在网络中进行虚通路环保护倒换的方法

技术领域

本发明涉及在采用异步传输模式(ATM)技术的环形网络中实现共享的虚通路环(VP- ring)保护倒换的方法，该方法可以实现对逻辑层业务的毫秒级响应速度的保护倒换。

背景技术

目前，采用ATM技术的环网被广泛应用于构建多业务传输平台(MSTP)。其中ATM技术 主要被用于提供与其他层协议友好接口的链路层功能，由于ATM具有多业务级别而带来的良 好的服务质量(QOS)、固定信元长度而带来快速的交换、以及异步统计复用而带来的高效的 业务传输，并支持动态和静态的面向连接的呼叫接纳控制(CAC)、完善的操作管理维护(OAM) 功能，以及支持可靠的网络流量控制和拥塞管理技术，因而能够有效的传输语音和数字视频 信号，使得ATM技术已经在环网中被大量应用。

在国内，ATM技术主要集成在基于同步数字系列(SDH)技术并同时实现时分复用(TDM)、 ATM、以太网等业务的接入、处理和传送并提供统一网管的多业务传输平台(MSTP)上。由 MSTP作为SDH传输网的网络节点是基础传输网顺应业务网发展需求而提出的综合解决方 案，该方案融合了ITU-T及其他标准化组织定义的多种关键技术。

通常，为了增强网络的可靠性，SDH组网时考虑物理层上使用了自愈环技术从而组成SDH 环网，因此，MSTP在SDH环网上也相应组成多业务环形网，其中的ATM业务就形成ATM环 网。如附图1所示，在ATM环网上利用虚通路(VPG)连接建立逻辑层的环路即虚通路环 (VP-ring)，虚通路环利用ATM统计复用特性，对业务提供收敛，实现环上所有ATM节点共 享SDH通道中的VC4虚容器，从而提高带宽利用率。上述虚通路环类似于SDH体系中的物 理时隙或线路环，并且该虚通路环技术已得到业界地认可，例如3G组网相关标准已将VP-ring 作为一种重要的接入方案。

通常SDH网络使用自愈环保护，即实现物理层的自动保护倒换(APS)。此物理层保护 可以在物理层链路断开或信号严重失真时自动实现倒换，其突出优点是其快速性(小于 50ms)，使通信业务中断时间非常短即可恢复正常。

但由于倒换条件的检测点远离业务层，物理层的连接状态与链路层的连接状态并非完 全等同，存在链路层出现故障而物理层保护倒换并不被触发的情况；再者，由于资源限制等 原因，存在不能提供物理层保护倒换的情况。因此，朗讯公司曾经提出在逻辑层利用虚通路 (VPG)进行保护倒换的初步设想，该设想对相同源和目的节点之间的逻辑链路配置相同 VPI，构成一个虚通路(VPG)，即成一簇逻辑信道，如附图1所示。节点1和2之间通信 由VP#12链路实现；节点1和6之间的通信则由VP#16链路实现等。这些多个源和目的 节点组是在共享的虚通路环上建立VP工作链路和保护链路。VP环通过在环上对每个VPG 利用伴随的OAM信元双向传递信道信息，实现类似于SDH的APS保护，此即VPG保护。

ITU-T提出的I.630建议中也定义对VPG/VP和VCG/VC子网连接保护倒换和端到 端连接保护倒换，并且定义了传递保护倒换信息的APS信元格式，从而实现ATM层保护。 由于通信设备制造商的极力推荐，在50毫秒时间段内实现ATM层保护倒换成为业界认可的 工程测试和应用标准，国内业界也针对共享的虚通路环提出必须实现相对简单的虚通路环保 护倒换功能。然而，ITU-T并未提出共享的虚通路环保护的概念，且对ATM层保护倒换的 响应时间也没作出具体的定量指标。

如上所述，目前业内还没有提出在最普遍应用的实现业务汇聚共享信道的虚通路环上 具体实现50毫秒的保护倒换的实际可行方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种在采用ATM技术的网络中的虚通路环上实现50毫秒的 ATM层保护倒换的方法。

本发明的虚通路环保护倒换方法的技术原理如下：

由于实际应用中逻辑业务链路非常多，要对每条链路分别进行监控并单独实施保护所 占用的带宽太大，对CPU的处理能力要求很高，保护成本会非常昂贵。在实际应用中通常 仅在出现导致成千上万条链路同时故障的情况下才需要倒换到保护路由，这样就可以让虚通 路环上的所有链路共享一个伴随检测链路。另外，由于存在SDH保护和虚通路环保护功能 重叠，本发明对共享同一个的虚通路环的所有共享该环的链路构成一个，为链路建立一 条伴随检测链路来传递本发明参照I.630协议定义的包含告警信息和节点空间编码地址的 APS信元。

每个虚通路环有一个另一旋转方向的虚通路环，称其为本虚通路环的配对虚通路环， 上述成对的虚通路环也简称为本环和配对环。当原虚通路环有故障时，需要保护的链路将倒 换到配对虚通路环上，反之亦然。在原虚通路环上的业务被倒换后，配对虚通路环上的业务 将有可能拥塞，但利用ATM的业务级别关系，保证了被倒换业务的正常通信，而配对环上 正常传输的可用比特速率(ABR)业务等附加业务的带宽将受到限制。这样就利用了ATM 的QOS和统计复用的特征，因而更有效的利用了网络的带宽。因此，本发明实现的是1∶1 保护，且不存在主备用环之分，即配对环和本环功能完全对称。

在上述虚通路环中有多个节点，相邻两节点之间称为段，利用虚通路连接级的OAM 信元流，逐段检测虚通路环上的各个段，并逐段实现逻辑链路层的保护。即如果哪段有故障， 则在该段上作为信源的一端节点将所发出信息倒换到配对环上传递，此倒换具体地通过修改 路由表实现。从而，多链路共享的虚通路环中即使某段有故障，仍能正常工作，满足正常通 信。为实现此目的，在网络中的每两相邻节点之间由本环和配对环相连接，在本环和配对环 上均设置相应的伴随检测链路，两节点互为源节点和目的节点。本环和配对环上各段随检测 链路也是构成检测链路环，每个节点与相邻节点之间在检测链路上按照I.630建议发送和终 结APS信元，并借助APS信元内容判断两节点之间段是否有故障，是否要执行倒换操作。

对APS信元中故障告警的检测类似于通信内容(CC)信元的检测方法，但为了达到50ms 的响应，节点发送和接收含检测功能的APS信元的间隔T为毫秒级；节点向相邻节点发出 的检测信元就是虚通路级的APS信元，发送端节点通过APS信元的扩展头中指定端口区别 APS信元在本环或配对环上传输，接收端节点也通过接收APS信元的端口区别该信元来自 本环或配对环，在APS信元字段中携带告警信息；发送端节点在发出如含有告警信息的APS 信元时，在APS信元中通过节点所在网块、网元和槽位的信息表示发出告警的节点的空间 编码地址。每个本环上的节点作为本环目的端的节点每隔T时间从伴随检测链路接收并终结 APS信元，也作为本环的源端的节点每隔T时间沿伴随检测链路向下发送反映当前状态的 APS信元。在配对环上的节点如同本环一样，在每隔T时间接收并发送APS信元。因此， 一对虚通路环上的各个节点中，每个节点每隔T时间将下发2个APS信元，也将接收并终 结2个APS信元。为使节点能够顺利接收APS信元，将T时间段分位两个T/2时间段，每 个节点信元在第一个T/2时间段接收和发送本环上的APS信元，在第二个T/2时间段内接收 和发送配对环上的APS信元，每个环上发送和接收APS信元的周期仍然为T时间段。

由于本环和配对环完全是对称的，仅以本环为描述主体，本发明的虚通路环保护倒换 方法包括如下步骤：在一个T时间段周期内，如果节点接收到来自本环的上游节点所发送APS 信元，判断该信元中是否包括告警信息，如果没有包括告警信息，节点将终结该APS信元， 并通过本环的检测链路向下游节点发送APS信元；如果节点在T时间段内没有从本环接收 到来自上游节点的APS信元，则进入预告警，如下一个T时间段还没收到来自上游节点的 APS信元，则该节点通过本环向下游节点发送APS信元，该信元中包含虚通路告警指示 (VP_AIS)以及该节点的空间编码地址；同时，该节点还通过与本环相反方向的配对环向 所述本环的上游节点发送APS信元，该信元中包含虚通路远端故障指示(VP_RDI)以及该 节点的空间编码地址；本环上的下游节点接收到包含VP_AIS信息的APS信元后，终结该 APS信元并判读其中的空间编码地址，如果空间编码地址并非本节点地址，则将上述空间编 码地址和VP_AIS信息填入APS信元通过本环向相邻的下游节点发送；如果本环上游节点 从配对环接收到来自下游节点的包含VP_RDI信息的APS信元，终结该APS信元，并解读 APS信元中的信息，在判断其中包含VP_RDI并且其空间编码地址为相邻下游节点地址时， 则认定上游节点与下游节点之间通过本环的虚通路连接发生故障，该上游节点进入保护倒换 状态，即该上游节点通过改变路由表将本应发往本环所有业务改为发往配对环；另外，如果 上游节点从本环上收到APS信元，终结该APS信元并判断信元中包含相邻下游节点的空间 编码地址和VP_AIS信息，则认定上游节点与下游节点之间通过本环的虚通路连接发生故障， 此上游节点进入保护倒换状态，即该上游节点通过改变路由表将本应发往本环所有业务改为 发往配对环；如果节点通过本环接收到APS信元，终结该APS信元并解读其中信息，如果 判断其中包含本节点的空间编码地址和VP_AIS信息，则判断该节点与上游节点之间通过本 环的虚通路连接故障消除，该节点通过本环上检测链路发送给下游节点的APS信元中不再 包含VP_AIS信息，该节点通过配对环上检测链路发送给上游节点的APS信元中也不再包 含VP_RDI信息；上游节点不再通过配对环检测链路接收包含下游节点空间编码地址和 VP_RDI信息的APS信元并且不再通过本环检测链路接收包含下游节点空间编码地址和 VP_RDI信息的APS信元，则认定上游节点与下游节点之间通过本环的虚通路连接恢复，此 上游节点终止保护倒换状态，恢复正常状态，即恢复原来的路由表将原来发送到本环的所有 业务仍然通过本环的虚通路连接发出。

上述方法中，节点执行保护倒换通过修改路由表实现的，某一节点在对本环上业务执 行保护倒换时，原来通过该节点上话到本环的业务也将随保护倒换被上话到配对环上，原来 通过本环由该节点继续中继的业务也将随保护倒换而被路由到配对环上。因此，本发明方法 的保护倒换只是在执行保护倒换的节点上改变路由表，对其它节点并无任何操作要求，这样 业务损伤更小而带宽利用率更好。另外，在采用本发明的方法执行虚通路环保护倒换时，当 然还会和同步数字系列(SDH)的保护倒换(APS)相互配合，通常在执行本发明的虚通路 环保护倒换之前，等待传输系统执行SDH保护倒换，仅仅在传输系统没有执行SDH保护倒 换情况下，才执行本发明的虚通路环保护倒换。

本发明的上述虚通路环保护倒换方法也可以适用于两对虚通路环的情况，例如在各个 节点之间以两个本环和两个配对环相连接。这时各个节点会共用一个ATM层的控制通道在 4条检测链路上收发APS信元。为保证APS信元正常发挥作用，则需要对每个环上检测链 路的收发时间进行规定，例如在总APS信元收发周期为T时间段的情况下将该时间段等分 为四个子时间段，每个节点仅仅占用其中的T/4时间段收、发一个环上检测链路的APS信 元，这将有利于节点设备中的处理器单元(CPU)对各个检测链路的APS信元及时处理。 例如，在两对虚通路环情况下，节点设备中CPU在第一个T/4时间段在第一本环的检测链 路上接收和发送APS信元，在第二个T/4时间段在第一配对环的检测链路上接收和发送APS 信元，在第三个T/4时间段在第二本环的检测链路上接收和发送APS信元，在第四个T/4时 间段在第二配对环的检测链路上接收和发送APS信元。但由于各个节点设备的初始工作时 间不同，某节点相对于相邻节点的T周期起始时刻是随机的，或者由于节点设备中CPU运 行可能被其他更高级别任务影响，造成一节点对APS信元的收发可能与相邻节点不同步。 例如在上述两对虚通路环情况下，在本节点的第一个T/4时间段内本该收到第一本环上检测 链路的APS信元，却收到了第一配对环上检测链路的APS信元，此时节点设备可采用滑步 技术调节各个检测链路上接收APS的时间段，即认为该节点下次该接收的APS应该是第二 本环检测链路的APS信元，这样最多经过4个T时间段就可以将节点的APS信元周期与相 邻节点之间同步。

本发明的方法在ATM环网中业务进行了逻辑层的检测保护，保证了逻辑链路层业务的 可靠性，并且每条链路都有独立选择是否需要虚通路环保护的灵活性。本发明的方法利用 ATM的统计复用和QOS特征，通过修改路由表就可以实现1∶1的保护倒换，从而更有效 的利用带宽且对业务损伤相对更小。考虑到很多情况虚通路环保护和SDH保护的功能重叠， 本发明还实现了和SDH保护倒换的相互配合应用。本发明的方法运用滑步技术使得节点设 备不需较高的运行环境和配置，因而可方便地移植到任何系统，还可支持多对虚通路环同时 检测和运行保护倒换。随着移动通信业务的发展，在未来3G业务中，虚通路环技术将广泛 应用于和ATM反向复用业务(IMA)进行通信，实现IMA业务的汇聚。这样，本发明的虚 通路环保护从业务逻辑层保证了3G业务的安全性，从而提高3G业务服务质量。

附图说明

图1是所有节点共享虚通路环的ATM环网结构示意图；

图2是图1所示环结构中在本环断开情况的示意图；

图3是图1所示两环正常时相邻节点之间虚通路环上设置的上下话方向示意图；

图4是图3所示相邻节点间本环和配对环都断路后在保护倒换状态下虚通路环的上下话 方向示意图；

图5是两对虚通路环情况下的环网结构示意图；

图6是本发明的APS信元格式的示意图；

图7是本发明方法针对本环的节点处理APS信元和执行保护倒换的流程图。

具体实施方式

本发明所采用的APS信元格式如图6所示。对于APS信元头(header)中需填入为相 应检测链路选取一个ITU-T保留的VPI/VCI值。

图1是所有节点共享虚通路环的环结构示意图，图中设顺时针旋转方向传输业务数据 并被标记为0的环代表本环，标记1的环为其配对环。在下面说明中，APS_0表示通过本环 上检测链路发送的APS信元，APS_1表示通过配对环上检测链路发送的APS信元。在图1所 示整个环中，每个节点向相邻节点每隔10毫秒分别在0环和1环上发送一个APS信元，并 相应接收一个APS信元，分析接收到的数据，执行相应的保护倒换操作，然后下次发送的数 据依据上次的结果按协议发送。每个节点终结所收到的APS，然后按协议向下发送新的APS。

例如，在正常通信时节点6重复执行如下步骤：

1.因为上个10毫秒周期内接收的来自节点5的APS_0信元内并无任何告警信息，往0 环发送不包含告警信息的APS_0信元给节点7；

2.从0环上接收节点5发来的APS_0信元；

3.读取该APS_0信元内容，没有发现告警信息；

4.保护倒换操作上要求本节点处于非倒换状态；

5.因为上个10毫秒周期内接收的来自节点7的APS_1信元内并无任何告警信息，往1 环发送不包含无告警的APS_1给节点5；

6.从1环上接收节点7发来的APS_1信元；

7.读取APS_1信元内容，发现并无告警信息；

8.保护倒换操作上要求本节点处于非倒换状态。

图2表示图1所示环结构中在本环断开情况的示意图，如图2所示，0环上节点6到7 之间的链路连接断开，则节点7无法正常接收来自节点6的APS_0信元，各节点按照本发明 的方法采取如下步骤：

1.节点7在通过0环上检测链路发送给节点8的APS_0信元中立即插入VP_AIS信息和 节点7的空间编码地址；

2.节点8终结该APS_0信元，读取该信元并发现其中包含有VP_AIS信息，但该信元内 的空间编码地址并非节点8的地址，因此节点8继续通过ASP_0信元转发该VP_AIS信息和 空间编码地址给节点9；

3.节点9以及后续节点均通过0环的检测链路继续转发包含该VP_AIS信息和地址的信 元，直至节点6；

4.节点7还立即通过1环发送包含VP_RDI信息和节点7空间编码地址的APS_1信元给 节点6；

5.节点6收到该APS_i信元后，读取其中信息，判断与相邻下游节点之间的本环链路 连接故障，应当将节点6所通过0环所发送业务保护倒换到1环上；

6.节点6检查发现本节点并非在保护倒换状态，便先等待SDH优先执行保护倒换，等 待时间设置例如60毫秒；

7.在60毫秒过后，如果SDH保护倒换未执行，节点6通过对所接收APS信元内容进行 检查，发现通过0环所接收APS_0信元中仍然包含VP_AIS信息和节点7的空间编码地址或 发现通过1环所接收的APS_1信元中仍然包含VP_RDI信息和节点7的空间编码地址，则认 定节点6与节点7之间段0环链路连接发生故障，节点6进入保护倒换状态，即通过修改路 由表将原来发往0环的业务改为发往1环；

8.在60毫米过后，如果SDH保护倒换已经被执行，则节点7能够通过0环正常接收来 自节点6的APS_0信元，节点7不再通过0环发出包含VP_AIS信息的APS_0信元，也不在 通过1环发出包含VP_RDI信息的APS_1信元，此种情况下节点6发现节点7通过1环发来 的APS_1信元中不再包含VP_RDI并且节点6发现节点5通过0环发来的APS_0信元中不再 包含VP_AIS信息和节点7的空间编码地址，从而判断节点6与节点7之间段0环的链路连 接故障消失，不需进入保护倒换状态；

9.即使在节点6和节点7之间段的0环和1环链路连接均故障，节点7无法通过1环 接收包含VP_RDI信息的APS_1信元，节点6仍然会分析通过0环收到的APS_0信元中的VP_AIS 信息和节点7的空间编码地址，认定节点6与节点7之间段的0环链路连接发生故障，从而 判断节点6应该进入保护倒换状态，并执行保护倒换。

在图1、2所示的一对虚通路环中，包含一个本环和一个配对环，将10毫秒的APS信 元检测周期分为两个5毫秒的时间段，环网中各个节点在第一个5毫秒时间段内在本环的检 测链路上发送、接收APS_0信元，在第二个5毫秒时间段内在配对环的检测链路上发送、接 收APS_1信元。

如附图3和4所示，设节点6和节点7间2环都断时断前的正常态和断后的倒换态比 较。为了简洁，图3、4中没有标出两环及其他节点的相连部分。

本发明的虚通路环保护倒换方法由节点设备中的CPU执行，其中所执行的功能包括在 伴随检测链路上发送、接收APS信元，判断检测链路状态并发出包含告警信息的APS信元， 等待SDH执行保护倒换，执行虚通路环保护倒换等，接收功能中还包括接收APS信元，判断 本节点与相邻节点之间在发送和接收APS信元的周期是否不同步，并相应采取滑步技术进行 调整，告警处理功能按分析APS信元数据并形成告警信息，倒换等待功能是考虑和SDH配合 以及环路的稳定性而作的时间等待，保护倒换执行功能则是对所有相关的链路执行路由更改 从而实现逻辑层倒换。

图5表示采用两对虚通路环的环网结构示意图。在图5所示的环网结构中，第一对虚 通路环中本环表示为0环，配对环表示为1环，第二对虚通路环中本环表示为2环，配对环 表示为3环。10毫秒的APS信元检测周期被等分为4个2.5毫秒的时间段，环中各个节点 设备CPU在第一个2.5毫秒时间段内对0环APS信元进行处理，在第二个2.5毫秒时间段内 对1环APS信元进行处理，在第三个2.5毫秒时间段内对2环APS信元进行处理，在第四个 2.5毫秒时间段内对3环APS信元进行处理。

图6为APS信元结构示意图。其中信元长度为53字节，标头(Header)占5字节，OAM 类型和功能类型共同占一个字节，随后45个字节的告警信息和由网块、网元、槽位信息表 示的节点空间编码地址，最后的保留位(Unused)和循环冗余交验位(CRC)分别占6位和 10位共计2个字节。

图7为各个节点所执行的本发明方法步骤的流程图。考虑到本环和配对环是相互对称 的，为附图简洁起见，图7中只是给出对本环故障进行保护倒换的步骤。如果需要对配对环 故障进行保护倒换，本领域技术人员可以根据本环的保护倒换方式，相应地应用于配对环就 可以实行对配对环的保护倒换。