CN1859256A - 大规模接入汇聚路由器系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规模接入汇聚路由器系统，包括，交换主机，用于宽带IP骨干路由组网和大规模汇聚接入；设备管理服务器，与交换主机相连，用于实现网络管理；接入控制服务器，与交换主机相连，用于与业务运营支撑系统信息交互，完成用户接入认证、业务参数配置、统计信息上报三项功能；用户地址管理服务器，用于用户IP地址管理；远端模块，与交换主机相连，用于上下行数据的合路与分发、用户接入及业务控制。本发明提供一种大规模接入汇聚路由器系统，以解决现有技术中，网络存在较长时延、抖动性能劣化问题。本发明还公开了一种基于大规模接入汇聚路由器的组网方法，使网络能够实现时延、抖动保证。

Description

大规模接入汇聚路由器系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种大规模接入汇聚路由器系统及其应用。

背景技术

组网技术作为网络建设的关键技术，历来都很受关注。目前比较成熟的组网技术是通过核心网、接入网和用户网三级实现用户的接入，如图1所示。该种接入方式难以适应用户小区分布不均的情况，而且其间经过多级存储转发，致使时延、抖动性能劣化。

同时，随着网络业务类型的多样化，尤其是宽带流媒体业务的广泛应用，现有的组网方案不能很好地满足网络接入端的用户媒体效果。

这就迫切需要针对新一代宽带业务特点、用户条件、技术条件等提出一种全新的组网方案。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种大规模接入汇聚路由器系统及基于该系统的组网方法，以解决现有技术中，网络存在较长时延、抖动性能劣化问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种大规模接入汇聚路由器系统，包括：

交换主机，用于宽带IP骨干路由组网和大规模汇聚接入；

设备管理服务器，与交换主机相连，用于实现网络管理；

接入控制服务器，与交换主机相连，用于与业务运营支撑系统信息交互，完成用户接入认证、业务参数配置、统计信息上报三项功能；

用户地址管理服务器，用于用户IP地址管理；

远端模块，与交换主机相连，用于上下行数据的合路与分发、用户接入及业务控制。

所述交换主机为具有汇聚接口的高端路由器。

所述汇聚接口，用于连接普通网络设备以及控制管理与其连接的远端模块。

所述设备管理服务器，用于实现用户、业务、设备各层次的一体化网管及其相互交互。

所述远端模块包括，扩展用分复用单元和远端接口单元。

所述扩展用分复用单元包括，简化的扩展用分复用单元和常规的扩展用分复用单元。

所述扩展用分复用单元的三种配置方式为：

A.10G链路接口接交换主机的配置方式；

B.2.5G链路接口接交换主机的配置方式；

C.简化的扩展用分复用单元和常规的扩展用分复用单元混合配置方式。

本发明还公开了一种大规模接入汇聚路由器系统的组网方法，包括：

1)、交换主机一级交换节点连接远端接口单元；

2)、远端接口单元连接用户，实现核心网到用户的接入。

所述步骤1)包括，

11)、交换主机一级交换节点连接扩展用分复用单元；

22)、扩展用分复用单元连接远端接口单元。

所述步骤11)可以为，

交换主机一级交换节点连接常规的扩展用分复用单元。

所述步骤11)可以包括，

111)、交换主机一级交换节点连接简化的扩展用分复用单元；

112)、简化的扩展用分复用单元连接常规的扩展用分复用单元。

与现有技术相比，本发明提供的大规模接入汇聚路由器系统及应用具有以下有益效果：

1.ACR(大规模接入汇聚路由器系统)对于宽带流媒体业务，在网络的接入段可保证“独占带宽和流速稳定”，以实现在大规模用户接入的环境下能够为终端业务提供所需的端到端的稳定传输带宽。

以EMD(扩展用分复用单元)上行支持1个10GE(千兆链路)LAN接口为例，在确保用户服务质量的条件下，每用户不仅可同时观看1路HDTV(高清数字电视)和1路SDTV(标清数字电视)节目，还可以独享9M端到端带宽用于VoD(视频点播)或PC上网业务。

2.处理时延明显减小。ACR-S(交换主机)实现大规模汇聚接入，使交换结点存储转发速率加快，处理时延明显减小。

3.支持资源预留。基于ACR的组网方法规约化的流量工程，而现有技术无法做到。

由上述分析可知，对于大规模用户，基于ACR的组网方式有明显的优势。

附图说明

图1为现有的组网结构图；

图2为基于ACR组网的边缘网络构架图；

图3为ACR系统与业务及其运营支撑系统结构图；

图4为ACR系统结构图；

图5为10G链路接口接ACR-S的EMD配置示意图；

图6为2.5G链路接口接ACR-S的EMD配置示意图；

图7为两级EMD配置示意图；

图8为ACR系统的一种配置实例结构图；

图9为ACR系统的一种应用实例结构图。

具体实施方式

本发明提供一种ACR(大规模接入汇聚路由器系统)，以解决现有技术中，网络存在较长时延、抖动性能劣化问题。

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明。

参见图2，该图为基于ACR组网的边缘网络构架。

图2所示一种基于IPv6的大规模接入汇聚路由器的边缘网络构架。用户可以通过边缘网络获取四类业务：VoD(视频点播)业务；Internet-TV(网络电视)业务，包含SDTV(标清数字电视)、HDTV(高清数字电视)和实时视频节目；VoIP(网络电话)业务和宽带上网业务。用户物理上通过100M接口直接接入ACR(大规模接入汇聚路由器)远端接口单元，通过ACR从MS(媒体服务器)获取VoD(视频点播)业务，通过ACR从内容分发平台CDP(内容分发平台)获取Internet-TV(网络电视)业务，通过ACR双归属的GE(千兆链路)接口从MAN-IP(城域IP网络)获取VoIP(网络电话)和宽带上网业务。其中，VoD(视频点播)节目由媒体服务器以突发的内容推送方式，由CDP(内容分发平台)控制，从CS(内容服务器)处获取，Internet-TV(网络电视)节目，由CDP(内容服务器)控制以组播方式提供。

支持BM-ASON(突发多播传送模式的自动交换光网络)，实现ACR与城域网络设施间的高速互联。

ACR系统与业务及其运营支撑系统之间的关系参见图3，该图为ACR系统与业务及其运营支撑系统结构图。

ACR通过管理系统，经宽带管理接口与BOSS(业务运营支撑系统)中的业务管理服务器，RADIUS(认证计费服务器)，用户管理服务器，DHCP(高带宽数码内容保护服务器)和网络管理服务器交互管理和控制信息。实现对用户业务的管理和控制、用户身份和业务申请的认证，用户权限管理，动态主机IP地址的配置以及网络状态通告和参数配置。

ACR负责完成业务系统各类业务数据的转发，Portal Server(接入控制服务器)经ACR向用户通告各类业务的引导信息。ACR通过RIU(远端接口单元)经宽带用户接口与BMG(用户宽带媒体网关)交互管理和控制信息，用户业务获取、带宽预约和流量控制。

参见图4，该图为ACR系统结构图。

大规模接入汇聚路由器系统包括，ACR-S(交换主机)、ACR-DMS(设备管理服务器)、ACR-Portal(接入控制服务器)、ACR-DHCP(用户地址管理服务器)和RM(远端模块)。其中RM(远端模块)包括，EMD(扩展用分复用单元)和RIU(远端接口单元)。

大规模接入汇聚路由器系统接入汇聚设备包括，ACR-S(交换主机)、ACR-Portal(接入控制服务器)、ACR-DHCP(用户地址管理服务器)、EMD(扩展用分复用单元)和RIU(远端接口单元)。

所述ACR-S(交换主机)，用于实现路由计算、IP层交换和整个ACR系统的管理与控制；

ACR-S(交换主机)包括，路由单元、系统级光背板、系统级内部通信单元、中央处理机和远端模块。

多个路由单元，所述路由单元之间相连，可实现T比特交换、支持10G、千兆网链路接口。

路由单元可以根据用户的需求灵活配置，最大配置为8个。每个路由单元最多可以支持8个10Gbps速率的端口，每个端口可根据需要灵活配置10G或1G线卡。各个路由单元之间的用户数据分组是通过高速互连系统级光背板互通，各个路由单元的协议及控制分组，通过系统级内部通信单元传送至中央处理机处理，同时各个路由单元通过系统级内部通信单元接受中央处理机的集中控制。

系统级光背板，用于实现各个路由单元间用户数据分组的互连。当每个路由单元支持8个10Gbps速率的端口时，系统级光背板包括，8个光平面的光互连网络。

当需要在10G链路接口上保证40字节长IP包线速率传输需要提供的传输容量为12.57Gbps，单个光平面提供的稳定传输容量为2.13Gbps，8个光平面提供的17.03Gbps传输容量可以满足上述要求。8个光平面的光互连网络可以提供8个路由单元间MESH(无线网状)互连结构，互连速率为双向10Gbps。

系统级内部通信单元，采用交换式1000M/100M以太网，用于实现各个路由单元与中央处理机之间协议报文和控制信息的传输。

中央处理机，采用多处理器结构并行处理各类协议及设备管理维护信息，并提供系统级全局唯一的路由转发表的维护命令，集中控制各路由单元的操作和维护，确保各路由单元操作和维护的实时性和一致性。

所述ACR-Portal(接入控制服务器)，是ACR大规模汇聚接入门户，通过与BOSS(业务运营支撑系统)系统信息交互，完成用户接入认证、业务参数配置、统计信息上报三项功能；

所述ACR-DHCP(用户地址管理服务器)，用于ACR用户IP地址管理；

所述扩展用分复用单元，用于完成上下行数据的合路与分发、以及用户业务控制功能；

所述RIU(远端接口单元)，用于提供FE(百兆链路)用户接口，实现用户的接入与控制。

RM(远端模块)包括，扩展用分复用单元和远端接口单元。扩展用分复用单元和远端接口单元分别为远置到居民区机房和用户楼道的远端设备。

ACR-DMS(设备管理服务器)，用于实现大规模接入汇聚路由器系统的一体化管理。

远端模块采用10G或1G速率连接到本机，实现用户的远端接入、分合路、以及流量控制。远端模块由EMD-I(简化的扩展用分复用单元)、EMD-II(常规的扩展用分复用单元)与RIU(远端接口单元)或EMD-II(常规的扩展用分复用单元)与RIU(远端接口单元)构成。

EMD-I仅实现各类数据的分复用；EMD-II除实现各类数据的分复用外，还可以实现对用户以及用户使用业务的控制和管理。

利用EMD-I和EMD-II构成的三种EMD的配置方式，参加图5-7。图5为10G链路接口接ACR-S的EMD配置示意图；图6为2.5G链路接口接ACR-S的EMD配置示意图；图7为两级EMD配置示意图；

扩展用分复用单元配置方式一：参加图5。

扩展用分复用单元，仅由EMD-II构成，上行支持至少1个10GE链路接口，下行支持至少40个GE(千兆链路)接口可按组网需求灵活配置。10GE(千兆链路)链路接口用于向上连接ACR-S(交换主机)，GE(千兆链路)接口用于连接RIU(远端接口单元)。

RIU每个接口可用端到端带宽为(10G-1G)/960≈9M；

RIU每个接口算术平均带宽：1G/24≈41M；

RIU每个接口网络电视可用带宽：41M-9M＝32M。

因此，这种配置方式中在确保用户服务质量的条件下，每个用户不仅可同时观看1路HDTV和1路SDTV节目，还可以独享9M端到端带宽用于VoD或/和PC上网业务。

扩展用分复用单元配置方式二：参见图6。

为提高接入灵活性，扩展用分复用单元仅由EMD-II构成，上行至少支持1个2.5G链路接口，下行至少支持40个GE接口可按组网需求灵活配置。2.5G链路接口用于向上连接ACR-S，GE接口用于连接RIU。

RIU每接口可用端到端带宽，按每个EMD支持10个GE接口，共支持240个用户计算为(2.5G-1G)/240≈6.25M；

RIU每接口算术平均带宽：1G/24≈41M；

RIU每接口网络电视可用带宽：41M-6.25M＝34.75M。

扩展用分复用单元配置方式三：参见图7。

扩展用分复用单元，采用两级EMD方式，提高汇聚比，适应光纤缺少的情况。

在实际使用环境中，有些地方用户集群式分散且已铺设的光纤数量极少，如使用DWDM(密集波分复用)等技术手段会使成本大幅提升，考虑到目前用户实际带宽需求，可以采用两级EMD方式，提高汇聚比，适应光纤缺少的情况。

本发明还公开了一种基于大规模接入汇聚路由器的组网方法，使网络能够实现时延、抖动保证。

参见图8，该图为ACR的一种工作实施例结构图。

大规模接入汇聚路由器系统可以有多种接入汇聚路径方式，现以三条不同的接入汇聚路径为例对ACR工作方式进行说明。

该图示中三条不同的接入汇聚路径，分别表示了ACR系统在实际组网应用中针对不同用户群的各自需求进行灵活配置的三种方式，但并不局限于图示的三种配置方式。

左边的接入汇聚方式适用于如高校大型网络教室，密集学生宿舍楼群等密集的用户群。将ACR-S(交换主机)中的1条10G链路经简化的扩展用分复用单元下分为10条1000M链路，每条1000M链路可以直接经远端接口单元下分为24条100M链路至用户，也可再经常规的扩展用分复用单元，下分为4条1000M链路，然后再经远端接口单元，下分为24条100M链路至用户。

中间的接入汇聚方式适用于常见的住宅小区、智能大厦等。将交换主机中的1条1000M链路经常规的扩展用分复用单元下分为4条1000M链路，每条1000M链路经远端接口单元下分为24条100M链路至用户。

右边的接入汇聚方式适用于对带宽要求高的用户，其将ACR-S中的1条1000M链路直接经远端接口单元下分为24条100M链路至用户，其间不经过任何EMD(扩展用分复用单元)。

图8所示的三种接入汇聚方式充分表示了ACR系统在接入网组网方面能针对不同的用户需求进行灵活配置的优异性能，并不代表ACR系统的组网方式仅局限于图中所示的这三种，具体应用还应针对实际需求进行配置。

参见图9，该图为ACR系统在中国高速信息示范网(3Tnet)中的一种应用实例结构图。

ACR(大规模接入汇聚路由器系统)在3TNet一期宽带网络建设中的使用环境。在3TNet一期宽带网络建设中，ACR具有支持15000用户规模的宽带接入能力，提供6个千兆链路接口支持来自IPCAS(内容访问服务器)的网络电视，提供9个千兆链路接口支持来自MS(媒体服务器)的VoD(网络电话)业务，提供1个10G链路接口支持用户宽带上网业务及ACR系统与BOSS(业务运营支撑)系统的交互。

基于ACR的大规模接入方式降低了边缘网络的构成复杂度，并使其互联级数减至最少；仅需要交换主机一级交换节点就可以实现核心网到用户的接入，可以确保RIU(远端接口单元)上的用户与ACR-S(交换主机)之间为透明连接，从而使时延也同时得到降低。

我们假定每个用户网的用户数是100，那么图1所示网络包含100N个用户。用户层交换机、接入层边缘路由器、骨干层核心路由器所需转发时间分别是t1、t2、t3。

情形1：用户网1的用户与用户网2的用户互连

情形1：用户网1的用户与用户网3的用户互连

情形2：用户网1的用户与用户网N的用户互连

情形1需要的转发时间是t₁，情形2需要的转发时间是2t₁+t₂，情形3需要的转发时间是2t₁+2t₂+t₃。而本发明ACR所需的转发时间仅t₃。一般而言，t₁＞t₂＞t₃。所以传统组网方式下所需转发时间都大于ACR组网。

基于ACR的组网方法由于以下两个原因，可方便地支持资源预留。

1)单点交换结构使得资源预留只需进行一次；

2)ACR的用户带宽提供了丰富的预留的资源。

而现有技术只有在传输路径上的每一跳都要进行预留才能提供端到端的QoS(服务质量)保证，所以实现资源预留更为复杂。当网络通信量很大时，会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于处理时延为无穷大。

由上述分析可知，对于大规模用户，基于ACR的组网方式有明显的优势。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种大规模接入汇聚路由器系统，包括：

交换主机，用于宽带IP骨干路由组网和大规模汇聚接入；

设备管理服务器，与交换主机相连，用于实现网络管理；

接入控制服务器，与交换主机相连，用于与业务运营支撑系统信息交互，完成用户接入认证、业务参数配置、统计信息上报三项功能；

用户地址管理服务器，用于用户IP地址管理；

远端模块，与交换主机相连，用于上下行数据的合路与分发、用户接入及业务控制。

2、根据权利要求1所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述交换主机为具有汇聚接口的高端路由器。

3、根据权利要求2所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述汇聚接口，用于连接普通网络设备以及控制管理与其连接的远端模块。

4、根据权利要求1或2或3所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述设备管理服务器，用于实现用户、业务、设备各层次的一体化网管及其相互交互。

5、根据权利要求1或2或3所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述远端模块包括，扩展用分复用单元和远端接口单元。

6、根据权利要求5所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述扩展用分复用单元包括，简化的扩展用分复用单元和常规的扩展用分复用单元。

7、根据权利要求6所述的大规模接入汇聚路由器系统，其特征在于，所述扩展用分复用单元的三种配置方式为：

A.10G链路接口接交换主机的配置方式；

B.2.5G链路接口接交换主机的配置方式；

C.简化的扩展用分复用单元和常规的扩展用分复用单元混合配置方式。

8、一种大规模接入汇聚路由器系统的组网方法，其特征在于，包括：

1)、交换主机一级交换节点连接远端接口单元；

2)、远端接口单元连接用户，实现核心网到用户的接入。

9、根据权利要求8所述的大规模接入汇聚路由器系统的组网方法，其特征在于，所述步骤1)包括，

11)、交换主机一级交换节点连接扩展用分复用单元；

22)、扩展用分复用单元连接远端接口单元。

10、根据权利要求9所述的大规模接入汇聚路由器系统的组网方法，其特征在于，所述步骤11)为，

交换主机一级交换节点连接常规的扩展用分复用单元。

11、根据权利要求9所述的大规模接入汇聚路由器系统的组网方法，其特征在于，所述步骤11)包括，

111)、交换主机一级交换节点连接简化的扩展用分复用单元；

112)、简化的扩展用分复用单元连接常规的扩展用分复用单元。

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