CN100508475C - 传送多种业务的方法、节点设备及多业务传送平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种经过光纤环网传送多种业务的方法，所述光纤环网包括多个节点，所述多个节点利用光纤连接成环，所述方法的特征在于包括以下步骤：在一个节点接收一个以太网业务帧；按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。根据这种方法，可以完成公平接入、快速保护、VLAN扩展、端到端的QoS、用户业务和故障的隔离。
Description
技术领域
本发明涉及光传输技术，尤其涉及在SDH(同步数字系列)平台上传送诸如以太网业务、ATM(异步传输方式)业务、FC(光纤通道)业务、ESCON(企业系统连接)业务、FICON(光纤连接)业务、DVB(数字视频广播)业务、SDH业务等多种业务的方法及装置。
背景技术
数据网和语音网的融合是网络发展的趋势。SDH网络已经大量建设。如果能够在SDH网络上灵活地传送数据业务，将大大降低运营商的网络成本。
目前在SDH网络上传送数据业务的普通做法，是通过LAPS(链路接入协议-SDH)、GFP(通用成帧规程)、PPP(点到点协议)等封装协议，将数据业务映射到SDH VC(虚容器)中。但是，对于以太网业务而言，这种方法只能实现以太网业务的透传，即将来自用户以太网的信号不经过第二层(L2)交换直接映射到SDH VC中，然后通过SDH网络进行点到点传送。
还有一种方法是在以太网业务和SDH物理层之间加入1.5层的智能层，从而引入QoS(服务质量)、公平机制、保护机制。单独以RPR(弹性分组环)作为1.5层智能层不能解决VLAN(虚拟局域网)扩展、用户业务和故障隔离等问题。
另外，RPR是一种MAC(介质访问控制)层的技术，仅仅适用环行拓扑结构，而且只支持单环结构。因此，RPR不能提供多环、跨环的以太网业务传送。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种简单易行的、能够在以太网业务传输中解决VLAN扩展和对用户业务和故障进行隔离的多业务传送方法、节点设备和多业务传送平台。
为了实现上述目的，本发明提供一种经过光纤环网传送多种业务的方法，所述光纤环网包括多个节点，所述多个节点利用光纤连接成环，所述方法的特征在于包括以下步骤：
在一个节点接收一个以太网业务帧；
按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；
按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
本发明还提供一种用于构建多业务传送平台的节点设备，其特征在于包括：
一个以太网业务接口，用于接收一个以太网业务帧；
MPLS模块，用于按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；
RPR模块，用于按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
适配模块，用于按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
SDH模块，用于为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
本发明还提供一种多业务传送平台，包括多个节点，所述多个节点由光纤连接成一个光纤环网，其特征在于所述多个节点中的至少一个节点包括：
一个以大网业务接口，用于接收一个以太网业务帧；
MPLS模块，用于按照第一种规则将所述以大网业务帧映射到一个MPLS帧中；
RPR模块，用于按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
适配模块，用于按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
SDH模块，用于为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
根据本发明的方法、节点设备和多业务传送平台，将RPR和MPLS技术结合起来，作为以太网业务和SDH传输层之间的智能层，对以太网业务进行处理。这些处理包括：公平接入、快速保护、VLAN扩展、端到端的QoS、用户业务和故障隔离。
本发明的多业务传送平台克服了RPR只能在单个环中提供业务的局限，可以提供端到端的QoS以太网业务。
附图说明
图1是本发明的多业务传送平台的应用示意图；
图2是利用本发明的多业务传送平台传送以太网业务的功能示意图；
图3是将以太网业务封装到MPLS帧的示意图；
图4是将MPLS业务封装到RPR规则的示意图；
图5是实现本发明的多业务传送平台的节点的示意图；
图6是图5中的QoS映射模块结构示意图；
图7是图5中的保护协调模块操作逻辑示意图。
具体实施方式
图1是本发明的多业务传送平台的应用示意图。图1所示是由两根反向传输信息的光纤组成的的环形拓朴结构。其中一根光纤顺时针传送信息，这根光纤比如形成图1所示的环0。另一根光纤逆时针传送信息，这根光纤比如形成图1所示的环1。图1中示意性地示出六个节点，即节点1至节点6。但是环网中节点的数量不构成对本发明的限制。环网中每一个节点可以在两个方向到达另一个节点。图1中的每个节点，既是传送节点，又是多种业务节点。比如，每个节点具有DVB接口、GE(千兆比以太网)接口、ATM接口、POS(SDH上传送分组数据)接口、STM(同步传输模块)接口等。因此，在图1所示的应用中，可以在一个SDH平台上传送多种业务，如以太网业务、DVB业务、ATM业务、POS业务等。图1所示的多业务传送平台在帧结构和光接口上仍然采用SHD的标准，与现存的大量SHD设备可以互通互联。
图2是本发明的多业务传送平台传送以太网业务的功能示意图。标号202至206表示的功能是在图1所示的节点内完成的。
如图2所示，当一个节点收到以太网业务后，通过一定的规则(例如可以称为第一种规则)将32位的内层MPLS标签加到该以太网业务上，多个相同目的地址的以太网业务加上另一个外层32位的MPLS标签(即外层MPLS标签)，形成一条标记交换路径(LSP)。该过程如标号202所示。
根据上述方法，本发明的MPLS帧中，具有两层32位的标签。其中一层MPLS标签为内层MPLS标签，对以太网业务进行映射，形成虚通道(VC)。其中另一层MPLS标签为外层MPLS标签，多个相同目的地址的虚通道加上外层MPLS标签，即通过以太网业务复用，形成LSP。这样，多个以太网业务在LSP中传送。本发明中用到了第二层(L2)MPLS，例如Martini MPLS。
MPLS技术是IETF(互联网工程任务组)于1997年提出的。MPLS使用标签对上层数据进行统一封装。MPLS的实质是将路由器移到网络的边缘，将快速、简单的交换机置于网络中心，对一个连接请求实现一次路由、多次交换，由此提高网络性能。MPLS采用最简化的技术来完成第三层交换向第二层交换的转换。MPLS在IP数据包前加入固定长度的包头(标签)，不对IP数据包的内容做任何处理。关于MPLS的详细资料，可参见http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.Html。
在MPLS实现中，在LDP(标签分发协议)或RSVP-TE(资源预留协议-流量工程)控制下，LSR(标签交换路由器)根据IP路由技术产生具有一定语义的代表数据传输路径及属性的标签，基于标签进行存储转发。入口压入标签，出口剥去标签。只在入口做一次分组QoS(服务质量)和CoS(业务分类)等分析。中间节点只分析标签的含义。
关于Martini MPLS的机制，可参见http://www.ietf.org/proceedings/03mar/I-D/draft-ietf-pwe3-ethernet-encap-02.txt。
对于点对点传送，以太网业务利用MPLS标签得以封装(标号202)后，通过GFP协议被映射(标号204)到SDH VC中。在映射过程中，可以采用虚级联技术或连续级联技术。虚级联实现了带宽颗粒度调整，通过虚级联实现业务带宽和SDH虚容器之间的适配，比连续级联更好地利用SDH链路带宽，提高了传送效率。在SDH网络中，虚级联的实现相对简单，最重要的是参与虚级联VC容器序列号SQ的传送，保证系统在末端能够将传送信号的VC排队重组。
GFP提供了一种通用的将高层客户信号适配到字节同步物理传输网络的方法。高层客户信号可以是面对PDU(协议数据单元)的(如IP/PPP或者以太网MAC帧)，也可以是面向块状编码的(如FC、FICON或ESCON)，还可以是固定比特率的数据流。关于GFP的详细信息，可参见国际电信联盟-电信标准部的ITU-T G.7041建议。
当将MPLS帧经GFP映射到SDH VC中后，进行VC开销处理(标号206)，包括再生段开销处理和复用段开销处理，形成标准的STM-n光信号，在光纤上进行传送(标号207)。段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节，主要是供网络运行、管理和维护使用的字节。关于SDH VC的开销处理和STM帧的传送，参见ITU-T的有关建议，例如ITU-T G.783建议。
对于环结构，以太网业务利用MPLS标签得以封装(标号202)后，将按照一定的规则(例如可以称为第二种规则)映射到RPR帧结构中，由RPR公平帧和公平算法完成公平接入(标号203)。
RPR是IEEE(电气电子工程师协会)于2000年12月开始制订的一种用于光纤环的新标准，即IEEE 802.17标准，它为光纤环建立了一个新的介质访问控制层，即MAC层。MAC层是数据链路层靠下面的一个子层，它涉及介质访问控制问题，即解决对共享介质访问的冲突问题。RPR是为优化数据包的传输而提出的，它不仅能有效地支持环形拓朴结构和在光纤断开或连接失败时实现快速恢复，同时具备数据传输的高效、简单和低成本等典型以太网特性。关于RPR的一般说明，也可参见http://www.rpralliance.org/articles/overview_of_draft_22.pdf。
基于RPR标准，可实现报文在目的节点被接收并从环路剥离，有效利用环网带宽。即，RPR提供空间重用，允许多个信息在环上同时发送。从本发明的系统具有环网的带宽公平共享和优先级抢占功能。
RPR标准还支持拓朴自动发现和环网智能保护，针对数据业务提供小于50ms的快速分组环保护，可以保护由于节点失效或链路失效产生的故障。本发明中，对以太网业务的保护，是通过结合MPLS的保护、RPR的保护和SDH的保护来实现的。
RPR帧然后通过GPF协议(例如可以称为第三种规则)映射(标号205)到SDH VC中，并进行VC开销处理(标号206)，包括再生段开销处理和复用段开销处理，形成标准的STM-n光信号，在光纤上进行传送(标号207)。
以上所述是将以太网业务发送到光纤上的过程。该过程的逆过程用于接收由光纤传送的STM-n光信号，并还原成原始以太网业务。具体地说，收到上述STM-n光信号的节点，经过标号206-204-202或206-205-203-202所示功能框的反向处理，将收到的STM-n光信号最终处理为以太网业务。
图3是将以太网业务帧封装到MPLS帧的示意图，示意性示出了图2的功能框202应遵守的规则。如图3所示，以太网业务帧包括目的地址(DA)、源地址(SA)、帧类型和长度、VLAN标志(可选)和净负荷。根据MPLS技术，按照一定的规则，在上述以太网业务帧之前增加双MPLS标签，即形成MPLS帧。外层MPLS标签代表该MPLS帧的FEC(转发等效类)。FEC是一组以相同方式转发(如相同的路径、相同的转发处理)的IP数据包。内层MPLS标签对相同的以太网VLAN和QoS属性进行标记。
内层MPLS标签的长字是4个字节，即32位。MPLS标签中的20位用作VLAN标志。这样，VLAN标志由12位扩展到20位，从而使可标识的VLAN数量从4096个增加到1048576个，突破传统以太网第二层交换的4096个地址的限制，适应电信级城域公网应用。采用VLAN技术，将交换机连接成的物理网络划分成多个逻辑子网。各站点可以分别属于不同的VLAN。根据VLAN技术，用户的以太网业务和故障得以隔离。关于VLAN的进一步说明，请参见IEEE 802.1p/q规范。
如上文所述，被封装的以太网业务帧中包括可选的VLAN标志。这样，在MPLS帧中可以包括两个VLAN标志，从而实现双VLAN标志的强大功能，以区分运营商和用户自定义的VLAN标志。
内层MPLS标签中另外有3位，用于表示用户的QoS(业务质量)。这3位分别定义了四种业务，即保障业务(A1和A2)、规整业务(B)和尽力传送业务(BE)。
内层MPLS标签中还有1位用作栈区域，支持分级标签栈功能。
内层MPLS标签中的最后8位用作TTL(生存区)区域，提供传统的IP TTL功能。
外层MPLS标签是标准的4字节的MPLS标签，可参见IETF文稿RFC2205(http://www.ietf.org/rfc/rfc2205.txt)。
图4是将MPLS业务封装到RPR规则的示意图，示意性示出了图2的功能框203应遵守的规则。如图4所示，第一层是物理层，其上依次是RPR MAC层、作为RPR服务层协议的MPLS层、和以太网/VLAN层。其中RPR MAC层和MPLS层作为1.5层。对于本领域熟练的技术人员，根据图4所示，可以很容易地实现图2中标号203所示的功能。
图5是实现本发明的多业务传送平台的节点的示意图。
如图5所示，本发明的多业务传送平台的节点分为五层结构，或分为五个模块。
标号501代表第一层，即以太网业务接口，用于承载客户信号。
标号502代表第二层，即MPLS模块，用于将业务层接收的以太网业务通过图3所示的规则(即第一种规则)加上4个字节的内层MPLS标签和4个字节的外层MPLS标签。如前文所述，内层MPLS标签中的20位用于VLAN扩展。借助于VLAN技术，对用户业务和故障进行隔离。内层MPLS标签中的另外3位用于表示用户的QoS。对应于不同的QoS，定义了4种业务，即保障业务(A1和A2)、规整业务(B)和尽力传送业务(BE)。总之，MPLS模块502的主要功能为：VLAN扩展和用户业务和故障隔离。
标号503所示的虚线框代表第三层，即RPR模块，用于将MPLS业务封装为RPR帧，封装过程遵守的规则(即第二种规则)如图4所示。RPR模块503完成的主要功能为：公平算法、保护、环选择、拓扑发现、OAM(操作、管理、维护)等。如图5所示，RPR模块503本身包括RPR客户适配子层和MAC控制子层。
需要说明的是，在MPLS模块502和RPR模块503之间有一个协调层，该协调层包括两个协调模块，即QoS映射模块和保护协调模块。当然，也可以将这个协调层形成在RPR模块503之中。所以，协调层是位于MPLS模块502与RPR模块503之间，还是位于RPR模块503内部，并不是重要。重要的是，协调层包括QoS映射模块和保护协调模块。
QoS映射模块将MPLS定义的保证业务、规整业务、尽力传送业务与RPR定义的A、B、C类业务进行映射。该模块对MPLS帧中EXP的三个比特进行监测，对RPR帧结构中的SC(服务等级)字节进行操作。EXP与SC之间的对应关系如表1所示。
表1-EXP与SC之间的对应关系
QoS映射模块的结构示意图如图6所示。
保护协调模块对MPLS保护、RPR保护、SDH保护进行协调。其操作逻辑如图7所示。
标号504代表第四层，即适配模块，在适配模块504中，将RPR帧结构按照GFP协议(即第三种规则)封装到SDH VC中(连续级联或虚级联)中。在映射过程中，可以采用虚级联技术或连续级联技术。为了在两条光纤上通信，环中的每个节点包括两个MAC。在一般的事务处理中，RPR模块503中的RPR客户适配子层向RPR模块503中的MAC控制子层发送数据和控制(拓朴、保护)信息。然后，RPR模块503中的MAC控制子层向适配模块504中的一个适当的MAC发送RPR帧，以便在物理层传输。
如图5所示，适配模块504中的两个MAC分别标记为西向SDH物理层适配，和东向SDH物理层适配，分别对应图1中的环0和环1。
标号505代表第五层，即SDH模块，完成VC再生段开销处理和复用段开销处理，形成STM-n(n＝4、16)光信号，在光纤上进行传输。如图5所示，SDH模块505包括SDH交叉单元和SDH线路。
图5所示的节点，在第一层(即业务层)501收到ATM、FC、FICON、ESCON、DVB或其他业务时，该节点通过LAPS、GFP、PPP等封装协议(例如可以统称为第四种规则)，将收到的数据业务直接映射到SDH VC中，然后由第五层(即SDH物理传输层)505完成VC再生段开销处理和复用段开销处理，形成STM-n(n＝4、16)光信号，在光纤上进行传输。
图5所示的节点可以组成图1所示的双向传送结构，一个环传送业务，另一个环也同时反方向传送业务。当一个环发生故障时，另一个环提供保护。SDH提供子网连接保护(SNCP)和复用段保护(MSP)。RPR提供环回和转向两种保护。MPLS提供标记交换路径1+1、1:n保护和节点、连接转向保护。本发明中，保护的启动过程为：当业务发生故障时，SDH保护、RPR保护和MPLS三种保护，通过图5中的保护协调模块工作，或者通过保护协调模块与网络管理系统(未示出)协调工作。
图5所示的节点组成的多业务传送平台可以灵活地传送以太网业务，同时实现的功能有：
端到端的QoS(环行、跨环、多环、网状)；
以太网业务的快速恢复(<50ms)；
VLAN扩展；
用户业务和故障的隔离；
克服了单单使用SDH、RPR的缺点，将MPLS和RPR技术结合起来，即将MPLS技术作为RPR的服务层协议。
图6是图5中的QoS映射模块的结构示意图。如图6所示，QoS映射模块包括MPLS成帧器、RPR成帧器以及位于两者之间的两个缓存器。对于本领域内的普通技术人员而言，很容易编制相应的逻辑按照上文表1中所示，将EXP内容映射为SC内容，或将SC内容映射为EXP内容。图6中示出只对EXP的后2比特进行映射，是因为EXP中有一位的值始终为“1”，如上文表1所示。
图7是图5中的保护协调模块的操作逻辑示意图。如图7所示，如果发生故障，比如探测到信号丢失、帧丢失、信号劣化等，则启动SDH层保护倒换。该过程需要小于50ms的时间。
如果启动SDH层保护倒换后50ms内故障消失，则结束SDH层保护倒换，并恢复业务。这种情况下，不启动MPLS保护和RPR保护。
如果启动SDH层保护倒换后第100ms(可以为任何大于50ms的时间，不构成对本发明的限制)故障仍未消失，则启动RPR层保护倒换。该过程需要小于50ms的时间。
如果启动RPR层保护倒换后50ms内故障消失，则结束RPR层保护倒换，并恢复业务。这种情况下，不启动MPLS保护。
如果启动RPR层保护倒换后第100ms(可以为任何大于50ms的时间，不构成对本发明的限制)故障仍未消失，则启动MPLS层保护倒换。该过程需要小于50ms的时间。
如果启动MPLS层保护倒换后50ms内故障消息，则结束MPLS层保护倒换，并恢复业务。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
Claims (13)
1.一种经过光纤环网传送多种业务的方法，所述光纤环网包括多个节点，所述多个节点利用光纤连接成环，所述方法的特征在于包括以下步骤：
在一个节点接收一个以太网业务帧；
按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；
按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述MPLS帧包括双层MPLS标签，即内层MPLS标签和外层MPLS标签，内层MPLS标签包括一个长度为20位的VLAN标志，用于标识所述以太网业务帧所属的虚拟局域网，外层MPLS标签标识转发等效类，用于建立标记交换路径，保证端到端的QoS。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤：
在所述光纤环网的另一个节点处，接收所述STM-n信号，并从所述STM-n信号还原出所述至少一个SDH虚容器；
从所述至少一个SDH虚容器还原出所述RPR帧；
从所述RPR帧还原出所述MPLS帧；
从所述MPLS帧还原出所述以太网业务帧。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤：
在检测到故障后，启动SDH层保护倒换；
在SDH层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动RPR层保护倒换；
在RPR层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动MPLS层保护倒换。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤：
在一个节点接收除以太网业务以外的其他业务帧；
按照第四种规则将所述其他业务帧映射到至少一个SDH虚容器中；
为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
6.一种用于构建多业务传送平台的节点设备，其特征在于包括：
一个以太网业务接口，用于接收一个以太网业务帧；
MPLS模块，用于按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；
RPR模块，用于按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
适配模块，用于按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
SDH模块，用于为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
7.根据权利要求6的节点设备，其特征在于所述MPLS帧包括双层MPLS标签，即内层MPLS标签和外层MPLS标签，内层MPLS标签包括一个长度为20位的VLAN标志，用于标识所述以太网业务帧所属的虚拟局域网，外层MPLS标签标识转发等效类，用于建立标记交换路径，保证端到端的QoS。
8.根据权利要求6的节点设备，其特征在于：
所述SDH模块还用于从光纤上接收由另一节点设备发送的STM-n信号，并从所述STM-n信号还原出所述至少一个SDH虚容器；
所述适配模块还用于从所述至少一个SDH虚容器还原出所述RPR帧；
所述RPR模块还用于从所述RPR帧还原出所述MPLS帧；
所述MPLS模块还用于从所述MPLS帧还原出所述以太网业务帧。
9.根据权利要求6的节点设备，其特征在于还包括一个保护协调模块，用于在检测到故障后，启动SDH层保护倒换，在SDH层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动RPR层保护倒换，并且在RPR层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动MPLS层保护倒换。
10.根据权利要求6的节点设备，其特征在于还包括：
其他业务接口，用于接收除以太网业务以外的其他业务帧；
其他业务适配模块，用于按照第四种规则将所述其他业务帧映射到至少一个SDH虚容器中。
11.一种多业务传送平台，包括多个节点，所述多个节点由光纤连接成一个光纤环网，其特征在于所述多个节点中的至少一个节点包括：
一个以太网业务接口，用于接收一个以太网业务帧；
MPLS模块，用于按照第一种规则将所述以太网业务帧映射到一个MPLS帧中；
RPR模块，用于按照第二种规则将所述MPLS帧映射到一个RPR帧中；
适配模块，用于按照第三种规则将所述RPR帧映射到至少一个SDH虚容器中；
SDH模块，用于为所述SDH虚容器进行开销处理，形成STM-n信号并在所述光纤环网上传送所述STM-n信号。
12.根据权利要求11的多业务传送平台，其特征在于所述MPLS帧包括一个双层MPLS标签，即内层MPLS标签和外层MPLS标签，内层MPLS标签包括一个长度为20位的VLAN标志，用于标识所述以太网业务帧所属的虚拟局域网，外层MPLS标签标识转发等效类，用于建立标记交换路径，保证端到端的QoS。
13.根据权利要求11的多业务传送平台，其特征在于所述节点还包括一个保护协调模块，用于在检测到故障后，启动SDH层保护倒换，在SDH层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动RPR层保护倒换，并且在RPR层保护倒换失败后且故障未消失的情况下，启动MPLS层保护倒换。
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