一種實現基於mac幀實現設備帶內管理方法
2023-08-07 21:49:06
專利名稱：一種實現基於mac幀實現設備帶內管理方法
技術領域：
本發明屬於PTN (分組傳送網)數據通信領域，涉及ー種基於MAC幀實現設備帶內管理方法，具體為使用以太MAC幀穿透PTN，從而實現設備的管理，使用存儲轉發方式實現以太數據傳輸。
背景技術：
目前運營商的城域網主要以SDH(同步傳輸體系)為主，由於受到數據業務的大規模膨脹，以及3G (第3代移動通信技木)業務的興起和4G (第4代移動通信技木)網絡的建設，現有的SDH網絡已經很難在承載用戶數據業務，因此運營商又在鋪設ー個全新的PTN網絡，用以解決帶寬日益增長的需求。運營商在基於PTN網絡提供大客戶專線接入時，用戶設備解決方案有以下2種:
第一種是用戶機房使用I臺光纖收發器，用戶數據通過乙太網線連接收發器，收發器把電以太數據轉換成光以太數據，通過光纖連接至基站PTN的光ロ，基站PTN設備通過PTN網絡把用戶數據傳輸至用戶數據中心匯聚端。這種方案的缺點是用戶設備不能夠被管理，無法保證專線業務高質量和故障快速相應。第二種是採用用戶機房使用PTN設備，用戶數據通過乙太網線連接PTN設備，PTN設備把電以太數據轉換成光以太數據，通過光纖連接至基站PTN的光ロ，基站PTN設備通過PTN網絡把用戶數據傳輸至用戶數據中心匯聚端。這種方案的缺點是用戶設備成本高，配置複雜，設備體積大，設備功率大。
發明內容
本發明針對現有技術的`不足，提供了ー種實現基於MAC幀實現設備帶內管理方法。本發明在分組傳送網，將業務數據和OAM (操作，管理，維護)數據混合，應用特定的OAM標記實現業務和OAM的分離，從而實現各個節點在跨越分組傳送網業務的聯通和網管功倉^:。為實現上述發明目的，本發明採用的技術路線如下:
整個系統單位分成二部分，即中心端和節點端，中心端包括網管中心和業務中心，中心端實現設備管理和業務的完全隔離，節點端實現以太業務和OAM的解析和執行。將中心到節點定義為下行，節點到中心定義為上行。下行方向:乙太網業務數據和OAM數據通過3層交換機進行交換，通過交換機的TRUNK (聚合)端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點，上行方向:乙太網數據和OAM數據經過3層交換機通過VLAN (虛擬區域網)交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流。具體的技術包括節點設備拓撲自動發現，光ロ保護倒換策略，設備斷電告警實現，設備業務管理實現。節點設備拓撲自動發現:
步驟1.各個節點設備具備唯一標識符，以設備的MAC地址作為唯一標識符，MAC地址是全球唯一的，所以保證設備標識符沒有重複。
步驟2.中心端定時發起廣播，廣播能夠被網絡中所有節點設備接收到。步驟3.節點端對接收到的廣播包進行解析，分離出符合OAM協議的廣播包，如果符合協議則向中心端回復設備信息。步驟4.中心端對接收到的節點設備信息包進行解析，解析出節點設備MAC地址，並以此作為關聯，實現設備自動發現。如更換設備，設備MAC地址更新為新的MAC地址，可以通過刪除中心端原先設備MAC信息，取消關聯。光ロ保護倒換策略:
光ロ保護倒換策略是指節點設備實時監測光ロ的LOS (信號丟失)信號，丟包率，實現光ロ的切換，切換時間符合通訊設備要求，小於50MS。設備斷電告警實現:
設備斷電告警實現是指設備能夠在斷電的過程中，向中心端發送設備斷電信息，從而實現設備斷電告警。設備業務管理實現:
設備業務管理實現是指設備能夠在跨越分組傳送網以後，能夠通過軟體對節點設備進行業務的管理，包括端ロ限速，VLAN，流量統計等。採用本發明基於MAC幀實現設備帶內管理方法具有如下效果:
效果1.方便工程施工，設備在工作施工前不需要做任何預配置(如IP(乙太網地址)，網管等)，設備上線以後就能夠在網管軟體中自動發現。效果2.能夠實現在跨越分組傳送網後，智能發現設備拓撲結構，包括點對點的拓撲，單點的拓撲，以及設備的在線狀態，離線狀態，斷電狀態管理。效果3.能夠實現在跨越分組傳送網後，管理和配置設備，實現設備的遠程管理。效果4.能夠在軟體上和硬體上發現設備以太端ロ的環回，避免廣播風暴。
圖1為單點的拓撲實現示意 圖2為點對點的拓撲實現示意 圖3為光ロ保護實現示意 圖4為OAM機制實現示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進ー步的說明:
圖1所示為中心端和節點設備單點組網圖，中心端包括網管中心和業務中心，中心端實現設備管理和業務的完全隔離，節點端實現以太業務和OAM的解析和執行。將中心到節點定義為下行，節點到中心定義為上行。下行方向乙太網業務數據和OAM數據通過3層交換機進行交換，通過交換機的TRUNK端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點,通過傳輸網傳輸至基站A通過光ロ落地，在基站A使用光纖連接節點設備。上行方向節點設備使用光纖連接基站A的光ロ，把業務和網管信息通過傳輸網傳輸至3層交換機的TRUNK端ロ，乙太網數據和OAM數據經過3層交換機通過VLAN (虛擬區域網)交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流，分別流向網管中心和業務中心。形成設備點對多點的管理模式和業務的點對多點的應用模式。圖2所示為中心端和節點設備點對點組網圖，下行方向乙太網業務數據和OAM數據通過3層交換機進行交換，通過交換機的TRUNK端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點，通過傳輸網傳輸至基站A通過電ロ落地，在基站A使用電ロ與節點A對接，節點A使用光纖連接節點A-1設備。上行方向節點A-1設備使用光纖連接基站A的節點A設備，節點A設備使用電ロ連接基站A的電ロ，把業務和網管信息通過傳輸網傳輸至3層交換機的TRUNK端ロ，乙太網數據和OAM數據經過3層交換機通過VLAN (虛擬區域網)交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流，分別流向網管中心和業務中心。形成設備點對點的管理模式和業務的點對點的應用模式。根據組網圖可以清晰看出，下行方向乙太網業務數據和OAM數據通過3層交換機進行交換，通過交換機的TRUNK端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點，上行方向乙太網數據和OAM數據經過3層交換機通過VLAN交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流。具體的技術包括節點設備拓撲自動發現，光ロ保護倒換策略，設備斷電告警實現，設備業務管理實現等。節點設備拓撲自動發現原理具體是:
中心端自動發現節點拓撲可以工作在VLAN模式和非VLAN模式兩種模式下。VLAN模式:用戶可以根據需要配置VLAN的相關參數，如設置VLAN ID參數範圍為100-199，一共100個VLAN，設置100個數據流發送時間為Tl=IOS,那麼Tl即為設備VLANID 100-199的發現周期，那麼每一個數據流的間隔時間為T2 = 10S/1000 = 100MS, T2最小允許的時間為30MS，如果設置Tl時間除VLAN個數小於30MS，系統默認工作在最小間隔T2, I個中心節點最大可以承載1000個節點設備。節點對於接收到的發現設備拓撲包進行應答，如果設備組成了點對點的拓撲，那麼節點設備A接收A-1的拓撲應答包，並且丟棄A-1的拓撲應答包，並把A-1的應答包與A的應答包按照既定的規則形成ー個新的應答包，新的應答包包含了 A和A-1的拓撲信息，中心節點收到應答包即建立對應拓撲關係。考慮到網絡中可能存在丟包影響，允許設置設備離線參數，允許設備在連續NO個包不相應的情況下認為設備離線，NO參數可以有用戶設置，默認為3，即發現設備後，中心設備連續3個包沒有接受到節點的相應則認為節點設備離線。同時考慮到網絡中可能存在廣播包抑制影響，特設計如下機制:如果設備被中心節點發現在線，但是由於受到傳輸網絡廣播包抑制的影響，設備接收不到中心設備下發的連續NI個發現設備拓撲廣播包，(NI個數與網絡中廣播包個數相關，與網絡中廣播包抑制比例相關)，那麼中心節點就會在接下來的NI個包的周期內發送單播報代替廣播包，以避免誤判設備離線。非VLAN模式:考慮到網絡結構，設備有可能工作在非VLAN模式下，那麼客戶可以根據實際需要設置Tl參數，默認為T1=3S，那麼Tl即為設備發現周期，同時也為T2周期，最小間隔時間。在非VLAN模式下，ー個中心節點最大可以承載1000個節點設備，其餘機制與VLAN模式下一致。節點設備拓撲自動發現步驟:
步驟1.各個節點設備具備唯一標識符，以設備的MAC地址作為唯一標識符，MAC地址是全球唯一的，保證設備標識符沒有重複。步驟2.中心端定時發起廣播，廣播能夠被網絡中所有節點設備接收到。
步驟3.節點端對接收到的廣播包進行解析，分離出符合OAM協議的廣播包，如果符合協議則向中心端回復設備MAC信息。步驟4.中心端對接收到的節點設備信息包進行解析，解析出節點設備MAC地址，並以此作為關聯，實現設備自動發現。如更換設備，設備MAC地址更新為新的MAC地址，可以通過刪除中心端原先設備MAC信息，取消關聯。圖3所示為光ロ保護倒換策略示意圖，圖中的叉表示光纜端ロ線路,加黑線表示工作路由，不加黑線表示保護路由。下行方向乙太網業務數據和OAM數據通過3層交換機進行交換，通過交換機的TRUNK端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點，通過傳輸網傳輸至基站A通過光ロ落地，在基站A使用2對光纖連接節點設備。上行方向節點設備使用2對光纖連接基站A的光ロ，把業務和網管信息通過傳輸網傳輸至3層交換機的TRUNK端ロ，乙太網數據和OAM數據經過3層交換機通過VLAN (虛擬區域網)交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流，分別流向網管中心和業務中心。如圖所示光ロ A為默認主用光ロ，光ロ B為備用光ロ。2對尾纖都連接的情況下，默認工作在主用光ロ。雙光ロ保護採用的是單發單收機制，數據流和網管流只有在工作光口才發送有效數據，在備用光ロ發送空閒數據。在主用光ロ出現故障時設備自動倒換到備用光ロ，包括數據的收和發兩個方向，保護時間符合通訊設備要求，小於50MS。當主用光ロ故障恢復後，設備根據配置，業務是否恢復到主用光ロ。倒換的條件可選擇為光纖斷開，錯包率越界，単位時間內沒有接收到數據包。是否恢復分為可恢復和不可回復，可恢復指主用光ロ正常後，業務倒換到主用光ロ所在路由，不可恢復是指主用光ロ正常以後，業務繼續工作在備用光ロ所在的路由。設備斷電告警實現具體是:
設備具有一顆電壓檢測晶片檢測設備電源電壓，當設備的電源電壓小於4.8V時(正常設備內部工作電壓為5V)，觸發內部邏輯，設備強制中斷業務，發送規定格式的斷電包，協議類型為0X0304。當設備工作電源電壓下降到4.8V吋，設備能夠正常工作，確保設備能夠把斷電包發送出去，斷電包的數據長度為68位元組，加上前導碼和幀間隔一共84位元組，以IOOMbits的速率發送，所需要的時間為是I/ (100*1000000) * 84*8 S = 6.72US,由於設備內部加入100UF的大電容，能夠維持設備在斷電的情況下正常工作3MS，那麼6.72US遠遠小於3MS，所以設備的斷電包能夠非常可靠的在設備斷電以後發出，並被中心節點接收至IJ，從而實現斷電告警。圖4所示為設備業務管理實現協議示意圖:
1，中心節點下發拓撲發現包結構如下:
Mac Dest 目的MAC地址數據為OxFFFFFFFFFFFF，廣播地址Mac Src 源MAC地址數據為0x000EA3XXXXXX，前3位元組表示本單位特徵字符，後3個字節出廠時設置，每一臺設備ー個編碼
TypeO 協議0如果是帶VLAN的包則該數據為0x8100 Vlan Vlan相關參數包括優先級，VLAN ID Typel 協議I對應拓撲發現包，數據為0x0806 Hardware硬體版本，數據為0x0001 Pro協議，數據為0x0800 LenO 長度0，數據為0x06
Lenl 長度I，數據為0x04
Op操作數，數據為0x01
Mac Dest 源MAC地址，數據為節點設備的MAC地址
Ip Dest 源IP位址，數據為節點設備的IP位址
Mac Src 目的 MAC 地址，數據為 0x000000000000
Ip Src 目的IP位址，數據為中心節點設備的IP位址
Extra 擴展字節，數據為填充數據
Crc320 數據為從LenO開始到Extra結束的CRC32校驗值
Crc321 以太數據包的校驗值
節點設備通過單位特徵MAC地址(000EA3)和Crc320的值來過濾數據流中的OAM幀，通過Typel字節確認是否是拓撲發現包。拓撲返回包格式與發現包格式一致，節點設備狀態信息放在Extra字節位置，以40個字節為ー個単元表示I個節點的信息，以此類推第N*40位元組表示第N+1設備的信息，目前設備支持2級設備信息，即支持點對點的拓撲和單點拓撲。2，獲取設置包結構如下:
Mac Dest 目的MAC地址數據為節點設備MAC地址
Mac Src 源MAC地址數據為0x000EA3XXXXXX，前3位元組表示本單位特徵字符，即中心節點設備MAC地址
TypeO 協議0如果是帶VLAN的包則該數據為0x8100
Vlan Vlan相關參數包括優先級，VLAN ID
Typel 協議I對應設置和獲取包，數據為0x0001
Tlv隨機數，用於與中心節點建立順序對應關係
Len長度，數據為指示淨荷長度
Pro協議字節，各個讀寫命令碼
PayLoad 淨荷區域,攜帶讀寫命令的淨荷
Crc320 數據為從Len開始到PayLoad結束的CRC32校驗值
Crc321 以太數據包的校驗值
節點設備通過數據包的目的地址與本設備目的地址是否一致和Crc320的值來過濾數據流中的獲取設置包，通過Pro字節確認設備命令碼，節點設備的設置和獲取信息包含在PayLoad 中。
權利要求
1.ー種實現基於MAC幀實現設備帶內管理方法，其特徵在於:該方法實施於由中心端和節點端組成的系統中，中心端包括網管中心和業務中心，中心端實現設備管理和業務的完全隔離，節點端實現以太業務和OAM的解析和執行；將中心到節點定義為下行，節點到中心定義為上行；下行方向:乙太網業務數據和OAM數據通過三層交換機進行交換，通過交換機的聚合端ロ連接至傳輸網絡的中心接入點；上行方向:乙太網數據和OAM數據經過三層交換機通過虛擬區域網交換的方式在不同的端ロ分離出業務數據流和OAM數據流；該方法具體包括節點設備拓撲自動發現，光ロ保護倒換策略，設備斷電告警實現和設備業務管理實現； 所述的節點設備拓撲自動發現具體是: 步驟1.各個節點設備具備唯一標識符，以設備的MAC地址作為唯一標識符，MAC地址是全球唯一的，所以保證設備標識符沒有重複； 步驟2.中心端定時發起廣播，廣播能夠被網絡中所有節點設備接收到； 步驟3.節點端對接收到的廣播包進行解析，分離出符合OAM協議的廣播包，如果符合協議則向中心端回復設備信息； 步驟4.中心端對接收到的節點設備信息包進行解析，解析出節點設備MAC地址，並以此作為關聯，實現設備自動發現； 所述的光ロ保護倒換策略具體是: 節點設備實時監測光ロ的LOS信號、丟包率；實現光ロ的切換，切換時間符合通訊設備要求，小於50MS ； 所述的設備斷電告警實現具體是: 節點設備在斷電的過程中，向中心端發送節點設備斷電信息，從而實現節點設備斷電告警; 設備業務管理實現具體是: 中心端在跨越分組傳送網以後，能夠通過軟體對節點設備進行業務的管理，包括端ロ限速，VLAN和流量統計。
2.根據權利要求1所述的ー種實現基於MAC幀實現設備帶內管理方法，其特徵在於:節點設備拓撲自動發現中，如果更換設備，則設備MAC地址更新為新的MAC地址，通過刪除中心端原先設備MAC信息，取消關聯。
全文摘要
本發明涉及一種實現基於MAC幀實現設備帶內管理方法。本發明的中心端實現設備管理和業務的完全隔離，節點端實現以太業務和OAM的解析和執行。將中心到節點定義為下行，節點到中心定義為上行。下行方向乙太網業務數據和OAM數據通過交換機進行交換，通過交換機連接至傳輸網絡的中心接入點，上行方向乙太網數據和OAM數據經過交換機通過虛擬區域網交換的方式在不同的埠分離出業務數據流和OAM數據流。具體包括節點設備拓撲自動發現，光口保護倒換策略，設備斷電告警實現，設備業務管理實現。本發明能夠實現在跨越分組傳送網後，智能發現設備拓撲結構，包括點對點的拓撲，單點的拓撲，以及設備的在線狀態，離線狀態，斷電狀態管理。
文檔編號H04L12/24GK103117873SQ20131001204
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者王力成, 上官福義, 湯春剛, 周海濤, 任忠惠, 王永飛, 戴海榮 申請人:杭州初靈信息技術股份有限公司