基于IP交叉連接功能的業(yè)務匯聚系統(tǒng)

張文博　陳家寧　曹雅素　沈浩裕

摘要：本文提出的一種基于IP交叉連接技術(shù)的業(yè)務匯聚系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多業(yè)務在IP傳輸網(wǎng)絡的匯聚，并實現(xiàn)匯聚端的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。

[關(guān)鍵詞]IP交叉連接技術(shù)業(yè)務匯聚系統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換

1背景技術(shù)

現(xiàn)有通信技術(shù)中，數(shù)字交叉連接功能基于TDM時分復用技術(shù)。TDM時分復用技術(shù)：該技術(shù)的典型設備如PCM設備、SDH設備，該技術(shù)將不同的信號相互交織在不同的時間段內(nèi)，沿著同一個信道傳輸;在接收端再用某種方法，將各個時間段內(nèi)的信號提取出來還原成原始信號。該技術(shù)實現(xiàn)交叉連接是將不同的業(yè)務時隙做了不同的時間標識，改變時隙位置的方式實現(xiàn)業(yè)務時隙的數(shù)字交叉連接。

2現(xiàn)有技術(shù)的不足

基于TDM的交叉連接技術(shù)在目前的多業(yè)務匯聚的通信系統(tǒng)中運用廣泛，且穩(wěn)定可靠。但該技術(shù)占用資源較多、配置復雜，靈活性差。由于現(xiàn)有通信系統(tǒng)對多業(yè)務接入?yún)R聚大多基于接入層設備，如PCM、SDH設備，但在通信網(wǎng)絡不斷IP化的今天，TDM技術(shù)已不適合現(xiàn)有通信系統(tǒng)的運用。

（1）無論是TDM時分復用技術(shù)還是WDM光波分復用技術(shù)，都采用了獨占帶寬的方式實現(xiàn)業(yè)務時隙通信，以TDM時分復用技術(shù)為例：一路電話在交叉連接系統(tǒng)中占用一個64kbit時隙帶寬，但無論這路電話是否在使用，系統(tǒng)時刻都為這路電話準備了通道時隙，在電話不使用時，也不會釋放通道帶寬給其他業(yè)務使用，TDM時分復用業(yè)務的時隙有多種，每種業(yè)務占用的帶寬大小差別很大。

（2）采用傳統(tǒng)的TDM時分復用技術(shù)和

WDM光波分復用技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務匯聚，配置復雜且靈活性差，特別是多個站點的不同帶寬、不同業(yè)務在多級傳輸網(wǎng)絡匯聚時，需要考慮的因素很多，如業(yè)務的時隙帶寬、每個業(yè)務的時隙位置、設備的時鐘業(yè)務等等都需要精確無誤的進行配置，否則會導致業(yè)務不能通信，檢查錯誤的復雜度也很大。

（3）采用傳統(tǒng)的TDM時分復用技術(shù)和WDM光波分復用技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務匯聚，由于配置復雜性，給用戶的管理維護增加難度，加大了管理維護的工作量。

在通信運用普遍IP化的今天，無論是業(yè)務接入端還是業(yè)務傳輸系統(tǒng)都在實現(xiàn)IP化的改造，傳統(tǒng)的基于TDM的技術(shù)已不適合或者阻礙通信網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)的TDM業(yè)務在逐漸被替換，直至最后被完全淘汰。

3系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)的TDM時分復用技術(shù)和WDM光波分復用技術(shù)都是時隙獨占的一種技術(shù)，在以往的以TDM設備和WDM設備為主的技術(shù)體系中，發(fā)揮了很大的作用，技術(shù)優(yōu)勢也得到很好的體現(xiàn)，但在如今通信網(wǎng)絡不斷IP化的趨勢下，業(yè)務以IP分組包的方式進行傳輸，與原來的TDM時分復用的技術(shù)體制完全不同，兩者并不兼容。本文旨在實現(xiàn)一種基于IP交叉連接技術(shù)的業(yè)務匯聚系統(tǒng)，實現(xiàn)多業(yè)務在IP傳輸網(wǎng)絡的匯聚，并實現(xiàn)匯聚端的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。

4技術(shù)方案

一種基于IP交叉連接技術(shù)的業(yè)務匯聚系統(tǒng)，其目的在于實現(xiàn)多業(yè)務在IP傳輸網(wǎng)絡的匯聚，并實現(xiàn)匯聚端的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，與圖1所示的傳統(tǒng)匯聚設備相比，本系統(tǒng)還實現(xiàn)了基于IP分組數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字交叉連接功能，該功能顛覆了傳統(tǒng)交叉連接技術(shù)和多業(yè)務匯聚方式，簡化了交叉連接配置方式，使得多業(yè)務匯聚系統(tǒng)智能化、扁平化，管理更方便、兼容性更強。

基于IP交叉連接技術(shù)的業(yè)務匯聚系統(tǒng)，根據(jù)方案的技術(shù)特點，通過以下兩個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對技術(shù)方案加以詳細說明：

4.1單模塊系統(tǒng)

單模塊的系統(tǒng)圖如圖1所示。

單模塊系統(tǒng)由圖1中②IP封裝與端口標識模塊、③IP交叉連接模塊、④數(shù)據(jù)定向轉(zhuǎn)發(fā)模塊、⑤⑥業(yè)務端口，以及外部的①業(yè)務接口、⑦匯聚接口組成和⑧管理系統(tǒng)，各個模塊的功能如下：

①業(yè)務接口：各種需要進行接入和傳輸?shù)臉I(yè)務接口，音頻接口如：FXO、FXS、2/4WE&M、磁石、載波等接口。數(shù)據(jù)接口如：RS232、RS485、RS422、V35、E1等，以及以太網(wǎng)和SDH接口;

②IP封裝與端口標識模塊：對①業(yè)務接口進行IP封裝，該部分為現(xiàn)有技術(shù)，例如各種網(wǎng)關(guān)設備實現(xiàn)的功能。本系統(tǒng)對IP封裝后的每一個接口加上端口號，用于識別接口IP封裝后占用的位置，然后將封裝后的接口數(shù)據(jù)和端口⑤信息連接至③IP交叉連接模塊;

③IP交叉連接模塊：采集單系統(tǒng)中所有的接口模塊的信息，即接口數(shù)據(jù)和端口號，該模塊可以根據(jù)運用需要配置除⑤以外的端口⑥，端口⑤⑥可以通過⑧管理系統(tǒng)進行配置;

④數(shù)據(jù)定向轉(zhuǎn)發(fā)模塊：該模塊接收經(jīng)交叉連接處理后的端口⑥信息，通過⑦匯聚接口發(fā)送至網(wǎng)絡側(cè)，與相連IP網(wǎng)絡上的其他節(jié)點設備通信，該模塊具有IP包分組復用功能，具有IP路由器功能，為整個模塊分配獨立IP地址;

⑤⑥業(yè)務端口：⑤中包含業(yè)務接口經(jīng)IP封裝后的端口數(shù)據(jù)和端口號，⑥為IP交叉連接單元配置的端口，⑥端口的數(shù)量可根據(jù)需要配置，⑤⑥所有的端口都可以賦予唯一的端口號，每兩個端口號之間都可以配對通信;

⑦匯聚接口：網(wǎng)絡側(cè)組網(wǎng)接口，數(shù)據(jù)格式為標準IP包協(xié)議。匯聚接口可以是1個，也可以是多個實現(xiàn)不同方向組網(wǎng);

⑧管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)的硬件為標準的PC，配套軟件為本系統(tǒng)的專用管理系統(tǒng)軟件，連接至本系統(tǒng)的單模塊系統(tǒng)對其進行端口交叉配置，監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。管理系統(tǒng)軟件可安裝在windows和linux系統(tǒng)，可對同一個互聯(lián)的IP網(wǎng)中的所有單模塊設備進行管理配置。其中，單模塊系統(tǒng)的工作步驟如下：

步驟一，將各種①業(yè)務接口經(jīng)過編碼處理后變成固定格式的數(shù)字信號傳送給②IP封裝與端口標識模塊，②將數(shù)字信號封裝成IP數(shù)據(jù)包，在IP數(shù)據(jù)包中添加端口標識，端口標識信息包含①業(yè)務接口類型、速率信息;

步驟二，根據(jù)業(yè)務接口的數(shù)量和種類，再通過⑧管理系統(tǒng)對③IP交叉連接模塊進行⑤⑥業(yè)務端口配置，⑤⑥配置的內(nèi)容包含端口號和端口類型，端口號的數(shù)量根據(jù)需要配置，端口類型根據(jù)需要傳送的業(yè)務接口類型而定，如E1接口的接口類型信息：速率為2048kbit，占用IP帶寬為2.3Mbit;

步驟三，通過⑧管理系統(tǒng)配置，將需要配對通信的兩個端口進行連接，比如圖2：有兩個端口號為8001和8011需要配對連接，只要將8001和8011放在同一端口組中即可，但要求8001和8011的端口類型一樣。

步驟四，將所有⑥端口數(shù)據(jù)連接至④數(shù)據(jù)定向轉(zhuǎn)發(fā)模塊，然后對⑥端口數(shù)據(jù)進行IP包分組復用處理，發(fā)送至網(wǎng)絡側(cè)。

單模塊系統(tǒng)在配置交叉連接時，是通過端口號配對連接的，只要將兩個端口號歸到同一組即可實現(xiàn)兩個端口之間進行通信。

本文中的單模塊系統(tǒng)中，③④模塊采用FPGA嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，所述FPGA處理芯片采用型號為EP4CGX150DF2717的芯片。

4.2多模塊系統(tǒng)

多模塊系統(tǒng)的工作原理是在單模塊的基礎上的進一步擴展，多模塊系統(tǒng)成立的條件是各個單模塊系統(tǒng)在同一個IP傳輸內(nèi)，每個單模塊系統(tǒng)有一個獨立的IP地址，運用圖如圖3。

圖3中，每一個單模塊系統(tǒng)的業(yè)務端口配置端口號，由于本系統(tǒng)是通過端口號實現(xiàn)端口.之間連接的，而各個單模塊又在一個局域網(wǎng)中進行組網(wǎng)連接，故不同單模塊系統(tǒng)的端口可視為在同一個IP交叉連接單元的集合，集合中的每個端口之間可以直接實現(xiàn)IP地址+端口號的方式配對連接，多模塊系統(tǒng)簡化后如圖4。

圖4中，由n個接入站和匯聚站的單模塊系統(tǒng)端口組成IP交叉連接單元矩陣，在配置端口的交叉連接時，只需指明單模塊的IP地址和端口，將兩個IP地址+端口放在一個端口組內(nèi)即可實現(xiàn)不同單模塊系統(tǒng)之間的兩個端口連接，與傳統(tǒng)的基于TDM時分復用方式的交叉連接網(wǎng)絡相比，大大簡化配置步驟。

5小結(jié)

本文提出了一種基于IP交叉連接技術(shù)的業(yè)務匯聚系統(tǒng)，其目的在于實現(xiàn)多業(yè)務在IP傳輸網(wǎng)絡的匯聚，并實現(xiàn)匯聚端的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，與傳統(tǒng)匯聚設備相比，本系統(tǒng)還實現(xiàn)了基于IP分組數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字交叉連接功能，該功能顛覆了傳統(tǒng)基于TDM時分復用技術(shù)的交叉連接網(wǎng)絡和多業(yè)務匯聚方式，通過實施，大大簡化了交叉連接配置方式，使得多業(yè)務匯聚系統(tǒng)智能化、扁平化，管理更方便、兼容性更強。

參考文獻

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