CN102739493A - 一种保护环网冗余性的环网节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环网节点，该节点包括：第一环上端口，通过第一环网链路连接到第一环网邻居节点；第二环上端口，通过第二环网链路连接到第二环网邻居节点；环下端口，通过接入链路连接到接入节点；开关单元，连接在第一及第二环上端口之间，并在本节点正常工作时处于断开状态，并在本节点异常时处于闭合状态，以将第一环上端口与第二环上端口连通，使得所述第一环网邻居节点与第二环网邻居节点互相成为对方的邻居节点；转发单元，用于根据转发表将业务报文通过第一或第二环上端口转发出去。本发明通过在编码器内部设置开关单元来确保一个或者节点故障的情况下，环网的冗余性并没有因此而降低或者丧失。

Description

一种保护环网冗余性的环网节点

技术领域

本发明涉及环网保护，尤其涉及一种保护环网冗余性的环网节点。

背景技术

在高速公路上，因为交通管理的需要，可能需要在不同的地点布设监控设备。现有技术中会采用环形组网的方式将多个视频监控设备（如编码设备）连接起来。如图1所示，环形网络为了避免广播风暴，需要阻塞掉一个端口（通常是主节点的副端口），当环网因为链路或者节点发生故障的时候，可以通过刷新MAC地址表来调整转发方向，这样可以在网络的转发层面形成故障保护机制。

单个节点或者链路的故障并不会导致环网上其他节点（如图1中的各个编码设备）无法转发报文，通过MAC地址表的刷新，打开主节点阻塞的副端口，对转发而言只是改变了方向，也就是说环网在正常情况下是有一定冗余性的，可以容忍单个链路或者节点的故障。请参考图1，假设节点J与节点F均发生了故障，但节点G、H、I都是正常工作的；此时很明显，节点G、H、I没有任何路径可以将报文转发到监控中心网络去，于是就成为网络中的孤岛。在高速公路这样的应用场景中，往往都是在外场较为恶劣的环境中部署网络的，节点故障（比如说掉电或者死机等）发生的概率较高，网络管理人员可能无法及时赶到现场修复节点的故障，因此出现双点或者多点节点故障的可能性较高。现有的环网保护机制无法对两个或多个节点故障，环网中可能会有一个或多个正常工作的节点的业务受到影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种环网节点，该节点包括：

第一环上端口，通过第一环网链路连接到第一环网邻居节点；

第二环上端口，通过第二环网链路连接到第二环网邻居节点；

环下端口，通过接入链路连接到接入节点；

开关单元，连接在第一及第二环上端口之间，并在本节点正常工作时处于断开状态，并在本节点异常时处于闭合状态，以将第一环上端口与第二环上端口连通，使得所述第一环网邻居节点与第二环网邻居节点互相成为对方的邻居节点；

转发单元，用于根据转发表将业务报文通过第一或第二环上端口转发出去。

本发明通过在编码器内部设置开关单元来确保一个或者节点故障的情况下，环网的冗余性并没有因此而降低或者丧失。当出现多个节点故障时也不会出现正常工作的环网节点成为孤岛的问题。并且能够在节点故障的情况下通过邻居编码器的巡航机制来尽量提高对监控盲区的覆盖。

附图说明

图1是现有技术中环网正常状态下的业务转发示意图；

图2是本发明环网节点的硬件架构图；

图3是本发明环网节点的逻辑结构图；

图4是本发明邻居环网节点巡航过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。请参考图2以及图3，图2所示是本发明环网中各个节点的基本硬件结构，从逻辑层面来看，其中环网节点都包括第一及第二环上端口以及至少一个环下端口，该节点还包括开关单元以及业务处理单元、转发单元、故障检测单元。其中每个环网节点都可以按照本发明的逻辑结构去实现，当然本发明并不要求所有环网节点都按照本发明的方式去实现。以下以所有环网节点都是经过本发明结构改造为例进行说明。

本发明在环网节点出现异常时通过开关单元将环上端口连接起来，使得环网能够继续保持冗余性或者网络环形连接的完整性。以下以监控网络中的以太环网为例进行说明，其中环网上的每个节点均为编码设备，而环下端口通过接入链路连接到接入节点（通常为摄像头等多媒体设备）。所述环下端口可能是内部的一个端口或者逻辑上的一个端口，因为有些摄像头与编码设备可能会集成在一起。

在视频监控网络（以IP监控网络为例）中，对于每个编码器来说，自身的业务处理分成两大类，一类是信令业务的处理，另一类是数据业务的处理。在信令业务层面，编码器通常需要通过生成监控信令报文向管理服务器（比如VM服务器）发起注册，接收VM发出的各种监控信令报然后在业务处理单元对这些信令进行处理。比如说，VM可以向编码器发出发送实况视频流的信令，编码器收到后可以根据VM在信令中的指示将自身的实况视频流发送给VM指定的解码终端或者媒体转发服务器等。在数据业务层面，编码器作为环上节点，其发送的多媒体流（如前述实况视频流）的来源是环下端口所连接的各种多媒体设备（比如摄像头或对讲设备等）。多媒体设备采集到的通常是模拟多媒体流，其是编码器的主要数据业务的处理对象。编码器的任务是将多媒体流编码形成数据报文然后通过网络发送出去。编码的实现方式有很多中，可以通过CPU来实现，也可以通过DSP，或者可编程器件甚至专用硬件来实现。

由于编码器是环上节点，来自其他编码器的监控数据报文或信令报文（后续统称为业务报文）可能会经过本编码器，编码器的转发单元可以根据转发表（比如MAC地址转发表）对业务报文进行转发，比如将第一环上端口收到的报文通过第二环上端口转发出去，反之亦然。报文的转发属于常见的技术，可参考现有技术进行实现。通常环网在组网层面都是带有保护机制的，比如说，如果环网是二层的以太环网，可以通过RRPP等协议在转发层面上形成保护，当发生单点故障的时候，担任主节点的环网节点可以通过发送网络控制报文来刷新各个环网节点的转发表，各个环网节点的转发单元可以删除自身的MAC地址转发表，通过源MAC地址学习机制重新生成MAC地址转发表，以改变报文转发方向改变从而避开故障点。对于转发单元的转发工作来说，业务处理单元可以被视为通过一个内部端口（可能是逻辑上的）连接到转发单元的一个节点而已。需要说明的是，本发明中物理层的收发并没有图示出来，因为其对于本发明来说是透明的，而物理层以上的处理工作（比如链路层以及网络层等）都被归纳在业务处理单元中进行处理，为了描述更加简洁清楚，对于链路层、网络层等更为上层的处理将不再详细介绍

在本发明中，开关单元则连接在第一及第二环上端口之间，在编码器正常工作时处于断开状态，并在编码器异常时处于闭合状态以将第一环上端口与第二环上端口连通，使得所述第一环网邻居节点与第二环网邻居节点互相成为对方的邻居节点。

请参考图3，在编码器正常工作的情况下，开关单元处于断开状态，开关单元不会影响到编码器的正常工作。但是当编码器异常的时候，业务处理单元可能处于不可用的状态，比如说编码器断电了或者说业务处理单元自身发生了故障，又或者转发单元发生了故障，这些情况都可能会导致编码器无法在环网上正常展开工作。此时虽然在整个环网的转发层面可以做到对其他节点转发工作的保护，即其他节点本来需要通过本编码器转发报文会因为转发表的刷新而改道。但是此时，环网已经不是完整的环形，冗余性已经丧失。本发明中，开关单元可以及时闭合来避免冗余性的丧失（相当于故障节点被排除出环网）。开关单元可以是电开关单元或者光开关单元，这取决于编码器环上端口的类型，如果环上端口是光口则应当选用光开关单元，如果是电口则需要选择电开关单元。

以光开关单元为例，可以使用介质波导型光开关或者机械型光开关。介质波导光开关的开关速度在微秒到亚毫秒量级，体积小且易于集成为大规模的阵列，但插入损耗、隔离度、消光比、偏振敏感性等指标相对较差；而机械光开关虽然有较低的插入损耗和串扰，但体积较大。光开关单元的默认状态为主链路导通（即闭合状态），确保设备在断电/故障状态环上两个环上端口可以处于连通状态。在实际实现的过程中可以根据产品设计的尺寸以及特性需求来选择不同类型光开关。以电开关为例，可以使用开关速度较快的继电器。当继电器失去供电时候，继电器会闭合，而供电的时候则因为磁力的作用而断开。

由于编码器异常并不一定编码器失去供电，还可能包括非断电的异常，比如前述的业务处理单元故障或者转发单元故障。在编码器通电的情况下，由故障检测单元来控制继电器是否产生磁力或者控制光开关单元是否导通；故障检测单元可以内置开关控制芯片或者寄存器模块来控制开关单元，只需一位输出即可控制继电器/光开关，例如0输出表示继电器/光开关闭合、1输出表示继电器/光开关断开。

业务处理单元或者转发单元的故障由故障检测单元来检测，故障检测单元可以通过看门狗电路实现。硬件看门狗是利用一个定时器电路，其定时输出连接到复位端，由联动的进程在一定时间范围内对定时器进行清零(俗称“喂狗”)，因此当进程正常工作时，定时器总是不会溢出的，也就不能产生复位信号。如果进程出现故障，不在定时周期内复位看门狗，就使得看门狗定时器溢出产生复位信号，对外表现就是对前述控制继电器的芯片或者寄存器与编码器输入1，即继电器断电磁力消失，继电器会变为闭合状态。软件看门狗和硬件看门狗的原理基本一致，只是将硬件电路上的定时器用CPU处理器的内部定时器来代替，这样可以简化硬件电路设计，降低成本，但在可靠性方面较硬件定时器低，例如CPU自身故障就无法检测到。

请参考图3，在正常情况下，业务报文流经编码器的路径可以是图3中较细的虚线所表示的路径；而编码器异常时，业务报文流经编码器的路径则是较粗的虚线所表示的路径。通过以上的描述可以看出，本发明通过在编码器内部设置开关单元来确保一个或者节点故障的情况下，环网的冗余性并没有因此而降低或者丧失。当出现多个节点故障时也不会出现正常工作的环网节点成为孤岛的问题。然而如前所述，在监控网络中，本发明通过开关单元将异常编码器排除除了环网，但是异常编码器环下端口摄像头所产生的实况视频流是无法被传输到网络上了，此时该摄像头所覆盖的区域将成为监控盲区。为了尽量减小监控盲区，在本发明中，邻居编码器的业务处理单元根据预设的巡航规则控制自身环下端口的摄像头云台按照预定的巡航规则进行转动，以覆盖至少部分邻居编码器异常所引起的监控盲区。

请参考图4，假设环网上的编码器B断电或者业务处理单元故障，此时编码器B的环下端口接入的摄像头就无法把采集到的视频流传到监控中心网络。此时邻居编码器A和编码器C可以在自身条件允许（可以事先设定，也可以由管理服务器临时决定）的前提下，根据预设的巡航规则转动自身环下端口的摄像头云台，最大限度地去覆盖到编码器B环下端口的摄像头的视角（也就是前述监控盲区），其中巡航规则可以由管理员预先设定，巡航规则至少包括巡航时间规则，还可以包括巡航角度以及盲区停留时间等一个或者多个要素。如果合理设置巡航时间规则，比如说设置不同的巡航开始时间，设置相同的巡航周期，就可以使得编码器A和编码器C交替的进行巡航，以使得编码器A和C的巡航路线交替覆盖到编码器B环下端口的摄像头的视角。

在具体实现上，首先可以在编码器A、编码器B、编码器C上都运行链路层发现协议（LLDP协议）或者其他功能接近的邻居发现协议。各个编码器业务处理单元周期性地向邻居编码器发送LLDP保活报文。除了保活机制以外，为了让邻居编码器更快得知本编码器的异常情况，可以在编码器的本地配置或者DSP模块等发生变化则立即发送LLDP报文，将变化情况尽快通知给邻居编码器设备。但为了防止本编码器信息的频繁变化而引起LLDP报文的大量发送，每发送一个LLDP报文后都需延迟一段时间后再继续发送下一个报文。考虑到编码器节点故障可能会引发其他邻居编码器的邻居关系的变化，所以本发明中LLDP报文的目的MAC是预设的多播MAC地址,比如固定的组播地址0x0180-C200-000E），源MAC地址为编码器自身MAC地址。因为目的MAC是组播的，在正常的转发流程中需要向局域网每个端口内都复制一份；但这显然并没有必要，浪费带宽。所以编码器的业务处理单元可以根据预先配置的转发规则(比如ACL)在收到邻居编码器发送过来的预定组播地址的组播报文后禁止转发给其他编码器设备。

如果一台编码器从一个环上端口收到的LLDP报文与之前收到的LLDP报文的源MAC地址不一样，比如说编码器B故障之后,其内的开关单元闭合，编码器A与C互相成为邻居，这将导致编码器C业务处理单元发现其邻居的MAC地址变化了（变成编码器A的MAC地址），那么编码器C就可以判定该环上端口连接的邻居编码器B故障或者断电，由该编码器控制云台朝向端口连接的断电或者故障的邻居编码器方向转动进行巡航。

本发明通过在编码器内部设置开关单元来确保一个或者节点故障的情况下，环网的冗余性并没有因此而降低或者丧失。当出现多个节点故障时也不会出现正常工作的环网节点成为孤岛的问题。并且能够在节点故障的情况下通过邻居编码器的巡航机制来尽量提高对监控盲区的覆盖。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种环网节点，其特征在于，该节点包括：

第一环上端口，通过第一环网链路连接到第一环网邻居节点；

第二环上端口，通过第二环网链路连接到第二环网邻居节点；

环下端口，通过接入链路连接到接入节点；

开关单元，连接在第一及第二环上端口之间，并在本节点正常工作时处于断开状态，并在本节点异常时处于闭合状态，以将第一环上端口与第二环上端口连通，使得所述第一环网邻居节点与第二环网邻居节点互相成为对方的邻居节点；

转发单元，用于根据转发表将业务报文通过第一或第二环上端口转发出去。

2.如权利要求1所述的环网节点，其特征在于，所述第一及第二环上端口均为电口或者光口，所述开关单元相应为电开关单元或光开关单元。

3.如权利要求1所述的环网节点，其特征在于，还包括业务处理单元，其中所述本节点异常具体为节点断电、业务处理单元故障或者转发单元故障。

4.如权利要求3所述的环网节点，其特征在于，还包括业务处理单元、故障检测单元；其中所述故障检测单元用于在检测到业务处理单元或转发单元发生故障时，将所述开关单元的状态设置为闭合状态。

5.如权利要求4所述的环网节点，其特征在于，所述故障检测单元为软件看门狗电路或者硬件看门狗电路。

6.如权利要求2所述的环网节点，其特征在于，所述电开关单元为继电器。

7.如权利要求1所述的环网节点，其特征在于，所述环网应用于监控网络中，所述环网节点为编码器，所述接入节点为摄像头；该编码器还包括业务处理单元，其中该业务处理单元用于在邻居环网节点故障时，按照预定的巡航规则控制摄像头云台进行转动，以覆盖至少部分邻居编码器异常所引起的监控盲区。

8.如权利要求7所述的环网节点，其特征在于，所述巡航规则包括巡航时间规则，或者在包括巡航时间规则的基础上进一步包括巡航角度以及盲区停留时间中的一种或两种。

9.如权利要求7所述的环网节点，业务处理单元，进一步用于周期性地向邻居编码器发送保活报文，并判断邻居编码器发送的当前保活报文的源MAC地址是否与之前发送的保活报文的源MAC地址相同，如果不同则确定原邻居编码器发生了故障，当前保活报文的源MAC地址是新邻居编码器的MAC地址。

10.如权利要求9所述的环网节点，其特征在于，所述保活报文的目的MAC地址是预设的组播MAC地址，所述业务处理单元根据预先配置的转发规则在收到邻居编码器发送过来的预定组播地址的组播报文后禁止转发该组播报文。

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