电路仿真功能在接入交换机的应用

殷伟+王立倩

摘要：电路仿真技术是在以太网上承载传统时分复用TDM数据的技术。接入交换机的电路仿真功能主要是基于城域以太网论坛（Metro Ethernet Forum）MEF 8协议标准，在常用的以太网上为PDH数据提供端到端的传输。该文从电路仿真的技术背景、基本原理和应用场景进行了介绍，便于读者能够快速入门并进而掌握该项技术。

关键词：电路仿真；时分复用；城域以太网

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）35-0271-02

随着网络技术的不断发展和融合，对数据包进行转发和交换的方式逐渐成为了主流，IP网络和MPLS网络成为了包交换网络的典型代表。但是，现有的网络里有大量的TDM（Time Division Multiplexing）设备还将继续使用，如何有效的节约成本以便现有的TDM设备能够更加高效的利用就显得尤为重要。

传统的话音业务是实时性业务，是通过时分复用TDM（Time Division Multiplexing）网络实时传输语音信息的。这样做确实具有很好的服务质量，但是对带宽利用率低、价格高。而基于IP/Ethernet的分组网却具有带宽利用率高、价格低的成本优势，并且以此逐步占据了大部分的市场份额。以太网电路仿真技术可以通过以太网为E1、DS1等TDM接口模拟相应的业务通路，这样做既有效利用了现有的TDM设备资源，又极大地降低链路成本。

1 分组网电路仿真技术背景

分组网电路仿真CESoP（Circuit Emulation services over Packet）技术的产生背景就是为了通过以太网络实现TDM电路交换业务的透传。最初的TDM业务设备仅支持E1和DS1业务的传输，随着分组以太网的兴起和不断发展，特别是城域以太网技术的出现，分组网电路仿真技术成为了跨以太网传输TDM业务的重要解决方案。

TDM电路仿真技术的相关标准主要来自四个国际标准组织，分别是：IETF、ITU-T、MEF及MFA。这些标准组织之间互相合作，不同组织推出TDM业务透传标准基本上是类似的，在具体技术细节例如数据封装格式细节等方面有微小差异。MEF提出的MEF 8标准侧重于解决如何把TDM原始业务直接封装成以太网帧，ITU-T的Y.1413定义了通过MPLS网络承载电路业务的格式，IETF定义分组交换网（Packet Switched Network）包括Ethernet、IPv4和MPLS网络，被仿真的网络业务包括FR、AAL、HDLC等。

2 电路仿真的基本原理

分组网电路仿真的基本思想就是通过分组交换网络模拟一个虚拟的TDM通路（如E1或DS1），可以有效解决TDM设备远距离传输时高链路成本的问题，可以更加高效的利用TDM设备进行业务传输。其基本原理就是对TDM数据进行封装，封装后的以太网数据包通过分组交换网络传送到目的端，目的端对接收的数据包进行解封装，进而恢复出原始的TDM数据。接入侧用户不必考虑中间的以太网，相当于为用户提供了一条透明的TDM通道。分组交换网络被用来仿真TDM电路的行为，称为“电路仿真”。如图1所示。

电路仿真可以透明的传送TDM业务（比如话音、图像和数据业务），其实现主要有CES over Ethernet、CES over MPLS和CES over IP三种封装方式。其中CES over Ethernet主要是基于MEF 8标准实现， CES over Ethernet的数据包只需封装到二层数据链路层，数据链路层主要包括MAC地址和VLAN信息；适配层主要包括ECID、控制字、RTP等功能字段，ECID 4个字节主要是用来标识不同的虚连接，控制字4个字节主要用于链路故障检测和组包，RTP 4个字节用于标识承载的净荷类型和时钟同步，应用数据层对应的就是封装的TDM净荷；CES over IP的数据包除二层数据链路层外，还需要额外封装20个字节的IP头和8个字节的UDP报文头；而CES over MPLS的数据包除二层数据链路层外，还需要封装MPLS标签。三种报文的封装模式如图2所示。

3 电路仿真交换机的典型应用

电路仿真技术可以通过以太网仿真TDM通道，比如在城域以太网中模拟E1/DS1业务通道而不必感知实际传输的E1/DS1业务类型，该技术既解决了TDM网络与以太网的互通问题又能够利用以太网的低成本优势降低TDM链路成本。如图3所示，在城域以太网中通过电路仿真技术连接两端的E1链路。

电路仿真技术还可以用于无线接入领域。在无线接入网络中，因为部分无线运营商并没有固网基础设施，基站、基站控制器之间传统上是通过E1/DS1 租用线路连接的，E1/DS1租用线路价格昂贵而且需要时钟同步，电路仿真技术的出现为无线运行商提供了一种可行的、低成本的解决方案。通过以太网电路仿真技术实现了同城区域内基站和基站控制器之间的业务透传，极大地节约了运营商的运营成本，如图4所示。

4 结束语

目前网络的IP化是一种趋势，以太网具有传输效率高、成本低、易布署、技术简单等优势，同时现网大量存在的TDM设备在一段较长时期内还将继续使用，在城域以太网兴起的大背景下，电路仿真功能既具有良好的网络互通性，又具有灵活的功能可扩展性，有效地解决了现有TDM终端设备与以太网链路无缝连接的问题，为向下一代网络平滑演进而做出了重要的创新和贡献。随着技术的进步以及以太网的不断发展，分组网电路仿真技术的应用会越来越广泛。

参考文献：

[1] RFC 4553. Structure-Agnostic Time Division Multiplexing （TDM） over Packet （SAToP）， IETF， 2006.6

[2] RFC 5086. Structure-Aware Time Division Multiplexed （TDM） Circuit Emulation Service over Packet Switched Network （CESoPSN）， IETF， 2007.12

[3] RFC 5087. Time Division Multiplexing over IP （TDMoIP）， IETF， 2007.12

[4] 蔡群力.分組传送网中的电路仿真业务的研究[D].北京邮电大学，2015.

[5] 张亚鹏，赵良，刘欣 CES测试中时钟恢复方式验证方法研究[J].邮电设计技术，2015（9）.

[6] 郭晋祥，李洋，张丽霞.TDM+分组传送业务隔离度算法研究[J].光通信研究，2016（3）.

[7] MEF 3.0， Metro Ethernet Forum

[8] MEF 8.0， Metro Ethernet Forum

[9] 华为技术有限公司. 分组网电路仿真技术白皮书.endprint