CN103716238B - 双宿以太网的保护切换方法以及实施该方法的分布式网元 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种新颖的双宿以太网的保护切换方法以及实施该方法的分布式结构。本发明的方案利用了G.8131和G.8032中的优点，即在此提出的双宿保护方法利用了G.8131中的有限状态机和G.8032中的R‑APS数据包作为MAC更新消息，并且还提出了一种用于实施该方法的分布式的架构。在本发明中，通过使用R‑APS数据包来进行MAC更新来避免在由于信号失效或衰减引起的保护切换过程中的数据损失。与此同时，分布式的实施架构有利于增强保护组容量，简化网络管理并且改善设备的可靠性。因此，通过将依据本发明的方法结合上述分布式的架构能够提供高质量的电信服务、减少对硬件资源的消耗、降低成本、增大保护容量等突出优点。

Description

双宿以太网的保护切换方法以及实施该方法的分布式网元

技术领域

本发明涉及移动通信和光网络通信技术，尤其涉及一种双宿以太网的保护切换方法以及实施该方法的分布式网元。

背景技术

随着网络通信量、移动性和关键应用对于网络的依赖性的迅猛发展，要求无线宽带系统的发展不仅要能支持移动用户的增长的带宽要求，还需要能够为这些用户提供可靠的连接。而这些无线接入网络又与固网连接。

因此，对于网络的生存性的研究着重于固网和无线接入网。为了改善网络的生存性，网络能够由两个端至端的T-MPLS域构成，其从接入设备(例如网元)和宿端延伸至核心设备。冗余的双节点连接赋予了网络较高的弹性，并且克服了许多故障，如图1所示。然而，在保护切换期间，双节点很容易丢失数据包，因为相关的MAC地址表不能够被及时地更新。对于那些大容量的切换设备的MAC地址表，尤其存在上述问题。

在现有技术中，对于T-MPLS/MPLS-TP网络的现有的保护机制有线性保护(1：1和1+1)(G.8131)和环网保护(G.8132)。然而它们都不能应用于下述情况，即网元被双宿地连接至上行的两个网元(图1中的核心节点1和核心节点2)。因为在1：1或1+1线性保护中，工作路径和保护路径必须终于相同的网元，而不能工作于一个网元而保护另一个网元。而对于环网保护，其仅能够为单一的环提供保护，因而不能够应用至工作/保护路径在接入网、核心网和/或聚合网络中延伸的情形。

此外，带有多个I/O卡的网元和/或宿端总是采用集中式的架构。即，保护切换总是在集中在核心板上。该核心板包括自动保护切换有限状态机(Auto Protection SwitchingFinite State Machine,APS FSM)、保护切换表、数据路径切换、控制管理、操作管理维护(Operation Administration and Maintenance，OAM)处理器和CPU。当检测到路径信号失效(Track Signal Fail，TSF)或信号衰减(Signal Degrade)或从环网自动保护切换(RingAuto Protection Switching，R-APS)数据包接收到远程切换请求时，APS FSM将运行，然后将数据路径从工作路径切换至保护路径。当然，也可以通过CPU来自动或手动地实施保护切换。同时，APS FSM的状态将被汇报至主CPU。图2中示出了双宿机制的集中式的实施形式。

然而，由于保护切换组的容量的增大，这种集中式的实施结构将产生如下问题，例如消耗过多的FPGA或硬件资源、CPU将承受过高的负载、当不合适的冗余备份时可靠性将降低。这将对电信服务产生不利的影响。

发明内容

针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出了一种在双宿以太网的网元中进行保护切换的方法，其中所述双宿以太网还包括第一宿端与第二宿端，所述第一宿端与所述第二宿端连接，所述第一宿端与所述网元构成工作路径，所述第二宿端与所述网元构成保护路径，所述方法包括如下步骤：b.当检测到所述工作路径发生路径信号失效或信号衰减时，以第一预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送第一R-APS数据包，所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表。

优选地，所述步骤b进一步包括：当检测到所述工作路径发生路径信号失效或信号衰减时，以第一预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送三个第一R-APS数据包，所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表，并且再发送完所述三个第一R-APS数据包之后，不再发送所述第一R-APS数据包。

优选地，所述方法在步骤b之前还包括步骤a：a.经由所述工作路径向所述第一宿端发送第二R-APS数据包，以检测是否真实存在路径信号失效或信号衰减，当真实存在所述路径信号失效或所述信号衰减时，实施步骤b。

优选地，所述方法还包括步骤c：c.经由所述保护路径与所述第二宿端进行通信。

优选地，当所述工作路径恢复正常时，所述方法还包括步骤d和e:d.以第二预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送第三R-APS数据包，所述第三R-APS数据包指示再次更新所述MAC地址表；以及e.经由所述工作路径与所述第一宿端进行通信。

优选地，所述第一预定时间间隔和/或所述第二预定时间间隔为3.3毫秒。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于实施依据本发明的方法的分布式网元，所述网元包括：主板，其包括有限状态机，用于分别从多个从板接收路径信号失效或信号衰减，并且基于所述路径信号失效或所述信号衰减来创建第一R-APS数据包和切换状态信息，并且将所述第一R-APS数据包和所述切换状态信息发送至相应的从板，其中所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表，所述切换状态信息指示将要切换至的保护路径，所述相应的从板管辖所述保护路径；以及多个从板，其分别与所述主板连接，用于检测工作路径的所述路径信号失效或所述信号衰减，并且从所述主板接收所述第一R-APS数据包和所述切换状态信息，并且根据所述切换状态信息经由所述保护路径发送所述第一R-APS数据包。

优选地，所述主板与所述多个从板之间通过reggen_giga总线连接。

优选地，以SIPL协议实施所述主板与所述多个从板之间的通信。

在本发明中利用了G.8131和G.8032中的优点，即在此提出的双宿保护方法利用了G.8131中的有限状态机和G.8032中的R-APS数据包作为MAC更新消息。本发明能够支持T-MPLS路径保护和MPLS-TP路径保护，增强了网络、尤其是无线接入网络的生存性。通过使用R-APS数据包来进行MAC更新，可以避免在由于信号失效或衰减引起的保护切换过程中的数据损失。与此同时，分布式的实施架构有利于增强保护组容量，简化网络管理并且改善设备的可靠性。因此，通过将依据本发明的方法结合上述分布式的架构能够提供高质量的电信服务、减少对硬件资源的消耗、减低成本、增大保护容量等突出优点。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的双宿拓扑网络示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的现有的宿端的集中式的架构；

图3示出了根据本发明的一个实施例的SIPL协议格式；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例的分布式网元的示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

一方面，在此的双宿保护切换方法利用了G.8031和G.8131中的1：1保护切换有限状态机、可返回模式和非返回模式、传输和接收APS数据包。在G.8031和G.8131中，应当尽快地传输前三个APS数据包，以便在一个或两个APS数据包丢失或损坏的情况下也可以实现快速地保护切换。对于50ms内的快速保护切换，应该以3.3ms间隔发送前三个APS数据包。3.3ms的间隔与用于快速缺陷检测的连接性检查消息(Continuity Check Message，CCM)的间隔相同。在前三个数据包之后的APS数据包应该以5ms的间隔发送。然而，在APS格式中并没有定义节点的MAC地址。这些缺陷可能导致在保护切换期间的数据包或APS数据包的丢失，因为网络管理软件没有及时地更新节点的MAC地址。

在本发明中，宿端将在工作路径发送R-APS数据包，这与通常的1：1APS功能不同。当然，通过设置相关的控制寄存器，双宿也可以完全地支持1：1APS。

另一方面，在此的双宿保护切换方法借助了G.8032中的R-APS格式。以太网OAMOpcode40(0×28)将识别R-APS数据包。R-APS数据包使用MAC目的地址01-19-A7-00-00-01。在本发明的R-APS的特定格式中，具有7比特的DNF(Do Not Flush，不要更新)。当DNF配置为1时，则表示接收到该数据包之后过滤数据库(Filtering Database，FDB)的更新将不会被触发。当DNF配置为0时，则表示接收到该数据包之后过滤数据库的更新将被触发。6比特的节点ID被用于定义专用于该环节点的MAC地址。在环链路中检测到信号失效(Signal Fail，SF)条件时将触发保护切换。检测到保护切换的节点将在环上双向地发送R-APS数据包。只要SF条件持续，检测到SF条件的节点将连续地发送R-APS数据包。假定节点在SF条件发生前处于空载状态，一旦检测到SF条件，那么节点将触发本地的FDB更新。接收到不带有DNF指示的R-APS数据包的环上的节点将实施更新FDB操作。虽然环网保护提供了生存性，但是其具有两个相反的方向，这就使得网络管理和控制相当困难。工作路径能够被配置为一个方向，例如顺时针的，而保护路径能够被配置为另一方向。环网保护还要求为每个节点设置较为智能的功能设置，以区分由错误引起的标签切换路径(Label Switch Path，LSP)，并且触发正确的保护切换。

在此，依据本发明的双宿保护切换方法减少了环网保护的复杂性，并且利用了环网保护中的对节点的MAC更新的优点。

在本发明中，双宿的R-APS数据包可以是带VLAN标签的，或不带VLAN标签的，并且被双宿网络封装在路径中。R-APS数据包应该以3.33ms的间隔发送，并且在此之后不再发送R-APS数据包。在操作员下达命令或等待恢复(Wait to Restore，WTR)结束之后，在切换至保护路径之后，FSM将通过双宿路径组中的相应的保护路径发送3个连续的R-APS数据包至所连接的节点。在由操作人员实施的强制切换或手动切换的情况下，FSM将在先前的路径上发送R-APS数据包(其指示实施对MAC的更新)，以在通信从工作路径转移至保护路径时或命令取消通信返回至工作路径时触发在核心节点区域中的MAC更新。在可返回模式中，当通信返回至工作路径，FSM将在保护路径(在返回之前在该路径上进行通信)上发送指示MAC更新的R-APS数据包，以触发在核心节点区域中的MAC更新。这种双宿机制的切换时间小于50ms(不包括状态保持时间和SF检测时间)。

与传统的保护切换都在主板上实现相反，在此还提出了一种分布式网元的实现方式。这种实现架构由1个主板，和多个I/O卡(从板)组成。这种架构增加了I/O卡的保护容量，并且支持了更多的I/O卡，简化对I/O的网络管理，减轻主板上的CPU负载并且提高了设备可靠性。同时，这种实施架构降低了网络设备的成本，并且为用户提供了高质量的电信服务。

图4中示出了这种分布式架构，其具有主板和多个从板。FSM设置在主板上。主板包括APS FSM、槽保护切换表、槽数据切换、TSF缺陷处理、R-APS数据包处理和简单内部数据包链接(Simple Internal Packet Link，SIPL)协议。SIPL能够将槽保护切换表、槽数据切换和R-APS数据包封装成相关的数据包信息，并将其发送至相关的I/O卡。SIPL还能够接收数据包信息，并从中提取R-APS数据包/TSF缺陷，并且将其转发至APS FSM。

在此，SIPL协议用于通过例如reggen_giga总线传输数据包信息。在图3中定义了该数据包信息。最小的包间距为2字节。第一个字节类型域用于指示数据包类型。最后个字节用于校验和以验证数据包。数据0至数据N是数据包的内容，其长度能够从0至2048。SIPL协议缩短了在主板和I/O卡直接的数据包信息的传送时间。因此，能够为分布式的架构确保保护切换时间。

从板能够接收或发送R-APS数据包。从板还可以检测SF或从远程设备接收远程缺陷指示(Remote Defect Indication，RDI)。aps_fast_provision模块(快速切换模块)用于当主板中的切换状态改变时，快速地更改外部切换设备的状态。

在此，示出了4个从板，I/O卡1、I/O卡2、I/O卡3和I/O卡4。在I/O卡与主板之间，具有reggen_giga总线连接，其与槽的编号对应。在例子中，对于I/O卡1、I/O卡2、I/O卡3和I/O卡4具有4条reggen_giga总线。分布式架构了提供了可扩展的空间和在同一I/O卡或多个I/O卡中的切换保护的灵活性。

例如，在I/O卡3中，与I/O卡3相关的OAM处理维护实体组端点(Maintenace EntityGroup End Point，MEP)的CCM，以找出SF和RDI缺陷状态。SF和RDI缺陷状态被封装在SIPL中，并且通过reggen_giga总线3被传送至主板。当从板3接收到R-APS时，其也会将接收到R-APS转发至主板。主板上的APS FSM将处理缺陷以及所接收的R-APS，并且创建新的R-APS和切换状态通知。在添加了MEP信息之后，新的R-APS将被封装在SIPL中，并通过reggen_giga总线3被传送至相关的从板3。同样，主板的切换状态也通过reggen_giga总线3被传送至从板3。从板3将主板的切换状态传送至aps_fast_provision模块，以快速地更新外部切换设备的状态。主板的FSM状态、FSM缺陷和通知将被汇报至CPU。同时，CPU将产生命令，以更新相关的MAC地址表来避免数据包的丢失。

通过这种更新MAC表的方法，能够有效地避免在接入网的切换保护期间由于虚拟专用业务网络中的MAC表的未更新所导致的问题，例如通信包将被引导至失效的端口。

综上所述，本发明提取了G.8131和G.8032中的优点，从而提出了一种双宿以太网保护切换方法和相应的分布式的实施架构。相比于G.8131/G.8132，在此的双宿以太网保护切换方法不仅能够应用在1：1、1+1或单环中，而且还能够应用在双宿的拓扑结构中。这种方法能够改善无线接入网络和固网的生存性、减少对硬件资源的消耗、增大保护容量。并且在此所述的方法还能够应用于各种拓扑结构，诸如环网、多跳网络等。相比于原有的集中式架构，本发明的分布式架构易于扩展(例如支持更多的保护组)，从而减少了整个系统的成本并且改善了设备的可靠性。对于大容量的切换设备，本发明能够解决在保护切换期间的数据包的丢失问题。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，装置方法可以进行组合，以取得有益效果。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其他权利要求或说明书中未列出的装置或步骤。

Claims (9)

1.一种在T-MPLS/MPLS-TP网络的网元中进行保护切换的方法，其中所述T-MPLS/MPLS-TP网络还包括第一宿端与第二宿端，所述网元通过所述第一宿端与所述第二宿端被双宿地连接至第一核心节点和第二核心节点，并且所述第一宿端与所述第二宿端连接，所述第一宿端与所述网元构成工作路径，所述第二宿端与所述网元构成保护路径，所述方法包括如下步骤：

b.当检测到所述工作路径发生路径信号失效或信号衰减时，以第一预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送第一环网自动保护切换(R-APS)数据包，所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表，

其中所述网元包括主板和与所述主板连接的至少一个从板，所述路径信号失效或所述信号衰减由所述至少一个从板检测到并且被发送到所述主板，并且所述第一R-APS数据包由所述主板基于所述路径信号失效或所述信号衰减而创建。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：

当检测到所述工作路径发生路径信号失效或信号衰减时，以第一预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送三个第一R-APS数据包，所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表，并且再发送完所述三个第一R-APS数据包之后，不再发送所述第一R-APS数据包。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤b之前还包括步骤a：

a.经由所述工作路径向所述第一宿端发送第二R-APS数据包，以检测是否真实存在路径信号失效或信号衰减，当真实存在所述路径信号失效或所述信号衰减时，实施步骤b。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤c：

c.经由所述保护路径与所述第二宿端进行通信。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述工作路径恢复正常时，所述方法还包括步骤d和e:

d.以第二预定时间间隔经由所述保护路径向所述第二宿端发送第三R-APS数据包，所述第三R-APS数据包指示再次更新所述MAC地址表；以及

e.经由所述工作路径与所述第一宿端进行通信。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预定时间间隔和/或所述第二预定时间间隔为3.3毫秒。

7.一种用于实施权利要求1至6中任一项所述方法的分布式网元，所述网元包括：

主板，其包括有限状态机，用于分别从多个从板接收路径信号失效或信号衰减，并且基于所述路径信号失效或所述信号衰减来创建第一环网自动保护切换(R-APS)数据包和切换状态信息，并且将所述第一R-APS数据包和所述切换状态信息发送至相应的从板，其中所述第一R-APS数据包指示更新MAC地址表，所述切换状态信息指示将要切换至的保护路径，所述相应的从板管辖所述保护路径；以及

多个从板，其分别与所述主板连接，用于检测工作路径的所述路径信号失效或所述信号衰减，并且从所述主板接收所述第一R-APS数据包和所述切换状态信息，并且根据所述切换状态信息经由所述保护路径发送所述第一R-APS数据包。

8.根据权利要求7所述的分布式网元，其特征在于，所述主板与所述多个从板之间通过总线连接。

9.根据权利要求7或8所述的分布式网元，其特征在于，以简单内部数据包链接协议实施所述主板与所述多个从板之间的通信。