CN101617510B - 网桥及操作该网桥的方法 - Google Patents

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Abstract

网桥(200)包括用于与两个网络连接的两个端口(202、204)、生成树控制器(210)以及各端口(202、204)的无线网桥链路控制器(212、214)。端口采用自适应调制技术。无线网桥链路控制器(212)与端口(202)相连接以与该端口(202)交换物理层信息。当端口检测到其PHY模式发生改变时，该端口将链路的路径成本设定为针对新PHY模式而配置的值，并使网桥重新计算其生成树。无线网桥链路控制器(212)还与生成树控制器(210)相连接。如果网桥检测到在一定时间段内未接收到网桥协议数据单元并且定时器马上要超时，则网桥使端口(202)经由无线网桥链路控制器(212)使用鲁棒性更强的PHY模式。

Description

网桥及操作该网桥的方法
技术领域
本发明总体上涉及网桥，特别涉及提供采用自适应调制的无线连接的网桥。
背景技术
IEEE标准IEEE 802.1D定义了透明网桥，该透明网桥使用生成树协议(STP)或快速生成树协议(RSTP)，从而通过将可用的物理拓扑限制为数学生成树来避免无限循环(loops)。生成树协议定义了根节点并建立了到达该根节点的路径成本最佳的生成树。路径成本是赋予给网桥端口的可配置的数值参数。在大多情况下，路径成本是由IEEE 802.1D和IEEE802.1Q标准的各种版本中给出的方针决定的。在管理上，可以针对每个端口设定路径成本。另一个路径参数是根路径成本。根路径成本是桥接利用网桥协议数据单元(BPDU)的交换的值。通常，各个网桥使用各端口的根路径成本来确定在该端口处与根网桥的距离。为了确定根路径成本，需要执行以下步骤。各网桥发送出自己的根路径成本。根开始于0。进而，各网桥选择所接收的根路径成本最低的端口，作为根端口。该根端口通过将接收到BPDU的端口的路径成本与接收到的根路径成本相加，来计算出自己的根路径成本。然后，该网桥将BPDU与自己的根路径成本一起发出。此外，该标准还针对各种以太网链路速度定义了默认值。在IEEE 802.1Q中定义的多生成树协议(MSTP)是对RSTP的增强，该多生成树协议提供了同一物理拓扑上的多个生成树实例。必要时，STP、RSTP以及MSTP借助称为网桥协议数据单元的消息的交换来形成并改变生成树。采用有线链路或无线链路将网桥互连。
与有线链路相比，无线链路所面临的问题是时变传输路径，即，在良好的传播条件下，可以传输较高的数据速率，而在不好的传播条件下，只能传输较低的数据速率。本领域所公知的解决方案是采用与链路的期望可用度相适应的固定数据速率。值得注意的是，在大部分时间里传播条件都十分良好。然而，如果要求接近100％的可用度，则必然要选择鲁棒性很强的调制和编码方案。在这种鲁棒性强的调制和编码方案中，虽然满足了链路的可用度要求，但是却付出了链路的数据速率下降的代价。因此与大部分时间里实现的数据速率相比，可实现的数据速率变小。
当今，无线链路可以采用自适应调制技术。数字无线通信系统中采用的自适应调制允许发射机根据信道条件来调节自己的传输模式。无线链路的两个方向是独立的。接收机(通过信噪比SNR)测量链路的质量。如果接收机检测出SNR的值对于当前PHY模式(即，信道上使用的调制方案和编码方案)而言非常不佳或非常良好，则向发送方发送消息，要求发送方改变PHY模式。根据该信道上的传播条件，发射机可以改变信道上使用的调制方案和解码方案。不同阶的调制允许针对每个码元发送更多比特，因而实现更高的吞吐量或更好的频谱效率。随着这种范围的增大，必须要采用更低阶的调制，相反，发射机与接收机之间的距离越短，越能够使用增大吞吐量的更高阶的调制。此外，自适应调制使系统能够克服衰落及其他干扰。链路的自适应调制使得能够在各种PHY模式之间进行动态切换。PHY模式包括调制方案和编码方案，同时确定链路的速度及其鲁棒性。这使得在鲁棒性最强的PHY模式下能够保持链路的期望可用度(例如，时间的99.99％)，而在其它情况下则提供更高的数据速率(例如，时间的99.99％)。
但是，这种解决方案的缺点在于，当自适应调制改变链路的PHY模式并随后改变了其数据速率时，现有的拓扑可能不再代表针对可用资源的使用的最佳生成树。这可能会导致浪费的情况出现，即：网络实际承载的业务量低于其理论上能够承载的业务量。
当自适应调制使用鲁棒性更低的调制方案时，差错可能会损坏数据帧，进而损坏BPDU。如果网桥端口处于“丢弃”状态并处于IEEE 802.1D中针对至少一个生成树实例指定的端口角色“替换端口(AlternatePort)”或“备份端口(BackupPort)”，并且如果该端口在指定的时间段内未从相邻的网桥接收到BPDU，则网桥可以推断该端口只与终端系统链接。随后，可能会将端口状态设定为“转发(forwarding)”，而“转发”将会引起无限循环，这将造成灾难性行为。在其他情况下，网桥可能将生成树重新配置成更加不适当的拓扑。
因此，一种性能提高的网桥及操作该网桥的方法是有利的，特别是支持通过自适应调制来改变PHY模式时拓扑的动态变化的网桥及操作该网桥的方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于，通过优选方式单独或以任意组合来减轻、缓和或消除上述一个或更多缺点。
根据本发明的第一方面，提供一种网桥，该网桥包括：用于与至少两个网络连接的至少两个端口；生成树控制器；以及第一端口的第一无线网桥链路控制器。所述第一端口能操作以在第一无线链路上应用自适应调制技术。所述第一无线网桥链路控制器连接到所述第一端口以与该第一端口交换物理层信息，并且，还连接到所述生成树控制器，并且适于请求改变PHY模式或与重新计算所述第一端口的生成树的请求一起发送新的路径成本。
优选的是，所述无线网桥链路控制器适于检测所述无线链路上的PHY模式向新PHY模式的改变，并且响应于该改变而修改受到该改变影响的无线链路的路径成本。所述新路径成本是预定值或者是针对新PHY模式自动计算出的值。所述生成树控制器适于重新计算与受所述改变影响的端口相关联的生成树。
此外，优选的是，所述网桥适于检测在预定时间段内未接收到任何网桥协议数据单元(BPDU)的情况，并且请求所述无线网桥链路控制器将所述无线链路上的当前PHY模式改变为鲁棒性更强的PHY模式。
当所述网桥适于在其第二端口上提供具有自适应调制的第二无线链路时，该网桥包括该第二端口的第二无线网桥链路控制器，其中，所述第二无线网桥链路控制器连接到所述第二端口以与该第二端口交换物理层信息。所述第二无线网桥链路控制器还连接到所述生成树控制器，并且适于请求改变PHY模式或与重新计算所述第二端口的生成树的请求一起发送新的路径成本
根据本发明的第二方面，提供一种操作电信网络的方法，所述电信网络包括至少两个网桥以及至少一个无线链路，并且在所述至少一个无线链路上采用自适应调制技术。该方法包括以下步骤：检测所述无线链路上的PHY模式向新PHY模式的改变；以及修改受所述改变影响的所述无线链路的路径成本。在下一步骤中，重新计算与网桥的采用自适应调制的端口相关联的生成树。
根据本发明的第三方面，提供一种操作电信网络的方法，所述电信网络包括至少两个网桥以及至少一个无线链路，并且在所述至少一个无线链路上采用自适应调制技术。该方法包括以下步骤：检测所述网桥在预定时间段内未接收到网桥协议数据单元的情况；以及将所述无线链路上的当前PHY模式改变成鲁棒性更强的PHY模式。优选的是，随后持续应用该过程，直到接收到BPDU或者使用了鲁棒性最强的PHY模式为止。
本发明的其他特征在从属权利要求中进行阐述。
本发明的有利之处在于允许高效使用这样的网络中的可用容量，即，所述网络采用考虑了当前链路速度的具有自适应调制的无线链路。在保证容量与最佳容量之间分割网络容量，并且保证容量使用了鲁棒性最强的PHY模式的全部容量的情况下，本发明确保能够使用最佳业务。本发明还帮助防止桥接网络中的无限循环，即使无线链路当前提供的质量不佳而导致BPDU损坏。此外，重要的是，根据本发明的网桥能够在具有标准IEEE网桥的网络中工作。
附图说明
通过以下与附图结合的详细说明，能够更加全面地理解和认识本发明，其中：
图1是例示包括通过链路互连的网桥的网络；
图2是本发明的一个实施方式的网桥。
具体实施方式
在下文中，以IEEE 802.1D标准中定义的网桥及它们的操作为背景，来讨论本发明。但是应该理解，本发明不限于IEEE 802.1D标准，还可适用于提供无线链路并在所述无线链路上采用了自适应调制的网桥的操作。
参照图1，呈现出通过链路114-1 24互连的网桥200、104-112的网络。在最通常的情况下，链路114-124可以通过任何可能的物理介质、铜线缆或无线电(无线)方式来实现。本发明关注于实施了自适应调制的无线链路。出于清楚和简洁的考虑，附图通过非常示意性的方式来展现本发明，其中省略了理解本发明所不必要的元素和线。假设第一网桥200和第二网桥104是按照本发明来实现的，连接它们的链路114是无线链路，并且假设网桥200和104在所述链路114上采用了自适应调制。
网桥200、104-112通过交换BPDU来彼此通信，这使得各网桥具有足够的拓扑信息来将活动网络拓扑缩减为数学生成树。无线链路114采用自适应调制。自适应调制可以动态改变PHY模式(在网桥200与104之间的链路104的OSI模型的物理层上使用的调制方案和编码方案的集合)。PHY模式确定链路的数据速率及其鲁棒性。
参照图2，呈现出根据本发明的一个实施方式的网桥200的实施方式。网桥200包括两个端口202和204以及生成树控制器210，这两个端口202和204利用无线链路206和208与两个网络连接。第一端口202和第二端口204(在本发明中采用自适应调制)分别通过第一和第二无线网桥链路控制器(WBLC)212和214来增强。WBLC 212、214存储有将要在与其相关联的端口上使用的各PHY模式的路径成本。这些路径成本可以手动配置或自动计算。WBLC 212、214可以针对生成树控制器(STC)210中的自己的端口设定新的路径成本，并请求STC 210重新计算生成树。第一无线网桥链路控制器212连接到第一端口202以与该第一端口202交换物理层信息，相应地，第二无线网桥链路控制器214连接到第二端口204以与该第二端口204交换物理层信息。WBLC 212、214都与所述生成树控制器210相连接。WBLC 212、214与STC之间的连接用于把来自网桥200的请求发送给WBLC 212从而改变无线链路202和208的PHY模式，或者用于从WBLC 212、214将新的路径成本与重新计算该端口的生成树的请求一起发送给生成树控制器210。WBLC 212和214能够通过硬件或软件实现，并且在通过软件实现的情况下，术语“连接”表示与WBLC所连接的部件交换数据的能力。
在操作中，如果WBLC 212检测出它的无线端口202已经改变了PHY模式，则WBLC 212针对端口202确定新的路径成本，并将其发送给生成树控制器210，请求针对受影响的端口计算新的生成树拓扑。
网桥200的生成树控制器210包括第一寄存器216和第二寄存器218，第一寄存器216和第二寄存器218分别用于存储关于第一端口202和第二端口204的状态的信息。该信息用于在改变无线链路206、208的PHY模式后所进行的新生成树的计算处理中。
网桥200适于检测在预定的时间段内未接收到任何网桥协议数据单元。如果预定时间段超时，则网桥请求无线网桥链路控制器212、214将所述无线链路206、208上的当前PHY模式改变成鲁棒性更强的PHY模式(图2中的“鲁棒PHY模式”箭头)。可以将这种特征描述为“鲁棒网桥配置”。这种配置选项表示网桥200期望单独的相邻网桥104与端口204相连接，并且表示系统应该尝试避免与该相邻网桥104失去连接。
如果网桥端口处于端口角色“根”、“替换”或“备份”，则希望定期从该网桥的相邻网桥接收BPDU。在本领域的公知的解决方案中，如果在一定时间内未接收到BPDU，则第一定时器超时，并且网桥将认为相邻网桥已从网段中消失。然后，该网桥将会丢弃该端口上的相关信息。网桥未从相邻网桥接收到BPDU的一个原因可能在于错误的无线链路。
根据本发明的一个实施方式，如果网桥端口202处于鲁棒模式并且端口角色为“根”、“替换”或“备份”，并且网桥200检测出在一定时段内未接收到BPDU，则应该请求WBLC使用鲁棒性更强的调制方案。
向WBLC 212、214发送请求的定时必须以这样的方式进行设定，即：在第一定时器超时前发送出该请求。这可以通过多种方式来实现。在一个实施方式中，存在第二定时器，该第二定时器被设置为超时发生在第一定时器超时之前，并且正是该第二定时器的超时触发了向WBLC 212或214发送请求，以请求鲁棒性更强的PHY模式。在可选的实施方式中，可以使用有规则地超时的第一定时器和计数器。在本实施方式中，网桥200使用2秒定时器。如果网桥200在端口上在3个连续的2秒期间内未检测到来自相邻网桥的BPDU，则丢弃在该端口上的所有优先矢量信息，并重新计算生成树。在这种情况下，网桥被配置成向WBLC 212或214发送在2个连续的2秒期间后变为鲁棒性更强的PHY模式的请求。这将会保证在丢弃该端口上的连接之前应用了新的鲁棒性更强的PHY模式。
之后可以持续应用该过程，直到接收到BPDU或采用了鲁棒性最强的PHY模式时为止。如果采用了鲁棒性最强的PHY模式并且网桥在端口仍然未接收到来自相邻网桥的BPDU，则该过程未能成功从而网桥应该丢弃该端口上的信息。
本发明的构想在于，使所述方案适用于带自适应调制的无线端口的数量不为2的网桥。在一个实施方式中，可以是具有一个无线端口和一个有线端口的网桥。此外，根据本发明，网桥可以包括大量端口，并且在某些实施方式中，这些端口中的一部分可以是与WBLC相连接的采用自适应调制的无线端口。
优选的是，在“等待到恢复”时间后，才允许切换回鲁棒性较弱的PHY模式以避免不同PHY模式之间的摇摆(flapping)。“等待到恢复”是在故障修复之后的用于电信中的概念。在发生故障后，系统将会从工作状态切换至冗余实体。典型情况下，快速执行该切换以缩短中断时间(但要注意的是，始终存在中断)。如果已经修复了故障资源，立刻切换回主实体并不是理想的方案。原因在于，如果主资源在良好状态与不良状态之间摇摆，将会由于上面说明的中断而导致无法进行通信。因此应用了“等待到恢复”时间，其通常为几分钟的量级。在系统切换回主资源之前，主资源由于“等到恢复”时间而一定处于“良好”状态。
在一个实施方式中，在保证容量与最佳容量之间分割网络容量，并且保证容量使用了鲁棒性最强的PHY模式的全部容量的情况下，本发明确保能够使用最佳业务。在该实施方式中，需要多个生成树实例(因此需要使用例如802.1Q中描述的MSTP)。然后，需要将保证业务和最佳业务映射到不同的生成树实例上。

Claims (15)

1.一种网桥(200)，其包括：用于与至少两个网络连接的至少两个端口(202、204)；生成树控制器(210)；以及第一端口(202)的第一无线网桥链路控制器(212)，其中，所述第一端口(202)能操作以在第一无线链路(206)上应用自适应调制技术，其中，所述第一无线网桥链路控制器(212)将所述第一端口(202)与所述生成树控制器(210)相互连接，并适于与该第一端口(202)交换物理层信息以及检测所述第一无线链路(206)上的PHY模式的改变，并且，所述第一无线网桥链路控制器(212)还连接到所述生成树控制器(210)以请求改变PHY模式或与用于重新计算所述第一端口(202)的生成树的请求一起发送新的路径成本。
2.根据权利要求1所述的网桥(200)，该网桥(200)还包括第二端口(204)的第二无线网桥链路控制器(214)，其中，所述第二端口(204)能操作以在第二无线链路(208)上应用自适应调制技术，其中，所述第二无线网桥链路控制器(214)连接到所述第二端口(204)以与该第二端口(204)交换物理层信息，并且，所述第二无线网桥链路控制器(214)连接到所述生成树控制器(210)以请求改变PHY模式或与用于重新计算所述第二端口(204)的生成树的请求一起发送新的路径成本。
3.根据权利要求1所述的网桥(200)，其中，所述生成树控制器(210)包括用于存储与所述第一端口(202)的状态有关的信息的第一寄存器(216)。
4.根据权利要求2所述的网桥(200)，其中，所述生成树控制器(210)包括用于存储与所述第一端口(202)的状态有关的信息的第一寄存器(216)和用于存储与所述第二端口(204)的状态有关的信息的第二寄存器(218)。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的网桥(200)，其中，所述无线网桥链路控制器(212、214)适于检测所述无线链路(206、208)上的PHY模式向新PHY模式的改变，并且响应于该改变而将受该改变影响的所述无线链路(206、208)的路径成本改变为针对所述新PHY模式的新值，并且，所述生成树控制器(210)适于重新计算与受所述改变影响的端口相关联的生成树。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的网桥(200)，该网桥(200)适于检测在预定时间段内未接收到任何网桥协议数据单元的情况，并且适于请求所述无线网桥链路控制器(212、214)将所述无线链路(206、208)上的当前PHY模式改变为鲁棒性更强的PHY模式。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的网桥(200)，其中，所述无线网桥链路控制器(212、214)适于存储要在它们的相关端口上使用的PHY模式的路径成本数据。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的网桥(200)，其中，所述无线网桥链路控制器(212、214)适于自动计算要在它们的相关端口上使用的PHY模式的路径成本数据。
9.根据权利要求1到4中任一项所述的网桥(200)，该网桥(200)包括多个采用自适应调制的无线端口以及与所述无线端口相连接的多个无线网桥链路控制器。
10.一种操作电信网络(100)的方法，所述电信网络(100)包括至少两个网桥(200、104)以及至少一个无线链路(114)，并且在所述至少一个无线链路(114)上采用自适应调制技术，该方法包括以下步骤：
(a)第一无线网桥链路控制器与第一网桥的第一端口交换物理层信息，以检测所述无线链路上的PHY模式向新PHY模式的改变；
(b)所述第一无线网桥链路控制器修改受所述改变影响的所述无线链路的路径成本，并向生成树控制器请求改变PHY模式或与用于重新计算生成树的请求一起向所述生成树控制器发送新的路径成本；
(c)所述生成树控制器重新计算所述网桥的与采用自适应调制的第一端口相关联的生成树。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述无线链路(114)的路径成本改变为针对所述新PHY模式的新值。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括以下步骤：
(a)检测所述网桥在预定时间段内未接收到网桥协议数据单元的情况；
(b)将所述无线链路上的当前PHY模式改变成鲁棒性更强的PHY模式。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，重复进行所述将当前PHY模式改变成鲁棒性更强的PHY模式的步骤，直到在所述预定时间段内接收到网桥协议数据单元或者使用了所述网桥可用的鲁棒性最强的PHY模式为止。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括如下步骤：
如果针对鲁棒性最强的PHY模式在所述预定时间段内未接收到任何网桥协议数据单元，则丢弃与所述端口有关的信息。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，在“等待到恢复”时间后，允许切换回鲁棒性较弱的PHY模式。
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