CN102223282A - 通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，它包括以下步骤：业务接入单元将用户接入的千兆以太网数据从线路中提取出来，转换成GMII接口信号数据，传输给业务分接与复接单元，同时将业务分接与复接单元输出的GMII接口信号数据转换到以太网上；由分接与复接单元接收到业务接入单元输出的数据后，将数据进行复接，同时加入同步指示信号，再将数据传输给串行/并行数据编码解码器；然后将并行数据转换成串行数据，传输给光接口模块单元转换成光信号，发送到光纤链路上。本发明实现了在有限的光纤通道上建立多以太网虚拟通道，并实现了双向传输，减少了传输数据所需的带宽，满足了数据传输保密性要求，节省了光纤资源。

Description

通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法

技术领域

本发明涉及通信网络中的数据传输技术，具体涉及通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法。

背景技术

组建通信网络时，目前网络上主要接入的业务包括，视频业务、数据业务(音频、异步数据和开关量等)、网管业务及以太网业务。视频业务的数据量通常很大，在网络传输过程中占用很大的带宽，需要采用GE的传输通道进行传输。网管的数据量和数据业务的数据量通常很小可以采用FE的传输通道进行传输。同时用户会有以太网的接入的需求。视频业务的数据流很大，如果不加控制和约束，会在传输过程中对网管以及用户的以太网实际使用带宽产生影响，需要进行隔离。同时用户在使用过程中，通常需要一个独享的百兆以太网带宽。按照这一需求，数据传输干路就需要至少传输相互隔离的一路GE和两路FE的以太网数据。

现有技术中，要实现以上大量业务数据的传输，通常采用千兆以太网光端机。千兆以太网光端是直接将千兆以太网电接口转换成光接口，再进行传输的设备。以太网光端机主要包括以下几个其本结构单元：电接口单元，光接口单元，协议转换单元。电接口单元主要完成本地千光以太网电接口与光端机电接口连接，转换成协议转换单元。通过协议转换单元，再将信号转换成光接口模块所能识别的电信号，再通过光接口单元向远端发送。

但是，千兆以太网光端机是一个纯的以太网光电转换模块，线路传输有效带宽只有1000M，对线路上传输的数据流不识别，不区分，不能进行带宽控制。根据需求1路GE+2路FE的有效带宽有1200M，每种业务需要相对隔离。千兆以太网光端机不管是从业务需求带宽带是业务隔离方面，都是无法满足需求。

此外，采用还有工业千兆以太网交换机的交换技术，它是通过以太网千兆光接口进行组网，采用标准以太网的交换技术，实现数据的交互。采用以太网的光接口，可以将远距离的两台设备对接，采用以太网的VLAN隔离技术，实现以太网业务的隔离。千兆以太网交换机每个端口为标准的以太网光接口或电接口，端口带宽为1000M。要传输1200M的数据业务，1个以太网光接口带宽不够，采用2个以太网光接口，可以实现2000M的业务传输，但物理上需要2条光纤链路，交换机需要支持STP协议，抑制以太网广播风暴。采用2条光纤链路会比较浪费光纤资源，同时，采用标准的以太网交换机，成本也会上升。

随着社会的发展，对以太网的线速率要求也越来越高，同时根据实际应用需求，对干路网络的带宽需求也越来越具有差异性，同时在提供更大的网络带宽的同时，对成本的控制也提出了更大的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供能够同时传输一路千兆以太网和两路百兆以太网，并对用户业务保密性高，节省光纤资源的一种通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，它的具体技术方案包括以下步骤：

①、GE业务接入单元将用户接入的千兆以太网数据从线路中提取出来，转换成GMII接口信号数据，传输给业务分接与复接单元，同时将业务分接与复接单元输出的GMII接口信号数据转换到以太网上；

②、两路FE业务接入单元将用户接入的两路百兆以太网数据接入，以太网接口芯片将线路上以太网的数据通过MII接口传输给业务分接与复接单元，同时将将业务分接与复接单元输出的MII接口的数据传输到以太网上；

③、分接与复接单元接收到由GE业务单元及两路FE业务单元输出的数据后，将三种业务的数据进行复接，同时加入同步指示信号，再将数据传输给串行/并行数据编码解码器；分接与复接单元同时接收由串行/并行数据编码解码器发送的数据；

④、分接与复接单元接收到数据后，先根据接收到的数据进行找同步，再根据帧格式对数据进行分接，从数据中分离出GE和FE的数据，分别传输给GE业务单元和两路FE业务单元中；

⑤、串行/并行数据编码解码器将接收到的分接与复接单元输出的并行数据转换成串行数据，传输给光接口模块单元；同时将光接口模块单元单元输出的串行数据转换成并行数据，传输给分接与复接单元；

⑥、光接口模块单元将串行/并行数据编码解码器的发送数据由电信号转换成光信号，发送到光纤链路上，同时在接收方向上将光纤链路接收的光信号转换成电信号，传输给串行/并行数据编码解码器中，实现以太网数据的双向传输。

进一步地，在以太网传输过程中，数据采用数据扰码的方法在线路上传输。

进一步地，在数据的发送端，以太网帧保留8个字节的前导，将帧间隔压缩到2个字节，在数据的接收端再将帧间隔恢复到12个字节，当没有有效数据发送时采用帧间隔填充。

更进一步地，在传输过程中链路上采用帧结构的方式进行传输，帧结构具体为：数据帧每253个时钟周期组成1个最小帧结构，第一个时钟传输18bit同步字，同步字采用固定的数据定位数据帧的位置。

更进一步地，同步字后面紧接着是传输百兆以太网数据，采用18bit数据中低9bit传输第一路百兆以太网业务的数据，高9bit传输第二路百兆以太网业务的数据，然后传输5个时钟周期的千兆以太网数据，其中低9bit在实际串行传输过程中先传输，高9bit数据在实际传输过程中后传输，如此交替42次。

进一步地，所述串行/并行数据编码解码器采用18bit位宽进行数据的传输，传输过程中自动增加2bit用于串行/并行数据编码解码器105数据的同步指示。

进一步地，所述串行/并行数据编码解码器工作时钟为75Mhz。

进一步地，在所述光纤链路的发送端，GE数据和两路FE数据发送缓存单元将数据输出到数据成帧复接单元中，完成组帧时相关计数器的控制，数据成帧复接单元根据组帧时隙控制单元输出的信号，将以太网帧同步信息组成完整的帧，发送给数据帧扰码单元。

进一步地，在所述光纤链路的接收端采用数据帧解扰单元对数据的解扰后，传输给帧同步检测单元，再将帧的同步信息以及解扰后的数据传输给数据帧分接单元，数据帧分接单元接收到解扰的数据和同步指示信号后，根据同步指示信号，完成各业务数据的分离，并将分离后的数据传输给GE数据接收缓存单元、第一路FE数据接收缓存单元及第二路FE数据接收缓存单元。

更进一步地，所述发送端和接收端的核心处理芯片均为FPGA器件。

本发明采用上述技术方案具有以下的优点：

1、实现了在有限的光纤通道上建立多以太网虚拟通道，并使各个通道都能同时实现以太网数据的双向传输，大大减少了多通道传输数据所需的带宽；

2、各虚拟以太网通道独立工作，对各路数据传输业务进行隔离，满足了用户对各路业务数据传输保密性要求；

3、节省了所使用的千兆以太网光纤收发器的光纤资源。

附图说明

图1是本发明通过光纤建立虚拟多以太网通道的流程示意图；

图2是光纤链路发送数据原理框图；

图3是光纤链路接收数据方向原理框图；

图4是光纤链路组帧结构示意图；

图中：101-GE业务接入单元，102-第一路FE业务接入单元，103-第二路FE业务接入单元，104-分接与复接单元，105-串行/并行数据编码解码器单元，106-光接口单元，201-GE数据发送缓存单元，202-第一路FE数据发送缓存单元，203-第二路FE数据发送缓存单元，204-组帧时隙控制单元，205-数据成帧复接单元，206-数据帧扰码单元，301-GE数据接收缓存单元，302-第一路FE数据接收缓存单元，303-第二路FE数据接收缓存单元，304-数据帧分接单元，305-帧同步检测单元，306-数据帧解扰单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法包括以下步骤：GE业务接入单元101与用户GE接口相接，GE业务接入单元101将用户接入的千兆以太网数据从线路中提取出来，转换成GMII接口的信号数据，传输给业务分接与复接单元104；同时将业务分接与复接单元104输出的GMII信号数据转换到以太网上。

第一路FE业务接入单元102和第二路FE业务接入单元103与用户FE接口相连，将用户接入的两路百兆以太网业务数据接入，以太网接口芯片将线路上以太网的数据通过MII接口传输给业务分接与复接单元104；同时完成将业务分接与复接单元104输出的MII接口的数据传输到以太网上。

分接与复接单元104接收到由GE业务单元101及第一路FE业务接入单元102和第二路FE业务接入单元103输出的数据后，将三路业务的数据进行复接，同时加入同步指示信号，再将数据传输给串行/并行数据编码解码器105；同时接收由串行/并行数据编码解码器105发送的数据，分接与复接单元104接收到数据后，先根据接收到的数据进行找同步，找到同步后，再根据帧格式对数据进行分接，从数据中分离出GE和FE的数据，分别传输给GE业务单元101和第一路FE业务接入单元102和第二路FE业务接入单元103。

串行/并行数据编码解码器105，完成接收分接与复接单元104输出的并行数据转换成串行数据，传输给光接口模块单元106；同时将光接口模块单元106单元输出的串行数据转换成并行数据，传输给分接与复接单元104。

光接口模块单元106，将串行/并行数据编码解码器105的发送数据由电信号转换成光信号，发送到光纤链路107上，同时将光纤链路107接收的光信号转换成电信号，传输给串行/并行数据编码解码器105。

通过光纤建立1路GE数据和两路FE数据的虚拟多以太网通道的方法，实现了各虚拟以太网通道独立工作，并且每个通道都能同时实现以太网数据的双向传输。

在以太网传输过程中，数据扰码的方法进行数据的传输。采用数据扰码方式的好处在于不增加额外的线路带宽，同时减少光纤线路上的直流电平分量，保证传输过程中不产生误码。

GE信号经过接口芯片转换成GMII的信号后，有用信号包括1bit使能信号和8bit数据信号，采用125M时钟传输，千兆以太网需传输的业务带宽为1.125G；FE信号经过接口芯片转换成MII接口的信号后，有用信号包括1bit使能信号和8bit数据信号，采用25M时钟传输，因为以太网都是以字节为单位进行传输，MII接口上接收到的第一个4bit数据和第二个4bit数据组成一个字节，对应的2bit使能同时有效；第三个4bit数据和第四个4bit数据组成一个字节对应的2bit使能同时有效；以此类推……。在传输过程中不会出现奇数个有效的4bit数据，所以在传输过程中可以将MII接口的第一个4bit数据和第二个4bit数据合并成一个8bit数据，用1个使能位标识，第三个4bit数据和第四个4bit数据合成一个8bit数据，用1个使能位标识。处理后百兆以太网数据实际使用的有效带宽为112.5M。所以总的业务带宽为1.35G。

根据以太网标准，以太网采用分组交换的方式进行传输，基本组成单元是以太网帧，通常以太网的帧长度范围为64字节～1522字节，每个帧之前有8个字节的前导，帧与帧之间至少有12个字节的帧间隔。本发明在数据的发送端，采用保留8个字节的前导，将帧间隔压缩到2个字节，在数据的接收端再将帧间隔恢复到12个字节，当没有有效数据发送时采用帧间隔填充。经过这种方式处理后，千兆以太网实际使用的线路最大带宽为1.1177GHz，百兆以太网实际使用的线路最大带宽为111.77MHz，在实际设计过程中只要线路提供的最大线路带宽大于各业务线路要求，就可以实现业务的传输。

串行/并行数据编码解码器105采用18bit位宽进行数据的传输，传输过程中串行/并行数据编码解码器105会自动增加2bit用于串行/并行数据编码解码器105数据的同步指示。工作时钟为75Mhz，所以线路的总带宽为1.5GHz，有效使用带宽为1.35GHz。传输过程中链路上采用帧结构的方式进行传输，帧结构如图4所示：数据帧每253个时钟周期组成1个最小帧结构，第一个时钟传输18bit同步字，同步字采用一固定的数据，用于数据接收时过程中定位数据帧的位置。接着传输百兆以太网数据，其中18bit数据中低9bit传输百兆以太网业务1的数据，高9bit传输百兆以太网业务2的数据，然后传输5个时钟周期的千兆以太网数据，其中低9bit在实际串行传输过程中先传输，高9bit数据在实际传输过程中后传输，如此交替42次。如此组帧后，分配给百兆以太网的实际使用带宽为：

$75M\×9\×\frac{42}{253}=112.05M$

大于上述传输以太网时最大使用带宽111.77MHz。

同样分配给千兆以太网的实际使用带宽为：

$75M\×18\×\frac{42*5}{253}=1120.5M$

同样也大于上述传输千兆以太网时最大使用带宽1.1177GHz。

如图2所示，述光纤链路的发送端，外部GE千兆以太网接口芯片将GMII接口的数据传输给FPGA的GE数据发送缓存单元201，数据发送缓存单元201首先将接收到的数据包写入缓存器中，当发送缓存单元201中的缓存器中写入1个或多个完整的以太网数据包后，发送缓存单元201将数据包读出，输出给下一个模块数据成帧复接单元204。

外部FE百兆以太网接口芯片将MII接口的数据传输给FPGA的第一路FE数据发送缓存单元202，第一路FE数据发送缓存单元202首先将4bit的数据转换成8bit位宽的数据，再将数据包进行缓存器中，当第一路FE数据发送缓存单元202中的缓存器中写入了1个或多个完整的以太网数据包，第一路FE数据发送缓存单元202将数据包读出，输出给下一个模块数据成帧复接单元204。

第二路FE数据发送缓存单元203与第一路FE数据发送缓存单元202的功能和实现方式相同。组帧时隙控制单元204完成组帧时相关计数器的控制。

数据成帧复接单元205根据组帧时隙控制单元204输出的信号将GE数据发送缓存单元201、第一路FE数据发送缓存单元202、第二路FE数据发送缓存单元203以太网帧同步信息组成一个完整的帧，然后再发送给数据帧扰码单元206。数据帧扰码单元206对数据进行扰码，避免在光路传输过程中出现多个连续的0或是多个连接的1时，在接收过程中产生误码。

如图3所示，光纤链路的接收端通过光接口模块106和串行/并行数据编码解码器105，将光路接收的数据信号传输给接收端核心处理芯片，数据帧解扰单元306对数据的解扰，然后将解扰后的数据进行传输给帧同步检测单元305，再将帧的同步信息以及解扰后的数据传输给数据帧分接单元304。帧同步检测单元305主要完成根据发送端插入的同步信息字，完成帧同步信息的定位检测，再将检测的信息标识回传输数据帧解扰单元306。

数据帧分接单元304接收到解扰的数据和同步指示信号后，根据同步指示信号，完成各业务数据的分离，并将数据传输给GE数据接收缓存单元301、第一路FE数据接收缓存单元302及第二路FE数据接收缓存单元303。

GE数据接收缓存单元301接收到完成的数据包后，将有效数据缓存，当缓存器中有一个完整的数据包时，读出数据包，并根据标准的以太网包格式，完成以太网数据包的封装，并通过GMII接口发送到千兆以太网上。

第一路FE数据接收缓存单元302接收到完成的数据包后，将有效数据缓存，当缓存器中有一个完整的数据包时，读出数据包，并根据标准的以太网包格式，完成以太网数据包的封装，并通过MII接口发送到百兆以太网上。第二路FE数据接收缓存单元303的功能和操作方式与第一路FE数据接收缓存单元302相同。

还需说明的是，本发明中提供的这种通过一条光纤链路建立虚拟多以太网通道的方法及解决方案，发送端和接收端的核心处理芯片均可采用FPGA器件，具体可以采用FPGA为核心处理芯片来实现。可以利用FPGA的设计语言进行实现。本发明的硬件核心组成模块还包括千兆以太网PHY、百兆以太网PHY、SERDES、光模块。FPGA可选用Xilinx公司的Spartan3E系列的XC3S1600E芯片，FG484封装，芯片包含16000K个等效逻辑门，具有36个片上18K块状RAM，具有376个输入/输出管脚。SERDES选用TI公司的TLK2521芯片，芯片支持的传输带宽范围为1G至2.5G，本系统中，芯片处于1.5G带宽的工作模式。光模块为1.5G双向传输光模块。

具体实现时，本领域的设计人员可以按照自身情况和各自的理解，对本发明中所提及的功能模块进行合并和分解，具体不在此一一详解。

上述GE为Gigabit Ethernet，千兆以太网；

上述FE为Fas t Ethernet，百兆以太网；

上述SERDES为串行/并行数据编码解码器；

上述FPGA为Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。

以上表述是本发明的一种实施方法，仅为本法发明的设计思想阐述方便而做的假设，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于包括以下步骤：

①、GE业务接入单元将用户接入的千兆以太网数据从线路中提取出来，转换成GMII接口信号数据，传输给业务分接与复接单元，同时将业务分接与复接单元输出的GMII接口信号数据转换到以太网上；

②、两路FE业务接入单元将用户接入的两路百兆以太网数据接入，以太网接口芯片将线路上以太网的数据通过MII接口传输给业务分接与复接单元，同时将将业务分接与复接单元输出的MII接口的数据传输到以太网上；

③、分接与复接单元接收到由GE业务单元及两路FE业务单元输出的数据后，将三种业务的数据进行复接，同时加入同步指示信号，再将数据传输给串行/并行数据编码解码器；分接与复接单元同时接收由串行/并行数据编码解码器发送的数据；

④、分接与复接单元接收到数据后，先根据接收到的数据进行找同步，再根据帧格式对数据进行分接，从数据中分离出GE和FE的数据，分别传输给GE业务单元和两路FE业务单元中；

⑤、串行/并行数据编码解码器将接收到的分接与复接单元输出的并行数据转换成串行数据，传输给光接口模块单元；同时将光接口模块单元单元输出的串行数据转换成并行数据，传输给分接与复接单元；

⑥、光接口模块单元将串行/并行数据编码解码器的发送数据由电信号转换成光信号，发送到光纤链路上，同时在接收方向上将光纤链路接收的光信号转换成电信号，传输给串行/并行数据编码解码器中，实现以太网数据的双向传输。

2.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：在以太网传输过程中，数据采用数据扰码的方法在线路上传输。

3.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：在数据的发送端，以太网帧保留8个字节的前导，将帧间隔压缩到2个字节，在数据的接收端再将帧间隔恢复到12个字节，当没有有效数据发送时采用帧间隔填充。

4.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：在传输过程中链路上采用帧结构的方式进行传输，帧结构具体为：数据帧每253个时钟周期组成1个最小帧结构，第一个时钟传输18bit同步字，同步字采用固定的数据定位数据帧的位置。

5.根据权利要求4所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：同步字后面紧接着是传输百兆以太网数据，采用18bit数据中低9bit传输第一路百兆以太网业务的数据，高9bit传输第二路百兆以太网业务的数据，然后传输5个时钟周期的千兆以太网数据，其中低9bit在实际串行传输过程中先传输，高9bit数据在实际传输过程中后传输，如此交替42次。

6.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：所述串行/并行数据编码解码器采用18bit位宽进行数据的传输，传输过程中自动增加2bit用于串行/并行数据编码解码器105数据的同步指示。

7.根据权利要求6所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：所述串行/并行数据编码解码器工作时钟为75Mhz。

8.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：在所述光纤链路的发送端，GE数据和两路FE数据发送缓存单元将数据输出到数据成帧复接单元中，完成组帧时相关计数器的控制，数据成帧复接单元根据组帧时隙控制单元输出的信号，将以太网帧同步信息组成完整的帧，发送给数据帧扰码单元。

9.根据权利要求1所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：在所述光纤链路的接收端采用数据帧解扰单元对数据的解扰后，传输给帧同步检测单元，再将帧的同步信息以及解扰后的数据传输给数据帧分接单元，数据帧分接单元接收到解扰的数据和同步指示信号后，根据同步指示信号，完成各业务数据的分离，并将分离后的数据传输给GE数据接收缓存单元、第一路FE数据接收缓存单元及第二路FE数据接收缓存单元。

10.根据权利要求8或9所述的通过光纤建立虚拟多以太网通道的方法，其特征在于：所述发送端和接收端的核心处理芯片均为FPGA器件。

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