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RPR與SDH保護(hù)機(jī)制的對(duì)比分析
[摘要]RPR技術(shù)(彈性分組環(huán))是一種新型的MAC層協(xié)議，它具有彈性的特點(diǎn)，即能夠?qū)崿F(xiàn)50ms時(shí)間內(nèi)的故障保護(hù)切換。RPR采用了SDH的環(huán)形結(jié)構(gòu)，和SDH同樣具有故障自愈能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但有一定的區(qū)別。文章分析了兩種保護(hù)機(jī)制的特點(diǎn)，比較了二者的聯(lián)系與區(qū)別。[關(guān)鍵詞]RPR；SDH；保護(hù)機(jī)制
RPR彈性分組環(huán)協(xié)議是一種新的MAC層協(xié)議。RPR是為優(yōu)化數(shù)據(jù)包的傳輸而提出的，它吸收了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，SDH對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)的嚴(yán)格保障，可靠的時(shí)鐘和50ms環(huán)保護(hù)和恢復(fù)等特性，并具有空間復(fù)用，帶寬動(dòng)態(tài)分配，支持業(yè)務(wù)級(jí)別等特點(diǎn)，成為當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術(shù)，是新一代城域網(wǎng)建設(shè)的首選。RPR協(xié)議已經(jīng)被IEEE802.17工作組于2004年6月正式推出。
1RPR基本結(jié)構(gòu)描述
與SDH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似，RPR為互逆雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，環(huán)上的每段光路工作在同一個(gè)速率上。不同的是，RPR的雙環(huán)都能夠傳送數(shù)據(jù)。RPR外環(huán)的傳送方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，內(nèi)環(huán)的傳送方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。RPR的保護(hù)不需要專用的帶寬備份，其中的兩個(gè)環(huán)均可用于傳送數(shù)據(jù)，且可相互用作備份。它通過在環(huán)上廣播倒換控制消息的方式，使環(huán)上所有的節(jié)點(diǎn)確知發(fā)生故障的路由或節(jié)點(diǎn)。
2RPR的保護(hù)機(jī)制
RPR保護(hù)協(xié)議提供了對(duì)所有被保護(hù)業(yè)務(wù)小于50ms的可靠的保護(hù)倒換機(jī)制，即所謂的彈性。RPR支持兩種保護(hù)機(jī)制，它包括源路由保護(hù)倒換和回繞保護(hù)倒換。任意一種保護(hù)機(jī)制都可滿足RPR的保護(hù)要求，但前一種源路由保護(hù)對(duì)于RPR來說是必備的，而繞回保護(hù)則是可選的。
2.1源路由的保護(hù)機(jī)制(steering)
對(duì)于源路由的必備的保護(hù)，當(dāng)檢測到故障時(shí)，節(jié)點(diǎn)并不在故障部分進(jìn)行繞回，而是向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送保護(hù)請(qǐng)求信息告知鏈路故障，當(dāng)各節(jié)點(diǎn)收到表示故障信息的保護(hù)請(qǐng)求信息時(shí)，各節(jié)點(diǎn)更新保護(hù)數(shù)據(jù)庫，發(fā)送業(yè)務(wù)的源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將每個(gè)源站點(diǎn)的業(yè)務(wù)從外環(huán)或內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)單向環(huán)，而避開失效的鏈路。在源站點(diǎn)的源數(shù)據(jù)庫沒有更新之前，因?yàn)闆]有相關(guān)的機(jī)制，傳送包將在失效點(diǎn)丟失。采用源路由方式提供保護(hù)時(shí)，光纖中斷點(diǎn)兩端的每個(gè)業(yè)務(wù)的源節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)拓?fù)涓滦畔⑾蚍聪虻箵Q業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)仍然可根據(jù)RPR層終點(diǎn)MAC到達(dá)環(huán)路出口。源路由保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)在于大大提高了環(huán)路帶寬利用率，并且某條光纖上的業(yè)務(wù)保護(hù)倒換時(shí)，對(duì)此段另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒有任何影響。源路由方式需要所有站點(diǎn)的支持，在接收到達(dá)某一目的站的通路失效的通知后，源節(jié)點(diǎn)切換單播業(yè)務(wù)到能繼續(xù)連接到目的站的環(huán)，對(duì)于諸如多播或廣播的傳輸，業(yè)務(wù)直接向內(nèi)環(huán)和外環(huán)傳送從而到達(dá)環(huán)上所有站點(diǎn)。
2.2繞回的保護(hù)機(jī)制(Wraping)
在這種方式下，當(dāng)檢測到故障時(shí)，故障鄰近的節(jié)點(diǎn)會(huì)把一個(gè)環(huán)上的業(yè)務(wù)繞回到另一個(gè)環(huán)上，繞回發(fā)生在故障處兩端節(jié)點(diǎn)，按保護(hù)倒換協(xié)議進(jìn)行繞回。這種方法使數(shù)據(jù)流在經(jīng)過很長一段路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，都會(huì)保持連通性。對(duì)于回繞保護(hù)，如果設(shè)備失效，從失效點(diǎn)進(jìn)出的業(yè)務(wù)將回繞到沿反方向發(fā)送的環(huán)上。在保護(hù)倒換協(xié)議的控制之下，保護(hù)回繞發(fā)生于與故障點(diǎn)相鄰的站點(diǎn)，業(yè)務(wù)流將通過回繞保護(hù)從失效點(diǎn)重選路由。此時(shí)的路由不是最優(yōu)化的路由，隨后，隨著新的環(huán)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，一個(gè)新的優(yōu)化的數(shù)據(jù)通道將會(huì)啟用。但拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和隨后的優(yōu)化路徑選擇已不屬于保護(hù)倒換協(xié)議的范疇。當(dāng)采用繞回方式提供保護(hù)時(shí)，可對(duì)RPRMAC層旁路，直接采用物理層的繞回。繞回保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)在于保護(hù)倒換時(shí)間相對(duì)快，分組流失少。如果分組為多播業(yè)務(wù)，則繞回保護(hù)方式不需要重新計(jì)算多播的復(fù)制點(diǎn)。繞回方式保護(hù)可根據(jù)具體支持的情況而定，是可選的方式，只有環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)都提供支持的前提下才激活，業(yè)務(wù)在失效點(diǎn)直接切換到反向環(huán)以保證環(huán)上所有站點(diǎn)的連接，繞回方式保護(hù)對(duì)源站點(diǎn)是透明的。
左圖是故障前的正常數(shù)據(jù)流，從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)4，走外環(huán)，路徑為1－2－3－4；
中圖為故障后繞回保護(hù)方式，故障發(fā)生后，在故障鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)上通過光路環(huán)回，數(shù)據(jù)路徑也在此環(huán)回，總的路徑為1－2－1－6－5－4－3－4；
右圖為故障后源路由保護(hù)方式，從A節(jié)點(diǎn)到D節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量改源路由道，走另外一個(gè)環(huán)(這里是內(nèi)環(huán))到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，路徑為1－6－5－4。
2.3兩種方式的比較
RPR規(guī)定的兩種故障保護(hù)Wrapping和Steering，各有優(yōu)缺點(diǎn)，Wrapping倒換快，無數(shù)據(jù)丟失，但是，由于繞行，帶寬比較浪費(fèi)。而Steering，無需繞回和繞行，沒有帶寬浪費(fèi)問題，但是由于機(jī)制決定，保護(hù)稍慢，有一定包丟失。
目前大部分廠商設(shè)備同時(shí)支持繞回和源路由這兩種方式，并且結(jié)合這兩種方式各自的優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短，配合應(yīng)用，采取先用繞回方式，后轉(zhuǎn)用源路由方式的保護(hù)流程。當(dāng)RPR鏈路故障出現(xiàn)時(shí)，立即啟動(dòng)繞回方式進(jìn)行保護(hù)，不中斷業(yè)務(wù)；當(dāng)各節(jié)點(diǎn)的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)(拓?fù)湫畔⒌?重新收斂并穩(wěn)定下來后，切換到源路由方式，以便節(jié)省帶寬。這樣可以到達(dá)最佳的保護(hù)和利用效果。
3SDH保護(hù)機(jī)制的研究
SDH的保護(hù)屬于物理層的技術(shù)，它通過冗余的帶寬和冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)切換，使得網(wǎng)上因網(wǎng)絡(luò)失效而受影響的業(yè)務(wù)能夠自動(dòng)恢復(fù)。
3.1點(diǎn)到點(diǎn)的SDHAPS保護(hù)機(jī)制
SDH的APS機(jī)制，可以提供點(diǎn)到點(diǎn)的保護(hù)。APS具體實(shí)現(xiàn)可以采取1 1，1：1或1：N保護(hù)倒換幾種方式。
1 1方式是指發(fā)端在主/備用兩個(gè)信道（一般是位于兩根不同的光纖）上發(fā)送同樣的業(yè)務(wù)流，收端在正常情況下從主用信道接收業(yè)務(wù)流。當(dāng)主用信道故障時(shí)，收端將切換到從備用信道上接收業(yè)務(wù)流，從而使業(yè)務(wù)流得以恢復(fù)。此種方式優(yōu)點(diǎn)是倒換速度快，缺點(diǎn)是信道利用率低，只有50%。
1：1方式是指在正常時(shí)發(fā)端在主用信道上發(fā)送主用業(yè)務(wù)流，而在備用信道上發(fā)送額外業(yè)務(wù)流（可被中斷的低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）。當(dāng)主用信道故障時(shí)，發(fā)端把主用業(yè)務(wù)流橋接到備用信道發(fā)送，額外業(yè)務(wù)流將被丟棄。而收端將從備用信道接收主用業(yè)務(wù)流，從而使主用業(yè)務(wù)得到恢復(fù)。此種方式倒換也可以保證100%的業(yè)務(wù)恢復(fù)，而且信道利用率較高，但速度比1：1方式要慢。
1：N方式類似于1：1方式，只不過是N條主用信道共享1條備用信道。因此當(dāng)有兩條以上的主用信道故障時(shí)，卻只有1條主用業(yè)務(wù)可以得到恢復(fù)。這種方式進(jìn)一步提高了信道的利用率，為N/（N＋１），但降低了系統(tǒng)的可靠性，不能保證100%的業(yè)務(wù)恢復(fù)。
3.2SDH自愈環(huán)SHR
對(duì)于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，SDH提供了強(qiáng)大的自愈環(huán)（SHR）保護(hù)功能。所謂自愈，就是指不需要人為的干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短的時(shí)間內(nèi)從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)所傳送的業(yè)務(wù)，使用戶感覺不到出了故障。自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可以劃分為兩大類，即通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán)。對(duì)于通道保護(hù)環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護(hù)是以通
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