一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法

摘要

本发明涉及一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法。现有的技术主要是以时隙为单位的应用，以共享方式的应用，或者两种方式的结合应用。本发明方法是在逆反双向2M环逻辑通道将2M分成上行、下行、网管三种独立数据流的基础上，应用时间片调度方式实现2M环上各节点的以太网带宽申请和分配，从而实现各节点能够共享环路的以太网带宽的功能。本发明能够实现2M逻辑通道上各节点与中心之间采用以太网数据帧格式进行通信，且各节点只能够与中心通信，从原理上避免了以太网广播风暴。

权利要求

1.一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法，其特征在于该方法包括：映射虚ID和申请及分配带宽；

所述的映射虚ID方法为：

步骤1.将环路路由经过的节点的ID和状态信息上载，并保证一个环路周期内各节点不重复上载；

步骤2.中心将环路路由获取的各节点ID与各节点的路由顺序建立对应关系，记为VID，VID的值与各节点在环路上的路由顺序相同；

步骤3.在环路周期内利用网管通道将VID与ID的对应关系发送到各节点，使各节点知道自身ID所对应的VID；

步骤4.根据G.704标准，将奇数序列2M帧的第0时隙的0～4位填入VID数值，记为TVID，TVID用于中心向环路广播用；

步骤5.节点将接收到环路广播的TVID值与从网管通道获得的VID值进行比较，如果相等则节点与中心建立了映射关系；

步骤6.如TVID的数值变化，则VID值等于TVID的节点与中心建立映射，其余节点取消映射关系，如中心将TVID数值填为0，则取消所有节点与中心建立的映射关系；

所述申请及分配带宽方法为：

步骤a.环路的各节点与中心通过网管通道确定了各自的VID；

步骤b.环路的各节点产生以太网上行带宽需求，各节点将各自的带宽申请位通过网管通道上传到中心；

步骤c.中心收到各节点的带宽申请位，依VID大小的顺序，逐次在奇数序列2M帧的第

0时隙的0～4位填入VID值，即向环路广播TVID，每个TVID持续设定的时间，实现中心交替与各环路节点建立映射；

步骤d.在TVID持续的时间内，与中心建立映射的节点独占环路上行带宽，并在该上行带宽内将以太网数据向中心发送，当映射切换后停止发送；

步骤e.中心在各节点的上行带宽内分别提取各节点的以太网数据并发送到外部网络；

步骤f.重复步骤c、步骤d和步骤e，直到各节点不再向中心通过网管通道发送带宽申请位。

2.根据权利要求1所述的一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法，其特征在于：所述的申请及分配带宽方法采用开环分配策略和闭环分配策略；

所述的开环分配策略是指中心监测节点的带宽申请位并向节点分配时间片，所有时间片的大小是固定不变的；

所述的闭环分配策略是指中心监测节点的带宽申请位并向节点分配时间片，时间片的大小动态调整，在达到时间片上限时如果以太网数据帧没有结束，则持续增加时间片，直到数据帧结束；在达到时间片上限时如果没有以太网数据帧正在上载则立即结束时间片。

说明书

一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法

技术领域

[0001] 本发明属于通信领域，涉及一种以太网业务的传输方法，具体为应用时间片调度方式实现逆反双向2M环组网时环上各节点的以太网带宽申请和分配，从而实现各节点能够共享环路以太网带宽的功能。

背景技术

[0002] 目前运营商的基站信息化改造及动环监控项目中，以SDH(同步传输体系)下2M为介质的传输组网方式中，在2M资源相对紧张又要求监控独立传输组网的情况下往往采用2M环组网方式。在2M环组网中，中心和节点间应用2M彼此相连，各节点共用2M带宽，一般需要采集串口数据和以太数据。2M环的设计方法有采用以太网交换机层层交换式的方法，有采用2M时隙细分到环路节点设备的方法，还有逆反双向的2M环设计方法，其中逆反双向的2M环具备单环组网、拓扑跟踪、并发选收的功能，能够实现真正的双环组网，在可靠性、成本及施工维护方面具有优势。在逆反双向的2M环设计中，中心节点和基站节点间彼此连接的2M所有TX方向和RX方向在逻辑上形成了互为逆反的环形逻辑通道，在任一个逻辑通道上按照时隙细分方式将2M分成上行、下行、网管三种独立的数据流，可实现中心与节点按非一致路由方式实现数据通信和网管；独立的上行、下行带宽可与网管开销配合设计不同业务种类、不同传输方法的通信方式，以时隙为单位的应用，以共享方式的应用，或者两种方式的结合应用等。

发明内容

[0003] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种实现逆反双向2M环共享以太网功能的方法，该方法是在逆反双向2M环逻辑通道将2M分成上行、下行、网管三种独立数据流的基础上，应用时间片调度方式实现2M环上各节点的以太网带宽申请和分配，从而实现各节点能够共享环路的以太网带宽的功能。

[0004] 为实现上述发明目的，采用的技术路线如下：

[0005] 逆反双向的2M环其任一2M逻辑通道以时隙为单位分成三部分，即网管，下行与上行。上、下行分别占用不同的时隙，将中心到节点定义为下行，节点到中心定义为上行。上、下行都用以太网数据格式进行通信。下行的以太网数据采用中心广播形式下发，在上行方向采用时间片申请和分配方式实现中心与节点的通信，具体的技术环节包括首先映射虚ID然后申请及分配带宽，申请及分配带宽中又含有闭环和开环分配策略。

[0006] 所述的映射虚ID方法为：

[0007] 步骤1.将环路路由经过的节点的ID和状态信息上载，并保证一个环路周期内各节点不重复上载；

[0008] 步骤2.中心将环路路由获取的各节点ID与各节点的路由顺序建立对应关系称为VID，VID的值与各节点在环路上的路由顺序相同；

[0009] 步骤3.在环路周期内利用网管通道将VID与ID的对应关系发送到各节点，使各节点知道自身ID所对应的VID；

[0010] 步骤4.根据G.704标准，将奇数序列2M帧的第0时隙的0～4位填入VID数值称之为TVID，用于中心向环路广播用；

[0011] 步骤5.节点将接收到环路广播的TVID值与从网管通道获得的VID值进行比较，如果相等则节点与中心建立了映射关系；

[0012] 步骤6.如TVID的数值变化，则VID值等于TVID的节点与中心建立映射，其余节点取消映射关系，如中心将TVID数值填为0，则取消所有节点与中心建立的映射关系。

[0013] 所述申请及分配带宽方法为：

[0014] 步骤a.环路的各节点与中心通过网管通道确定了各自的VID；

[0015] 步骤b.环路的各节点产生以太网上行带宽需求，各节点将各自的带宽申请位通过网管通道上传到中心；

[0016] 步骤c.中心收到各节点的带宽申请位，依VID大小的顺序，逐次在奇数序列2M帧的第0时隙的0～4位填入VID值，即向环路广播TVID，每个TVID持续一定的时间，实现中心交替与各环路节点建立映射，这种方法称之为时间片调度；

[0017] 步骤d.TVID持续的时间内，与中心建立映射的节点独占环路上行带宽，并在该上行带宽内将以太网数据向中心发送，当映射切换后停止发送；

[0018] 步骤e.中心在各节点的上行带宽内分别提取各节点的以太网数据并发送到外部网络；

[0019] 步骤f.重复步骤c～步骤e，直到各节点不在向中心通过网管通道发送带宽申请位。

[0020] 闭环和开环分配策略包括开环分配策略和闭环分配策略。

[0021] 所述的开环分配策略是指中心监测节点的带宽申请位并向节点分配时间片，所有时间片的大小是固定不变的。

[0022] 所述的闭环分配策略是指中心监测节点的带宽申请位并向节点分配时间片，时间片的大小动态调整，在达到时间片上限时如果以太网数据帧没有结束，则持续增加时间片，直到数据帧结束；在达到时间片上限时如果没有太网数据帧正在上载则立即结束时间片。

[0023] 采用本发明设计2M逻辑通道共享以太网带宽具有如下效果：

[0024] 效果1.能够实现2M逻辑通道上各节点与中心之间采用以太网数据帧格式进行通信，且各节点只能够与中心通信，从原理上避免了以太网广播风暴；

[0025] 效果2.各节点采用竞争方式获取中心分配的时间片，能够实现以太网上带宽的按需分配；

[0026] 效果3.设计了闭环分配策略和开环分配策略两种带宽分配方式，便于根据环路延时情况进行选择，提高传输效率。

附图说明

[0027] 图1为2M环组网逻辑图；

[0028] 图2为VID映射机制示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明：

[0030] 图1所示为逆反双向2M环逻辑组网图，中心与基站A、B、C之间通过2M互连，可明显看出所有2M的TX和RX分别构成一个独立的逻辑通道。按下表所示，任一逻辑通道被分成上行、下行、网管三种独立数据流，另外根据G.704标准还有2M的第0时隙做同步用。上、下行分别占用不同的时隙，将中心到节点定义为下行，节点到中心定义为上行。上、下行都用以太网数据格式进行通信。

[0031]时隙0 时隙1～N(上行) 时隙N～30(下行) 时隙31

[0032] 下行的以太网数据采用中心广播形式下发，在上行方向采用时间片申请和分配方式实现中心与节点的通信，具体的技术环节包括映射虚ID、申请及分配带宽、闭环和开环分配策略。

[0033] 映射虚ID具体是：

[0034] 中心节点在2M环路上的第31时隙以16个字节为单位建立自定义短帧，每连续的16个短帧为一个节点周期T1，每连续的32个节点周期为一个环路周期T2，由一个字节传递的时间为一个2M帧周期即125us，则一个节点周期T1＝16×125μs×16＝32ms，一个环路周期T2＝32×T1＝1024ms，其包含的节点周期的序号为0～31，每一节点周期的短帧序号为0～15。

[0035] 序号为0～30的节点周期的第0号短帧为网络结构获取帧，用于获取网络结构的节点ID和状态；第8号短帧用于节点控制，包含被控制节点的ID信息和控制信息；第1～7号短帧及第9～15号短帧用于环路节点的自定义开销。

[0036] 序号为31的节点周期的第0号短帧和第8号短帧用于系统广播，实现整个环路一致性操作的控制；第1～7号短帧及第9～15号短帧用于环路节点的自定义开销。

[0037] 在一个环路周期中，节点是依次路由的，路由经过的节点都将该节点ID和状态信息上载到节点周期的0号短帧，并设置上载标志位，保证同一个环路周期内不重复上载。中心将获取的环路上各节点设备的ID与上载该ID的节点周期序号对应起来称之为虚ID既VID，映射方法，VID与节点的路由顺序相等，也等于节点周期序号加1。

[0038] 按照上述的对应方法，环路上的第1个站的VID为1，第2个站的VID为2，依此类推，所能获取的VID中最大值为31，最小值为1。VID与ID的映射关系通过节点周期的第8短帧既节点控制帧传递到环路上的节点，由ID的唯一性，则ID与VID间可建立一一对应关系。

[0039] 根据G.704标准，2M的第0时隙为同步开销使用，其中偶数序列2M帧第0时隙传递同步位0x1b，奇数序列2M帧第0时隙的0～4位留给国内通信用，可供设计者自由使用。奇数序列第0时隙的0～4位所能表达的最大值为31，最小值为0，可完全传递VID信息，还有剩余的值0。将奇数序列传递的VID信息定义为TVID，TVID范围在0～31之间。

[0040] 图2为VID映射及带宽分配示意图，具体而言TVID与上行节点带宽建立了映射，节点从第0时隙解析出的TVID信息与自身的VID信息相同时，则连续两个2M帧所对应的上行带宽2N字节为该节点所有。如果TVID持续m个2M帧周期，则相应节点获取的带宽为m×2N字节。当TVID变化时就意味着环路带宽映射的切换，当TVID为0时，环路上的所有节点都不能够获取带宽。

[0041] 具体的映射虚ID的步骤为：

[0042] 步骤1.环路路由经过的节点将该节点ID和状态信息上载，并保证一个环路周期内各节点不重复上载；

[0043] 步骤2.中心将环路路由获取的各节点ID与各节点的路由顺序建立对应关系称为VID，VID的值与各节点在环路上的路由顺序相同；

[0044] 步骤3.在环路周期内利用网管通道将VID与ID的对应关系发送到各节点，使各节点知道自身ID所对应的VID；

[0045] 步骤4.奇数序列2M帧的第0时隙的0～4位填入VID数值称之为TVID，用于中心向环路广播用；

[0046] 步骤5.节点接收到环路广播的TVID值与从网管通道获得的VID值进行比较，如果相等则节点与中心建立了映射关系；

[0047] 步骤6.如TVID的数值变化，则VID值等于TVID的节点与中心建立映射，其余节点取消映射关系，如中心将TVID数值填为0，则取消所有节点与中心建立的映射关系。

[0048] 带宽申请及分配机制

[0049] 带宽申请及分配机制是利用了节点周期的1～7及9～15短帧的自定义开销内容，结合中心的TVID切换轮流分配时间片方法来设计环路各节点的上行带宽分配机制。任何一个短帧都有12个字节的有效开销，本发明利用了其中的4个字节作为节点向中心申请上行带宽用。4个字节的位宽为32bit位，其比特序号为0～31，包含了节点VID的范围，定义为带宽申请位。当某个节点有以太网上行带宽需求时，节点会在所有节点周期的1～7及9～15短帧内将与VID相同的带宽申请位置1，如图2所示，中心监测各节点的带宽申请位，并利用切换TVID对不同节点分配上行带宽。

[0050] 带宽申请及分配机制具体的实现步骤如下：

[0051] 步骤a.环路的各节点与中心通过网管通道确定了各自的VID；

[0052] 步骤b.环路的各节点产生以太网上行带宽需求，各节点将各自的带宽申请位通过网管通道上传到中心；

[0053] 步骤c.中心收到各节点的带宽申请位，依VID大小的顺序，逐次在奇数序列2M帧的第0时隙的0～4位填入VID值，即向环路广播TVID，每个TVID持续一定的时间，实现中心交替与各环路节点建立映射，这种方法称之为时间片调度；

[0054] 步骤d.TVID持续的时间内，与中心建立映射的节点独占环路上行带宽，并在该上行带宽内将以太网数据向中心发送，当映射切换后停止发送；

[0055] 步骤e.中心在各节点的上行带宽内分别提取各节点的以太网数据并发送到外部网络；

[0056] 步骤f.持续步骤c～步骤e直到各节点不在向中心通过网管通道发送带宽申请位。

[0057] 闭环和开环分配策略

[0058] 开环分配策略是指中心监测节点的带宽申请标志并向节点分配时间片，时间片的大小是固定不变的，如2000字节，开环分配策略无须对节点返回的数据进行分析。

[0059] 2M环是基于SDH下的环形组网，数据从中心出发经2M逻辑环路再回到中心的整个路由需要一定的路由时间，定义为T3，一般来讲T3小于4ms。

[0060] 节点在收到时间片后，可立即对以太数据在时间片限定的带宽内上载，以太数据帧报文在64字节和1518字节之间，且一个完整的报文不可分割。由于时间片大小是有限的，那么就面临这样的问题，既最后一个以太帧超出了时间片所确定的带宽上限。为解决该问题，在时间片上设定最后以太网网数据帧上载点，保证最后上载的以太网数据帧上载完成后，时间片尚未结束。定义时间片大小为Y，则上载点理论最大值X为：X＝Y-1518[0061] 也就是说，以太网数据帧在X点之前是任意上载的，但是一旦超过了X点则只能在本帧上载结束后停止上载。采用开环控制策略，其时间片大小Y和上载点X之间的关系决定了时间片的使用效率，长时间的Y-X之间的1518字节平均利用率为50％，其效率Z1可设计为：Z1＝(X+1518/2)/Y＝1-759/Y

[0062] 可见效率Z1是与Y成正比的，Y越大则效率越高，但由于一个环路上有很多节点，因此Y太大则单个时间片的传输时间就会相应延长，当发生竞争时其余节点时间片分配响应速度会受影响，即切换响应时间是与Y成反比的。因此可根据环路节点的数目设计Y的大小，以保证传输效率的同时并满足切换响应时间的需要。采用开环分配策略分配时间片会产生一定的带宽浪费，但每个节点的数据传输的可靠性与环路路由时间T3无关，无论T3的时间多么长，时间片承载以太网数据帧总能路由回中心。

[0063] 闭环分配策略是指中心监测节点的带宽申请标志并向节点分配时间片，时间片的大小动态调整，需要对节点返回的数据进行分析，在达到时间片上限时如果以太网数据帧没有结束，则持续增加时间片，直到数据帧结束；在达到时间片上限时如果没有太网数据帧正在上载则立即结束时间片。

[0064] 设定环路上下行带宽的分配参数N＝20，则每个2M帧上行为20字节，2000字节的时间片完全经过节点的时间T4为：T4＝2000/20×125μs＝12ms。

[0065] 由于开环分配策略中心要监测时间片结束时是否有以太网数据帧正在上载，这样就要求缺省大小的时间片在经过一个路由周期回到中心时时间片还没有分配完毕，既要求：T3＜T4。

[0066] 采用闭环分配策略节点以太网数据帧理论上载点为缺省大小时间片的上限，环上各节点的平均带宽利用率Z2为：Z2＝(T4-T3)/T4＝1-T3/T4。

[0067] 由上述公式，T4越大，既时间片越大，传输效率Z2越高，这一点与闭环策略是一致的，但闭环分配策略跟环路时延相关，当环路时延小时采用闭环分配策略能够获取高的传输效率。