雙宿以太網的保護切換方法以及實施該方法的分布式網元的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種新穎的雙宿以太網的保護切換方法以及實施該方法的分布式結構。本發明的方案利用了G.8131和G.8032中的優點，即在此提出的雙宿保護方法利用了G.8131中的有限狀態機和G.8032中的R-APS數據包作為MAC更新消息，并且還提出了一種用于實施該方法的分布式的架構。在本發明中，通過使用R-APS數據包來進行MAC更新來避免在由于信號失效或衰減引起的保護切換過程中的數據損失。與此同時，分布式的實施架構有利于增強保護組容量，簡化網絡管理并且改善設備的可靠性。因此，通過將依據本發明的方法結合上述分布式的架構能夠提供高質量的電信服務、減少對硬件資源的消耗、降低成本、增大保護容量等突出優點。
【專利說明】雙宿以太網的保護切換方法以及實施該方法的分布式網元
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動通信和光網絡通信技術，尤其涉及一種雙宿以太網的保護切換方法以及實施該方法的分布式網元。
【背景技術】
[0002]隨著網絡通信量、移動性和關鍵應用對于網絡的依賴性的迅猛發展，要求無線寬帶系統的發展不僅要能支持移動用戶的增長的帶寬要求，還需要能夠為這些用戶提供可靠的連接。而這些無線接入網絡又與固網連接。
[0003]因此，對于網絡的生存性的研究著重于固網和無線接入網。為了改善網絡的生存性，網絡能夠由兩個端至端的T-PMLS域構成，其從接入設備(例如網元)和宿端延伸至核心設備。冗余的雙節點連接賦予了網絡較高的彈性，并且克服了許多故障，如圖1所示。然而，在保護切換期間，雙節點很容易丟失數據包，因為相關的MAC地址表不能夠被及時地更新。對于那些大容量的切換設備的MAC地址表，尤其存在上述問題。
[0004]在現有技術中，對于T-MPLS/MPLS-TP網絡的現有的保護機制有線性保護(I: I和1+1) (G.8131)和環網保護(G.8132)。然而它們都不能應用于下述情況，即網元被雙宿地連接至上行的兩個網元(圖1中的核心節點I和核心節點2)。因為在1:1或1+1線性保護中，工作路徑和保護路徑必須終于相同的網元，而不能工作于一個網元而保護另一個網元。而對于環網保護，其僅能夠為單一的環提供保護，因而不能夠應用至工作/保護路徑在接入網、核心網和/或聚合網絡中延伸的情形。
[0005]此外，帶有多個I/O卡的網元和/或宿端總是采用集中式的架構。即，保護切換總是在集中在核心板上。該核心板包括自動保護切換有限狀態機(Auto ProtectionSwitching Finite State Machine，APSFSM)、保護切換表、數據路徑切換、控制管理、操作管理維護(Operation Administration and Maintenance, 0AM)處理器和 CPU。當檢測到路徑信號失效(Track Signal Fail7TSF)或信號衰減(SignalDegrade)或從環網自動保護切換(Ring Auto Protection Switching, R-APS)數據包接收到遠程切換請求時，APS FSM將運行，然后將數據路徑從工作路徑切換至保護路徑。當然，也可以通過CPU來自動或手動地實施保護切換。同時，APS FSM的狀態將被匯報至主CPU。圖2中示出了雙宿機制的集中式的實施形式。
[0006]然而，由于保護切換組的容量的增大，這種集中式的實施結構將產生如下問題，例如消耗過多的FPGA或硬件資源、CPU將承受過高的負載、當不合適的冗余備份時可靠性將降低。這將對電信服務產生不利的影響。
【發明內容】
[0007]針對上述問題，根據本發明的第一方面，提出了一種在雙宿以太網的網元中進行保護切換的方法，其中所述雙宿以太網還包括第一宿端與第二宿端，所述第一宿端與所述第二宿端連接，所述第一宿端與所述網元構成工作路徑，所述第二宿端與所述網元構成保護路徑，所述方法包括如下步驟:b.當檢測到所述工作路徑發生路徑信號失效或信號衰減時，以第一預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送第一 R-APS數據包，所述第一 R-APS數據包指示更新MAC地址表。
[0008]優選地，所述步驟b進一步包括:當檢測到所述工作路徑發生路徑信號失效或信號衰減時，以第一預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送三個第一 R-APS數據包，所述第一 R-APS數據包指示更新MAC地址表，并且再發送完所述三個第一 R-APS數據包之后，不再發送所述第一 R-APS數據包。
[0009]優選地，所述方法在步驟b之前還包括步驟a:a.經由所述工作路徑向所述第一宿端發送第三R-APS數據包，以檢測是否真實存在路徑信號失效或信號衰減，當真實存在所述路徑信號失效或所述信號衰減時，實施步驟b。
[0010]優選地，所述方法還包括步驟c:c.經由所述保護路徑與所述第二宿端進行通信。
[0011]優選地，當所述工作路徑恢復正常時，所述方法還包括步驟d和e:d.以第二預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送第四R-APS數據包，所述第四R-APS數據包指示再次更新所述MAC地址表；以及e.經由所述工作路徑與所述第一宿端進行通信。
[0012]優選地，所述第一預定時間間隔和/或所述第二預定時間間隔為3.3毫秒。
[0013]根據本發明的第二方面，提出了一種用于實施依據本發明的方法的分布式網元，所述網元包括:主板，其包括有限狀態機，用于分別從多個從板接收路徑信號失效或信號衰減，并且基于所述路徑信號失效或所述信號衰減來創建第一 R-APS數據包和切換狀態信息，并且將所述第一 R-APS數據包和所述切換狀態信息發送至相應的從板，其中所述第一R-APS數據包指示更新MAC地址表，所述切換狀態信息指示將要切換至的保護路徑，所述相應的從板管轄所述保護路徑；以及多個從板，其分別與所述主板連接，用于檢測工作路徑的所述路徑信號失效或所述信號衰減，并且從所述主板接收所述第一 R-APS數據包和所述切換狀態信息，并且根據所述切換狀態信息經由所述保護路徑發送所述第一 R-APS數據包。
[0014]優選地,所述主板與所述多個從板之間通過reggen_giga總線連接。
[0015]優選地，以SIPL協議實施所述主板與所述多個從板之間的通信。
[0016]在本發明中利用了 G.8131和G.8032中的優點，即在此提出的雙宿保護方法利用了 G.8131中的有限狀態機和G.8032中的R-APS數據包作為MAC更新消息。本發明能夠支持T-MPLS路徑保護和MPLS-TP路徑保護，增強了網絡、尤其是無線接入網絡的生存性。通過使用R-APS數據包來進行MAC更新，可以避免在由于信號失效或衰減引起的保護切換過程中的數據損失。與此同時，分布式的實施架構有利于增強保護組容量，簡化網絡管理并且改善設備的可靠性。因此，通過將依據本發明的方法結合上述分布式的架構能夠提供高質量的電信服務、減少對硬件資源的消耗、減低成本、增大保護容量等突出優點。
[0017]本發明的各個方面將通過下文中的具體實施例的說明而更加清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更加明顯:
[0019]圖1示出了根據本發明的一個實施例的雙宿拓撲網絡示意圖；
[0020]圖2示出了根據本發明的一個實施例的現有的宿端的集中式的架構；[0021]圖3示出了根據本發明的一個實施例的SIPL協議格式；以及
[0022]圖4示出了根據本發明的一個實施例的分布式網元的示意圖。
[0023]在圖中，貫穿不同的示圖，相同或類似的附圖標記表示相同或相對應的部件或特征。
【具體實施方式】
[0024]一方面，在此的雙宿保護切換方法利用了 G.8031和G.8131中的1:1保護切換有限狀態機、可返回模式和非返回模式、傳輸和接收APS數據包。在G.8031和G.8131中，應當盡快地傳輸前三個APS數據包，以便在一個或兩個APS數據包丟失或損壞的情況下也可以實現快速地保護切換。對于50ms內的快速保護切換，應該以3.3ms間隔發送前三個APS數據包。3.3ms的間隔與用于快速缺陷檢測的連接性檢查消息(Continuity Check Message,CCM)的間隔相同。在前三個數據包之后的APS數據包應該以5ms的間隔發送。然而，在APS格式中并沒有定義節點的MAC地址。這些缺陷可能導致在保護切換期間的數據包或APS數據包的丟失，因為網絡管理軟件沒有及時地更新節點的MAC地址。
[0025]在本發明中，宿端將在工作路徑發送R-APS數據包，這與通常的1:1APS功能不同。當然，通過設置相關的控制寄存器，雙宿也可以完全地支持1: 1APS。
[0026]另一方面，在此的雙宿保護切換方法借助了 G.8032中的R-APS格式。以太網OAM 0pcode40 (0X28)將識別R-APS數據包。R-APS數據包使用MAC目的地址01-19-A7-00-00-01。在本發明的R-APS的特定格式中，具有7比特的DNF (DoNot Flush，不要更新)。當DNF配置為I時，則表示接收到該數據包之后過濾數據庫(FilteringDatabase, FDB)的更新將不會被觸發。當DNF配置為O時,則表示接收到該數據包之后過濾數據庫的更新將被觸發。6比特的節點ID被用于定義專用于該環節點的MAC地址。在環鏈路中檢測到信號失效(Signal Fail, SF)條件時將觸發保護切換。檢測到保護切換的節點將在環上雙向地發送R-APS數據包。只要SF條件持續，檢測到SF條件的節點將連續地發送R-APS數據包。假定節點在SF條件發生前處于空載狀態，一旦檢測到SF條件，那么節點將觸發本地的FDB更新。接收到不帶有DNF指示的R-APS數據包的環上的節點將實施更新FDB操作。雖然環網保護提供了生存性，但是其具有兩個相反的方向，這就使得網絡管理和控制相當困難。工作路徑能夠被配置為一個方向，例如順時針的，而保護路徑能夠被配置為另一方向。環網保護還要求為每個節點設置較為智能的功能設置，以區分由錯誤引起的標簽切換路徑(Label Switch Path，LSP)，并且觸發正確的保護切換。
[0027]在此，依據本發明的雙宿保護切換方法減少了環網保護的復雜性，并且利用了環網保護中的對節點的MAC更新的優點。
[0028]在本發明中，雙宿的R-APS數據包可以是帶VLAN標簽的，或不帶VLAN標簽的，并且被雙宿網絡封裝在路徑中。R-APS數據包應該以3.33ms的間隔發送，并且在此之后不再發送R-APS數據包。在操作員下達命令或等待恢復(Waitto Restore，WTR)結束之后，在切換至保護路徑之后，FSM將通過雙宿路徑組中的相應的保護路徑發送3個連續的R-APS數據包至所連接的節點。在由操作人員實施的強制切換或手動切換的情況下，FSM將在先前的路徑上發送R-APS數據包(其指示實施對MAC的更新)，以在通信從工作路徑轉移至保護路徑時或命令取消通信返回至工作路徑時觸發在核心節點區域中的MAC更新。在可返回模式中，當通信返回至工作路徑，FSM將在保護路徑(在返回之前在該路徑上進行通信)上發送指示MAC更新的R-APS數據包，以觸發在核心節點區域中的MAC更新。這種雙宿機制的切換時間小于50ms (不包括狀態保持時間和SF檢測時間)。
[0029]與傳統的保護切換都在主板上實現相反，在此還提出了一種分布式網元的實現方式。這種實現架構由I個主板，和多個I/o卡(從板)組成。這種架構增加了 I/O卡的保護容量，并且支持了更多的I/o卡，簡化對I/O的網絡管理，減輕主板上的CPU負載并且提高了設備可靠性。同時，這種實施架構降低了網絡設備的成本，并且為用戶提供了高質量的電信服務。
[0030]圖4中不出了這種分布式架構,其具有主板和多個從板。FSM設置在主板上。主板包括APS FSM、槽保護切換表、槽數據切換、TSF缺陷處理、R-APS數據包處理和簡單內部數據包鏈接(Simplelnternal Packet Link，SIPL)協議。SIPL能夠將槽保護切換表、槽數據切換和R-APS數據包封裝成相關的數據包信息，并將其發送至相關的I/O卡。SIPL還能夠接收數據包信息，并從中提取R-APS數據包/TSF缺陷，并且將其轉發至APS FSM。
[0031]在此,SIPL協議用于通過例如reggen_giga總線傳輸數據包信息。在圖6中定義了該數據包信息。最小的包間距為2字節。第一個字節類型域用于指示數據包類型。最后個字節用于校驗和以驗證數據包。數據O至數據N是數據包的內容，其長度能夠從O至2048。SIPL協議縮短了在主板和I/O卡直接的數據包信息的傳送時間。因此，能夠為分布式的架構確保保護切換時間。
[0032]從板能夠接收或發送R-APS數據包。從板還可以檢測SF或從遠程設備接收遠程缺陷指不(Remote Defect Indication, RDI)。aps_fast_provision 模塊(快速切換模塊)用于當主板中的切換狀態改變時，快速地更改外部切換設備的狀態。
[0033]在此，示出了 4個從板，I/O卡1、I/O卡2、I/O卡3和I/O卡4。在I/O卡與主板之間，具有reggen_giga總線連接，其與槽的編號對應。在例子中，對于I/O卡1、I/O卡2、I/O卡3和I/O卡4具有4條reggen_giga總線。分布式架構了提供了可擴展的空間和在同一 I/O卡或多個I/O卡中的切換保護的靈活性。
[0034]例如，在I/O卡3中，與I/O卡3相關的OAM處理維護實體組端點(MaintenaceEntity Group End Point,MEP)的CCM,以找出SF和RDI缺陷狀態。SF和RDI缺陷狀態被封裝在SIPL中，并且通過reggen_giga總線3被傳送至主板。當從板3接收到R-APS時,其也會將接收到R-APS轉發至主板。主板上的APS FSM將處理缺陷以及所接收的R-APS，并且創建新的R-APS和切換狀態通知。在添加了 MEP信息之后，新的R-APS將被封裝在SIPL中，并通過reggen_giga總線3被傳送至相關的從板3。同樣,主板的切換狀態也通過reggen_giga總線3被傳送至從板3。從板3將主板的切換狀態傳送至aps_fast_provision模塊，以快速地更新外部切換設備的狀態。主板的FSM狀態、FSM缺陷和通知將被匯報至CPU。同時，CPU將產生命令，以更新相關的MAC地址表來避免數據包的丟失。
[0035]通過這種更新MAC表的方法，能夠有效地避免在接入網的切換保護期間由于虛擬專用業務網絡中的MAC表的未更新所導致的問題，例如通信包將被引導至失效的端口。
[0036]綜上所述，本發明提取了 G.8131和G.8032中的優點，從而提出了一種雙宿以太網保護切換方法和相應的分布式的實施架構。相比于G.8131/G.8132，在此的雙宿以太網保護切換方法不僅能夠應用在1: 1、1+1或單環中，而且還能夠應用在雙宿的拓撲結構中。這種方法能夠改善無線接入網絡和固網的生存性、減少對硬件資源的消耗、增大保護容量。并且在此所述的方法還能夠應用于各種拓撲結構，諸如環網、多跳網絡等。相比于原有的集中式架構，本發明的分布式架構易于擴展(例如支持更多的保護組)，從而減少了整個系統的成本并且改善了設備的可靠性。對于大容量的切換設備，本發明能夠解決在保護切換期間的數據包的丟失問題。
[0037]需要說明的是，上述實施例僅是示范性的，而非對本發明的限制。任何不背離本發明精神的技術方案均應落入本發明的保護范圍之內，這包括使用在不同實施例中出現的不同技術特征，裝置方法可以進行組合，以取得有益效果。此外，不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求；“包括”一詞不排除其他權利要求或說明書中未列出的裝置或步驟。
【權利要求】
1.一種在雙宿以太網的網元中進行保護切換的方法，其中所述雙宿以太網還包括第一宿端與第二宿端，所述第一宿端與所述第二宿端連接，所述第一宿端與所述網元構成工作路徑，所述第二宿端與所述網元構成保護路徑，所述方法包括如下步驟: b.當檢測到所述工作路徑發生路徑信號失效或信號衰減時，以第一預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送第一 R-APS數據包，所述第一 R-APS數據包指示更新MAC地址表。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b進一步包括: 當檢測到所述工作路徑發生路徑信號失效或信號衰減時，以第一預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送三個第一 R-APS數據包，所述第一 R-APS數據包指示更新MAC地址表，并且再發送完所述三個第一 R-APS數據包之后，不再發送所述第一 R-APS數據包。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在步驟b之前還包括步驟a: a.經由所述工作路徑向所述第一宿端發送第三R-APS數據包，以檢測是否真實存在路徑信號失效或信號衰減，當真實存在所述路徑信號失效或所述信號衰減時，實施步驟b。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟c: c.經由所述保護路徑與所述第二宿端進行通信。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，當所述工作路徑恢復正常時，所述方法還包括步驟d和e: d.以第二預定時間間隔經由所述保護路徑向所述第二宿端發送第四R-APS數據包，所述第四R-APS數據包指示再次更新所述MAC地址表；以及 e.經由所述工作路徑與所述第一宿端進行通信。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一預定時間間隔和/或所述第二預定時間間隔為3.3毫秒。
7.一種用于實施權利要求1至6中任一項所述方法的分布式網元，所述網元包括: 主板，其包括有限狀態機，用于分別從多個從板接收路徑信號失效或信號衰減，并且基于所述路徑信號失效或所述信號衰減來創建第一 R-APS數據包和切換狀態信息，并且將所述第一 R-APS數據包和所述切換狀態信息發送至相應的從板，其中所述第一 R-APS數據包指示更新MAC地址表，所述切換狀態信息指示將要切換至的保護路徑，所述相應的從板管轄所述保護路徑；以及 多個從板，其分別與所述主板連接，用于檢測工作路徑的所述路徑信號失效或所述信號衰減，并且從所述主板接收所述第一 R-APS數據包和所述切換狀態信息，并且根據所述切換狀態信息經由所述保護路徑發送所述第一 R-APS數據包。
8.根據權利要求7所述的分布式網元，其特征在于，所述主板與所述多個從板之間通過reggen_giga總線連接。
9.根據權利要求7或8所述的分布式網元，其特征在于，以SIPL協議實施所述主板與所述多個從板之間的通信。
【文檔編號】H04L12/26GK103716238SQ201210378853
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優先權日:2012年9月29日
【發明者】唐世慶, 王 琦, 馬曉華 申請人:上海貝爾股份有限公司