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CN1459961A - 封装可变长度分组的方法及相关数据分组封装器和去封装器 - Google Patents

封装可变长度分组的方法及相关数据分组封装器和去封装器 Download PDF

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CN1459961A CN03136505.1A CN03136505A CN1459961A CN 1459961 A CN1459961 A CN 1459961A CN 03136505 A CN03136505 A CN 03136505A CN 1459961 A CN1459961 A CN 1459961A
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埃德温·A·P·兰戈
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Abstract

通过将异步传输模式(ATM)兼容的、5个八位字节长分组报头(PACKET－HDR)附加到每个数据分组，封装可变长度数据分组。该分组报头的第五个八位字节构成报头错误校验字段(HEC)。

Description

封装可变长度分组的方法 及相关数据分组封装器和去封装器
技术领域
本发明涉及可变长度数据分组的封装，例如，通过基于TDMA的一点到多点系统，例如无源光网络(PON)，进行传输的因特网协议(IP)分组或以太网帧的封装。
背景技术
我们已经从标题为“Generic Framing Procedure(GFP)”的ANSI规范T1X1.5/2000-024R3草案中对封装可变长度数据分组的技术有所了解。其中，定义了一种过程，用于将从高层客户机接收的八位字节同步的可变长度有效负载封装为具有4个八位字节(octet)长报头(被称为GFP核心报头(Core Header))的包络或帧。该GFP核心报头包括：2个八位字节长的长度指示字段(PLI)，它所包含的二进制数表示有效负载区内的八位字节的数量；以及后面的2个八位字节长报头错误校验字段(cHEC)，它所包含的CRC-16生成序列用于保护GFP核心报头内容的完整性。图3示出上述引用的ANSI标准草案的GFP包络或GFP帧的格式，而图4和图2示出本专利申请的GFP核心报头格式。
尽管类属成帧过程使用大量异步传输模式(ATM)层2原则，GFP帧的报头结构与ATM报头结构不兼容。在应用于其中运营商要求既传送ATM业务又传送基于分组的业务的、诸如Gigabit PON的下一代无源光网络时，基于ATM业务的帧报头和基于分组业务的帧报头的长度就要不同，需要用于处理ATM业务和基于分组业务的独立处理硬件。此外，用于基于ATM业务的和用于基于分组业务的帧报头中的报头错误校验字段不同，需要不同的字节与帧同步过程和逻辑。
类属成帧过程的另一个缺点是，它仅定义了通过八位字节同步传输网络进行工作。因此，在应用于通过下行无源光网络信道进行传输时，GFP封装需要做某些修改，因为负载下行PON信道不是八位字节同步的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种技术，用于封装可变长度数据分组，从而允许利用公用硬件模块处理基于ATM的业务和基于分组的业务，以致便于创建可以在基于ATM的模式和基于分组的模式下运行的系统，或者可以同时传送ATM业务和基于分组业务的系统。
本发明的另一个目的是提供一种可以对基于ATM的传送和基于分组的传送定义类属同步机制的可变长度分组封装技术。
本发明的又一个目的是公开一种允许运营商仅通过下载软件，就可以将单个系统配置为基于ATM或者基于分组的系统的可变长度分组封装技术。
根据本发明，利用权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法、权利要求11所述的用于去封装可变长度数据分组的方法、权利要求12所述的可变长度数据分组封装器以及权利要求14所述的可变长度数据分组去封装器可以实现上述目的。
的确，根据本发明，用于传送可变长度分组的分组封装报头包括5个字节，其中第五个字节构成报头错误校验字段。该分组报头的结构与ATM报头的结构兼容。因此，公用硬件模块既可以处理ATM信元的报头又可以处理可变长度分组的报头，而且，通过对公用硬件下载适当控制软件，可以将诸如无源光网络的系统配置为ATM PON或分组PON。此外，既可以对ATM信元又可以对分组定义基于报头错误校验字段的类属层2同步过程。
在此，请注意，文献中描述的、利用相同硬件模块处理固定长度信元和可变长度分组的替换技术通常称为“分组经信元(Packet overCell)转送。其中例如将以太网分组或IP分组进行分段并封装到ATM信元内的这种技术的缺点是，因此而引入的附加开销，以及因为增加了整个ATM层功能性，而且分组层参数与ATM层参数之间的转换变得不可避免，而导致多方面的复杂度提高。
请注意，不应将权利要求中使用的术语“包括”理解为仅限于其后所列的装置。因此，词句“包括装置A和B的设备”的范围不应该局限于仅由部件A和B构成的设备。它意味着，对于本发明，只有与该设备相关的部件是A和B。
权利要求2确定了一个根据本发明的可变长度数据分组封装方法的任选特征。
这样，分组报头的最后一个字节等于异步传输模式标准规范的报头错误校验字段，这样甚至进一步提高了用于处理ATM信元和可变长度分组所需的硬件和软件之间的共同性。作为一种选择，可以将任意其它错误校验码插入分组报头的第五个八位字节。
此外，权利要求3确定了一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的任选特征。
这样，分组报头含有数据分组长度指示符，这样可以进一步简化同步过程，因为该长度字段将用于确定连续可变长度数据分组的报头错误校验字段之间的间隔。
权利要求4确定了另一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的任选特征。
这样，分组报头承载关于分组目的地的信息。
权利要求5确定了又一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的任选特征。
因此，分组报头内的地址信息可以识别单播情况下的分组的单个目的地，或者多播情况下的分组的多个目的地。
权利要求6确定了又一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的任选特征。
因此，分组报头可以识别包含在分组内的数据的类型，例如，实时语音分组，因此可以以适当业务质量处理该数据分组。
权利要求7和8确定了一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的、可以指出填充字节数量以及分组报头内的分段结束的任选特征。
权利要求9确定了又一个根据本发明的可变长度数据分组封装技术的任选特征。
这样，接收方确切知道报头错误校验字段的内容，如果进行随机加扰则不是这样。
附图的简要说明
通过参考以下结合附图对实施例所做的说明，本发明的上述以及其它目的和特征将变得更加明显，而且可以最全面理解本发明，附图包括：
图1是现有技术的类属成帧过程核心报头，GFP-HDR的状态结构图；
图2是采用本发明实施例的无源光网络PON的原理图；
图3是现有技术异步传输模式报头，ATM-HDR的状态结构图；
图4是根据本发明的数据分组报头，PACKET-HDR的结构图；
图5是根据本发明特定实施例的数据分组报头，PACKET-HDR的结构图；以及
图6是图5所示数据分组报头PACKET-HDR内的地址字段PLA的结构图。
发明详述
在图2所示的无源光网络PON中，许多光网络终端ONT1、ONT2、ONT3、ONT4和ONT5通过级联光纤和无源分束器/组合器耦接到光线路终端OLT以形成多点到一点网络。光线路终端OLT纳入根据本发明的数据分组封装器或成帧器，而光网络终端ONT1、ONT2、ONT3、ONT4和ONT5纳入根据本发明的数据分组去封装器或去帧器以及同步逻辑。在以下各段落中将说明成帧器、去帧器以及同步逻辑的功能。
无源光网络能够传输ATM信元和分组。因此，运营商可以将无源光网络配置为基于ATM的PON或者基于以太网分组的PON。例如，在可能出现的情况中，运营商可以首先采用与现有城域网兼容的基于ATM的PON，此后，每当改变到基于分组的PON在经济上可行时，可以转换到基于分组的PON。为了将无源光网络PON配置为基于分组的PON，运营商必须下载并安装新软件，而无需对硬件做修改。
只要将无源光网络PON配置为基于ATM的PON，则下行帧结构将与ITU-T标准规范G.983.1的下行帧结构一致。连续ATM信元被置于顺序流中。将下行帧中的特定位置预留给物理层操作与维护(PLOAM)信元，这些信元是携带成帧信息、物理消息以及对不同光网络终端分配上行带宽的许可的信元。插入下行帧中的ATM信元具有ITU-T规范1.432.1中描述的格式。每个ATM信元的长度为53个字节，其中头5个字节构成ATM报头，如图3所示，而其余48字节构成待填充数据的有效负载部分。5个八位字节长报头含有虚拟通道标识符VPI、虚拟信道标识符VCI、有效负载类型标识符PTI、信元丢失优先位CLP以及1个八位字节长报头错误校验字段ATM-HEC(其中嵌入了具有生成多项式x8+x2+x+1的CRC错误校验码)。接收光网络终端利用该错误校验字段ATM-HEC进行报头完整性验证，而且该错误校验字段ATM-HEC还用于字节和信元同步目的。的确，在预定数量的连续ATM-HEC字段匹配时，就可以达到字节和信元同步。因此，在被称为HUNT阶段的阶段，接收光网络终端内的同步逻辑从接收的字节流中查找信元报头。在发现信元报头时，达到所谓PRESYNC状态，而且同步逻辑开始查找ATM-HEC字段。因为ATM信元具有53个字节的固定长度，所以接收的字节流中的连续ATM-HEC字段之间的间隔是固定的。在一个连续数量的ATM-HEC字段匹配时，就立即达到字节和信元SYNC。此后，正如ITU规范G.983.1所描述的那样，开始有效负载加扰同步和PON帧同步，但是这不属于本专利申请的范围。
在作为基于分组的PON时，通过下行信道发送可变长度以太网分组，利用分组封装报头(PACKET-HDR)扩展每个以太网分组，如图4所示。该分组封装报头也包括5个字节，最后一个字节是报头错误校验字段HEC。在本发明的优选实施例中，报头错误校验字段HEC含有具有生成多项式x8+x2+x+1、等于ATM报头错误校验码的CRC错误校验码。图5和图6示出本在发明优选实现过程中采用的分组封装报头PACKET-HDR的更详细结构。分组报头PACKET-HDR中的头4个字节含有：长度字段或者下一分组指针字段NPP，其内容指出可变长度以太网分组的有效负载长度；PON局部地址字段PLA，含有关于以太网分组目的地的地址信息；填充字段PAD，指出以太网分组中填充字节的数量；以及用户到用户指示字段UU，指出该以太网分组构成被分段并且散布在许多以太网分组中的较大分段(fragment)的结束。下一分组指针字段NPP、PON局部地址字段PLA、填充字段PAD以及用户到用户指示字段UU的相应大小与上述ATM信元报头ATM-HDR的虚拟通道标识符字段VPI、虚拟信道标识符字段VCI、有效负载类型标识符字段PTI以及信元丢失优先字段CLP的大小对应。这样，可以重新优化使用接收光网络终端内的ATM信元报头处理硬件，以便还可以处理可变长度以太网分组的分组报头PACKET-HDR。显然，这仅是一种实现选择，而非本发明的要求。如图6所示，可以进一步规定分组报头PACKET-HDR的PON局部地址字段PLA，以允许对单播目的地和多播目的地寻址。因此，可以预测一个多播指示字段U/M，它指出必须将以太网分组发送到一个目的地还是发送到多个目的地。将单播目的地或多播目的地的目的地标识嵌入目的地标识符字段ONU ID，并且可以预测一个通信容器标识符字段T-Cont ID以识别包含在以太网分组内的数据属于什么业务类型。用于确定要求的业务质量(QoS)的信息在光线路终端OLT内，而且例如，可以根据FSAN定义的QoS规范。PON局部地址字段PLA还含有分段字段FRAG，用于表示该分组含较大消息的一个分段。
在接收光网络终端，报头错误校验字段HEC用于进行报头完整性验证，并且用于以上述对ATM信元描述的同样方式进行字节和分组同步。在预定数量的连续HEC字段匹配时，也达到字节和分组同步。在被称为HUNT阶段的阶段，接收光网络终端内的同步逻辑监测接收的字节流以寻找可变长度分组报头PACKET-HDR。在发现分组报头时，达到所谓PRESYNC状态，而且同步逻辑开始寻找HEC字段。现在，下一分组指针字段NPP内的关于分组有效负载长度的信息用于确定接收的字节流中的连续HEC字段之间的间隔。在一个连续数量的HEC字段匹配时，立即达到字节和分组SYNC状态。此后，正如ITU规范G.983.1所描述的那样，开始使有效负载加扰同步和PON帧同步，但是这不属于本专利申请的范围。
对于ATM配置和分组配置，优先对各报头字段，即ATM-HDR或者PACKET-HDR采用静态加扰，因为，这样接收方确切知道报头的形式。可以利用常规加扰过程，例如根据ITU规范1.432.1，对有效负载进行加扰和解扰。
请注意，尽管以上已经对在无源光网络中采用根据本发明的可变长度数据分组封装技术进行了说明，但是，本发明可以应用于通过其既可以传送ATM信元又可以传送可变长度数据分组的任意类型的网络或连接。例如，通过其既支持基于ATM的业务又支持基于分组的业务的基于TDMA的多点到一点接入系统(例如，混合光纤同轴(HFC)系统)或点到点连接(例如ADSL或VDSL连接)同样可以受益于本发明。
另一点要注意的是，可以将上述描述的无源光网络PON配置为ATM模式或基于分组的模式。作为一种选择，可以设想一种其中同时传送ATM业务和分组业务的无源光网络。
还请注意，本发明并不局限于在可变长度分组报头的第五个八位字节内采用特定的错误校验码。尽管使用上述ATM错误校验码可以进一步提高处理ATM信元和可变长度的共同性，并因此减少在接收方硬件和/或软件的重复，但是还可以采用其它错误校验码。
此外，应该注意，在上述优选实施例中，所给出的可变长度分组报头的头4个八位字节的内容仅作为例子。通信网络技术领域内的熟练技术人员明白，即使头4个八位字节填充不同内容，基于ATM的业务与基于分组的业务要求的报头处理硬件和同步逻辑仍在很大程度上公用，而且仅上载新软件就可以使系统从以ATM模式运行转换到以基于分组的模式运行，反之亦然。
尽管以上结合特定设备对本发明原理进行了说明，但是，显然，仅作为例子进行该说明，该说明对权利要求的范围没有限制意义。

Claims (15)

1、一种用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，将5个八位字节长分组报头(PACKET-HDR)附加到每个数据分组，所述分组报头的第五个八位字节构成报头错误校验字段(HEC)。
2、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述报头错误校验字段(HEC)包括具有生成多项式x8+x2+x+1的、异步传输模式(ATM)兼容的CRC码。
3、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述分组报头(PACKET-HDR)进一步包括用于指出所述数据分组的长度的长度字段(NPP)。
4、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述分组报头(PACKET-HDR)进一步包括用于指出所述数据分组的目的地的地址字段(PLA)。
5、根据权利要求4所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述地址字段(PLA)包括用于指出所述目的地是多播目的地还是单播目的地的多播指示字段(U/M)以及用于识别所述目的地的目的地标识符字段(ONUID)。
6、根据权利要求5所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述地址字段(PLA)进一步包括用于识别包含在所述数据分组中的数据的业务类型的通信容器标识字段(T-ContID)以及用于指出所述数据分组含较大消息的一个分段的分段指示字段(FRAG)。
7、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述分组报头(PACKET-HDR)进一步包括用于指出所述数据分组内的填充字节数量的填充字段(PAD)。
8、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述分组报头(PACKET-HDR)进一步包括用于指出所述数据分组含一个消息的结束分段的用户到用户指示字段(UU)。
9、根据权利要求1所述的用于封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，所述分组报头(PACKET-HDR)被静态加扰。
10、一种用于去封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，从每个数据分组中提取5个八位字节长分组报头(PACKET-HDR)，并且包括在所述分组报头(PACKET-HDR)的报头错误校验字段(HEC)内的第五个八位字节用于报头完整性校验。
11、根据权利要求10所述的用于去封装可变长度数据分组的方法，
其特征在于，在预定数量的连续数据分组内识别到所述报头错误校验字段(HEC)后，达到字节和分组同步。
12、一种用于封装可变长度数据分组的设备，
其特征在于，所述设备包括适应于对每个数据分组附加5个八位字节长分组报头(PACKET-HDR)的分组报头附加器，所述分组报头的第五个八位字节构成报头错误校验字段(HEC)。
13、根据权利要求12所述的用于封装可变长度数据分组的设备，
其特征在于，所述设备适应于用在通过其既可以传送异步传输模式(ATM)信元又可以传送所述可变长度数据分组的无源光网络(PON)的光线路终端(OLT)中。
14、一种用于去封装可变长度数据分组的设备，
其特征在于，所述设备包括适应于从每个数据分组提取5个八位字节长分组报头(PACKET-HDR)并将在所述分组报头(PACKET-HDR)的报头错误校验字段(HEC)中的第五个八位字节送到报头完整性校验逻辑的分组报头提取器。
15、根据权利要求14所述的用于去封装可变长度数据分组的设备，
其特征在于，所述设备适应于用在通过其既可以传送异步传输模式(ATM)信元又可以传送所述可变长度数据分组的无源光网络(PON)的光网络终端(ONT)中。
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