基于IP交叉連接功能的業務匯聚系統

張文博　陳家寧　曹雅素　沈浩裕

摘要：本文提出的一種基于IP交叉連接技術的業務匯聚系統，可以實現多業務在IP傳輸網絡的匯聚，并實現匯聚端的協議轉換功能。

[關鍵詞]IP交叉連接技術業務匯聚系統協議轉換

1背景技術

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

2現有技術的不足

基于TDM的交叉連接技術在目前的多業務匯聚的通信系統中運用廣泛，且穩定可靠。但該技術占用資源較多、配置復雜，靈活性差。由于現有通信系統對多業務接入匯聚大多基于接入層設備，如PCM、SDH設備，但在通信網絡不斷IP化的今天，TDM技術已不適合現有通信系統的運用。

（1）無論是TDM時分復用技術還是WDM光波分復用技術，都采用了獨占帶寬的方式實現業務時隙通信，以TDM時分復用技術為例：一路電話在交叉連接系統中占用一個64kbit時隙帶寬，但無論這路電話是否在使用，系統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務使用，TDM時分復用業務的時隙有多種，每種業務占用的帶寬大小差別很大。

（2）采用傳統的TDM時分復用技術和

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

（3）采用傳統的TDM時分復用技術和WDM光波分復用技術實現業務匯聚，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，無論是業務接入端還是業務傳輸系統都在實現IP化的改造，傳統的基于TDM的技術已不適合或者阻礙通信網絡的進一步發展，傳統的TDM業務在逐漸被替換，直至最后被完全淘汰。

3系統架構

傳統的TDM時分復用技術和WDM光波分復用技術都是時隙獨占的一種技術，在以往的以TDM設備和WDM設備為主的技術體系中，發揮了很大的作用，技術優勢也得到很好的體現，但在如今通信網絡不斷IP化的趨勢下，業務以IP分組包的方式進行傳輸，與原來的TDM時分復用的技術體制完全不同，兩者并不兼容。本文旨在實現一種基于IP交叉連接技術的業務匯聚系統，實現多業務在IP傳輸網絡的匯聚，并實現匯聚端的協議轉換功能。

4技術方案

一種基于IP交叉連接技術的業務匯聚系統，其目的在于實現多業務在IP傳輸網絡的匯聚，并實現匯聚端的協議轉換功能，與圖1所示的傳統匯聚設備相比，本系統還實現了基于IP分組數據實現數字交叉連接功能，該功能顛覆了傳統交叉連接技術和多業務匯聚方式，簡化了交叉連接配置方式，使得多業務匯聚系統智能化、扁平化，管理更方便、兼容性更強。

基于IP交叉連接技術的業務匯聚系統，根據方案的技術特點，通過以下兩個系統結構對技術方案加以詳細說明：

4.1單模塊系統

單模塊的系統圖如圖1所示。

單模塊系統由圖1中②IP封裝與端口標識模塊、③IP交叉連接模塊、④數據定向轉發模塊、⑤⑥業務端口，以及外部的①業務接口、⑦匯聚接口組成和⑧管理系統，各個模塊的功能如下：

①業務接口：各種需要進行接入和傳輸的業務接口，音頻接口如：FXO、FXS、2/4WE&M、磁石、載波等接口。數據接口如：RS232、RS485、RS422、V35、E1等，以及以太網和SDH接口;

②IP封裝與端口標識模塊：對①業務接口進行IP封裝，該部分為現有技術，例如各種網關設備實現的功能。本系統對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據和端口⑤信息連接至③IP交叉連接模塊;

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

④數據定向轉發模塊：該模塊接收經交叉連接處理后的端口⑥信息，通過⑦匯聚接口發送至網絡側，與相連IP網絡上的其他節點設備通信，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業務端口：⑤中包含業務接口經IP封裝后的端口數據和端口號，⑥為IP交叉連接單元配置的端口，⑥端口的數量可根據需要配置，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：網絡側組網接口，數據格式為標準IP包協議。匯聚接口可以是1個，也可以是多個實現不同方向組網;

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

步驟一，將各種①業務接口經過編碼處理后變成固定格式的數字信號傳送給②IP封裝與端口標識模塊，②將數字信號封裝成IP數據包，在IP數據包中添加端口標識，端口標識信息包含①業務接口類型、速率信息;

步驟二，根據業務接口的數量和種類，再通過⑧管理系統對③IP交叉連接模塊進行⑤⑥業務端口配置，⑤⑥配置的內容包含端口號和端口類型，端口號的數量根據需要配置，端口類型根據需要傳送的業務接口類型而定，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端口數據連接至④數據定向轉發模塊，然后對⑥端口數據進行IP包分組復用處理，發送至網絡側。

單模塊系統在配置交叉連接時，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兩個端口之間進行通信。

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

4.2多模塊系統

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

圖3中，每一個單模塊系統的業務端口配置端口號，由于本系統是通過端口號實現端口.之間連接的，而各個單模塊又在一個局域網中進行組網連接，故不同單模塊系統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IP地址+端口號的方式配對連接，多模塊系統簡化后如圖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即可實現不同單模塊系統之間的兩個端口連接，與傳統的基于TDM時分復用方式的交叉連接網絡相比，大大簡化配置步驟。

5小結

本文提出了一種基于IP交叉連接技術的業務匯聚系統，其目的在于實現多業務在IP傳輸網絡的匯聚，并實現匯聚端的協議轉換功能，與傳統匯聚設備相比，本系統還實現了基于IP分組數據實現數字交叉連接功能，該功能顛覆了傳統基于TDM時分復用技術的交叉連接網絡和多業務匯聚方式，通過實施，大大簡化了交叉連接配置方式，使得多業務匯聚系統智能化、扁平化，管理更方便、兼容性更強。

參考文獻

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