请人:阿尔卡塔尔公司