侯風雷，何 禮

（西南電子電信技術(shù)研究所上海分所 上海 200434）

數(shù)字微波通信具有靈活組網(wǎng)、傳輸質(zhì)量好、低成本、建設(shè)速度快等特點，其靈活性、移動性、抗災(zāi)性都是光纖通信無法比擬的，在通信領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。目前，數(shù)字微波通信已廣泛應(yīng)用于廣播電視、電信部門，并且已逐漸進入公路管理系統(tǒng)、港航企業(yè)、海事管理部門、邊遠地區(qū)及一些大型企業(yè)中。然而，隨著因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)速度的要求越來越高，對傳輸帶寬的要求也相應(yīng)的提高了。目前數(shù)字微波通信中仍然大量使用低速鏈路 （特別是E1/2Mbps的數(shù)據(jù)鏈路），完全用高速鏈路取代是不現(xiàn)實的，而且會造成極大的浪費。多鏈路傳輸技術(shù)就是把傳統(tǒng)的在單鏈路上進行的統(tǒng)計復(fù)用的原理擴展到多鏈路上，以提高傳輸?shù)乃俾屎托诺缼挼睦寐省?/p>

1 多鏈路PPP（Multilink PPP）

點到點協(xié)議PPP是一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可以將不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝起來，并在一條串行物理鏈路上進行傳輸[1]。多鏈路PPP克服了PPP只能處理一條鏈路的限制，可以多條物理鏈路“捆綁”在一起，形成一個虛擬的邏輯鏈路束，向網(wǎng)絡(luò)上層提供服務(wù)，不僅能夠提供更高的傳輸帶寬，也保證了鏈路傳輸?shù)目煽窟M行。多鏈路PPP提供一種在多條邏輯數(shù)據(jù)鏈路上分離、重組和順序化數(shù)據(jù)包的方法，該方法基于鏈路控制協(xié)議（LCP）協(xié)商實現(xiàn)，發(fā)送端可以將大的PDU（Protocol Data Units）分解成小的數(shù)據(jù)段，每個分段都加上一個MP（Multilink Protocol）頭，再將其分發(fā)給平行的多個鏈路，為兩系統(tǒng)間提供一個鏈路束的連接能力；接收端從不同的PPP鏈路上接收分段，并根據(jù)MP頭正確組序并還原成網(wǎng)絡(luò)層的PDU送往高層。

PPP多重鏈路分段使用協(xié)議標識符0x00-0x3d進行封裝。協(xié)議標識符后是包含順序號的四字節(jié)的包頭和2個一位的字段，這個字段標示了一個數(shù)據(jù)包的開始或者一個數(shù)據(jù)包的結(jié)束。當附加的PPPLCP選項協(xié)商之后，四字節(jié)的包頭可以隨意的用兩字節(jié)的包頭替換，這個兩字節(jié)的包頭帶有一個12位連續(xù)空間。地址、控制和協(xié)議ID被有效的壓縮。分段格式見中圖1中的A）和B）。

其中起始分段位“B”是一個1位的字段，設(shè)置為1表示是一個PPP數(shù)據(jù)包的第一個分段，該PPP數(shù)據(jù)包的其他分段的起始分段位設(shè)置為0。終止分段位“E”是一個1位的字段，設(shè)置為1是一個PPP數(shù)據(jù)包的最后一個分段，其他分段的終止分段位設(shè)置為0。一個分段的起始分段位和終止分段位都可能是1。順序字段是一個24位或12位的數(shù)字，它是自增的。默認順序字段長度是24位，但是通過LCP配置選項的描述，經(jīng)協(xié)商后可以為12位。

如圖2所示，兩路由器之間可以通過多條E1傳輸鏈路利用多鏈路PPP實現(xiàn)多鏈路捆綁。首先，在兩路由器上建立邏輯鏈路束虛擬接口、配置相應(yīng)地址、封裝多鏈路PPP協(xié)議、配置多鏈路捆綁組；然后將相應(yīng)物理鏈路對應(yīng)接口進行PPP和多鏈路PPP封裝、加入多鏈路捆綁組即可。

圖1 PPP分段格式Fig.1 PPPfragment format

圖2 微波多鏈路PPP傳輸示意圖Fig.2 ML-PPPtransmission in microwave communication

多鏈路PPP傳輸可以通過N個2M的E1線路，達到N×2M的傳輸帶寬。在發(fā)送端可以按照簡單輪詢方式從非阻塞鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以依據(jù)一定的鏈路流量控制算法選擇鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)，有效利用網(wǎng)絡(luò)帶寬[2]。

2 反向復(fù)用ATM（IMA）

反向復(fù)用工作機制，與傳統(tǒng)的復(fù)用方式正好相反。在傳統(tǒng)的復(fù)用方式中，多個低速的數(shù)據(jù)流被組合復(fù)用到一個單一的高速管道中，在管道的另一端該高速數(shù)據(jù)流又被解復(fù)用成原始的低速數(shù)據(jù)流。而反向復(fù)用是將一個單一的邏輯信道分流到多條鏈路，以實現(xiàn)將一個大的、單一的數(shù)據(jù)流分解在多個低速鏈路上傳送；在另一端，這些被分解傳送的數(shù)據(jù)流將重組成原始的數(shù)據(jù)流。

在ATM物理接口引入IMA技術(shù)，當用戶需要接入ATM網(wǎng)絡(luò)的速率介于兩個傳統(tǒng)的復(fù)用級之間（如T1/E1～T3/E3之間）時，IMA可將該高速鏈路分拆為多個低速鏈路傳輸，并最終復(fù)接回原高速連接，此過程中高速連接的速率近似等于組成反向復(fù)用的幾個低速速率值之和，速率值沒有損傷，其原理如圖3所示[3]。在發(fā)送端，IMA設(shè)備將接收到的ATM信元流以信元為單位分配到多個物理鏈路上，在接收端，IMA設(shè)備將每個鏈路上的ATM信元流按照順序以信元排列的方式合并為一個ATM信元流進行輸出。

圖3 IMA復(fù)用原理圖Fig.3 IMA multiplexing schematic

為了保證不同鏈路的傳輸和接收端對ATM信元流的正確重組，IMA協(xié)議引入了兩種操作維護（IMA OAM）信元，即填充信元和ICP信元（IMA Control Protocol Cell）。當ATM層沒有用戶信元到達時，發(fā)送端IMA將通過插入填充信元來維持物理層信元流的連續(xù)性，在接收端填充信元將被丟棄。發(fā)送端利用ICP信元傳送IMA配置、同步、狀態(tài)及故障信息給遠端，在接收端利用ICP信元完成對ATM信元流的重組。IMA幀是IMA協(xié)議中的控制單元，由M個連續(xù)的信元組成。每個IMA幀中均包含一個ICP信元，其在IMA幀中的位置由ICP信元格式中偏移字段定出。IMA每一幀編一個幀序號，保存在該幀的ICP信元內(nèi)。在IMA幀中每個鏈路上的ICP信元所包含的幀序號相同，在接收端將相同幀序號的各個鏈路上的數(shù)據(jù)重組。

IMA組中的每條鏈路有唯一的鏈路標識號（LID），發(fā)送端IMA將來自ATM層信元流以LID遞升原則將信元分配到各鏈路上，且在每條鏈路上每M個信元插入一個ICP信元以形成一個IMA幀，在ICP信元中保存IMA配置、同步、狀態(tài)及故障等信息；接收端IMA遵循LID遞升原則接收來自IMA組內(nèi)各鏈路上送來的信元，利用ICP信元攜帶的信息對鏈路的差值延遲進補償，并重組原始信元流，丟棄填充信元、HEC校驗有誤信元及經(jīng)處理后的ICP信元，并將還原后的信元流送往ATM層。

ATM技術(shù)能夠有效的傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，是寬帶綜合數(shù)字網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，IMA技術(shù)利用多個低速信道傳輸高速ATM數(shù)據(jù)，是低廉而高速的ATM網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，尤其適合當前的微波通信手段。

3 虛級聯(lián)（VCAT）

級聯(lián)和虛級聯(lián)是SDH/SONET的重要特性之一，是把多個小的容器級聯(lián)起來，組裝成為一個比較大的容器來傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的一種技術(shù)[4]。SDH中容器C-n的級聯(lián)就是將X個C-n的容器拼在一起，形成一個大的容器來滿足大于C-n容量的業(yè)務(wù)信號的傳輸要求。級聯(lián)可以分為相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)。相鄰級聯(lián)是在同一個STM-N中，利用相鄰的C-n級聯(lián)成為VC-n-Xc，作為一個整體結(jié)構(gòu)進行傳輸；而虛級聯(lián)是把多個虛容器級聯(lián)組合成一個虛級聯(lián)組 （VCG），將分布在同一STM-N中的不相鄰的VC-n或分布在不同STM-N中的VC-n按級聯(lián)的方法，形成一個虛擬的大結(jié)構(gòu)VC-n-Xv，作為一個虛擬的整體進行發(fā)送和接收。這種技術(shù)可以級聯(lián)形成VC-11-Xv、VC-12-Xv 、VC-2-Xv、VC-3-Xv 和 VC-4-Xv等不同速率的容器。相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)示意見圖4，其中C）表示兩個相鄰的VC-4的相鄰級聯(lián)，D）表示不相鄰的兩個VC-4的虛級聯(lián)。

圖4 相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)示意圖Fig.4 Continuous concatenation and virtual concatenation

相鄰級聯(lián)由于使用固定凈負載的級聯(lián)方式會造成帶寬利用率的降低，在傳輸網(wǎng)絡(luò)中不可避免的會出現(xiàn)帶寬碎片，當空閑帶寬處于帶寬碎片狀態(tài)時，就會發(fā)生帶寬耗盡。這時雖然有足夠的空閑帶寬，卻無法容納新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。虛級聯(lián)技術(shù)可以克服相鄰級聯(lián)所固有的帶寬浪費現(xiàn)象，它可以把不相鄰的多個虛容器組合成一個虛級聯(lián)組作為一個整體帶寬。例如在圖4中，如果已經(jīng)形成了C）的相鄰級聯(lián)，由于已經(jīng)沒有相鄰的兩個VC-4可以提供，如果再想要一個311 Mbps的相鄰級聯(lián)，就需要新的VC-4-4來滿足需求，這將造成帶寬的浪費，但是通過虛級聯(lián)的方法，可以利用不相鄰的虛容器組成D），則可以滿足該需求而不增加新的傳輸帶寬。

由于虛級聯(lián)每個VC-n的傳輸所通過的路徑有可能不同，在各VC-n之間有可能出現(xiàn)傳輸延時差，為了保證宿終點的正確恢復(fù)，虛級聯(lián)需要進行一定的控制。VC-3及以上級別的虛容器中，通過開銷段中的H4字節(jié)來獲取控制信息，H4后4比特為第一復(fù)幀標記（MFI1）幀計數(shù)，16個 MFI1幀為1個MFI1復(fù)幀 （即一個MFI2幀），256個MFI2幀為一個MFI2復(fù)幀。H4字節(jié)前4比特可以提取出MFI2計數(shù)、控制字段（CTRL）、組號（GID）和序號（SQ）等信息，根據(jù)控制字段可以判斷是否為虛級聯(lián)模式以及鏈路狀態(tài)。VC-3以下級別的虛容器中，通過開銷段中的K4字節(jié)來獲取控制信息。每32個K4的比特1和比特2組成比特1復(fù)幀和比特2復(fù)幀，比特1復(fù)幀中MFAS為復(fù)幀對齊信號，“01111111110”表示復(fù)幀同步，確定比特1復(fù)幀和比特2復(fù)幀的起始位，從比特2復(fù)幀中可提取出幀計數(shù)、控制字段、組號和序號等信息。

相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)對于傳送網(wǎng)的設(shè)備要求不同，對于相鄰級聯(lián)，要求傳送通道上的所有節(jié)點均要支持相鄰級聯(lián)功能；而對于虛級聯(lián)，只要求源節(jié)點和目的節(jié)點具有級聯(lián)功能即可，中間節(jié)點可以不支持級聯(lián)功能，簡化了對傳輸設(shè)備的要求，降低了網(wǎng)絡(luò)改造的難度。虛級聯(lián)在源端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時候，按照鏈路序號順序?qū)?shù)據(jù)逐一放入各鏈路容器中，并同步標記上幀計數(shù)值；在目的端設(shè)備接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)緩存起來，按照幀計數(shù)值對接收到的數(shù)據(jù)幀進行排列，排列正確后按照鏈路序號順序?qū)?shù)據(jù)逐一取出合并為一條數(shù)據(jù)流。

4 E1反向復(fù)用

除了利用SDH開銷進行多鏈路傳輸外，也可以直接利用E1信號進行多路反向復(fù)用，得到擴展帶寬的目的。

ITU規(guī)范參照虛級聯(lián)技術(shù)制定了PDH虛級聯(lián)方案，規(guī)定了 1 544 kbit/s、2 048 kbit/s、34 368 kbit/s 和 44 736 kbit/s 等多種PDH接口的虛級聯(lián)方法[5]。PDH虛級聯(lián)通過在載荷內(nèi)劃分出一部分用于開銷字節(jié)，類似于虛級聯(lián)的SDH開銷字段，到達虛級聯(lián)控制的目的。以E1信號為例，125μs為一幀，16幀組成一個復(fù)幀，第一個子幀的第一時隙（TS1）為開銷字節(jié)，與上述VC-3及以上級別的虛容器的類似，后4比特為第一復(fù)幀標記（MFI1）幀計數(shù)，前4比特放置MFI2計數(shù)、控制字段（CTRL）、組號（GID）和序號（SQ）等信息。 PDH 虛級聯(lián)的發(fā)送端發(fā)送方式和接收端的重組方式也與虛級聯(lián)類似。

隨著圖像、視頻等業(yè)務(wù)的引入，也出現(xiàn)了多類廠家自定義的E1的反向復(fù)用應(yīng)用，這些方法與PDH虛級聯(lián)類似，利用E1成幀形式附加一定的反向復(fù)用開銷實現(xiàn)[6]。數(shù)據(jù)反向復(fù)用通常采用的間插方式有比特間插、字節(jié)間插、幀間插和包間插等方式，可根據(jù)不用的業(yè)務(wù)應(yīng)用選取不同的間插方式。對于實時視頻業(yè)務(wù)一般選取比特間插或字節(jié)間插方式，可以保證傳輸時延，但是要求復(fù)用端對各個E1信道嚴格同步，處理方式相對會比較復(fù)雜。

5 結(jié)束語

數(shù)字微波通信以其特有的優(yōu)勢仍然是當前重要的通信手段之一，在當前寬帶高速發(fā)展的條件下，迫切需要既可以保證傳輸帶寬，又可以最大效率的利用原有低速資源的微波傳輸解決方案。多鏈路PPP、反向復(fù)用ATM、虛級聯(lián)和E1反向復(fù)用等多鏈路傳輸技術(shù)在不同的微波傳輸場合下得到了應(yīng)用：多鏈路PPP適用于通用IP傳輸業(yè)務(wù)，IMA適用于ATM接入業(yè)務(wù)、VCAT適用于多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）業(yè)務(wù)、E1反向復(fù)用適用于輕量級的應(yīng)用。在移動回傳網(wǎng)的微波接入傳輸?shù)慕鉀Q方案中，一些廠商還將多種多鏈路傳輸技術(shù)在同一設(shè)備中支持并實現(xiàn)，為不同的用戶或業(yè)務(wù)實現(xiàn)多種寬帶傳輸?shù)男枨?。綜上所述，多鏈路傳輸技術(shù)將繼續(xù)在數(shù)字微波通信中發(fā)揮其獨特的作用。

[1]RFC 1990.The PPPmultilink protocol （MP）[S]，1996.

[2]王煒，馬躍，蔣硯軍.多鏈路PPP的調(diào)度算法[J].北京郵電大學學報，2000，23（3）:74－77.WANGWei，MA Yue，JIANGYan-jun.Multilink PPPscheduling algorithm[J].Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications，2000，23（3）:74－77.

[3]ATM Forum AF－PHY－0086.000.Inverse multiplexing for ATM （IMA） specification version 1.0[S]，1997.

[4]ITU－Trecommendation G.707/Y.1322.Network node interface for the synchronous digital hierarchy（SDH）[S].2003.

[5]ITU－Trecommendation G.7043/Y.1343.Virtual concatenation of plesiochronous digital hierarchy（PDH）signals[S].2004.

[6]童勝勤，胡波，王宏遠.多E1反向復(fù)用傳輸技術(shù)在閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2005（1）:86－88，94.TONG Sheng-qin，HU Bo，WANG Hong-yuan.Multiple E1 based inverse multiplexing for CCTV application[J].Video Engineering，2005（1）:86－88，94.