CN101753578A - Ethernet/e1协议转换方法及协议转换器 - Google Patents
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Abstract
ETHERNET/E1协议转换方法及协议转换器，涉及通信技术。本发明的方法包括下述步骤：1)接收来自一方的数据包；2)识别数据包是否为PTP事件报文，若是则向另一方优先发送；若不是则列入发送缓存队列。本发明能够将传输的时延抖动由传统ETHERNET/E1协议转换器上的几十微秒压缩到2微秒以下。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术。
背景技术
PTP(IEEEE 1588)是精密时间同步协议标准，最初是由测量领域提出，其目标是利用以太网提供亚微秒级精度的时间同步服务。后来受到自动化领域尤其是分布式运动控制领域的关注，随后在军事领域的应用也已经起步。远程通信和电力***等相关组织也对其表现出浓厚的兴趣。但是目前，PTP协议还不能在传统路由器或交换机上进行高精度远程传输。
目前的传输网络以SDH传输网为主体。SDH技术，以其可靠性、可控性、扩展性以及完善的网络体制，在传输网中占着主导地位。以SDH技术为基础发展的MSTP(多业务传送平台)技术，在原有的SDH技术上增加了相关的数据接入、处理功能而形成，目前已经形成了多个版本：基于二层交换、内嵌RPR(弹性分组环)功能、内嵌MPLS功能、ATM处理等。在承载3G移动业务方面的性能也优于光纤直连、ATM等方案。
运营商目拥有丰富的E1资源，如果PTP能通过E1接入SDH进行中传输实现小于1us的同步精度，将会减少新设备投入，提高时间同步网络的可靠性，同时加快PTP的大规模运用的速度。
参见图1。目前市面有以太网到E1的转换设备，ETHERNET/E1协议转换器，俗称网桥。传统网桥上的以太网接口传输速率为100/10Mbit/s，而E1线路传输速率为2.048Mbit/s。以太网接口的数据特征为间歇性和突发性强，而E1接口的数据特征则是恒定速率传输。ETHERNET/E1协议转换器就是要将以太口的突发数据缓存下来，利用以太口的间歇期平滑以太口的数据传输速率，以适应E1口的恒定速率，为以太口提供接近2.048Mbit/s的传输带宽。
由于ETHERNET/E1协议转换器具有缓存机制，以太数据包通过协议转换器的时延是不确定的。这不确定的传输时延对一般的以太数据业务影响不大，但对PTP数据包会造成授时精度的下降。图2是PTP数据包在传统ETHERNET/E1协议转换器上传输的时延分析示意图。
从图2可以看出，PTP数据包在经过传统ETHERNET/E1协议转换器后的时延抖动最大可达25us。在这样的时延抖动环境下，利用传统的OCXO(恒温晶体钟)很难达到1us的时间同步精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种ETHERNET/E1协议转换方法，能够极大的降低转换产生的时延。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种ETHERNET/E1协议转换器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，ETHERNET/E1协议转换方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)接收来自一方的数据包；
2)识别数据包是否为PTP事件报文，若是则向另一方优先发送；若不是则列入发送缓存队列。
具体的，所述PTP事件报文为Sync或Delay_Req。
所述步骤2)的优先发送是指当有PTP事件报文需要发送时，如果与正在发送缓存中的数据包冲突，则终止当前的发送过程，立即进行PTP事件报文的封装和发送，待PTP事件报文发送完成后，重新发送被终止的数据包；如果没有冲突则直接发送。
本发明提供的ETHERNET/E1协议转换器，包括：
以太网接收单元，用于接收来自以太网接口的数据包；
以太网发送单元，用于向以太网接口发送数据包；
E1发送单元，用于封装适于E1传输的数据包并向E1接口发送；
E1接收单元，用于解封来自E1接口的数据；
其特征在于，还包括：
以太网PTP数据识别单元，与以太网接收单元和E1发送单元连接，用于识别来自以太网的数据包的类型；
E1PTP数据识别单元，与E1接收单元和以太网发送单元连接，用于识别来自E1接口的数据包的类型；
接收缓存；与以太网PTP数据识别单元和E1发送单元连接；
发送缓存；与E1PTP数据识别单元和以太网发送单元连接。
本发明能够将传输的时延抖动由传统ETHERNET/E1协议转换器上的几十微秒压缩到2微秒以下。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是现有的网桥原理图。
图2是PTP通过现有的ETHERNET/E1协议转换器的时延抖动示意图。
图3是本发明的ETHERNET/E1协议转换器原理图。
图4是本发明的另一实施方式示意图。
图5是PTP数据包在经过本发明的ETHERNET/E1协议转换器后的时延抖动示意图。
具体实施方式
参见图3、4。
本发明的ETHERNET/E1协议转换器(POE)具有以下特点：
PTP数据包识别：在以太网接收单元中，设计PTP数据包识别模块，如果数据包是PTP事件报文(SYNC和Delay_req消息)，则直接送入E1发送单元将数据包封装后发送；否则送入接收缓存，等待E1发送单元空闲时发送。在E1接收单元中，E1数据解封装后，进入PTP数据包识别模块，如果数据包是PTP事件报文(SYNC和Delay_req消息)，则直接送入以太网发送单元将数据包发送；否则送入发送缓存，等待太网发送单元空闲时发送。
PTP数据包优先转发：在E1或以太发送单元中，当有PTP事件报文需要发送时，如果与正在发送缓存中的数据包冲突，则终止当前的发送过程，立即进行PTP事件报文的封装和发送，待PTP事件报文发送完成后，重新发送被终止的数据包；如果没有冲突则直接发送。
以太包快速转发：传统的ETHERNET/E1协议转换器为了提高E1的带宽利用率，在以太接收模块中加入了CRC校验和MAC学习、过滤功能，将CRC校验错误的数据包和目的MAC地址为近端地址的数据包丢弃。在本方法中，为了提高以太包的转发速率，去掉CRC校验和MAC学习、过滤功能。数据包的丢弃功能由PTP终端设备完成。
带宽保证：在以太接收单元中对于非PTP事件报文的传输带宽进行管理，当这部分带宽超过1.8Mbit/s时，将丢弃接收的非PTP事件报文，不转入接收缓存。
外参考定时：传统的ETHERNET/E1协议转换器没有专用的外同步口，其E1信号的发送时钟与传输设备有可能存在很大的频率偏差。这种频率偏差会转变成数据包的时延抖动。POE中采用了外同步口，通过该接口可以引入高精度的频率同步信号。
本发明的ETHERNET/E1协议转换器，包括：
以太网接收单元，用于接收来自以太网接口的数据包；
以太网发送单元，用于向以太网接口发送数据包；
E1发送单元，用于封装适于E1传输的数据包并向E1接口发送；
E1接收单元，用于解封来自E1接口的数据；
以太网PTP数据识别单元，与以太网接收单元和E1发送单元连接，用于识别来自以太网的数据包的类型；
E1PTP数据识别单元，与E1接收单元和以太网发送单元连接，用于识别来自E1接口的数据包的类型；
接收缓存；与以太网PTP数据识别单元和E1发送单元连接；
发送缓存；与E1PTP数据识别单元和以太网发送单元连接。其中，以太网PTP数据识别单元也可以视为以太网接收单元的一个部分。同样的，E1PTP数据识别单元可以视为E1接收单元的一个部分。
图中各部分解释如下：
PHY：以太数据包收发，10/100Mbit自适应。
以太网接收单元：接收以太网数据包，识别包类型，将数据包发送到接收缓存或E1发送单元。
以太网发送单元：接收E1接收单元收到的数据，通过PHY发送。
接收、发送缓存：缓存非PTP事件报文，等待发送单元发送。
E1发送单元：将以太接收单元收到的数据封装成适合E1传递的数据格式，并发送。
E1接收单元：接收LIU收到的E1数据，解封装后将数据包送到以太发送单元发送。
LIU：线路接口单元，将E1收发单元的数据转换为适合在线路上传递的码型；从接收的E1信号或外参考中(EXT)提取时钟，供内部电路使用。
PTP数据包主要两类，事件报文和传统报文，如下表。其中事件报文包含计算时间的时间戳，需要及时转发和处理。而传统报文的转发时延变化对于同步精度没有影响。。
| 报文种类(message class) | 报文类型(message Type) | 备注 |
| 事件报文(event message) | a)Syncb)Delay_Reqc)Pdelay_Reqd)Pdelay_Resp | 在报文收发的时刻，需要及时处理时间戳 |
| 传统报文(general message) | a)Announceb)Follow_Upc)Delay_Respd)Pdelay_Resp_Follow_Upe)Managementf)Signaling | 在报文收发的时刻，不需要及时处理时间戳 |
由于UDP数据包到HDLC数据帧的开销是42个字节，而PTP(IEEE 1588 V2)的主要数据格式有SYNC、Delay_req、Delay_resp和Announce四种，其中只有SYNC和Delay_req消息是需要及时发送的，分别为44字节54字节。所以及时PTP数据MAC帧的长度长度为86～96个字节。
在PTP的各种报文中，SYNC的发包频率最高。SYNC的发包频率最大为256次/秒。Delay_Req与Delay_Resp的最大发包频率为SYNC的发包频率。在最大发包频率的情况下，点对点的PTP服务需要占用的单向的传输带宽为：256次/秒×96字节/次×8bit/字节×2(SYNC+Delay_Resp)＝0.196608Mbit/s。这个带宽要求远远小于2.048Mbit/s。
所以在利用E1传递以太网的PTP报文完全可以大大减少对缓存的使用，从而压缩由于缓存带来的时延变化。
通过采用本发明，传输的时延抖动由传统ETHERNET/E1协议转换器上的几十微秒可以压缩到2微秒以下。图4是PTP数据包在POE协议转换器上传输的数据测试分析，可以看出，PTP数据包在经过POE后的抖动最大只有1us。
Claims (5)
1.ETHERNET/E1协议转换方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)接收来自一方的数据包；
2)识别数据包是否为PTP事件报文，若是则向另一方优先发送；若不是则列入发送缓存队列。
2.如权利要求1所述的ETHERNET/E1协议转换方法，其特征在于，所述PTP事件报文为Sync或Delay_Req。
3.如权利要求1所述的ETHERNET/E1协议转换方法，其特征在于，所述步骤2)的优先发送是指当有PTP事件报文需要发送时，如果与正在发送缓存中的数据包冲突，则终止当前的发送过程，立即进行PTP事件报文的封装和发送，待PTP事件报文发送完成后，重新发送被终止的数据包；如果没有冲突则直接发送。
4.ETHERNET/E1协议转换器，包括：
以太网接收单元，用于接收来自以太网接口的数据包；
以太网发送单元，用于向以太网接口发送数据包；
E1发送单元，用于封装适于E1传输的数据包并向E1接口发送；
E1接收单元，用于解封来自E1接口的数据；
其特征在于，还包括：
以太网PTP数据识别单元，与以太网接收单元和E1发送单元连接，用于识别来自以太网的数据包的类型；
E1PTP数据识别单元，与E1接收单元和以太网发送单元连接，用于识别来自E1接口的数据包的类型；
接收缓存；与以太网PTP数据识别单元和E1发送单元连接；
发送缓存；与E1PTP数据识别单元和以太网发送单元连接。
5.如权利要求4所述的ETHERNET/E1协议转换器，其特征在于，设置有外部时钟信号接口。
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