CN100550791C - 环形网络以及在环形网络上的多个设备之间进行通信的方法 - Google Patents

环形网络以及在环形网络上的多个设备之间进行通信的方法 Download PDF

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Abstract

城域访问网(10)使用MAC协议的变形，其中环(12)上的每个站点(14)与一个或多个时隙(30)相关联。每个时隙载有关于相关站点、基本连接字段(32)、通信字段(34)和业务质量字段(36)的信息。每个站点通过读取每个时隙(30)的信息，保持它自己的关于网络(10)状态的本地数据库。

Description

环形网络以及在环形网络上的多个设备之间进行通信的方法
技术领域
本发明主要涉及网络，特别是涉及城域网。
背景技术
图1为采用DWDM(密集波分复用)环12和MAC(介质访问控制)协议的城域网10的基本构造图。多个站点14与DWDM环12相连。站点14也可以与其它网络相连，如局域网和广域网。在说明的实施例中，站点1和站点2与LAN(局域网)16相连，站点3与WAN(广域网)18相连。站点4为独立的计算机。不同站点类型可以连接到环，如独立的计算机、服务器、分组ADM(增/减多路复用器)、网桥、网关、IP路由器和光学接口。
在运行中，城域访问网(或简写为MAN)通常连接跨度达100公里地域内的站点。通过MAN10可以传递声音、视频和数据。在城域访问网10中，连接到环12上的站点14通常在几百个以内。如布置图所示，在环12上通过多路信道20交换信息，每个信道20有一个与之相关联的唯一波长(λ)，如图2所示。信道20中的一个信道指定为控制信道22。其余的n个信道为数据信道24，用来传递声音或数据信息。
当站点14需要启动与一个或多个其它站点的通信时，站点14间的通信可以通过由站点14预留的信道来进行。比如，站点1可以通过预留λ3数据信道与站点2通信。信道一旦预留，只有站点1和站点2能够使用该信道，其它站点14将不能使用λ3，但可以使用其它任何的可用信道。站点1也可以使用单一数据信道24多播数据到多个站点14。而且，单个站点14能够通过不同的信道与多个站点进行独立通信。例如，如果站点上装配了相应接口，站点1能够通过λ1信道与站点2通信，同时也可以通过λ2与站点3通信。
为在不同的站点14间分配数据信道24，控制信道22连续地在环12上的所有站点间循环令牌26，如图3所示。每个令牌26与数据信道24有一一对应的关系，因此，有n个令牌26用来代表n个数据信道24。在环12上，当第一个站点14需要与第二个站点14通信时，它监测通过控制信道22的令牌26。每个令牌有一个字段表示信道的可用性。当第一个站点14收到一个表明其可用性的令牌时，第一个站点修改令牌26以表明需要进行通信(这里，对第二个站点是进行点对点通信)，并变更令牌以表明相关的数据信道已被占用。当第二个站点14收到修改后的令牌后，会发送一个确认信号到第一个站点，且在选中的信道24上建立两个站点14间通信。当通信完成后，第一个站点14修改它的令牌26以表示该信道24可用，从而释放通信信道24。
由于在网络10中每个令牌26为所有站点14共享，且只表示传输时隙的可用性，它对业务的类型完全不敏感，且不能解决任何带宽公平性问题。例如，某个站点14请求尽量型应用的业务，但它只能得到和请求时间敏感型应用业务的站点14相同的待遇。而且，令牌26不能提供与终止相关的业务，因此，冗余的请求同样占用相当比例的带宽。最后，站点必须等待一个轮转循环，才能得到空闲的令牌26，令牌循环时间能形成相当大的延迟，特别当网络直径增大时。因此，对站点14电子缓冲器的过度使用就非常明显了。
因此，为解决业务质量问题，对更有效的城域访问网和相应的协议需要就产生了。
发明内容
在本发明中，网络由在多个信道上提供通信的网络环组成，其中信道中至少有一个传递控制信息，并且在网络环上多个设备能够通过选定的信道进行相互间的通信。每个设备均包含能产生与当前通信状态有关的控制信息，并能在环上传送控制信息的回路。而且这些设备能够从环上读取其它设备的控制信息，并根据控制信息维护设备当前通信状态的本地数据库。
本发明与现有技术相比有显著的优势。网络上设备间的连接能更迅速地建立和撤消，而且控制信息能够包括与业务质量相关的信息。
附图说明
为了更全面地理解本发明和本发明的优点，下面参照相关的附图进行说明，其中：
图1所示为城域访问网的基本构成图；
图2所示为将载波分配到不同波长的多路信道中；
图3所示为在连接到载波的站点间进行通信的现有技术协议；
图4所示为在连接到载波的站点间提供业务质量通信使用的协议；
图5所示为图4协议中每个时隙内的字段分配；
图6所示为从图5字段信息中获得的本地表格的例子；
图7所示为可选择的带内配置，其中数据和控制在公共信道中通信。
发明的详细说明
参照图4-7，本发明会更易理解，图中相同的数字表示不同图中相同的部件。
对图1和图2所示网络进行的改变说明如下。图4说明在控制信道22中使用的不同协议，其中控制信道被划分为多个时隙30，每个时隙30代表环12上相关的站点14。每个时隙30包含正由相关站点14使用的通信信道的状态信息和其它状态信息，如业务质量信息。环12上m个站点中的每一个都有在环22上循环的多个相关时隙30。例如，在图3中，每个站点14由4个时隙30表示，分配给每个站点的时隙30数量将取决于每个时隙30所需要的长度和环22上站点14的数量。
每个时隙30含有一个相关站点14的识别信号(“驻留”站点)。尽管其它站(“非驻留站点”)可以监测另外站点的时隙信息，但只有在驻留站点才能更改与之相关的时隙30的信息。
在现有技术中，网络可以使用不同的控制信道22用独特的波长在站点14间传输时隙30。控制信道也可以放在子载波中。尽管使用不同的波长可以简化探测，它也占用了一定比例的带宽。在一个实施例中，控制信道22为时分且完全同步的。每个时隙30专用于网络上的一个站点14，并载有该站点的相应状态信息。因此，整个环的周长可分成时隙30，如图4所示。从理论上讲，每个站点有一个时隙就足够了，这样就能限制时隙的数量，因为站点的数量不可能超过几百个。因此，对于周长为100公里、支持100个站点的环，每个时隙的持续时间约为5μs(假设每个站点14有一个时隙26)。如传输率为10Gb/s，每个时隙能载有大约5000字节的信息。
在绝大多数的应用中，小得多的时隙大小就足够装载全部所需信息，下面进行更详细的讨论。通过将周长分成更多的时隙，且每个站点分配一个以上的时隙26，如图4所示，来回时间(与同一站点相关的时隙之间的时间)可以显著地减少。在前面的例子中，每个站点一个时隙的100公里环中，来回时间为0.5ms。如果周长再划分到每个站点10个时隙，每个时隙能载有500字节的信息，在许多场合下这已足够了，但来回延迟时间却缩短了10倍，仅为0.05ms或50μs。当然，在具体的应用中，时隙的大小和来回时间之间的平衡可以根据需要进行调整。
图5更详细地说明了每个时隙30的内容。在优选实施例中，每个时隙包含一个节点字段32、基本字段34、通信字段36和业务质量(QoS)字段38。节点字段32指示驻留站点。基本字段34指示驻留站点的状态，即，站点是否正在通信，如果正在通信，指示与驻留站点相关的非驻留站点和用于该通信的数据信道的标识符。通信字段36包含，比如，关于数据信道的对话信息(包括ACK和NACK)、关于内部状态的报告、可用的波长等。当仅用可用的数据信道24的子集与站点通信时也可使用该字段，当使用DWDM使可辨识的波长(此后为信道)增加，且某些或所有站点的调谐能力有限时，很可能发生这种情况。业务质量字段38包含通信类型的信息，如通信为时间敏感型还是尽量型。上面说明的字段列表并不是详尽的列表。
在运行中，驻留站点14定期地更新时隙中的信息。非驻留站点14观测时隙30，并利用时隙30中的信息建立本地表，该表存储并不断更新有关每个节点状态的信息。这样，对每个站点来说，这个表拥有关于整个网络的当前信息。在说明的实施例中，仅有基本和QoS字段34和38用来建立本地状态表，但是通信字段36专用于在相关的节点间进行通信。
在节点中存储的本地表40的例子如图6所示，其中4个站点表示为A、B、C和D。需要强调的是本地表是在单个时隙30中所包含信息的基础上单独建立的。在图6所示的例子中，基本字段34用来保存“时间”、“状态”、“操作”、“自/至”和“波长”(或信道)栏。“节点”栏指示驻留站点(可用IP地址)。状态栏说明驻留站点是忙还是闲。操作栏说明驻留站点是发送还是接收。自/至栏，若有的话则表示与驻留站点通信的站点(也可用IP地址)。波长栏表示进行通信的数据信道24。上面说明的栏基本上用来提供相关站点的状态信息。时间栏表示每个时隙30中的信息被驻留站点更新的时间。当该字段很长时间没有更新时，特别当执行不相连的帧格式时，时间字段可以通过展示实际情况来侦测故障。
如图6中的表40，节点A通过λ＝1发送信息到节点C，而节点D通过λ＝3从节点F接收信息。本例中没有表示时间信息，但它应当依照驻留站点本地时间的方式表示。由于同步发生在控制信道中，它不是整体性问题。
其余栏说明站点14间不同通信的QoS敏感信息，其作用在于简化基于QoS的区别。如果有“业务类型”栏，则该栏说明驻留站点所使用的业务类型，即，是尽量型业务还是时间敏感型业务。它与产生带宽对话的通信字段36有着紧密的关系，但也与表40中的“空闲计数器”栏有关，该栏中会有计数器以防止独占资源的冗余应用-如果一段时间内连接为空闲，可能会认为连接已经终止。这为获得带宽的公平性提供了一种机制。而且，还有“多播”字段指示业务的特性，即是单播还是多播业务。在多播业务时，本栏的信息会包含多播树。“保护”栏指示通信是受到保护的还是未受保护的，且在哪个信道受到保护。这在保护机制中为基于QoS的区别开辟了道路，并且，由于尽量型业务通过保护路径进行载波而不需要保护，使其成为一个非常有用的附加功能，并将在保护信道被取消时重新路由。这些说明可以容易地从本地状态表中得到，因为通过更新时间栏在表中也可以明显发现故障。空闲计数器字段是用来说明连接处于停止状态有多长时间，特别是尽量型业务时，如果停止状态超过了一定时间，更高优先级的连接可以将该连接终止并接管。传输率栏说明网络上每个连接所要求的带宽。
图4说明“带外”实施例，其中站点14使用的控制信道22处于与数据信道24不同的频率(或光纤)上以只用来传递控制信息。
图7说明一种备选“带内”实施例，其中信道20可以用来传递数据和控制信息，从而为网络提供了附加的通信能力。在这个实施例中，单一的频率可以承载控制分组44和数据分组46。控制分组周期性地由站点14发送，而不是用时隙30。控制分组44中的信息与上面说明的一致。
带内实施例能够使用信道20中的一个信道传递控制分组和数据分组。
尽管本发明所进行的说明与令牌环结构相关，但它适用于任何使用MAC协议提高网络效率的场合。
尽管本发明的详细说明针对于某些示例实施例，但本领域的技术人员也会得到有关这些实施例的各种改变和其他实施例的提示。本发明包含任何在权利要求书的范围内的变形或其他实施例。

Claims (23)

1.一种网络，包含：
在多路信道上提供通信的网络环，其中至少一个所述信道传递控制信息；
在环网上能够通过选定的信道进行相互间的通信的多个设备，每个设备均包括用于执行下列操作的电路：
产生关于与网络上的其它设备之间的当前通信状态的控制信息，并在所述环上传输所述控制信息；
从所述环上读取与其它设备相关的控制信息，并维护所述设备当前通信状态的本地数据库。
2.权利要求1中的网络，其特征在于其中的一个所述信道为控制信道，具有多个时隙，每个时隙载有关于关联设备的控制信息。
3.权利要求2中的网络，其特征在于每个设备均与一个或更多的时隙相关联。
4.权利要求2中的网络，其特征在于任一时隙中的控制信息只能由与之关联的设备更改。
5.权利要求1中的网络，其特征在于每个设备产生关于该设备当前是否正与一个或多个其它设备进行通信的控制信息。
6.权利要求5中的网络，其特征在于如果每个设备当前正在与其它设备通信，该设备产生包含信道标识符的控制信息。
7.权利要求1中的网络，其特征在于每个设备产生关于通信的数据传输率的控制信息。
8.权利要求1中的网络，其特征在于每个设备产生业务质量的控制信息。
9.权利要求8中的网络，其特征在于所述业务质量信息包含表明当前通信是否为时间敏感型通信的信息。
10.权利要求8中的网络，其特征在于所述业务质量信息包含表明当前通信是否为尽量型通信的信息。
11.权利要求1中的网络，其特征在于至少有一个所述信道既传递数据又传递控制信息。
12.在网络上的多个设备间进行通信的方法，包括如下步骤：
为网络环上的多路信道提供通信；
在至少一个所述信道上传递控制信息；
在每个设备上，产生关于所述每个设备与网络上的其它设备之间的当前通信状态的控制信息，并在所述环上传送所述控制信息；
在每个设备上，从所述环上读取与其它设备相关的控制信息，并维护所述设备当前通信状态的本地数据库。
13.权利要求12中的方法，其特征在于每个设备传送它的控制信息到指定做为控制信道的信道中。
14.权利要求13中的方法，其特征在于控制信道分成多个时隙，每个时隙载有关于关联设备的控制信息。
15.权利要求14中的方法，其特征在于每个设备均与一个或多个时隙相关联。
16.权利要求14中的方法，其特征在于每个时隙中的控制信息只能由相关的设备进行改变。
17.权利要求12中的方法，其特征在于每个设备的产生步骤包含的步骤是，在每个设备上产生关于当前正与一个或多个设备进行通信的控制信息。
18.权利要求17中的方法，其特征在于如果设备当前正在与其它设备通信，该设备产生包含信道标识符的控制信息。
19.权利要求12中的方法，其特征在于每个设备产生的控制信息是关于通信的数据传输率。
20.权利要求12中的方法，其特征在于每个设备产生业务质量的控制信息。
21.权利要求20中的方法，其特征在于业务质量信息包含表明当前通信是否为时间敏感型通信的信息。
22.权利要求20中的方法，其特征在于所述业务质量信息包含表明当前通信是否为尽量型通信的信息。
23.权利要求12中的方法，其特征在于至少有一个所述信道既传递数据又传递控制信息。
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