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1、汉吹?甲方梦?戏由于六内F甲对1 L概述 化导致传送网络的分组化，分组 传送网(PTN)以分组交换为核 心，将以太网的灵活性与传送网的高 可靠性、安全性有机地结合起来，既 支持高效高质量地传送以太网业务， 又兼容传统的TDM、ATM等业务， 能较好地满足电信运营商实现全业务 统一承载和网络融合的需求O PTN两大主流技术为MPLS-TP和 PBB-TE。由于MPLS-TP天然具有 通过PW支持多业务承载以及便于和 IP/MPLS核i网实现互通的两大优 势，因此业内有更多人看好MPLS TP技术的发展前景，一系列基于 MPLS一TP技术的PTN产品也相继面 市O下文主要分析在基于MPLS TP技
2、术的分组传送网中TDM业务的 保护倒换时间。 分组传送网中采用电路仿真技术 支持TDM业务。其基本原理是在 PWE3框架协议f，将TDM数据不 做任何翻译和解释，用特殊的电路仿 真报文头封装为以太网数据包，再以 IP、MPLS、L2TP等协议对以太网数 据包进行承载，穿越相应的包交换网 络，到达出口之后再解封装，然后重 建TDM业务数据流。对于用户而 言，不需要考虑中间的传输媒介，相 当于为用户提供了一条透明的 TDM:道。图1为原理示意图。 I份细挺网TOM立自 保护侄时知如、司分析 口烽火通信计世荣 凉门写写比均沁刁烈如附衍字符咐:莲创刊川盯 TDM业务以太网包 E1厅f ETH刷 刷IP
3、lS 以太网包TDM业务 E1厅1 日f田r回Fra何回sFrame Netw嗣k.J -. 叫/- 圄l电路仿真原理示意图 由于TDM技术是一种时分复用技 术，而以太网采用的是基于统计复用 的分组交换技术，时分复用和统计复 用技术的不同特点决定了在分组传送 网中TDM业务的保护倒换时间有其特 定的特点。 2、从业务角度划分的保护 倒换类型 一一一千 一 一一一一一一一一一一一 与传统传送网样，分组传送网 采用保护倒换机制来保障网络的生存 性，且要求各种保护倒换方式下的倒 换时间小于50ms。 从业务的角度来看，分组保护倒 换主要划分为两类: 一类是对业务经过的路由进行保 护，主要包括线性(1
4、+1, 1: 1)保护 和环网(Wrappi吨，Steering)保护O 线性保护属于通路层(TMP层)保护， 其实质是保护一条T-MPLS连接，环 网保护属于段层(TMS层)保护，类似于 SDH中的复用段共享保护环。这类保 护方式的特点如图2( a)所示，目的 端接收的是来自于同一个源端口的以 太网数据包，在保护倒换时，它从工 作路径切换至保护路径接收数据。在 工作路径发生故障到成功切换至保护 路径之间这段时间，目的端处于收不 到包的状态。这段时间长度主要取决 于保护倒换触发机制和告警检测机 制。线性保护和环网保护的触发条件 是检测到cv帧丢失或APS倒换请求告 警。cv帧和APS帧都属于O
5、AM帧，它 们都是3.3ms发送一次。当连续3帧收 不到cv帧则产生cv帧丢失告警。在 双向倒换时，有时还需要APS协议参 与。因此告警的产生至少需要10ms。 上层软件检测到告警后才发出倒换控 制命令。告警检测可以采用中断或轮 询方式，中断方式能提供最快的反应 速度，但会对软件中运行的其它任务 会产生影响，轮询方式反应速度较慢 但比较容易实现。在告警检测采用 10ms轮询方式的情况下，告警检出时 间随机分布在0-10ms之间。因此从故 障发生到倒换执行，一般需要10- 20ms时间，也就是说日的端会有10- 20ms时间收不到包。 另类是对业务本身采取冗余备 份的保护方式，例如STM-N接口
6、MSP 1+1或1:1保护，E1接口板卡的1. N保护等。对于STM-N接口的MSP 1+1或1:1保护，最简单的实现方式是 板内保护，保护倒换可以在SDH层面 完成，倒换时间与电路仿真技术无 关。但目前运营商普遍希望通过板间 保护的方式实现，从系统设计简洁洁 晰的角度出发，保护倒换适于在包的 层面完成，通过包交换实现。这类保 护方式的特点如图2( b )所示，业务 经过主备用两块机盘分别封包，封装 成的以太网包中净荷的内容是相同 的，但由于主备用机盘是独自运行 的，因此其产生的包的序列号是不同 的。序列号是标记包的产生顺序的一 个编号，位于电路仿真报文头中。在 倒换发生时，目的端首先会有一段
7、时 间收不到包，当其重新收到包时，其 收到的是从备用机盘发送来的包，包 的序列号发生了变化。这类保护倒换 的触发条件为STM-N段层告警或板卡 失效告警，告警产生时间一般能做到 小于5mso在告警检测采用10ms轮询方 式的情况下，从故障发生到倒换执 行，一般需要5-15ms时间，也就是说 目的端会有5-15ms时间收不到包。 3、电路仿真技术对倒换时 间的影响 分组网电路仿真主要包括封包、 抖动缓存和时钟恢复等几项技术，下 面分别分析各项技术对保护倒换时间 是否存在影响。 3.1封包 分组传送网 国2(a)丑拙窍组盟9路由洼的呆护 分组传送网 回回回囚囚 图2( b ) 对身本身采取冗余备份
8、的倒户 在传统传送网中，TDM业务的倒 换时间仅仅取决于从故障发生到成功 完成倒换的这段时间，倒换后业务立 即得到恢复。但在分组传送网中，由 于TDM业务要经历恒定速率比特流到 突发包再到恒定速率比特流的变换， 因此其保护倒换时间不仅包括从故障 发生到成功完成倒换的这段时间，还 包括目的端重新收到包后TDM业务流 重建的时间。这段时间与电路仿真技 术的特点有关，下文中将进一步进行 分析。 在电路仿真中，TDM数据是作为 净荷封装进以太网包的。以大网包中 TDM净荷越大，封包时延就越长，丢 失一个包造成的TDM数据量的损失就 越大，TDM业务流重建所需的时间就 越长，倒换时间也就越长。例如，在
9、每包封装1帧E1数据时，封包时延为 125us，在每包封装8帧E1数据时，封 包时延为125usx 8=1ms。保护倒换 时，在主备路径切换或主备盘切换完 成后，源端可能需等待一个封包时延 后才有包可发送，目的端收到的第一 2009/12/25/第140黯09 个包也可能因切换损伤而被丢弃，这 些都会造成倒换时间增加，且每包封 装帧数越大，封包时延越大，增加的 倒换时间也就越长。但由于TDM业务 对实时性的要求，每包封装帧数一般 小于8个E1帧，最多引入1-2 ms的itl 换时间增加。因此，在实时性的要求 下，封包技术对TDM业务的倒换时间 的影响比较小。 3.2抖动缰存 承载TDM业务的网
10、络(以太网) 是异步的，每个包在网络中经过的路 径也可能会不同，所以包在到达目的 端时存在时延抖动(时间间隔不一 致)和乱序(序列号不是顺序的)的 可能。为了保证目的端能重建TDM业 务数据流，电路仿真技术中一般采用 抖动缓存器来平滑时延抖动，并对乱 序的报文进行重排序。抖动缓存器相 当于一个双端口存储器，非匀速的以 太网包从-个端口输入到存储器中， 恒定速率的TDM码流从另一个端口输 出来。为了容忍时延抖动，目的端收 到第一个包后并不马上发送出去，而 是存储起来，直至缓存器中巳存储的 包数达到预设值(般为抖动缓存器 容量的半)，第一个包才转换成 TDM数据流发送出去，后续的包也必 须排队等待
11、前面的包处理完成后才能 得到处理。因此包在抖动缓存器中要 经历排队延时。抖动缓存器的容量是 一个很重要的参数，容量越大，其能 容忍的时延抖动越大，且带来的排队 延时也越大。由于TDM业务的实时 10 性，其端到端的延时一般要求控制在 5ms以内，因此抖动缓存器引入的排队 延时一般不会大于5mso抖动缓存器的 存在虽然增加了业务的端到端延时， 但对倒换时间却没有影响O这是因 为，一方面抖动缓存器的存在使得在 倒换完成后以太网包还要经历排队延 迟才得以转换成TDM数据流，推迟了 TDM业务数据流重建的时间，但另一 方面它也会使得故障发生后缓存器中 仍有等待转换的以太网包，TDM数据 流不会马上中断
12、O两种效果互相抵 消，消除了抖动缓存器的存在对倒换 时间的影响O 虽然抖动缓存本身不会影响倒换 时间，但抖动缓存器如何处理乱序的 包，也就是它的队列控制模式却会影 响倒换时间。 电路仿真技术中般采用重排序 模式处理乱序的包O在重排序模式 下，缓存器只接收序列号在定范围 内的包，并按序列号的顺序决定包在 缓存器中的位置，而对超出范围的 包，则被当作早到或迟到的包进行丢 弃处理。这个范围与缓存器容量及目 前正等待转换处理的包的序列号有 关。假如，缓存器最大可存储的包数 为8，正等待转换处理的包的序列号为 100，贝IJ可接收包的序列号范围为 101-107，不在此范围内的包则被丢 弃。如果在一定的
13、监测时间内，被丢 弃的包数大于某个预先设定的门限 值，则会重置可接收包的序列号范 围，开始新的接收过程。在收不到包 的情况下，缓存器中会塞入填充包， TDM数据流保持输出，可接收包的序 列号范围并不会静止，仍会保持同步 变化。这样当目的端重新收到包时， 包的序列号会处于可接收包的序列号 范围内，TDM业务流可以尽快重建。 仔细分析这种策略可以发现，抖动缓 存器的重排序队列控制模式对两种类 型的保护倒换时间的影响是完全不同 的。对第一类保护来说，由于传输路 径的中断，源端发送的包未能到达目 的端，目的端在段时间内收不到 包。在此期间，源端发送包的序列号 和目的端可接收包的序列号范围仍然 保持同步
14、变化。当目的端重新收到包 时，这个包必然是在可接收序列号范 围内的包，不会被丢弃，TDM业务流 可以立即重建，不会引起倒换时间的 增加。而对于第二类保护倒换来说， 它会显著地增加倒换时间。如前分 析，在第二类保护的情况下，目的端 重新收到包后，其收到的是从备用机 盘发送过来的包，包的序列号极有可 能发生了变化，而且很可能超出了可 接收包的序列号范围而被丢弃。如果 程序间隔20ms监测一次丢弃的包数是 否越限，在最坏的情况下会导致倒换 时间增加20mso监测时间间隔越长， 可能增加的最大倒换时间也就越长O 另外，丢弃包数的门限值如果设置得 过大，导致在监测时间点到达时丢弃 的包数小于门限值，需要
15、继续监测， 监测时间就会成倍增加，倒换时间也 就会成倍增加。因此，需要合理地设 置监测时间和丢弃包数的门限值，在 条件允许的情况下，尽量设置较小的 监测时间间隔和丢弃包数的门限值， 以便目的端尽快重置可接收包的序列 号范围，使TDM数据流尽快重建，将 重排序队列控制模式引入的倒换时间 的增加控制在最小。 实际上，电路仿真技术是针对 传统的以太网设计的，传统的以太 网是种面向非连接的网络，数据 包可能经过不同的路由到达目的 端，因此存在乱序的可能。而基于 MPLS一TP的分组传送网是一种面向 连接的网络，来源于同一端口(物 理的和逻辑的)的以太网包会按同 路径传送到目的端，目的端接收 到的包只存
16、在时延抖动，不存在乱 序的情况。因此在基于MPLS-TP的 分组传送网中，抖动缓存器可以采 用类似先进先出的方式控制队列， 目的端不管接收包的序列号，只按 包到达的顺序依次将收到的包存储 在缓存器中，先到的排在前面，后 来的排在后面O这样在倒换时，当 目的端重新收到包时，不会因为包 的序列号不在可接收包序列号范围 内而将包丢弃，避免了第二类保护 倒换时间的增加。 3.3时钟恢复 在分组传送网中目的端-般通过 自适应或差分时钟恢复算法从到达的 包中恢复TDM业务的时钟，并将最终 达到目的端的TDM恢复时钟同步到源 端的TDM发送时钟。在收不到包的状 态下，TDM恢复时钟不会中断而是进 入保持状态，因此当其重新收到包 后，就能立即用此时钟将接收的 TDM数据发送出去，而不需要重新恢 复时钟。所以时钟恢复技术不会影响 保护倒换时间。 4.结束语 一二一 本文从业务的角度将分组传送网 中TDM业务的保护倒换划分为两种类 型，并分析了两种类型保护倒换的特 点。分组传送网中TDM业务的保护倒 换时间由两部分组成:一部分是从故障 发生到倒换执行之间的时间，它与传统 传送网中业务的
