CN103117873A - 一种实现基于mac帧实现设备带内管理方法 - Google Patents

一种实现基于mac帧实现设备带内管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现基于MAC帧实现设备带内管理方法。本发明的中心端实现设备管理和业务的完全隔离,节点端实现以太业务和OAM的解析和执行。将中心到节点定义为下行,节点到中心定义为上行。下行方向:以太网业务数据和OAM数据通过交换机进行交换,通过交换机连接至传输网络的中心接入点,上行方向:以太网数据和OAM数据经过交换机通过虚拟局域网交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流。具体包括节点设备拓扑自动发现,光口保护倒换策略,设备断电告警实现,设备业务管理实现。本发明能够实现在跨越分组传送网后,智能发现设备拓扑结构,包括点对点的拓扑,单点的拓扑,以及设备的在线状态,离线状态,断电状态管理。

Description

一种实现基于MAC帧实现设备带内管理方法
技术领域
本发明属于PTN(分组传送网)数据通信领域,涉及一种基于MAC帧实现设备带内管理方法,具体为使用以太MAC帧穿透PTN,从而实现设备的管理,使用存储转发方式实现以太数据传输。
背景技术
目前运营商的城域网主要以SDH(同步传输体系)为主,由于受到数据业务的大规模膨胀,以及3G(第3代移动通信技术)业务的兴起和4G(第4代移动通信技术)网络的建设,现有的SDH网络已经很难在承载用户数据业务,因此运营商又在铺设一个全新的PTN网络,用以解决带宽日益增长的需求。运营商在基于PTN网络提供大客户专线接入时,用户设备解决方案有以下2种:
第一种是用户机房使用1台光纤收发器,用户数据通过以太网线连接收发器,收发器把电以太数据转换成光以太数据,通过光纤连接至基站PTN的光口,基站PTN设备通过PTN网络把用户数据传输至用户数据中心汇聚端。这种方案的缺点是用户设备不能够被管理,无法保证专线业务高质量和故障快速相应。
第二种是采用用户机房使用PTN设备,用户数据通过以太网线连接PTN设备,PTN设备把电以太数据转换成光以太数据,通过光纤连接至基站PTN的光口,基站PTN设备通过PTN网络把用户数据传输至用户数据中心汇聚端。这种方案的缺点是用户设备成本高,配置复杂,设备体积大,设备功率大。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了一种实现基于MAC帧实现设备带内管理方法。本发明在分组传送网,将业务数据和OAM(操作,管理,维护)数据混合,应用特定的OAM标记实现业务和OAM的分离,从而实现各个节点在跨越分组传送网业务的联通和网管功能。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术路线如下:
整个系统单位分成二部分,即中心端和节点端,中心端包括网管中心和业务中心,中心端实现设备管理和业务的完全隔离,节点端实现以太业务和OAM的解析和执行。将中心到节点定义为下行,节点到中心定义为上行。下行方向:以太网业务数据和OAM数据通过3层交换机进行交换,通过交换机的TRUNK(聚合)端口连接至传输网络的中心接入点,上行方向:以太网数据和OAM数据经过3层交换机通过VLAN(虚拟局域网)交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流。具体的技术包括节点设备拓扑自动发现,光口保护倒换策略,设备断电告警实现,设备业务管理实现。
节点设备拓扑自动发现:
步骤1.各个节点设备具备唯一标识符,以设备的MAC地址作为唯一标识符, MAC地址是全球唯一的,所以保证设备标识符没有重复。
步骤2.中心端定时发起广播,广播能够被网络中所有节点设备接收到。
步骤3.节点端对接收到的广播包进行解析,分离出符合OAM协议的广播包,如果符合协议则向中心端回复设备信息。
步骤4.中心端对接收到的节点设备信息包进行解析,解析出节点设备MAC地址,并以此作为关联,实现设备自动发现。
如更换设备,设备MAC地址更新为新的MAC地址,可以通过删除中心端原先设备MAC信息,取消关联。
光口保护倒换策略:
光口保护倒换策略是指节点设备实时监测光口的LOS(信号丢失)信号,丢包率,实现光口的切换,切换时间符合通讯设备要求,小于50MS。
设备断电告警实现:
设备断电告警实现是指设备能够在断电的过程中,向中心端发送设备断电信息,从而实现设备断电告警。
设备业务管理实现:
设备业务管理实现是指设备能够在跨越分组传送网以后,能够通过软件对节点设备进行业务的管理,包括端口限速,VLAN,流量统计等。
采用本发明基于MAC帧实现设备带内管理方法具有如下效果:
效果1.方便工程施工,设备在工作施工前不需要做任何预配置(如IP(以太网地址),网管等),设备上线以后就能够在网管软件中自动发现。
效果2.能够实现在跨越分组传送网后,智能发现设备拓扑结构,包括点对点的拓扑,单点的拓扑,以及设备的在线状态,离线状态,断电状态管理。
效果3.能够实现在跨越分组传送网后,管理和配置设备,实现设备的远程管理。
效果4.能够在软件上和硬件上发现设备以太端口的环回,避免广播风暴。附图说明
图1为单点的拓扑实现示意图;
图2为点对点的拓扑实现示意图;
图3为光口保护实现示意图;
图4为OAM机制实现示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明:
图1所示为中心端和节点设备单点组网图,中心端包括网管中心和业务中心,中心端实现设备管理和业务的完全隔离,节点端实现以太业务和OAM的解析和执行。将中心到节点定义为下行,节点到中心定义为上行。下行方向以太网业务数据和OAM数据通过3层交换机进行交换,通过交换机的TRUNK端口连接至传输网络的中心接入点,通过传输网传输至基站A通过光口落地,在基站A使用光纤连接节点设备。上行方向节点设备使用光纤连接基站A的光口,把业务和网管信息通过传输网传输至3层交换机的TRUNK端口,以太网数据和OAM数据经过3层交换机通过VLAN(虚拟局域网)交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流,分别流向网管中心和业务中心。形成设备点对多点的管理模式和业务的点对多点的应用模式。
图2所示为中心端和节点设备点对点组网图,下行方向以太网业务数据和OAM数据通过3层交换机进行交换,通过交换机的TRUNK端口连接至传输网络的中心接入点,通过传输网传输至基站A通过电口落地,在基站A使用电口与节点A对接,节点A使用光纤连接节点A-1设备。上行方向节点A-1设备使用光纤连接基站A的节点A设备,节点A设备使用电口连接基站A的电口,把业务和网管信息通过传输网传输至3层交换机的TRUNK端口,以太网数据和OAM数据经过3层交换机通过VLAN(虚拟局域网)交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流,分别流向网管中心和业务中心。形成设备点对点的管理模式和业务的点对点的应用模式。
根据组网图可以清晰看出,下行方向以太网业务数据和OAM数据通过3层交换机进行交换,通过交换机的TRUNK端口连接至传输网络的中心接入点,上行方向以太网数据和OAM数据经过3层交换机通过VLAN交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流。具体的技术包括节点设备拓扑自动发现,光口保护倒换策略,设备断电告警实现,设备业务管理实现等。
节点设备拓扑自动发现原理具体是:
中心端自动发现节点拓扑可以工作在VLAN模式和非VLAN模式两种模式下。
VLAN模式:用户可以根据需要配置VLAN的相关参数,如设置VLAN ID 参数范围为100-199,一共100个VLAN,设置100个数据流发送时间为T1=10S,那么T1即为设备VLAN ID 100-199的发现周期,那么每一个数据流的间隔时间为T2 = 10S/1000 = 100MS,T2最小允许的时间为30MS,如果设置T1时间除VLAN个数小于30MS,系统默认工作在最小间隔T2,1个中心节点最大可以承载1000个节点设备。节点对于接收到的发现设备拓扑包进行应答,如果设备组成了点对点的拓扑,那么节点设备A接收A-1的拓扑应答包,并且丢弃A-1的拓扑应答包,并把A-1的应答包与A的应答包按照既定的规则形成一个新的应答包,新的应答包包含了A和A-1的拓扑信息,中心节点收到应答包即建立对应拓扑关系。考虑到网络中可能存在丢包影响,允许设置设备离线参数,允许设备在连续N0个包不相应的情况下认为设备离线,N0参数可以有用户设置,默认为3,即发现设备后,中心设备连续3个包没有接受到节点的相应则认为节点设备离线。同时考虑到网络中可能存在广播包抑制影响,特设计如下机制:如果设备被中心节点发现在线,但是由于受到传输网络广播包抑制的影响,设备接收不到中心设备下发的连续N1个发现设备拓扑广播包,(N1个数与网络中广播包个数相关,与网络中广播包抑制比例相关),那么中心节点就会在接下来的N1个包的周期内发送单播报代替广播包,以避免误判设备离线。
非VLAN模式:考虑到网络结构,设备有可能工作在非VLAN模式下,那么客户可以根据实际需要设置T1参数,默认为T1=3S,那么T1即为设备发现周期,同时也为T2周期,最小间隔时间。在非VLAN模式下,一个中心节点最大可以承载1000个节点设备,其余机制与VLAN模式下一致。
节点设备拓扑自动发现步骤:
步骤1.各个节点设备具备唯一标识符,以设备的MAC地址作为唯一标识符,MAC地址是全球唯一的,保证设备标识符没有重复。
步骤2.中心端定时发起广播,广播能够被网络中所有节点设备接收到。
步骤3.节点端对接收到的广播包进行解析,分离出符合OAM协议的广播包,如果符合协议则向中心端回复设备MAC信息。
步骤4.中心端对接收到的节点设备信息包进行解析,解析出节点设备MAC地址,并以此作为关联,实现设备自动发现。
如更换设备,设备MAC地址更新为新的MAC地址,可以通过删除中心端原先设备MAC信息,取消关联。
图3所示为光口保护倒换策略示意图,图中的叉表示光缆端口线路,加黑线表示工作路由,不加黑线表示保护路由。下行方向以太网业务数据和OAM数据通过3层交换机进行交换,通过交换机的TRUNK端口连接至传输网络的中心接入点,通过传输网传输至基站A通过光口落地,在基站A使用2对光纤连接节点设备。上行方向节点设备使用2对光纤连接基站A的光口,把业务和网管信息通过传输网传输至3层交换机的TRUNK端口,以太网数据和OAM数据经过3层交换机通过VLAN(虚拟局域网)交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流,分别流向网管中心和业务中心。如图所示光口A为默认主用光口,光口B为备用光口。2对尾纤都连接的情况下,默认工作在主用光口。双光口保护采用的是单发单收机制,数据流和网管流只有在工作光口才发送有效数据,在备用光口发送空闲数据。在主用光口出现故障时设备自动倒换到备用光口,包括数据的收和发两个方向,保护时间符合通讯设备要求,小于50MS。当主用光口故障恢复后,设备根据配置,业务是否恢复到主用光口。倒换的条件可选择为光纤断开,错包率越界,单位时间内没有接收到数据包。是否恢复分为可恢复和不可回复,可恢复指主用光口正常后,业务倒换到主用光口所在路由,不可恢复是指主用光口正常以后,业务继续工作在备用光口所在的路由。
设备断电告警实现具体是:
设备具有一颗电压检测芯片检测设备电源电压,当设备的电源电压小于4.8V时(正常设备内部工作电压为5V),触发内部逻辑,设备强制中断业务,发送规定格式的断电包,协议类型为0X0304。当设备工作电源电压下降到4.8V时,设备能够正常工作,确保设备能够把断电包发送出去,断电包的数据长度为68字节,加上前导码和帧间隔一共84字节,以100Mbits的速率发送,所需要的时间为是 1/(100*1000000) * 84*8 S = 6.72US,由于设备内部加入100UF的大电容,能够维持设备在断电的情况下正常工作3MS,那么6.72US远远小于3MS,所以设备的断电包能够非常可靠的在设备断电以后发出,并被中心节点接收到,从而实现断电告警。
图4所示为设备业务管理实现协议示意图:
1,中心节点下发拓扑发现包结构如下:
Mac Dest   目的MAC地址 数据为0xFFFFFFFFFFFF,广播地址
 Mac Src    源MAC地址 数据为0x000EA3XXXXXX,前3字节表示本单位特征字符,后3个字节出厂时设置,每一台设备一个编码
    Type0      协议0 如果是带VLAN的包则该数据为0x8100
Vlan      Vlan相关参数 包括优先级,VLAN ID
Type1     协议1 对应拓扑发现包,数据为0x0806
Hardware  硬件版本 ,数据为0x0001
Pro       协议 ,数据为0x0800
Len0      长度0,数据为0x06
Len1      长度1,数据为0x04
Op        操作数 ,数据为0x01
Mac Dest   源MAC地址,数据为节点设备的MAC地址
Ip  Dest   源IP地址,数据为节点设备的IP地址
 Mac Src    目的MAC地址,数据为0x000000000000
 Ip Src    目的IP地址,数据为中心节点设备的IP地址
Extra     扩展字节,数据为填充数据
Crc320    数据为从Len0开始到Extra结束的CRC32校验值
Crc321    以太数据包的校验值
节点设备通过单位特征MAC地址(000EA3)和Crc320的值来过滤数据流中的OAM帧,通过Type1字节确认是否是拓扑发现包。
拓扑返回包格式与发现包格式一致,节点设备状态信息放在Extra字节位置,以40个字节为一个单元表示1个节点的信息,以此类推第N*40字节表示第N+1设备的信息,目前设备支持2级设备信息,即支持点对点的拓扑和单点拓扑。
2,获取设置包结构如下:
Mac Dest   目的MAC地址 数据为节点设备MAC地址
 Mac Src    源MAC地址 数据为0x000EA3XXXXXX,前3字节表示本单位特征字符,即中心节点设备MAC地址
Type0     协议0 如果是带VLAN的包则该数据为0x8100
Vlan      Vlan相关参数 包括优先级,VLAN ID
Type1     协议1 对应设置和获取包,数据为0x0001
Tlv       随机数,用于与中心节点建立顺序对应关系
Len       长度,数据为指示净荷长度
Pro       协议字节,各个读写命令码
PayLoad   净荷区域,携带读写命令的净荷
Crc320    数据为从Len开始到PayLoad结束的CRC32校验值
Crc321    以太数据包的校验值
节点设备通过数据包的目的地址与本设备目的地址是否一致和Crc320的值来过滤数据流中的获取设置包,通过Pro字节确认设备命令码,节点设备的设置和获取信息包含在PayLoad中。

Claims (2)

1. 一种实现基于MAC帧实现设备带内管理方法,其特征在于:该方法实施于由中心端和节点端组成的系统中,中心端包括网管中心和业务中心,中心端实现设备管理和业务的完全隔离,节点端实现以太业务和OAM的解析和执行;将中心到节点定义为下行,节点到中心定义为上行;下行方向:以太网业务数据和OAM数据通过三层交换机进行交换,通过交换机的聚合端口连接至传输网络的中心接入点;上行方向:以太网数据和OAM数据经过三层交换机通过虚拟局域网交换的方式在不同的端口分离出业务数据流和OAM数据流;该方法具体包括节点设备拓扑自动发现,光口保护倒换策略,设备断电告警实现和设备业务管理实现;
所述的节点设备拓扑自动发现具体是:
步骤1.各个节点设备具备唯一标识符,以设备的MAC地址作为唯一标识符, MAC地址是全球唯一的,所以保证设备标识符没有重复;
步骤2.中心端定时发起广播,广播能够被网络中所有节点设备接收到;
步骤3.节点端对接收到的广播包进行解析,分离出符合OAM协议的广播包,如果符合协议则向中心端回复设备信息;
步骤4.中心端对接收到的节点设备信息包进行解析,解析出节点设备MAC地址,并以此作为关联,实现设备自动发现;
所述的光口保护倒换策略具体是:
节点设备实时监测光口的LOS信号、丢包率;实现光口的切换,切换时间符合通讯设备要求,小于50MS;
所述的设备断电告警实现具体是:
节点设备在断电的过程中,向中心端发送节点设备断电信息,从而实现节点设备断电告警;
设备业务管理实现具体是:
中心端在跨越分组传送网以后,能够通过软件对节点设备进行业务的管理,包括端口限速,VLAN和流量统计。
2.根据权利要求1所述的一种实现基于MAC帧实现设备带内管理方法,其特征在于:节点设备拓扑自动发现中,如果更换设备,则设备MAC地址更新为新的MAC地址,通过删除中心端原先设备MAC信息,取消关联。
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