CN100499675C - 一种在多业务传送平台中链路状态检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多业务传送平台中检测链路状态的方法，该方法利用在预定周期内对虚容器装载的通用成帧规程(GFP)帧数量进行计数的方法，在不增加传送带宽、不对CPU增加太多处理负荷的前提下，提供一种最接近业务层面的判断链路状态的方法，从而及时维持了链路的可达性，避免了长时间的链路阻塞所带来的网络瘫痪。

Description

一种在多业务传送平台中链路状态检测的方法

技术领域

本发明涉及链路状态检测的方法，具体地涉及在基于同步数字系列(SDH)技术的多业务传送平台(MSTP)中检测二层链路状态的方法。

背景技术

多业务传送平台MSTP(Multi-Service Transport Platform)是指基于SDH技术，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。它是基础传输网络顺应业务网发展需求而提出的综合解决方案的概念，融合了ITU-T及其他标准化组织定义的多种关键技术。MSTP的发展历程分三个阶段：

第一代MSTP的特点是提供以太网点到点透传。它是将以太网信号直接映射到SDH的虚容器(VC)中进行点到点传送。在提供以太网透传租用线业务时，由于业务粒度受限于VC，一般最小为2Mb/s，因此，第一代MSTP还不能提供不同以太网业务的服务质量(QoS)区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共享以及以太网业务层的保护等功能。

第二代MSTP的特点是支持以太网二层交换。相对于第一代MSTP，第二代MSTP作了许多改进，它可提供基于802.3x的流量控制、多用户隔离和虚拟局域网(VLAN)划分、基于生成树协议(Spanning Tree Protocol，STP)的以太网业务层保护以及基于802.1p的优先级转发等多项以太网方面的支持。但是，第二代MSTP仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的QoS支持，业务带宽粒度仍然受限于VC，基于STP的业务层保护时间太慢，VLAN功能也不适合大型城域公网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于802.3x的流量控制只是针对点到点链路，等等。

新近出现的第三代MSTP的特点是支持以太网QoS。在第三代MSTP中，引入了中间的智能适配层、通用成帧规程(GFP)高速封装协议、虚级联(Virtual Concatenation)和链路容量调整机制(Link Capacity Adjust Scheme，LCAS)等多项全新技术。因此，第三代MSTP可支持QoS、多点到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能，能够实现服务水平协议(SLA)增强、阻塞控制以及公平接入等。此外，第三代MSTP还具有相当强的可扩展性。可以说，第三代MSTP为以以太网业务为代表的IP业务的发展提供了全面的支持。

MSTP从出现起就一直处于不断发展之中，它根据市场需求的变化，吸取和结合其它技术的优点，例如多协议标记交换(MPLS)、弹性分组环(RPR)等技术，不断完善自己，这也使得MSTP的内涵和范围不断地扩展。

以太网以其简单、易用性占据了局域网的绝对统治地位，并正向城域网、广域网渗透。但以太网也存在固有的QoS保障方面的缺陷，而SONET/SDH正是以其良好的健壮性在传送网领域获得了广泛应用。MSTP作为以太网技术与SDH传送技术融合的产物，正试图从各个层面来克服两种技术各自原有的缺陷。下面重点介绍MSTP节点间端到端的链路保护实现方式及其优缺点。

物理层的保护：SDH光传送网中的保护可以分为1+1路径保护(trail protection)、1：N路径保护、M：N路径保护、子网连接保护(subnetwork connection protection，SNCP)、1+1线性复用段保护、1：N线性复用段保护、M：N线性复用段保护、两纤双向复用段共享保护环和四纤双向复用段共享保护环。以上各类路径保护和复用段保护的描述详见国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)的相关标准，在G.841、G.842、G.808.1、G.873.1、G.808.2和G.873.2标准中均有定义。传统光网络中包含管理平面和传送平面，上述各种路径保护和复用段保护均是由管理平面进行配置，通过传送平面来具体执行。例如，如果在网络中需要提供自动保护倒换(automatical protection switching，APS)处理器或传递自动保护倒换(APS)协议消息，均由传送平面来实现。物理层保护即SDH传送层的保护最突出的优点就是其快速性(小于50毫秒)，但由于其倒换条件的检测点远离业务层，物理层的连接状态与链路层的链接状态并非完全等同，特别是由于为提高SDH虚容器承载效率而引入虚级联技术(Virtual conCATenation，VCAT)后，某个虚级联组(Virtual ConcatenationGroup，VCG)成员的指派错误或交叉连接错误均不会引起SDH层面告警的产生，从而也就无法及时发现问题并予以处理。

数据链路保护：目前在MSTP中针对环形网采用生成树协议(STP)来完成数据链路层的保护倒换。其基本过程是当某个端口长时间没有接收到配置报文的时候，该节点认为网络拓扑可能已经发生改变，并重新计算网络拓扑以得到新的可达的“树”，从而实现了故障链路的倒换。这种倒换的优点是贴近业务层，无需带宽预留(路径保护需要预留保护带宽)。其主要缺点是倒换时间慢，达30～50秒，采用快速生成树协议(Rapid Spanning TreeProtocol，RSTP)也需要5秒左右。

高层链路状态检测方法：利用MSTP的控制能力在节点间发送和接收链路状态信息包来判断链路的链接状态。典型的例子是在资源预留协议(RSVP)中以固定时间间隔(默认为5ms)向链路对端发送问询包(hello)，某个节点在该固定时间内如果没有收到问询包(hello)，则认为链路出现了故障，并申请中断，由MSTP的控制功能来决定采取何种保护措施。这种链路状态检测方法完全在业务层内实现，能直接反映链路状态；其缺点是要增加带宽占用，特别是在业务汇聚节点会给CPU增加处理负荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在MSTP中检测链路状态的方法，具体地说，本发明利用对虚容器装载的通用成帧规程(GFP)帧的数量进行计数的方法，在不增加传送带宽、不对CPU增加太多处理负荷的前提下，提供一种最接近业务层面的判断链路状态的方法。

本发明的技术原理是：周期性对GFP帧进行统计计数，如果在一个计数周期内某个虚级联组(VCG)接收到的GFP帧数量小于某极限数，则认为该虚容器的连接性出现故障，此时申请CPU中断，由CPU来作出进一步的处理，可以是路径保护倒换，从而及时维持了链路的可达性，避免了长时间的链路阻塞所带来的网络瘫痪。而GFP帧极限数与虚容器类型、VCG中虚容器数量以及GFP配置有关。

通用成帧规程GFP(ITU-T G.7041/Y.1303)，是数据信号映射到SDH/OTN的通用成帧协议，其客户信号可以是面向协议数据单元(PDU)的例如IP/PPP或Ethernet MAC帧，也可以是面向块编码的例如光纤通道协议(FC)或企业系统连接体系(ESCON)的数据块，还可以是固定速率的比特流，即GFP帧既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送长度固定的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。GFP采用了与ATM相似的基于差错控制的帧定界方法，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互连互通，GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。正是由于这些优点，GFP在MSTP中得到了普遍的应用。

图1所示为GFP帧结构。图1的GFP帧结构中，净荷长度指示(PLI)、核心报头差错校验(cHEC)、类型(Type)、类型报头差错校验(tHEC)字段为必须字段，扩展报头(Ext.Header)、扩展报头差错校验(eHEC)和净荷帧校验序列(pFCS)是可选字段。当没有数据帧要发送时，该节点发送净荷长度指示(PLI)为0的空闲帧，这样GFP帧的帧长范围是8～65539bytes，在帧长都为65539bits的极限情况下，不同类型虚容器级联时，VCG在单位时间(1S)内收到的帧数等于虚容器带宽乘以虚级联的虚容器数量再除以GFP帧的极限长度L，以公式(1)表示如下：

F＝D*X/L                            (1)

其中，F表示单位时间内所接收的帧数最低下限、D表示不同类型的虚容器带宽、X表示虚级联的虚容器数量、L表示GFP帧的极限长度，该长度如上所述为65539位。

针对不同的映射方式，适当选择计数周期T，则可以进一步计算出在计数周期内所接收的GFP帧的下限值，用下列公式(2)表示：

F(T)＝F*T                           (2)

其中F(T)表示在一个计数周期T时间段内应当接收的帧数量下限值。

将公式(1)与(2)结合，可以获得下列公式(3)：

F(T)＝D*X*T/L

如果在计数周期内收到的帧数小于以上极限情况下应该收到的帧数，则认为该虚级联组出现了故障，程序产生中断，由中断程序来进行进一步的判断和启动故障处理程序。本发明的方法可以与SDH的性能监视功能结合，选择最优的故障处理程序，最大限度保证链路的正常工作。

本发明的多业务传送平台中检测链路状态的方法，包括如下步骤：

规定帧数量计数周期，根据所规定的帧数量计数周期、所使用虚容器带宽、虚级联的虚容器数量和通用成帧规程帧长度参数预先计算出一个帧数量计数周期内多业务传送平台所接收通用成帧规程帧数量的下限值；

由多业务传送平台的中央处理器(CPU)按照所规定的帧数量计数周期读取平台内基于同步数字序列以太网芯片(EoS)帧数量寄存器内的接收帧数量；

由中央处理器计算出间隔一个帧数量计数周期的两次读取的接收帧数量差值；

由中央处理器判断所述两次读取的该接收帧数量差值是否小于预先计算出的一个帧数量计数周期内帧数量下限值；

如果接收帧数量差值小于预先计算出的帧数量下限值，则判断虚级联出现故障，并启动故障处理程序。

在例如分别使用带宽为2M、48M和150M的虚容器VC-12、VC-3和VC-4为不同类型的以太网用户分别提供10M、100M和1000M的带宽时，应当分别使用5个VC-12虚级联、2个VC-3虚级联、7个VC-4虚级联，在对上述虚级联的数据链路均选择50mS的帧数量计数周期时，一个计数周期内从各个数据链路所接收的帧数量下限值分别为：

VC-12-5v的帧数F＝2.176Mbit*5*0.05/0.065539Mbit＝8.3

VC-3-2v的帧数F＝48.384Mbit*2*0.05/0.065539Mbit＝73.8

VC-4-7v的帧数F＝149.76Mbit*7*0.05/0.065539Mbit＝799.8

本发明的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用5个VC-12虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为8帧。

本发明的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用2个VC-3虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为73帧。

本发明的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用7个VC-4虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为799帧。

利用本发明的多业务传送平台进行数据链路检测具有如下的有益效果：

第一.本发明方法对数据链路检测贴近业务层面，为业务的互通性提供更可靠的检测。随着目前MSTP技术的快速发展，出现了很多EoS功能的单芯片实现，以太网MAC、L2层交换、帧处理、封装、VC映射、交叉连接、SDH段开销处理等全部在一块芯片内部完成。这样本检测方法检测GFP帧的可达性与直接检测业务层的可达性是等同的。

第二.本发明方法对数据链路检测不需要额外占用传输带宽，由于是对收到的GFP帧进行周期性计数，不对传输链路增加任何传送要求。

第三.本发明方法检测数据链路极少占用多业务传送平台上CPU软件资源。随着对网络性能越来越高的性能要求，MSTP的控制也越来越复杂，也就对CPU的处理能力提出了很高的要求。因为对VC所收到的GFP帧进行统计是由EoS芯片内部的硬件完成的，CPU只需周期性读取相关寄存器就实现了对GFP帧的计数，因而对CPU增加的处理负担非常有限的。

附图说明

图1表示本发明方法所采用的通用成帧规程(GFP)帧的帧结构示意图；

图2表示采用本发明方法的多业务传送平台中以太网线卡的结构示意图；

图3表示采用本发明方法的以太网线卡所运行的软件结构示意图。

具体实施方式

图1为GFP帧结构示意图。图1中，PLI代表净荷长度指示(Payload Length Indication)、eHEC代表核心报头差错校验(core Header Error Check)、Type代表映射类型、tHEC代表类型报头差错校验(type Header Error Check)、ExtHeader代表扩展报头、eHEC代表扩展报头差错校验(extension Header Error Check)、Playload代表净荷帧、pFSC代表净荷帧校验序列(payload Frame Check Sequence)。

图2表示用于多业务传送平台的以太网线卡的结构示意图。图2中，CPU为线卡上的中央处理器、Backplane I/F为背板接口、10M/100M PHY为10M或100M的以太网接收/发送器芯片、SS-SMII为源同步串行媒介无关接口(Source Synchronize Serial Media IndependentInterface)、MAC为媒介访问控制器单元、EoS为基于SDH技术的以太网(Ethernet over SDH)处理芯片、DDR为双倍数据速率存储器、Power Moudle电源模块。

图2所示的多业务传送平台的工作过程如下：上话过程为10M/100M以太网线路信号经RJ45插座进入以太网线卡，经过10M/100M以太网接收/发送芯片(10M/100MPHY)完成物理层编码、适配后以源同步串行媒体无关接口SS-SMII送入EoS(Ethernet over SDH)芯片；在EoS芯片内部完成MAC处理，然后进行二层处理，二层处理包括交换、分类、管制、调度、排队等，然后进行GFP封装，GFP帧映射到VC-12-Xv或VC-4-Xv虚容器中，最后经过交叉连接、SDH开销处理后送入系统背板接口。下话过程与上话过程相反，从系统背板接口送入的SDH信号先终结开销、指针解释后取出虚容器，然后经过交叉连接、去映射后得到GFP帧，最后该GFP帧经过解封装得到原始的以太网帧，经过二层处理后送入MAC控制器单元，通过SS-SMII接口将以太网帧发送到以太网接收/发送器PHY，经过编码、加扰、并串转换、D/A转换等步骤后从RJ45插座输出线路信号。

图3表示以太网线卡使用的软件逻辑层次。EoS芯片外挂DDR存储器，用作帧的缓存以及补偿VCG内各个虚容器经过不同传输路径造成的差分时延。在具体实施中，以太网线卡的CPU选择Motorola PowerPC860处理器，该处理器运行实时操作系统VxWORKS，以充分利用该处理器芯片的处理能力。在VxWORKS操作系统上使用应用程序接口程序(Application Program Interface，API)，在应用接口程序之上是用户的应用程序。

在具体针对100M以太网端口使用VC-12虚容器配置虚级联组时，应当使用46个VC-12的虚级联，即使用虚级联VC-12-46v。按本发明的技术原理，该VCG端口每秒收到的GFP帧的数量应该大于1518，取帧数量计数周期为5ms，则CPU每两次读取GFP帧计数寄存器的帧数量计数差值应大于1518×0.005＝7。多业务传送平台在使用本发明检测该数据链路时，如果某一次CPU读取的EoS芯片相应寄存器内帧数量计数值与前一次读取的帧数量计数值之差小于7，则说明该VCG出现了故障，在此情况下，CPU执行相应的中断程序。中断进程逐一检查VCG组内各个虚容器VC-12的通道开销字节V5，如果发现有远端块误码(FEBE)、通道远端失效指示(RFI)或远端接收失效(FERF)，则启动链路容量调整机制(LCAS)功能关闭该VC-12虚容器。如果故障仍不能排除，则进一步启用通道倒换，切换到备用路由。上述虚容器类型和级联数量可以根据实际需要任意组合。

Claims (5)

1、一种在多业务传送平台中检测链路状态的方法，包括如下步骤：

规定帧数量计数周期，根据所规定的帧数量计数周期、所使用虚容器带宽、虚级联的虚容器数量和通用成帧规程帧长度参数预先计算出一个帧数量计数周期内多业务传送平台所接收通用成帧规程帧数量的下限值；

由多业务传送平台的中央处理器(CPU)按照所规定的帧数量计数周期读取平台内基于同步数字序列以太网芯片(EoS)帧数量寄存器内的接收帧数量；

由中央处理器计算出间隔一个帧数量计数周期的两次读取的接收帧数量差值；

由中央处理器判断所述两次读取的该接收帧数量差值是否小于预先计算出的一个帧数量计数周期内帧数量下限值；

如果接收帧数量差值小于预先计算出的帧数量下限值，则判断虚级联出现故障，并启动故障处理程序。

2、根据权利要求1的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用5个VC-12虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为8帧。

3、根据权利要求1的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用2个VC-3虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为73帧。

4、根据权利要求1的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用7个VC-4虚级联并且选择50毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为799帧。

5、根据权利要求1的所述多业务传送平台中检测链路状态的方法，其特征在于：当使用46个VC-12虚级联并且选择5毫秒的帧数量计数周期时，一个计数周期内所接收帧数量下限值为7帧。

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