CN103546321B - 一种rpr节能管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种RPR节能管理方法及装置，应用于RPR节点上，该方法包括：统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，将内部选环表中一个预设环打上单选标记；在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记；所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环；在RPR逻辑口需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。相较于现有技术，本发明能够在保证数据报文正常转发的前提下，实现节点设备的节能。

Description

一种RPR节能管理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种RPR节能管理方法及装置。

背景技术

RPR（Resilient Packet Ring，弹性分组环）是一种新型的MAC（MediaAccess Control，媒体访问控制）协议，可运行于SONET（Synchronous OpticalNetwork，同步光网络）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）、DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing，密级波分复用）和以太网之上，为宽带IP城域网运营商提供灵活高效的组网方案。RPR技术是为了在城域网中支持大容量的数据业务而设计的，具有以下特点：

●物理层多样性；

●带宽利用率高；

●支持广播和组播；

●拓扑自动发现，支持节点的即插即用；

●快速保护机制，通过拓扑保护能够实现50ms内的故障自愈；

●通过支持带宽预留业务以及速率限制提供流量等级保证；

●公平的节点带宽分配。

RPR作为一种新兴的承载技术可以广泛被应用于城域组网中，但是目前该技术演进过程中仍然有各种挑战和困难需要克服。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种RPR节能管理装置，应用于RPR节点上，所述RPR节点的物理端口支持节能以太网EEE功能，该装置包括：流量监测单元、选环管理单元以及业务选环单元，其中：

流量监测单元，用于统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，转选环管理单元处理；

选环管理单元，用于在指定时长内的流量降低到预设下限阈值时，将内部选环表中一个预设环打上单选标记；或者用于在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记，所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环；

业务选环单元，用于在RPR逻辑口需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。

本发明还提供一种RPR节能管理方法，应用于RPR节点上，所述RPR节点的物理端口支持节能以太网EEE功能，其中该方法包括如下步骤：

步骤A，统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，转步骤B处理；

步骤B，在指定时长内的流量降低到预设下限阈值时，将内部选环表中一个预设环打上单选标记；在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记，所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环；

步骤C，在RPR逻辑口需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。

相较于现有技术，本发明能够根据RPR环上数据流量的情况动态地选择单环来传递数据流，在保证数据报文正常转发的前提下，实现节点设备的节能。

附图说明

图1是一种用户数据报文经过RPR环时报文处理过程示意图。

图2是一种典型的RPR环网示意图。

图3是本发明一种RPR节能管理装置逻辑结构以及硬件环境示意图。

图4是本发明一种RPR节能管理方法处理流程图。

图5是一种RPR环网发生倒换事件的报文流向示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

RPR采用RPR MAC层帧封装实现Ethernet Over RPR的透明传输。RPR的环结构和拓扑保护机制对所承载流量的转发过程和接入设备透明。请参考图1所示，假设设备A与设备B进行二层通信，设备A向设备B发送的二层报文经过RPR Ring（RPR环）各个节点（Station）的过程中，设备A发出的二层报文并没有发生变化。在环上转发的过程中，原始的二层报文之前会被封装上RPR MAC Header，也就是RPR头部，下环的时候，这个头部将被剥离。

请继续参考图2，在实现过程中，RPR通常采用逆向双环结构，数据沿环网在节点之间进行转发。对于一个RPR环而言，有如下基本的概念：

外环以及内环：RPR双环中，数据帧发送方向为顺时针的称为Outer Ring（外环）；数据帧发送方向为逆时针的称为1环，也称Inner Ring（内环）。在本发明中后续描述中将不会可以区分内环以及外环。节点：RPR环网上的设备，负责接收和转发数据报文。链路（Link）：连接相邻节点的一段传输通道，相邻节点之间由方向相反的两条链路连接。段（Span）：RPR环网上两个相邻节点之间的链路，由方向相反的两条链路组成。域（Domain）：多个连续的段和这些段上的节点构成了域。西向端口：在外环上接收数据帧、在内环上发送数据帧的物理端口。东向端口：在外环上发送数据帧、在内环上接收数据帧的物理端口。边（Edge）：当段或和段相邻的节点出现故障时，段不能转发数据就成为边。环状态：分为闭环和开环，不存在边的环为闭环，存在边的环为开环。RPR逻辑口：包括RPR环上站点接入到RPR环的两个物理端口（东向和西向端口）。这里值得强调的是，无论是东向端口还是西向端口，如果从环的角度区分的话，该端口中的发送端口位于一个环上，则接收端口位于另一个环上。

从RPR数据操作来看，在RPR环网中，节点与环配合完成数据操作，操作方式包括以下四种：

上环（Insert）：节点将来自RPR环网外的数据帧插入到RPR环网的数据流中；

过环（Transit）：节点将RPR环网上途经本节点的数据帧转发给下一个节点；

下环（Copy）：节点从RPR环网的数据流中将数据帧复制一份并交给本节点的上层进行处理，该操作不会终止数据帧在RPR环网上的转发；

剥离（strip）：节点终止数据帧在RPR环网上的转发，将其从RPR环网上剥离下来。

值得注意的是：下环和剥离是两个独立的操作：下环只是将数据帧复制一份给本节点，如果数据帧不在本节点被剥离，该数据帧将继续在RPR环网上被转发给下一个节点。

各个RPR节点分别采用上述基本数据操作及其组合来提供对单播、广播、组播以及未知单播的支持。对单播、广播、组播以及未知单播的支持的实现细节可以参考已有实现。从以上的描述中可以看出，对于一个RPR节点来说，流量从环上端口进入或离开可能是不对称的，比如说从一个环的环上端口进入了很多流量，但是可能从该环的环上端口离开继续在环上转发的流量未必会很多。对于过环的情况，从环上端口进入节点的流量通常会从该环的另一个环上端口离开节点继续在环上转发，对于下环或者剥离的情况，从一个环上端口进入，却是从环下端口离开节点。如果从整个环的角度来考虑，则意味着RPR中的两个环上流量也会呈现出不对称性，比如一个的环上转发流量可能比较高，而另一个环的流量可能比较低，甚至极端的情况下另一个环上几乎没有流量。

本发明合理利用这种不对称性结合底层硬件的EEE(Energy-EfficientEthernet，节能以太网)机制提出一种RPR节能方案。该方案可以采用流行的软件实现方式，也可以采用硬件或者可编程逻辑器件甚至软硬件结合等实现方式。请参考图3，以软件实现为例，本发明提供一种RPR节能管理装置，该装置作为一个软件特性运行于RPR节点设备上，该RPR节点设备的物理端口支持节能以太网EEE功能。该装置在逻辑上包括：流量监测单元、选环管理单元、业务选环单元以及故障管理单元。其本质是CPU从非易失性存储器中将对应的计算机程序读取到内存中运行所形成的逻辑装置。请参考图4，在运行过程中，该装置执行如下的处理流程。

步骤101，流量监测单元统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，转选环管理单元处理；

步骤102，选环管理单元在指定时长内的流量降低到预设下限阈值时，将内部选环表中一个环打上单选标记；

步骤103，选环管理单元在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记；

步骤104，业务选环单元在需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。

这里，所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环，具体的，所述预设环可以是0环或1环。

如前所述，RPR逻辑口上的流量事实上代表了节点在RPR两个环上流量的总和。对于环上流量而言，节点要么是将流量转发到环上，要么就是从环上接收流量。若RPR逻辑口在相当一段长的时间内（通常是一个指定时长）的总体流量比较低，而且低到预设的下限阈值，则说明本节点在环上的业务并不繁忙，节点在两个环上都处于正常工作状态，其能耗相对较高。在本发明中，针对这样的情况会调整内部选环表，在其中一个环打上单选标记，将此时为数不多的环上流量集中到一个环上进行发送，使得另一个环上的端口暂时不发送任何流量。在内部选环表变化之后，本发明的业务选环单元在选环发送报文时也会相应检查单选标记，这就意味着如果单选标记存在，则另一个环的发送端口将会持续不发送任何RPR数据报文。在这种情况下。如果该端口连接的以太网芯片支持EEE功能，则该芯片会因为端口没有流量而自动进入低功率空闲（LPI，Low Power Idle）模式。

EEE技术是IEEE802.3组织定义的标准，其原来是为了实现以太网低利用率情况下，自动切换到低功率空闲（LPI，Low Power Idle）状态的技术。该技术可以节省以太网链路的能耗，达到绿色环保的目的。EEE技术主要通过硬件物理协商完成，辅以LLDP的链路层参数协商机制。从以上的描述中可以看出，对于常规的设备而言，即便其支持EEE功能，但由于其缺乏对流量的主动管理，EEE功能都是依赖于业务流量被动触发的，也就是说端口上真的没有流量的时候，EEE功能才会发作用，其问题是无法将EEE技术在节能上的效果发挥到最佳。而本发明则通过在选环上的规划，在特定情况下主动切走一个环上端口上的流量，使得该端口没有流量发送，进而主动诱导芯片EEE功能发挥作用。

对于RPR环上任意一个节点而言，其环上流量都是具有不确定性的，该节点需要处理的环上流量可能会降低到预设的下限阈值。这里所说的下限阈值通常与单环的链路带宽有一定的关联性。比如说，假设两个环的链路带宽都是10Gbps，一般来说下限阈值会比10Gbps要小，理论上不能超过10Gbps。一般来说可以设定一个更小的值，比如3Gbps，此时使用一个环上的链路来承载绰绰有余，主动将一个环上的流量全部切到另一个环上来发送，一方面流量及时转发能够得到保证，同时可以触发EEE功能发挥作用进而达到主动节能的效果。

由于业务流量是动态，其也会上升到较高的水准。若RPR逻辑口上的流量上升到一个很高的水平，比如达到9.5Gbps，快接近单环链路的物理带宽了。此时如果流量持续上升，最终超过10Gpbs，这将导致节点单环无法提供足够的带宽来承载这些流量，此时若为了继续节能而不利用另一个环的带宽，那么就会导致流量中的报文因为无法处理而丢弃或者转发延时严重。正因如此，本发明还引入上限阈值，当一个节点的RPR逻辑口的流量上升到上限阈值，此时需要在内部选环表中将内部选环表中的单选标记去掉。业务选环单元在需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表会发现没有环存在单选标记，业务选环单元则会按照预定的规则选择一个环来发送该RPR数据报文。这个预定的规则可以是简单的平均分担规则，也可以引入权重的分担规则，更多具体的实现方式可以参考现有技术。换一个角度来说，在节点的业务处理过程中，处理好的RPR数据报文会统一从RPR逻辑口发送。接下来，对于RPR逻辑口上需要发送的RPR数据报文，业务选环单元会根据内部选环表选中从哪个环发送该报文，因此对于RPR逻辑口以上的处理而言，选择哪个环上上的端口发送报文，其无需关心；环上端口的变化其并不能感知到，除非环上端口变化导致了RPR逻辑口的变化。

假设RPR环网中每个节点都支持本发明上述技术，那么能耗节约的总和将相当可观，在城域组网或者数据中心组网等大型组网方案中意义显著。此外值得注意的是，本发明下限阈值和上限阈值的引入可以将节能效果延长。比如说，当RPR逻辑口上的流量先下降到下限阈值，有一个环的流量将被切走，但是后续RPR逻辑口上的流量再次超过了下限阈值，但未达到上限阈值，此时不会再次切换，这样可以保证内部选环表的稳定性。同样的道理，当流量超过达到上限阈值后又回落到上限阈值之下，只要还没有降低到下限阈值，内部选环表依然不会有变化。开发人员根据实际需要合理设置上限阈值与下限阈值可以使得节点能够较长时间保持稳定的内部选环表，节能效果可以持续较长时间。值得注意的是，打上单选标记这一操作可以是设置单选标记，也可以是保持单选标记。假设如果RPR逻辑口上环上流量第一次下降到下限阈值，此时单选标记不存在，因此需要将一个环的标记设为单选标记；假设RPR逻辑口上的流量超过下限阈值但未超过上限阈值之后第二次下降到下限阈值，此时单选标记是存在的，因此此时打上单选标记可以理解为保持单选标记，只要进行检查后继续保持即可。

以上描述的是RPR环网处于正常状态的处理机制，对于RPR环出现异常时，本发明同样有相应的优化处理机制。RPR环出现异常情况和处理方式表。

I.旁路模式（Passthrough）

Passthrough方式主要用于节点故障。当节点检测到内部故障时，可以进入Passthrough状态，此时节点就类似于一个中继，本地不再接入任何的业务，到达该节点的任何数据帧都以透明方式直接转发，且该节点在环网的拓扑图中不可见。这种模式下的节点不再具有任何业务能力，因此本发明亦无需特殊处理。

II.保护倒换

如果节点不再具有转发数据帧的能力，比如掉电或光纤断开等原因造成的故障，节点就需要进入保护倒换方式。保护倒换可分为以下两种被广泛推荐的模式：

环回（Wrapping）模式：当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点两端的两个节点处自动环回（即把两个环连在一起），形成一个闭合单环。该模式可保证节点快速倒换，数据帧基本不会丢失，但比较浪费带宽。

转向（steering）模式：当RPR环网上的某段链路或某个节点发生故障时，故障点两端的两个节点先更新自己的拓扑数据库，再快速发送TP帧给RPR环网上的其它节点，其它节点根据收到的拓扑信息更新拓扑数据库，此后，各节点将按照新的拓扑发送数据帧。该模式避免了带宽的浪费，但由于需要重新收敛，恢复时间较长，可能会造成一些业务的中断以及部分数据帧的丢失。

请参考图5所示，正常情况下，数据通过0环由Station D传输到StationB，传输路径为Station D—Station E—Station A—Station B。当Station A与Station E之间的链路发生故障后，进行保护倒换：

在Wrapping模式下，故障点两端的两个Station（Station A和Station E）上分别进行自动环回，新的数据传输路径为Station D—Station E—Station D—Station C—Station B—Station A—Station B。在Steering模式下，数据将直接切换到另一个环（本例中是1环）上进行传输，新的数据传输路径为StationD—Station C—Station B。

在本发明中，所述RPR节能管理装置进一步包括故障管理单元，该故障管理单元在检测到保护倒换事件时，通知选环管理单元。选环管理单元根据该通知在内部选环表中将已经存在的单选标记取消，当然如果当前没有环被打上单选标记则继续保持即可。单选标记被取消之后，业务选环单元就可以选中任意一个环，这样才可以支持Wrapping模式或者Steering模式。此外，从流量检测的角度来说，只要RPR环发生了故障导致保护倒换事件发生，无论故障类型是哪种，流量监测单元都可以根据故障管理单元发出的故障通知相应停止对RPR逻辑口的流量监测，因为此时流量监测已经基本没有意义。相反当RPR环上的故障恢复时，故障管理单元会检测到RPR恢复事件，其同样可以通知流量监测单元，流量监测单元恢复对RPR逻辑口的流量监测，也就是说步骤101之后的处理又恢复起来。

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 (8)

1.一种RPR节能管理装置，应用于RPR节点上，所述RPR节点的物理端口支持节能以太网EEE功能，该装置包括：流量监测单元、选环管理单元以及业务选环单元，其特征在于：

流量监测单元，用于统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，转选环管理单元处理；

选环管理单元，用于在指定时长内的流量降低到预设下限阈值时，将内部选环表中一个预设环打上单选标记；或者用于在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记，所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环；

业务选环单元，用于在RPR逻辑口需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述业务选环单元，进一步用于在检查内部选环表后确定不存在单选标记时，按照预设的规则选择一个环，从该环的发送端口将该RPR数据报文发送出去。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

故障管理单元，用于在检测到保护倒换事件时通知选环管理单元；所述选环管理单元进一步用于根据该通知取消内部选环表中已经存在的单选标记。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述故障管理单元，进一步用于在检测到保护倒换事件或RPR恢复事件时通知流量监测单元，所述流量监测单元进一步用于根据该通知相应停止或继续统计所述RPR逻辑口上的流量。

5.一种RPR节能管理方法，应用于RPR节点上，所述RPR节点的物理端口支持节能以太网EEE功能，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤A，统计RPR逻辑口上指定时长内的流量，若指定时长内的流量降低到预设下限阈值或上升到上限阈值时，转步骤B处理；

步骤B，在指定时长内的流量降低到预设下限阈值时，将内部选环表中一个预设环打上单选标记；在指定时长内的流量上升到预设上限阈值时，取消内部选环表中已经存在的单选标记，所述预设环为RPR各节点上预先配置的同一个环；

步骤C，在RPR逻辑口需要发送RPR数据报文时，检查内部选环表，若内部选环表中任意一个环存在单选标记，则将RPR数据报文均从该环的发送端口发送出去，以触发在另一个环上的物理端口进入低功耗LPI模式。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

在检查内部选环表后确定不存在单选标记时，按照预设的规则选择一个环，从该环的发送端口将该RPR数据报文发送出去。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤D，在检测到保护倒换事件时取消内部选环表中已经存在的单选标记。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤D还包括：

在检测到保护倒换事件或RPR恢复事件时，相应停止或继续统计所述RPR逻辑口的流量。