CN1717903A - 以隧道方式通过mpls传送tdm业务 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过分组交换网传送TDM业务的方法。对分组交换网的节点进行MPLS调整,并且将TDM连接的时隙封装在发送电路交换节点的数据帧中,通过MPLS标签堆栈概念加入一个或多个MPLS标签,以标识通过分组交换网的固定路径,以及唯一地寻址电路交换接收节点中的PCM系统。本发明特别适用于通过IP网络传送实时数据业务。
Description
发明领域
本发明涉及话音和数据通信,更具体地说,涉及通过分组交换网传送TDM业务。
发明背景
电信技术当前正向“全IP”基础设施迁移。仅维护基于分组的网络具有经济的优点。这导致了如今通过诸如IP、MPLS之类的分组载体传送实时应用的解决方案。然而,基于分组的网络是为数据传输设计而不是为实时业务设计的。要考虑的重要实时参数是吞吐量、抖动(可变延迟)、损失等。
通过分组网络传送实时业务的主要问题是确保语音数据的质量至少与现在的解决方案一样好。使用例如IP话音涉及许多协议(参见图2),每个协议添加了许多开销,从而使传输效率低。抖动和分组损失将使信号质量降低并且增加总的延迟。在分组采用不同的路由通过网络时会引起抖动,正如IP网络中可能发生的那样。这还可能导致分组以错误顺序到达。另一个难题是保证两个通信主机之间有足够的可用资源(这在电路交换线路上当然不是问题,在该线路中始终可保证恒定的满足需要的容量)。一种取得适当质量的方法是使用MPLS。
不同于典型的路由,MPLS基于MPLS用语中流或转发等价类(FEC)的概念来工作。流由在通过诸如网络地址、端口号或协议类型等特性识别的公共端点之间的分组组成。传统的路由选择读取目标地址并查看路由表以便为每个分组查找适当的路由。每个路由器通过运行诸如RIP、OSPF或边界网关协议(BGP)等路由协议来识别通过网络的适当路由,从而填充这些路由表。
相反,MPLS对通过提供商网络的每个流(或FEC)计算一次路由。MPLS兼容的路由器将由短的长度恒定的值组成的标签嵌入每个帧或信元内。沿路上,路由器使用这些标签以减少查找时间并提高可伸缩性。
MPLS实现通过网络经同一路径(LSP)传输所有分组,从而避免了分组失序和抖动。每个LSP可用不同的QoS参数设置。
图1中显示了MPLS协议。其中开销为4字节,由字段标签(20比特)、Exp(3比特)、S(1比特)和TTL(8比特)组成。EXP指实验比特,可在映射来自IP区分服务字段(ToS)的业务类时使用。S比特表示MPLS的栈深度。当S被设置时,它表示这是最深的栈。TTL表示生存时间,由IPv4改编而来,指示在分组终止前允许分组遍历多少跳(hop)。
使用MPLS的标准方式是除各种协议以外还使用它,只需添加更多的分组开销以作为控制信息。应用类型决定协议栈的其余部分看起来象什么。实时业务有不同于非实时业务的要求。话音业务可使用如图2所示的协议栈。
所有协议层都有其功能,并且它们都向净荷添加额外的信息,从而使设备能够以正确的方式对业务进行路由选择并分配优先级。
基于协议和首部信息,MPLS标签可具有位字段,用于为当前分组设置正确的优先级。
所有协议的一个共同问题是:数据链路的大量容量仅用于传送开销信息。在使用图2所示的协议栈时,可能将20%或以上的开销用于实时业务。这使得网络容量的利用率很低。
例如,考虑具有256字节的用户净荷的分组,这可能是就实时业务和相关延迟要求而言典型的分组大小,正如它用于话音业务那样。在添加协议开销后,分组增加到312字节,这将是SDH/SONET/ATM/以太网分组的净荷。这意味着分组大小增加了21.9%。
如果只使用MPLS和上述标签堆栈技术,则SDH/SONET/ATM/以太网分组净荷将只增加3.1%。此协议栈显示在图3中。
发明概述
本发明的目的是提供一种消除上述缺陷的配置。所附独立权利要求中定义的特征描述了此方法的特征。
具体而言,本发明提供了一种方法,用于通过包括多个分组交换节点的分组交换网将分组交换连接的TDM(时分复用)时隙从第一电路交换节点传送到第二电路交换节点;所述电路和分组交换节点全部具有多协议标签交换的特点,所述方法至少包括以下步骤:
在所述第一电路交换节点中,将所述时隙封装在适于在所述分组交换网中传送的数据帧中;
在所述数据帧上以堆栈形式堆叠唯一地寻址所述第二电路交换节点内的某个PCM系统的至少一个内部MPLS标签和/或标识所述分组交换网内连续分组交换节点的固定路径的至少一个外部MPLS标签。
附图简述
为更容易理解本发明,下面将参照附图进行讨论。
图1显示了MPLS协议栈;
图2显示了用于话音业务的典型协议栈;
图3显示了通过使用本发明,图1中的协议栈的可能外观;
图4显示了根据本发明优选实施例的MPLS标签堆栈;
图5是连接到MPLS调整的分组交换网的电路交换电信节点的视图。
优选实施例说明
在基于电路交换TDM的电信系统中,时隙为一条连接提供数据。一个时隙表示一条64kbit/s的连接。这些时隙集合成32或24个时隙的帧。这些帧传送到接收电信交换机。网络改为分组交换时,总容量将随额外开销的添加而降低。
如果分组交换网在所有节点中提供MPLS,则根本无需额外的开销。用户数据应该集合在24或32个时隙的帧中。其它大小的组也是可能的,最小的为每分组一个时隙,最大为网络运营商允许数量的时隙。一个分组中的时隙越多,则产生的延迟就越长,这是因为数据在发送前需要进行缓冲。如果分组太小,则开销/用户-数据比将很差。根据本发明,将预定义的MPLS标签添加到用户数据中。MPLS标签是地址标记,它使所有分组在相同的路由中遍历网络。为使LSP的接收端能够找出分组所属的PCM系统,本发明通过映射表在MPLS标签与PCM系统之间提供映射。此映射表可手动设置。
此外,为减少MPLS网络要处理的标签数量,本发明利用了MPLS的标签-堆栈概念。这可通过为每个交换机准备一个标签或为交换机中端接输入比特流的每个插板准备一个标签,同时为交换机内的每个PCM系统准备一个标签来实现。于是,根据PCM系统的这些标签在标签栈的低层,并且只在外部标签被去除时才可在LSP的端点可见,因为外部标签用于在LSP路由器之间交换分组。
图4显示了一个示例,示例中栈深度为2(当然也可能在合理时更多/更少)。图1显示了有关如何定义MPLS协议的详情。一个可能的方案如下:假定要建立到交换机OSLO的呼叫,该交换机具有5个155Mbit/s的SDH终端(155Mbit/s=63×2Mbit/s“有效”净荷,其余为开销)。外部MPLS标签随后将识别交换机OSLO。到达OSLO后,外部标签被去除,并且该交换机将研究表示实际PCM系统的内部MPLS标签。在此示例中,5×63=315个PCM系统将可用。每个PCM系统需要在交换机OSLO内具有其自己唯一的标签。因此,在OSLO,必须有一个表格描述输入MPLS标签与对应PCM系统之间的映射。
源主机(由于它支持MPLS,因此被称为标签边缘路由器)将分组发送到第一MPLS路由器,该路由器称为LSR(标签交换路由器)。此LSR将分组发送到下一LSR,并且下一跳的地址基于附加到分组的MPLS标签。整个路由由主机使用的标签预定义。分组在目的主机结束。从分组中剥离标签,并提取原数据。目标主机是LER。由于路由是预定义的并且所有分组沿相同路由遍历网络,因此所有分组将以与发送时相同的顺序到达。由于电信交换机会以恒定速率发送分组,因此接收端将检测出分组何时丢失。
本发明的一个主要优点在于减少了添加到每个分组中的开销,因而避免了分组交换网中大百分比的开销。对所有分组使用IP首部(20字节)、RTP(16字节)、UDP(8字节)会使得“必需”发送“大”分组以避免差的网络容量利用率,即,差的开销/净荷率。相反,在使用一个MPLS帧时,将4字节的开销添加到每个分组中,并且如果将标签堆栈概念用于减少系统中的标签数量(如上所述),则添加8字节的开销。
这意味着在仅使用MPLS标签时,可使用更小的分组,并且网络利用率仍可接受。
本发明实现了通过分组交换网传送实时业务(例如语音),而质量大致与电路交换线路一样好,且无需占用更多的网络容量。
本发明适用分组交换网中所有类型的业务。主机应只应用于一个应用,因为分组中没有关于数据类型或哪个应用使用数据的信息。
数据分组不必是长度恒定的。去除首部后,其余部分便是用户数据。
本发明的主要思想是让LSP在电话交换机中终止,但也可使用在交换机外的节点中,例如在路由器中终止LSP的解决方案。在这种情况下,终止LSP的节点必须具有标签与接口(例如,PDH/SDH接口)之间的映射表,以便节点知道将输入的MPLS分组转发到何处,反之亦然。
可将不止一个首部附加到发送端的数据中。可在第一个节点中附加用于所有路由器的整个标签栈。随后,其余节点无需交换输入分组上的标签,而只是弹出栈顶部的标签并将分组转发到下一LSR。
20比特字段MPLS标签承载标签的实际值。收到有标签的分组时,在栈顶部可发现标签值,随后执行查找。成功的查找可获得以下信息:a)分组要转发到的下一跳;b)转发前要对标签栈执行的操作。后一操作可以是将顶部标签栈条目替换为另一条目,或者从标签栈弹出条目,或者替换顶部标签栈条目而后将一个或多个其它条目压入标签栈中。所述操作取决于标签是否包括全部剩余路径的地址(无需新条目),或者是否它只应包括下一节点的地址。
缩写
ATM 异步传送模式
EXP MPLS协议中的实验比特
IP 因特网协议
LER 标签边缘路由器
LSP 标签交换路径
LSR 标签交换路由器
RIP 路由信息协议
MPLS 多协议标签交换
OSPF 开放最短路径优先
PDH 准同步数字系列
PPP 点对点协议
SDH 同步数字系列
SONET 同步光网络
S MPLS协议中的栈深度
TDM 时分复用
TSx 时隙x
TTL 生存时间
UDP 用户数据报协议
VoIP IP话音
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种通过包括多个分组交换节点的分组交换网将分组交换连接的TDM(时分复用)时隙从第一电路交换节点传送到第二电路交换节点的方法;所述电路和分组交换节点全部具有多协议标签交换(MPLS)的特点,所述方法的特征在于以下步骤:
在所述第一电路交换节点中,将所述时隙封装在适于在所述分组交换网中传送的数据帧中;
在所述数据帧上以堆栈形式堆叠唯一地寻址所述第二电路交换节点内的某个PCM系统的至少一个内部MPLS标签和/或标识所述分组交换网内连续分组交换节点的固定路径的至少一个外部MPLS标签;所述外部标签除了包括所述第二电路交换节点的地址,还包括所述固定路径中包含的所有分组交换节点的地址。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:
在所述第二电路交换节点中去除所述外部MPLS标签并且将所述时隙传送到所述内部标签寻址的所述PCM系统。
3.(删除)。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于以下其它步骤:
在所述第一节点中,将所述固定路径的所述第一分组交换节点的地址作为所述外部标签包括;以及
在每个所述连续的分组交换节点中,将所述外部标签的内容与当前分组交换节点之后分组交换节点的地址交换,或者,如果当前分组交换节点是所述固定路径的最后分组交换节点,则与所述第二电路交换节点的所述地址交换。
5.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:
所述第一和所述第二电路交换节点是标签边缘路由器(LER),并且所述分组交换节点是标签交换路由器(LSR)。
6.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述电路交换连接是64kbit/s连接,并且所述数据帧中时隙的数量为32或24。
7.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述第一和/或所述第二电路交换节点是公共电话网络中的交换机。
8.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述电路交换连接是类似电话呼叫连接的实时连接。
Claims (8)
1.一种通过包括多个分组交换节点的分组交换网将分组交换连接的TDM(时分复用)时隙从第一电路交换节点传送到第二电路交换节点的方法;所述电路和分组交换节点全部具有多协议标签交换(MPLS)的特点,所述方法的特征在于以下步骤:
在所述第一电路交换节点中,将所述时隙封装在适于在所述分组交换网中传送的数据帧中;
在所述数据帧上以堆栈形式堆叠唯一地寻址所述第二电路交换节点内的某个PCM系统的至少一个内部MPLS标签和/或标识所述分组交换网内连续分组交换节点的固定路径的至少一个外部MPLS标签。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:
在所述第二电路交换节点中去除所述外部MPLS标签并且将所述时隙传送到所述内部标签寻址的所述PCM系统。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述外部标签除了包括所述第二电路交换节点的地址,还包括所述固定路径中包含的所有所述分组交换节点的地址。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于以下其它步骤:
在所述第一节点中,将所述固定路径的所述第一分组交换节点的地址作为所述外部标签包括;以及
在每个所述连续的分组交换节点中,将所述外部标签的内容与当前分组交换节点之后分组交换节点的地址交换,或者,如果当前分组交换节点是所述固定路径的最后分组交换节点,则与所述第二电路交换节点的所述地址交换。
5.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:
所述第一和所述第二电路交换节点是标签边缘路由器(LER),并且所述分组交换节点是标签交换路由器(LSR)。
6.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述电路交换连接是64kbit/s连接,并且所述数据帧中时隙的数量为32或24。
7.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述第一和/或所述第二电路交换节点是公共电话网络中的交换机。
8.如以上权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述电路交换连接是类似电话呼叫连接的实时连接。
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