一種改進(jìn)型環(huán)網(wǎng)保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2014-03-05 08:23洪菁岑田耕

現(xiàn)代電子技術(shù) 2014年3期

洪菁岑+田耕

摘要：為滿足ITU?T標(biāo)簽本地化的要求，討論了一種改進(jìn)型的基于Wrapping保護(hù)的環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案，詳細(xì)論述了通路建立與倒換機(jī)制，介紹了相關(guān)功能模塊的架構(gòu)，并對(duì)保護(hù)倒換時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。該環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案的保護(hù)倒換時(shí)間滿足工程應(yīng)用50 ms要求，可為分組傳送網(wǎng)承載業(yè)務(wù)提供有效的網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)網(wǎng)保護(hù)； Wrapping；標(biāo)簽本地化；分組傳送網(wǎng)

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）03?0001?03

Design and implementation of an improved ring protection mechanism

HONG Jing?cen1， TIAN Geng2

（1. Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430074， China；

2. Fiberhome Telecommunication Technologies Co.， Ltd.， Wuhan 430073， China）

Abstract： In order to meet the requirement of ITU?T label localization， an improved ring protection program based on Wrapping protection is discussed. The pathway creation and switching mechanism are introduced. The architecture of function modules is introduced and the protection switching time is tested. The protection switching time of the ring protection mechanism could meet the requirement of 50 ms， and it can provide effective network?level protection for bearer service of packet transport network.

Keywords： ring protection； Wrapping； label localization； packet transport network

當(dāng)今PTN網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入規(guī)模部署階段，從線性APS到環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的切換也勢(shì)必成為趨勢(shì)[1]。PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案規(guī)模性商用的勢(shì)頭初顯，如何讓網(wǎng)絡(luò)更具穩(wěn)定性、可靠性無(wú)疑將成為研究的重頭戲之一。環(huán)網(wǎng)保護(hù)之中，由于更易滿足50 ms倒換時(shí)間要求，Wrapping保護(hù)較之Steering保護(hù)有著更為普遍的應(yīng)用[2]。研究Wrapping環(huán)網(wǎng)保護(hù)的改進(jìn)方案，對(duì)探索如何為承載網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)提供更佳的保障有著實(shí)際意義[3]。在早期的Wrapping保護(hù)方案中，環(huán)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作路徑環(huán)標(biāo)簽、保護(hù)路徑環(huán)標(biāo)簽必須分別保持一致[4]。而這一點(diǎn)與ITU?T標(biāo)準(zhǔn)中提出的標(biāo)簽本地化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可進(jìn)行標(biāo)簽替換的原則相悖[5]?；谝陨弦?，本文討論了一種改進(jìn)型的Wrapping保護(hù)方案的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

1 改進(jìn)型環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.1 保護(hù)方案概述

為便于管理和配置共享保護(hù)環(huán)，本方案以環(huán)為單位建立獨(dú)立的環(huán)邏輯層，環(huán)的配置、管理與倒換都基于環(huán)進(jìn)行操作，業(yè)務(wù)基于環(huán)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)[6]。一個(gè)端口可以承載多個(gè)環(huán)通道，一個(gè)環(huán)可以承載多條需要進(jìn)行環(huán)網(wǎng)保護(hù)的業(yè)務(wù)LSP[7]。為滿足標(biāo)準(zhǔn)中提出的環(huán)LSP標(biāo)簽本地化的要求，業(yè)務(wù)在工作路徑和保護(hù)路徑上都?jí)喝胍粚訕?biāo)簽，每個(gè)節(jié)點(diǎn)壓入的標(biāo)簽都不相同。業(yè)務(wù)到達(dá)不同節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)標(biāo)簽替換的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)，或者通過(guò)彈出外層標(biāo)簽再匹配的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)下話。環(huán)邏輯層次如圖1所示。

圖1 環(huán)網(wǎng)保護(hù)管道邏輯層次示意圖

1.2 標(biāo)簽分配與環(huán)的建立

不同于僅建立一組環(huán)通道的典型Wrapping環(huán)配置，為實(shí)現(xiàn)本地標(biāo)簽可配并相對(duì)獨(dú)立，需要以業(yè)務(wù)下環(huán)節(jié)點(diǎn)作為目的節(jié)點(diǎn)，配置相應(yīng)的環(huán)通道。環(huán)通道標(biāo)簽按照RFC3031的downstream?assigned（下游分配）方式進(jìn)行分配，標(biāo)簽標(biāo)識(shí)報(bào)文的下一跳節(jié)點(diǎn)，滿足各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立分配標(biāo)簽的要求。

對(duì)于環(huán)承載的LSP通道，上環(huán)時(shí)根據(jù)環(huán)ID、下環(huán)點(diǎn)及運(yùn)行的方向封裝相應(yīng)的環(huán)工作通道標(biāo)簽，發(fā)送到下一跳；環(huán)的中間節(jié)點(diǎn)基于環(huán)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)SWAP動(dòng)作進(jìn)行環(huán)標(biāo)簽替換，繼續(xù)發(fā)給下一跳；當(dāng)報(bào)文到達(dá)下環(huán)節(jié)點(diǎn)（即目的節(jié)點(diǎn)），下環(huán)節(jié)點(diǎn)會(huì)通過(guò)POP（彈出標(biāo)簽）動(dòng)作剝掉環(huán)通道標(biāo)簽并根據(jù)內(nèi)層的Tunnel LSP標(biāo)簽和PW標(biāo)簽處理報(bào)文。

若環(huán)上的目的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為[n，]需要?jiǎng)?chuàng)建[n]組環(huán)通道。本文以創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)D為目的節(jié)點(diǎn)的環(huán)通道為例進(jìn)行討論。為便于論述，約定順時(shí)針方向?yàn)檎?。首先討論上游?jié)點(diǎn)C正向業(yè)務(wù)，所需創(chuàng)建通道如下：對(duì)在節(jié)點(diǎn)C上環(huán)的業(yè)務(wù)，創(chuàng)建發(fā)向節(jié)點(diǎn)D的正向工作通道，分配標(biāo)簽RCW1（Ring Clockwise Work Channel，環(huán)正向工作通道），標(biāo)簽動(dòng)作為PUSH（壓入標(biāo)簽）；對(duì)觸發(fā)Wrapping保護(hù)后來(lái)自于節(jié)點(diǎn)C的業(yè)務(wù)，創(chuàng)建發(fā)往上游節(jié)點(diǎn)B的反向保護(hù)通道，分配出標(biāo)簽RAP1（Ring Anticlockwise Protect Channel，環(huán)反向保護(hù)通道）；對(duì)來(lái)自節(jié)點(diǎn)B的業(yè)務(wù)報(bào)文，匹配入標(biāo)簽RCW2，標(biāo)簽動(dòng)作為SWAP（交換標(biāo)簽），出標(biāo)簽為節(jié)點(diǎn)D方向的通道標(biāo)簽RCW1；對(duì)觸發(fā)Wrapping保護(hù)后來(lái)自于節(jié)點(diǎn)D的業(yè)務(wù)報(bào)文，創(chuàng)建發(fā)往上游節(jié)點(diǎn)B的反向保護(hù)通道，匹配入標(biāo)簽RAP1，標(biāo)簽動(dòng)作為SWAP，分配出標(biāo)簽RAP2。

同理，節(jié)點(diǎn)C反向業(yè)務(wù)需創(chuàng)建發(fā)往節(jié)點(diǎn)B的出標(biāo)簽RAW5的反向工作通道（目的節(jié)點(diǎn)D到節(jié)點(diǎn)C無(wú)反向工作通道），以及入標(biāo)簽RCP2、標(biāo)簽動(dòng)作SWAP、出標(biāo)簽RCP1的正向保護(hù)通道。

與此類似，節(jié)點(diǎn)B、節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)F、節(jié)點(diǎn)E、節(jié)點(diǎn)D分別分配環(huán)標(biāo)簽，創(chuàng)建以節(jié)點(diǎn)D為目的節(jié)點(diǎn)的正向工作通道、正向保護(hù)通道、反向工作通道和反向保護(hù)通道，組成環(huán)網(wǎng)的通道。環(huán)通道示意圖如圖2所示。

圖2 PTN Wrapping環(huán)通道示意圖（以D節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)）

1.3 業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作及保護(hù)倒換

如圖3所示，以節(jié)點(diǎn)A上環(huán)、節(jié)點(diǎn)D下環(huán)的正向業(yè)務(wù)為例，環(huán)通道狀態(tài)正常時(shí)，業(yè)務(wù)在節(jié)點(diǎn)A通過(guò)PUSH動(dòng)作壓入標(biāo)簽RCW3，發(fā)往節(jié)點(diǎn)B；節(jié)點(diǎn)B匹配RCW3標(biāo)簽，通過(guò)SWAP動(dòng)替換為標(biāo)簽RCW2，發(fā)往節(jié)點(diǎn)C；節(jié)點(diǎn)B匹配RCW2標(biāo)簽，通過(guò)SWAP動(dòng)替換為標(biāo)簽RCW1，發(fā)往節(jié)點(diǎn)D；節(jié)點(diǎn)D接收?qǐng)?bào)文后，匹配標(biāo)簽RCW1確定本節(jié)點(diǎn)為下環(huán)點(diǎn)，進(jìn)行下環(huán)處理，通過(guò)POP動(dòng)作彈出標(biāo)簽RCW1，再根據(jù)LSP標(biāo)簽進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

圖3 正常狀態(tài)業(yè)務(wù)通道（節(jié)點(diǎn)A上環(huán)、節(jié)點(diǎn)D下環(huán)）

當(dāng)環(huán)通道出現(xiàn)鏈路故障或節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，故障兩端點(diǎn)將所有發(fā)向故障處的工作通道環(huán)回到發(fā)往同一下環(huán)點(diǎn)的反向保護(hù)通道，將所有發(fā)向故障處的保護(hù)通道環(huán)回到發(fā)往同一下環(huán)點(diǎn)的反向工作通道。

如圖4所示，節(jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)C間發(fā)生故障，節(jié)點(diǎn)B和C分別將發(fā)往鏈路B?C的環(huán)通道進(jìn)行環(huán)回，即B節(jié)點(diǎn)將發(fā)往D節(jié)點(diǎn)的正向工作通道環(huán)回到反向保護(hù)通道，同樣C節(jié)點(diǎn)將發(fā)往D節(jié)點(diǎn)的反向保護(hù)通道環(huán)回到正向工作通道。

圖4 倒換狀態(tài)業(yè)務(wù)通道（節(jié)點(diǎn)A上環(huán)、節(jié)點(diǎn)D下環(huán)）

各節(jié)點(diǎn)處理如下：B節(jié)點(diǎn)將正向工作通道本應(yīng)發(fā)往C節(jié)點(diǎn)的報(bào)文通過(guò)反向保護(hù)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)SWAP動(dòng)作將正向工作標(biāo)簽RCW3替換為A節(jié)點(diǎn)分配的反向保護(hù)通道標(biāo)簽RAP4，發(fā)往節(jié)點(diǎn)A；A節(jié)點(diǎn)匹配通道標(biāo)簽RAP4，替換為RAP3轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)F；同理，F(xiàn)、E、D均通過(guò)反向保護(hù)通道對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直至節(jié)點(diǎn)C；節(jié)點(diǎn)C根據(jù)保護(hù)倒換動(dòng)作，匹配反向保護(hù)通道標(biāo)簽RAP6后，通過(guò)SWAP動(dòng)作替換為正向工作通道標(biāo)簽RCW1，轉(zhuǎn)發(fā)至節(jié)點(diǎn)D。D節(jié)點(diǎn)接收到報(bào)文后，匹配標(biāo)簽RCW1，通過(guò)POP動(dòng)作彈出標(biāo)簽后匹配LSP標(biāo)簽進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，完成下環(huán)動(dòng)作。

2 應(yīng)用層功能邏輯

2.1 環(huán)網(wǎng)保護(hù)模塊組成及邏輯框圖

PTN設(shè)備環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能主要由網(wǎng)管進(jìn)行環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置、標(biāo)簽分發(fā)，并通過(guò)交叉盤與線路盤實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽轉(zhuǎn)換及工作、保護(hù)路徑切換。

建立環(huán)通道時(shí)，交叉盤、線路盤從網(wǎng)管獲取環(huán)配置及分配環(huán)標(biāo)簽；環(huán)網(wǎng)運(yùn)作時(shí)，交叉盤負(fù)責(zé)獲取線路盤發(fā)來(lái)的環(huán)路告警及狀態(tài)信息，并依據(jù)環(huán)路告警及狀態(tài)信息下發(fā)控制命令至線路盤進(jìn)行調(diào)度；線路盤則向交叉盤上報(bào)環(huán)路告警及狀態(tài)信息，接收交叉盤發(fā)來(lái)的控制命令，并在本盤根據(jù)控制命令完成主備用標(biāo)簽轉(zhuǎn)換及業(yè)務(wù)路徑切換動(dòng)作。

交叉盤側(cè)相關(guān)功能主要由配置處理模塊、環(huán)告警及狀態(tài)獲取模塊、環(huán)網(wǎng)保護(hù)狀態(tài)機(jī)處理模塊、環(huán)保護(hù)動(dòng)作命令下發(fā)模塊完成；線路盤側(cè)由配置處理模塊、OAM模塊、環(huán)告警及狀態(tài)上報(bào)模塊和環(huán)保護(hù)切換模塊完成；網(wǎng)管側(cè)則通過(guò)網(wǎng)管環(huán)網(wǎng)配置模塊實(shí)現(xiàn)。

對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)（設(shè)備），環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能邏輯框圖如圖5所示。

圖5 環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能邏輯框圖

2.2 模塊功能及關(guān)系說(shuō)明

各模塊實(shí)現(xiàn)的功能如下：

網(wǎng)管環(huán)網(wǎng)配置模塊提供環(huán)網(wǎng)配置的用戶操作界面及標(biāo)簽分配，按照與設(shè)備之間的協(xié)議將配置分發(fā)到設(shè)備的線路盤及交叉盤上。

線路盤與交叉盤的配置處理模塊負(fù)責(zé)接收網(wǎng)管環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置塊的信息，整理環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置塊數(shù)據(jù)傳給交換芯片，完成LSP、OAM相關(guān)的配置處理。

交叉盤側(cè)，環(huán)告警及狀態(tài)獲取模塊由主從通信模塊獲取線路盤上報(bào)的線路告警、LSP通道告警及接收環(huán)網(wǎng)APS信息，并上報(bào)給環(huán)網(wǎng)保護(hù)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果下發(fā)給環(huán)保護(hù)動(dòng)作命令下發(fā)模塊，環(huán)保護(hù)動(dòng)作命令下發(fā)模塊通過(guò)主從通信模塊向線路盤下發(fā)APS報(bào)文及保護(hù)切換動(dòng)作。

線路盤側(cè)，環(huán)告警及狀態(tài)上報(bào)模塊獲取環(huán)工作路徑和保護(hù)路徑的線路告警、LSP通道告警和APS信息，實(shí)時(shí)上報(bào)給交叉盤；環(huán)保護(hù)切換模塊負(fù)責(zé)接收交叉盤發(fā)出的控制命令及APS發(fā)送信息，完成標(biāo)簽轉(zhuǎn)換和業(yè)務(wù)路徑的切換，并向線路盤發(fā)出APS報(bào)文。

2.3 保護(hù)倒換時(shí)間測(cè)試

按照上述方案，使用4臺(tái)PTN設(shè)備搭建環(huán)路并配置環(huán)網(wǎng)保護(hù)通道，測(cè)試該改進(jìn)型環(huán)網(wǎng)保護(hù)機(jī)制的保護(hù)倒換時(shí)間，通道容量為10 Gb/s，使用Spirent Test Center儀表收發(fā)報(bào)文，業(yè)務(wù)報(bào)文長(zhǎng)度設(shè)為1 400 B，速率設(shè)置為4 500 Mb/s。

采用拔纖的方式觸發(fā)環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換，業(yè)務(wù)丟包率如圖6所示。

圖6 SpirentTestCenter儀表保護(hù)倒換丟包數(shù)據(jù)

由以上4組數(shù)據(jù)可得，環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換時(shí)間約為20 ms。經(jīng)多組測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本方案保護(hù)倒換時(shí)間與環(huán)網(wǎng)規(guī)模有關(guān)，滿足工程50 ms以內(nèi)的要求，方案切實(shí)可行。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文討論了一種基于Wrapping保護(hù)機(jī)制的環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，該保護(hù)方案通過(guò)將環(huán)上的業(yè)務(wù)統(tǒng)一增加環(huán)標(biāo)簽，在各節(jié)點(diǎn)分配不同標(biāo)簽，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)屬性對(duì)環(huán)標(biāo)簽進(jìn)行操作，監(jiān)測(cè)鏈路狀態(tài)并在環(huán)通道發(fā)生故障時(shí)迅速、有效地進(jìn)行保護(hù)倒換，保障業(yè)務(wù)的正常傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[8]。本機(jī)制滿足各種常用組網(wǎng)方式下的網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)需求。

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