WO2006047955A1

WO2006047955A1 - Procede de commutation de protection pour noeud de reseau en anneau souple a commutation par paquet et dispositif associe

Info

Publication number: WO2006047955A1
Application number: PCT/CN2005/001844
Authority: WO
Inventors: Xiang Ge; Fan Zhang; Shaohua Wang; Pengju Liu
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US20070115805A1; US7706256B2; CN1770726A; CN100496009C

Description

005 001844 弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置技术领域

本发明涉及弹性分组环（ Resilient Packet Ring ) 网络，特别涉及弹性分组环网中节点的保护倒换方法及装置。发明背景

弹性分组环（Resilient Packet Ring ), 以下称为 RPR,是 IEEE 802.17 工作组正在标准化的一种新的介质访问控制（MAC )层技术，以下简称 MAC层。这种新的二层链路技术，可基于任何物理层如以太网、同步数字体系 /同步光网络（SDH/SO ET )、密集波分复用（DWDM )等进行业务传输。 RPR基于环型拓朴将用以组建以数据为中心的城域网络， RPR技术提供数据优化的带宽管理、高性价比多业务传输的解决方案，并提供了比较完善的保护倒换机制。如附图 1所示， RPR环网采用双纤结构，每根纤都可以传送数据业务和控制信息。一个 RPR节点由物理层实体和一个 MAC子层实体构成。 MAC层客户端通过 RPR节点在一个环向上发送数据业务，同时在另一个环向上发送控制信息。通过这种方式， RPR技术可以同时利用两根光纤发送业务，并且能够加快控制信息的发送用于带宽适配和快速自愈。

RPR与现有的技术相比具有明显的优势，它不仅可以提高带宽的利用率，而且可以在节点间公平的分配带宽，此外， RPR还支持即插即用以及多种优先级业务。

RPR的弹性（resiliency )就是指保护倒换，即环路出现故障后能使业务在 50ms内自动保护倒换，故障消失后能恢复。 RPR协议中定义了两种保护倒换方式，一种是基于新的拓朴结构的导引保护方式 ( Steering ),一种是由故障点两侧节点倒换的环绕保护方式（ Wrapping )。 Steering方式是 RPR环网默认的保护方式，协议规定网络中的节点必须支持该实现方式，即该方式为必选的实现方式， Wrapping方式是可选的保护方式。本领域的技术人员可以理解，节点倒换的触发条件有线路失效、节点失效、业务劣化、强制倒换等。

如图 2所示，在 Steering方式中， Station 1…… Station6象征性的表示 6个网络节点， RPR的内环与外环分别用 Inner Ringlet与 Outer Ringlet 表示，节点 Station5与 Station6间的故障用断纤（ Fiber Cut )表示，图中的虛线表示倒换后，外环数据的传输路线。当网络检测到故障后，故障相邻节点并不倒换，而是先进行拓朴发现，根据新的拓朴结构优化路由。源节点只需要直接按新的拓朴路径发送数据给目的节点即可。即，如果 Station5与 Station6之间的线路发生故障后，在环网上广播该信息，源节点 Station4得到该信息后改由内环发送数据，数据经过 Station3、 Station2 到达目的节点 Stationl。而已经发出的小部分数据将在故障点被丢弃。

如图 3所示，在 Wrapping方式中， Station 1…… Station6象征性的表示 6个网络节点， RPR的内环与外环分别用 Inner Ringlet与 Outer Ringlet 表示，节点 Station5与 Station6间的故障用断纤（Fiber Cut )表示，图中的虚线表示倒换后，外环数据的传输路线。当节点探测到引发倒换的故障，故障处相邻节点就会倒换，同时向环网上其它节点广播保护信息，业务会通过节点倒换后的路径达到目的节点。即，从外环流入的数据流在 Station5进入内环，经过内环一圈后，再继续传输。

虽然 IEEE 802.17工作组提出的 Wrapping方式速度快，无数据丢失，但目前没有实现 Wrapping方式的具体技术方案，因此，如何在 RPR网中实现 Wrapping保护方式是急待解决的问题。发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供弹性分组环网中节点的保护倒换方法，以实现简单、可靠的 Wrapping方式的节点保护倒换。

本发明的另一目的在于提供弹性分组环网中节点的保护倒换装置，以用于实现上述方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；所述方法包括下述步骤：

A、环网中的节点采样倒换命令，并判断是否需要进行数据路径倒换；如果是，则进行步骤 B, 否则，继续通过正常数据路径传输数据；

B、在内、外环上的数据传输均到达帧边界后，该节点从正常数据路径切换到倒换数据路径。

较佳地，步骤 A中，在读取内、外环数据的帧间隔期间采样倒换命令。

较佳地，步骤 B所述从正常数据路径切换到倒换数据路径包括以下步驟：

传送完毕整帧数据的倒换模块停止在原数据路径上发送数据，将自身设置为倒换就緒状态；

在内、外环路的倒换模块均处于倒换就绪状态时，所述节点从正常数据路径切换到倒换数据路径。

一种弹性分组环网中节点退出保护倒换的方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；该方法包括下述步骤：

Al、环网中的节点采样退出保护倒换命令,并判断是否需要退出保护倒换状态；如果是，则进行步骤 B1 , 否则，继续通过倒换数据路径传输数据； Bl、在倒换数据路径上传输的数据均到达帧边界后，该节点从倒换数据路径恢复到正常数据路径。

较佳地，步骤 A1 中，在读取数据的帧间隔期间采样退出保护倒换命令。

较佳地，步骤 B1 所述从倒换数据路径恢复到正常数据路径包括以下步骤：

传送完毕整帧数据的倒换模块停止在原数据路径上发送数据，将自身设置为退出保护倒换就绪状态；

在内、外环路的倒换模块均处于退出保护倒换就绪状态时，所述节点从倒换数据路径恢复到正常数据路径。

一种用于弹性分组环网节点的保护倒换装置，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；该装置包括：

第一倒换模块，接收内环数据和向外环发送数据；

第二倒换模块，接收外环数据和向内环发送数据；

在正常模式时，各倒换模块将接收的环路数据发送到与其连接的另一倒换模块，使数据按正常数据路径传输；当需要保护倒换并且所述第一、第二倒换模块在数据传输到达帧边界后，该第一、第二倒换模块将接收的环路数据直接在本模块内切换数据路径，使数据按倒换数据路径传输。

较佳地，所述第一、第二倒换模块分别包括发送数据子模块和接收数据子模块；各倒换模块的发送数据子模块将接收到的环路数据发送到本倒换模块内的接收数据子模块，或者发送到另一倒换模块的接收数据子模块。

较佳地，所述倒换模块内还包括用于緩存环路数据的緩冲模块，该緩冲模块将接收到的来自外部的待发送数据发送给发送数据子模块。较佳地，所述第一、二倒换模块设置在一个芯片中；或者分别设置在不同的芯片中。

本发明提供的在 RPR协议中适用于 Wrapping保护倒换方式的方法和装置，不需要复杂的握手信号和交互协议，因而实现简单；本发明在数据传输的帧边界进行数据通路切换，因此不会造成丢包，从而保证了 RPR环网节点的可靠性。附图简要说明

图 1是现有 RPR环网和节点的结构图。

图 2是 Steering保护方式示意图。

图 3是 Wrapping保护方式示意图。

图 4是 RPR节点设备的结构示意和正常模式时的数据路径示意图。图 5是 RPR节点保护倒换数据路径示意图。

图 6是倒换模块的状态转移图。

图 7是倒换模块的结构框图。

图 8是倒换模块倒换控制逻辑结构示意图。

图 9是发送方向的倒换切换控制步骤。

图 10是接收方向的倒换切换控制步骤。实施本发明的方式

参阅图 4 所示的 RPR 节点芯片，包括对称的东向单元 EAST— RPR— MAC和西向单元 WEST— RPR— MAC , 各单元均具有用户侧接口、线路侧接口和倒换模块，以下将倒换模块称为 PWRAP模块，西向单元 WEST— RPR— MAC 中的 PWRAP 模块与东向单元 EAST—RPR— MAC中的 PWRAP模块对接。东、西向单元可以包含在一个芯片中；东、西向单元也可以分别包含在一个芯片，两个芯片对接。东、西向单元的结构是对称的。

西向单元 WEST_RPR— MAC 中的 PWRAP 模块与东向单元 EAST_RPR_MAC 中的 PWRAP 模块构成了节点的保护倒换装置。 PW AP模块设计分为发送方向（以下称 TX方向）和接收方向（以下称 RX方向），当节点处于正常模式 NORM时，一个单元中 PWRAP模块的 TX方向直接发送数据给另一单元中 PWRAP模块的 RX方向。当节点进入倒换模式 WRAP时， PWRAP模块的 TX方向在当前帧发送结束之后改变数据路径 , 将后续帧在 PWRAP模块内部直接发送给本模块的 RX方向。

图 4同时显示了 RPR节点在正常模式 NORM时的数据路径示意图，环网的外环数据由西向接收接口即西向线路侧 RX接口或西向用户侧 TX接口进入芯片，经倒换模块的正常数据路径由芯片东向发送接口即东向线路侧 TX接口送出。同理，环网内环数据由东向接收接口即东向线路侧 RX接口或东向用户侧 TX接口进入芯片，经倒换模块的正常数据路径由芯片西向发送接口即西向线路侧 TX接口送出。

图 5显示了 RPR节点保护倒换数据路径示意图。在节点发生倒换时，为了避免发生断帧、错帧，因此东、西向单元中的 PWRAP模块就要互通信息，例如，西向单元收到倒换命令欲将正常数据路径切换为倒换路径（将外环数据倒换到内环上），就要在自己将当前正传送的整帧数据发送到东向单元，并且要得知东向单元也发送完整帧数据之后再切换数据通路，即在帧边界再切换数据通路。同理，东向单元也根据倒换命令在帧边界将内环数据倒换到外环上。如此，保护倒换装置就完成了正常工作模式到倒换工作模式的切换， RPR环网就可以通过倒换模式 WRAP 实现故障保护倒换。当需要退出倒换模式 WRAP时， PWRAP的 TX方向在当前帧发送结束之后回复到 NORM模式下的数据路径，将后续帧直接发送给另单元中的 PWRAP模块的 RX方向。

图 6显示了 PWRAP模块倒换切换状态转移图。东、西向 PWRAP 模块的状态机分别控制着各自数据通路的倒换切换，同时两个状态机又互有握手。西向 PWRAP模块和东向 PWRAP模块的状态机都包括 4个状态： UNWRAP、 WRAP RDY, WRAP, UNWRAP DY。其中 UNWRAP 指非倒换状态， WRAP RDY指倒换就绪状态， WRAP 指倒换状态， UNWRAP RDY指非倒换就绪状态。芯片上电复位后，东、西向 PWRAP 模块的状态机都进入 UNWRAP状态。在 UNWRAP状态时，其中一个单元的 PWRA 模块 TX方向直接发送数据给另一单元的 PWRAP模块的 RX方向。当收到倒换命令指示 wrap— op，且先将当前整帧数据发送完毕的 PWRAP模块就先进入 WRAP RDY状态，即此 PWRAP模块 TX的数据路径已经切向本侧的 R 通路，已经倒换准备就绪。但本侧的 RX路径何时能切换过来接收本侧 TX的数据，使 PWRAP模块进入 WRAP状态，此时的状态转移就要受到另一 PWRAP模块状态机的控制。必须要等到另一 PWRAP模块也进入倒换就绪 WRAP RDY状态，即另一 PWRAP模块的 TX也将当前整帧数据发送完毕。这样东、西向 PWRAP模块都进入了 WRAP状态，完成了正常数据路径到倒换数据路径的切换。

由倒换状态退出回到非倒换状态的机理是一样的。当收到撤回倒换命令指示 unwrap—op，且 PWRAP模块的 TX刚好发送完整帧数据到 RX 就进入 UNWRAP RDY状态，但只有等到本节点的另一 P WRAP模块也进入 UNWRAP RDY状态时，才能恢复到 UNWRAP状态。

图 7显示了 PWRAP模块结构。西向单元的 PWRAP模块和东向单元的 PWRAP模块是对称的，图中显示的是西向 PWRAP模块的结构框图，但本领域的技术人员，可以容易的从该框图中推导出与其对称的东向 PWRAP的结构，因此，以下只对西向 F RAP的结构做相应说明。图中的 P AP模块由发送数据子模块 PWTX,接收数据子模块 PWRX 和緩存模块 PWFIFO 构成。 PWTX 子模块接收转发调度模块 SFD ( Schedule Forward Dispatcher )送来的数据 ,緩存模块 PWFIFO置于 SFD 模块与 PWTX子模块之间，緩存并转发二者间传递的数据， PWRX子模块发送数据给权重公平算法模块 WFA ( Weighted Fairness Algorithm ), PWTX与 PWRX子模块共同接收 CPU接口模块 MPI ( Microprocessor Interface )送出的控制信号并将状态信号返回给 MPI模块。其中，上述 SFD、 WFA和 MPI均属于节点内 MAC层的模块。

西向单元的 PWRAP模块和东向单元的 PWRAP模块是相互连接的，具体为：西向单元内的发送数据子模块 PWTX和东向单元内的接收数据子模块 PWRX相互连接，东向单元内的发送数据子模块 PWTX和西向单元内的接收数据子模块 PWR 相互连接。

图 8显示了 PWRAP模块倒换控制逻辑结构示意图。图 7和图 8中的信号说明如下：

sfd2pw_val信号是 SFD模块向 PWRAP模块发送的数据有效指示信号 , 相应的， sfd2pw_data是由 SFD模块向 PWRAP模块发送的数据，而 pw2sfd_rdy信号是 PWRAP模块发送给 SFD模块的允许发送指示信号； pwtx_val信号是本 PWTX子模块向另一 PWRAP模块输出的数据有效指示信号，相应的， pwtx— data是本 PWTX子模块向另一 PWRAP模块输出的数据， pwtx_rdy是另一 PWRAP模块向本 PWTX子模块输出的允许发送指示信号；

pw2wfa_val是本 PWRX子模块发送给 WFA模块的数据有效指示信号，相应的， pw2wfa— data是本 PWRX子模块发送给 WFA模块的数据， wfa2pw_rdy是 A模块发送给 PWRX子模块的允许发送指示信号； pwrx_val是另一 PWRAP模块向本 PWRX子模块输入的数据有效指示信号，相应的， pwrx—data是另一 PWRAP模块向本 F R 子模块输入的数据， pwrx_rdy是本 PWR 子模块向另一 PWRAP模块输出的允许发送指示信号；

pwtx2rx_val是本 PWTX子模块向本 PWKX子模块发送的数据有效指示信号，相应的， pwtx2rx_data是本 PWTX子模块向本 PWRX子模块发送的数据， pwrx2tx_ rdy是本 PWRX子模块向本 PWTX子模块发送的允许发送指示信号；

wrap— op是 MPI模块向本 PWTX子模块与本 PWR 子模块共同发送的倒换命令指示信号； pwtx—wrap与 pwrx— wrap是 PWTX子模块与 PWRX子模块的倒换状态指示信号。 pwtx—wrap 与 pwrx— wrap是根据 wrap— op信号和当前帧的传递状态决定的，即 wrap— op有效时 TX方向当前帧发完时 pwtx—wrap有效，同理 wrap_op有效时 R 方向当前帧收完时 pwrx— wrap有效。

PWRAP模块实现发送方向的正常状态数据路径和 WRAP状态数据路径的切换。因为数据路径的切换是基于帧的，所以必须在读数据的帧间隔采样倒换命令指示 wrap— op, 帧间隔可以根据帧尾指示信号的跳变来判断。由于切换是由 TX方向和 RX方向配合进行的，因此倒换状态指示信号 pwtx_wrap和 pwrx_wrap是关键的通道切换控制开关。

图 9显示了 PWRAP模块的 TX方向倒换数据路径的大体控制步骤：首先，在步驟 11对 pwtx—wrap信号进行设置，具体而言（图中未示出），判断 PWTX子模块向另一 PWRAP模块发送的数据是否处于帧间隙，如果是, 采样 wrap— op信号 , 并将 pwtx—wrap信号设置为 wrap— op信号；接下来，在步骤 12对 pwtx— val信号进行设置，具体而言（图中未示出），判断 pwtx— wrap信号是否有效，如果有效即需要进行保护倒换，将 pwtx一 val信号设置为无效，即中止将本 PWTX子模块的数据发送到另一 PWRAP模块中，否则，将 pwtx— val信号设置为有效，并将本 PWFIFO 子模块中的数据送往另一 PWRAP模块；

然后，在步骤 13对 pwtx2rx— val信号进行设置，具体而言（图中未示出），继续判断 pwtx— wrap信号是否有效，如果无效，将 pwtx2rx— val 信号设置为无效，即中止本 PWTX子模块将数据发送到本 PWRX子模块，否则，将 pwtx2rx_val信号设置为有效，并将本 PWFIFO中的数据送往本 PWRX子模块;

最后，在步骤 14对 pw2sfd— rdy信号进行设置，具体而言（图中未示出），判断 pwtx— wrap信号是否有效，如果无效，将 pw2sfd_rdy信号设置为 pwtx— rdy信号，即设置为正常数据路径的 rdy信号，否则，将 pw2sfd— rdy 信号设置为 pwrx2tx_rdy信号，即设置为倒换数据路径的 rdy信号。

利用上述的信号可以控制本侧 TX的数据通路是切向本侧的 RX通路，还是切向对侧 PWRAP模块。假设本例中已控制本侧 TX的数据通路切向本侧的 R 通路，但此时还要看对侧 PWRAP模块的 TX是否在向本侧的 RX发送数据，如对侧正在向本侧发数据，就要等到对侧发送到帧间隙才能倒换切换。本侧的 RX何时能切换过来接收本侧 TX的数据是由 pwrx— wrap信号控制的。

图 10显示了 RX方向倒换切换的大体控制步骤，首先，在步骤 21 对 pwrx— wrap信号进行设置，具体而言（图中未示出），判断本 PWRX 子模块接收另一 PWTX 子模块发送的数据是否处于帧间隙，并且 wrap— op信号是否被设置为有效，如果以上两组判断结果都为是，则将 pwrx— wrap信号设置为有效, 否贝¹ J , ^口果 pwtx— wrap信号无效，并且 wrap— op信号也是无效，贝¹ J pwrx— wrap信号设置为无效；接下来，在步骤 22对 pwrx— rdy和 pwrx2tx— rdy信号进行设置，具体而言（图中未示出），如果， pwrx— wrap信号有效，则将 pwrx— rdy信号设置为无效，以中止由另一 P WRAP模块向本 PWR 子模块发送数据，并将 pwrx2tx_rdy信号设置为 wfa2pw—rdy信号，准备接收本 PWTX的数据，否则将 pwrx_rdy信号设置为 wfa2pw_rdy信号，准备接收另一 PWRAP模块的数据，并将 pwrx2tx— rdy信号设置为无效，以中止接收由本 PWTX子模块发送的数据；

然后，在步骤 23对 pw2wfa—val和 pw2wfa— data信号进行设置，具体而言（图中未示出），如果， pwrx— wrap信号有效，则将 pw2wfa— val 信号设置为 pwtx2rx— val信号，以指示接收倒换数据通路本侧发送来的信息，并将 pw2wfa— data信号设置为 pwtx2rx— data信号，即接收倒换通路的数据，否则将 pw2wfa— val信号设置为 pwrx— val信号，以指示接收正常数据通路对侧发送来的信息，并将 pw2wfa—data 信号设置为 pwrx— data, 即接收正常通路的数据。

利用上述的信号可以控制本侧 RX的数据通路是接收本侧的 TX通路数据，还是接收另一 PWRAP模块的数据。

根据图 9和图 10中的信号控制，即可实现倒换模块的 NORM状态数据路径和 WRAP状态数据路径的相互切换。

需要说明的是，尽管本实施例中使用了一个芯片进行说明性描述，但本领域的技术人员，在此基础上，可以理解，此技术方案并不局限于在单芯片内实现无损倒换，同时其也可以应用于两芯片对接的技术方案。

根据上述描述，通过运用公知技术中的 RPR协议，无需.附加额外的解释，本领域的普通技术人员，就可以得到实现本发明的所有必要信息，以在 RP R环网节点处实现筒单而可靠的数据通路切换。

以上所述的实施例并不能解释为对本发明的限制，本领域的技术人员可以据此设计出各式各样的装置，因此，任何不偏离本发明实质性内容的技术方案都被包含在本发明所要表达的内容之中。

Claims

权利要求书

1、一种弹性分组环网中节点的保护倒换方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步驟 A中，在读取内、外环数据的帧间隔期间采样倒换命令。

3、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，步骤 B所述从正常数据路径切换到倒换数据路径包括以下步骤：

传送完毕整帧数据的倒换模块停止在原数据路径上发送数据，将自身设置为倒换就绪状态；

4、一种弹性分组环网中节点退出保护倒换的方法，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于该方法包括下述步骤：

A1、环网中的节点采样退出保护倒换命令，并判断是否需要退出保护倒换状态；如果是，则进行步骤 B1 , 否则，继续通过倒换数据路径传输数据；

Bl、在倒换数据路径上传输的数据均到达帧边界后，该节点从倒换数据路径恢复到正常数据路径。

5、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，步骤 A1中，在读取数据的帧间隔期间采样退出保护倒换命令。

6、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，步骤 B1所述从倒换数据路径恢复到正常数据路径包括以下步驟：

7、一种用于弹性分组环网节点的保护倒换装置，所述弹性分组环由按相反方向传输数据的内环与外环组成；其特征在于该装置包括：第一倒换模块，接收内环数据和向外环发送数据；

第二倒换模块，接收外环数据和向内环发送数据；

8、如权利要求 7所述的保护倒换装置，其特征在于，所述第一、第二倒换模块分别包括发送数据子模块和接收数据子模块；各倒换模块的发送数据子模块将接收到的环路数据发送到本倒换模块内的接收数据子模块，或者发送到另一倒换模块的接收数据子模块。

9、如权利要求 8所述的保护倒换装置，其特征在于，所述倒换模块内还包括用于緩存环路数据的緩冲模块，该緩冲模块将接收到的来自外部的待发送数据发送给发送数据子模块。

10、如权利要求 7、 8或 9所述的保护倒换装置，其特征在于，所述第一、二倒换模块设置在一个芯片中；或者分别设置在不同的芯片中。