第8卷第2期2019军3月
Vol.8No.2网络新媒体技术Mar.2019
•实用技术•
冯子悦I毛晓波$潘庆雯I
('武汉邮电科学研究院武汉4300742烽火通信科技股份有限公司武汉430073)
摘要：随着现代网络技术的不断演进、通信技术的迅速发展，传统的SDH设备因为容量小、集成度低等一系列问题从而面临着退网。但是对于高价值小颗粒的业务，SDH依然是必然之选。面对这种现状，本文从硬件设计和软件架构这两方面，介绍了一种相关的融合了VC交叉的支路盘设计方案.该方案能够利用现有OTN设备资源，无需更换线路盘.以做到对现有网络的最小修改'通过测试发现，该板卡在业务满配时能够正常工作，保护倒换时间可达到少于50ms的要求，满足现网业务需求 关键词:SDH,OTN,VC交叉
An OTN Board Design Supporting VC Crossover
FENG Ziyue',MAO Xiaobo2,PAN Qingwen'
(1Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan,430073,China,
2Fiberhome Telecommunication Technologies Co.,Ltd.,Wuhan,430073,China)
Abstract:With the continuous evolution of modern network technology and the rapid development of communication technology,traditional SDH equipment faces network retreat due to a series of problems such as small capacity and low integration,but for high-value small-granule business,SDH is still the inevitable choice.Faced with this situation,this paper introduces a related tributary disk design that combines VC crossover from the aspects of hardware design and software architecture.This solution can utilize existing OTN e-(juipment resources without replacing the linecard.To achieve minimal modifications to existing networks.The test found that the board can work normally when the service is fully configured,and the protection switching time can reach50ms,accords with the needs of the existing network services.
Keywords:SDH,OTN,VC crossover
o引言
随着信息时代的发展，目前各大运营商的业务平台(数据、交换平台)所需业务颗粒越来越大，整个传输网络有扁平化的趋势，目前单一的同步数字体系(synchronous digital hierarchy,SDH)设备所面临的主要问题是：①SDH设备容量较低，现有的设备基本处于低于10Gbit/s的速率，最大容量也仅为40Gbit/s(STM-256)且使用较少，对光纤资源造成浪费；②占用资源高，设备的集成度较低，占用的机房、设备槽位较多；③现网的大部分业务已经不再使用SDH作为其承载平台，逐渐面临退网⑴。
但在一部分政企、金融类集团客户，其需求为高质量的专线，这类需求对业务隔离、带宽保障和承载性能的要求很高，而SDH作为刚性管道，独享硬件资源、不主动丢帧、可实现物理隔离，满足其对私密性、安全
本文于2018-10-27收到。
54网络新媒体技术2019 年性、服务质量(quality of service , QoS)的需求。
现在传送网络的发展敦促业界构建的多业务光传输网(multi - service optical transport network , MS - OTN)方案，旨在实现“All in one ”的思想理念。其主要特点有四点：多业务接入(支持SDH 、同步光纤网络 (synchronous optical network ,SONET )、准同步数字系列(plesiochronous digital hierarchy , PDH )、以太网(ether- net, ETH)、光纤通道(fibre channel , FC)、无源光纤网络(passive optical network , PON )等业务)；统一交叉； 统一传送；统一维护。而VC - OTN 技术属于MS - O
TN 方案的成员之一⑵。1应用分析
玻璃倒角机SDH 网络具有刚性管道的优点，在高等级业务承载时不可替代，但由于其容量低、占资源高、集成度低 等问题，现面临退网。
为应对这种需求，江苏某运营商提出了一种支持VC 交叉的OTN 系统的解决方案,VC -OTN 根据业务 属性提供不同粒度的处理方式，最终匹配到最合适的光通路数据单元(optical channel data unit, ODUk) ( k = 0,l,2,2e, 3,3e,4,flex)管道中传送，为各种业务提供承载方案，满足多业务发展需求。为了不大面积的更 换现有设备，现开发一款支持PDH 、SDH 接入，高低阶交叉，也同时支持承载OTN 业务和SDH 业务的支路板 卡。本单盘为网元级调度方案的补充方案，用于不更换线路盘的厂家需求。 本文所介绍的单盘为32路接入E1支路盘，需要交叉盘、线路盘等机盘配合使用，如图1所示为现网所 用的具有OTN 电交叉(即ODUk 交叉)的设备，此类设备在原波分复用(wavelength - division multiplexing , WDM)功能基础上在接口处理单元和线路接口适配处理单元进行相应处理。使现网上应用的OTN 设备接 口，可以实现支持OTUk 接口、STM -N 接口和以太网接口以及其他的高速接口等i3'4l o
储热式电暖器以太网接LI STM-N 接口OTUk 接口接
口
适
配
处
理其他高速 接U
图1 OTN 设备模型示意图
ODUk 交叉线路接口处理光复用段处理光传输段处理
主
光
通
道
主
光
通
道该单盘在图1中为接口适配处理模块，为了不更换现有的交叉盘和线路盘，直接在现有设备上新增或更 换支路盘即可满足需求，需要在盘内完成以下功能。cgw
(1) 为了能与现有SDH 设备对接，实现OTN 设备扁平化，因此客户侧能够接入PDH(El)、SD H 业务，单 盘有32个2M 物理口，8个2.5G 光口，2个10G 光口；
(2) 支持盘内高低阶交叉，能够实现VC4与VC12信号的交叉调度；
(3) 在SDH 处理模块，可以实现SDH 信号的映射、复用及开销处理，并支持告警性能的上报；
(4) 在OTN 信号处理模块，实现VC 业务向ODUk 的封装及OTN 信号的映射、复用及开销处理；(5 )支持 VC4/VC12 子网连接保护(subnetwork connection protection , SNCP )和复用段保护(multiplex sec tion protection , MSP)，满足50ms 倒换时间要求。
任意光模块口都支持10G 以下速率的业务，即8 xSTMl/4/16,2 x STM64 ：支持32路E1信号接入。业 务白光信号转化为电信号，经过前向纠错(forward error correction , FEC )解码处理以及解映射过程得到
2期冯子悦等：一种支持VC 交叉的OTN 板卡设计55ODUk 信号(k =0,1,2,2e,flex)，然后经过切包得到包化的ODUk 信号，再经过交叉接口芯片(fabric interface chip, FIC)处理后发往背板。反方向完成逆过程。2板卡框架设计
2.1硬件设计
单盘硬件设计框图如图2所示。考虑到高低阶交叉芯片的功能、容量以及硬件限制，在这里使用了两个 高阶交叉芯片与一个低阶交叉芯片作为核心交叉单元。其中高阶交叉模块B 用于处理面板接入SDH 业务； 高阶交叉模块A 用于处理VC4交叉，并映射到ODUk ；低阶交叉模块处理E1接入和VC12的交叉。交换功 能块将ODUk 业务转化为统一的交叉单元，至交叉盘进行交叉处理。FPGA 在该板卡完成的功能有IIC 接 口、SPI 接口、PCIE 接口和芯片侧开销处理、背板总线处理、控制信号处理等。CPU 通过PCie 与两个高阶交 叉模块、FPGA 和交换功能块进行通信，低阶交叉模块通过FPGA 访问。
雨棚信号灯
家庭视频电话口接「1高阶交乂 模块B 数据 接【丨数据 接II 面板接口 爲速/低
速光模块(——Interlaken LOCAi.BUS
数据接L 」L ___________数据t 低阶交乂模块芒丄勺高阶交乂模块a le hiterlakrn 开销接I 」
图2单盘硬件框图
PCie230ore-095
交换功能块背板
业务映射路径：
(1) E1t VC12t VC4—STM1—ODUO，其业务流向为E1接口—低阶交叉模块-高阶交叉模块A-交换 功能模块；
(2) 8 XSTM1/STM4/STM16—ODUO/ODU1 ，其业务流向为低速光接口 —高阶交叉模块B-＞交换功能 模块；
(3) 2 XSTM64—ODU2，其业务流向为高速光接口-高阶交叉模块B-交换功能模块；
(4) STM -n —VC4TSTM -nTODUO/ODUl/ODU2，其业务流向为低速光接口 —高阶交叉模块B —高阶 交叉模块A-交换功能模块；
2.2软件设计
单盘软件主要可分为四层，分别为操作系统层、服务支撑层、应用层、硬件适配层(驱动层)。其中操作 系统采用Linux 操作系统；服务支撑层、应用层主要完成OTN 业务配置接收、处理，业务告警、性能、状态监 测上报，保护倒换，控平相关处理，通用控制命令处理；驱动层完成对上层软件下发的业务，配置数据的校验 和转换处理后，调用底层驱动接口完成业务配置工作，屏蔽不同芯片的硬件差异，对外提供统一的驱动接 口。软件设计框图如图3所示。
2.2. 1应用层软件设计
应用层软件在目前已有的OTN 公共接口库模块基础上，做部分协议适配修改，完成OTN 业务配置、告 警、性能、状态采集、控制命令响应、开销处理、保护倒换处理功能，业务配置处理部分增加了盘内VC
交叉配
56网络新媒体技术2019 年
操作系统封装库
应用层
应用层
hard
和
soft
驱动适配层统一启动框架图3单盘软件设计框图
FPGA 驱动、PCI-E 驱动、I2C 驱动、
SPI 驱动、日志模块等SFP, SFP+驱新适配层
高阶交叉模块、低阶交叉模块、交换功能模块Linux kernel
置，VC -SDH 接口配置，SDH 保护配置。以用于实现盘内VC 交叉、SDH 业务删建，业务告警、性能、状态的 上报，以及开销处理等功能。应用层软件框图如图4所示。
单盘公共告警性能处理模块，完成各类业务盘公共 （主要是单盘级）告警、性能的采集。应用层hard 模块基于硬件管理层完成功能性接口 包封，提供适配层和soft 调用。单盘公共告警性能处理模块，完成单盘级的告警、
性能监测和处理，需要在原有模块基础上进行裁剪，以 兼容本设备的业务单盘。
DRV/0S 适配层完成配置数据中系统端口在动态、 静态方案到驱动的适配，调用不同方案下的不同接口。
2.2.2驱动层软件设计
驱动模块涉及FPGA 驱动、PCI - E 驱动、光模块 （SFP 、SFP+ ）驱动，这些驱动的处理与传统0TN 单盘处 理一致，在本文中不做赘述。交叉芯片驱动为该板卡的 核心驱动，由于盘内业务将通过多个芯片，而且每个芯操作系统封装库应用层软件冃统一启动框架'
业务配置处理DRV/0S 适配
OTN 统--接口库
配置数据接收、缓存状 态 模 块保护倒换模块片上配置的业务路径差异较大，导致难以用简单的数据模型来描述不同场景下的完整业务路径。这里将涉及
驱动模块/日志模块应用层HARD 到的业务路径抽象为0TN 映射、SDH 映射和SDH 交叉 图4应用层软件设计框图
3种类型，如图5所示，需要进行分段配置处理。SDH 映射路径具体分为SDH 信号接入（access ）处理和SDH 汇聚（join up ）处理两种场景。SDH access 是指面板光模块接入10G 及10（；以下的SDH 信号；SDH join up 是指将零散的VC4组合为SDH 容器，该板
2期冯子悦等：一种支持VC 交叉的OTN 板卡设计57卡的SDH 容器支持STM 1 /STM4/STM 16/STM64 o SDH 交叉(switch)是在源宿SDH 节点之间建立高低阶 交叉。
上文介绍了业务配置的抽象处理，除此之外，驱动层还需对应用层输入的数据进行校验、通过抽象处理 后分发到各个芯片，分配硬件资源，调用底层SDK，实现各项功能。驱动软件结构如图6所示。
2.2.3 保护
该模块涉及的保护主要为盘内SNCP 1 + 1保护，线路侧ODUk 保护沿用了 0TN 的保护，与现网兼容。 即客户侧业务保护其客户侧业务，包括支持VC4/VC12业务保护，保护采用并发选收模式，下面以E1信号 保护为例来介绍该模块所设计的保护。
图5驱动软件交叉模块设计框图图6驱动软件结构
如图7所示为E1业务的完整映射路径，盘内保护采用 并发选收的方式，并发由对接的SDH 业务单盘实现，将两路 相同的E1业务接入到该板卡中。实线所示为工作路径，虚
线为保护路径。在实际工程应用中，当对端设备输入的 VC12/VC4信号质量劣化，即本端的VC4/VC12节点监测到 实时告警时，触发倒换，将工作路径切换为虚线所示路径。VC12
\C12VC4
STM1 卜*ODU0|图7 El 保护模型图3测试方案及结果
Station B Station A SDH/E1
仪表
3.1测试方案
按如图8所示应用场景搭建测试环境，测试场景由AB 两个站组成，每个站由一块待测板卡和与之配合使 用的线路盘组成，A 站待测板卡接表，B 站环回。从网管 上下载相应业务，满配其时隙。网管所示配置如图9所示。图9中网元1(NE1)对应 station A ，网元 2 ( NE2 )对应 station B o
3.2测试结果
业务满容量测试，通过网管将业务满配，仪表遍历 图8测试场景其所有时隙，业务正常，均无告警，并通过稳定性测试,24小时无历史告警，该项测试通过。板卡业务时延测 试结果见表1O
保护倒换测试，通过网管配置相应的工作路径与保护路径，再在仪表插入VC4或VC12告警，读取仪表 所示的倒换时间，重复测试20次，倒换时间均在50ms 之内，可满足倒换需求测试结果平均值见表2
。
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