CN101420383A

CN101420383A - 一种mpls-tp分组传送网络中的ecmp路径软恢复方法

Info

Publication number: CN101420383A
Application number: CNA2008102399010A
Authority: CN
Inventors: 李彬; 张永军; 尧昱; 黄善国; 顾畹仪
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-04-29

Abstract

本发明涉及通信领域，本发明实施例公开了一种MPLS－TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法。本发明实施例包括：扩展OAM消息实现拥塞发现、拥塞定位等功能；MPLS－TP传送TDM分组动态时钟调整操作；旁路重路由路径裂化；在拥塞发生时，首先通过源端调整TDM业务数据分组长度，改善其延迟特性；对于速度过高的业务则采取本地业务分流，绕开拥塞路由器；如本地链路资源不足，则通知源端进行带宽分配调整，在另外的N－1条路径上分配更高的带宽资源；如果没有足够的资源可分配，或者处于简化操作的原则不调整已分配的资源，则源端通知路由模块，依据带宽请求量，通过增量计算的方式完成另外一条路由的计算。减少由于网络拥塞所需要的恢复时间，通过自适应分组变长传输的方式可以增强网络的灵活性，提高保护资源的利用效率。通过旁路重路由裂化方式实现业务的快速性能恢复，借用特殊的编号方式和信令过程完成在分支点的快速合并操作。

Description

一种MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法。

背景技术

MPLS(Multiprotocol Label Switching，简称多协议标记交换)正由现在的点到点(Point-To-Point，简称P2P)的连接发展到点到多点(Point-To-Multipoint，简称P2MP)连接，如此复杂的连接需要一种有效的机制能够对于故障进行快速的定位，以便能够完成故障的快速恢复。MPLS-TP(MPLS Transport Profile，简称MPLS传送框架)是ITU-T和IETF两大标准化组织对于传送MPLS标准化方面需要达成一致意见的产物，扩展了IETF初始MPLS规范的多个方面，涉及OAM、生存性、网管以及控制平面等多项技术，旨在提高传送网络的功能以及互操作特性。IETF主要由MPLS、PWE3和CCAMP三个工作组来负责，ITU-T也制定了一些相应的标准如G.8110.1、G.8121、G.8131、G.8132、G.8113、G.8114等。目前ECMP(Equal Cost MultiPath，简称等权重多链路负载分摊)的标准化正在进行当中，关于电信级分组传送网络中的ECMP的研究一方面要考虑传输的带宽效率，另一方面需要考虑业务的可控、可监管性，尽量通过最小的标准修改来完成ECMP的监管控制。ECMP的概念在IP时已经存在，表示源和目的之间可以同时存在多条路径，在发送时业务分组通过多条路径传送，在接收端进行合并，因此在传输效率方面足以完成业务的快速传送，而对于这多条业务路径的监管以及拥塞发现的方法则显得异常重要。尤其在高速传送网络中，一旦链路上的拥塞路由器发生溢出，则会发生大量的业务分组包丢失；如果上游节点如采取缓发策略来减少业务分组的损失，则会造成上游节点的连环堆积；如果上游节点不额外处理则会出现分组持续丢失。

综上所述，需要有效的预先监测ECMP中的所有连接。本发明拟首先通过扩展OAM消息来实现路由器中的拥塞预检测机制，然后对预检到的拥塞进行有效的后续处理。目前MPLS-TP在ECMP下的流量控制、拥塞控制等方面尚存在不足，目前MPLS-TP网络主要通过限制ECMP的使用来实现单条连接的控制，但如此操作极大程度地限制了分组网络灵活的特性。考虑到前述情况，存在克服相关技术中不足的需要。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种基于MPLS-TP分组传送网络ECMP路径软恢复方法，通过分组变长传输、局部倒换策略实现每条路径上的动态带宽调整，从而提高网络的资源利用效率。

本发明拟首先通过扩展OAM消息来实现路由器中的拥塞预检测机制，然后对预检到的拥塞进行有效的后续处理。

拥塞预检测机制需对OAM消息中的数据进行长期的统计分析得到。拥塞的处理方法包括：1)通过源端调整TDM业务数据分组长度，改善其延迟特性；2)采取本地业务分流，绕开拥塞路由器；3)通知源端进行带宽分配调整，在另外的N-1条路径上分配更高的带宽资源；4)如果没有足够的资源可分配，或者处于简化操作的原则不调整已分配的资源，则源端通知路由模块，依据带宽请求量，通过增量计算的方式完成另外一条路由的计算。

本发明实施例提供的基于MPLS-TP分组传送网络的ECMP路径软恢复方法，包括：

动态分组长度调整传输，拥塞路由器局部路由恢复，拥塞路径上源端路由器带宽调整，源端路由重新计算的四阶段软恢复策略；

扩展的OAM拥塞检测方法；

MPLS-TP传送TDM分组动态时钟调整操作；

旁路重路由路径裂化；

采用本发明的方法，可以有效的减少由于网络拥塞所需要的恢复时间，通过自适应分组变长传输的方式可以增强网络的灵活性，提高保护资源的利用效率。通过旁路重路由裂化方式实现业务的快速性能恢复，借用特殊的编号方式和信令过程完成在分支点的快速合并操作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解，本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

结合描述了本发明的各种实施例的附图，根据以下对本发明的各发明的详细描述，将更易于理解本发明的这些和其它特征，其中：

图1示出了基于分组传送网络在ECMP下的问题描述；

图2示出本发明所扩展的OAM拥塞检测方法；

图3示出MPLS-TP传送TDM分组动态时钟调整操作；

图4示意性示出了MPLS-TP拥塞路由器的本地恢复阶段；

图5示意性示出了MPLS-TP拥塞路径上的源端路由器路径带宽调整阶段；

图6示意性示出了MPLS-TP拥塞路径上的源端路由器重新计算路由阶段；

图7描述了在ECMP下本地重路由时的旁路路由过程；

图8描述了在中间节点存在ECMP下本地旁路重路由下的路径裂化过程；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

图1示出了基于分组传送网络的问题描述，其中101，102，....，1010分别表示10个基于分组网络的传送路由器，101-102-103-104，101-105-106-107-104，101-108-109-1010-104分别表示三条LSP路径，由于ECMP的使用，单个业务传送会经过不同的路由，而在每条路径上会存在属于同一业务会话的不同编号，三条连接的业务序列号(SN)分别为1，4，7...，2，5，6，8，....，3，9，...而在接收段则根据业务分组的编号再重新进行业务合并。如图所示，分别给出了102，103，104三个路由器的内部缓冲队列。103的缓冲区使用满后，发生了溢出，从而会影响整条LSP上的其他路由器的传送。

如果在103路由器上采用丢弃策略，则会发生业务分组丢失，不仅在单条LSP上发生丢失，对于接收端合并时也会由于分组丢失而无法重组，无法恢复完整的业务数据；

如果103路由器通知上游节点进行数据缓发，则会引发上游节点的连环堆积，如果上游节点不采用相关处理，则会出现分组的连续丢失的情况；

对于分组网络的保护资源配置不好控制，由于业务具有较大的自相似特性，不好准确的估计业务的流量特性，会造成网络的资源利用效率低，而且对于ECMP的各条连接带宽分配不均匀时采用预配置保护资源会浪费大量的保护资源用于保护，从而失去ECMP本身的意思所在。并且如果在发生阻塞时即采用保护倒换措施不仅不会带来预想的收效，而且重复倒换操作会带来额外的网络开销。

因此，可以看出对于分组传送网络，特别是对于存在多条路径同时传送的情况，需要一种有效的ECMP的连接监视过程。

图2示出本发明所扩展的OAM拥塞检测方法，其中201-202-203-204-205分别为一条LSP上的路由器。本发明采用一种拥塞预判机制来实现拥塞预感知。

具体采用OAM拥塞机制可以利用单端时延(1DM)或者双端时延(2DM)来检测，根据延时的变化测算是否发生拥塞；或者利用现有标准化组织所制定的成熟的MPLS的OAM消息LB来实现。LB的格式如下，用于点到点的环回检测。

对于发送的LB消息，具体包括如下操作：

在LB消息中标记时间戳，在源节点根据在每个节点处的延时来判断是否拥塞；

在LB消息中包含拥塞指示，以及建议源端的流量调整值；

通过单个LB消息携带多个时间戳由源节点统一处理，定位拥塞点。

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Label_14 |MEL|S|TTL

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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Transaction ID/Sequence Number

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Target MEP/MIP data plane identifier TLV

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Source MEP data plane identifier TLV

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Congestion TLV

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

End TLV |

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也可以采用另外扩展的其他OAM消息，具体的OAM消息格式不构成对于本发明的限制。

当接收端由于业务延迟过大，或者丢失分组数量过多，发现连接中存在拥塞点时，开始拥塞定位操作。所用的拥塞探测消息，延LSP进行逐点的拥塞定位操作。图2中路由器201发起拥塞定位操作，每个路由器具有网络运营者所设定的拥塞门限，如路由器204的队列超过75％，被认为存在潜在拥塞风险。探测消息到此，确定该拥塞路由器，完成定位。

通过拥塞预判机制可以避免由于大量分组在输入队列溢出时的损失，特别地，在高速通信环境下，极大程度地增加了网络的可靠性。

关于拥塞门限设定，具体应用场景下的设置门限值应当根据当地的网络环境以及所在运营单位的级别来确定。通常路由器的内部队列超过80％，则认为进入危险区，需要网络的操作者引起警惕。实际上路由器队列达到一定程度就开始自动丢弃，防止出现路由器软件死锁问题。监测门限值应当低于路由器自动丢包门限，对于不同性能参数的路由器，该门限值又有所不同，所以需要针对具体设备具体考虑。具体的门限值设定方式不构成对于本发明的限制。如果需要采用路由器主动上报的方式，可以通过MPLS的CV消息的扩展实现相邻路由器的通告获知节点的阻塞状态，端到端的拥塞判断也可以通过MPLS丢包测量工具LM来实现。

图3示出MPLS-TP传送TDM分组动态时钟调整操作。在源端收到阻塞消息通知后会根据队列的阻塞情况来确定下一步传送分组的分组大小。调整的原则如下：

分组长度小，传输时延小，减少时延差；

分组长度大，拥塞大，带宽利用率较高；

301为调整前的分组切割时钟，由于网络的传送条件恶化，需要动态调整该时钟为302，从而适应网络的条件。特别地，在网络存在重传条件下，小分组传送策略通常具有更高的效率。通过调整源端切割分组包的大小，尝试减缓拥塞对高等级TDM业务的影响程度

图4示意性示出了MPLS-TP拥塞路由器的本地恢复阶段。图中的401-4011为MPLS-TP分组路由器，其中401-4010为业务所经过的三条LSP上的路由器，定义同图1。

在检测到拥塞存在后，拥塞节点403向相邻节点402和404同时发送拥塞指示，通知两侧的节点绕开拥塞节点；

上下游节点402和404收到拥塞指示后，重新建立恢复路由的邻接关系，建立局部保护路径；

通过RSVP-TE信令建立起恢复路径后，在上游分支点402减轻拥塞路由器的两条邻接上的业务流量，将部分流量分流到重新计算的新的连接402-4011-404上，整个过程属于缓慢调整过程，从而避免网络由于流量快速变化所造成的不必要的扰动。

图5示意性示出了MPLS-TP拥塞路径上的源端路由器路径带宽调整阶段。图中的501-5010为业务所经过的三条LSP上的MPLS-TP路由器，其定义同图1。

当图4所示本地业务恢复策略实效后，业务源节点501收到下游节点503阻塞通知后，在源端进行另外N-1条路径的带宽调整，首先通过信令的带宽调整请求，发到其他连接上。在收到连接调整确认后将原有子连接业务流f1(501-502-503-504)上的业务超额带宽分别调整到f2(501-505-506-507-504)和f3(501-508-509-5010-504)上。如果原有连接由于链路/节点故障或者其他原因而完全不可用时，则将拥塞连接上的业务分组部分分摊到其余的N-1条路径上进行传送。具体的原因也可以为运营商或者其他策略性原因，具体的原因不构成对于本发明的限制。

图6示意性示出了MPLS-TP拥塞路径上的源端路由器重新计算路由阶段。

当图5所示带宽调整策略无法满足所实效连接上的业务流量时，在源节点601收到下游节点阻塞通知后，源节点通知本地路由模块重新计算路由，另外配置一条新的连接作为新的ECMP连接加入连接组。注意图6路由重算阶段只是在另外N-1条连接扩展带宽仍无法提供，或者为避免已有连接的带宽调整，才增加路径，复杂性相对较低，但对资源需求多，一般为较高等级使用。

图7描述了在ECMP下本地重路由时的旁路路由过程。R1，R2，R3，R4分别为图1所述的路由器，构成小型格状网络，在R3-R4之间发生拥塞时，由R3节点发出拥塞指示，R4节点收到该指示后，立即将自身设置为分支节点，发起带宽调整请求，R4-R3-R2之间进行动态资源调整的配置，通过ECMP多条路径间配置旁路路由，构建如图所示基本旁路转发结构，以加快重路由的速度，完成业务的分流，减缓拥塞。

图8描述了在中间节点存在ECMP下本地旁路重路由下的路径裂化过程。图中R1-R7分别为图1所述的路由器，网络拥塞发生前R1->R3间存在多条路径，分别是R1-R2-R3，R1-R4-R5-R6-R3，R1-R4-R7-R6-R3，其中R1，R3为1级分支点，R4，R6为2级分支点，当R5-R6间的链路之间发生拥塞时，R5则做为3级分支点对业务进行分流，产生新的分支LSP，R1-R4-R5-R2-R3，而取消R6的分支点功能，在R3统一完成合并，业务流则通过三级索引进行合并。

所配置的旁路重路由链路可以采用初始静态配置、也可以采用动态计算的方式获得，具体配置方式不构成对于本发明限制。

静态配置：专用重路由恢复，恢复速度快，资源利用效率较低；

动态配置：共享恢复策略，可同时传送低等级业务；

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

1、一种MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于包括以下部分：

扩展的OAM拥塞检测方法；

MPLS-TP传送TDM分组动态时钟调整操作；

旁路重路由路径裂化。

2、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述四阶段软恢复策略，具体过程是：

首先通过源端调整TDM业务数据分组长度，改善其延迟特性；对于速度过高的业务则采取本地业务分流，绕开拥塞路由器；如本地链路资源不足，则通知源端进行带宽分配调整，在另外的N-1条路径上分配更高的带宽资源；如果没有足够的资源可分配，或者处于简化操作的原则不调整已分配的资源，则源端通知路由模块，依据带宽请求量，通过增量计算的方式完成另外一条路由的计算。四种方法做为软恢复的四个阶段逐次使用，提供高效、快速的恢复。

3、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述MPLS-TP传送TDM分组动态时钟调整操作，具体是：

对于TDM数据，通过调整数据切分时钟实现分组的变长传输；

通过切割分组进一步细分分组的路径，使流量趋于平均。

4、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述拥塞路由器局部路由恢复，具体是：

拥塞节点检测到拥塞时，向邻居节点发送拥塞指示；

上游分支节点对于下游的流量进行缓慢调整的软恢复策略。

5、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述拥塞路径上源端路由器带宽调整，具体是：

下游节点拥塞通告；

上游节点发起的带宽调整信令过程；

另外N-1条路径均摊超额负载。

6、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述源端路由重新计算，具体是：

下游节点拥塞通告；

上游节点路由重新计算。

7、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述扩展的OAM拥塞检测方法，具体是：

通过设定预拥塞门限，实现拥塞预感知；

借助已有的MPLS的OAM消息1DM，2DM或者CV消息实现拥塞检测，并通过LB消息组合或者自定义的OAM消息实现所述拥塞点的定位。

8、根据权利要求1所述的MPLS-TP分组传送网络中的ECMP路径软恢复方法，其特征在于所述旁路重路由路径裂化过程，具体是：

中间节点裂化新的ECMP路径的过程；

裂化后接收端合并分组所用的分级编号方式。