一种改进型环网保护机制的设计与实现
2014-03-05洪菁岑田耕
洪菁岑+田耕
摘 要： 为满足ITU?T标签本地化的要求，讨论了一种改进型的基于Wrapping保护的环网保护方案，详细论述了通路建立与倒换机制，介绍了相关功能模块的架构，并对保护倒换时间进行了测试验证。该环网保护方案的保护倒换时间满足工程应用50 ms要求，可为分组传送网承载业务提供有效的网络级保护。
关键词： 环网保护； Wrapping； 标签本地化； 分组传送网
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0001?03
Design and implementation of an improved ring protection mechanism
HONG Jing?cen1， TIAN Geng2
（1. Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430074， China；
2. Fiberhome Telecommunication Technologies Co.， Ltd.， Wuhan 430073， China）
Abstract： In order to meet the requirement of ITU?T label localization， an improved ring protection program based on Wrapping protection is discussed. The pathway creation and switching mechanism are introduced. The architecture of function modules is introduced and the protection switching time is tested. The protection switching time of the ring protection mechanism could meet the requirement of 50 ms， and it can provide effective network?level protection for bearer service of packet transport network.
Keywords： ring protection； Wrapping； label localization； packet transport network
当今PTN网络已进入规模部署阶段，从线性APS到环网保护技术的切换也势必成为趋势[1]。PTN环网保护方案规模性商用的势头初显，如何让网络更具稳定性、可靠性无疑将成为研究的重头戏之一。环网保护之中，由于更易满足50 ms倒换时间要求，Wrapping保护较之Steering保护有着更为普遍的应用[2]。研究Wrapping环网保护的改进方案，对探索如何为承载网络及业务提供更佳的保障有着实际意义[3]。在早期的Wrapping保护方案中，环上各个节点的工作路径环标签、保护路径环标签必须分别保持一致[4]。而这一点与ITU?T标准中提出的标签本地化，每个节点都可进行标签替换的原则相悖[5]。基于以上要求，本文讨论了一种改进型的Wrapping保护方案的设计及实现。
1 改进型环网保护方案设计
1.1 保护方案概述
为便于管理和配置共享保护环，本方案以环为单位建立独立的环逻辑层，环的配置、管理与倒换都基于环进行操作，业务基于环通道进行转发[6]。一个端口可以承载多个环通道，一个环可以承载多条需要进行环网保护的业务LSP[7]。为满足标准中提出的环LSP标签本地化的要求，业务在工作路径和保护路径上都压入一层标签，每个节点压入的标签都不相同。业务到达不同节点时，通过标签替换的方式进行业务的转发，或者通过弹出外层标签再匹配的方式进行业务下话。环逻辑层次如图1所示。
图1 环网保护管道逻辑层次示意图
1.2 标签分配与环的建立
不同于仅建立一组环通道的典型Wrapping环配置，为实现本地标签可配并相对独立，需要以业务下环节点作为目的节点，配置相应的环通道。环通道标签按照RFC3031的downstream?assigned（下游分配）方式进行分配，标签标识报文的下一跳节点，满足各个节点独立分配标签的要求。
对于环承载的LSP通道，上环时根据环ID、下环点及运行的方向封装相应的环工作通道标签，发送到下一跳；环的中间节点基于环标签转发，通过SWAP动作进行环标签替换，继续发给下一跳；当报文到达下环节点（即目的节点），下环节点会通过POP（弹出标签）动作剥掉环通道标签并根据内层的Tunnel LSP标签和PW标签处理报文。
若环上的目的节点个数为[n，]需要创建[n]组环通道。本文以创建节点D为目的节点的环通道为例进行讨论。为便于论述，约定顺时针方向为正向。首先讨论上游节点C正向业务，所需创建通道如下：对在节点C上环的业务，创建发向节点D的正向工作通道，分配标签RCW1（Ring Clockwise Work Channel，环正向工作通道），标签动作为PUSH（压入标签）；对触发Wrapping保护后来自于节点C的业务，创建发往上游节点B的反向保护通道，分配出标签RAP1（Ring Anticlockwise Protect Channel，环反向保护通道）；对来自节点B的业务报文，匹配入标签RCW2，标签动作为SWAP（交换标签），出标签为节点D方向的通道标签RCW1；对触发Wrapping保护后来自于节点D的业务报文，创建发往上游节点B的反向保护通道，匹配入标签RAP1，标签动作为SWAP，分配出标签RAP2。
同理，节点C反向业务需创建发往节点B的出标签RAW5的反向工作通道（目的节点D到节点C无反向工作通道），以及入标签RCP2、标签动作SWAP、出标签RCP1的正向保护通道。
与此类似，节点B、节点A、节点F、节点E、节点D分别分配环标签，创建以节点D为目的节点的正向工作通道、正向保护通道、反向工作通道和反向保护通道，组成环网的通道。环通道示意图如图2所示。
图2 PTN Wrapping环通道示意图（以D节点为目的节点）
1.3 业务转发动作及保护倒换
如图3所示，以节点A上环、节点D下环的正向业务为例，环通道状态正常时，业务在节点A通过PUSH动作压入标签RCW3，发往节点B；节点B匹配RCW3标签，通过SWAP动替换为标签RCW2，发往节点C；节点B匹配RCW2标签，通过SWAP动替换为标签RCW1，发往节点D；节点D接收报文后，匹配标签RCW1确定本节点为下环点，进行下环处理，通过POP动作弹出标签RCW1，再根据LSP标签进行转发。
图3 正常状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
当环通道出现链路故障或节点故障时，故障两端点将所有发向故障处的工作通道环回到发往同一下环点的反向保护通道，将所有发向故障处的保护通道环回到发往同一下环点的反向工作通道。
如图4所示，节点B与节点C间发生故障，节点B和C分别将发往链路B?C的环通道进行环回，即B节点将发往D节点的正向工作通道环回到反向保护通道，同样C节点将发往D节点的反向保护通道环回到正向工作通道。
图4 倒换状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
各节点处理如下：B节点将正向工作通道本应发往C节点的报文通过反向保护通道进行转发，通过SWAP动作将正向工作标签RCW3替换为A节点分配的反向保护通道标签RAP4，发往节点A；A节点匹配通道标签RAP4，替换为RAP3转发给节点F；同理，F、E、D均通过反向保护通道对业务进行转发，直至节点C；节点C根据保护倒换动作，匹配反向保护通道标签RAP6后，通过SWAP动作替换为正向工作通道标签RCW1，转发至节点D。D节点接收到报文后，匹配标签RCW1，通过POP动作弹出标签后匹配LSP标签进行转发，完成下环动作。
2 应用层功能逻辑
2.1 环网保护模块组成及逻辑框图
PTN设备环网保护功能主要由网管进行环网保护配置、标签分发，并通过交叉盘与线路盘实现标签转换及工作、保护路径切换。
建立环通道时，交叉盘、线路盘从网管获取环配置及分配环标签；环网运作时，交叉盘负责获取线路盘发来的环路告警及状态信息，并依据环路告警及状态信息下发控制命令至线路盘进行调度；线路盘则向交叉盘上报环路告警及状态信息，接收交叉盘发来的控制命令，并在本盘根据控制命令完成主备用标签转换及业务路径切换动作。
交叉盘侧相关功能主要由配置处理模块、环告警及状态获取模块、环网保护状态机处理模块、环保护动作命令下发模块完成；线路盘侧由配置处理模块、OAM模块、环告警及状态上报模块和环保护切换模块完成；网管侧则通过网管环网配置模块实现。
对单个节点（设备），环网保护功能逻辑框图如图5所示。
图5 环网保护功能逻辑框图
2.2 模块功能及关系说明
各模块实现的功能如下：
网管环网配置模块提供环网配置的用户操作界面及标签分配，按照与设备之间的协议将配置分发到设备的线路盘及交叉盘上。
线路盘与交叉盘的配置处理模块负责接收网管环网保护配置块的信息，整理环网保护配置块数据传给交换芯片，完成LSP、OAM相关的配置处理。
交叉盘侧，环告警及状态获取模块由主从通信模块获取线路盘上报的线路告警、LSP通道告警及接收环网APS信息，并上报给环网保护状态机进行运算，并将运算结果下发给环保护动作命令下发模块，环保护动作命令下发模块通过主从通信模块向线路盘下发APS报文及保护切换动作。
线路盘侧，环告警及状态上报模块获取环工作路径和保护路径的线路告警、LSP通道告警和APS信息，实时上报给交叉盘；环保护切换模块负责接收交叉盘发出的控制命令及APS发送信息，完成标签转换和业务路径的切换，并向线路盘发出APS报文。
2.3 保护倒换时间测试
按照上述方案，使用4台PTN设备搭建环路并配置环网保护通道，测试该改进型环网保护机制的保护倒换时间，通道容量为10 Gb/s，使用Spirent Test Center仪表收发报文，业务报文长度设为1 400 B，速率设置为4 500 Mb/s。
采用拔纤的方式触发环网保护倒换，业务丢包率如图6所示。
图6 SpirentTestCenter仪表保护倒换丢包数据
由以上4组数据可得，环网保护倒换时间约为20 ms。经多组测试数据统计，本方案保护倒换时间与环网规模有关，满足工程50 ms以内的要求，方案切实可行。
3 结 语
本文讨论了一种基于Wrapping保护机制的环网保护方案的实现与应用，该保护方案通过将环上的业务统一增加环标签，在各节点分配不同标签，并根据节点属性对环标签进行操作，监测链路状态并在环通道发生故障时迅速、有效地进行保护倒换，保障业务的正常传输，提高网络的稳定性[8]。本机制满足各种常用组网方式下的网络级保护需求。
参考文献
[1] 薛莲.PTN网络常用保护方式及组网应用的探讨[J].光通信研究，2012（4）：25?27.
[2] 李伟.PTN网络保护机制应用策略研究[J].电信网技术，2011，12（12）：12?15.
[3] 郭雄飞，张优训.PTN组网的保护技术选择[J].移动通信，2010，34（24）：32?36.
[4] ITU?T. G.8032/Y.1344 Ethernet ring protection switching [S]. USA： ITU?T， 2012.
[5] ITU?T. Y.1730?2004 Requirements for OAM functions in Ethernet?based networks and Ethernet services [S]. USA： ITU?T， 2004.
[6] 杜赟，吕建新.PTN技术进展及组网保护策略[J].电视技术，2012（7）：112?114.
[7] 王闯，康丽娜.PTN网络规划原则探讨[J].中国新技术新产品，2011（1）：23?26.
[8] 党志俊.PTN环网保护技术的新方向[J].通信世界，2012（30）：25?28.
同理，节点C反向业务需创建发往节点B的出标签RAW5的反向工作通道（目的节点D到节点C无反向工作通道），以及入标签RCP2、标签动作SWAP、出标签RCP1的正向保护通道。
与此类似，节点B、节点A、节点F、节点E、节点D分别分配环标签，创建以节点D为目的节点的正向工作通道、正向保护通道、反向工作通道和反向保护通道，组成环网的通道。环通道示意图如图2所示。
图2 PTN Wrapping环通道示意图（以D节点为目的节点）
1.3 业务转发动作及保护倒换
如图3所示，以节点A上环、节点D下环的正向业务为例，环通道状态正常时，业务在节点A通过PUSH动作压入标签RCW3，发往节点B；节点B匹配RCW3标签，通过SWAP动替换为标签RCW2，发往节点C；节点B匹配RCW2标签，通过SWAP动替换为标签RCW1，发往节点D；节点D接收报文后，匹配标签RCW1确定本节点为下环点，进行下环处理，通过POP动作弹出标签RCW1，再根据LSP标签进行转发。
图3 正常状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
当环通道出现链路故障或节点故障时，故障两端点将所有发向故障处的工作通道环回到发往同一下环点的反向保护通道，将所有发向故障处的保护通道环回到发往同一下环点的反向工作通道。
如图4所示，节点B与节点C间发生故障，节点B和C分别将发往链路B?C的环通道进行环回，即B节点将发往D节点的正向工作通道环回到反向保护通道，同样C节点将发往D节点的反向保护通道环回到正向工作通道。
图4 倒换状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
各节点处理如下：B节点将正向工作通道本应发往C节点的报文通过反向保护通道进行转发，通过SWAP动作将正向工作标签RCW3替换为A节点分配的反向保护通道标签RAP4，发往节点A；A节点匹配通道标签RAP4，替换为RAP3转发给节点F；同理，F、E、D均通过反向保护通道对业务进行转发，直至节点C；节点C根据保护倒换动作，匹配反向保护通道标签RAP6后，通过SWAP动作替换为正向工作通道标签RCW1，转发至节点D。D节点接收到报文后，匹配标签RCW1，通过POP动作弹出标签后匹配LSP标签进行转发，完成下环动作。
2 应用层功能逻辑
2.1 环网保护模块组成及逻辑框图
PTN设备环网保护功能主要由网管进行环网保护配置、标签分发，并通过交叉盘与线路盘实现标签转换及工作、保护路径切换。
建立环通道时，交叉盘、线路盘从网管获取环配置及分配环标签；环网运作时，交叉盘负责获取线路盘发来的环路告警及状态信息，并依据环路告警及状态信息下发控制命令至线路盘进行调度；线路盘则向交叉盘上报环路告警及状态信息，接收交叉盘发来的控制命令，并在本盘根据控制命令完成主备用标签转换及业务路径切换动作。
交叉盘侧相关功能主要由配置处理模块、环告警及状态获取模块、环网保护状态机处理模块、环保护动作命令下发模块完成；线路盘侧由配置处理模块、OAM模块、环告警及状态上报模块和环保护切换模块完成；网管侧则通过网管环网配置模块实现。
对单个节点（设备），环网保护功能逻辑框图如图5所示。
图5 环网保护功能逻辑框图
2.2 模块功能及关系说明
各模块实现的功能如下：
网管环网配置模块提供环网配置的用户操作界面及标签分配，按照与设备之间的协议将配置分发到设备的线路盘及交叉盘上。
线路盘与交叉盘的配置处理模块负责接收网管环网保护配置块的信息，整理环网保护配置块数据传给交换芯片，完成LSP、OAM相关的配置处理。
交叉盘侧，环告警及状态获取模块由主从通信模块获取线路盘上报的线路告警、LSP通道告警及接收环网APS信息，并上报给环网保护状态机进行运算，并将运算结果下发给环保护动作命令下发模块，环保护动作命令下发模块通过主从通信模块向线路盘下发APS报文及保护切换动作。
线路盘侧，环告警及状态上报模块获取环工作路径和保护路径的线路告警、LSP通道告警和APS信息，实时上报给交叉盘；环保护切换模块负责接收交叉盘发出的控制命令及APS发送信息，完成标签转换和业务路径的切换，并向线路盘发出APS报文。
2.3 保护倒换时间测试
按照上述方案，使用4台PTN设备搭建环路并配置环网保护通道，测试该改进型环网保护机制的保护倒换时间，通道容量为10 Gb/s，使用Spirent Test Center仪表收发报文，业务报文长度设为1 400 B，速率设置为4 500 Mb/s。
采用拔纤的方式触发环网保护倒换，业务丢包率如图6所示。
图6 SpirentTestCenter仪表保护倒换丢包数据
由以上4组数据可得，环网保护倒换时间约为20 ms。经多组测试数据统计，本方案保护倒换时间与环网规模有关，满足工程50 ms以内的要求，方案切实可行。
3 结 语
本文讨论了一种基于Wrapping保护机制的环网保护方案的实现与应用，该保护方案通过将环上的业务统一增加环标签，在各节点分配不同标签，并根据节点属性对环标签进行操作，监测链路状态并在环通道发生故障时迅速、有效地进行保护倒换，保障业务的正常传输，提高网络的稳定性[8]。本机制满足各种常用组网方式下的网络级保护需求。
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与此类似，节点B、节点A、节点F、节点E、节点D分别分配环标签，创建以节点D为目的节点的正向工作通道、正向保护通道、反向工作通道和反向保护通道，组成环网的通道。环通道示意图如图2所示。
图2 PTN Wrapping环通道示意图（以D节点为目的节点）
1.3 业务转发动作及保护倒换
如图3所示，以节点A上环、节点D下环的正向业务为例，环通道状态正常时，业务在节点A通过PUSH动作压入标签RCW3，发往节点B；节点B匹配RCW3标签，通过SWAP动替换为标签RCW2，发往节点C；节点B匹配RCW2标签，通过SWAP动替换为标签RCW1，发往节点D；节点D接收报文后，匹配标签RCW1确定本节点为下环点，进行下环处理，通过POP动作弹出标签RCW1，再根据LSP标签进行转发。
图3 正常状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
当环通道出现链路故障或节点故障时，故障两端点将所有发向故障处的工作通道环回到发往同一下环点的反向保护通道，将所有发向故障处的保护通道环回到发往同一下环点的反向工作通道。
如图4所示，节点B与节点C间发生故障，节点B和C分别将发往链路B?C的环通道进行环回，即B节点将发往D节点的正向工作通道环回到反向保护通道，同样C节点将发往D节点的反向保护通道环回到正向工作通道。
图4 倒换状态业务通道（节点A上环、节点D下环）
各节点处理如下：B节点将正向工作通道本应发往C节点的报文通过反向保护通道进行转发，通过SWAP动作将正向工作标签RCW3替换为A节点分配的反向保护通道标签RAP4，发往节点A；A节点匹配通道标签RAP4，替换为RAP3转发给节点F；同理，F、E、D均通过反向保护通道对业务进行转发，直至节点C；节点C根据保护倒换动作，匹配反向保护通道标签RAP6后，通过SWAP动作替换为正向工作通道标签RCW1，转发至节点D。D节点接收到报文后，匹配标签RCW1，通过POP动作弹出标签后匹配LSP标签进行转发，完成下环动作。
2 应用层功能逻辑
2.1 环网保护模块组成及逻辑框图
PTN设备环网保护功能主要由网管进行环网保护配置、标签分发，并通过交叉盘与线路盘实现标签转换及工作、保护路径切换。
建立环通道时，交叉盘、线路盘从网管获取环配置及分配环标签；环网运作时，交叉盘负责获取线路盘发来的环路告警及状态信息，并依据环路告警及状态信息下发控制命令至线路盘进行调度；线路盘则向交叉盘上报环路告警及状态信息，接收交叉盘发来的控制命令，并在本盘根据控制命令完成主备用标签转换及业务路径切换动作。
交叉盘侧相关功能主要由配置处理模块、环告警及状态获取模块、环网保护状态机处理模块、环保护动作命令下发模块完成；线路盘侧由配置处理模块、OAM模块、环告警及状态上报模块和环保护切换模块完成；网管侧则通过网管环网配置模块实现。
对单个节点（设备），环网保护功能逻辑框图如图5所示。
图5 环网保护功能逻辑框图
2.2 模块功能及关系说明
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线路盘与交叉盘的配置处理模块负责接收网管环网保护配置块的信息，整理环网保护配置块数据传给交换芯片，完成LSP、OAM相关的配置处理。
交叉盘侧，环告警及状态获取模块由主从通信模块获取线路盘上报的线路告警、LSP通道告警及接收环网APS信息，并上报给环网保护状态机进行运算，并将运算结果下发给环保护动作命令下发模块，环保护动作命令下发模块通过主从通信模块向线路盘下发APS报文及保护切换动作。
线路盘侧，环告警及状态上报模块获取环工作路径和保护路径的线路告警、LSP通道告警和APS信息，实时上报给交叉盘；环保护切换模块负责接收交叉盘发出的控制命令及APS发送信息，完成标签转换和业务路径的切换，并向线路盘发出APS报文。
2.3 保护倒换时间测试
按照上述方案，使用4台PTN设备搭建环路并配置环网保护通道，测试该改进型环网保护机制的保护倒换时间，通道容量为10 Gb/s，使用Spirent Test Center仪表收发报文，业务报文长度设为1 400 B，速率设置为4 500 Mb/s。
采用拔纤的方式触发环网保护倒换，业务丢包率如图6所示。
图6 SpirentTestCenter仪表保护倒换丢包数据
由以上4组数据可得，环网保护倒换时间约为20 ms。经多组测试数据统计，本方案保护倒换时间与环网规模有关，满足工程50 ms以内的要求，方案切实可行。
3 结 语
本文讨论了一种基于Wrapping保护机制的环网保护方案的实现与应用，该保护方案通过将环上的业务统一增加环标签，在各节点分配不同标签，并根据节点属性对环标签进行操作，监测链路状态并在环通道发生故障时迅速、有效地进行保护倒换，保障业务的正常传输，提高网络的稳定性[8]。本机制满足各种常用组网方式下的网络级保护需求。
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[6] 杜赟，吕建新.PTN技术进展及组网保护策略[J].电视技术，2012（7）：112?114.
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