专利名称：基于帧间插的以太网数据帧传输系统的制作方法
技术领域：
本发明应用于电通信领域，是一种连接远程以太网的经济而又有效的方法。
背景技术：
在局域网领域，经过多年优胜劣汰的竞争，简单而又经济的以太网已经成为当前应用最广泛的技术。把这些星罗棋布的以太网互连起来，实现更广范围的资源共享，是网络发展的必然趋势。以太网到多路E1反向复接器，充分利用了丰富的E1资源，是连接两个远程以太网的一种经济而又有效的方案。
目前市场上的以太网到多路E1反向复接器，对以太网数据帧进行拆分后再传输。E1发送端把以太网数据帧拆分后，分配到各路E1进行传输。由于各路E1的传输延时不同，以太网同一数据帧的各个部分到达E1接收端的时间也不同，E1接收端必须通过缓存足够的E1帧，消除各路的延时差之后，才能正确恢复所发送的以太网数据帧，因此对各路E1线路之间的延时差有严格的限制，一旦超出设计所能容忍的范围，便导致反向复接器不能正常工作。本发明所提出的基于帧间插的以太网数据帧传输系统，也是一种以太网到多路E1反向复接器，采用每个完整的以太网数据帧单独走一路E1的方法，克服了对延时差的限制问题，具有更广的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于帧间插的以太网数据帧传输系统，其特征在于该系统是在以太网传输协议基础上通过电信网使每个以太网数据帧借助帧间插的方法单独走一路E1线路的一种数据帧传输系统，包括发送子系统和接收子系统两大部分，其中发送子系统包括与局域网A连接的以太网接收电路，FIFO1，高级数据链路控制协议成帧电路，发送缓存控制电路，E1发送缓存器，以及E1发送电路，其中与局域网A连接的以太网接收电路，该电路接收介质独立接口的数据输入，进行循环冗余校验，输出正确的以太网数据帧；FIFO1，按收所述以太网接收电路发来的以太网数据帧；高级数据链路控制协议成帧电路，该电路是按照高级数据链路控制协议运行的一个成帧电路，该电路从所述FIFO1中读取以太网数据帧，打包成所述高级数据链路控制协议规定的数据帧格式，输出高级数据链路控制协议数据帧；发送缓存控制电路，该发送缓存控制电路接收所述高级数据链路控制协议成帧电路发来的高级数据链路控制协议数据帧；E1发送缓存器，该缓存器由n个发送缓存单元组成，根据所述的帧间插的方法，给每路E1分配一个发送缓存单元，每个发送缓存单元的容量至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧大小，所述发送缓存控制电路依次轮询n个发送缓存单元，在每一个尚未溢出的发送缓存单元中写入一个完整的高级数据链路控制协议数据帧；E1发送电路，有n个E1发送单元，这些E1发送单元分别从所述的各个相应的发送缓存单元中读取所述的高级数据链路控制协议数据帧，组成E1帧，并进行HDB3编码，发送给E1线路的接口电路；接收子系统包括E1接收电路，E1接收缓存器，接收缓存控制电路，高级数据链路控制协议解帧电路，FIFO2，以及与局域网B连接的以太网发送电路，其中E1接收电路，有n个E1接收单元，这些E1接收单元各自从所述E1线路的相应接口电路接收E1数据帧，进行HDB3解码以及E1同步，并从中解出高级数据链路控制协议数据帧；E1接收缓存器，有n个E1接收缓存单元，各自从相应的E1接收电路接收所述高级数据链路控制协议数据帧，所述的每个接收缓存单元至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧的大小；接收缓存控制电路，接收缓存控制电路依次轮询所述的n个接收缓存单元，若发现某个接收缓存单元中有1个以上完整的高级数据链路控制协议数据帧，则从该接收缓存单元中读出1个高级数据链路控制协议数据帧；高级数据链路控制协议解帧电路，该高级数据链路控制协议解帧电路从所述高级数据链路控制协议数据帧中恢复出以太网数据帧；FIFO2，接收所述高级数据链路控制协议解帧电路发来的以太网数据帧；与局域网B相连的以太网发送电路，该以太网发送电路从所述FIFO2中读取以太网数据帧，从介质独立接口按照标准格式发送给以太网接口电路。
所谓帧间插，就是指以太网数据帧到达后，依次轮询各路E1信道，在每一路查到的空闲信道上顺序传输整个数据帧。其具体操作流程如下在发送方向系统初始化，将计数器i置0；缓存接收的以太网数据帧，并进行高级数据链路控制协议成帧处理，生成高级数据链路控制协议数据帧；检测第i路E1信道，若第i路E1信道空闲，则将该高级数据链路控制协议数据帧在第i路E1信道上发送，发送完后将计数器i加1，否则直接将计数器i加1后返回检测步骤继续寻找下一路空闲的E1信道；若i＞n，则置i＝0；以太网数据帧发送完毕后，返回等待步骤，等待接收下一个以太网数据帧。
在接收方向系统初始化，将计数器j置0；n个E1接收单元分别接收各自E1线路的E1帧，并将解出的高级数据链路控制协议数据帧数据写入相应的接收缓存单元，一共有n个接收缓存单元；检测第j个接收缓存单元，若接收缓存单元j中有1个以上完整的高级数据链路控制协议数据帧，则从该接收缓存单元中读出1个高级数据链路控制协议数据帧，进行高级数据链路控制协议解帧处理后发送解出的以太网数据帧，发送完后将计数器j加1，返回检测步骤，否则直接将计数器j加1，返回检测步骤；若j＞n，则置j＝0。
由接收方向的操作流程可以发现，n个接收缓存相对独立，不需要互相等待，也就是说，对于各路E1之间的延时差没有严格的要求。帧间插的优点就在于克服了网络延时差对应用的限制。此外，由于不同E1线路的数据帧经历的传输延时不同，接收数据帧的顺序和发送数据帧的顺序会有较大差别，幸运的是，数据帧的重新排序工作可以留给网卡中的数据链路层协议完成。
在硬件设计上，帧间插省去了对多路E1进行延时差对齐的电路，但由于帧间插以高级数据链路控制协议数据帧为单位进行间插，在每路E1的发送和接收端都需要一个容量大于最大高级数据链路控制协议数据帧帧长的缓存单元，因此，帧间插方案SDRAM控制电路就会复杂很多。
图1典型应用环境图2以太网数据帧传输系统整体框3时钟等效示意4发送方向流程5接收方向流程图具体实施方式
图1是以太网反向复接器的典型应用环境。局域网A的介质无关接口信号，经过反向复接器A转换成N路E1信号，进入电信的E1传输网进行传输。在远端，反向复接器B把接收到的N路E1信号恢复成以太网的介质无关接口信号，转发给局域网B，从而实现了两个远程以太网之间的通信。
图2是以太网数据帧传输系统的整体框图。下面按照数据流的方向，逐个说明各部分电路的功能，其中，电路模块(1)～(6)实现了从以太网到E1的映射过程，电路模块(7)～(12)实现了从E1到以太网的映射过程(1)以太网接收电路以太网接收电路接收介质无关接口数据输入，进行CRC校验，将正确的以太网数据帧写入FIFO1。
(2)FIFO1缓存以太网接收电路发来的以太网数据帧。
(3)高级数据链路控制协议成帧电路高级数据链路控制协议成帧电路从FIFO1中读取以太网数据帧，打包成高级数据链路控制协议的数据帧。
(4)发送缓存控制电路发送缓存控制电路依次轮询8个发送缓存单元tFIFO1～8，在每一个尚未溢出的发送缓存单元中写入一个完整的高级数据链路控制协议数据帧。
(5)tFIFO1～8这8个FIFO为每路E1的发送缓存单元，即权利要求1中的E1发送缓存器。基于帧间插的方案，需要给每路E1分配一个发送缓存单元，该发送缓存单元的容量至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧大小，即1518*2＝3036字节。
(6)E1发送单元1～8每个E1发送单元分别从各自的发送缓存单元中读取数据，组成E1帧，并进行HDB3编码，发送给E1线路接口电路。这8个E1发送单元即权利要求1中的E1发送电路。
(7)E1接收单元1～8每个E1接收单元从相应的E1线路接口电路接收E1数据帧，进行HDB3解码以及E1同步，然后将解出的高级数据链路控制协议的数据帧写入各自的接收缓存单元rFIFO1～8。这8个E1接收单元即权利要求1中的E1接收电路。
(8)rFIFO1～8这8个FIFO为每路E1的接收缓存单元，即权利要求1中的E1接收缓存器。每个接收缓存单元的容量也至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧大小。
(9)接收缓存控制电路接收缓存控制电路依次轮询8个接收缓存单元rFIFO1～8，若发现某个接收缓存单元中有1个以上完整的高级数据链路控制协议数据帧，则从中读出1个高级数据链路控制协议数据帧，送给高级数据链路控制协议解帧电路。
(10)高级数据链路控制协议解帧电路高级数据链路控制协议解帧电路从高级数据链路控制协议数据帧中恢复出以太网数据帧，并写入FIFO2。
(11)FIFO2缓存高级数据链路控制协议解帧电路发来的以太网数据帧。
(12)以太网发送电路以太网发送电路从FIFO2中读取以太网数据帧，从介质无关接口接口按照标准格式发送给以太网接口电路。
tFIFO1～8和rFIFO1～8这16个缓存单元用一个SDRAM进行实现。
图3为时钟等效示意图。高速时钟clkh和低速时钟clkl，clkl和en都与clkh同步，则利用clkl的上升沿进行驱动，在逻辑上等效于en使能的情况下，用clkh进行驱动。
一般情况下，时钟数目越少，布线的效果越好。本系统中有12个时钟以太网接收时钟，以太网发送时钟，系统时钟，E1发送时钟，8个E1接收时钟。12个时钟同时竞争全局时钟网络，将是个非常严峻的问题。为此，我们对时钟进行优化处理。在反向复接器中，8个E1接收时钟是利用高速的系统时钟，通过数字时钟恢复的方法恢复出来的，满足图3所示关系，因此，这8个时钟可以用系统时钟加使能来替代。经过优化之后，系统的12个时钟缩减为4个时钟，大大减轻了全局时钟的布线复杂度。
图4为发送方向流程图系统初始化，将计数器i置0；缓存接收的以太网数据帧，并进行高级数据链路控制协议成帧处理，生成高级数据链路控制协议数据帧；检测第i路E1信道，若第i路E1信道空闲，则将该高级数据链路控制协议数据帧在第i路E1信道上发送，发送完后将计数器i加1，否则直接将计数器i加1后返回检测步骤继续寻找下一路空闲的E1信道；若i＞n，则置i＝0；以太网数据帧发送完毕后，返回等待步骤，等待接收下一个以太网数据帧。
图5为接收方向流程图系统初始化，将计数器j置0；n个E1接收单元分别接收各自E1线路的E1帧，并将解出的高级数据链路控制协议数据帧数据写入相应的接收缓存单元，一共有n个接收缓存单元；检测第j个接收缓存单元，若接收缓存单元j中有1个以上完整的高级数据链路控制协议数据帧，则从该接收缓存单元中读出1个高级数据链路控制协议数据帧，进行高级数据链路控制协议解帧处理后发送解出的以太网数据帧，发送完后将计数器j加1，返回检测步骤，否则直接将计数器j加1，返回检测步骤；若j＞n，则置j＝0。
权利要求
1.基于帧间插的以太网数据帧传输系统，其特征在于该系统是在以太网传输协议基础上通过电信网使每个以太网数据帧借助帧间插的方法单独走一路E1线路的一种数据帧传输系统，包括发送子系统和接收子系统两大部分，其中发送子系统包括与局域网A连接的以太网接收电路，FIFO1，高级数据链路控制协议成帧电路，发送缓存控制电路，E1发送缓存器，以及E1发送电路，其中与局域网A连接的以太网接收电路，该电路接收介质无关接口的数据输入，进行循环冗余校验，输出正确的以太网数据帧；FIFO1，接收所述以太网接收电路发来的以太网数据帧；高级数据链路控制协议成帧电路，该电路是按照高级数据链路控制协议运行的一个成帧电路，该电路从所述FIFO1中读取以太网数据帧，打包成所述高级数据链路控制协议规定的数据帧格式，输出高级数据链路控制协议数据帧；发送缓存控制电路，该发送缓存控制电路接收所述高级数据链路控制协议成帧电路发来的高级数据链路控制协议数据帧；E1发送缓存器，该缓存器由n个发送缓存单元组成，根据所述的帧间插的方法，给每路E1分配一个发送缓存单元，每个发送缓存单元的容量至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧大小，所述发送缓存控制电路依次轮询n个发送缓存单元，在每一个尚未溢出的发送缓存单元中写入一个完整的高级数据链路控制协议数据帧；E1发送电路，有n个E1发送单元，这些E1发送单元分别从所述的各个相应的发送缓存单元中读取所述的高级数据链路控制协议数据帧，组成E1帧，并进行HDB3编码，发送给E1线路的接口电路；接收子系统包括E1接收电路，E1接收缓存器，接收缓存控制电路，高级数据链路控制协议解帧电路，FIFO2，以及与局域网B连接的以太网发送电路，其中E1接收电路，有n个E1接收单元，这些E1接收单元各自从所述E1线路的相应接口电路接收E1数据帧，进行HDB3解码以及E1同步，并从中解出高级数据链路控制协议数据帧；E1接收缓存器，有n个E1接收缓存单元，各自从相应的E1接收电路接收所述高级数据链路控制协议数据帧，所述的每个接收缓存单元至少大于1个最大的高级数据链路控制协议数据帧的大小；接收缓存控制电路，接收缓存控制电路依次轮询所述的n个接收缓存单元，若发现某个接收缓存单元中有1个以上完整的高级数据链路控制协议数据帧，则从该接收缓存单元中读出1个高级数据链路控制协议数据帧；高级数据链路控制协议解帧电路，该高级数据链路控制协议解帧电路从所述高级数据链路控制协议数据帧中恢复出以太网数据帧；FIFO2，接收所述高级数据链路控制协议解帧电路发来的以太网数据帧；与局域网B相连的以太网发送电路，该以太网发送电路从所述FIFO2中读取以太网数据帧，从介质无关接口按照标准格式发送给以太网接口电路。
2.根据权利要求1所述的基于帧间插的以太网数据帧传输系统，其特征在于所述的n个发送缓存单元和n个接收缓存单元用一个SDRAM实现。
全文摘要
本发明属于电通信领域，其特征在于在发送方向，局域网A的介质独立接口数据输入到依次串接的以太网接收电路，FIFO1，高级数据链路控制协议成帧电路，发送缓存控制电路，E1发送缓存器，E1发送电路后输出到E1线路接口电路；在接收方向，E1线路接口电路的输入信号经依次串接的E1接收电路，E1接收缓存器，接收缓存控制电路，高级数据链路控制协议解帧电路，FIFO2和以太网发送电路后通过介质独立接口输出到局域网B。上述系统中，以太网数据帧到达后，依次轮询各路E1线路，在每一路查到的空闲线路上，顺序传送一个完整的数据帧。因此，本发明可以消除用多路E1线路共同传输一个被拆分的以太网数据帧而引起的延时差问题。
文档编号H04L12/46GK1761237SQ20051008678
公开日2006年4月19日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者曾烈光, 金德鹏, 陈文涛 申请人:清华大学