专利名称：在光传输网络上传输客户层信号的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及一种用于在光传输网络(OTN)上传输客户层信号的方法及设备。
背景技术：
目前的传输网络主要基于同步数字体系，缩写为SDH，见ITU-TG.707，12/2003。一种新体系--光传输体系，缩写为OTH--在ITU-TG.70903/2003中已经成为标准，在此通过参考将其引入。OTH的目的是更经济地处理超大带宽，这些超大带宽被称为光信道数据单元，缩写为ODU。目前定义的有ODU1(～2.7Gbit/s)、ODU2(～10.7Gbit/s)以及ODU3(～43Gbit/s)。网络管理员可以根据此体系，定义、构建和使用新的高效覆盖网络。光传输网络的体系结构在ITU-TG.872(11/2001)中说明，在此也通过参考将其引入。
随着以太网越来越成为数据信号的首要传输形式，对于OTH网络管理员的业务来说，1Gbit/s以太网信号将成为自然的客户信号。
当前的在光传输网络上传输1Gbit/s以太网信号的标准化方法包括将1Gbit/s以太网信号映射到级联的SDH虚拟容器(SDH VCs)中，并接下来将帧形式的SDH传输信号映射到ODU中。这例如可以从ITU-T G.7041(12/2003)的第47页中看到。但是，由于需要操作功能独立的SDH网络，现有的1Gbit/s的信号到SDH虚拟容器(SDHVCs)的映射很昂贵。在很多情况下这对于只处理大容量的骨干网络管理员并非必要。
然而，另一方面，映射一个1Gbit/s以太网到最小的OTH实体(～2.7Gbit/s)将包含大量的带宽的浪费。
由于1Gbit/s以太网信号作为远程网络中传输的主要的客户信号其目前越来越重要，需要确保这些信号以低成本传输。
为此本发明的目的之一就是提供一种方法和相关的网络元件，该网络元件允许在光传输网络上更有效地传输客户信号并特别适合1Gbit/s以太网信号的传输。
发明内容
下文出现的这些和其他目的通过定义被称为光信道数据单元-0的新的OTH实体实现。
特别地，光传输网络使用的网络元件被设计为用于处理根据光传输体系构造的光传输信号。光传输体系提供至少三个复用层k，k＝1，2和3并且定义了对应的光信道数据单元-k。光信道数据单元-k-k＝1，2和3-的大小使得从较低层的光信道数据单元构建的四个传输信号可以复用到从相邻较高层的光信道数据单元构建的一个传输信号中。每个光信道数据单元-k具有开销区域和有效负载区域。网络元件分别支持复用层k＝1，2或3中的至少一个和对应的光信道数据单元-k，k＝1，2或3。根据本发明，网络元件有至少一个用于处理从光信道数据单元-0构建的传输信号的I/O端口，以及用于将客户层信号映射到所述的光信道数据单元-0的有效负载区域的装置。该光信道数据单元-0的尺寸使得从光信道数据单元-0构建的两个传输信号可以复用到从光信道数据单元-1构建的一个传输信号中。
因此本发明解决了操作额外的底层的SDH网络的经济负担或者在将其映射到ODU1的情况中浪费多于50％的带宽的经济负担。这样使得单独用一个OTH信号可以传输的1Gbit/s以太网信号的容量增加一倍。
现在将结合
本发明的优选实施方式，其中图1示出的是将新实体ODU0复用到ODU1，图2示出的是将ODU0复用到ODU2，图3示出的是将ODU0复用到ODU3，图4示出的是ODU0和与之关联的具有GFP-T封装的1GE客户层信号的传输单元OTU0，图5示出的是将ODU0映射到OPU1分支时隙TS1，图6示出的是将ODU0映射到OPU2分支时隙TS3，图7示出的是将ODU0映射到OPU3分支时隙TS32，以及图8示出的是复用结构标识符编码用于为ODU0定义的有效负载类型值0×21。
具体实施例方式
在ITU-T Rec.G.872中说明，在光传输网络(OTN)中的基本复用实体为光信道数据单元-k(ODUk)，k＝1，2或3。以列和行组成的表格形式表示的ODUk具有开销区域和有效负载区域。ODUk的开销区域包括16列乘4行，其中第1行的第1列至第7列保留用于帧调整，第1行的第8列至第14列保留用于OTU专用开销(光信道传输单元)，第15列和第16列保留用于OPU专用开销(OPU光信道有效负载单元)，同时开销区域的剩余部分可用于ODU开销。另一方面，有效负载区域有3808列乘4行。客户层信号可以映射到有效负载区域或者大量的较低层的ODU，ODU和所称光信道数据分支单元组(ODTUG)相互交错。ODUk是逐行传输。更详细地描述复用方案的光传输体系(OTH)在ITU-T G.709(3/2003)中说明。
比特率为1.25Gbit/s±100ppm的1000BASE-X信号(在IEEE802.3中说明)可以在8B/10B编码后经过GFP-T封装(见ITU-T Rec.G.7041)作为客户层信号映射到OPU1(光有效负载单元-1)用于在光传输网络(OTN)上的传输。1000BASE-X信号通常被称作1Gbit/s以太网信号或者简称为1GE信号。
但是，由于OPU1的实际带宽近似为2.5Gbit/s，这种映射将浪费带宽和粒度。带宽利用率将仅为大约50％。这在城域WDM线路系统中不是太成问题，低成本和简单映射是该系统优点。但是假定1GE连接的重要性持续增加，当利用DWDM线路系统通过OTH网络传送的时候，带宽利用率以及ODUk复用粒度的100％增加将使这种网络更加经济。
因此，本发明的基本概念是定义一种在下文中被称为光信道数据单元-0(ODU0)的新OTH实体，其容量为大约1.22Gbit/s。这种新的实体完全适用于现有的OTH复用结构，允许在一个ODU1的容量之内传输两倍的1Gbit/s以太网客户层信号，同时可以独立地进行切换(ODU0切换)。
为此，每一个现有的OPUk分支时隙(TS)被划分为两部分。每一个新的分支时隙代表238/(239-k)*1.244160Gbit/s±20ppm的带宽。
这种划分形成如下数值
表1现有的光有效负载单元(OPUk)的带宽当k≥1时OPU1的分支时隙最小，每一个具有的带宽为1.244160Gbit/s±20ppm。新的ODU0必须装入最小的OPU分支时隙。因此ODU0的比特率为1.244160Gbit/s±20ppm。
这样的一个ODU0利用-1/0/+1/+2ODU调整方案(在建议G.709的第19条中说明)可以装入OPU1、OPU2和OPU3分支时隙。到OPU2和OPU3分支时隙的映射需要加入如下所述的一些额外的固定填充列。
已知ODU0的比特率，OPU0的有效负载比特率可以由上面的公式确定
k＝0的OPUk的有效负载比特率＝238/(239-k)*1.244160Gbit/s＝238/239*1.244160Gbit/s＝1,238954309Gbit/s±20ppm.
这个比特率低于8B/10B编码的1000BASE-X(1GE)信号(也就是1.25Gbit/s±100ppm)的比特率，因此不可能直接将1GE比特流装入这个ODU0有效负载中。作为替代使用了在ITU-T Rec.G.7041中说明的透明通用成帧程序(GFP-T)封装技术。
图1、图2和图3分别显示的是将1 GE信号经过GFP-T映射到ODU0中，将2个、8个或32个ODU0复用到一个ODU1、ODU2或者ODU3中，以及OPU1、OPU2和OPU3中的OPUk分支时隙的分配。
在图1的上面部分，示出的是ODU101的有效负载区域103及其开销区域104。开销区域104有一个区域105保留用于OPU专用开销，区域106保留用于ODU专用开销，区域107保留用于调整专用字节，以及区域108用于OTU专用开销。GFP-T编码的1Gbit/s的以太网信号(1GE)102映射到有效负载区域103。
在图1的中间部分示意性示出的是两个ODU0 101、101’如何被复用以及映射到ODU1 110的有效负载区域111。ODU1 110包括有效负载区域113和开销区域114。与ODU0相似，开销区域114有一个区域115保留用于OPU专用开销，区域116保留用于ODU专用开销，区域117保留用于调整专用字节，以及区域118用于OTU专用开销。
在图1的下部，示出的是有效负载区域中两个交错的分支时隙的物理上的分配。每个ODU0占用有效负载区域113的每个第二分支时隙(TS1，TS2)。OPU1开销115包括用于两个分支时隙中每个时隙的2-帧的多帧格式的一个调整控制和机会开销的列。这在图1中没有画出。
必须注意的是ODU0在OPU1有效负载区域的一半中浮动。一个ODU0帧将穿越多个ODU1帧的边界。一个完整的ODU0帧有15296个字节，需要在15296/7616＝2.008个ODU1帧中的一个分支时隙的带宽。这在图1中没有画出。
参照下面的图5到图7将更详细地解释映射。
图2示出的是如何以同样的方式将8个ODU0复用和映射到ODU2。ODU2的有效负载被再划分为8比特宽的交错的分支时隙TS1-TS8，它们被分配给8个ODU0。必须注意的是ODU0在ODU2有效负载区域的1/8中浮动。ODU0将穿越多个ODU2帧的边界。一个完整的ODU0帧(15296字节)需要在15296/1904＝8,0336个ODU2帧中的一个分支时隙的带宽。这在图2中没有画出。OPU2开销包括用于8个分支时隙中每个时隙的8-帧的多帧格式的一个调整控制和机会开销列。这在图2中也没有示出。
图3用示意图示出了如何将32个ODU0复用和映射到ODU3。ODU3有效负载被再划分为32比特宽的交错的分支时隙TS1-TS32，它们被分配给32个ODU0。和前面的例子相似，ODU0在ODU3有效负载区域的1/32中浮动。ODU0将穿越多个ODU3帧的边界。一个完整的ODU0帧(15296字节)需要在15296/476＝32,1345个ODU2帧中的一个分支时隙的带宽。这在图3中没有画出。OPU3的开销也包括用于32个分支时隙中每个时隙的32-帧的多帧格式的一个调整控制和机会开销列，这在图3中也没有示出。
图1到图3示出的只是将相同类型的较低层ODU映射到较高层ODU，本领域的技术人员应该清楚混合映射也是可以的。因此，从ODU0和ODU1构建的传输信号的适当混合可以复用到从ODU2构建的一个传输信号内。同样的，从ODU0、ODU1和ODU2构建的传输信号的适当混合可以复用到从ODU3构建的一个传输信号内。
更进一步，图1-3示出的只是使用1GE信号作为客户层信号。这确实是本发明的优选实施方式，但是，应该清楚一旦引入了ODU0就可以对多种具有合适的数据率的客户层信号适用。
为了通过光纤以OTM-0.0信号传输ODU0，或者通过波长以多波长光信号(OTM-nr.m(m＝0，1，2，3)或OTM-n.m)进行传输，定义了光信道传输单元-0(OTU-0)，其承载ODU0。OTU0是k＝0的OTUk。OTU0比特率为4080/3824*1,244260≈1,327451046Gbit/s±20ppm。
图4显示的是将ODU0 101映射到这样的OTU0。该OTU0包括一个用于前向纠错码(FEC)的额外区域109，以及OTU0开销和调整字节，它们分别放入开销区域104中的保留区域107、108。
ODU0到OPUK的分支时隙的映射一个OPUk分支时隙代表238/(239-k)*1,244160Gbit/s±20ppm的带宽。ODU0的带宽为1,244160 Gbit/s±20ppm。OPU1分支时隙带宽等于ODU0带宽，但是OPU2和OPU3分支时隙带宽大于ODU0带宽。这个比例和STM-N到ODUk的情况中的相同，并且在此处可以再次使用OPU0到OPUk分支时隙的映射的设计，该设计利用从STM-N到OPUk的映射已知的固定填充列。
图5示出的是映射到两个ODU1分支时隙中的一个的ODU0。特别的是，ODU0映射到OPU1分支时隙而没有任何固定填充列。OPU1分支时隙有1904列，都传送ODU0字节。另外还示出了在ODU1的开销区域的第15和16列中OPU1的开销。开销字节有在ITU-T G.709中描述的相同的意义和功能。
图6示出的是一个ODU0到一个ODU2的分支时隙的映射。这个ODU0利用两个固定填充列映射到一个OPU2分支时隙中，两个固定填充列也就是，每8个OPU2帧总共64个固定填充字节。OPU2分支时隙有476列。一种组织这些固定填充列的优选方法是采用158列ODU0字节，1列固定填充字节，158列ODU0字节，1列固定填充字节和158列ODU0字节(见图6)。
图7示出的是一个ODU0到一个ODU3的分支时隙的映射。这个ODU0利用一个固定填充列映射到一个OPU3分支时隙中，也就是，每32个OPU3帧总共128个固定填充字节。OPU3分支时隙有119列，可优选地组织为59列ODU0字节，1列固定填充字节和59列ODU0字节(见图7)。
ODU0调整控制和机会每个OPUj分支时隙都和调整开销(JOH)相关联，调整开销包括三个字节的调整控制(JC)开销，一个字节的负调整机会(NJO)开销以及一个字节的正调整机会(PJO)开销。JC和NJO开销的位置在OPUj OH中，如图5到图7所示。PJO开销的位置在分支时隙的第4行第1列。
每一个ODU1有两个ODU0，对于每个ODU0，每两个ODU1帧有一个调整机会(见图5)。在映射八个ODU0到OPU2的情况中，对于每个ODU0每八个ODU2帧有一个调整机会(见图6)，在映射三十二个ODU0到OPU3的情况中，对于每个ODU0，每三十二个ODU3帧有一个调整机会(见图7)。
ODU0的比特率为STM-16比特率(STMSDH使用的同步传输模块)的50％、STM-64比特率的12.5％以及STM-256比特率的3.125％。OPU1分支时隙带宽为OPU1有效负载带宽的50％，OPU2分支时隙带宽为OPU2有效负载带宽的12.5％，而OPU3分支时隙带宽为OPU3有效负载带宽的3.125％。假设ODU0到OPUk分支时隙带宽的关系和STM-N到OPUk有效负载带宽的关系相似，则ODU0映射到OPUk分支时隙将需要和用于将STM-N映射到OPUk有效负载的相同的调整能力。这意味着-1/0/+1调整方案可以满足，需要一个NJO和一个PJO字节。普通的ODU复用调整方案利用一个NJO字节和两个PJO字节支持-1/0/+1/+2调整方案。因此ODU0的复用将典型地不使用第二个PJO字节。
复用结构标识符OTN支持多种ODUk类型到ODUj(j＞k)有效负载的复用。ODUk在OPUj分支时隙上的分配是可变的并在OPUj复用结构标识符(MSI)开销区域的编码中进行指示。
现有的在ITU-T G.709中的MSI定义不能识别ODU0作为分支信号。因此MSI开销的定义需要扩展并且此扩展的复用结构要被附加有效负载类型(PT)值识别，该值例如，值0×21(具有ODU0功能的ODU复用结构)。现有的PT值0×20被重命名为“ODU复用结构ODUk，k＞＝1”。
和PT值0×21关联的MSI定义支持到32个OPUj分支时隙，其中一个ODU0占用一个分支时隙，一个ODU1占用两个分支时隙而一个ODU2占用8个分支时隙。
MSI指示OPU的每个分支时隙的内容。每个分支时隙的通用编码在图8中示出。每个分支时隙使用一个字节。第1和第2位指示在分支时隙中传输的ODU的类型。第3到第8位指示传输的ODU的分支端口。这里要关心的是ODU到分支时隙(例如ODU2到OPU3)的可变分配的情况。在固定分配的情况中分支端口的数量对应于分支时隙的数量。
将来可能的ODU4/OPU4可能有128个分支时隙，将需要7-位分支端口区域，并且ODU类型的编码以及分支端口数量到时候将需要至少9位。
对网络元件的影响下面将讨论对网络元件的影响。首先，终接从ODU0构造的或者包含ODU0的传输信号的网络元件必须能够处理这种新类型的信号，也就是，终接和处理开销，通过字节调整改变速率，封装并抽取有效负载信号(也就是，GFP-T编码的1GE信号)并产生相反方向的新的ODU0。这将典型地在网络元件的某个I/O端口中完成。因此，对在光传输网络中的至少一些网络元件的I/O部分将作对应的修改。在阅读和理解了上面的ODU0结构和其开销的说明和定义后，这些修改的实现对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
进一步的，如上所述，需要网络元件来将ODU0复用到较高层ODUk(k＞0)。因此，在某些网络元件中会提供复用器可以将ODU0复用到较高层ODUk。这样的复用器将需要分别实现上面解释的速率改变以及在ODU2和ODU3的情况中每帧插入两个或者一个固定填充列。
另外，ODU0的定义允许独立地切换ODU0信号，这将给网络带来更大的灵活性。这种切换将典型地通过被称为光横向连接的网络元件实现。这些网络元件具有切换矩阵，其允许在空间和时间，并且也可能在波长上将ODUk实体从任意I/O端口切换到任意I/O端口。为了允许在ODU0层切换，一部分的这种网络元件将具有切换矩阵，该矩阵适于以新的ODU0实体的粒度将传输信号从任意I/O端口切换到任意I/O端口。如何使用现有的ASIC技术来实现对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
应该注意，在前面提到的修改也可以结合在一个网络元件中。进一步的，应该注意光传输网络不需要支持为OTH定义的所有的复用层。作为替代，光传输网络可以设计为处理例如只是ODU1或者只是ODU1和ODU2而没有ODU3。因此，根据本发明的网络元件将必须支持三个前面已有的层k＝1，2或3中的至少一个加上新的层k＝0。显然，如果更高比特率的需求出现，未来的网络元件还将支持在将来可能定义的更高的复用层(k＞3)。
权利要求
1.一种通过光传输网络传输客户层信号的方法，所述的设计用于传输光传输信号的光传输网络根据光传输体系构造，所述光传输体系提供至少3个复用层k-k＝1，2和3-并定义对应的光信道数据单元-k，其中所述光信道数据单元-k-k＝1，2和3-的尺寸使得较低层的光信道数据单元构建的四个传输信号可以复用到从所述相邻较高层的光信道数据单元构建的一个传输信号中；其中每个光信道数据单元-k包括开销区域和有效负载区域；其中所述光传输网络支持至少所述的k＝1的复用层和对应的光信道数据单元-1；并且其中所述方法包括产生从光信道数据单元-0构建的传输信号的步骤，以及将所述客户层信号映射到所述光信道数据单元-0的所述有效负载区域的步骤，所述光信道数据单元-0的尺寸使得从光信道数据单元-0构建的两个传输信号可以复用到从光信道数据单元-1构建的一个传输信号中。
2.根据权利要求1的方法，其中所述客户层信号为1Gbit/s以太网信号并且其中所述方法包括根据透明通用成帧程序封装所述1Gbit/s以太网信号的步骤。
3.根据权利要求1的方法，包括将从光信道数据单元-0构建的两个传输信号复用到从光信道数据单元-1构建的一个传输信号中的步骤。
4.根据权利要求1的方法，包括将从光信道数据单元-0构建的八个传输信号复用到从光信道数据单元-2构建的一个传输信号中的步骤，以及在所述光信道数据单元-2的分支时隙的476列中的两列中填入固定填充字节的步骤。
5.根据权利要求1的方法，包括将从光信道数据单元-0构建的32个传输信号复用到从光信道数据单元-3构建的一个传输信号中的步骤，以及在所述光信道数据单元-3的分支时隙的119列中的一列中填入固定填充字节的步骤。
6.一种用于光传输网络的网络元件，所述设计用于处理光传输信号的网络元件根据光传输体系构造，所述光传输体系提供至少三个复用层k-k＝1，2和3-并且定义对应的光信道数据单元-k，其中所述光信道数据单元-k-k＝1，2和3-的尺寸使得从较低层的光信道数据单元构建的四个传输信号可以复用到从所述相邻较高层的光信道数据单元构建的一个传输信号中；其中每个光信道数据单元-k包括开销区域和有效负载区域；其中所述网络元件支持至少所述的k＝1的复用层和对应的光信道数据单元-1；并且其中所述网络元件包括至少一个用于处理从光信道数据单元-0构建的传输信号的I/O端口，以及用于将客户层信号映射到所述的光信道数据单元-0的所述有效负载区域的装置，所述光信道数据单元-0的大小使得从光信道数据单元-0构建的两个传输信号可以复用到从光信道数据单元-1构建的一个传输信号中。
7.根据权利要求6的网络元件，包括用于接收1Gbit/s以太网信号的以太网接口，用于根据透明通用成帧程序封装所述1Gbit/s以太网信号的装置以及用于将所述封装后的1Gbit/s以太网信号映射到所述光信道数据单元-0的所述有效负载区域的装置。
8.根据权利要求6的网络元件，包括切换矩阵，该矩阵适于以所述光信道数据单元-0的粒度将传输信号从所述网络元件的任意I/O端口切换到任意I/O端口。
9.根据权利要求6的网络元件，包括至少一个复用器，用于将从光信道数据单元-0构建的两个或者更多的传输信号复用到从较高层的光信道数据单元构建的一个传输信号中。
全文摘要
为了推动在光传输网络上的1Gbit/s以太网信号的传输，该光传输网络使用在ITU－T G.709中说明的光传输体系，定义了一种新的OTH实体，它具有近似为1.22Gbit/s的容量，被称为光信道数据单元－0(ODU0，101)。这种新实体完全适合现有的OTH复用结构，允许在一个ODU1(110)的容量之内传输两倍的1Gbit/s以太网客户层信号，同时可以进行独立的切换。使用在Rec.G.7041中说明的透明通用成帧程序(GFP－T)封装技术可以将1Gbit/s以太网信号(102)映射到ODU0的有效负载中。
文档编号H04J14/00GK1773898SQ200510116820
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年11月12日
发明者马尔滕·菲瑟斯, 京特·格吕尔 申请人:阿尔卡特公司