专利名称：Eoc网络中物理层帧的封装与解封装方法
技术领域：
本发明涉及一种E0C网络的终端设备的物理层处理数据的方法。
背景技术：
广电网络原本用于传输单向的有线电视信号。为了充分利用广电网络资源，广电 系统逐渐对单向的有线电视网络进行双向改造，使其既能传输单向的有线电视信号，又能 传输双向的数据信号。当前，广电系统的骨干网络已经实现了光纤化，只有离用户最近的一公里范围内 还是有线同轴电缆。在光纤到户成本还是太高的情况下，为了节约成本，需要在现有的有线 同轴电缆上传输网络信号。EOC(Ethernet over C0AX，以太网基于同轴电缆传输)网络是一种在有线同轴电 缆上传输以太网帧的方法。以太网帧主要用于在双绞线上传输，而不适合直接在E0C网络 的有线同轴电缆上传输。请参阅图1，目前E0C网络的物理层处理以太网帧的方法是E0C网络的终端设备 (包括局端设备和用户端设备)的物理层将每个以太网帧重新封装为一个物理层帧(或称 为物理层传输流)，每个以太网帧作为每个物理层帧的数据部分，另外在该数据部分之前加 上物理层帧的帧头，和/或在该数据部分之后加上物理层帧的帧尾。上述方法存在一个弊端，由于将每个以太网帧都重新封装为一个物理层帧，而每 个物理层帧的帧头和/或帧尾包括的物理层信道信息是重复的，这便造成了物理层数据传 输的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种E0C网络中物理层帧的封装与解封装方 法，该方法可以提高物理层的传输效率。为解决上述技术问题，本发明E0C网络中物理层帧的封装方法是，将E0C网络的一 个时段内的所有以太网帧封装为一个物理层帧，将所述一个时段内的所有以太网帧作为物 理层帧的数据部分，在该数据部分之前加上物理层帧的帧头，和/或在该数据部分之后加 上物理层帧的帧尾。所述帧头和/或帧尾包括物理层信道信息，所述一个时段内的所有以太网帧共享 这些物理层信道信息。本发明E0C网络中物理层帧的解封装方法是，提取所述物理层帧的数据部分，恢 复出一个或多个以太网帧。本发明可以使同一物理层帧中的所有以太网帧共享相同的物理层信道信息，提高 了传输效率。
图1是现有的E0C网络中物理层帧的封装方法的示意图；图2a是半双工E0C网络的下行时段和上行时段的示意图；图2b是全双工E0C网络的下行周期和上行周期的示意图；图3是本发明E0C网络中物理层帧的封装方法的示意图；图4是本发明E0C网络中物理层帧的解封装方法的示意图；图5是本发明E0C网络中物理层帧的封装方法的一个具体实施例的示意图；图6是本发明E0C网络中形成的一个物理层帧的帧结构的具体实施例的示意图；图7是本发明E0C网络中形成的一个物理层帧的帧结构中slice的示意图。
具体实施例方式E0C网络包括半双工和全双工两种模式，请参阅图2a，半双工E0C网络中下行通信 和上行通信不能同时进行。局端设备交替分配下行时段和上行时段。请参阅图2b，全双工 E0C网络中下行通信和上行通信可以同时进行，因此下行通信和上行通信都是连续的。局端 设备分别定义各自独立的下行周期和上行周期。本发明将E0C网络的一个时段内的所有以 太网帧封装为一个物理层帧，所述“一个时段”对半双工E0C网络而言是指一个下行时段或 一个上行时段，对全双工E0C网络而言是指一个下行周期或一个上行周期。请参阅图3，本发明E0C网络中物理层帧的封装方法包括如下步骤第1步，在每个以太网帧之前加入以太网帧头部信息，以太网帧头部信息简写为h 表不；第2步，将一个时段内的所有加入了 h的以太网帧以固定长度分割为多个数据块， 最后一个数据块可以小于固定长度或者进行填充以达到固定长度；第3步，在分割后的每个数据块之前加入物理层分段头部信息，物理层分段头部 信息简写为H表示；第4步，将加入了 H的每个数据块以一种前向纠错(FEC，foward errorcorrect) 方法进行编码，产生的校验信息简写为F表示，将F加入到每个数据块之后；之前加入H、之后加入F的每个数据块作为一个物理层分段；第5步，将所有物理层分段依次连接，形成一个物理层帧的数据部分，在该数据部 分之前加入帧头，和/或在该数据部分之后加入帧尾，形成一个物理层帧；所述帧头和/或 帧尾包括物理层信道信息。上述h用于接收端恢复以太网帧，也用于一个物理层分段包括两个或两个以上以 太网帧的情况，包括位置信息和指示信息两部分。其中的位置信息指示当前物理层分段内 下一个h的位置，如果当前物理层分段内不存在下一个h，则位置信息无效。其中的指示信 息指示位置信息是否有效，以太网帧的数据是否有效，以太网帧的起始或结束标志等。上述H用于物理层分段的传输可靠性，也用于一个以太网帧跨越两个或两个以上 物理层分段的情况，包括位置信息和指示信息两部分。其中的位置信息指示当前物理层分 段内第一个h的位置，如果当前物理层分段内不存在h，则位置信息无效。其中的指示信息 指示位置信息是否有效，物理层分段的数据是否有效，物理层分段的起始或结束标志等。请参阅图4，本发明E0C网络中物理层帧的解封装方法包括如下步骤
第1步，去除物理层帧的帧头和/或帧尾，仅保留数据部分，将数据部分分解为多 个物理层分段；第2步，对每个物理层分段进行前向纠错校验，当出现不可纠正的错误，舍弃该物 理层分段；第3步，通过前向纠错校验后，舍弃所有物理层分段的F ；第4步，依次读取每个物理层分段的H，以及每个物理层分段中的h ；当一个以太网帧完全在一个物理层分段内时，恢复该以太网帧；当一个物理层分段包括一个以上以太网帧时，恢复所述一个以上以太网帧；当一个以太网帧跨越两个或更多物理层分段时，读取所述两个或多个物理层分段 头部信息，恢复该以太网帧；重复第4步直至恢复出所有以太网帧。上述E0C网络中物理层帧的解封装方法是根据H和h从物理层帧中恢复以太网 帧。该方法不需要将整个物理层帧接收完毕后再开始恢复，只需要以物理层分段为单位即 可进行恢复。下面给出本发明E0C网络中物理层帧的封装与解封装方法的一个具体实施例。首先给出h的一种实现方式，h的长度为两字节，第一字节是指示位(Indicator)， 简写为i表示(位置信息)；第二字节是指针(Pointer)，简写为p表示(指示信息)。i中 的低三比特包含有效信息，其中第0个比特指示其后紧接着的p是否是一个有效指针；第1 个比特指示从紧接着的P到下一个i或到当前物理层分段结束之间的数据是否是有效的以 太网帧数据；第2个比特指示当前的h之后的下一个i或物理层分段的结束是否是一个以 太网帧的结束。P指向当前物理层分段内下一个i的位置，如果没有下一个i，则P无效。P 的范围局限于当前物理层分段，不会跨越多个物理层分段。然后给出H的一种实现方式，H的长度为两字节，第一字节是指示位，简写为以I表 示(位置信息)；第二字节是指针，简写为P表示(指示信息)。I中的低三比特包含有效 信息，其中的第0个比特指示其后紧接着的P是否是一个有效指针；第1个比特指示从紧接 着的P到当前H之后的下一个i (如果i存在)或到当前物理层分段的结束(如果i不存 在)之间的数据是否有效；第2个比特指示当前H之后的下一个i或当前物理层分段的结 束是否是一个以太网帧的结束。P指向当前物理层分段内第一个i的位置，如果没有i，则 P无效。P的范围局限于当前物理层分段，不会跨越多个物理层分段。请参阅图5，本发明E0C网络中物理层帧的封装的过程如下借用IEEE 802. 3标准中的Mil接口作为E0C网络中数据链路层和物理层的数据 传递接口。TX_EN为高表示一个有效的以太网帧，TX_EN为低表示帧间隔(IPG)。第1步，在每个以太网帧之前加入两字节的h。另外，为了保证接收端的以太网帧 之间有足够的间隔，需要保留IPG的时间段，物理层在原IPG的时间段插入同样长度的无效 以太网帧，无效以太网帧简写为IPG-2表示。接收时这些IPG-2会被丢弃，但保留对应的时 间段空余出来。第2步，将加入了 h和IPG-2的以太网帧的连续数据以186字节为单位分割为多 个数据块，最后一个数据块可以小于186字节或者进行填充以达到186字节。第3步，在每个长度为186字节的数据块(最后一个数据块可以小于186字节)之前加入两字节的H，形成长度为188字节的数据块。第4步，将每个长度为188字节的数据块(最后一个数据块可以小于188字节) 以RS(204，188) (RS(204,188)是一种FEC编码方法，也可以采用其他FEC编码方法)进行 编码，产生16字节的F，将F加入到每个长度为188字节的数据块之后，形成长度为204字 节的物理层分段。如果最后一个数据块的长度小于188字节，先填充全零至188字节，再做RS (204， 188)编码，产生16字节F之后将全零填充丢弃。第5步，将所有物理层分段依次连接，形成一个物理层帧的数据部分，在该数据部 分之前加入帧头，和/或在该数据部分之后加入帧尾，形成一个物理层帧；所述帧头和/或 帧尾包括物理层信道信息。最终得到的物理层帧的帧结构如图6所示。每个h由i和p组成，每个p指向当 前物理层分段的下一个i (如果存在的话；如果不存在则P无效)。每个H由I和P组成， 每个P指向当前物理层分段的第一个i (如果存在的话；如果不存在则P无效)。图6所示的物理层帧的解封装的过程如下第1步，去除物理层帧的帧头和/或帧尾，仅保留数据部分，将数据部分分解为多 个物理层分段；第2步，对每个物理层分段进行前向纠错校验，当出现不可纠正的错误，舍弃该物 理层分段；第3步，通过前向纠错校验后，舍弃所有物理层分段的F ；第4步，读取第1个物理层分段开头两字节的I和P，初始时开辟一个空的以太网帧作为当前帧。当I的第0比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位 置(即下一个i)之间(不包括这两个位置本身)的数据有效、且I的第2个比特指示当前 H之后的下一个i就是以太网帧的结束标志时，提取当前P的位置到P指向的位置之间(不 包括这两个位置本身)的数据作为当前以太网帧的数据，同时结束当前以太网帧。然后重 新开辟一个空的以太网帧作为当前帧。当I的第0比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位 置(即下一个i)之间(不包括这两个位置本身)的数据有效、且I的第2个比特指示当前 H之后的下一个i不是以太网帧的结束标志时，提取当前P的位置到P指向的位置之间(不 包括这两个位置本身)的数据作为当前以太网帧的数据，但不会结束当前以太网帧。当I的第0比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位 置(即下一个i)之间(不包括这两个位置本身)的数据无效(此时忽略I的第2个比特) 时，丢弃当前P的位置到P指向的位置之间(不包括这两个位置本身)的数据。当I的第0比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层 分段的结束之间的数据有效、且I的第2个比特指示当前物理层分段的结束就是以太网帧 的结束标志时，提取当前P的位置到当前物理层分段的结束之间(不包括当前P，但包括分 段的结束)的数据作为当前以太网帧的数据，同时结束当前以太网帧。然后重新开辟一个 空的以太网帧作为当前帧。当I的第0比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层分段的结束之间的数据有效、且I的第2个比特指示当前物理层分段的结束不是以太网帧 的结束标志时，提取当前P的位置到当前物理层分段的结束之间(不包括当前P，但包括分 段的结束)的数据作为当前以太网帧的数据，但不会结束当前以太网帧。当I的第0比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层 分段的结束之间的数据无效(此时忽略I的第2个比特)时，丢弃当前P的位置到当前物 理层分段的结束之间的数据。在处理完当前物理层分段开头的I、P后，如果P有效，即该物理层分段中还有第2 个i、P，继续按和处理I、P相同的步骤处理完分段内所有的i、P。按相同步骤依次处理完所有的物理层分段，该物理层帧的解封装即处理完毕。上述方法的第4步具有如下特点其一，I、P和i、p具有大致相同的格式，在解封装时处理过程完全相同。其二，每个物理层分段都是独立的。其三，每个物理层分段都至少含有一个开头的I、P，零个或多个i、p。我们可以把 每个I、P(i、P)及其后跟随的数据(不论是否有效)作为一个slice(片段)。那么物理层 分段就可以看作是由一个或多个slice通过指针串联起来的结构。解封装的过程就是根据 物理层分段固定位置的I、P作为起始指针，然后顺次找到所有的slice，并从slice中解析 出所有数据的过程。请参阅图7，图中的椭圆形方框即是slice。其四，每个以太网帧可以看作是分布在一个或多个物理层分段中的一个或多个 slice组成的。解封装的过程就是将这些分布的slice提取出来并组成一个以太网帧的过程。其五，按照以上的说明，I(i)中低三位比特的意义就可以解释为I⑴的第0个比特表示当前slice中的P是否有效，有效则表明当前物理层分 段中存在下一个slice，无效则表明当前的slice已经是分段中的最后一个slice 了。I(i)的第1个比特表示当前slice中的数据是否有效。I⑴的第2个比特表示当前slice是否是其所在的以太网帧的最后一个slice。本发明E0C网络中物理层帧的封装与解封装方法具有如下有益效果其一，封装和解封装操作都在物理层完成，对其上的数据链路层而言是完全透明 的，并且可以使同一物理层帧中的所有以太网帧共享相同的物理层信道信息，提高了传输 效率。其二，每个以太网帧所增加的只是两字节的h，每个物理层分段所增加的只是两字 节的H和16字节的F，有利于数据链路层对数据传输的调度。其三，新设计的物理层帧采用链表结构，形成物理层分段的过程中可以处理各种 长度的以太网帧(而不需要所有以太网帧都有一个固定长度)，解封装物理层帧的过程中 不需要存储整个物理层帧而是以物理层分段为单位。其四，每个物理层分段具有独立的H和F，一个物理层分段出错不会影响下一个物 理层分段。
权利要求
一种EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，将EOC网络的一个时段内的所有以太网帧封装为一个物理层帧，将所述一个时段内的所有以太网帧作为物理层帧的数据部分，在该数据部分之前加上物理层帧的帧头，和/或在该数据部分之后加上物理层帧的帧尾。
2.根据权利要求1所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述帧头和/或 帧尾包括物理层信道信息，所述一个时段内的所有以太网帧共享这些物理层信道信息。
3.根据权利要求1所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述一个时段是 指半双工EOC网络中的一个下行时段或一个上行时段，或者指全双工EOC网络中的一个下 行周期或一个上行周期。
4.根据权利要求1所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述方法包括如 下步骤第1步，在每个以太网帧之前加入以太网帧头部信息；第2步，将一个时段内的所有加入了以太网帧头部信息的以太网帧以固定长度分割为 多个数据块，最后一个数据块的长度小于固定长度或者进行填充以达到固定长度；第3步，在分割后的每个数据块之前加入物理层分段头部信息；第4步，将加入了物理层分段头部信息的每个数据块以一种前向纠错方法进行编码， 产生的校验信息加入到每个数据块之后；之前加入物理层分段头部信息、之后加入校验信息的每个数据块作为一个物理层分段；第5步，将所有物理层分段依次连接，形成一个物理层帧的数据部分，在该数据部分之 前加入帧头，和/或在该数据部分之后加入帧尾，形成一个物理层帧；所述帧头和/或帧尾 包括物理层信道信息。
5.根据权利要求4所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述以太网帧头部信息包括位置信息和指示信息，其中的位置信息指示当前物理层分 段内下一个以太网帧头部信息的位置，若当前物理层分段内不存在下一个以太网帧头部信 息则该位置信息无效；其中的指示信息指示位置信息是否有效，以太网帧的数据是否有效， 以太网帧的起始或结束标志；所述物理层分段头部信息包括位置信息和指示信息，其中的位置信息指示当前物理层 分段内第一个以太网帧头部信息的位置，若当前物理层分段内不存在以太网帧头部信息则 该位置信息无效；其中的指示信息指示位置信息是否有效，以太网帧的数据是否有效，以太 网帧的起始或结束标志。
6.根据权利要求5所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述以太网帧头部信息以h表示，h的长度为两字节，第一字节是指示位，以i表示；第 二字节是指针，以P表示；i中的第O个比特指示其后紧接着的P是否是一个有效指针；第 ι个比特指示从紧接着的P到下一个i或到当前物理层分段结束之间的数据是否是有效的 以太网帧数据；第2个比特指示当前的h之后的下一个i或物理层分段的结束是否是一个 以太网帧的结束；P指向当前物理层分段内下一个i的位置，如果没有下一个i，则P无效； P的范围局限于当前物理层分段；所述物理层分段头部信息以H表示，H的长度为两字节，第一字节是指示位，以I表示；第二字节是指针，以P表示；I中的第O个比特指示其后紧接着的P是否是一个有效指针； 第1个比特指示从紧接着的P到当前H之后的下一个i或到当前物理层分段的结束之间的 数据是否有效；第2个比特指示当前H之后的下一个i或当前物理层分段的结束是否是一 个以太网帧的结束；P指向当前物理层分段内第一个i的位置，如果没有i，则P无效；P的 范围局限于当前物理层分段。
7.根据权利要求5所述的EOC网络中物理层帧的封装方法，其特征是，所述方法包括如 下步骤第1步，在每个以太网帧之前加入两字节的以太网帧头部信息； 第2步，将加入了以太网帧头部信息的以太网帧的连续数据以186字节为单位分割为 多个数据块，最后一个数据块小于186字节或者进行填充以达到186字节；第3步，在每个长度为186字节的数据块之前加入两字节的物理层分段头部信息，形成 长度为188字节的数据块；第4步，将每个长度为188字节的数据块以RS (204，188)进行编码，产生16字节的校 验信息并将其加入到每个长度为188字节的数据块之后，形成长度为204字节的物理层分 段；当最后一个数据块的长度小于188字节时，先填充全零至188字节，再做RS (204，188) 编码，产生16字节的校验信息后将全零填充丢弃；第5步，将所有物理层分段依次连接，形成一个物理层帧的数据部分，在该数据部分之 前加入帧头，和/或在该数据部分之后加入帧尾，形成一个物理层帧；所述帧头和/或帧尾 包括物理层信道信息。
8.—种EOC网络中物理层帧的解封装方法，其特征是，提取所述物理层帧的数据部分， 恢复出一个或多个以太网帧。
9.根据权利要求8所述的EOC网络中物理层帧的解封装方法，其特征是，所述方法包括 如下步骤第1步，去除物理层帧的帧头和/或帧尾，仅保留数据部分，将数据部分分解为多个物 理层分段；第2步，对每个物理层分段进行前向纠错校验，当出现不可纠正的错误，舍弃该物理层 分段；第3步，通过前向纠错校验后，舍弃所有物理层分段的校验信息； 第4步，依次读取每个物理层分段的物理层分段头部信息，以及每个物理层分段中的 以太网帧头部信息；当一个以太网帧完全在一个物理层分段内时，恢复该以太网帧； 当一个物理层分段包括一个以上以太网帧时，恢复所述一个以上以太网帧； 当一个以太网帧跨越两个或更多物理层分段时，读取所述两个或多个物理层分段头部 信息，恢复该以太网帧；重复第4步直至恢复出所有以太网帧。
10.根据权利要求6或9所述的EOC网络中物理层帧的解封装方法，其特征是，所述方 法的第4步具体包括如下步骤读取第1个物理层分段开头的I和P ；初始时开辟一个空的以太网帧作为当前帧； 当I的第O个比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位置 之间的数据有效、且I的第2个比特指示当前H之后的下一个i就是以太网帧的结束标志 时，提取当前P的位置到P指向的位置之间的数据作为当前以太网帧的数据，同时结束当前 以太网帧；然后重新开辟一个空的以太网帧作为当前帧；当I的第O比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位置之 间的数据有效、且I的第2个比特指示当前H之后的下一个i不是以太网帧的结束标志时， 提取当前P的位置到P指向的位置之间的数据作为当前以太网帧的数据，但不会结束当前 以太网帧；当I的第O比特指示P有效、且I的第1个比特指示当前P的位置到P指向的位置之 间的数据无效时，丢弃当前P的位置到P指向的位置之间的数据；当I的第O比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层分段 的结束之间的数据有效、且I的第2个比特指示当前物理层分段的结束就是以太网帧的结 束标志时，提取当前P的位置到当前物理层分段的结束之间的数据作为当前以太网帧的数 据，同时结束当前以太网帧。然后重新开辟一个空的以太网帧作为当前帧；当I的第O比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层分段 的结束之间的数据有效、且I的第2个比特指示当前物理层分段的结束不是以太网帧的结 束标志时，提取当前P的位置到当前物理层分段的结束之间的数据作为当前以太网帧的数 据，但不会结束当前以太网帧；当I的第O比特指示P无效、且I的第1个比特指示当前P的位置到当前物理层分段 的结束之间的数据无效时，丢弃当前P的位置到当前物理层分段的结束之间的数据；在处理完当前物理层分段开头的I、P后，如果P有效，即该物理层分段中还有第2个i、 P，继续按和处理I、P相同的步骤处理完分段内所有的i、P ；按相同步骤依次处理完所有的物理层分段，该物理层帧的解封装即处理完毕。
全文摘要
本发明公开了一种EOC网络中物理层帧的封装方法，将EOC网络的一个时段内的所有以太网帧封装为一个物理层帧，将所述一个时段内的所有以太网帧作为物理层帧的数据部分，在该数据部分之前加上物理层帧的帧头，和/或在该数据部分之后加上物理层帧的帧尾。所述帧头和/或帧尾包括物理层信道信息，所述一个时段内的所有以太网帧共享这些物理层信道信息。本发明EOC网络中物理层帧的解封装方法是，提取所述物理层帧的数据部分，恢复出一个或多个以太网帧。本发明可以使同一物理层帧中的所有以太网帧共享相同的物理层信道信息，提高了传输效率。
文档编号H04L29/06GK101841513SQ20091005696
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者聂红儿, 高庆峰 申请人:天际微芯(北京)科技有限公司;普然技术公司