CN100496009C - 弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置，以实现简单、可靠的节点保护倒换；所述方法为：A.在读取内、外环数据的帧间隔期间采样倒换命令，并判断是否需要进行数据路径倒换；如果是，则进行步骤B，否则，继续通过正常数据路径传输数据；B.通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于倒换就绪状态时，从正常数据路径切换到倒换数据路径。本发明在数据传输的帧边界进行数据通路切换，因而不会造成丢包，从而保证了RPR环网节点的可靠性。

Description

弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置

技术领域

本发明涉及一种弹性分组环(Resilient Packet Ring)网络，特别涉及一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置。

背景技术

弹性分组环(Resilient Packet Ring)，以下称为RPR，是IEEE 802.17工作组正在标准化的一种新的介质访问控制MAC(Medium Access Control)层技术，以下简称MAC层。这种新的二层链路技术，可基于任何物理层如以太网、SDH/SONET、DWDM等进行业务传输。RPR基于环型拓扑将用以组建以数据为中心的城域网络，RPR技术提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输解决方案，并提供了比较完善的保护倒换机制。如附图1所示，RPR环网采用双纤结构，每根纤都可以传送数据业务和控制信息。一个RPR节点由物理层实体和一个MAC子层实体构成。MAC客户端利用一个环向发送数据业务，同时在另一个环向上发送控制信息。通过这种方式，RPR技术可以同时利用两根光纤发送业务，并且能够加快控制信息的发送用于带宽适配和快速自愈。

RPR与现有的技术相比具有明显的优势，它不仅可以提高带宽的利用率，而且可以在节点间公平的分配带宽，此外，RPR还支持即插即用以及多种优先级业务。

RPR的弹性(resiliency)就是指保护倒换，即环路出现故障后能使业务在50ms内自动保护倒换，故障消失后能恢复。RPR协议中定义了两种保护倒换方式，一种是基于新的拓扑结构的导引保护方式(Steering)，一种是由故障点两侧节点倒换的环绕保护方式(Wrapping)。Steering方式是RPR环网默认的保护方式必选实现，Wrapping方式是可选的保护方式。本领域的技术人员可以理解，节点倒换的触发条件有线路失效、节点失效、业务劣化、强制倒换等。

如图2所示，在Steering方式中，Station1......Station6象征性的表示6个网络节点，RPR的内环与外环分别用Inner Ringlet与Outer Ringlet表示，节点Station5与Station6间的故障用断纤(Fiber Cut)表示，图中的虚线表示倒换后，外环数据的传输路线。当网络检测到故障后，故障相邻节点并不倒换，而是先进行拓扑发现，根据新的拓扑结构优化路由。源节点只需要直接按新的拓扑路径发送数据给目的节点即可。即，如果Station5与Station6之间的线路发生故障后，在环网上广播该信息，源节点Station4得到该信息后改由内环发送数据，数据经过Station3、Station2到达目的节点Station1。而已经发出的小部分数据将在故障点被丢弃。

如图3所示，在Wrapping方式中，Station1......Station6象征性的表示6个网络节点，RPR的内环与外环分别用Inner Ringlet与Outer Ringlet表示，节点Station5与Station6间的故障用断纤(Fiber Cut)表示，图中的虚线表示倒换后，外环数据的传输路线。当节点探测到引发倒换的故障，故障处相邻节点就会倒换，同时向环网上其它节点广播保护信息，业务会通过节点倒换后的路径达到目的节点。即，从外环流入的数据流在Station5进入内环，经过内环一圈后，再继续传输。

虽然IEEE 802.17工作组提出的Wrapping方式速度快，无数据丢失，但目前没有实现Wrapping方式的具体技术方案，因此，如何在RPR网中实现Wrapping保护方式是急待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置，以实现简单、可靠的Wrapping方式的节点保护倒换。

本发明提供如下技术方案：

一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；所述方法包括下述步骤：

A在读取内、外环数据的帧间隔期间采样倒换命令，并判断是否需要进行数据路径倒换；如果是，则进行步骤B，否则，继续通过正常数据路径传输数据；

B通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，在确定内、外环上的数据传输均到达帧边界，且在确定内、外环路的数据发送倒换模块均处于倒换就绪状态时，从正常数据路径切换到倒换数据路径。

一种弹性分组环网中节点退出保护倒换的方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；该方法包括下述步骤：

A1、在读取内、外环数据的帧间隔期间采样退出保护倒换命令，并判断是否需要退出保护倒换状态；如果是，则进行步骤B1，否则，继续通过倒换数据路径传输数据；

B1、通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于非倒换就绪状态时，从倒换数据路径恢复到正常数据路径。

一种用于弹性分组环网节点的保护倒换装置，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；该装置包括：

第一倒换模块，接收内环数据和向外环发送数据；

第二倒换模块，与第一倒换模块连接，接收外环数据和向内环发送数据；

在正常模式时，各倒换模块将接收的环路数据发送到与其连接的另一倒换模块，使数据按正常数据路径传输；当需要保护倒换并通过所述第一、第二倒换模块的相互通信确定该第一、二倒换模块均处于倒换就绪状态时，该第一、第二倒换模块将接收的环路数据直接在本模块内切换数据路径，使数据按倒换数据路径传输。

本发明提供了一种在RPR协议中适用于Wrapping保护倒换方式的方法和装置，不需要复杂的握手信号和交互协议，因而实现简单；本发明在数据传输的帧边界进行数据通路切换，因此不会造成丢包，从而保证了RPR环网节点的可靠性。

附图说明

图1是现有RPR环网和节点的结构图。

图2是Steering保护方式示意图。

图3是Wrapping保护方式示意图。

图4是RPR节点设备的结构示意和正常模式时的数据路径示意图。

图5是RPR节点保护倒换数据路径示意图。

图6是倒换模块的状态转移图。

图7是倒换模块的结构框图。

图8是倒换模块倒换控制逻辑结构示意图。

图9是发送方向的倒换切换控制步骤。

图10是接收方向的倒换切换控制步骤。

具体实施方式

参阅图4所示的RPR节点芯片，包括对称的东向单元EAST_RPR_MAC和西向单元WEST_RPR_MAC，各单元均具有用户侧接口、线路侧接口和倒换模块(以下称PWRAP模块)，西向单元WEST_RPR_MAC中的PWRAP模块与东向单元EAST_RPR_MAC中的PWRAP模块对接。东、西向单元可以包含在一个芯片中；东、西向单元也可以分别包含在一个芯片，两个芯片对接。

西向单元WEST_RPR_MAC中的PWRAP模块与东向单元EAST_RPR_MAC中的PWRAP模块构成了节点的保护倒换装置。PWRAP模块设计分为发送方向(以下称TX方向)和接收方向(以下称RX方向)，当节点处于正常模式NORM时，一个单元中PWRAP模块的TX方向直接发送数据给另一单元中PWRAP模块的RX方向。当节点进入倒换模式WRAP时，PWRAP模块的TX方向在当前帧发送结束之后改变数据路径，将后续帧在PWRAP模块内部直接发送给本模块的RX方向。

图4同时显示了RPR节点在正常模式NORM时的数据路径示意图，环网的外环数据由西向接收接口(包括西向线路侧接口RX或西向用户侧接口TX)进入芯片，经倒换模块的正常数据路径由芯片东向发送接口(即东向线路侧接口TX)送出。同理，环网内环数据由东向接收接口(包括东向线路侧接口RX或东向用户侧接口TX)进入芯片，经倒换模块的正常数据路径由芯片西向发送接口(即西向线路侧接口TX)送出。

图5显示了RPR节点保护倒换数据路径示意图。在节点发生倒换时，为了避免发生断帧、错帧，因此东、西向单元中的PWRAP模块就要互通信息，例如，西向单元收到倒换命令欲将正常数据路径切换为倒换路径(将外环数据倒换到内环上)，就要在自己将当前正传送的整帧数据发送到东向单元，并且要得知东向单元也发送完整帧数据之后再切换数据通路。同理，东向单元也根据倒换命令在帧边界将内环数据倒换到外环上。如此，保护倒换装置就完成了正常工作模式到倒换工作模式的切换，RPR环网就可以通过倒换模式WRAP实现故障保护倒换。

当需要退出倒换模式WRAP时，PWRAP的TX方向在当前帧发送结束之后回复到NORM模式下的数据路径，将后续帧直接发送给另单元中的PWRAP模块的RX方向。

图6显示了PWRAP模块倒换切换状态转移图。东、西向PWRAP模块的状态机分别控制着各自数据通路的倒换切换，同时两个状态机又互有握手。西向PWRAP模块和东向PWRAP模块的状态机都包括4个状态：UNWRAP、WRAP RDY、WRAP、UNWRAP RDY。其中UNWRAP指非倒换状态，WRAPRDY指倒换就绪状态，WRAP指倒换状态，UNWRAP RDY指非倒换就绪状态。芯片上电复位后，东、西向PWRAP模块的状态机都进入UNWRAP状态。在UNWRAP状态时，其中一个单元的PWRAP模块TX方向直接发送数据给另一单元的PWRAP模块的RX方向。当收到倒换命令指示wrap_op，且先发送完整帧数据的PWRAP模块就先进入WRAP RDY状态，即此PWRAP模块TX的数据路径已经切向本侧的RX通路，已经倒换准备就绪。但本侧的RX路径何时能切换过来接收本侧TX的数据，使PWRAP模块进入WRAP状态，此时的状态转移就要受到另一PWRAP模块状态机的控制。必须要等到另一PWRAP模块也进入倒换就绪WRAP RDY状态，即另一PWRAP模块的TX向本PWRAP模块的RX发送完整帧数据了。这样东、西向PWRAP模块都进入了WRAP状态，完成了正常数据路径到倒换数据路径的切换。

由倒换状态退出回到非倒换状态的机理是一样的。当收到撤回倒换命令指示unwrap_op，且PWP模块的TX刚好发送完整帧数据到就进入UNWRAP RDY状态，但只有等到本节点的另一PWRAP模块也进入UNWRAPRDY状态时，才能恢复到UNWRAP状态。

图7显示了PWRAP模块结构。西向单元的PWRAP模块和东向单元的PWRAP模块是对称的，图中显示的是西向PWRAP模块的结构框图，但本领域的技术人员，可以容易的从该框图中推导出与其对称的东向PWRAP的结构，因此，以下只对西向PWRAP的结构做相应说明。图中的PWRAP模块由发送数据子模块PWTX，接收数据子模块PWRX和缓存模块PWFIFO构成。PWTX子模块接收转发调度模块SFD(Schedule Forward Dispatcher)送来的数据，缓存模块PWFIFO置于SFD模块与PWTX子模块之间，缓存并转发二者间传递的数据。PWRX子模块发送数据给权重公平算法模块WFA(Weighted FairnessAlgorithm)，PWTX与PWRX子模块共同接收CPU接口模块MPI(MicroProcessor Interface)送出的控制信号并将状态信号返回给MPI模块。图8显示了PWRAP模块倒换控制逻辑结构示意图。图7和图8中的信号说明如下：

sfd2pw_val信号是SFD模块向PWRAP模块发送的数据有效指示信号，相应的，sfd2pw_data是由SFD模块向PWRAP模块发送的数据，而pw2sfd_rdy信号是PWRAP模块发送给SFD模块的允许发送指示信号；

pwtx_val信号是本PWTX子模块向另一PWRAP模块输出的数据有效指示信号，相应的，pwtx_data是本PWTX子模块向另一PWRAP模块输出的数据，pwtx_rdy是另一PWRAP模块向本PWTX子模块输出的允许发送指示信号；

pw2wfa_val是本PWRX子模块发送给WFA模块的数据有效指示信号，相应的，pw2wfa_data是本PWRX子模块发送给WFA模块的数据，wfa2pw_rdy是WFA模块发送给PWRX子模块的允许发送指示信号；

pwrx_val是另一PWRAP模块向本PWRX子模块输入的数据有效指示信号，相应的，pwrx_data是另一PWRAP模块向本PWRX子模块输入的数据，pwrx_rdy是本PWRX子模块向另一PWRAP模块输出的允许发送指示信号；

pwtx2rx_val是本PWTX子模块向本PWRX子模块发送的数据有效指示信号，相应的，pwtx2rx_data是本PWTX子模块向本PWRX子模块发送的数据，pwrx2tx_rdy是本PWRX子模块向本PWTX子模块发送的允许发送指示信号；

wrap_op是MPI模块向本PWTX子模块与本PWRX子模块共同发送的倒换命令指示信号；pwtx_wrap与pwrx_wrap是PWTX子模块与PWRX子模块的倒换状态指示信号。pwtx_wrap与pwrx_wrap是根据wrap_op信号和当前帧的传递状态决定的，即wrap_op有效时TX方向当前帧发完时pwtx_wrap有效，同理wrap_op有效时RX方向当前帧收完时pwrx_wrap有效。

PWRAP模块实现发送方向的正常状态数据路径和Wrap状态数据路径的切换。因为数据路径的切换是基于帧的，所以必须在读数据的帧间隔采样倒换命令指示wrap_op，帧间隔可以根据帧尾指示信号的跳变来判断。由于切换是由TX方向和RX方向配合进行的，因此倒换状态指示信号pwtx_wrap和pwrx_wrap是关键的通道切换控制开关。

图9显示了PWRAP模块的TX方向倒换数据路径的大体控制步骤：首先，在步骤11对pwtx_wrap信号进行设置，具体而言(图中未示出)，判断PWTX模块向另一PWRAP模块发送的数据是否处于帧间隙，如果是，采样wrap_op信号，并将pwtx_wrap信号设置为wrap_op信号；

接下来，在步骤12对pwtx_val信号进行设置，具体而言(图中未示出)，判断pwtx_wrap信号是否有效，如果有效(即需要进行保护倒换)，将pwtx_val信号设置为无效(即中止将本PWTX子模块的数据发送到另一PWRAP模块中)，否则，将pwtx_val信号设置为有效，并将本PWFIFO子模块中的数据送往另一PWRAP模块；

然后，在步骤13对pwtx2rx_val信号进行设置，具体而言(图中未示出)，继续判断pwtx_wrap信号是否有效，如果无效，将pwtx2rx_val信号设置为无效(即中止本PWTX子模块将数据发送到本PWRX子模块)，否则，将pwtx2rx_val信号设置为有效，并将本PWFIFO中的数据送往本PWRX子模块；

最后，在步骤14对pw2sfd_rdy信号进行设置，具体而言(图中未示出)，判断pwtx_wrap信号是否有效，如果无效，将pw2sfd_rdy信号设置为pwtx_rdy信号(即设置为正常数据路径的rdy信号)，否则，将pw2sfd_rdy信号设置为pwrx2tx_rdy信号(即设置为倒换数据路径的rdy信号)。

利用上述的信号已控制本侧TX的数据通路切向本侧的RX通路，但此时还要看对侧PWRAP模块的TX是否在向本侧的RX发送数据，如对侧正在向本侧发数据，就要等到对侧发送到帧间隙才能倒换切换。本侧的RX何时能切换过来接收本侧TX的数据也是由pwrx_wrap信号控制的。

图10显示了RX方向倒换切换的大体控制步骤，首先，在步骤21对pwrx_wrap信号进行设置，具体而言(图中未示出)，判断本PWRX子模块接收另一PWTX子模块发送的数据是否处于帧间隙，并且wrap_op信号是否被设置为有效，如果以上两组判断结果都为是，则将pwrx_wrap信号设置为有效，否则，如果pwtx_wrap信号无效，并且wrap_op信号也是无效，则pwrx_wrap信号设置为无效；

接下来，在步骤22对pwrx_rdy和pwrx2tx_rdy信号进行设置，具体而言(图中未示出)，如果，pwrx_wrap信号有效，则将pwrx_rdy信号设置为无效，以中止由另一PWRAP模块向本PWRX子模块发送数据，并将pwrx2tx_rdy信号设置为wfa2pw rdy信号，准备接收本PWTX的数据，否则将pwrx_rdy信号设置为wfa2pw_rdy信号，准备接收另一PWRAP模块的数据，并将pwrx2tx_rdy信号设置为无效，以中止接收由本PWTX子模块发送的数据；

然后，在步骤23对pw2wfa_val和pw2wfa_data信号进行设置，具体而言(图中未示出)，如果，pwrx_wrap信号有效，则将pw2wfa_val信号设置为pwtx2rx_val信号，以指示接收倒换数据通路本侧发送来的信息，并将pw2wfa_data信号设置为pwtx2rx_data信号(即接收倒换数据)，否则将pw2wfa_val信号设置为pwrx_val信号，以指示接收正常数据通路对侧发送来的信息，并将pw2wfa_data信号设置为pwrx_data(即接收正常数据)。

需要说明的是，尽管本实施例中使用了一个芯片进行说明性描述，但本领域的技术人员，在此基础上，可以理解，此技术方案并不局限于在单芯片内实现无损倒换，同时其也可以应用于两芯片对接的技术方案。

根据上述描述，通过运用公知技术中的RPR协议，无需附加额外的解释，本领域的普通技术人员，就可以得到实现本发明的所有必要信息，以在RPR环网节点处实现简单而可靠的数据通路切换。

以上所述的实施例并不能解释为对本发明的限制，本领域的技术人员可以据此设计出各式各样的装置，因此，任何不偏离本发明实质性内容的技术方案都被包含在本发明所要表达的内容之中。

Claims (10)

1、一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A在读取内、外环数据的帧间隔期间采样倒换命令，并判断是否需要进行数据路径倒换；如果是，则进行步骤B，否则，继续通过正常数据路径传输数据；

B通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于倒换就绪状态时，从正常数据路径切换到倒换数据路径。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在读取内、外环数据的帧间隔期间确定需要进行数据路径倒换时，停止发送数据和将相应环路的数据发送模块设置为倒换就绪状态。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于倒换就绪状态的步骤包括：

内、外环路的数据倒换模块中的先发送完整帧数据的数据倒换模块先进入倒换就绪状态，并在等到内、外环路的数据倒换模块中的另一个数据倒换模块进入倒换就绪状态的信息后，确定内、外环路的数据倒换模块均处于倒换就绪状态。

4、一种弹性分组环网中节点退出保护倒换的方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于，该方法包括下述步骤：

A1、在读取内、外环数据的帧间隔期间采样退出保护倒换命令，并判断是否需要退出保护倒换状态；如果是，则进行步骤B1，否则，继续通过倒换数据路径传输数据；

B1、通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于非倒换就绪状态时，从倒换数据路径恢复到正常数据路径。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，在读取内、外环数据的帧间隔期间确定需要退出保护倒换时，停止发送数据和将相应环路的数据发送模块设置为退出保护倒换就绪状态。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过内、外环路的数据倒换模块之间的相互通信，确定内、外环路的数据倒换模块均处于非倒换就绪状态的步骤包括：

内、外环路的数据倒换模块中的先发送完整帧数据的数据倒换模块先进入非倒换就绪状态，并在等到内、外环路的数据倒换模块中的另一个数据倒换模块进入非倒换就绪状态的信息后，确定内、外环路的数据倒换模块均处于非倒换就绪状态。

7、一种用于弹性分组环网节点的保护倒换装置，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于，该装置包括：

第一倒换模块，接收内环数据和向外环发送数据；

第二倒换模块，与第一倒换模块连接，接收外环数据和向内环发送数据；

在正常模式时，各倒换模块将接收的环路数据发送到与其连接的另一倒换模块，使数据按正常数据路径传输；当需要保护倒换并通过所述第一、第二倒换模块的相互通信确定该第一、二倒换模块均处于倒换就绪状态时，该第一、第二倒换模块将接收的环路数据直接在本模块内切换数据路径，使数据按倒换数据路径传输。

8、如权利要求7所述的保护倒换装置，其特征在于，所述第一、第二倒换模块分别包括相互连接的数据发送子模块和数据接收子模块；各倒换模块的数据发送子模块将接收到的环路数据发送到本倒换模块内的数据接收子模块，或者发送到另一倒换模块的数据接收子模块。

9、如权利要求7所述的保护倒换装置，其特征在于，所述倒换模块还包括用于缓存环路数据的缓冲存储器。

10、如权利要求7、8或9所述的保护倒换装置，其特征在于，所述第一、二倒换模块设置在一个芯片中；或者分别设置在不同的芯片中。

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