多业务运营管理平台（通用7篇）
多业务运营管理平台 篇1
1 引言
进入21世纪, 传统的各级有线电视台按照国家和广电总局的规定实行了“台网分离”的政策, 出现了单独运营有线电视网络和电视内容业务的企业形体——有线电视运营商。信息时代已经来临, 有线电视运营商开始进入到宽带、语音以及IPTV等竞争领域, 进入到“三网合一”竞争领域的国内运营商主要有传统固话运营商、移动通讯运营商和有线电视运营商, 这三类运营商都将成为综合性的集视频、数据、语音于一身的多业务运营商 (见表1) 。那么, 有线电视运营商怎样才能在这场“三网合一”的竞争中取得先机呢?笔者认为关键在于传统有线电视运营商需要尽快转换角色——从单纯经营有线电视转换成为集数字电视 (DTV, Digital TV) 、视频点播 (VOD, Video on Demond) 、宽带接入 (BA, Broadband Access) 等多业务平台综合运营的新型网络运营商。
本文在双向HFC有线电视分配网络的基础上, 通过分析比较DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网与传统的双向HFC分配网之间横向与纵向的关系, 提出针对新型有线电视运营商多业务综合性网络运营平台的“分而治之, 综合运用”的运营方式, 进一步探讨新型有线电视运营商进行多业务网络平台的建设与可持续性发展的可行性。
2 多业务网络对比关系与运营办法
双向HFC有线电视网络作为实施多业务综合运营的基础网络平台, 对新型有线电视运营商进一步开展新业务有着重要的作用。双向HFC有线电视网络的主干线采用光纤传输, 小区支干线和进户线仍采用同轴电缆作为传输介质, 它将光纤传输和有线同轴网络结合起来, 兼顾了业务需求和现实可行性, 是一种很有独特优势的接入方式。目前双向HFC网具有以下特点:
(1) 实现FTTB:采用光纤到楼栋的概念, 每个楼栋单元拥有一个光节点, 一个光节点覆盖200个用户;
(2) 支持双向通信:支持运营商经营交互式业务;
(3) 优越的未来拓展性:利用了光纤传输的优点和有线电视同轴网络的便利, 具有很好的扩展性, 可以支持未来的通信业务以及网络结构方便地升级;
(4) 充裕的带宽资源:可利用的同轴电缆带宽高达1GHz。
采用频分复用网络的双向HFC有线电视网络, 不同业务分配在不同频带上。通过采用频分复用方式, 将业务调制到各自频段, 从而实现了广播电视业务与交互型电信业务、模拟业务与数字业务共享传输媒体。典型HFC网频谱资源分配方案如图1所示。
从HFC网络的频谱资源分配情况, 以及各业务网络传输内容的方式来看, DTV、VOD、BA三块业务的核心传输网:DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网与双向HFC基础网络的关系如下:
(1) 从频谱资源的角度出发, DTV、VOD、BA业务同属于基于HFC网的频谱范围内的业务, 即DTV、VOD、BA业务的核心传输网之间属于相对独立的横向关系。
(2) 从网络承载内容的角度出发, DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网所传输的数据都需要通过双向HFC基础分配网络传输到每一个终端用户, 即三类传输网络分别与双向HFC基础网的关系属于联系紧密的纵向关系。
DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网与双向HFC网之间关系如图2所示。
基于上述三个业务网络与基础网络的横向、纵向比较关系, 以及针对有线电视行业的行业特性, 有线电视运营商在三种不同业务的核心网络上的运行管理上需要注意以下几点:
(1) 政治特性——有线电视行业作为国家的宣传工具, 具有传播的普遍性及实时性, 在DTV传输网方面需要极高的安全性要求, 在一定程度上需与其他业务网络分离。
(2) 业务特性——这三种业务的业务数据在上下行流量、Qo S、数据速率、数据封装格式等技术指标上都存在着诸多差异, 三种业务核心传输网络的分离运营有利于业务的迅速开展。
(3) 效益特性——利用双向HFC网络同时承载三种不同的业务, 灵活综合运用三种业务核心网络在信令控制、用户终端设备数据库和网络监控等方面的技术手段, 使多业务网络有机地结合在一起, 有效解决“最后一公里”的接入问题, 降低接入成本, 提高有线电视运营商的经济效益。
综上所述, 我们提出了新型有线电视运营商多业务网络综合运营的运营方针——“分而治之, 综合运用”。
3 多业务网络运营平台架构
3.1 多业务网络物理分离、独立管理
有线电视运营商多业务网络平台运营中, 由于各业务存在“政治特性”和“业务特性”的不同, 并且三类业务的核心传输网络属于横向相对对立的关系, 因此承载这三块业务的核心传输网络在建设上是物理分离, 适合多业务运营网络平台中各业务相对对立的管理模式。DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网物理相对独立的分离架构如图3所示。
三类业务的核心传输网络在物理上结构上相对独立, 并且由于三类业务的内容来源与传输逻辑通道等方面存在着差异性, 因此在各个业务的内容采集、编辑、制作和管理上也是各有自己的一套模式和办法, 即业务内容的分离管理。具体如表2所示。
可见, 从DTV、VOD和BA业务的核心传输网络结构以及业务内容两方面的运营管理来看, 新型有线电视运营商有必要在多业务网络运营中做到多业务核心网络的分离与独立管理, 即“分而治之”的网络建设和运营管理办法。
3.2 多业务网络综合运用
鉴于DTV、VOD、BA业务核心网络的效益特性, 新型有线电视运营商在部署三种业务网络管理系统和应用系统时, 可以采用统一系统和资源共享的方式来综合三种业务核心网络在控制信令、网络监控和用户终端设备数据库等方面的运用, 达到有机结合多业务网络的目的。多业务网络综合运用构架如图4所示, 表3浅析了图4所涉及的三种业务网络综合运用项目。
由此可见, 多业务网络运营在“综合运用”方面的体现主要是从统一的信令通道出发, 并在管理系统和应用系统平台统一性的基础上, 实现了融合物理和业务内容分离的多业务网络运营。
4 结束语
传统的有线电视运营商单一的业务经营模式已经不能适应越来越激烈的市场竞争环境, 因此有线电视运营单位需要有新的网络建设方案、持续发展思路和新型的运营管理办法, 才能在竞争市场中占得先机。本文基于多个业务的核心传输网络与双向HFC网络的纵向、横向的对比关系, 结合各个业务的特性, 提出在目前的有线电视多业务网络运营平台中建设多个核心传输网络的必要性及“分而治之, 综合运用”的运营管理办法。
摘要：多业务网络综合运营将是新型有线电视运营商的发展特点。本文通过分析有线电视运营商在DTV传输网、VOD内容传输网、宽带城域网、双向HFC分配网的纵向、横向关系和特性, 提出了“分而治之、综合运用”的多业务网络运营办法, 并分析了多业务网络运营架构。本文对有线电视运营商多业务网络的发展和运营具有一定的参考作用。
关键词：多业务网络,新型有线电视运营商,DTV传输网,VOD内容传输网,宽带城域网,双向HFC分配网
多业务传送平台保护机制分析 篇2
随着互联网业务的蓬勃发展, 通信正不断向分组化方向演进, 基于SDH的多业务传送平台MSTP应运而生。经过几年的发展, 新一代MSTP在SDH平台上综合了多协议标记交换 (MPLS) 、弹性分组环 (RPR) 、通用成帧规程 (GFP) 等新的技术和标准, 使得对于数据业务的支持效率更高并且管理更加灵活, 同时通过引入多种不同于SDH的保护机制, 如生成树协议STP、RPR、MPLS以及链路容量调整LCAS, 对数据业务的保护有了更多的方案和选择。
1 MSTP中的保护机制
1.1 SDH保护机制
SDH技术最初是面向语音业务的, 其最大的特点之一是优良的网络保护功能。基于SDH的多业务传送平台 (MSTP) 通过对传统的SDH设备进行改进, 在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力, 成为城域传送网最主要的实现方式之一。
自愈环 (SHR) 是SDH中最常用的一种保护手段。在环形拓扑网络中, 通过使一个SDH环网中任何2个网元之间都具有2条路径, 利用APS, 可以在检测到一条路径故障之后自动将业务流倒换到另一条路径上。APS的具体实现可以采用1+1、1∶1或1∶N方式。SHR是针对语音通信等对于实时性要求较高的业务涉及的, 一般保护都能在50 ms内完成, 用户不会感知故障的发生。
SDH自愈环结构一般分为两大类, 即通道保护环和复用段保护环。通道保护环是以通道为基础的, 倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣来决定, 通常利用简单的通道AIS信号来决定是否应进行倒换。复用段保护环是以复用段为基础的, 倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣来决定。当复用段出现问题时, 整个节点间的复用段信号都转向保护通道。SDH自愈环还可以分为单向环和双向环, 正常情况下, 单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输;而双向环中, 进入环的支路信号按一个方向传输, 由该支路信号分路节点返回的信号经相反的方向传输。按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分, 自愈环可分为2纤环和4纤环。通道保护环通常是2纤环;而复用段保护环可以是2纤环, 也可以是4纤环。
SDH强大的保护能力可以广泛保护所有在这一网络上传送的业务流, 但SDH的保护对于运行在MSTP上的数据业务来说有些浪费。因此, 在MSTP中引入其他类型的保护对于数据业务是十分重要的。
1.2 LCAS保护机制
互联网业务对于带宽的需求是多样性的, 往往不能完全与SDH的虚容器大小匹配, 为了有效利用SDH网络带宽, 出现了级联技术。级联作为在MSTP上的一种数据封装映射技术, 可将多个虚容器组合起来, 作为一个保持比特序列完整性的单容器, 实现大颗粒业务的传输。级联分为相邻级联和虚级联。相邻级联是将同一STM-N数据帧中相邻的虚容器进行级联, 作为一个整体结构进行传输;虚级联则是将分布于不同STM-N数据帧中的虚容器 (可以是同一路由或不同路由) 按照级联的方法, 形成一个虚拟的大结构进行传输。
采用虚级联虽然解决了分组信号向SDH映射的难题, 但是由于分组信号的随机性和突发性, 同一条链路上传送的数据信号的带宽 (速率、容量) 会发生较大变化。如果可以动态地根据数据信号的实际带宽实时调整级联的VC数量, 则传输会提高效率, 于是链路容量调整方案LCAS应运而生。
LCAS对虚级联组提供了一种保护功能, 在虚级联的源端和宿端适配功能之间提供了一种控制机理, 能够无损伤地增加和减少容量, 同时提供临时删除失效链路的能力, 即当虚级联组中部分成员失效时, 能够临时去除这些失效成员, 系统自动减少容量, 正常成员仍能正常传输。当失效成员修复时, 系统能自动恢复虚级联组的带宽。
虚级联允许虚级联组中成员经过不同的路由, 而LCAS可以无损伤地调整源宿节点之间的容量, 使用虚级联与LCAS配合就对MSTP提供了一种网络故障冗余。所以在进行MSTP网络规划时, 合理地规划虚级联组成员经过的路由, 利用LCAS会有效地增加服务的可靠性。
1.3 STP保护机制
以太网在局域网中占有绝对的主导地位, 目前MSTP不但能够提供以太网接口, 并且集成以太网二层交换功能, 同时也可以汇聚用户的数据。MSTP支持的以太网带宽共享可以通过生成树协议 (STP) 生成源到宿的唯一路径, 同时防止路径成环, 并在网络拓扑发生改变时, 计算生成新的路径, 完成业务的恢复, 提高网络保护的性能。
STP协议的基本思想就在要通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的, 同时实现链路备份和路径最优化, 这主要依靠网桥之间配置消息BPDU (Bridge Protocol Data Unit) 的交流。首先进行根桥的选举, 接下来, 其他网桥将各自选择一条“最粗壮”的树枝作为到根桥的路径, 相应端口的角色就成为根端口。根桥和根端口都确定之后一棵树就生成了。生成树经过一段时间 (默认值是30 s左右) 稳定之后, 所有端口要么进入转发状态, 要么进入阻塞状态。STP BPDU会定时从各个网桥的指定端口发出, 维护链路的状态。如网络拓扑发生变化, 生成树会重新计算, 端口状态也随之改变。
MSTP应用STP的实现方式可以见图1, 在一个有5个节点的STM-16环中, 每个节点都有以太网业务接入, 在网络规划中可以使得5个异地分布的以太网端口一定的传输时隙 (这些时隙通过连续级联或虚级联形成时隙组VCG) 。在正常工作情况下以太网层形成一棵生成树, STP阻塞环网的一段通路, 同时利用共享的带宽实现以太网互联和端口汇聚。
STP应用在MSTP环网中, 避免了MSTP环中以太网共享传输带宽形成的环形结构, 适用于城域网的接入层和汇聚层。目前, 主流的MSTP供应商提供的设备大都可支持STP。但是, STP协议最突出的缺点就是它的收敛速度, 依据网络规模的不同, STP的收敛时间需要几十秒甚至分钟级以上。为提高生成树的倒换效率, IEEE 802工作组和Cisco等一直研究对STP的改进, 相继推出了快速生成树 (RSTP) 等改进协议, 使得恢复时间、网络稳定性等都有了很大提升, 但是大规模商用还有一段时间。
1.4 RPR保护机制
弹性分组环 (Resilient Packet Ring, RPR) 技术是一种新的城域网技术, 吸收了千兆以太网的经济性及SDH系统50 ms环保护特性。目前集成RPR承载数据业务已成为MSTP发展的趋势之一。
RPR采用双环结构的环形网技术, 把物理层点到点连接的节点链转换为真正的共享链路, 能够有效地统计复用突发型数据业务。在RPR中, 某个业务可以占用的带宽上限是根据与其争夺同一关键网络带宽的多个业务的优先级与可以利用的带宽计算出来的公平带宽。通过拓扑自动发现和环网的智能保护, RPR应对网络故障并不需要预留保护带宽。对于RPR来说出现网络故障, 只是造成对某些网络关键带宽进行争夺的业务数增加, 以至各业务相应可以享受的带宽减少而已。
RPR提供了2种保护方式:环回 (Wrap) 保护倒换和源路由 (Steering) 保护倒换, 它们最大的区别就是故障发生之后, 发起倒换的节点不同。前者是在与故障相邻的节点处;后者是在业务流的源节点处。环回方式的优点是故障切换的恢复时间非常短 (50 ms以内) , 只可能丢失极少量的报文, 不会造成业务中断的情况, 问题是占用带宽较多。源路由方式避免了带宽的浪费, 但需要重新收敛, 恢复时间较长, 会造成一些业务的中断。源路由保护倒换是IEEE 802.17草案中规定的必备保护方式。
采用源路由保护机制, 当网络故障后, 与故障点相邻的网络节点对故障进行定位, 并向网络中其他节点广播故障保护请求信息;网络中其他节点收到网络故障保护请求信息后, 更新网络拓扑图, 各节点发送数据包时重新选择承载数据的环路以绕开故障点。一个RPR环回保护环包括2个独立反向回绕的单向环。如设备失效, 从失效点进出的业务将回绕到沿反方向发送 (取决于保护体系) , 在保护倒换协议的控制下, 保护环回发生于与故障点相邻的站点, 业务流将通过环回保护从失效点重选路由。
RPR的保护机制如图2所示。 (1) 是故障前的正常数据流, A节点到D节点, 走外环, 路径为A-B-C-D; (2) 为故障后环回保护方式, 故障发生后, 在故障链路两端的节点上通过光路环回, 数据路径也在此环回, 总的路径为A-B-A-F-E-D-C-D; (3) 为故障后源路由保护方式, 从A节点到D节点的数据流量改抄近道, 走另外一个环 (这里是内环) 到达目的节点, 路径为A-F-E-D。
1.5 MPLS保护机制
MPLS技术是一种2.5层的技术, 这种技术通过在源宿标签交换路由器 (LSR) 之间建立显示的标签路径 (LSP) 来实现对多种二层协议的支持。将MPLS技术集成进MSTP中是当前MSTP发展的另一个主要的潮流, MPLS可以为MSTP网中的数据业务提供虚拟专用网 (VPN) 、流量工程、虚拟本地网 (VLAN) 扩展等多方面的支持, 同时通过建立LSP来实现业务的保护和恢复也是MPLS技术提供的一种特色。
MPLS的保护方式有2种:保护倒换和重路由。对于保护倒换, 工作LSP和备用LSP同时建立。当工作LSP上的某一LSR检测到故障时就向入口LSR发送故障指示信号FIS (Fault Indication Signal) 消息, 并且由LSR把业务倒换到备用路径上。在备用路径上使用LSP消息预留资源, 也可以在故障发生后捕获。保护倒换对于常见的故障, 如单链失效, 节点预先结算备用路径, 故障时直接倒换到备用路径上, 可以实现与SDH相当的水平, 达到数十毫秒的恢复时间。保护倒换可采用1+1保护, 还可以采用1∶1或1∶N的保护类型。
为提高正常情况下的资源利用率, IETF还提出了重路由机制, 在故障发生后建立恢复LSP而不是与工作LSP同时建立。当LSR收到故障通知消息后, 如下游LSR保留了Qo S路由信息, 则可以选择核实的恢复路径并使用MPLS信令 (如CD-LSP) 建立恢复LSP。如果下游LSR没有路由信息, 则下游LSR通过向上游LSR“泛洪”发送通知消息来寻找恢复路径, 该机制与ATM相似。一般不推荐使用“泛洪”方法, 因为扩散的消息会对网络造成额外的负担及时延, 但是当缺乏路由信息时非常有用。
一般来说, 重路由恢复机制适应性较强, 不需要预先计算, 并可以计算出一条优化的路径, 对网络资源的利用和业务量均衡更具优势, 但恢复时需要进行比较多的消息交换, 比保护倒换机制恢复时间长。而保护倒换恢复机制需要节点预先计算并存储有关整个网络拓扑及网络流量区别情况的数据。
根据保护的范围以及实施备用路径的节点不同, 分为链路恢复和路径恢复。链路恢复发生在故障的上、下游节点之前, 一般由下游节点通知故障的发生, 由上游节点实施恢复路径选择与倒换, 此方法简单易行、速度快, 但不利于处理多个节点或链路失效的情况。路径恢复发生在受影响的LSP的起点和终点之间, 恢复路径与工作路径完全分离, 由发生故障的节点向入口LSR通知故障的发生, 由入口LSP实施恢复路径的选择和倒换。路径恢复在入口LSR/出口LSR之间选择一条备用路径较为复杂, 且要求较多的消息传递。但它利于全局优化, 需要的总空闲容量较少;可恢复链路故障, 也可恢复节点故障;能容易处理多个节点或链路失效的情况。
1.6 MSTP保护机制比较
对于以上所列5种MSTP具有的保护机制, 其比较可见表1。其中, SDH是针对语音通信等对于实时性要求较高的业务设计的, 故障恢复速度小于50ms, 但是由于需要备用路由, 网络利用率较低。而对于数据业务, SDH保护机制显得较为浪费, 所以在新一代MSTP中, 采用了虚级联VC和链路容量调整LACS方式提高对数据业务传送的效率和可靠性;针对以太网业务, 采用共享环形势, 利用二层生成树协议STP实现故障恢复, 网络资源利用率较高, 但是恢复时间较慢;RPR的出现吸收了SDH环网快速保护和以太网统计复用的优点, 通过构建新的MAC层, 实现了快速保护和较高的资源利用率;MPLS作为一种2.5层技术, 通过流量工程TE实现数据业务的快速保护, 并且在MSTP中还可作为RPR的有效补充, 实现跨环的网络保护。
2 MSTP保护机制的互通
在网络多层生存性技术间没有协调机制时, 各层独立地并行完成各自的生存性技术。虽然实施起来简单, 但占用的资源大, 各层均占用保护资源, 从而造成资源浪费, 这将导致一些潜在的需要保护操作无空闲资源利用。多层生存性技术的协调机制提出了分配不同功能给各层的高效恢复方案。层间的生存性协调方案通常有2种:
2.1 顺序协调方案
顺序协调方案是指各层按照顺序进行生存性动作, 当本层无法恢复故障时, 转向下一层进行恢复。顺序协调通常有2种方法: (1) 自下向上 (Botton-up) 法。恢复开始于最靠近故障的层, 当某些故障业务在本层无法进行恢复时, 将转由上层完成。该方法能使用较为合适的颗粒度对故障业务进行恢复, 而上层的更精细颗粒度的恢复在必要时才完成。自下而上的策略在恢复事件和设备费用上更有优势; (2) 自下而上 (Top-down) 法。恢复开始于最上层, 当上层无法恢复所有的故障业务时, 生存性技术向下层扩展, 下层的生存性技术被触发。该方法的优点是高层能更容易区分不同业务的服务类型和等级, 可以为不同的用户的生存性提供不同的QoS。但低层却难以检测到高层是否能够恢复业务。
2.2 集成方案
集成方案是基于信号的多层恢复方案的集成。当故障发生时, 恢复方案将对网络所有层的恢复方案进行综合考虑, 并决定最佳层的恢复操作。集成方案是最灵活的一种方案, 但是如何配置、实现集成方案所必须的具有各种算法的智能控制是需要解决的问题。
对于基于二层交换方式的以太共享环, 承载于MSTP环网上的多个以太网业务共用该SDH环网的若干个时隙, 形成以太环网。在正常工作情况下以太网层形成一棵生成树, STP阻塞环网的一段通路, 同时利用共享的带宽实现以太网互联和端口汇聚, 当链路故障发生时, 承载以太网业务的时隙组既可以不参与SDH环网通过预留机制进行的环保护, 而利用STP协议在线路故障发生时生成另外一侧新的路径, 也可以通过设置拖延时间压制STP的恢复动作, 当SDH环倒换保护在拖延时间内没有完成时再启动STP进行路径重新生成。这样, 以太网业务承载在SDH之上但可以有选择的采用SDH的保护。
对于内嵌RPR模块的MSTP必须实现RPR和SDH复用段两重保护的协调工作。当光纤切断时, 一般SDH复用段保护会启用, 这时RPR保护功能是否还有用, 有3种解决方案:一种是参与RPR传输的VC时隙进行SDH复用段保护, 这时可以不需要RPR保护功能 (也就是将RPR保护功能关闭) 。由于参与RPR传输的VC时隙的备用时隙中也可以传输数据, 而不是将备用时隙空闲用来等待保护的发生, 因此, 此时在SDH进行保护倒换时对业务影响有可能超过50ms。另外一种解决方案是参与RPR传输的VC时隙不进行SDH复用段保护, 只进行RPR保护, 但这需要对SDH复用段保护环进行特殊的设置, 使这些时隙不参与SDH复用段保护环保护。还有一种选择就是对RPR的保护设置拖延时间, 先进行SDH复用段保护, 当在拖延时间内SDH保护没有成功后, 再进行RPR保护。
3 结语
当城域网越来越复杂, 其承载的业务越来越多地实现IP化后, 城域网的安全性也越来越引起关注。MSTP中集成了多种功能技术和标准, 增强了数据业务的可管理性, 也为城域网中数据业务的保护带来了更多的选择。在网络的规划和建设中, 合理地规划和选用保护手段, 将会使城域网的安全性和灵活性大大增强。
广义上说, 以太网的生成树协议、以MPLS为基础的自愈恢复、RPR的定向保护、回绕保护方式, 基于AIS、APS协议的SDH自愈环等都能从网络的不通层面, 提供不同性能的对业务的保护和恢复, 但这也为各种保护方式的互通与配合带来了复杂性。可以从网络工作多层次、保护控制方式、带宽利用率、保护恢复时间快慢等方面进行比较研究, 并结合实际的需求进行选择、利用。
参考文献
[1]陶智勇.RPR的网络保护及其与SDH保护方式的互通[J].光通信技术, 2003. (11) :14-16.
[2]周卫华, 倪县乐.MPLS网络的自愈技术研究[J].计算机工程与应用, 2002. (18) :36-37, 46.
[3]郭彦伟, 郑建德.生成树协议与交换网络环路研究[J].厦门大学学报 (自然科学版) , 2006. (5) :301-304.
[4]龚平, 黄峰.MPLS功能在MSTP中应用[J].电信科学, 2004. (4) :50-53.
[5]苏驷希, 冀胜华.SDH网状网自愈[J].电子学报, 2000. (4) :1-4.
[6]梁芝贤, 蔡敏.SDH自愈环的生存性探讨[J].电力系统通信, 2003. (2) :18-21.
[7]许华东, 范戈.多业务传送平台的保护与恢复机制[J].光通信研究, 2005. (5) :23-27.
多业务通信传送平台MSTP综述 篇3
MSTP在SDH平台之上传送IP, ATM, T D M等多种业务, 具有协议终结和转换功能, 使运营者可以在网络边缘提供多种不同业务, 而同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议。MSTP的设计思想是从我们熟悉和信任的SDH技术出发, 特别是其保护恢复能力和固定延时性能等方面的优点, 通过应用各种技术以支持多种业务, 尤其是对以太网和IP形式的数据业务的支持。它将各种业务通过VC级联等方式映射进不同的STM-N时隙, 再经过STM-N的复用段开销和再生段开销处理后组成完整的STM帧在光纤上传送, 同时与L2/L3及更高层分组设备集成在一起, 由统一的网络管理平台控制。下面简单分析MSTP的各业务接口和交叉连接部分的功能原理等。
1.1 PDH/SDH业务接口
MSTP可提供传统的TDM业务, 包括Nx64k, 2M, 34M, 45M, 140M, 155M, 622M直到10Gb/s, 既有交换机中继线、基站业务, 又有34/45M的图像业务, 还可以提供多种速率的光口满足各种组网的需要, 可满足传统SDH用户以及未来用户对TDM业务的需求。
1.2 以太网业务接口
以太网业务接口是MSTP设备的关键部分, 对MSTP的发展起着非常重要的作用。实践证明, 以太网是传送IP数据的最好技术之一, 已经占据局域网约90%的市场。在SDH上传送以太网业务, 具有很大的市场需求和技术要求。它可以经济有效地在SDH上提供高带宽的数据业务, 目前主要有以太网透传的方式和支持二层交换的方式。
1.3 ATM业务接口
体现了MSTP设备的多业务支持能力, 具有更强的融合性。ATM技术是一种非常出色的、基于信元交换的异步传送技术, 具有带宽可控、安全性好、延时小等优越特点。但由于各种原因, 目前主要在骨干网和传输质量要求很高的环境拥有一定的网络资源和应用。
1.4 交叉连接模块
交叉连接是MSTP的核心模块, 从各类具体设备支持数据承载的实施方案看, 可以大致分为四类。第一类称为多层SDH交换结构, 是在标准SDH TDM交换结构基础上实施统计复用。第二类称为混合的多交换结构, 内部具有分离的TDM交换结构和数据交换结构。在系统入口处对进来的业务量按不同的业务类型分开, 分别进入各自的交换结构, 即TDM交叉连接、ATM交换或以太网交换。第三类称为单交换结构, 即内部使用单个非T D M交换结构来支持混合的TDM和数据业务。
2、MSTP的组网与应用
MSTP将传统的SDH复用器、数字交叉链接器 (DXC) 、WDM终端、网络二层交换机和I P边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备, 可支持基于SDH的环形、树型、环相切、网孔型等复杂形式的组网, 且由统一的网管平台进行管理维护。应用非常广泛方便, 基于MSTP传送网的网络结构如图1所示。
3、网络的保护与恢复
为了提高业务传送的可靠性, 可采用保护和恢复两种方式, SDH传送网提供了完整的保护与恢复策略, MSTP也采用基于SDH的保护机制。保护是利用传送节点预先安排的容量, 用一定的备用容量去保护一定的主用容量, 备用资源无法在网络大范围内共享。
3.1 线性复用段保护
线性复用段保护是一种专用保护机制, 它对复用段层提供保护, 适用于点到点的物理网络。一个复用段保护用于保护一定数量 (n) 的工作复用段, 但不能对节点故障提供保护, 它可工作于单端或双端方式。
3.2 复用段共享保护环
复用段共享保护环的工作通道传送业用, 复用段共享保护环需要使用APS协议, 其保护倒换时间为50ms, 分为二纤和四纤双向复用段共享保护环两种保护方式。复用段共享保护环多用于STM-16和STM-64干线网以及中继网, 尤其是二纤在S T M-4和STM-1 6系统中常常用到。
3.3 通道保护环
通道保护环的业务保护是以通道为基础的, 是否进行保护倒换要根据出入环的个别通道信号质量的优劣来决定。通道保护环一般采用1+1保护方式, 即工作通道与保护通道在发送端永久性地桥接在一起, 接收端则从中选取质量好的信号作为工作信号。在进行通道保护倒换时, 只需在接收端把开关从工作通道倒换到保护通道上, 所以不需要使用APS倒换协议, 其保护倒换时间是所有倒换方式中最快的。
3.4 子网连接保护
子网连接保护 (SNCP) 是指对某一子网连接预先安排专用的保护路由, 这样一旦子网发生故障, 专用保护路由便取代子网担当在整个网络中的传送任务。子网连接保护包括利用固有的子网连接保护 (SNCII) 和利用非介入式监测的子网连接保护 (SNC/N) a。固有监测是指利用网络的固有可用信息如连接状态、性能数据等, 来间接地检测连接情况, 能防止服务层故障。非介入式监测是指利用对原来特征信息的只听监测 (非介入) 来直接地监测连接情况, 能防止连接性故障。
4、新一代MSTP的关键技术
目前国内外有MSTP系统设备生产能力的厂家有华为、中兴通信、UTSTARCOM及朗讯等。MSTP设备继承了SDH系列设备诸多优点, 如良好的网络保护倒换性能、对A T M业务较好的支持能力等。同时有新的发展, 第一是支持多种物理接口, 由于MSTP设备负责业务的接入、汇聚和传输, 所以MSTP必须支持多种物理接口, 从而支持多种业务的接入和处理。第二是支持多种协议, MSTP对多业务的支持要求其必须具有对多种协议的支持能力, 通过对多种协议的支持来增强网络边缘的智能性, 通过对不同业务的聚合、交换或路由来提供对不同类型传输流的分离。第三是支持多种光纤传输, MSTP根据在网络中位置的不同有着多种不同的信号类型。第四是提供集成的数字交叉连接交换, MSTP可以在网络边缘完成大部分交叉连接功能。
5、结语
MSTP继承了SDH的诸多优点, 同时又综合了IP的灵活性、ATM的支持能力、SDH的快速自愈和WDM的大带宽等技术优势, 通过多种技术的融合来达到对多业务支持的目的。不但能完成TDM业务的传送, 而且能接入ATM、以太网等分组业务, 实现二层的桥接和交换功能, 完成数据业务的接入和传送, 具有比较突出的技术优势和广阔应用前景
摘要：MSTP (Multi-Service Transport Platform, 多业务传输平台) 技术是在SDH平台之上传送IP, ATM, TDM等多种业务而实现的技术, 具有协议终结和转换功能, 使运营者可以在网络边缘提供多种不同业务, 具有比较突出的技术优势和广阔应用前景。本文仅对MSTP的功能原理、组网应用等方面进行介绍分析。
关键词：SDH技术,ATM业务,通道保护,多业务传输平台MSTP
参考文献
[1]吴凤修.SDH技术与设备.人民邮电出版社, 2008
[2]陈晓峰.多业务传输平台MSTP的技术定位.中国信息产业, 2009
多业务运营管理平台 篇4
1 时延对以太网业务的影响
延时特性对IP承载的不同业务有着不同的影响。对语音业务的影响主要表现为随着时延的增大, 回波干扰的影响也逐渐加大, 降低了收话的清晰度。延时超过24 ms, 人听觉就会有感觉。对于单向电视业务, 绝对时延影响不大, 但延时的变化会导致图形信号和伴音信号的不一致, 产生画面和声音脱节的现象。对于像IPTV (网络电视) 这类互动业务, 时延特性对用户的使用体验有较大的影响, 比如用户使用遥控器进行点播、快进、回看等与业务平台互动操作时, 对操作的延时特性有较为敏感的要求。IP网的时延对单向传输的业务没有实质性的影响, 但对采用TCP (传输控制协议) 的业务或信令系统等应用有较大的影响, 对该类业务的使用带宽有显著的降低作用, 因为该类业务是依赖一系列请求和确认协议来确保可靠的数据交互, 应用在等待完成这些流程的同时无法全面利用以太网链路上的可用带宽, 因此时延影响降低了应用数据的交付效率, 使得应用响应显得缓慢。时延被称为IP网络的“应用性能的无声杀手”, 比如, 对于采用Windows系统的终端, 它的默认最大发送数据包为65 500 byte, 由于TCP使用确认机制, 所以它的单线程下载带宽最大为65 500×8÷t, t为线路时延, 与线路时延是成反比的。比如用户开通了一条100 Mb/s专线电路, 线路时延假定为30 ms, 则用户用单线程工具下载的最大速率为17.5 Mb/s。当用户业务时延达到一定值以后, 提升带宽对用户单线程业务的实际使用带宽是没有效果的。表1给出了采用TCP的终端在不同时延下单线程下载带宽限制的数值。
2 MSTP以太网专线时延构成
2.1 以太网时延分析
时延是反映IP网络性能的重要参数。时延按帧转发方式可以分为存储转发和比特转发两种方式, MSTP以太网专线一般均采用存储转发方式。对于存储转发方式而言, 时延是指输入信号帧最后一位到达输入端口到该帧第一位出现在输出端口的时间间隔。但在实际生产情况下, MSTP以太网专线的时延一般是指运营商在客户机房的最靠近用户的以太网端口之间的信号时延, 测试时一般还要包含测试终端到该以太网端口的信号时延。
MSTP以太网专线的端到端时延主要由串行时延、传播时延和处理时延3个部分组成。在用户带宽较低的情形下, 串行时延对整个端到端时延影响较大, 对于传输距离较远的情形则传播时延占整个端到端时延的比例最大。
2.2 串行时延
串行时延是指一个信号帧在被处理前全部被一个接受节点所需要的时间。串行时延中影响较大的MAC (媒体接入控制) 帧开销和GFP (通用成帧规程) 封装时引入的时延。
对于MAC帧而言, 因其帧结构中需要7个字节的帧前码 (Preamble) 、1个字节的帧起始符 (SOF) 和12个字节的帧间隙 (IFG) 共20 byte的开销。因此, 因以太网帧引入的串行时延可以用表示为
其中PEth为净负荷, CEth为容量。以太网帧引入的串行时延与传输端口速率成反比, 速率越高, 接收一个完整帧的时间越短。串行时延与帧长有关, 帧越长, 时延也就越大。见表2。
另一个对串行时延有影响的因素是以太网帧的封装过程。我们就以应用最为广泛的GFP来进行分析。从以太网MAC帧使用GFP封装的基本过程中, 我们可以看出, 以太网帧封装进VC-n-Xv时增加了Core Header和Pay Load Type共8 byte的开销, 其时延可以表示为
其中PGFP为净负荷, BVc-n-Xv表示以太网电路的业务带宽。表3给出了GFP封装形成的时延典型值。
2.3 传播时延
传播时延T是指信号在传输介质中从发端到收端所需的时间, 它和传输距离以及传输媒质有关。其值可以由下式得到:
式中L为信号经过的光缆线路长度, C为光信号在真空中的速度, 取C=3×105km/s, n1为折射率, 取1.468, 如果是G.655光缆, n1取1.469。由上式可得光缆引起的时延约为4.9μs/km。L一般可以通过资源系统查询获得。需要指出的是, 跨本地网的业务信号在传输过程中通常会使用DWDM (密集波分复用) 、OTN (光传送网) 传输系统等设备, 也可能在本地网内使用了40Gb/s的传输系统或波分设备, 这些设备一般都会使用色散补偿光纤, 其长度一般可以从设计文件查得, 设计文件上一般会提供色散补偿光纤所补偿的光纤长度, 色散补偿光纤的自身长度大约为所补偿的长度的1/7。如果无法获得设计文件, 可由光缆长度来代替色散补偿光纤所补偿的光纤长度对时延进行估算。表4给出了信号在G.652光纤中的往返传播时延随传输距离变化的参考值 (含色散补偿光纤因素) 。
2.4 处理时延
处理时延是指信号经过光—电—光设备时, 从入设备到出设备所需时间延迟。对于SDH设备而言, 处理时延是随设备的不同实现方法而变化的。以数字交叉连接设备为例, 采用纯空分交叉连接处理140 Mb/s信号到140 Mb/s信号时, 一般延时只有几μs, 而采用时空时矩阵时时延可达30μs。另外, 不同的输出输入口组合也会有不同的时延, 速率越高需要的时延越小。根据YD/T 974—1998, SDH的处理时延对于VC12级别, 应小于125μs, 对于VC4级别, 应小于50μs, 网元的实测值比规范要小一些。SDH的设备延时在估算时可以通过仪表测试获得, 也可以每一个网元不分交叉级别统一用0.05 ms来估算。对于DWDM设备而言, 其延时主要发生在编码和解码的电层处理上, 每个波长转换网元引起的往返时延在0.05 ms左右, 即一个光复用段引入0.1 ms的往返处理时延。
3 以太网专线端到端时延评估
通过上面的时延分析, 我们来进行以太网专线业务端到端时延性能来进行评估。以太网业务的串行时延虽然受端口带宽和信号包长度等影响而变得不固定, 但一般变化不大, 还是比较容易分析。在一般情况下, 业务两端的串行时延在1 ms左右, 一般不会超过2 ms, 在评估时一般可以用1 ms来代替。
处理时延和传播时延的分析都必须建立在获得以太网业务的全程传输路径的基础上, 至少需要包括承载以太网业务的本地MSTP设备 (m1) 、干线ASON (自动交换光网络) 或SDH设备 (m2) 、干线波分或OTN设备段落 (m3) 、干线光缆路由 (Lt) 、本地光缆路由 (Ll) 、色散补偿光纤长度 (Ld) 。往返处理时延可以用 (m1+m2+m3) ×0.1 ms来估算, 往返传播时延可以用 (Lt+Ll+Ld) /100×0.98ms来估算。在MSTP以太网专线业务的开放过程中, 用来承载业务的VC (虚通道) 可能通过不同的路由来进行传输, 我们在对业务时延进行评估的时候应选择延时最大的一条路由。
由于OTN的引入, 确定SDH或ASON段落的传输光缆路径时需要特别注意, 两个局点之间的SDH或ASON传输段落既可以承载在直达短路径的波分设备上, 也可以承载在两个局点之间的迂回波分长路径上, 所经过的传输距离会有较大变化, 这一点在长途网络上需要引起特别注意。
以太网专线业务时延过大的原因主要有:由于系统规划不合理或发生倒换导致传输距离过长, 用户内部网络原因, 以太网端口工作方式与客户设备配置不一致, MSTP以太网卡板故障等情形。障碍排查的思路是分段排查, 首先确定障碍段落, 然后重点排查该段落, 找出障碍引起的原因, 确定故障点。MSTP业务的时延测试既可以用Ping命令来初步确定, 也可以由专门的MSTP测试仪来测试。在排除了本地网络故障段落的可能性之后, 推荐使用在承载业务的复用段内使用空闲时隙逐段环回的方法, 通过在运营商的局端使用传输测试仪的delay功能来测试延时特性, 这样既可以释放用户端的配合人员, 还可以不中断业务快速进行障碍段落判断。
4 结束语
由于各种原因, 我们对包括以太网在内的业务的时延性能在工程设计、验收、维护以及业务开通过程中, 都缺少必要的操作、测试、设计、验收规范, 都是等用户申告或业务运行不正常才会进行处理。但随着IP技术向各类电信业务颠覆性的渗透, 移动互联网业务将会快速崛起, 业务的时延性能的重要性会逐渐提高, 其重要性可能在不远的将来会超过业务的误码丢包等性能参数。我们要慢慢转变思路, 强化对业务时延性能的关注力度和管控能力, 确保网络的平稳高效运行。◆
摘要：根据MSTP (多业务传送平台) 以太网专线业务的信号传递过程, 分析了该类型业务的时延组成部分, 给出了常用的时延分析和计算方法以及一些常用数据, 对时延过大问题给出了一般的障碍分析和处理思路。
多业务运营管理平台 篇5
多业务终端：三网融合下的全媒体数字电视生活
作为国内数字视讯龙头企业，同洲电子在广电终端的技术创新与市场化应用上都走在行业前沿。随着三网融合的快速推进，公司大力发展以智能机顶盒、智能一体电视机为代表的融合多元化技术的新型终端，针对存量市场与新兴市场，互补推进智能化，促进适应三网融合发展的终端的繁荣。
CCBN展上，展出了以同洲N9008C盒家欢机顶盒、N9201增强型高清机顶盒为代表的机顶盒新品，应用于高端用户市场的N9008C盒家欢机顶盒采用Android智能操作系统，支持三屏互动、甩信等三网融合业务，集成Cable Modem、蓝牙、Wi Fi模块，可直接与PC共享广电带宽，凭借其简约的外观与强大的功能，吸引了大量参展人士现场体验。
同样在现场大受欢迎的，还有搭载Android智能操作系统的同洲4G智能一体电视机新品，令人耳目一新的超窄边框、IPS硬屏的外型设计，功能上，更是将高清LED电视机和高清双向机顶盒合二为一，搭载Android智能操作系统开放平台，内置Cable Modem和蓝牙，内置WiFi，实现了高品质数字显示效果及动态业务下载，支持全业务电视娱乐服务，为用户提供了更为便捷的数字电视终端选择。
这些新品都融合了多领域技术，在支持传统视音频业务基础上，实现网络接入并支持语音及数据业务的运营, 成为真正意义上的跨网络、多媒体、全业务的新型网关产品，让用户可以随时随地享受各类业务。
全业务平台：实现海量增值业务的快速部署
同洲电子一直致力于打造具有良好开放性、可扩展性的标准的全业务平台，让广电运营商能方便、快速地像苹果应用商店一样去部署大量的业务和应用，让用户能更方便地获取各种业务和应用。同洲电子与其子公司深圳市龙视传媒有限公司共同展出了云媒体SDP平台解决方案，创新人机交互技术以及丰富的增值业务，得到参会运营商、产业链上合作伙伴的一致好评。翔云云媒体SDP平台解决方案引入PaaS理念，使SDP步入云平台，通过将垂直构架的业务平台中业务支撑部分统一剥离，形成能整合各类业务系统管理功能模块、实现资源共享的公共平台，为广电增值业务提供统一的管控平台，同时为增值业务的开发提供统一的接口，实现增值业务的快速交付、部署、上线。目前，该平台方案已在江苏成功商用，助力江苏广电发展了众多新的CP、SP，吸引了大量数字电视新用户。在展台现场展出的三屏互动、甩信、电视彩信、智慧社区、互动教育、凡客、喜阅、行业大客户等丰富的增值业务，充分体现了翔云云媒体SDP平台在业务快速部署上的优势，吸引了大量观众参与体验。
同洲还展出了能实现全网差异化运营的NGOD分级运营系统，满足广电运营商差异化需求，用户既可享受省网业务，也可观看本地业务。此外，还展示了以智能语音识别为代表的创新人机交互技术，通过对智能手机或遥控器说话就能轻松操控电视功能。
多业务运营管理平台 篇6
电力系统的多业务传送平台 (multi-service transport platform, MSTP) 专网中 (本文提到的MSTP是指基于同步数字体系 (SDH) 的MSTP) , 部分以太网业务属于汇聚型业务, 即从各厂站汇聚到调度机构的业务, 例如自动化能量管理、电能计量、变电站视频监控等[1]。此类业务的承载方式有MSTP专线、数据网通道两种[2,3]。其中MSTP专线方式即在MSTP专网上开通从各厂站至调度机构 (点对点) 的EOS (Ethernet over SDH) 以太网业务[4], 视情况配置子网连接保护 (sub-network connection protection, SNCP) [5]。由于电力系统的厂站分散在电力通信网的各片区域, 多个点对点的业务拓扑看起来像星形, 因此本文将此方式简称为星形开法, 将业务的汇聚节点 (即调度机构) 简称为中心站点, 将各厂站简称为业务端站。
MSTP以太网业务的星形开法在电力通信领域应用较广泛[6,7]。采用星形开法开通此类汇聚型以太网业务, 对链路带宽、中心站点以太网端口、中心站点以太网业务汇聚能力的消耗较大。由于各业务路由最终会集中于中心站点, 因此中心站点附近区域的链路被多条业务的路由反复经过, 带宽占用大。此外, 业务最终要在中心站点落地, 即使在中心站点启用以太网汇聚功能, 对中心站点的以太网业务端口、以太网业务汇聚能力的消耗仍与业务端站数量呈线性相关, 而MSTP设备中以太网板卡的端口数量和汇聚能力有限, 因此需要在中心站点的MSTP设备配置较多以太网板卡以满足此类业务的需求, 成本高。
基于以太环网的汇聚型以太网业务开通方式, 即以一个或几个以太环网将业务端站与中心站点串联起来 (简称环形开法) 。一般认为MSTP支持两类以太环网:基于二层交换和生成树协议的以太环网、基于弹性分组环 (RPR) 的以太环网[8,9,10]。这两类以太环网于2004年前后开始被广泛关注, 并在公网通信运营商城域网、轨道交通专网等领域得到应用[11,12,13,14]。截至目前, MSTP以太环网在电力通信领域得到的关注和应用较少。
对MSTP以太环网已有的研究表明, 基于二层交换和生成树协议的以太环网实现方式简单, 但存在环路节点越多性能越低 (因环路节点较多时媒体访问控制地址查询效率不高所致) 、带宽分配不公平、虚拟局域网 (VLAN) 地址重用、保护倒换时间相对长等问题;基于RPR的以太环网带宽分配公平、转发效率较高、支持VLAN地址重用、保护倒换时间相对短, 但也有软件处理较复杂、成本高等缺点。
电力系统的业务需求及其MSTP专网的独特性, 使得基于二层交换和生成树协议的以太环网具备可观的实用性。首先, 有业务需求的厂站数量有限 (一张网内一般不超过200个) , 而且可通过规划多个以太环网进一步降低环路节点数量, 因此可认为环路性能和VLAN地址不是主要矛盾。其次, 厂站向中心站汇聚的以太网业务带宽需求通常不高, 可为业务规划充足的独享带宽, 以解决带宽分配不公平导致的服务质量问题。再次, 通过SNCP和快速生成树协议 (RSTP) 的配合, 一定程度上可以解决破环后的保护倒换问题。此外, 由于电力系统的MSTP专网一般不配置RPR模块, 应用基于RPR的以太环网承载此类汇聚型以太网业务需要额外增加硬件, 效费比相对不高。
本文重点研究了MSTP的基于二层交换和生成树协议的以太环网承载汇聚型以太网业务。通过数学建模和计算将环形开法和星形开法的带宽、中心站以太网端口消耗和汇聚处理能力消耗、业务可靠性等指标进行了量化比较, 并以南方电网主干传输网实际案例印证了分析结果。最后, 根据计算结果, 本文提出了应用环形开法的几点建议。
1 环形开法的开通步骤
环形开法用一个或多个以太环网将业务端站与中心站点串联起来。每条以太网业务作为以太环网的链路, 可配置SNCP保护。采用以太环网开通方式配置业务的步骤如下。
步骤1:规划环路, 计算带宽。由于以太网的共享介质特性, 环链路上需要承载环上所有节点的数据。设每站与中心站间带宽需求为x, 所有站点总数为N (包括所有业务端站和中心站) 。若仅设置一个以太环网, 环链路带宽应不小于xN, 由于MSTP提供带宽的最小颗粒度是2 048kbit/s[15], 则每条环链路所需的带宽为:
式中:ceil (·) 表示向上取整函数。
当N较大时, 导致ceil (xN/2 048) 很大, 即环链路所需带宽较大。可通过设置多个经过中心站点的以太环网, 以减少每个环串联的业务端站数量, 达到减少环链路所需带宽的目的。设某个环串联的业务端站总数为Nr, 则该环链路带宽至少需要ceil (xNr/2 048) , 由于Nr≤N, 因此有ceil (xNr/2 048) ≤ceil (xN/2 048) 。
采用以太环网开通方式, 首先需要根据网络拓扑进行业务通道规划, 确定以太环网的数量和每个以太环网串联的业务端站, 再根据式 (1) 计算每个环网的链路带宽。
步骤2:RSTP配置。由于以太网成环后会有广播风暴问题, 可通过RSTP协议解决[16]。目前主流的MSTP产品均可具备RSTP功能, 需要在中心站点和每个业务端站上的以太网板卡上开启RSTP协议并做相应配置。
步骤3:开通MSTP以太网业务。开通每个以太环网的两两相邻业务端站间、中心站点与其相邻业务端站间的以太网业务, 并根据业务可靠性需求配置SNCP。
以太环网正常工作时, 任意业务端站均能在本站发信至以太环网上, 并能从以太环网上收信到本站;同时, 任意业务端站从环上发送/接收的数据应能从其他业务端站穿通。因此, 环形开法的所有以太网业务, 应配置为一个局域网端口 (用于本站上下业务) 与两个广域网端口 (每个广域网口与一个以太环路方向一一对应) 之间的以太网专用局域网业务[17]。
2 链路带宽消耗
本节将通过理论计算对比环形开法和星形开法的带宽消耗, 并辅以实际案例印证。为简化计算, 假设网络中的站点要么是中心站、要么是业务端站。
2.1 环形开法
若用一个以太环网将所有业务端站和中心站点穿通, 以太环网的环链路共N条, 每个环链路带宽为ceil (xN/2 048) , 总的带宽消耗为:
式中:B (n) 为以太环网总数为n (n为正整数) 时, 汇聚型业务总的带宽消耗。
若用R个以太环网分别将业务端站和中心站点串联, 设环i的节点数为N (i) , 总的带宽消耗为:
当各以太环网的节点数相等时, 式 (3) 简化为:
2.2 星形开法
设nm表示至距离中心站点的最短路径为m跳的站点数目, R (N, c) 为平均度为[18]c的网络在星形开法下业务路由经过链路条次总和, 总的带宽消耗B (N, c) 为ceil (x/2 048) R (N, c) 。
不同网络结构下R (N, c) 的值是不同的, 下面根据网络中各节点的度[18]构建不同的网络模型, 并计算相应的R (N, c) 。
2.2.1 环网 (所有节点度均为2)
1) 若N为奇数 (拓扑见附录A图A1) , 经计算, 可得到:
2) 若N为偶数 (拓扑见附录A图A2) , 经计算, 可得到:
2.2.2 网状网 (平均度大于2)
若不限制平均度大于2的网络结构, 可构造所有业务端站均有直连中心站点的链路的网络, 其R (N, c) 为最小, 值为N-1。这种网络的中心站点的度为N-1, 但实际上中心站点不可能有这么高的度, 实际情况是各站点 (包括中心站点) 的度普遍为2~4。因此, 为模拟实际情况, 同时考虑简化模型、方便计算, 假设网络中所有节点的度均为3或4 (所有节点的度均为2的情况即为环网, 已在2.2.1节中讨论) 。
1) 所有节点度均为3
假设网络中所有节点的度均为c, 网络的平均度也为c, 按下列算法—1组网, 可使R (N, c) 最小 (即c=3, N为正整数且N>3) 。
下面采用归纳法证明, 在“所有节点的度均为3的约束下”, 按算法—1组网的R (N, c) 为最小值。
所有节点度均为3的网络, N最小为4, 其拓扑 (见附录A图A3) 是由4个节点组成的全连通网络。
由于每个业务端站都有直达中心站点的路由, 因此该拓扑的R (4, 3) 最小, 其值为3。
假设N=t时, R (t, 3) 最小, 则需要证明当按算法—1在拓扑中新增一个节点即N=t+1时, R (t+1, 3) 最小。
在N=t的情况下, 按算法—1构造的网络中, 距离中心站最短路径跳数最大值为m, 距离中心站最短路径为m跳的站点的个数为nm。由于每个节点的度为3, 根据Dijkstra算法[19,20], 可知距离中心站点m跳的节点个数最多不超过3×2m-1个。
根据假设条件, N=t的情况下按算法—1构造的网络的R (t, 3) 最小, 且任一节点至中心站点最短路径跳数最大值为m, 因此新增节点时, 最短路径不可能小于m (若存在某节点至中心站的最短路径小于m, 则将某个m跳节点及其邻接链路删除, 并新增这个节点及其邻接链路, 如此构造出的拓扑的R (t, 3) 可以更小, 与假设矛盾) 。
当nm<3×2m-1时, 根据算法—1, 新增的节点至中心站的跳数为m, 是所有可能性中最短的, 因此R (t+1, 3) 最小这一命题成立。
当nm=3×2m-1时, 根据Dijkstra算法, 若新增节点距离中心站点的跳数仍为m, 则距离中心站点m跳的节点的总数将超过3×2m-1个, 与“所有节点的度均为3”这一约束矛盾, 因此新增节点至中心站的最短路径跳数的最小值为m+1。根据算法—1, 此时新增节点距离中心站的跳数为m+1, 是所有可能性中最小的, 因此R (t+1, 3) 最小这一命题成立。
至此, 证明成功。
按算法—1构建网络的R (N, c) 计算公式如下。
当N=3×2mh-2, mh为至中心站最短路径跳数中的最大者时:
当N≠3×2mh-2时:
2) 所有节点度为4
类似地得出该情况下R (N, c) 计算公式如下。
当时:
当时:
R (N, 3) 和R (N, 4) 随N的变化趋势见附录A图A4。
按算法—1构建的所有节点度均为3或4的拓扑示例见附录A图A5。
3) 平均度c与R (N, c) 的关系
实际情况下, 由于光缆数量限制, 平均度c>4的通信网较少。
显而易见, 其他条件恒定时, c越大, R (N, c) 越小, 即c1>c2时, R (N, c2) ≥R (N, c1) 。
汇聚型业务的中心站点在网络中的位置也对R (N, c) 有直接影响。设网络拓扑不变, 若汇聚型业务的中心站位于网络的中心位置, 则R (N, c) 较小;若汇聚型业务的中心站位于网络的边缘位置, 则R (N, c) 较大。
实际情况下, 为保证故障情况下网络连通性, 网络的平均度一般不小于2, 考虑到环网的中心站点位置对于R (N, c) 的值没有影响, 因此R (N, 2) 可作为现实网络的R (N, c) 的上限值。
实际情况下, 网络的平均度一般不大于4, 且中心站不一定位于网络的边缘位置。若网络的平均度在 (2, 3]范围内时, 按算法—1得出的R (N, 3) 可作为实际网络的R (N, c) 的下限值;若网络的平均度在 (3, 4]范围内时, 则R (N, 4) 可作为实际网络的R (N, c) 的下限值。即
2.3 对比
2.3.1 业务带宽需求x的影响
星形开法带宽消耗量和环形开法 (单环形) 带宽消耗量比值为ceil (x/2 048) R (N, c) / (ceil (xN/2 048) N) 。这里仅考虑单环形的情况, 多环形情况的分析方法类似。
假设其他条件不变, x变化对星形开法带宽消耗量和环形开法带宽消耗量比值的影响, 取决于ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) 的值随x的变化情况。
令x=2 048t+h, h为小于2 048的正整数, t为非负整数。x的增加可视为t的增加和h在[0, 2 047]范围内的周期性变化。ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) = (t+1) / (tN+ceil (hN/2 048) ) , 有下列性质。
1) x→+∞, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) →1/N。
2) x→0, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) →1。
3) x=2 048n1, n1为正整数时, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) =1/N。
4) x为正整数, x=1时, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) 取最大值1/ceil (N/2 048) 。
5) [2 048t+1, 2 048t+2 048]范围内, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) 递减, 其最大值小于上一周期 ([2 048t-2 047, 2 048t]) 的最大值。
例如当N=100时, 随x变化, ceil (x/2 048) /ceil (xN/2 048) 的取值如图1所示。
R (N, c) /N的值可通过本文2.2节所示方法得到, 除N为个位数的情况外, R (N, c) /N>1且随N递增。
综上, 当x相对2 048kbit/s较小时, ceil (x/2 048) R (N, c) / (ceil (xN/2 048) N) >1, 即星形开法较环形开法消耗更多带宽;随着x增加, 这一比值总体呈逐渐减小 (其间有周期为2 048kbit/s的振荡) 直至小于1, 此时星形开法较环形开法消耗更少带宽。
例如, 环形开法为单环配置下, 计算x为64kbit/s时星形开法带宽消耗量和环形开法带宽消耗量比值, 如图2所示。可见x为64kbit/s时, 比值普遍大于1, 符合上述规律。x为2 048kbit/s时, 单以太环网下星形开法带宽消耗量和环形开法带宽消耗量的比值见附录A图A6。
2.3.2 环数量R的影响
考虑环形开法多个环情况, 星形开法带宽消耗量和环形开法带宽消耗量比值为ceil (x/2 048) ·R (N, c) /[ceil (xN/ (2 048R) ) (N+R-1) ]。
假设其他条件不变, 环数量R从1开始变化, 对带宽消耗量的影响取决于 (N+R-1) ceil (xN/2 048R) 的值随R变化的情况。因 (N+R-1) ·ceil (xN/ (2 048R) ) 由两个因子N+R-1和ceil (xN/ (2 048R) ) 组成, 前者是R的线性函数, 后者有如下规律。
1) 当xN≤2 048kbit/s, R≥1时, ceil (xN/ (2 048R) ) 总是为1, R对其没有影响。此时, (N+R-1) ceil (xN/ (2 048R) ) 随R递增。
2) 当xN>2 048kbit/s, ceil (xN/ (2 048R) ) 近似为R的反比例函数。此时, 随着R从1递增, (N+R-1) ceil (xN/ (2 048R) ) 以近似反比例递减。当R增长不能导致ceil (xN/ (2 048R) ) 减小或者ceil (xN/ (2 048R) ) 的减少量不能抵消N+R-1的增长量时, (N+R-1) ceil (xN/2 048R) 反而随R递增。
例如x为64kbit/s时, 对比单环配置 (R=1) 和双环配置 (R=2) 下星形开法带宽消耗量和环形开法带宽消耗量比值, 如图2和图3所示。
可见N较小时 (xN≤2 048kbit/s) , 双环配置下和单环配置下带宽消耗量比值没有变化;进一步加大N (xN>2 048kbit/s) , 双环配置下带宽消耗量比值较单环配置下更高, 由于环数量不影响星形开法带宽消耗量, 说明双环配置的带宽消耗量小于单环配置。
2.3.3 实际案例
以南方电网某主干传输网为例, 节点总数N=88, 链路为172条, 网络的平均度为3.91, 采用R (N, 4) 作为R (N, c) 的下限值, 当x=64kbit/s时, 按本文提供的公式计算的星形开法和环形开法带宽消耗数量比值为:
假设业务从除中心站点 (南网总调) 外的所有节点向中心站点汇聚, 逐条计算路由, 结果如表1所示。若采用星形开法, 带宽消耗数量为558。若采用环形开法, 单环情况下, 带宽消耗数量为264, 双环情况下 (一个环为44节点, 一个环为45节点) , 带宽消耗数量为178, 三环情况下 (每个环均为30节点) 带宽消耗数量为90。星形开法的带宽消耗数量是环形开法的2.11~6.2倍, 倍数符合上述理论计算的范围。
若x变为2 048kbit/s, 其他条件不变, 则
若采用星形开法, 带宽消耗数量为558。若采用环形开法, 单环情况下, 带宽消耗数量为7 744, 双环情况下 (一个环为44节点, 一个环为45节点) , 带宽消耗数量为3 961, 三环情况下 (每个环均为30节点) , 带宽消耗数量为2 700。星形开法的带宽消耗数量是环形开法的7.2%~21%。
可见, 随着环形开法的以太环网数量递增, 环形开法的带宽消耗数量明显递减;当单站带宽消耗量为64kbit/s时, 星形开法的带宽消耗大于环形开法的带宽消耗, 当单站带宽消耗量为2 048kbit/s时, 环形开法的带宽消耗则大于星形开法的带宽消耗。
3 中心站以太网端口和汇聚处理能力消耗对比
采用环形开法, 若用一个大环将所有业务端站和中心站点串联起来, 则中心站点以太网端口占用数为ceil (xN/105) 个快速以太网 (FE) 口或ceil (xN/106) 个千兆以太网 (GE) 口。仅消耗2单位汇聚能力。
采用环形开法, 若用R个小环将所有业务端站和中心站串联起来, 则中心站占用个FE口或个GE口。仅消耗2R单位汇聚能力。
采用星形开法, 设MSTP设备的单板汇聚比最高为C∶1 (C>1) , 则中心站以太网端口占用数为ceil (N-1/C) ceil (xC/105) 个FE口或ceil (N-1/C) ceil (xC/106) 个GE口。消耗N-1单位汇聚能力。
1) 中心站点端口数量消耗对比
在每站所需带宽x值为64kbit/s和汇聚比C值为8情况下, 星形开法和环形开法的端口数量消耗比值如图4所示。
当每站所需带宽x不大于2 048kbit/s, 每站所需带宽x和汇聚比C不变情况下, 随着网络节点数N的增大, 星形开法和环形开法的端口数量消耗比值大于1且逐渐增加, 即环形开法在端口数量消耗上的优势逐渐变大。当每站所需带宽x远大于2048kbit/s (例如图4中, x为2 048×50kbit/s) 时, 每站所需带宽x和汇聚比C不变情况下, 随着网络节点数N的增大, 星形开法和环形开法的端口数量消耗比值逐渐下降, 最终接近于1, 即环形开法在端口数量消耗上的优势逐渐消失。
当汇聚比增加时, 星形开法消耗的中心站端口数量下降, 环形开法消耗的中心站端口数量不受影响。汇聚比为24时的星形开法和单环形开法端口消耗数量比值见附录A图A7。
考察环形开法的环数量对中心站端口数量消耗的影响, 取环形开法的环数量为1和2, 环数为2时尽可能保证2个环节点数之差最小, 经计算, 双环形开法的端口数量消耗明显大于单环形开法, 但当网络节点数N增加或每站所需带宽x增加时, 两者趋同。单环形开法和双环形开法消耗端口数量比值见附录A图A8。
2) 中心站点汇聚能力消耗对比
星形开法和环形开法的汇聚能力消耗比值与每站所需带宽x值和汇聚比C值无关, 与环形开法的以太环网数目有关。当以太环网数目增加时, 由于环形开法的汇聚能力消耗数量增加, 而星形开法的汇聚能力消耗数量不变, 导致星形开法和环形开法的汇聚能力消耗数量比值下降。随网络节点总数线性增加时, 环形开法的汇聚能力消耗不变, 但星形开法的汇聚能力消耗也线性增加, 环形开法有明显优势, 如图5所示。
4 业务可靠性
当站点的独立光方向不少于4时, 以太环网的环链路配置SNCP, 同时开启以太环网的生成树协议, 环形开法最多可以充分利用4个光方向, 达到N-3故障不中断业务。极端情况下, 当4次故障同时发生时, 不同位置的N-4故障可能会中断故障点之间一串站点的业务, 但这种情况的概率 (按光链路可用率为99.9%计) 只有10-12。任意3个光链路同时故障都不会中断业务。
星形开法最多只能利用站点的2个光方向, 可靠性水平只能达到N-1故障不中断业务。N-2故障就会中断业务。环形开法、星形开法故障情况下的可靠性水平见附录A图A9。
环形开法能做到N-3故障不中断业务, 星形开法只能做到N-1故障不中断业务。环形开法可靠性较星形开法可靠性高2个量级, 理论上有显著优势。但实际上能否将环形开法的可靠性发挥到N-3水平取决于网络结构, 同时需要折中考虑SNCP对带宽的消耗。
5 对以太环网应用的探讨和建议
上述分析结果表明, 环形开法较星形开法, 对中心站以太网汇聚能力的消耗更少, 业务可靠性更高, 而且当每站业务带宽需求x相对2 048kbit/s较小时对链路带宽、中心站以太网端口的消耗更少。
节省链路带宽消耗数量、中心站以太网端口消耗量、中心站以太网汇聚能力消耗量, 意味着可以直接节省光链路、中心站以太网板卡配置的投资, 提高业务可靠性则降低了业务中断可能造成的损失, 环形开法的优势能直接转化为生产运行效益。
需要指出, 环形开法也有其劣势, 同时星形开法也有改进余地。
1) 随着每站业务带宽需求增加, 环形开法在链路带宽消耗量上的优势逐渐减弱, 最终会劣于星形开法。
2) 当每站业务带宽需求远大于2 048kbit/s时, 环形开法在中心站以太网端口消耗量上的优势不明显, 但不会劣于星形开法。
3) 环形开法的业务拓扑比星形开法更复杂, 若网管系统不具备对端到端业务的管理功能, 对运行维护人员的技术水平要求比星形开法更高。网络管理系统对端到端业务的管理功能, 是简便管控以环形开法开通的汇聚型以太网业务的必要条件。
4) 星形开法若采用多级汇聚方式, 即将网络划分为若干区域, 每个区域设置1~2个汇聚站点, 开通区域内业务端站至区域汇聚站点的以太网业务、区域汇聚站点至中心站的以太网业务, 也可以有效减少对中心站点以太网汇聚能力的消耗, 但不节省对中心站点以太网端口数量的消耗。
为了避免以太环网中出现广播风暴, 有必要开启RSTP协议。本文应用的场景中, 根节点设置为调度机构, 每个以太环网的直径即为环上节点总数的一半, 从电力通信网的规模来看, 以太环网的直径大于RSTP网络直径 (最大跳数) 默认值的情况较普遍, 这可能会造成RSTP协议出现问题。现提出两种解决方案:一是修改RSTP网络直径参数 (最大跳数) 以匹配现有以太环网的直径;二是只在中心站点和以太环网上的最远节点开启RSTP协议, 其余不开启RSTP协议的站点可透明传送网桥协议数据单元 (BPDU) 报文, 由于环网的结构较为简单, 仅在距离中心站的最远节点处破环即可避免广播风暴出现, 可缩短故障影响环网结构时协议重新收敛并破环的时间。
综上所述, 对环形开法的实际应用提出下列建议。
1) 环形开法的最佳适用场景是MSTP网络中存在大量从业务端站至中心站点的汇聚型以太网业务, 且每站的业务带宽需求小于2 048kbit/s。
2) 业务端站总数较多时, 宜增加以太环数量以降低链路带宽消耗, 但以太环数量不宜过多以免中心站以太网端口和汇聚能力消耗过大。折中考虑, 视网络结构和业务端站总数, 建议环数量在1~min[3, ceil (xN/2 048) ]范围内。
3) 若采用环形开法, MSTP网管系统宜具备对端到端业务的管理功能。
6 结语
本文以理论计算、分析实际案例等手段, 研究了在电力系统中应用MSTP的基于二层交换和生成树协议的以太环网承载汇聚型以太网业务。研究结果表明, 环形开法在业务可靠性、中心站以太网业务汇聚能力消耗上较星形开法有明显优势;当每站的业务带宽需求相对2 048kbit/s较小时, 环形开法在链路带宽消耗、中心站以太网端口数量消耗上较星形开法也有明显优势;仅在每站的业务带宽需求大于2 048kbit/s时, 环形开法在链路带宽消耗、中心站以太网端口数量消耗上的优势不明显或没有优势。
附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。
摘要：研究了多业务传送平台 (MSTP) 网络汇聚型以太网业务的环形开法 (以一个或几个以太环网将各厂站与调度机构串联起来) 在电力系统中的应用。通过数学建模计算、采用南方电网主干通信网实际案例印证等手段, 对比了环形开法和星形开法 (开通从各厂站至调度机构的点对点以太网业务) 的链路带宽消耗、中心站以太网端口和汇聚处理能力消耗、业务可靠性等指标。结果表明, 环形开法在业务可靠性、中心站以太网业务汇聚能力消耗上较星形开法有明显优势;当每站的业务带宽需求相对2 048kbit/s较小时, 环形开法在链路带宽消耗、中心站以太网端口数量消耗上较星形开法也有明显优势;仅在每站的业务带宽需求大于2 048kbit/s时, 环形开法在链路带宽消耗、中心站以太网端口数量消耗上的优势不明显或没有优势。最后, 根据计算结果, 提出了应用环形开法的几点建议。
多业务运营管理平台 篇7
MSAP(多业务接入平台)系统采用典型的分级分层的拓扑结构,包含机架式局端设备和盒式远端设备。由于远端设备分布的离散性,升级这些设备的工作量很大。当前主要采取的升级方法是依靠人工现场操作完成,既需要很高的成本,也需要花费很长时间。
本文提出一种可用于MSAP系统中各个节点设备的软件自动在线升级的方法,用以弥补传统人工升级方法的不足。该方法通过DMU(数字交叉连接管理单元)的应用程序和网管系统联合实现,网管系统可以提供自动升级功能使能、定期服务器端版本查询、主动查询、自动下载、更新提示和自动升级状态显示等功能。为保证程序的完整性,所有设备接收到更新程序后均要进行数据检验,避免出错。
1 自动升级拓扑结构
DMU作为自动升级的发起端,能够定时或者在接收到网管命令时及时查询FTP(文件传送协议)升级服务器,MSAP机架上的线卡通过背板的以太网总线接受DMU的统一管理。由于实际业务需求不同,线卡的类型、远端设备的类型以及数量会有所不同,但其典型的拓扑结构是分层分级结构,这也是自动升级功能的典型拓扑结构,如图1所示。
2 自动升级方法设计
2.1 基本数据结构
2.1.1 设备信息数据结构
为了分辨服务器上的升级代码是否适用于本端MSAP系统中的设备,DMU需要采集本地信息,包括本地机架上所有线卡、所有远端的类型以及软件版本信息。当DMU获取到升级程序后,需要明确知道该程序适用于哪个槽位上的线卡,或者适用于哪个槽位上的远端设备。综合考虑以上因素,设备信息数据结构设计如下:
typedef struct
{
UCHAR slot;
UINT16 DeviceType;
UCHAR SoftHighVer;
UCHAR SoftLowVer;
struct DeviceInfo *next;
} DeviceInfo, *DeviceInfoList;
2.1.2 设备信息表
设备信息表以链表的形式保存。设备信息表建立原则:只保存自身和自身所有远端设备的DeviceInfoList。每个设备会主动向下一级设备查询其设备信息表,然后保存在本地。设备信息表存储形式如图2所示。
每个设备维护自己的设备信息表,需要不断更新表项,更新内容包括删除、增加。当设备不存在时,上游设备删除该设备节点以后的表项;当设备接入系统时,上游设备增加该设备的设备信息表。因为所有设备在不断查询,若干次查询后所有设备上的信息表会趋于稳定。设备信息表的一个重要作用就是让设备根据本地保存表项中的slot值和DeviceType值知道“程序该发往何处”。
2.2 Flash分配和应用程序启动
DMU的操作系统采用TrueFFs文件系统[1,2],可以非常方便地进行文件的各种操作,只需要根据映像创建时间、映像名,BOOT程序就能将不同映像从Flsah加载到RAM(随机存取存储器)中重启运行,达到“版本回滚”功能。
线卡或者远端设备使用的MCU(微控制单元)均有所不同,不支持操作系统,因此这些芯片需支持IAP(在应用中编程),可以在系统中获取新代码并对自己重新编程,这种方式的典型应用就是用一小段代码来实现程序的下载[3]。可将Flash分成BOOT程序区、应用程序区和程序下载区[4]。
BOOT程序区:起始地址为BOOT_BASE_ADDRESS,存放系统的bootROM或者bootloader。
应用程序区:当软件复位Reboot后,BOOT程序将下载区中内容复制到应用程序区,然后跳转到应用程序区的起始地址,运行升级后的程序。
程序下载1区和2区:用于存放下载或者接收到的升级程序。可在Flash空余空间定义一个字节UPGRADE_FLAG_BYTE,用来表示当前下载区,值为1或者2。当需要接收程序时,首先改变UPGRADE_FLAG_BYTE的值,此值用以标记当前下载区。
将程序下载分为两个区是为了设备程序支持“版本回滚”功能,即使发生存储转发的是中间设备,程序也会下载到不同的下载区,不会覆盖之前的版本。在加载程序之前改变UPGRADE_FLAG_BYTE中的值即可。“版本回滚”功能可以防止新程序导致严重的错误,提高系统的可靠性。
2.3 程序下发、接收以及回告机制
升级软件的下载设计为“层层存储转发”的形式,回告机制设计为“层层上报”的形式,类似于“接力”。升级软件会从DMU开始,一直存储转发到相应设备处。
2.3.1 程序存储转发机制
定义程序下发信号。
PROG_SEND:程序发送。设备接收到该信号时,表示上级设备给本端发送程序,本端开始接收。
存储转发的实现主要依据保存在各个设备中的设备信息表实现,当DMU下载到DeviceType = 0x0306的升级程序时,表示该升级程序适用于三级远端类型为06的设备,DMU会查询本地设备信息表,找到所有含有DeviceType = 0x0306的设备的slot号,然后根据slot号将程序发往相应槽位上的线卡,DMU会下发PROG_SEND信号。
线卡收到PROG_SEND信号时,如果是多任务系统,则会创建程序接收处理任务;如果是单任务系统,则会进入程序接收处理函数。线卡会按照与DMU类似的过程查询本地的设备信息表,然后发往相应的二级远端。
2.3.2 回告机制
定义回告信号。
PROG_FORWARD:程序转发。设备转发程序前向上级回告该信号。
PROG_CHECK_ERR:程序校验错误。设备接收到程序后进行校验,若发现校验错误,则向上级回告该信号,上一级设备发现该信号后重发升级程序,并且向上传递该信号。
PROG_RECEIVED:
程序接收成功。设备成功接收程序后向上级回告该信号,上级接收到该信号后表示本次发送成功,如果以后收到PROG_CHECK_ERR的回告信号表示发送错误发生在下面的传输中,本级只负责将该信号传递给上级,不负责重发。
PROG_UP_ERR:自动升级错误。
PROG_UP_OK:自动升级完成。
回告信号均会依次向上转发至DMU,DMU可以根据回告信号监测升级过程。如果是转发给多路远端,则回告信号后会增加一个字节以指示是发往哪一路远端。一个三级设备升级程序转发情况如图3所示。
3 自动升级过程
自动升级程序的主要部分运行在设备的应用程序中。DMU每隔一段时间(升级时间和间隔时间可由网管设置,如:24∶00每24 h)或按照网管命令主动查询服务器上的升级程序,获得该升级程序的适用设备类型(Upgrade_DeviceType)和版本信息(Upgrade_SoftHighVer,Upgrade_SoftLowVer),如果设备类型相符且软件版本信息更高,DMU会从服务器上下载该程序并保存到本地下载区中,如图4所示。
如果下载的是DMU的升级程序,DMU会自动完成映像的加载并重启;如果是线卡的升级程序,DMU将该程序通过背板以太网总线发往相应槽位的线卡,线卡的应用程序完成程序接收、校验等一系列操作;如果是二级远端设备的升级程序,DMU同样先将该程序发往相应槽位的线卡,再由线卡通过E1的数据通道发往二级设备。线卡和二级远端设备有可能作为转发节点,其自动升级过程与DMU类似。各级自动升级流程如图5所示。区别在于DMU作为回告信息最终处理节点,不需要向上发送回告消息;三级设备作为最后一级,不需要转发功能,只用于接收。当应用程序接收完成后,会进行软重启,BOOT程序将当前下载区中的应用程序拷贝至应用程序区,达到升级的目的。
4 在线自动升级验证与测试
将上述方法应用到现有的MSAP系统中进行试验,验证内容包括正确率、升级过程所花时间和升级对业务的影响。
在试验环境下,线路影响被降至最低,可以不考虑线路对传输的影响,能够保证程序的正确接收和转发,正确率100%。同时,软件设计中包括程序校验、DMU监控、回告以及重发等机制,保证了系统的稳定性和可靠性。
一般DMU等线卡程序大小在1.5 M左右,程序通过千兆以太网总线传输,几乎在“一瞬间”就能完成程序的传送;远端台式程序要小得多,大概200 K左右,通过2 M的单E1线,发送速率也很理想。DMU为了实现单个升级程序从下载到转发至相应设备以及设备升级情况的全程监控,需要不断监听回告信号,因此,整个升级过程是串行的,当服务器端的升级程序有很多时,需要一个接着一个地进行。另外,有的线卡能够接多个二级远端,线卡可以并行将升级程序发往远端。综上所述,能够保证整个升级过程所耗时间在可接受的范围内,在实际试验过程中,升级程序的传输能在10 s内完成。
MSAP系统中,业务通道和数据通道分离,网管信息、升级程序的转发和接收都在数据通道中传输,不影响业务的运行。利用SmartBits进行两端收发包,当进入自动升级时,可以观察到两端收发包正常,只有在升级程序传输过程中占用了一部分带宽,业务的数据流量在很短时间内受到一定影响,其余时间业务均正常。
5 结束语
传统的通信设备维护方法,如果对设备进行软件升级,工程师往往需要辗转某个市的多个地区,对分散在各个地方的远端设备进行升级。对于MSAP系统来说,这种系统升级方法在时间和人力上开销很大,并且设备的程序也不能及时得到更新。本文提出了一种MSAP系统中各个节点设备的软件自动在线升级的方法,使该系统中的所有设备能够在没有人工参与的情况下,自动从网络上获取升级程序并完成相应设备的升级。试验和工程应用证实,该方法有效地节省了系统的维护成本,提高了产品的可维护性和竞争力。
摘要：MSAP(多业务接入平台)系统已获得广泛应用,维护已开通的MSAP系统越来越重要,工作量也越来越大,尤其是对远端MSAP设备升级。文章提出一种实现MSAP全节点在线自动升级的方法,该方法由MSAP的DMU(数据交叉连接管理单元)发起,DMU通过标准FTP(文件传送协议)从服务器端下载升级程序,并且进行数据校验。MSAP系统中的每个节点依靠存储转发机制将升级程序发往下级设备。同时依靠回告机制,DMU能够监控整个升级过程并确保升级成功。结果表明,MSAP系统中的设备能够有效、稳定地进行自动在线升级,用户通过DMU串口可以监控到设备升级过程。该方法适用于各种分层分级的系统。
关键词：多业务接入平台,在线升级,自动升级
参考文献
[1]何炳林.基于TrueFFS的VxWorks映像在线升级设计与实现[J].工业控制计算机,2010,23(6):3-5.
[2]Wind River.VxWorks程序员指南[M].北京:清华大学出版社,2003.161-186.
[3]Chen Xuhui,Zhang Dengyi,Yang Hongyun.Researchon Key Technologies of On-line Programming in Em-bedded System[A].2009Third International Sympo-sium on Intelligent Information Technology Applica-tion[C].Jinggangshan,China:IEEE,2009.45-47.