專利名稱：一種實現(xiàn)逆反雙向2m環(huán)共享以太網(wǎng)功能的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信領域，涉及一種以太網(wǎng)業(yè)務的傳輸方法，具體為應用時間片調(diào)度 方式實現(xiàn)逆反雙向2M環(huán)組網(wǎng)時環(huán)上各節(jié)點的以太網(wǎng)帶寬申請和分配，從而實現(xiàn)各節(jié)點能 夠共享環(huán)路以太網(wǎng)帶寬的功能。
背景技術：
目前運營商的基站信息化改造及動環(huán)監(jiān)控項目中，以SDH(同步傳輸體系)下2M 為介質(zhì)的傳輸組網(wǎng)方式中，在2M資源相對緊張又要求監(jiān)控獨立傳輸組網(wǎng)的情況下往往采 用2M環(huán)組網(wǎng)方式。在2M環(huán)組網(wǎng)中，中心和節(jié)點間應用2M彼此相連，各節(jié)點共用2M帶寬， 一般需要采集串口數(shù)據(jù)和以太數(shù)據(jù)。2M環(huán)的設計方法有采用以太網(wǎng)交換機層層交換式的方 法，有采用2M時隙細分到環(huán)路節(jié)點設備的方法，還有逆反雙向的2M環(huán)設計方法，其中逆反 雙向的2M環(huán)具備單環(huán)組網(wǎng)、拓撲跟蹤、并發(fā)選收的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的雙環(huán)組網(wǎng)，在可靠 性、成本及施工維護方面具有優(yōu)勢。在逆反雙向的2M環(huán)設計中，中心節(jié)點和基站節(jié)點間彼 此連接的2M所有TX方向和RX方向在邏輯上形成了互為逆反的環(huán)形邏輯通道，在任一個邏 輯通道上按照時隙細分方式將2M分成上行、下行、網(wǎng)管三種獨立的數(shù)據(jù)流，可實現(xiàn)中心與 節(jié)點按非一致路由方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和網(wǎng)管；獨立的上行、下行帶寬可與網(wǎng)管開銷配合設 計不同業(yè)務種類、不同傳輸方法的通信方式，以時隙為單位的應用，以共享方式的應用，或 者兩種方式的結合應用等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種實現(xiàn)逆反雙向2M環(huán)共享以太網(wǎng)功能的 方法，該方法是在逆反雙向2M環(huán)邏輯通道將2M分成上行、下行、網(wǎng)管三種獨立數(shù)據(jù)流的基 礎上，應用時間片調(diào)度方式實現(xiàn)2M環(huán)上各節(jié)點的以太網(wǎng)帶寬申請和分配，從而實現(xiàn)各節(jié)點 能夠共享環(huán)路的以太網(wǎng)帶寬的功能。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術路線如下逆反雙向的2M環(huán)其任一 2M邏輯通道以時隙為單位分成三部分，即網(wǎng)管，下行與上 行。上、下行分別占用不同的時隙，將中心到節(jié)點定義為下行，節(jié)點到中心定義為上行。上、 下行都用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式進行通信。下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采用中心廣播形式下發(fā)，在上行方 向采用時間片申請和分配方式實現(xiàn)中心與節(jié)點的通信，具體的技術環(huán)節(jié)包括首先映射虛ID 然后申請及分配帶寬，申請及分配帶寬中又含有閉環(huán)和開環(huán)分配策略。所述的映射虛ID方法為步驟1.將環(huán)路路由經(jīng)過的節(jié)點的ID和狀態(tài)信息上載，并保證一個環(huán)路周期內(nèi)各 節(jié)點不重復上載；步驟2.中心將環(huán)路路由獲取的各節(jié)點ID與各節(jié)點的路由順序建立對應關系稱為 VID, VID的值與各節(jié)點在環(huán)路上的路由順序相同；步驟3.在環(huán)路周期內(nèi)利用網(wǎng)管通道將VID與ID的對應關系發(fā)送到各節(jié)點，使各節(jié)點知道自身ID所對應的VID ；步驟4.根據(jù)G. 704標準，將奇數(shù)序列2M幀的第0時隙的0 4位填入VID數(shù)值 稱之為TVID，用于中心向環(huán)路廣播用；步驟5.節(jié)點將接收到環(huán)路廣播的TVID值與從網(wǎng)管通道獲得的VID值進行比較， 如果相等則節(jié)點與中心建立了映射關系；步驟6.如TVID的數(shù)值變化，則VID值等于TVID的節(jié)點與中心建立映射，其余節(jié) 點取消映射關系，如中心將TVID數(shù)值填為0，則取消所有節(jié)點與中心建立的映射關系。所述申請及分配帶寬方法為步驟a.環(huán)路的各節(jié)點與中心通過網(wǎng)管通道確定了各自的VID ；步驟b.環(huán)路的各節(jié)點產(chǎn)生以太網(wǎng)上行帶寬需求，各節(jié)點將各自的帶寬申請位通 過網(wǎng)管通道上傳到中心；步驟c.中心收到各節(jié)點的帶寬申請位，依VID大小的順序，逐次在奇數(shù)序列2M幀 的第0時隙的0 4位填入VID值，即向環(huán)路廣播TVID，每個TVID持續(xù)一定的時間，實現(xiàn)中 心交替與各環(huán)路節(jié)點建立映射，這種方法稱之為時間片調(diào)度；步驟d. TVID持續(xù)的時間內(nèi)，與中心建立映射的節(jié)點獨占環(huán)路上行帶寬，并在該上 行帶寬內(nèi)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)向中心發(fā)送，當映射切換后停止發(fā)送；步驟e.中心在各節(jié)點的上行帶寬內(nèi)分別提取各節(jié)點的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)送到外部 網(wǎng)絡；步驟f.重復步驟c 步驟e，直到各節(jié)點不在向中心通過網(wǎng)管通道發(fā)送帶寬申請 位。閉環(huán)和開環(huán)分配策略包括開環(huán)分配策略和閉環(huán)分配策略。所述的開環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請位并向節(jié)點分配時間片，所有 時間片的大小是固定不變的。所述的閉環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請位并向節(jié)點分配時間片，時間 片的大小動態(tài)調(diào)整，在達到時間片上限時如果以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀沒有結束，則持續(xù)增加時間片， 直到數(shù)據(jù)幀結束；在達到時間片上限時如果沒有太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀正在上載則立即結束時間片。采用本發(fā)明設計2M邏輯通道共享以太網(wǎng)帶寬具有如下效果效果1.能夠?qū)崿F(xiàn)2M邏輯通道上各節(jié)點與中心之間采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進行通 信，且各節(jié)點只能夠與中心通信，從原理上避免了以太網(wǎng)廣播風暴；效果2.各節(jié)點采用競爭方式獲取中心分配的時間片，能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)上帶寬的 按需分配；效果3.設計了閉環(huán)分配策略和開環(huán)分配策略兩種帶寬分配方式，便于根據(jù)環(huán)路 延時情況進行選擇，提高傳輸效率。


圖1為2M環(huán)組網(wǎng)邏輯圖；圖2為VID映射機制示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步的說明圖1所示為逆反雙向2M環(huán)邏輯組網(wǎng)圖，中心與基站A、B、C之間通過2M互連，可 明顯看出所有2M的TX和RX分別構成一個獨立的邏輯通道。按下表所示，任一邏輯通道被 分成上行、下行、網(wǎng)管三種獨立數(shù)據(jù)流，另外根據(jù)G. 704標準還有2M的第0時隙做同步用。 上、下行分別占用不同的時隙，將中心到節(jié)點定義為下行，節(jié)點到中心定義為上行。上、下行 都用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式進行通信。
時隙0時隙1 N (上行)時隙N 30 (下行)時隙31下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采用中心廣播形式下發(fā)，在上行方向采用時間片申請和分配方 式實現(xiàn)中心與節(jié)點的通信，具體的技術環(huán)節(jié)包括映射虛ID、申請及分配帶寬、閉環(huán)和開環(huán)分 配策略。映射虛ID具體是中心節(jié)點在2M環(huán)路上的第31時隙以16個字節(jié)為單位建立自定義短幀，每連續(xù)的 16個短幀為一個節(jié)點周期T1，每連續(xù)的32個節(jié)點周期為一個環(huán)路周期T2,由一個字節(jié)傳遞 的時間為一個2M幀周期即125us，則一個節(jié)點周期1\ = 16Χ125μ sX16 = 3ans，一個環(huán) 路周期T2 = 32Χ \ = 102%is，其包含的節(jié)點周期的序號為0 31，每一節(jié)點周期的短幀序 號為0 15。序號為0 30的節(jié)點周期的第0號短幀為網(wǎng)絡結構獲取幀，用于獲取網(wǎng)絡結構的 節(jié)點ID和狀態(tài)；第8號短幀用于節(jié)點控制，包含被控制節(jié)點的ID信息和控制信息；第1 7號短幀及第9 15號短幀用于環(huán)路節(jié)點的自定義開銷。序號為31的節(jié)點周期的第0號短幀和第8號短幀用于系統(tǒng)廣播，實現(xiàn)整個環(huán)路一 致性操作的控制；第1 7號短幀及第9 15號短幀用于環(huán)路節(jié)點的自定義開銷。在一個環(huán)路周期中，節(jié)點是依次路由的，路由經(jīng)過的節(jié)點都將該節(jié)點ID和狀態(tài)信 息上載到節(jié)點周期的0號短幀，并設置上載標志位，保證同一個環(huán)路周期內(nèi)不重復上載。中 心將獲取的環(huán)路上各節(jié)點設備的ID與上載該ID的節(jié)點周期序號對應起來稱之為虛ID既 VID,映射方法，VID與節(jié)點的路由順序相等，也等于節(jié)點周期序號加1。按照上述的對應方法，環(huán)路上的第1個站的VID為1，第2個站的VID為2，依此類 推，所能獲取的VID中最大值為31，最小值為1。VID與ID的映射關系通過節(jié)點周期的第8短 幀既節(jié)點控制幀傳遞到環(huán)路上的節(jié)點，由ID的唯一性，則ID與VID間可建立一一對應關系。根據(jù)G. 704標準，2M的第0時隙為同步開銷使用，其中偶數(shù)序列2M幀第0時隙傳 遞同步位Ox Ib，奇數(shù)序列2M幀第0時隙的0 4位留給國內(nèi)通信用，可供設計者自由使用。 奇數(shù)序列第0時隙的0 4位所能表達的最大值為31，最小值為0，可完全傳遞VID信息， 還有剩余的值0。將奇數(shù)序列傳遞的VID信息定義為TVID，TVID范圍在0 31之間。圖2為VID映射及帶寬分配示意圖，具體而言TVID與上行節(jié)點帶寬建立了映射， 節(jié)點從第O時隙解析出的TVID信息與自身的VID信息相同時，則連續(xù)兩個2M幀所對應的 上行帶寬2N字節(jié)為該節(jié)點所有。如果TVID持續(xù)m個2M幀周期，則相應節(jié)點獲取的帶寬為 mX2N字節(jié)。當TVID變化時就意味著環(huán)路帶寬映射的切換，當TVID為0時，環(huán)路上的所有節(jié)點都不能夠獲取帶寬。具體的映射虛ID的步驟為步驟1.環(huán)路路由經(jīng)過的節(jié)點將該節(jié)點ID和狀態(tài)信息上載，并保證一個環(huán)路周期 內(nèi)各節(jié)點不重復上載；步驟2.中心將環(huán)路路由獲取的各節(jié)點ID與各節(jié)點的路由順序建立對應關系稱為 VID, VID的值與各節(jié)點在環(huán)路上的路由順序相同；步驟3.在環(huán)路周期內(nèi)利用網(wǎng)管通道將VID與ID的對應關系發(fā)送到各節(jié)點，使各 節(jié)點知道自身ID所對應的VID ；步驟4.奇數(shù)序列2M幀的第0時隙的0 4位填入VID數(shù)值稱之為TVID，用于中 心向環(huán)路廣播用；步驟5.節(jié)點接收到環(huán)路廣播的TVID值與從網(wǎng)管通道獲得的VID值進行比較，如 果相等則節(jié)點與中心建立了映射關系；步驟6.如TVID的數(shù)值變化，則VID值等于TVID的節(jié)點與中心建立映射，其余節(jié) 點取消映射關系，如中心將TVID數(shù)值填為0，則取消所有節(jié)點與中心建立的映射關系。帶寬申請及分配機制帶寬申請及分配機制是利用了節(jié)點周期的1 7及9 15短幀的自定義開銷內(nèi) 容，結合中心的TVID切換輪流分配時間片方法來設計環(huán)路各節(jié)點的上行帶寬分配機制。任 何一個短幀都有12個字節(jié)的有效開銷，本發(fā)明利用了其中的4個字節(jié)作為節(jié)點向中心申請 上行帶寬用。4個字節(jié)的位寬為32bit位，其比特序號為0 31，包含了節(jié)點VID的范圍， 定義為帶寬申請位。當某個節(jié)點有以太網(wǎng)上行帶寬需求時，節(jié)點會在所有節(jié)點周期的1 7及9 15短幀內(nèi)將與VID相同的帶寬申請位置1，如圖2所示，中心監(jiān)測各節(jié)點的帶寬申 請位，并利用切換TVID對不同節(jié)點分配上行帶寬。帶寬申請及分配機制具體的實現(xiàn)步驟如下步驟a.環(huán)路的各節(jié)點與中心通過網(wǎng)管通道確定了各自的VID;步驟b.環(huán)路的各節(jié)點產(chǎn)生以太網(wǎng)上行帶寬需求，各節(jié)點將各自的帶寬申請位通 過網(wǎng)管通道上傳到中心；步驟c.中心收到各節(jié)點的帶寬申請位，依VID大小的順序，逐次在奇數(shù)序列2M幀 的第0時隙的0 4位填入VID值，即向環(huán)路廣播TVID，每個TVID持續(xù)一定的時間，實現(xiàn)中 心交替與各環(huán)路節(jié)點建立映射，這種方法稱之為時間片調(diào)度；步驟d. TVID持續(xù)的時間內(nèi)，與中心建立映射的節(jié)點獨占環(huán)路上行帶寬，并在該上 行帶寬內(nèi)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)向中心發(fā)送，當映射切換后停止發(fā)送；步驟e.中心在各節(jié)點的上行帶寬內(nèi)分別提取各節(jié)點的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)送到外部 網(wǎng)絡；步驟f.持續(xù)步驟c 步驟e直到各節(jié)點不在向中心通過網(wǎng)管通道發(fā)送帶寬申請 位。閉環(huán)和開環(huán)分配策略開環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請標志并向節(jié)點分配時間片，時間片的 大小是固定不變的，如2000字節(jié)，開環(huán)分配策略無須對節(jié)點返回的數(shù)據(jù)進行分析。2M環(huán)是基于SDH下的環(huán)形組網(wǎng)，數(shù)據(jù)從中心出發(fā)經(jīng)2M邏輯環(huán)路再回到中心的整個路由需要一定的路由時間，定義為T3，一般來講T3小于^is。節(jié)點在收到時間片后，可立即對以太數(shù)據(jù)在時間片限定的帶寬內(nèi)上載，以太數(shù)據(jù) 幀報文在64字節(jié)和1518字節(jié)之間，且一個完整的報文不可分割。由于時間片大小是有限 的，那么就面臨這樣的問題，既最后一個以太幀超出了時間片所確定的帶寬上限。為解決該 問題，在時間片上設定最后以太網(wǎng)網(wǎng)數(shù)據(jù)幀上載點，保證最后上載的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀上載完 成后，時間片尚未結束。定義時間片大小為Y，則上載點理論最大值X為X = Y-1518也就是說，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀在X點之前是任意上載的，但是一旦超過了 X點則只能在 本幀上載結束后停止上載。采用開環(huán)控制策略，其時間片大小Y和上載點X之間的關系決 定了時間片的使用效率，長時間的Y-X之間的1518字節(jié)平均利用率為50%，其效率4可設 計為-.rLl = (X+1518/2)/Y = 1-759/Υ可見效率\是與Y成正比的，Y越大則效率越高，但由于一個環(huán)路上有很多節(jié)點， 因此Y太大則單個時間片的傳輸時間就會相應延長，當發(fā)生競爭時其余節(jié)點時間片分配響 應速度會受影響，即切換響應時間是與Y成反比的。因此可根據(jù)環(huán)路節(jié)點的數(shù)目設計Y的 大小，以保證傳輸效率的同時并滿足切換響應時間的需要。采用開環(huán)分配策略分配時間片 會產(chǎn)生一定的帶寬浪費，但每個節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c環(huán)路路由時間T3無關，無論T3 的時間多么長，時間片承載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀總能路由回中心。閉環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請標志并向節(jié)點分配時間片，時間片的 大小動態(tài)調(diào)整，需要對節(jié)點返回的數(shù)據(jù)進行分析，在達到時間片上限時如果以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀 沒有結束，則持續(xù)增加時間片，直到數(shù)據(jù)幀結束；在達到時間片上限時如果沒有太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀 正在上載則立即結束時間片。設定環(huán)路上下行帶寬的分配參數(shù)N = 20，則每個2Μ幀上行為20字節(jié)，2000字節(jié) 的時間片完全經(jīng)過節(jié)點的時間T4為T4 = 2000/20 X 125 μ S = 12ms0由于開環(huán)分配策略中心要監(jiān)測時間片結束時是否有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀正在上載，這樣 就要求缺省大小的時間片在經(jīng)過一個路由周期回到中心時時間片還沒有分配完畢，既要 求:T3 < T4。采用閉環(huán)分配策略節(jié)點以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀理論上載點為缺省大小時間片的上限，環(huán)上 各節(jié)點的平均帶寬利用率Z2為:Z2 = (T4-T3)A4 = I-T3A40由上述公式，T4越大，既時間片越大，傳輸效率&越高，這一點與閉環(huán)策略是一致 的，但閉環(huán)分配策略跟環(huán)路時延相關，當環(huán)路時延小時采用閉環(huán)分配策略能夠獲取高的傳 輸效率。
權利要求
1. 一種實現(xiàn)逆反雙向2M環(huán)共享以太網(wǎng)功能的方法，其特征在于該方法包括映射虛ID 和申請及分配帶寬；所述的映射虛ID方法為步驟1.將環(huán)路路由經(jīng)過的節(jié)點的ID和狀態(tài)信息上載，并保證一個環(huán)路周期內(nèi)各節(jié)點 不重復上載；步驟2.中心將環(huán)路路由獲取的各節(jié)點ID與各節(jié)點的路由順序建立對應關系，記為 VID, VID的值與各節(jié)點在環(huán)路上的路由順序相同；步驟3.在環(huán)路周期內(nèi)利用網(wǎng)管通道將VID與ID的對應關系發(fā)送到各節(jié)點，使各節(jié)點 知道自身ID所對應的VID ；步驟4.根據(jù)G. 704標準，將奇數(shù)序列2M幀的第0時隙的0 4位填入VID數(shù)值，記為 TVID, TVID用于中心向環(huán)路廣播用；步驟5.節(jié)點將接收到環(huán)路廣播的TVID值與從網(wǎng)管通道獲得的VID值進行比較，如果 相等則節(jié)點與中心建立了映射關系；步驟6.如TVID的數(shù)值變化，則VID值等于TVID的節(jié)點與中心建立映射，其余節(jié)點取 消映射關系，如中心將TVID數(shù)值填為0，則取消所有節(jié)點與中心建立的映射關系； 所述申請及分配帶寬方法為步驟a.環(huán)路的各節(jié)點與中心通過網(wǎng)管通道確定了各自的VID ； 步驟b.環(huán)路的各節(jié)點產(chǎn)生以太網(wǎng)上行帶寬需求，各節(jié)點將各自的帶寬申請位通過網(wǎng) 管通道上傳到中心；步驟c.中心收到各節(jié)點的帶寬申請位，依VID大小的順序，逐次在奇數(shù)序列2M幀的第 0時隙的0 4位填入VID值，即向環(huán)路廣播TVID，每個TVID持續(xù)設定的時間，實現(xiàn)中心交 替與各環(huán)路節(jié)點建立映射；步驟d.在TVID持續(xù)的時間內(nèi)，與中心建立映射的節(jié)點獨占環(huán)路上行帶寬，并在該上行 帶寬內(nèi)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)向中心發(fā)送，當映射切換后停止發(fā)送；步驟e.中心在各節(jié)點的上行帶寬內(nèi)分別提取各節(jié)點的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)送到外部網(wǎng)步驟f.重復步驟C、步驟d和步驟e，直到各節(jié)點不在向中心通過網(wǎng)管通道發(fā)送帶寬申 請位。
2. 一種實現(xiàn)逆反雙向2M環(huán)共享以太網(wǎng)功能的方法，其特征在于所述的申請及分配帶 寬方法采用開環(huán)分配策略和閉環(huán)分配策略；所述的開環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請位并向節(jié)點分配時間片，所有時間 片的大小是固定不變的；所述的閉環(huán)分配策略是指中心監(jiān)測節(jié)點的帶寬申請位并向節(jié)點分配時間片，時間片的 大小動態(tài)調(diào)整，在達到時間片上限時如果以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀沒有結束，則持續(xù)增加時間片，直到 數(shù)據(jù)幀結束；在達到時間片上限時如果沒有太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀正在上載則立即結束時間片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)逆反雙向2M環(huán)共享以太網(wǎng)功能的方法?，F(xiàn)有的技術主要是以時隙為單位的應用，以共享方式的應用，或者兩種方式的結合應用。本發(fā)明方法是在逆反雙向2M環(huán)邏輯通道將2M分成上行、下行、網(wǎng)管三種獨立數(shù)據(jù)流的基礎上，應用時間片調(diào)度方式實現(xiàn)2M環(huán)上各節(jié)點的以太網(wǎng)帶寬申請和分配，從而實現(xiàn)各節(jié)點能夠共享環(huán)路的以太網(wǎng)帶寬的功能。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)2M邏輯通道上各節(jié)點與中心之間采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進行通信，且各節(jié)點只能夠與中心通信，從原理上避免了以太網(wǎng)廣播風暴。
文檔編號H04L12/56GK102065005SQ20101054731
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權日2010年11月16日
發(fā)明者任忠惠, 張婷, 戴海榮, 金蘭, 錢成磊 申請人:杭州初靈信息技術股份有限公司