CN100446481C - 一种检测路由器中光纤链路的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测路由器中的光纤链路正常与否的方法，该路由器包括光纤、光模块、链路检测模块和数据交换模块，该方法包括步骤，光模块接收从其中一条光纤中传送来的数据，然后将光纤链路中传输的光信号数据转换为多个帧格式的电信号数据；链路检测模块接收各帧数据，根据所述各帧数据中的同步字符和计数器检测各帧数据是否是有效数据，如果是，则设置该光纤链路的状态为正常，同时该数据转发给数据交换模块；若否，则设置该光纤链路的状态为不正常，同时将该光纤链路中的数据丢弃，该方法不但能有效的监控各光纤链路，还能在异常发生时迅速定位故障所在。

Description

一种检测路由器中光纤链路的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种多光纤路由器，尤其涉及一种用于检测多光纤路由器中光纤链路状态的方法。

背景技术

高端路由器是Internet骨干网建设的核心设备。相对中低端传统路由器而言，高端路由器是可运营的电信级路由器设备，高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是其关键属性。

例如，已经在863项目中研发出的一种T比特路由器(例如华为公司的NE08E/16E高端路由器)的结构如图1所示。其由一个交换框(主框)和四个接入框(从框)通过VSR(超短距离光纤)光纤互连而成，VSR光纤从四个从框的ETS(扩展从板)板引出到Shuffle输入端，Shuffle输出端接入到ETM(扩展主板)板的VSR接口。

在图1中，外侧的4个框为接入框，内部主要包括LPU(线路处理单元)板，BKP板(背板，图中未示出)、ETS板和MPU(主控单元)板。其中LPU板主要实现物理端口的实现和用户流量的接入处理；ETS板负责将LPU板接入的用户流量通过VSR送往交换框进行交换，并将交换后的数据分发到相应的LPU板；BKP板则负责机框中各个单板之间的连接。

每块LPU板将接入10Gbps的用户流量，需要一个交换通道进入交换网，一个接入框最多能配置16块LPU板，因此，总共需要16个交换网通道。每个交换通道由16对(双向)2.5Gbps的高速差分信号线构成，由背板分配到每块ETS板。每个交换框中共有4块ETS板，每块负责收集16个交换通道四分之一的流量，即160Gbps(双向)。

中间为交换框结构，内部主要包括ETM板，BKP板，SFU(交换单元)板和MPU板。其中ETM板主要实现将用户容量从接入框接入到交换框，并按照目标端口分发到各个交换平面；SFU板由4个独立的交换平面构成，主要实现数据的交换；BKP板则负责机框中各个单板之间的连接。

交换框中每块ETM板实现4个交换网通道的接入，即40Gbps用户流量的接入。而交换框中最多能配置16块ETM板，因此TSR(Terabit Switch Router交换式T比特路由器)640G系统中最多能配置4个接入框和一个交换框，总共实现640Gbps的用户流量交换。

交换框与接入框之间采用LanSwitch(以太网交换机)互连各主控板，由主框对从框进行管理，如命令下发、接收请求等。

交换框与接入框之间采用并行光纤进行连接，连接的原则是每块ETM板将接入4个完整的交换通道流量。由于ETS板收集了同一机框内16个交换通道各四分之一的流量，因此ETS板与ETM板之间不能采用简单的4对1方式进行连接，而必须使用一个巨大的Shuffle(交叉互连结构)。

上述ETS和ETM是通过shuffle来完成互连的，如图2所示。

其中，Shuffle的两边是MPO(光连接器)，A端MPO通过光缆进入中间的Shuffle，光缆中的光纤在Shuffle中进行交换，重组成光缆连到B端MPO。

Shuffle的内部互连如图3所示。

在该结构中，72通道MPO，仅使用其中的64通道，其余通道不用。A端每个MPO出32对双向2.5G CML(Current Mode Logic，电流模式逻辑，一种高速数据链路接口)高速串行线，每两对一组即两发两收，共16组，分别与B端16个MPO相连。主框的ETM板和从框ETS板到Shuffle的光缆长度一样，约3～4m。

光纤链路是该路由器数据传输、交换的重要部分，路由器的高可靠性设计要求对光纤链路进行监控管理，在异常情况下能够自动排除故障或告警提示。例如。对于该高容量路由器，用户经常没有满配置，光纤经常随板卡拔插，系统就要时时知道光纤的拓扑结构和光纤连接是否完好。

由于使用72芯这样高密度的光纤，在不到0.5平方厘米的光纤端面上集结了72个光端面，光端面非常细小。经常性拔插光纤就容易在光纤端面上沾染灰尘，影响数据传输，造成误码，甚至造成该通道的数据中断。这类故障解决办法就是通过软件关闭相应出故障的通道并且告警，及时准确地排除故障，以免对业务造成更大的影响。

因此，急需一种简单快捷的方法来监控光纤状态，指示光纤故障。

发明内容

基于上述原因，本发明提供了一种检测路由器中的光纤链路正常与否的方法，该路由器包括光纤、光模块、链路检测模块和数据交换模块，该方法包括步骤：

1)光模块接收从其中一条光纤中传送来的数据，然后将光纤链路中传输的光信号数据转换为多个帧格式的电信号数据；

2)链路检测模块接收各帧数据，根据各帧数据中的同步字符和计数器检测各帧数据是否是有效数据，如果是，则设置该光纤链路的状态为正常，同时将该数据转发给数据交换模块；若否，则设置该光纤链路的状态为不正常，同时将该光纤链路中的数据丢弃。

本发明进一步提供了一种路由器，该路由器包括光纤、光模块以及数据交换模块，其中光模块用于接收从其中一条光纤中传送来的数据，并将光纤链路中传输的光信号数据转换为多个帧格式的电信号数据；其特征在于：

所述路由器还包括链路检测模块；以及

所述链路检测模块接收各帧数据，根据各帧数据中的同步字符和计数器检测各帧数据是否是有效数据，如果是，则设置该光纤链路的状态为正常，同时将该数据转发给数据交换模块；若否，则设置该光纤链路的状态为不正常，同时将该光纤链路中的数据丢弃。

本发明技术方案带来的有益效果是，高端路由器的高可靠性设计要求对各模块各链路进行管理监控，该方法不但能有效的监控各光纤链路，还能在异常发生时迅速定位，并通过指示灯指示故障所在。

例如，光纤未完全插入，或多次拔插光纤，光端面上沾染灰尘，这些情况都可导致大量误码甚至链路中断，指示灯会闪烁提示用户链路异常。软件根据异常报告结果对相应的链路进行处理，及时将业务转移到其他正常的链路上，使异常情况对业务的影响减少到最小。

本发明的原理、实用性及诸多优点在结合附图阅读时将从下面的详细描述中变得更加清楚。

附图说明

图1所示为T比特路由器的多机框结构图；

图2所示为图1所示的T比特路由器中主框和从框之间与Shuffle的连接图；

图3所示为Shuffle的内部光路图；

图4所示为图1所示的T比特路由器的拓扑结构图；

图5所示为图1根据本发明的路由器扩展主板结构图；

图6所示为FPGA芯片组结构图；

图7所示为根据本发明优选实施例的光纤链路的检测流程图。

具体实施方式

下面以上述T比特路由器作为本发明的优选实施例，详细描述本发明的检测光纤链路状态的方法及装置。

该多机框路由器管理机制为：主框MPU板通过LanSwitch管理从框，主框MPU可以直接下发命令对从框进行管理或操作，从框MPU板可以向主框MPU板发请求或报告状态。如果从框A需要得到从框B的信息，则从框A先向主框发送请求，主框从从框B得到信息后将信息发送给从框A。它们之间通信通过内部命令码完成。

各机框通过VSR光纤相连，主框和从框之间还有Shuffle，Shuffle相当于一个全交叉的光背板，每个输入端口与输出端口之间有两对光纤相连，拓扑图如图4所示。

详细说明如下。port0～part15为1号从框的16个LPU，port16～part31为2号从框的16个LPU，以此类推。每块LPU与本框的每块ETS有2对Serdes连接，例如图中，data[0:1]表示port0和chassis0(ETS第0板)中的ETS0之间的两对Serdes连接。它们通过背板Serdes与本框ETS板相连。16块ETS板每块通过1根多模光纤与Shuffle对应输入端口相连，16块ETM板每块通过1根多模光纤与Shuffle对应输出端口相连。交换框(主框)有4块交换网板，逻辑上有4个彼此独立的交换平面，即每块交换网板承担每个平面四分之一的交换流量。

从图中我们可以看出：

1、每块ETS板从本框16块LPU有32对Serdes(SERializer/DESerializer，并串/串并转换器，一种高速链路)相连，每块LPU2对；

2、从框中相同槽位LPU的流量汇聚到主框相同槽位的ETM上，即每块ETM收集了4块不同从框LPU的流量，这4块LPU的流量隶属4个片面。ETM板完成了框间，即平面间的流量的交换；

3、每块ETS有两对平行光纤连接到ETM，共2pairs×16＝32pairs。也就是说每块ETS把32对Serdes分给了16块ETM。

根据以上规律，我们采用软件定时查询的方法对光纤链路进行监控。

本发明在光纤链路中设置了用于检测光纤链路是否正常工作的光纤链路检测模块，通过改检测模块能够对应于每条光纤链路的工作状态进行检测。

优选地，我们在ETM板上设置了FPGA芯片组用于检测光纤链路是否正常。

首先，从框ETS板上的光模块将LPU送来的用户数据转化为光信号，送到SHUFFLE，数据从SHUFFLE出来后进入到ETM板的VSR光模块，VSR光模块再将光信号变成电信号(Serdes链路数据)送给FPGA，FPGA对SERDES链路进行检测，然后进行相应的包处理后交给交换网板进行交换。

本实施例中我们采用的ETM板的具体结构如图5所示，其中72芯VSR光模块中使用到其中64芯，即32对SERDES，这32对SERDES出了光模块后收发分离。发出的数据进入到FPGA组，图中CPU的作用是对单板上的各模块进行控制，如下发配置命令或读取状态信息。

FPGA组的内部结构如图6所示，其中上行FPGA用于对SERDES链路进行检测，然后进行响应的包处理后交给交换网板进行交换，上行FPGA的前两片每片有2个端口，共4个端口，每8个SERDES组成一组，共4组进入到4个端口。上行FPGA共有4片，完成2×2的交换，之后数据流进入交换网进行端口间的交换。交换出来的数据进入下行FPGA，下行FPGA将数据处理后交给光模块。

ETM板上的FPGA芯片能够检查接收到的32对Serdes链路正常与否，CPU可以读取该FPGA的4个16bit寄存器，每个寄存器的低8bit对应每块LPU的8个Serdes。从框的每块LPU板(图中Port)通过8对Serdes连接到ETM上，每块ETM板负责接收(或发送)4块LPU板的流量，所以将8对Serdes分成一组，共4组。

检测过程在本实施例中设计为，通过VSR光模块进入上行FPGA的数据是以“帧”位单位，称为Cell。Cell组成是这样的：同步字符+8bit计数器+数据。优选地，我们将同步字符为定为“k2805”，本领域技术人员能够根据实际情况进行设置，FPGA首先检测其接收到的Cell的报头是否为“k2805”，如果不是“k2805”就认为一个Cell没来，即光纤链路不正常，并且将FPGA里的SERDES链路状态寄存器置高；如果是“k2805”，就再检测接下来的8bit。

接下来的8bit计数器作用有两个，一是数据重新组包时判断数据先后位置关系的依据，二是作为Cell数据格式的一部分，起到同步的作用。FPGA接下来检测8bit计数器是否是数字，若这8bit是数字则依据这8bit来重新组包，并且将SERDES链路状态寄存器置为低；否则就关闭该链路，并将SERDES链路状态寄存器置为高。

接下来是72字节的数据。如果前面的字符符合帧的设计标准，则上行FPGA就会将数据接收下来，并进行相应的处理。

FPGA一直在检测光纤链路，这样我们就可以时时监控光纤链路状态。

本领域技术人员可以理解，本发明的检测模块不局限于用于该T比特路由器中进行检测，其可以针对任何的光纤链路进行链路的检测。

CPU读取FPGA中SERDES链路状态寄存器的状态，如果为低，该光纤链路正常；否则该光纤链路就不正常。FPGA芯片的检测过程如图7所示。

主框MPU板每秒读取4个从框ETS板、LPU注册情况，将这些信息以函数参数的形式报告给ETM板。

ETM板根据拓扑结构计算出一个理想的光纤链路状态参考值，将这个值与FPGA寄存器中的值相比较，就可以得到连接到该ETM板的链路是完全正常还是部分正常还是完全不正常，并通过ETM板上Link指示灯亮、闪烁、灭来指示。本领域技术人员可以理解，优选实施例的指示灯也可以通过其他方式的报警电路进行指示，如发出提示音等。理想光纤链路的参考值与FPGA寄存器中的真实值比较是每秒比较一次，也就是所谓“时时监控”。

ETM板理想情况下的光纤链路的参考值是基于这样一个假设：如果LPU、ETS板都插在了机框里，并且注册上(所谓“注册上”，就是板子初始化正常，在主框的MPU板上“登记”可用、通信正常了)，这些板子理应连接上光纤。所以我们假设这些光纤链路都是完好的，就可以通过LPU、ETS的在位、注册信息得到光纤链路的理想值。但由于实际光纤人为和环境原因，有可能造成某些光纤链路故障，所以我们可以从FPGA中读出哪些光纤链路是可用的，再将这个值与上面计算出的理想值比较就可以定位哪些光纤链路故障，哪些正常。

从一块ETM板上看，它连接一根VSR光纤(72芯光纤，只用到64芯，我们也只关心这64芯)。在程序里，参考值和真实值都用4字节(32bit)的变量来标识32对SERDES，每bit对应一个SERDES。当光纤连接完好，参考值与真实值一样，我们认为是“完全正常”；如果这64芯中有一些芯不正常，比如被人为拔插后光纤端面沾染了灰尘，这些芯就处于时断时续甚至完全不通的状态，由于64芯不是完全不通，所以称“部分正常”，表现形式就是参考值与真实值的某些bit不一致；当这块ETM不插光纤，就是完全不正常，表现形式就是参考值与真实值对应bit完全不同。每块ETM板有个Link灯，可以指示该板光纤状态。

由于ETM的输入是ETS板的输出，就可以根据16块ETM的SERDES链路状态和拓扑图得到ETS的光纤链路状态。

ETM板指示Serdes状态程序流程图如下：

由于ETM发送给ETS板的Serdes状态参数是32位的，每2位指示与一块ETS连接的Serdes的状态，ETS指示灯状态则提取16块ETM传来的Serdes状态参数相应位来决定本板灯的状态。如16块ETM的Serdes参数的bit1、bit0都为0，则第一框第一块ETS(ETS0)灯的状态为亮；若某块ETM的bit1、bit0都为1，则ETS0的指示灯闪烁；若16块ETM的bit1、bit0都为1，则ETS0灯状态为灭。

这样，将Serdes状态列成一个32×32的矩阵，每位代表一个Serdes。由于2对Serdes捆绑构成一个Serdes链路，捆绑的Serdes链路状态完全一样，不会出现不同的情况。如下表：

表1

	ETS0	ETS1	ETS2	……	ETS13	ETS14	ETS15
								ETM0	00	00	00		00	00	00
ETM1	11	00	00		00	00	00
								ETM2	00	00	00		00	00	00
……
								ETM13	00	00	00		00	00	00
ETM14	00	00	00		00	00	00
								ETM15	00	00	00		00	00	00

例如ETM1和ETS0的Link灯闪烁，从表中可以看出在ETS0VSR光纤的第2、3对Serdes或ETM1 VSR光纤的第0、1对Serdes异常。

当ETS、ETM的光纤链路状态都知道了，我们就可以得到列表1，从而定位到故障SERDES，软件就对异常链路进行隔离，同时告警。

对异常链路的隔离是很重要的。在路由器里，异常链路将导致丢包，对异常链路的隔离可以将流量切换到正常链路上，保证用户数据的高速连接。

同时，ETM将32对Serdes的链路状态作为函数的输出参数送给ETS板，每块ETS板根据16块ETM发来的Serdes状态参数指示本板的光纤链路状态。

这样就可以迅速定位问题，排除故障。软件也可以对异常链路进行隔离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。例如，利用本发明的方法，还可以检测其他具有光纤的设备中的任意的一条和/或多光纤链路的状态。

Claims (18)

1.一种检测路由器中的光纤链路正常与否的方法，该路由器包括光纤、光模块、链路检测模块和数据交换模块，该方法包括步骤：

1)光模块接收从其中一条光纤中传送来的数据，然后将光纤链路中传输的光信号数据转换为多个帧格式的电信号数据；

2)链路检测模块接收各帧数据，根据所述各帧数据中的同步字符和计数器检测各帧数据是否是有效数据，如果是，则设置该光纤链路的状态为正常，同时将该数据转发给数据交换模块；若否，则设置该光纤链路的状态为不正常，同时将该光纤链路中的数据丢弃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述链路检测模块为FPGA，设置光纤链路状态的步骤为将FPGA中的状态寄存器置1或0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述光纤链路为多条。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述光模块与链路检测模块之间通过Serdes进行连接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述各帧数据的同步字符为预设字符，且所述各帧数据的计数器部分的内容为数字时，所述链路检测模块判断所述各帧数据是有效数据。

6.根据权利要求1、2、3、4或5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：

扩展主板根据拓扑结构计算一个理想的光纤链路状态参考值；

所述扩展主板通过比较所述一个理想的光纤链路状态参考值与所述链路检测模块设置的光纤链路的状态确定连接到所述扩展主板的所有链路的状态是全部正常、部分正常或全部不正常。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述扩展主板将链路状态发送到扩展从板；

所述扩展从板根据所有所述扩展主板发送的链路状态指示连接到所述扩展从板的所有链路的状态是全部正常、部分正常或全部不正常。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述扩展主板的所有链路的状态和所述扩展从板的所有链路的状态定位故障链路；

隔离所述故障链路。

9.一种路由器，该路由器包括光纤、光模块以及数据交换模块，其中光模块用于接收从其中一条光纤中传送来的数据，并将光纤链路中传输的光信号数据转换为多个帧格式的电信号数据；其特征在于：

所述路由器还包括链路检测模块；以及所述链路检测模块接收各帧数据，并根据所述各帧数据中的同步字符和计数器检测各帧数据是否是有效数据，如果是，则设置该光纤链路的状态为正常，同时将该数据转发给数据交换模块；若否，则设置该光纤链路的状态为不正常，同时将该光纤链路中的数据丢弃。

10.根据权利要求9所述的路由器，其特征在于：

所述链路检测模块为FPGA。

11.根据权利要求10所述的路由器，其特征在于：

设置光纤链路状态的步骤为将FPGA中的状态寄存器置1或0。

12.根据权利要求9所述的路由器，其特征在于：

所述光纤链路为多条。

13.根据权利要求9所述的路由器，其特征在于：

所述光模块与链路检测模块之间通过Serdes进行连接。

14.根据权利要求10所述的路由器，其特征在于，还包括步骤：

链路检测模块读取各光纤链路的注册信息，并根据该注册信息依次检测所注册的光纤链路的状态是否正常。

15.根据权利要求9所述的路由器，其特征在于，所述有效数据为同步字符为预设字符，且计数器部分的内容为数字的各帧数据。

16.根据权利要求9、10、11、12、13、14或15中任意一项权利要求所述的路由器，其特征在于，还包括扩展主板，所述扩展主板具体包括：

用于根据拓扑结构计算一个理想的光纤链路状态参考值的模块；和

用于通过比较所述一个理想的光纤链路状态参考值与所述链路检测模块设置的光纤链路的状态确定连接到所述扩展主板的所有链路的状态是全部正常、部分正常或全部不正常的模块。

17.根据权利要求16所述的路由器，其特征在于，还包括扩展从板；

所述扩展主板还包括用于将链路状态发送到扩展从板的模块；

所述扩展从板用于根据所有所述扩展主板发送的链路状态，确定连接到所述扩展从板的所有链路的状态是全部正常、部分正常或全部不正常。

18.根据权利要求17所述的路由器，其特征在于，还包括：

根据所述扩展主板的所有链路的状态和所述扩展从板的所有链路的状态定位故障链路的模块；

隔离所述故障链路的模块。

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