CN100558115C - 在级联组网中分配地址的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信网络技术，公开了一种在级联组网中分配地址的方法，使得级联组网中的节点能够自动获取网络的拓扑结构和本节点的位置并据此进行地址的自动分配，同时能够实时自动检测系统的拓扑结构变化和故障并自适应地进行地址分配的调整。本发明中，主节点和从节点自动获取和hop有关的信息，并由主节点根据从节点对应的hop值进行地址分配。

Description

在级联组网中分配地址的方法
技术领域
本发明涉及通信网络技术，特别涉及通信网络中地址的分配技术。
背景技术
在各种通信系统中，级联组网是一种很通用的组网方式。在级联组网中，可以包含一个主节点(Master Node，简称“MN”)和多个从节点(Slave Node，简称“SN”)，这些节点之间通过连接链路的接口连接组成星形、链型、环型或者树型等不同拓扑类型的网络。一般在级联组网中，每个节点都会包含至少一个发送端口和至少一个接收端口，相邻节点通过端口之间的链路连接，一般定义主节点到从节点方向为下行方向，从节点到主节点方向为上行方向。在级联组网中，主节点也称为根节点，处于下行方向的最后一个从节点也称为叶节点，处于一个节点上行方向上的相邻节点称为该节点的上级节点(父节点)，处于一个节点下行方向上的相邻节点称为该节点的下级节点(子节点)。在通信网络尤其是分组网络中，通常采用跳到跳(hop-to-hop)的方式进行转发，其中，每个跳(hop)标识了两个节点之间的直接连接的单向链路集合。
在现代通信系统中的级联组网方案中，通常各个节点之间是通过电缆或光纤承载的高速串行链路接口连接的。例如，第三代移动通信(The ThirdGeneration，简称“3G”)基站开放式接口平台开发联盟为了解决不同设备厂商之间接口不匹配的问题而开发的通用公共无线接口(Common PublicRadio Interface，简称“CPRI”)规范定义的无线设备控制器(Radio EquipmentController，简称“REC”)和无线设备(Radio Equipment，简称“RE”)之间的接口就是一种级联组网的接口。其中，REC即为级联组网中的主节点，RE即为级联组网中的从节点。在CPRI规范中，根据CPRI端口功能的不同，将CPRI端口分为主端口(Master，简称“M”)和从端口(Slave，简称“S”)。其中，M端口用于发送数据，S端口用于接收数据。
CPRI规范在高速串行总线上定义了复帧结构，复用了不同的通道，包括操作维护链路通道，承载的数据通道(如基带IQ数据)等。其中，复帧结构是一种较为复杂的帧数据的组合，在复帧中，可以同时包含控制字和数据，类似于CPRI规范，很多级联组网的方式中，节点之间可以采用复帧的结构传递数据，尤其现代通信系统中，在越来越多的数据链路上，数据以复帧的格式发送。
CPRI规范中复帧的组成如下文表1所示。
  子信道号   子信道目的   Xs＝0   Xs＝1   Xs＝2   Xs＝3
  0   同步定时   同步字节K28.5   超帧号HFN   BFN-低字节   BFN-高字节
  1   慢速控制维护通道   慢速控制维护通道   慢速控制维护通道   慢速控制维护通道   慢速控制维护通道
  2   层一带内协议   版本号   初始化命令   层一维护命令   指针p
  3   保留字节   保留字节   保留字节   保留字节   保留字节
  ......   ......   ......   ......   ......   ......
  15   保留字节   保留字节   保留字节   保留字节   保留字节
  16   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域
  ......   ......   ......   ......   ......   ......
  p-1   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域   厂商自定义区域
  指针p   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道
  ......   ......   ......   ......   ......   ......
  63   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道   快速控制维护通道
表1
关于CPRI规范的具体说明可以参见《CPRI Specification V2.0》，中文可译为《通用公共无线接口标准2.0版》。
为了实现转发，需要为网络中每个节点分别分配一个逻辑地址，在包括使用CPRI规范的级联组网的网络内，地址分配的策略是网络中节点维护和配置的重要前提。例如，在CPRI规范的级联组网中，就需要为每个节点分配一个作为逻辑地址使用的高级数据链路控制(High-Level Data LinkControl，简称“HDLC”)地址。
现有技术方案一采用逐级代理的方法进行地址分配。每个节点为其子节点分配地址，同时向其父节点上报其子节点的地址和拓扑位置。需要说明的是，根节点只有子节点，因此不需要上报其子节点的地址和拓扑位置；叶节点只有父节点，因此不存在为其子节点分配地址的操作。
现有技术方案二通过硬件地址来表示节点并获得各节点在拓扑图中的位置以进行地址分配。其中，硬件地址通过硬件设置获取，具体实现时，可以使用拨码开关设置硬件地址；也可以使用出厂时设置的固定序列号作为硬件地址。采用这种方案，主节点只要知道网络中存在哪些硬件地址，就可以通过广播扫描的方式获得其拓扑结构并为不同的硬件地址分配逻辑地址。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有技术方案一的系统启动时间长；现有技术方案二的实现的灵活性小，可维护性差；并且这两种方案均无法根据系统拓扑结构变化和故障的自动地动态调整地址的分配。
造成这种情况的主要原因在于，现有技术方案一需要逐级代理分配地址，不同级的从节点无法同时完成地址分配，因此需要的时间比较长；现有技术方案二完全根据硬件地址进行地址分配，必须预先获得各节点的硬件地址，因此灵活性不大，不易维护；并且这两种方案均没有实时检测系统拓扑结构和故障的能力，因此无法根据系统拓扑结构变化和故障的自动地动态调整地址的分配，可维护性差。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在级联组网中分配地址的方法，使得级联组网中的节点能够自动获取网络的拓扑结构和本节点的位置并据此进行地址的自动分配，同时能够实时自动检测系统的拓扑结构变化和故障并自适应地进行地址分配的调整。
为实现上述目的，本发明提供了一种在级联组网中分配地址的方法，所述方法在通用公共无线接口规范的网络中实现，包含以下步骤：
A主节点和从节点通过层1交互信息进行所述从节点对应跳值的分配和拓扑信息的获取；
B所述主节点根据所述从节点对应的所述跳值和所述拓扑信息进行地址分配。
其中，所述从节点和所述跳值一一对应。
此外在所述方法中，所述步骤A中，通过逐级向下通知完成所述从节点对应跳值的分配。
此外在所述方法中，所述步骤A还包含以下子步骤：
A1所述主节点通知下一级的所述从节点的跳值；
A2若所述从节点不是叶节点，则所述从节点根据从上一级接收到的跳值计算下一级从节点的跳值并通知；
A3若所述从节点是叶节点，则所述从节点向所述主节点反馈其对应的跳值。
此外在所述方法中，所述步骤A2中，下一级从节点对应的跳值等于所述从节点的跳值加1。
此外在所述方法中，所述步骤A2中，下一级的所述从节点的跳值＝所述从节点跳值*N+连接下一级从节点的所述从节点端口编号，所述端口编号取值为0～N-1。
此外在所述方法中，在链型组网中实现，所述步骤A中，通过逐级向上转发所述从节点的请求并由所述主节点响应该请求完成所述从节点对应跳值的分配。
此外在所述方法中，所述步骤A还包含以下子步骤：
A4所述从节点的下一级从节点向上行方向发送获取跳值的请求，所述请求包含第一计数值字段；
A5所述从节点将接收到的所述请求的第一计数值字段加1后向上行方向转发；
A6所述主节点接收到所述请求后根据第一计数值字段的大小向下行方向发送携带目标从节点对应跳值和第二计数值字段的响应；
A7所述从节点比较接收到的所述响应中第二计数值是否等于目标值，如果是则将所述响应中的所述跳值作为本从节点对应跳值，否则将所述响应的第二计数值字段加1后向下行方向转发。
此外在所述方法中，第二计数值字段的初始值＝目标值-目标从节点和所述主节点之间间隔的从节点个数。
此外在所述方法中，在故障恢复，或插入新节点，或组网类型变化时，所述主节点和所述从节点检测到所述跳值变化，并据此重新分配地址。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，主节点和从节点自动获取和hop有关的信息，并由主节点根据从节点对应的hop值进行地址分配。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即第一，由于本发明方案不需要依据固定的硬件地址进行地址分配，因此本发明方案具有很大的灵活性；
第二，本发明方案能够自动检测系统的拓扑结构变化和故障并及时调整地址的分配，因此大大提高了系统的可维护性，降低了对管理维护人员的要求，有利于系统的推广；第三，本发明方案对于从节点的地址分配可以是并行的，因此完成地址分配的时间很短，可以很快部署。
附图说明
图1是根据本发明较佳实施例的在级联组网中分配地址的方法的流程；
图2是根据本发明第一较佳实施例的从节点hop分配的流程；
图3是根据本发明第一较佳实施例的编号规则，对k＝3的树型组网编号的示意图；
图4是链型(环型)组网的hop分配的示意图；
图5是树型组网(二叉树，k＝1)的hop分配的示意图；
图6是根据本发明第二较佳实施例的从节点hop分配的流程；
图7是根据本发明第二较佳实施例的hop分配的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明方案通过转发或反馈和hop有关的信息，使主节点自动获取网络的拓扑结构和从节点数，从节点自动获取其对应的hop值，然后由主节点根据hop值进行地址的分配。由于不需要依据固定的硬件地址进行地址分配，因此本发明方案具有很大的灵活性，同时本发明方案能够自动检测系统的拓扑结构变化和故障并及时调整地址的分配，大大提高了系统的可维护性，并且本发明方案中，对于从节点的地址分配可以是并行的，因此完成地址分配的时间很短，可以很快部署。
根据本发明较佳实施例的在级联组网中分配地址的方法的流程如图1所示。
首先进入步骤110，主、从节点通过层1交互hop相关信息完成从节点对应hop值的分配和拓扑信息的获取。其中，从节点对应hop值和从节点一一对应，级联组网的拓扑类型可以为链型、环型或树型。
接着进入步骤120，主节点根据从节点对应的hop值和拓扑信息进行地址分配。其中，由于在步骤110中从节点已经获取其对应的hop值，因此在该步骤中，主节点可以在发送的地址分配信息中指定该地址对应的hop，从而实现地址的分配。本领域的普通技术人员理解，该步骤很容易实现，本文不详细说明。
在本发明的几个不同的较佳实施例中，根据主、从节点交互hop信息方式的不同，步骤110的实现主要有两种类型，下面分别以本发明第一较佳实施例和本发明第二较佳实施例为例做详细说明。
在本发明第一较佳实施例中，通过逐级向下进行hop通知完成从节点对应hop值的分配，即每个从节点对应的hop值由上一级节点通知。根据本发明第一较佳实施例的从节点hop分配的流程如图2所示。其中，本发明第一较佳实施例在CPRI协议级联组网中实现。
首先进入步骤210，主节点通知第一级从节点其hop值。在本发明第一较佳实施例中，在CPRI的复帧中特定的保留字节或厂商自定义区域中携带级联组网的拓扑类型(Topology Type)字段和跳(hop)字段实现hop通知。Topology Type(#Z.80.0)和hop(#Z.144.0)字段是主节点和从节点之间CPRI协议的扩展。在本发明第一较佳实施例中，Topology Type字段长一个字节，包含2比特的拓扑类型(Topology Type，链型、环型或树型)，1比特的端口类型(Port Type，M端口或S端口)和5比特的保留位；hop字段长一个字节，用于标识节点的hop值。本领域的普通技术人员理解，如果需要更多的hop值，可以通过扩展hop字段的字节数实现。
其中，Topology Type(#Z.80.0)和hop(#Z.144.0)字段的定义分别参见表2和表3。
  #Z.144.0   B7-b6   B5   B4-b0
  Topology Type：00：链型(星型)；01：环型10：树型11：保留   Port Type：表示Master/slave端口属性：0：master端口发出的帧1：slave端口发出的帧   保留，可用于在树型组网通知从节点k的取值(k的含义见下文)。
表2
  #Z.208.0   B7-b0
  hop：1～254255：无效hop
表3
接着进入步骤220，从节点从上一级接收hop值的通知并将该hop值作为本从节点hop。在本发明第一较佳实施例中，设定主节点的端口始终为M端口，即Port Type比特始终填写0，初始状态下从节点将其hop值置为无效，两个端口同时为CPRI-S端口，首先收到CPRI建链请求即上一级的hop通知的端口保持为S端口，同时将另外一个端口切换为M端口。本领域的普通技术人员理解，这样就使得所有从父节点发送到子节点的hop通知均为从M端口发送到S端口，hop通知中Port Type始终为0。
接着进入步骤230，判断该从节点是否为叶节点，如果是则进入步骤250，否则进入步骤240。其中，叶节点没有子节点，不需要再对下一级进行hop通知。
如果该从节点不是叶节点，则在步骤240中，该从节点计算下一级hop值并通知下一级从节点。在本发明第一较佳实施例中，为了实现hop值和从节点一一对应，将和主节点第一光口相连的从节点对应的hop值设定为1，但针对不同拓扑类型的级联组网，hop值的计算规则有所不同。对于链型组网，节点hop值＝上一级节点的hop值+1；对于环型组网，关闭主节点的一个方向的端口后即可以等同于链型组网，其编号规则和链型组网相同；对于树型组网，hop值的编号规则比较复杂，节点hop值＝上一级的hop*2k+光口编号(0～2k-1)，本领域普通技术人员可以理解，将本节点hop右移k个bit便得到其父节点的hop。需要说明的是，链型和环型也可以按照树型的算法对hop进行编号，但会浪费hop资源，而且计算稍微复杂一些。其中，树型组网中的k值限定了树型组网中一个节点的最多子节点数目不大于2k。
例如，在本发明第一较佳实施例中，对于k＝3的用32比特表示hop值的树型组网，可以实现最大规模为8层、每个节点下面最多8个节点的树，和主节点直接相连的从节点的hop值＝1，其他从节点的hop值＝父节点hop值*8+级联光口号(0～7)，对32bits的低24bits分成8层如表4所示。
24～31   21～23   18～20   15～17   12～14   9～11  6～8  3～5  0～2
保留   第1层固定为1   第2层1～7   第3层1～7   第4层1～7   第5层1～7  第6层1～7  第7层1～7  第8层1～7
表4
根据上述编号规则，对于k＝3的树型组网的编号如图3所示。
如果该从节点是叶节点，则在步骤250中，该从节点向主节点反馈其hop值并由主节点记录。在本发明第一较佳实施例中，从节点向主节点的反馈从S端口发出，即Port Type字段为1，接收到该反馈的从节点根据Port Type字段为1获知接收到的是从节点反馈，则将该反馈直接从S端口转发。需要说明的是，在本发明第一较佳实施例中，如果拓扑类型为链型或环型，则只有一个叶节点向主节点反馈其hop值，主节点记录的是组网的最大hop值；如果拓扑类型为树型，则至少两个叶节点向主节点反馈其hop值，主节点记录的是组网中所有叶节点的hop值。
本领域的普通技术人员理解，通过上述步骤，主节点即可获得所有叶节点对应的hop值，并由此获得级联组网的拓扑结构和节点数，从节点可以获得自己对应的hop值，主节点此时即可以根据从节点对应的hop值和拓扑信息进行地址分配。
为了更直观的说明本发明第一较佳实施例的hop分配的方法，图4和图5分别示出了链型(环型)组网以及树型组网(二叉树，k＝1)的hop分配的示意图。
本发明第二较佳实施例在链型组网的级联网络中实现，通过逐级向上转发从节点的hop请求并由主节点响应该请求实现从节点对应hop值的分配。根据本发明第二较佳实施例的从节点对应hop值分配的流程如图6所示。
首先，进入步骤610，从节点向上行方向发送hop请求消息。其中，hop请求消息携带了用于对该请求转发过程中经过的从节点个数进行计数以获取该节点hop地址的第一计数值字段，在本发明第一较佳实施例汇总，该字段在发送时置为1。需要特别说明的是，在该步骤中，多个从节点可以并行向上行方向发送hop请求消息。在本发明第二较佳实施例中，hop请求消息使用hop请求帧携带，hop请求帧的格式如表5所示，其中，hop字段即为第一计数值字段。
  BYTESEQUENCE   FIELDNAME   VALUE   COMMENTS
  0   Address   0x00   Hop专用地址
  1   Control   0xC8   UI frame
  2   MessageType   0x03   HOP请求
  3   Hop   1   起始报数为1，转发时增加1
  4   FCS   参见HDLC协议
表5
接着进入步骤620，对于接收到的hop请求消息，从节点将其携带的第一计数值加1后向上一级转发。其中，该步骤相当于对发送hop请求消息的从节点的位置进行计数以在主节点处获得该从节点在链型组网中的位置从而确定其对应的hop值。
接着进入步骤630，主节点根据接收到的hop请求消息中的第一计数值的大小响应携带该计数值对应的从节点hop的消息。本领域的普通技术人员理解，主节点接收到的hop请求消息中第一计数值即可以标识发送该hop请求消息的从节点在链型组网中的位置。其中，主节点发送消息时携带了目标从节点的hop值以及根据转发级数进行计数以用于标识目标从节点的第二计数值字段，在本发明第二较佳实施例中，第二计数值字段在发送时置为0xFF-接收到的从节点的第一计数值的大小+1，即第二计数值字段的在发送时等于目标值减去目标从节点和主节点之间间隔的从节点个数。
接着进入步骤640，从节点比较响应消息中的第二计数值是否等于目标值，如果是则进入步骤660，否则进入步骤650。其中，若第二计数值等于目标值，则说明该响应消息是发送给本从节点的，该目标值的大小取决于步骤630中主节点发送的响应消息中第二计数值的初始值，在本发明第二较佳实施例中，目标值设定为0xFF。
如果响应消息中的第二计数值不等于目标值，则在步骤650中，从节点将该响应消息的第二计数值加1并向下一级转发。其中，第二计数值不等于目标值，则说明该响应消息不是发给本节点，由于第二计数值的初始值和目标值之间的差为目标从节点和主节点之间间隔的从节点个数，而该步骤使得目标从节点和主节点之间间隔的从节点都将第二计数值加1，从而保证了第二计数值到达目标从节点时的值等于目标值。
如果响应消息中的第二计数值等于目标值，则在步骤660中，从节点从响应消息中获取该从节点的hop值。在本发明第二较佳实施例中，从节点hop值设定为该从节点在网络中所处的级数。
根据本发明第二较佳实施例的hop分配的示意图如图7所示。
需要说明的是，如果链型组网时，从节点个数大于255，则可以扩充第二计数值字段的字节数实现，例如，可以设定目标值为0xFFFF，第二计数值字段在发送时置为0xFFFF-接收到的从节点的第一计数值的大小+1。
可以看出，hop值分配的原则是hop值和从节点一一对应，也即：对于不同的从节点，其对应的hop值可以唯一确定；反之，对于确定的hop值，其对应的从节点也可以唯一确定。
熟悉本领域的技术人员可以理解，本发明方案根据可以自动获取的从节点对应的hop值和组网拓扑类型进行地址分配，因此在断链恢复或插入新节点，或在组网类型变化时，主节点和相关从节点都可以自动检测到hop值或组网拓扑类型的变化，并根据变化自适应地重新进行地址分配。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述方法在通用公共无线接口规范的网络中实现，包含以下步骤：
A主节点和从节点通过层1交互信息进行所述从节点对应跳值的分配和拓扑信息的获取；
B所述主节点根据所述从节点对应的所述跳值和所述拓扑信息进行地址分配。
2.根据权利要求1所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述从节点和所述跳值一一对应。
3.根据权利要求2所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述步骤A中，通过逐级向下通知完成所述从节点对应跳值的分配。
4.根据权利要求3所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述步骤A还包含以下子步骤：
A1所述主节点通知下一级的所述从节点的跳值；
A2若所述从节点不是叶节点，则所述从节点根据从上一级接收到的跳值计算下一级从节点的跳值并通知；
A3若所述从节点是叶节点，则所述从节点向所述主节点反馈其对应的跳值。
5.根据权利要求4所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述步骤A2中，下一级从节点对应的跳值等于所述从节点的跳值加1。
6.根据权利要求4所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述步骤A2中，下一级的所述从节点的跳值＝所述从节点跳值*N+连接下一级从节点的所述从节点端口编号，所述端口编号取值为0～N-1。
7.根据权利要求2所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，在链型组网中实现，所述步骤A中，通过逐级向上转发所述从节点的请求并由所述主节点响应该请求完成所述从节点对应跳值的分配。
8.根据权利要求7所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，所述步骤A还包含以下子步骤：
A4所述从节点的下一级从节点向上行方向发送获取跳值的请求，所述请求包含第一计数值字段；
A5所述从节点将接收到的所述请求的第一计数值字段加1后向上行方向转发；
A6所述主节点接收到所述请求后根据第一计数值字段的大小向下行方向发送携带目标从节点对应跳值和第二计数值字段的响应；
A7所述从节点比较接收到的所述响应中第二计数值是否等于目标值，如果是则将所述响应中的所述跳值作为本从节点对应跳值，否则将所述响应的第二计数值字段加1后向下行方向转发。
9.根据权利要求8所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，第二计数值字段的初始值＝目标值-目标从节点和所述主节点之间间隔的从节点个数。
10.根据权利要求1所述的在级联组网中分配地址的方法，其特征在于，在故障恢复，或插入新节点，或组网类型变化时，所述主节点和所述从节点检测到所述跳值变化，并据此重新分配地址。
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