專利名稱：用于彈性無線分組通信的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線數(shù)據(jù)通信，更具體地，涉及各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械膹椥詿o 線分組通信。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)中給定節(jié)點(diǎn)具有到其它節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)鏈路的情況 下的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路形態(tài)。網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浒ㄉ蓸湫?、環(huán)型、網(wǎng)狀型 和總線型，并且其中的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是這樣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在閉環(huán)配置中被連 接，并且數(shù)據(jù)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間順序地從節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)傳送。邏輯拓?fù)涫切盘?hào) 從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)所沿路徑的本質(zhì)，并且在許多實(shí)例中邏輯和物理拓?fù)涫穷愃?的。在邏輯環(huán)形拓?fù)渲校瑪?shù)據(jù)在閉環(huán)中以順時(shí)針或逆時(shí)針方向流動(dòng)。
光纖環(huán)常常被配置作為城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)兩者的一 部分。彈性分組環(huán)(RPR)是這樣的有線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淦浔慌渲糜糜诠饫w 環(huán)，并被設(shè)計(jì)以使用RPR接入?yún)f(xié)議和物理層接口來產(chǎn)生高速數(shù)據(jù)傳輸。具 有RPR拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)有雙重反向旋轉(zhuǎn)環(huán)(順時(shí)針、逆時(shí)針)，其中多個(gè)節(jié)點(diǎn) 可以同時(shí)在兩個(gè)環(huán)上進(jìn)行傳輸。
針對(duì)日益增加的帶寬、負(fù)載平衡和節(jié)點(diǎn)(例如，交換機(jī)和站臺(tái))之間 的通信信道的可用性，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3ad的鏈路聚合或中繼
(aggregation or trunking)是一種將物理網(wǎng)絡(luò)鏈路組合為單個(gè)邏輯鏈路的 方法。利用鏈路聚合，可以通過使用其快速以太網(wǎng)和千兆(Gigabit)以太 網(wǎng)技術(shù)來增加節(jié)點(diǎn)之間的通信信道的容量?？梢詫蓚€(gè)或多個(gè)千兆以太網(wǎng) 連接組合以增加帶寬，并創(chuàng)建彈性和冗余鏈路。標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)(LAN)技術(shù) 提供10Mbps、 100Mbps和1000Mbps的數(shù)據(jù)率，并且為了獲得更大的容量
(例如10000Mbps)鏈路聚合允許組合IO個(gè)鏈路；并且在系數(shù)IO過大的 情況下，鏈路聚合可以通過組合不同速率的鏈路來提供中向速率。有線網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)以滿足RPR標(biāo)準(zhǔn)(正EE 802.17)，并且為了滿足分 組交換網(wǎng)絡(luò)的需要，致力于改進(jìn)光纖環(huán)的可測性、帶寬分配以及吞吐量。 典型的RPR支持SONEY/SDH (155Mbps到10Gbps)標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)PHY (滿足1Gbps到lOGbps速率的以太網(wǎng)物理層接口) 。 RPR網(wǎng)絡(luò)在與數(shù)據(jù) 反向的環(huán)上承載控制消息，并且如果光纖或節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，那么RPR標(biāo) 準(zhǔn)(IEEE 802.17)需要滿足50毫秒的恢復(fù)時(shí)間。
例如，快速生成樹協(xié)議(RSTP，標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1D-2004)依賴于活動(dòng) 的生成樹拓?fù)洌⑶沂窃诎l(fā)生故障的情況下網(wǎng)絡(luò)可以快速重新配置其拓?fù)?的協(xié)議。利用RSTP，生成樹重新分配端口并獲悉端口的新的MAC地址。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明部分地基于如下的觀察前述配置和協(xié)議對(duì) 無線通信而言并不是最優(yōu)的，因?yàn)樗鼈冃枰^大的開銷并且提供較慢的故 障檢測和恢復(fù)響應(yīng)。利用所提出的用于改進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)的方法，本發(fā)明試圖 通過穩(wěn)定且快速的故障檢測和恢復(fù)(例如，低于50ms的無線鏈路故障檢 測和低于50ms的無線環(huán)愈合(恢復(fù)))來提供針對(duì)故障的彈性。利用鏈 路聚合或環(huán)形拓?fù)涞摹⒗绺鶕?jù)本發(fā)明的原理實(shí)現(xiàn)的彈性無線分組網(wǎng)絡(luò)， 還為無線操作提供錯(cuò)誤彈性(error resiliency)、對(duì)吞吐量的最小影響以及 經(jīng)優(yōu)化的第2層網(wǎng)絡(luò)重新配置。
采用具有為了提供這些益處而設(shè)計(jì)的功能的經(jīng)改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡來 實(shí)現(xiàn)這種彈性無線分組網(wǎng)絡(luò)。并且，雖然可以采用諸如路由設(shè)備之類的外 部裝置來實(shí)現(xiàn)這種解決方案，但是由于檢測和恢復(fù)信號(hào)是本地可用的并且 無須額外的開銷，因此優(yōu)選經(jīng)改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)。換言之，優(yōu)選經(jīng) 改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)是因?yàn)樗峁┝烁玫慕Y(jié)果以及對(duì)吞吐量更少的 影響。
因此，為了所示出的和在此概述的本發(fā)明的目的， 一種用于無線網(wǎng)絡(luò) 中的彈性分組通信的方法包括實(shí)例化千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡中的硬件輔助 (hardware-assisted)的快速傳輸信道故障檢測算法，以及將此快速傳輸信 道故障檢測算法與適合于重新配置無線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合。該組合是響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故 障恢復(fù)，以使得通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。該組合還 在無線操作中提供對(duì)吞吐量有最小影響的錯(cuò)誤彈性。彈性通過對(duì)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)據(jù)流量流具有最小或基本上沒有影響的穩(wěn)定且快速的故障檢測、校正 和恢復(fù)測量而被提供。
還根據(jù)本發(fā)明的目的， 一種用于無線網(wǎng)絡(luò)中的彈性無線分組通信的系 統(tǒng)包括經(jīng)由無線鏈路連接的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，以及多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口。客 戶端數(shù)據(jù)接入端口中的至少一個(gè)被連接到在網(wǎng)絡(luò)一端處的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)， 且第二接入端口被連接到在網(wǎng)絡(luò)另一端處的節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)具 有千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡，這種千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡可操作以執(zhí)行硬件 輔助的快速傳輸信道故障檢測算法，并將該快速傳輸信道故障檢測算法與 適合于重新配置無線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合。再 一次地，該組合是響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢 復(fù)，以使得通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性；并且，另外， 快速傳輸信道故障檢測算法可操作以提供無線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測和恢 復(fù)，以及提供具有錯(cuò)誤彈性和對(duì)吞吐量的最小影響的無線操作。
從這里的描述、下面所描述的附圖和所附權(quán)利要求可以更好地理解本 發(fā)明的這些以及其它特性、方面和優(yōu)點(diǎn)。


被并入且組成了本說明書的一部分的附示出了本發(fā)明的各方面并 與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。在任何方便的情況下，將在整個(gè)附 圖中使用相同的標(biāo)號(hào)來表示相同或相似的元件。
圖1A至1D分別示出了具有千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡的現(xiàn)有技術(shù)無線網(wǎng) 絡(luò)、基于FPGA的接口處理引擎以及其雙信道分組處理組件。
圖2A至2B示出了其中節(jié)點(diǎn)具有經(jīng)修改的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡 (DAC-GE)的無線網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)鏈接的節(jié)點(diǎn)。 圖3圖示出了增強(qiáng)的分組封裝。 圖4A示出了經(jīng)修改的接口引擎的一個(gè)實(shí)施例。圖4B圖示出了分組校準(zhǔn)。
圖5是示出?；?keep-alive)消息插入的狀態(tài)圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的故障檢測和恢復(fù)的流程圖。
圖7是故障檢測等待時(shí)間示例表。
圖8是具有鏈路聚合配置的無線網(wǎng)絡(luò)。
圖9是鏈路聚合密鑰重新分發(fā)和重新指定的狀態(tài)圖。
圖10是結(jié)合了快速傳輸信道故障檢測算法的鏈路聚合的流程圖。
圖11是彈性無線分組環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。
圖12是彈性無線分組環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的鏈路故障和恢復(fù)的狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
如所注意到的，無線通信中的一個(gè)難題是快速故障檢測和恢復(fù)。圖 1A圖示出了環(huán)愈合(恢復(fù))示例，其中在具有至少3個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)中，鏈路 14接管發(fā)生故障的鏈路12 (將數(shù)據(jù)流的方向從發(fā)生故障的路徑移開)。 在具有被布置在環(huán)形拓?fù)渲械娜齻€(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn) 之間的鏈路是無線的。鏈路經(jīng)由戶外單元(ODU)被設(shè)置在諸如Eclipse 之類的系統(tǒng)中。圖1B圖示出了現(xiàn)有無線環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其中在發(fā)生故障的鏈 路被修復(fù)以前，通過切換到健全鏈路來完成從節(jié)點(diǎn)(稱為20)的故障或鏈 路(稱為12)的故障的恢復(fù)。
作為又一個(gè)比較點(diǎn)，圖1C是示出現(xiàn)有數(shù)據(jù)接入卡(DAC)的設(shè)計(jì)的 框圖。DAC中的構(gòu)建塊為第2層提供了切換能力、有效載荷(payload) 傳輸和配置、監(jiān)控和控制功能。客戶端千兆以太網(wǎng)端口 101所接收的有效 載荷由物理層數(shù)字處理組件102以及然后由交換機(jī)(第2層交換機(jī))111 進(jìn)行處理。交換機(jī)分析源和目的介質(zhì)訪問控制(MAC)地址并確定輸出端 口，有效載荷將通過該輸出端口被遞送(例如，P0...3)。順便提及，針 對(duì)每種物理設(shè)備類型，OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層(DLC，第2層)的介質(zhì) 訪問控制(MAC)子層使用MAC地址，并且DLC層中的其它子層是邏 輯鏈路控制(LLC)子層。在局域網(wǎng)(LAN)或其它網(wǎng)絡(luò)中，MAC地址 是節(jié)點(diǎn)唯一的硬件標(biāo)識(shí)符，其相應(yīng)的表格與節(jié)點(diǎn)的IP地址相關(guān)；并且在以太網(wǎng)LAN上，MAC地址與節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)地址相同。針對(duì)有效載荷遞送， 除了上述的信息之外，內(nèi)部和外部虛擬LAN (VLAN)信息、流量優(yōu)先 權(quán)、經(jīng)配置的吞吐量以及緩沖能力也起了作用。利用這些信息，交換機(jī) 111應(yīng)用策略、調(diào)度和整形算法以確定每個(gè)分組應(yīng)該采用的路徑和優(yōu)先 權(quán)，并且判斷每個(gè)分組是否應(yīng)該被使用(consumed)、轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄。
當(dāng)分組通過端口 P6/P7被遞送到傳輸信道TC1/TC2時(shí)，處理引擎 108，例如基于FPGA、 ASIC或CPLD的處理引擎，將分組轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)?塊(具有相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙)中以由底板接口 110以及附加在其上的無線電鏈 路60來承載。注意，雖然傳輸信道和載波時(shí)隙(具有獨(dú)立定時(shí))的數(shù)目 在DAC中是可配置的，但是現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式采用開銷(overhead)信息來解 析載波間可能的時(shí)鐘變化。
圖ID圖示出了現(xiàn)有DAC (例如，來自Stratex網(wǎng)絡(luò)公司的現(xiàn)有 EclipseTM平臺(tái)中的千兆以太網(wǎng)卡)內(nèi)部的基于FPGA的處理引擎中的開銷 的使用。如所示的，在無線發(fā)送(TX)方向中，當(dāng)以太網(wǎng)分組到達(dá)TC1 或TC2時(shí)，HDLC之類的封裝被基于FPGA的處理引擎108中的開銷插入 模塊202應(yīng)用。所添加的開銷允許隨后對(duì)分組將被劃分到其中的具有時(shí)隙 的多個(gè)段進(jìn)行同步。由反向復(fù)用器210執(zhí)行分段處理，反向復(fù)用器210將 分組劃分為將被用于傳輸?shù)?、具有時(shí)隙(鏈路)的、經(jīng)配置的段數(shù)(帶寬 分配)。這些段通過底板接口被轉(zhuǎn)發(fā)到通過無線鏈路將它們發(fā)送的無線電 接入卡(RAC35， 37)。當(dāng)不存在有效載荷時(shí)，字節(jié)同步的空閑填充 (idle fill)被插入206到傳輸信道流中。
在無線接收(RX)方向，RAC將從天線接收包含被用于傳輸以太網(wǎng) 有效載荷的多個(gè)段(具有時(shí)隙的鏈路)的幀。這些段經(jīng)由底板接口 110被 轉(zhuǎn)發(fā)至ljDAC。 DAC中的復(fù)用器(Mux) 212基于來自存儲(chǔ)器222的時(shí)間至 數(shù)據(jù)索引信息從多個(gè)段中重新裝配原始的以太網(wǎng)分組。為了保證分組的完 整性，需要字節(jié)同步階段。開銷信息被用來補(bǔ)償被用于傳輸?shù)拿總€(gè)獨(dú)立的 段可能具有的任何時(shí)鐘偏差，從而有效地將其排列回原始的分組布置。由 于在傳輸信道中存在的任何空閑填充被移除208，因此其不會(huì)到達(dá)第2層 交換機(jī)111 (項(xiàng)111，圖1C)。開銷(封裝)隨后被移除204，并且利用TC1和TC2接口將分組轉(zhuǎn)發(fā)到第2層交換機(jī)111。
基于前面所述的，為了實(shí)現(xiàn)更快的故障檢測和恢復(fù)，當(dāng)前被用在圖 IB的節(jié)點(diǎn)中的上述DAC被圖2A所示的經(jīng)修改的接口卡代替。經(jīng)修改的 數(shù)據(jù)接口卡可以被配置在新的無線通信平臺(tái)以及諸如Eclipse 之類的現(xiàn)有 無線通信平臺(tái)中。經(jīng)修改的數(shù)據(jù)接口卡的各種實(shí)施例是可能的，而不會(huì)脫 離本發(fā)明的范圍和精神，并且我們接著對(duì)這種實(shí)施例之一的結(jié)構(gòu)和功能性 進(jìn)行描述。但是，在此示例中，我們專注于稱作"DAC-GE"的經(jīng)修改的 千兆以太網(wǎng)卡。
在圖2A的示例中，DAC-GE41、 43被配置在節(jié)點(diǎn)30、 32、 34、 36、 38中的至少兩個(gè)的INU (智能節(jié)點(diǎn)單元)中。DAC-GE包括增強(qiáng)故障檢測 和恢復(fù)的功能，而無須損失吞吐量，從而例如提供低于50ms的故障響應(yīng) 時(shí)間。DAC-GE在一側(cè)與客戶端數(shù)據(jù)系統(tǒng)27、 29連接，在另一側(cè)與無線 電接入卡(RAC) 33、 35、 37、 39連接。來自各個(gè)RAC的數(shù)據(jù)流向各自 的一個(gè)戶外單元(ODU45、 47、 49、 51;在諸如Eclipse 之類的分離的 安裝系統(tǒng)中)并經(jīng)過無線鏈路60、 62、 64、 66。
注意，圖2A中的示圖未示出完整的環(huán)，該完整的環(huán)除了需要至少三 個(gè)節(jié)點(diǎn)之外，還需要網(wǎng)絡(luò)通過例如組合無線鏈路60和66從而使其成為一 個(gè)并且相同的鏈路來提供閉環(huán)。還應(yīng)注意，第三節(jié)點(diǎn)34由點(diǎn)劃線示出以 圖示出這樣的事實(shí)節(jié)點(diǎn)34實(shí)際上可能表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)34、 36、 38等；并且如果節(jié)點(diǎn)32和34之間存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，則這樣的節(jié)點(diǎn)中的 每一對(duì)將被無線鏈接。換言之，節(jié)點(diǎn)30和32之間可以存在多個(gè)跳。然 而，DAC-GE的故障檢測和恢復(fù)操作與跳數(shù)目無關(guān)，并且它們有利于輔助 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的端到端故障檢測和恢復(fù)。
另外，不同于在其中故障檢測和恢復(fù)的路由和切換在開放系統(tǒng)互連 (OSI)模型的數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)或更高層發(fā)生的現(xiàn)有系統(tǒng)，在根據(jù) 本發(fā)明配置的系統(tǒng)中，在物理層(第1層)執(zhí)行故障檢測操作，在數(shù)據(jù)鏈 路層(第2層)執(zhí)行恢復(fù)操作。雖然數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)環(huán)中的各個(gè)段的完整性 負(fù)責(zé)，但是物理層更好地用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控物理信道完整性的更快的機(jī)制，并 檢測來自網(wǎng)絡(luò)的端到端的任何故障。例如， 一旦到達(dá)預(yù)定的時(shí)間閾值，物理層可以快速地檢測輸入數(shù)據(jù)流的缺少，并且可以重新限定系統(tǒng)的拓?fù)?(獲悉可替換的端口的MAC地址)。這不同于但有點(diǎn)類似于快速生成樹 協(xié)議。
圖2B中的框示出了與節(jié)點(diǎn)(例如，30)相關(guān)聯(lián)的其它組件和 DAC-GE之間的接口 。在INU中，TDM總線110提供主干
(backbone)，通過該主干將諸如節(jié)點(diǎn)控制卡(NCC) 21、 DAC-GE 41和 RAC 37之類的各種卡連接起來。NCC包括處理器，并且用作控制各種卡 的接入的總線主控。通過客戶端接口端口 (千兆以太網(wǎng)端口) 101， DAC-GE 與客戶端數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，并且RAC 35在DAC-GE 41和無線前端
(ODU37和天線23)之間進(jìn)行連接。
每個(gè)DAC-GE被設(shè)計(jì)以執(zhí)行由快速無線分組環(huán)(RWPRTm)應(yīng)用的快 速傳輸信道故障檢測算法?？焖賯鬏斝诺拦收蠙z測被設(shè)計(jì)以用于在千兆以 太網(wǎng)卡中存在的傳輸信道中的一個(gè)或兩者中進(jìn)行快速且可靠的故障檢測。 有利地，硬件輔助的協(xié)議實(shí)現(xiàn)快速傳輸信道故障檢測算法，并且，如將在 后面所詳細(xì)描述的，這種算法被使用在兩種應(yīng)用中鏈路聚合和彈性無線 分組環(huán)操作。
對(duì)快速傳輸信道故障檢測算法的設(shè)計(jì)包括多種可能的考慮 (consideration)，其中一些考慮比其它考慮更重要。 一種這樣的設(shè)計(jì)考慮 向后兼容于現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)卡框架。還期望將該算法設(shè)計(jì)為對(duì)噪聲以及 突發(fā)的小錯(cuò)誤具有彈性。例如，如果無線鏈路發(fā)送出不可改正的幀，則不 應(yīng)該改變傳輸信道的狀態(tài)，即，單個(gè)分組錯(cuò)誤不應(yīng)該觸發(fā)狀態(tài)的改變。
使快速傳輸信道故障檢測算法成為端到端的解決方案也很重要。即是 說，算法應(yīng)當(dāng)不知道(agnostic)傳輸信道所需要的以使有效載荷通過無線 電鏈路(存在轉(zhuǎn)發(fā)器)的跳數(shù)目。另外，快速傳輸信道故障檢測算法應(yīng)該 能夠獨(dú)立地解析任一方向上的故障(即，單向故障)。
雖然由于自然條件會(huì)發(fā)生無線電鏈路衰落和損耗，并且它們一般是雙 向的，但是硬件故障可能不是雙向的。功率放大器或者發(fā)送(TX)或接收 (RX)合成器的故障，例如可能導(dǎo)致單向故障。算法應(yīng)該能夠獨(dú)立地檢測 并指示何時(shí)發(fā)生故障以及故障是發(fā)生在發(fā)送方向上還是接收方向上。 一些應(yīng)用可以從使得單向流量仍然流過的可能性中受益。例如，鏈路聚合可以 受益于使得兩個(gè)信道在一個(gè)方向上發(fā)送且僅一個(gè)回來。
另外，由于快速傳輸信道故障檢測算法不依賴于系統(tǒng)中可用的其它報(bào)
警或信號(hào)來確定故障，所以其在檢測故障中最好是自治(autonomous ) 的。這種算法也獨(dú)立于有效載荷流量的存在。
除了是自治的之外，快速傳輸信道故障檢測算法最好被設(shè)計(jì)為自動(dòng)地 從故障中恢復(fù)。例如，如果用于實(shí)現(xiàn)故障檢測的協(xié)議在發(fā)生故障后仍然處 于工作中(試圖與遠(yuǎn)端重新建立通信)，則當(dāng)鏈路被恢復(fù)時(shí)，能夠自動(dòng)地 復(fù)原。
除了前面所述的之外， 一種典型的設(shè)計(jì)需求是快速的，優(yōu)選的低于 50ms的故障檢測能力。為了達(dá)到此目的，配置和管理處理器最好不涉及快 速傳輸信道故障檢測算法，并且它不使用無線鏈路中存在的超出頻帶的網(wǎng) 絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)開銷信道來傳輸決定信息或狀態(tài)。另外，算法被設(shè)計(jì) 以利用可能的最少量的帶寬(開銷)來執(zhí)行其功能。這種協(xié)議最好還表現(xiàn) 為硬件輔助的協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式。
因此設(shè)計(jì)以太網(wǎng)幀封裝來適應(yīng)這些要求。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，DAC將在 TC1或TC2上接收到的以太網(wǎng)幀的封裝設(shè)置為用于同步目的的"類 HDLC"分組結(jié)構(gòu)。但是，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原理，提出了具有附 加的頭部字段擴(kuò)展的不同分組結(jié)構(gòu)，以使得無須太多的附加開銷即可傳輸 冗余和狀態(tài)信息。額外的頭部字段傳送RX狀態(tài)，而CRC (校驗(yàn)和)保證 頭部信息的完整性。圖3示出了所提出的在有效載荷字段298旁邊的CRC 字段303和頭部字段擴(kuò)展301。經(jīng)擴(kuò)展的頭部字段310包括接收和發(fā)送 (TX， RX)狀態(tài)信息。
圖4A圖示出了經(jīng)修改的基于FPGA的處理引擎，其被設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)快 速傳輸信道故障檢測算法。注意，雖然優(yōu)選的設(shè)計(jì)采用了基于FPGA、 CPLD、 ASIC的處理引擎或其它邏輯電路中硬件輔助的實(shí)現(xiàn)方式(我們將 這些實(shí)現(xiàn)方式總的稱作"基于FPGA的處理引擎"或簡單地稱作"處理引 擎")，但是處理引擎的其它配置也是可以的。
具有RX和TX狀態(tài)信息的經(jīng)擴(kuò)展的頭部被處理引擎保持在每個(gè)節(jié)點(diǎn)(即，在無線通信鏈路的每個(gè)端)的DAC-GE中?；趶牧髁啃?zhǔn) (alignment)指示符314和接收到的分組及其完整性獲得的信息來計(jì)算 RX狀態(tài)。流量校準(zhǔn)意欲維持已經(jīng)被劃分為多個(gè)段并且需要適當(dāng)?shù)乇恢匦?構(gòu)建的分組的完整性。圖4B圖示出了流量校準(zhǔn)?；氐綀D4A， TX狀態(tài)是 對(duì)在所接收的分組的頭部中所傳送的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的RX狀態(tài)指示符的反射 (reflection)。在此設(shè)計(jì)中， 一組可配置的寄存器允許調(diào)整系統(tǒng)行為以滿 足特定電信級(jí)(carrier class)規(guī)范。
這些寄存器是保活插入速率、分組接收超時(shí)、CRC確認(rèn)閾值和 CRC錯(cuò)誤閾值。?；罘纸M插入速率寄存器304表示在插入?；罘纸M以前分 組插入引擎將等待的速率(以微秒計(jì))(在空閑流量的條件下)。分組接 收超時(shí)寄存器310表示接收引擎在宣告空閑RX超時(shí)以前將要等待分組的 微秒數(shù)。CRC確認(rèn)閾值寄存器311表示為了將RX狀態(tài)從差改為好而必需 接收的連續(xù)的好的CRC分組數(shù)。CRC錯(cuò)誤閾值寄存器309表示為了將RX 狀態(tài)從好改為差而必需接收的差的CRC分組數(shù)。兩個(gè)可配置的CRC寄存 器提供了滯后以避免差-好狀態(tài)關(guān)于小數(shù)目的錯(cuò)誤而波動(dòng)。
如所提到的，對(duì)算法的要求之一是獨(dú)立于信道中有效載荷流量的存 在。為了能夠滿足此要求，設(shè)計(jì)算法以檢測有效載荷流量的缺少(空 閑)，并插入將維持鏈路狀態(tài)的?；罘纸M。?；罘纸M的格式基本上與正常 的有效載荷分組格式相同，但是沒有有效載荷段，并且其傳送相同的狀態(tài) 和完整性信息。
圖5是示出插入?；罘纸M的操作的狀態(tài)圖。如圖所示，在檢測到信道 空閑條件以后，算法從穩(wěn)定狀態(tài)402轉(zhuǎn)換到空閑狀態(tài)404。當(dāng)在空閑狀態(tài) 404且在?；疃〞r(shí)器超時(shí)406以前，分組填充繼續(xù)。當(dāng)有效載荷準(zhǔn)備好以 再次發(fā)送時(shí)，算法轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定狀態(tài)402。
由于僅在信道空閑時(shí)插入?；罘纸M，因此由于這些分組導(dǎo)致的開銷量 是最小的。由于這些分組的大小如此小，所以由這些分組引入的延時(shí)足夠 小并且?guī)缀跏遣豢蓹z測的。在最壞情況的情景中，假設(shè)在空閑流量條件 下，新的分組的到達(dá)與?；畈迦攵〞r(shí)器的期滿相匹配，則準(zhǔn)備好并等待發(fā) 送的新的分組將由僅僅一個(gè)?；罘纸M的插入而被延時(shí)。圖6是圖示出故障檢測和恢復(fù)算法的流程圖。此示圖示出了包括TX
和RX狀態(tài)更新和恢復(fù)條件的快速傳輸信道故障檢測算法。
如所提到的，由于快速傳輸信道故障檢測算法能夠獨(dú)立于RX故障來 檢測TX故障，因此其能夠發(fā)現(xiàn)單向上的鏈路斷裂。在接收方向中，存在 引導(dǎo)算法判定是否存在故障的若干線索。在此示例中，使用了三個(gè)主要的
指示流量校準(zhǔn)錯(cuò)誤、分組接收超時(shí)和超出CRC錯(cuò)誤閾值。流量校準(zhǔn)錯(cuò)
誤是指示本地接收機(jī)尚未與遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)同步的警報(bào)504。分組接收超時(shí)條 件512指示已經(jīng)存在未預(yù)料到的的長時(shí)間段，在此期間沒有分組被接收到 508。超出CRC錯(cuò)誤閾值條件524指示所接收到的最后n個(gè)連續(xù)分組具有 CRC錯(cuò)誤516，因此信道是不可靠的。在這種情況中，n是根據(jù)傳輸信道 容量而改變的可配置參數(shù)。
上述三個(gè)條件中的任一個(gè)將指示差的接收(RX)狀態(tài)，并且為了宣告 好的RX狀態(tài)三個(gè)條件缺一不可。RX狀態(tài)(好或差)將被添加到與其傳 輸信道相關(guān)聯(lián)的所有分組頭部中，從而以這種方式通知遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的接 收條件。因此TX狀態(tài)是對(duì)通過好的CRC經(jīng)由分組而報(bào)告的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RX 狀態(tài)的反射。包含在差的CRC分組中的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RX狀態(tài)將被忽略。
為了滿足電信級(jí)故障檢測的期望，可以根據(jù)分配給傳輸信道的不同容 量來調(diào)節(jié)算法的可配置闞值和參數(shù)。例如，可以調(diào)節(jié)錯(cuò)誤中的連續(xù)分組數(shù) 以過濾出錯(cuò)誤突發(fā)并為錯(cuò)誤檢測提供置信等級(jí)。還可以根據(jù)所期望的流量 負(fù)載來調(diào)節(jié)?；罘纸M插入速率，以獲得更好的響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于高的利用百 分比，對(duì)?；钕⒌氖褂脤⒕哂械偷陌l(fā)生概率，而在低的利用百分比中， 這些消息將基于正常概率被插入。為了論證這種算法的效果，圖7中的表 格提供了一些針對(duì)155和311 Mbps傳輸信道容量的檢測等待時(shí)間示例。
當(dāng)然， 一旦檢測到故障算法就持續(xù)工作是有利的且優(yōu)選的。為了達(dá)到 這個(gè)目的，即使有效載荷已經(jīng)停止在受影響的傳輸信道中流動(dòng)，也需要維 持對(duì)用于恢復(fù)鏈路狀態(tài)的?；钕⒌牟迦?。 一旦導(dǎo)致故障的缺陷被移除， 這些?；钕⒊休d恢復(fù)到好的鏈路狀態(tài)所需要的所有信息。
但是，在宣告鏈路狀態(tài)為好以前，具有好的CRC的連續(xù)分組數(shù)需要 超過CRC確認(rèn)閾值。這種行為防止了波動(dòng)，并為轉(zhuǎn)換的發(fā)生提供了好的置信等級(jí)。使CRC確認(rèn)閾值成為可配置參數(shù)，使得系統(tǒng)用戶能夠?yàn)榱撕?的鏈路狀態(tài)來選擇其想要的置信等級(jí)。
上述算法和DAC-GE在鏈路聚合和彈性分組環(huán)中有應(yīng)用。下面將探討 這些應(yīng)用中的每一個(gè)。
我們從鏈路聚合開始。作為示例，圖8示出了 1+1 EclipseTM微波無線 電鏈路(可配置用于鏈路聚合)的體系結(jié)構(gòu)。典型的受保護(hù)的(1+1)微 波無線電系統(tǒng)工作在正常和備用操作模式。無線數(shù)據(jù)流量在正常模式中使 用頂部無線電路徑812，而另一路徑814處于備用狀態(tài)；并且在裝置故障 或衰落環(huán)境的情況中，無線數(shù)據(jù)流量使用冗余無線電路徑814。
當(dāng)鏈路聚合組(LAG)被創(chuàng)建時(shí)， 一組否則為獨(dú)立的物理鏈路(成 員)812、 814被組合在一起以作為單個(gè)虛擬鏈路(單個(gè)邏輯鏈路)工作。 鏈路聚合密鑰(LAGK)相應(yīng)地被指定并分發(fā)給各個(gè)LAG成員 (LAGM)。這些密鑰通常被以太網(wǎng)交換機(jī)(第2層交換機(jī)，類似于在圖 1C中示出的交換機(jī)，項(xiàng)111)用來基于流量源和目的MAC地址將以太網(wǎng) 流量轉(zhuǎn)發(fā)到相關(guān)的物理鏈路中。
注意，這種使用多個(gè)物理鏈路來在兩個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)之間傳輸以太網(wǎng) 流量的方法通常被用來實(shí)現(xiàn)增加的鏈路可用性和帶寬，同時(shí)避免形成循 環(huán)。但是，現(xiàn)有系統(tǒng)中的檢測和交換通常在100ms內(nèi)完成；并且使用標(biāo)準(zhǔn) 的發(fā)送消息的方法則故障檢測會(huì)花費(fèi)數(shù)秒。因此，為了達(dá)到或超過電信級(jí) 以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)，鏈路聚合取決于快速故障檢測和恢復(fù)。
根據(jù)本發(fā)明的原理，鏈路聚合結(jié)合優(yōu)選的硬件輔助的快速傳輸信道檢 測算法(如上所述)使得能夠在數(shù)百個(gè)微妙內(nèi)進(jìn)行故障響應(yīng)和恢復(fù)，而不 是像使用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送消息方法那樣通常會(huì)花費(fèi)數(shù)秒。具體而言，利用安裝 在INU 804、 806中的DAC-GE， RWPR無線電系統(tǒng)能夠以兩倍于使用無 線電鏈路812、 814并在各個(gè)信道上發(fā)送分組的速度進(jìn)行工作。算法對(duì)于 錯(cuò)誤傳播是有彈性的，并消除了不必要的切換。由于對(duì)鏈路故障或衰落環(huán) 境的快速檢測，系統(tǒng)將快速地切換到單個(gè)鏈路(812或814) 。 LAG的冗 余特性結(jié)合快速傳輸信道檢測算法來操作以使流量在剩余的可靠物理鏈路 間重新定向。由駐留在存在于DAC-GE (未示出)中的以太網(wǎng)交換機(jī)中的鏈路聚合控制任務(wù)重新組織分組的交換和列隊(duì)。
另外，利用算法的單向故障檢測能力，通過使全部鏈路吞吐量在一個(gè) 方向可用同時(shí)在另一方向僅使用限定吞吐量(由于單向鏈路故障)，鏈路 聚合系統(tǒng)可以具有非對(duì)稱行為。這就是大量使用廣播或多播傳輸或?qū)嵸|(zhì)上 非對(duì)稱的視頻廣播系統(tǒng)或其它應(yīng)用的情況。
圖9是圖示出在鏈路聚合成員發(fā)生故障或恢復(fù)時(shí)的動(dòng)態(tài)鏈路聚合密鑰 重新分發(fā)的狀態(tài)圖。當(dāng)發(fā)生鏈路故障時(shí)902，狀態(tài)圖中所示的行為通過將
2+0鏈路轉(zhuǎn)換為1+0操作來提高整個(gè)鏈路的可用性。注意，利用密鑰重新 分發(fā)，所有流量被轉(zhuǎn)移到剩余的LAGM中。即是說， 一旦檢測到故障，則 狀態(tài)從穩(wěn)定狀態(tài)904進(jìn)行切換以將LAGK分發(fā)給剩余的LAGM 902。換言 之，利用這種方法，通過用剩余的鏈路(LAGM)臨時(shí)接管發(fā)生故障的鏈 路直到其恢復(fù)為止，而使發(fā)生故障的鏈路的流量流被重新分發(fā)而不是被中 止，以使得恢復(fù)很快且整個(gè)流量流可以繼續(xù)。這種方法超過傳統(tǒng)技術(shù)的重 要優(yōu)點(diǎn)在于僅僅維持與剩余LAGM的指定密鑰相關(guān)聯(lián)的流量流，而與發(fā) 生故障的LAGM的密鑰相關(guān)聯(lián)的流量流被中止(使缺乏(starved))直到 發(fā)生故障的鏈路恢復(fù)為止。實(shí)際上，當(dāng)鏈路發(fā)生故障時(shí)，雖然如果在剩余 LAGM中重新分發(fā)密鑰總數(shù)則整個(gè)鏈路聚合吞吐量會(huì)減少，但是整個(gè)流量 會(huì)繼續(xù)流動(dòng)；并且如果到達(dá)了擁塞的環(huán)境，則流量優(yōu)先順序和流控制會(huì)接 管以維持流。
當(dāng)故障環(huán)境消失后，鏈路聚合結(jié)合快速傳輸信道故障檢測和恢復(fù)算法 來恢復(fù)鏈路的總吞吐量，并將原始的LAGK組重新指定給新近被恢復(fù)的 LAGM 906。如果需要任何另外的重新分發(fā)，則以這種相同的重復(fù)方式進(jìn) 行。
為了實(shí)現(xiàn)前面的狀態(tài)圖，鏈路聚合結(jié)合快速傳輸信道故障檢測算法來 工作，例如如圖10中的流程圖所示。對(duì)于每個(gè)LAGM，密鑰被指定給該 LAGM 1006，并且檢査RX或TX狀態(tài)1012。如果RX或TX狀態(tài)已經(jīng)改 變1012，則算法判定LAGM狀態(tài)的改變是故障還是恢復(fù)1016。在基于 FPGA的處理引擎中的DAC-GE中實(shí)現(xiàn)對(duì)故障或恢復(fù)的檢測以及復(fù)原 (即，硬件輔助的檢測和復(fù)原)。 一旦檢測到鏈路故障或鏈路恢復(fù)(TX或RX狀態(tài)改變)，則LAGM被標(biāo)記以在故障的情況下重新分發(fā)密鑰 1018而在恢復(fù)的情況下重新指定密鑰1020。對(duì)于先前沒有考慮到的各個(gè) 鏈路(沒有被指定密鑰)，則經(jīng)組合的鏈路聚合和快速傳輸信道故障檢測 算法判定LAGM是否被標(biāo)記1022，如果是，則在故障時(shí)為其重新分發(fā)密 鑰1028，或者在恢復(fù)時(shí)為原始LAGM重新指定密鑰1026。
現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)回來描述先前提到的彈性無線分組環(huán)(RWPR)，針對(duì)快 速傳輸信道故障檢測算法的第二應(yīng)用。通常，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)合SONET和 SDH已經(jīng)在第2層中被廣泛應(yīng)用，在第2層中由網(wǎng)橋和L2交換機(jī)作出分 組路由決定。 一般地，還為了避免混淆通過以被控制的方式打斷它們的以 太網(wǎng)循環(huán)，系統(tǒng)使用了生成樹協(xié)議(STP)以及其后繼快速生成樹協(xié)議 (RSTP)。因此，如果環(huán)中的鏈路發(fā)生故障，則RSTP算法使用快速發(fā)送 消息系統(tǒng)來重新配置該鏈路。
當(dāng)利用傳統(tǒng)的鏈路聚合時(shí)，現(xiàn)有環(huán)配置采用發(fā)送消息協(xié)議來執(zhí)行 RSTP。這種環(huán)配置使用外部交換機(jī)來檢測鏈路故障并傳送將被RSTP使用 以重新配置鏈路的信息。
通常，傳統(tǒng)的RSTP使用基于網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BPDU)的快速發(fā) 送消息協(xié)議，BPDU用于在網(wǎng)絡(luò)中參與的網(wǎng)橋之間進(jìn)行通信。這些BPDU 幫助每個(gè)參與的網(wǎng)橋端口判定端口角色(根、被指定、可替換和備份)和 端口狀態(tài)(丟棄、獲悉和轉(zhuǎn)發(fā))。BPDU還被用來檢測端口之間的鏈路故 障以及相應(yīng)地重新配置網(wǎng)絡(luò)。BPDU由所有網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)中所有參與的端口 中、在指定的時(shí)間間隔(hello-時(shí)間間隔)處被發(fā)送。這些時(shí)間間隔常常用 數(shù)秒來衡量(例如，默認(rèn)的指定值是2秒)。
因此，如果在三個(gè)連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)沒有接收到BPDU，則在給定端 口檢測到鏈路故障。如果網(wǎng)橋在一行中丟失了三個(gè)BPDU，則網(wǎng)橋判定其 已經(jīng)失去了到其直達(dá)根或鄰近網(wǎng)橋的連接。如果活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械亩丝?檢測到鏈路故障，則需要重新配置網(wǎng)絡(luò)。臨近故障的橋接元件將發(fā)送 BPDU給它們的鄰居以通知鄰居相關(guān)的故障，并且將根據(jù)它們所接收到的 BPDU來改變剩余端口的狀態(tài)和角色。網(wǎng)絡(luò)中的所有參與的網(wǎng)橋?qū)⒉扇☆?似的動(dòng)作，它們將不得不檢査并更新其端口狀態(tài)和角色以有效地實(shí)現(xiàn)所需要的網(wǎng)絡(luò)重新配置。但是，考慮到電信級(jí)傳輸要求，傳統(tǒng)的故障檢測(平 均地以數(shù)秒來衡量，并且在最好情況的情形中以數(shù)百毫秒來衡量)仍然很 慢。
但是，甚至利用RSTP時(shí)發(fā)送消息協(xié)議也相對(duì)較慢，并且其在故障后
的收斂可以以數(shù)秒量級(jí)來衡量。電信級(jí)應(yīng)用需要50ms或更低的故障收 斂，這在使用RSTP而無附加的輔助的情況下是不可能達(dá)到的。因此，本 發(fā)明考慮結(jié)合硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測算法的類RSTP方法。換 言之，在此實(shí)施例中，本發(fā)明考慮將快速傳輸信道檢測算法應(yīng)用到RSTP 中，以由此實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間上的改進(jìn)，所述改進(jìn)在使用現(xiàn)有(BPDU)故障 檢測技術(shù)的情況下是不可行的。具有這種功能的環(huán)形拓?fù)湓诖朔Q作彈性無 線分組環(huán)(RWPR)。
圖11提供了用Eclipse 平臺(tái)無線電實(shí)現(xiàn)時(shí)的RWPR的拓?fù)?。設(shè)計(jì) RWPRTM使能的Eclipse無線電系統(tǒng)來檢測故障并切換流量流，而無需使用 外部的交換機(jī)或路由設(shè)備，因?yàn)榇讼到y(tǒng)被設(shè)計(jì)為直接在DAC-GE中執(zhí)行 RSTP。利用如上所述的提供了硬件輔助的算法的每個(gè)節(jié)點(diǎn)1102m中的 DAC-GE，故障的檢測快于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)。故障檢測時(shí)間從數(shù)秒減少到數(shù)百 微秒，并且環(huán)重新配置立即向參與的RSTP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。這種實(shí)現(xiàn)方式 使實(shí)現(xiàn)電信級(jí)以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)所需要的低于50ms故障收斂是可行 的。
實(shí)際上，通過無線鏈路(或一組鏈路)1105i-4的硬件輔助的故障檢測 被設(shè)計(jì)為與在以太網(wǎng)物理層的故障檢測表現(xiàn)一樣好或更好。由網(wǎng)絡(luò)中的活 動(dòng)端口進(jìn)行的故障檢測將觸發(fā)RWPR網(wǎng)絡(luò)中的所有參與的網(wǎng)橋(在此示例 中是RSTP使能的DAC-GE)立即進(jìn)行故障信息的傳播以及端口狀態(tài)和角 色的快速轉(zhuǎn)換。雖然用于電信級(jí)類型的服務(wù)的故障檢測和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)重新配 置具有非?？量痰姆磻?yīng)時(shí)間要求，但是由于鏈路恢復(fù)而用于恢復(fù)原始網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)涞囊鬀]有如此苛刻。
存在于DAC-GE中的處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行RSTP算法，并將持續(xù)監(jiān)控傳輸 信道鏈路狀態(tài)。由于各個(gè)DAC-GE作為RSTP可用的網(wǎng)橋而工作，因此其 與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲衅渌腄AC-GE通信。當(dāng)檢測到故障時(shí)，處理器將簡單地向RSTP算法應(yīng)用鏈路狀態(tài)信息，而無須等待丟失的BPDU (不必等待判定 連接丟失)。類似地，處理器將立即(不必等到下一個(gè)hello-時(shí)間間隔) 通知其鄰居相關(guān)故障并將繼續(xù)評(píng)估和更新其自己的端口狀態(tài)和角色。網(wǎng)橋 中不直接涉及鏈路故障檢測的動(dòng)作將保持如由RSTP (802.1w)標(biāo)準(zhǔn)所限 定的那樣。這些動(dòng)作將有效地加速RSTP算法的收斂，從而使其適合于電 信級(jí)類型的服務(wù)。
圖12是圖示出由檢測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕顒?dòng)端口之一中的鏈路故障的網(wǎng)橋 來執(zhí)行RWPRTM鏈路故障和恢復(fù)的狀態(tài)圖。另外，狀態(tài)圖還示出了當(dāng)發(fā)生 故障的鏈路被恢復(fù)時(shí)所執(zhí)行的步驟。提到如下點(diǎn)是非常重要的在一些網(wǎng) 絡(luò)中，檢測到鏈路恢復(fù)之后，將不恢復(fù)原始拓?fù)洹?br> 總之，雖然已參考其某些優(yōu)選版本相當(dāng)仔細(xì)地描述了本發(fā)明，但是也 可以有快速傳輸故障檢測算法和DAC-GE的其它版本和應(yīng)用。因此，所附
權(quán)利要求書的精神和范圍不應(yīng)被限制為對(duì)在此所包含的優(yōu)選版本的描述。
權(quán)利要求
1. 一種用于無線網(wǎng)絡(luò)中的彈性分組通信的方法，包括在數(shù)據(jù)接入卡中實(shí)例化硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測算法；以及將所述快速傳輸信道故障檢測算法與適用于重新配置所述無線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合，其中，所述組合是響應(yīng)于所述網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法 在故障檢測中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示，并且 其對(duì)通過所述無線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拓?fù)涫黔h(huán)形拓?fù)浠蜴溌肪酆稀?br> 4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法 利用頭部完整性字段和包含接收狀態(tài)信息的擴(kuò)展頭部字段來格式化分組。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無 線鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)，并且其中，特 定節(jié)點(diǎn)處的所述發(fā)送狀態(tài)是對(duì)在無線地鏈接到該特定節(jié)點(diǎn)的另一遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 處的所述接收狀態(tài)的反射。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，從中得到所述發(fā)送狀態(tài)的所述接 收狀態(tài)的所述反射是從接收自所述遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的分組的所述接收狀態(tài)獲得 的，并且其中，該特定節(jié)點(diǎn)中的故障是基于與之相關(guān)聯(lián)的接收和/或發(fā)送狀 態(tài)是否為差來判定的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法 可操作以滿足與通過所述網(wǎng)絡(luò)而傳輸?shù)姆纸M中的有效載荷的存在與否無關(guān) 的要求，并在沒有有效載荷時(shí)其插入保活分組以維持鏈路狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法 基于網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載以預(yù)定的速率插入?；罘纸M。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法 可操作以提供具有錯(cuò)誤彈性的無線操作，并且其中，可能的連續(xù)錯(cuò)誤分組 數(shù)被調(diào)節(jié)以過濾出包括少于預(yù)定數(shù)目的這種分組的錯(cuò)誤突發(fā)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算法一旦檢測到預(yù)定數(shù)目個(gè)具有有效完整性的連續(xù)分組就判定好的發(fā)送或接收狀態(tài)，所述有效完整性的標(biāo)記是經(jīng)計(jì)算的校驗(yàn)和(CRC)。
11. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述頭部完整性字段包括校驗(yàn) 和(CRC)。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法可操作以提供無線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測和恢復(fù)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)發(fā)送或接收方向的任一方向上的故障。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法在存在流量校準(zhǔn)錯(cuò)誤、分組超時(shí)和分組完整性錯(cuò)誤閾值超出中的一種或 多種時(shí)，判定故障條件的存在。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法在一旦檢測到存在故障和錯(cuò)誤時(shí)，繼續(xù)工作。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第2層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議是快 速生成樹協(xié)議或鏈路聚合協(xié)議。
17. —種用于彈性無線分組通信的系統(tǒng)，包括用于在數(shù)據(jù)接入卡中實(shí)例化硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測算法的 裝置；以及用于將所述快速傳輸信道故障檢測算法與適用于重新配置無線網(wǎng)絡(luò)所 具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合的裝置，其中，所述組合是響應(yīng) 于所述網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過 所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。
18. —種用于無線網(wǎng)絡(luò)中的彈性無線分組通信的系統(tǒng)，包括 多個(gè)經(jīng)由無線鏈路連接的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)接入卡，所述數(shù)據(jù)接入卡可操作以執(zhí)行硬件輔助的快速無線傳輸信道故障檢測算法并且將所述快速傳輸信道故障檢測算法與適合于重新配置所述無線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓 撲的第2層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合，其中，所述組合是響應(yīng)于所述網(wǎng)絡(luò)中的 故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性；以及多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口 ，所述多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口中的至少一 個(gè)被連接到在所述網(wǎng)絡(luò)一端處的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)，并且另一個(gè)被連接到在所 述網(wǎng)絡(luò)另一端處的節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)，其中所述快速傳輸信道故障檢測算法 可操作以提供無線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測和恢復(fù)。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡是具有可操作 用于管理所述組合的引擎的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎是邏輯電路、FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路)。
21. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡可操作以在 OSI (開放系統(tǒng)互連)模型的物理層處檢測故障。
22. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括無線電接入卡和 戶外單元，該戶外單元在一側(cè)經(jīng)由天線被連接到無線鏈路中的相應(yīng)的一個(gè) 并且在另一側(cè)經(jīng)由所述無線電接入卡被連接到所述數(shù)據(jù)接入卡。
23. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡包括字節(jié)同步 階段。
24. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎包括可操作用于維持 分組完整性的流量校準(zhǔn)指示符。
25. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎具有其內(nèi)容被用作調(diào) 節(jié)所述快速傳輸信道故障檢測算法的標(biāo)準(zhǔn)的寄存器，包括?；畈迦胨俾始?存器、分組接收超時(shí)寄存器、完整性(CRC)確認(rèn)閾值寄存器和完整性(CRC)錯(cuò)誤速率寄存器。
26. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，在每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡中，所述引 擎在發(fā)送側(cè)經(jīng)由以任何順序被串聯(lián)連接的反向復(fù)用器、空閑填充部分、 CRC計(jì)算器和頭部插入部分與以太網(wǎng)通信信道連接，在接收側(cè)經(jīng)由以任何順序被串聯(lián)連接的復(fù)用器、空閑填充移除部分、CRC確認(rèn)部分和開銷移除部分與以太網(wǎng)通信信道連接。
27. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法在故障檢測中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示。
28. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法對(duì)通過所述無線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
29. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法可操作以提供無線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測和恢復(fù)。
30. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法可操作以提供具有錯(cuò)誤彈性的無線操作。
31. —種用于無線網(wǎng)絡(luò)中的快速故障檢測和恢復(fù)的方法，包括 獲得包含接收狀態(tài)或發(fā)送狀態(tài)的狀態(tài)指示；判定分組流量校準(zhǔn)是否被鎖定，并且如果是，則設(shè)置所述接收狀態(tài)為差；判定分組是否曾被接收到，并且如果沒有，則判定所述接收狀態(tài)是否 應(yīng)該被設(shè)置為差；計(jì)算包含接收狀態(tài)的分組頭部字段的有效性值以判定所述分組頭部字 段是否有效以及所述接收狀態(tài)是否應(yīng)該被設(shè)置為好；如果接收到分組，則從分組的所述接收狀態(tài)來判定所述發(fā)送狀態(tài)；并且如果所述發(fā)送狀態(tài)和/或所述接收狀態(tài)為差，則促使快速傳輸信道故障 檢測算法發(fā)起對(duì)所述無線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)或自動(dòng)錯(cuò)誤恢復(fù)。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述接收狀態(tài)被設(shè)置在擴(kuò)展的 分組頭部字段中，所述擴(kuò)展的分組頭部字段與頭部有效性值一起被設(shè)置在 每個(gè)分組中。
33. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，針對(duì)設(shè)置所述接收狀態(tài)為差或 好的所述判定包括分別判定在其期間未接收到分組的時(shí)間間隔是否超過了 預(yù)定時(shí)間閾值，以及判定所接收到的具有有效擴(kuò)展頭部字段的分組數(shù)是否 超過了預(yù)定閾值。
34. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)時(shí)，所述快速 傳輸信道故障檢測算法結(jié)合適合于所述無線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng) 絡(luò)優(yōu)化協(xié)議來工作。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述拓?fù)涫擎溌肪酆匣颦h(huán)形網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)洹?br> 36. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述無線網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)之 間的無線鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)，并且其 中，特定節(jié)點(diǎn)處的所述發(fā)送狀態(tài)是對(duì)在無線地鏈接到該特定節(jié)點(diǎn)的另一遠(yuǎn) 端節(jié)點(diǎn)處的所述接收狀態(tài)的反射。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，從中得到所述發(fā)送狀態(tài)的所述 接收狀態(tài)的所述反射是從接收自所述遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的分組的所述接收狀態(tài)獲得 的，并且其中，該特定節(jié)點(diǎn)中的故障是基于與之相關(guān)聯(lián)的接收和/或發(fā)送狀 態(tài)是否為差來判定的。
38. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法可操作以滿足與通過所述無線網(wǎng)絡(luò)而傳輸?shù)姆纸M中的有效載荷的存在與 否無關(guān)的要求，并在沒有有效載荷時(shí)其插入?；罘纸M以維持鏈路狀態(tài)。
39. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法在故障檢測中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示。
40. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法對(duì)通過所述無線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
41. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測算 法可操作以提供無線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測和恢復(fù)。
全文摘要
為了滿足電信級(jí)以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)等，需要無線通信網(wǎng)絡(luò)中的快速故障檢測和恢復(fù)。因此，利用硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測算法(500)和具有相應(yīng)配置的引擎的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡來提供彈性無線分組通信。在具有各種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)中，該彈性無線分組通信分別與其現(xiàn)有協(xié)議(例如快速生成樹協(xié)議和鏈路聚合協(xié)議)相組合地被提供。
文檔編號(hào)G06F11/00GK101416065SQ200680054187
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者曾超明, 瑟吉奧·里卡爾迪, 阿萊恩·霍頓 申請(qǐng)人:哈里斯施特拉特克斯網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行公司