專利名稱：用于彈性無(wú)線分組通信的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線數(shù)據(jù)通信，更具體地，涉及各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械膹椥詿o(wú) 線分組通信。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)中給定節(jié)點(diǎn)具有到其它節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)鏈路的情況 下的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路形態(tài)。網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浒ㄉ蓸湫?、環(huán)型、網(wǎng)狀型 和總線型，并且其中的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是這樣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在閉環(huán)配置中被連 接，并且數(shù)據(jù)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間順序地從節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)傳送。邏輯拓?fù)涫切盘?hào) 從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)所沿路徑的本質(zhì)，并且在許多實(shí)例中邏輯和物理拓?fù)涫穷愃?的。在邏輯環(huán)形拓?fù)渲校瑪?shù)據(jù)在閉環(huán)中以順時(shí)針或逆時(shí)針方向流動(dòng)。
光纖環(huán)常常被配置作為城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)兩者的一 部分。彈性分組環(huán)(RPR)是這樣的有線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淦浔慌渲糜糜诠饫w 環(huán)，并被設(shè)計(jì)以使用RPR接入?yún)f(xié)議和物理層接口來(lái)產(chǎn)生高速數(shù)據(jù)傳輸。具 有RPR拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)有雙重反向旋轉(zhuǎn)環(huán)(順時(shí)針、逆時(shí)針)，其中多個(gè)節(jié)點(diǎn) 可以同時(shí)在兩個(gè)環(huán)上進(jìn)行傳輸。
針對(duì)日益增加的帶寬、負(fù)載平衡和節(jié)點(diǎn)(例如，交換機(jī)和站臺(tái))之間 的通信信道的可用性，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3ad的鏈路聚合或中繼
(aggregation or trunking)是一種將物理網(wǎng)絡(luò)鏈路組合為單個(gè)邏輯鏈路的 方法。利用鏈路聚合，可以通過(guò)使用其快速以太網(wǎng)和千兆(Gigabit)以太 網(wǎng)技術(shù)來(lái)增加節(jié)點(diǎn)之間的通信信道的容量?？梢詫蓚€(gè)或多個(gè)千兆以太網(wǎng) 連接組合以增加帶寬，并創(chuàng)建彈性和冗余鏈路。標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)(LAN)技術(shù) 提供10Mbps、 100Mbps和1000Mbps的數(shù)據(jù)率，并且為了獲得更大的容量
(例如10000Mbps)鏈路聚合允許組合IO個(gè)鏈路；并且在系數(shù)IO過(guò)大的 情況下，鏈路聚合可以通過(guò)組合不同速率的鏈路來(lái)提供中向速率。有線網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)以滿足RPR標(biāo)準(zhǔn)(正EE 802.17)，并且為了滿足分 組交換網(wǎng)絡(luò)的需要，致力于改進(jìn)光纖環(huán)的可測(cè)性、帶寬分配以及吞吐量。 典型的RPR支持SONEY/SDH (155Mbps到10Gbps)標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)PHY (滿足1Gbps到lOGbps速率的以太網(wǎng)物理層接口) 。 RPR網(wǎng)絡(luò)在與數(shù)據(jù) 反向的環(huán)上承載控制消息，并且如果光纖或節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，那么RPR標(biāo) 準(zhǔn)(IEEE 802.17)需要滿足50毫秒的恢復(fù)時(shí)間。
例如，快速生成樹協(xié)議(RSTP，標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1D-2004)依賴于活動(dòng) 的生成樹拓?fù)?，并且是在發(fā)生故障的情況下網(wǎng)絡(luò)可以快速重新配置其拓?fù)?的協(xié)議。利用RSTP，生成樹重新分配端口并獲悉端口的新的MAC地址。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明部分地基于如下的觀察前述配置和協(xié)議對(duì) 無(wú)線通信而言并不是最優(yōu)的，因?yàn)樗鼈冃枰^(guò)大的開銷并且提供較慢的故 障檢測(cè)和恢復(fù)響應(yīng)。利用所提出的用于改進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)的方法，本發(fā)明試圖 通過(guò)穩(wěn)定且快速的故障檢測(cè)和恢復(fù)(例如，低于50ms的無(wú)線鏈路故障檢 測(cè)和低于50ms的無(wú)線環(huán)愈合(恢復(fù)))來(lái)提供針對(duì)故障的彈性。利用鏈 路聚合或環(huán)形拓?fù)涞摹⒗绺鶕?jù)本發(fā)明的原理實(shí)現(xiàn)的彈性無(wú)線分組網(wǎng)絡(luò)， 還為無(wú)線操作提供錯(cuò)誤彈性(error resiliency)、對(duì)吞吐量的最小影響以及 經(jīng)優(yōu)化的第2層網(wǎng)絡(luò)重新配置。
采用具有為了提供這些益處而設(shè)計(jì)的功能的經(jīng)改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡來(lái) 實(shí)現(xiàn)這種彈性無(wú)線分組網(wǎng)絡(luò)。并且，雖然可以采用諸如路由設(shè)備之類的外 部裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這種解決方案，但是由于檢測(cè)和恢復(fù)信號(hào)是本地可用的并且 無(wú)須額外的開銷，因此優(yōu)選經(jīng)改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)。換言之，優(yōu)選經(jīng) 改進(jìn)的千兆以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)是因?yàn)樗峁┝烁玫慕Y(jié)果以及對(duì)吞吐量更少的 影響。
因此，為了所示出的和在此概述的本發(fā)明的目的， 一種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 中的彈性分組通信的方法包括實(shí)例化千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡中的硬件輔助 (hardware-assisted)的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法，以及將此快速傳輸信 道故障檢測(cè)算法與適合于重新配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合。該組合是響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故 障恢復(fù)，以使得通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。該組合還 在無(wú)線操作中提供對(duì)吞吐量有最小影響的錯(cuò)誤彈性。彈性通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)據(jù)流量流具有最小或基本上沒有影響的穩(wěn)定且快速的故障檢測(cè)、校正 和恢復(fù)測(cè)量而被提供。
還根據(jù)本發(fā)明的目的， 一種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的彈性無(wú)線分組通信的系 統(tǒng)包括經(jīng)由無(wú)線鏈路連接的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，以及多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口?？?戶端數(shù)據(jù)接入端口中的至少一個(gè)被連接到在網(wǎng)絡(luò)一端處的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)， 且第二接入端口被連接到在網(wǎng)絡(luò)另一端處的節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)具 有千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡，這種千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡可操作以執(zhí)行硬件 輔助的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法，并將該快速傳輸信道故障檢測(cè)算法與 適合于重新配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合。再 一次地，該組合是響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢 復(fù)，以使得通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性；并且，另外， 快速傳輸信道故障檢測(cè)算法可操作以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測(cè)和恢 復(fù)，以及提供具有錯(cuò)誤彈性和對(duì)吞吐量的最小影響的無(wú)線操作。
從這里的描述、下面所描述的附圖和所附權(quán)利要求可以更好地理解本 發(fā)明的這些以及其它特性、方面和優(yōu)點(diǎn)。


被并入且組成了本說(shuō)明書的一部分的附示出了本發(fā)明的各方面并 與說(shuō)明書一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理。在任何方便的情況下，將在整個(gè)附 圖中使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的元件。
圖1A至1D分別示出了具有千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡的現(xiàn)有技術(shù)無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)、基于FPGA的接口處理引擎以及其雙信道分組處理組件。
圖2A至2B示出了其中節(jié)點(diǎn)具有經(jīng)修改的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡 (DAC-GE)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)鏈接的節(jié)點(diǎn)。 圖3圖示出了增強(qiáng)的分組封裝。 圖4A示出了經(jīng)修改的接口引擎的一個(gè)實(shí)施例。圖4B圖示出了分組校準(zhǔn)。
圖5是示出保活(keep-alive)消息插入的狀態(tài)圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的故障檢測(cè)和恢復(fù)的流程圖。
圖7是故障檢測(cè)等待時(shí)間示例表。
圖8是具有鏈路聚合配置的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
圖9是鏈路聚合密鑰重新分發(fā)和重新指定的狀態(tài)圖。
圖10是結(jié)合了快速傳輸信道故障檢測(cè)算法的鏈路聚合的流程圖。
圖11是彈性無(wú)線分組環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。
圖12是彈性無(wú)線分組環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的鏈路故障和恢復(fù)的狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
如所注意到的，無(wú)線通信中的一個(gè)難題是快速故障檢測(cè)和恢復(fù)。圖 1A圖示出了環(huán)愈合(恢復(fù))示例，其中在具有至少3個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)中，鏈路 14接管發(fā)生故障的鏈路12 (將數(shù)據(jù)流的方向從發(fā)生故障的路徑移開)。 在具有被布置在環(huán)形拓?fù)渲械娜齻€(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn) 之間的鏈路是無(wú)線的。鏈路經(jīng)由戶外單元(ODU)被設(shè)置在諸如Eclipse 之類的系統(tǒng)中。圖1B圖示出了現(xiàn)有無(wú)線環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其中在發(fā)生故障的鏈 路被修復(fù)以前，通過(guò)切換到健全鏈路來(lái)完成從節(jié)點(diǎn)(稱為20)的故障或鏈 路(稱為12)的故障的恢復(fù)。
作為又一個(gè)比較點(diǎn)，圖1C是示出現(xiàn)有數(shù)據(jù)接入卡(DAC)的設(shè)計(jì)的 框圖。DAC中的構(gòu)建塊為第2層提供了切換能力、有效載荷(payload) 傳輸和配置、監(jiān)控和控制功能?？蛻舳饲д滓蕴W(wǎng)端口 101所接收的有效 載荷由物理層數(shù)字處理組件102以及然后由交換機(jī)(第2層交換機(jī))111 進(jìn)行處理。交換機(jī)分析源和目的介質(zhì)訪問控制(MAC)地址并確定輸出端 口，有效載荷將通過(guò)該輸出端口被遞送(例如，P0...3)。順便提及，針 對(duì)每種物理設(shè)備類型，OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層(DLC，第2層)的介質(zhì) 訪問控制(MAC)子層使用MAC地址，并且DLC層中的其它子層是邏 輯鏈路控制(LLC)子層。在局域網(wǎng)(LAN)或其它網(wǎng)絡(luò)中，MAC地址 是節(jié)點(diǎn)唯一的硬件標(biāo)識(shí)符，其相應(yīng)的表格與節(jié)點(diǎn)的IP地址相關(guān)；并且在以太網(wǎng)LAN上，MAC地址與節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)地址相同。針對(duì)有效載荷遞送， 除了上述的信息之外，內(nèi)部和外部虛擬LAN (VLAN)信息、流量?jī)?yōu)先 權(quán)、經(jīng)配置的吞吐量以及緩沖能力也起了作用。利用這些信息，交換機(jī) 111應(yīng)用策略、調(diào)度和整形算法以確定每個(gè)分組應(yīng)該采用的路徑和優(yōu)先 權(quán)，并且判斷每個(gè)分組是否應(yīng)該被使用(consumed)、轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄。
當(dāng)分組通過(guò)端口 P6/P7被遞送到傳輸信道TC1/TC2時(shí)，處理引擎 108，例如基于FPGA、 ASIC或CPLD的處理引擎，將分組轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)?塊(具有相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙)中以由底板接口 110以及附加在其上的無(wú)線電鏈 路60來(lái)承載。注意，雖然傳輸信道和載波時(shí)隙(具有獨(dú)立定時(shí))的數(shù)目 在DAC中是可配置的，但是現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式采用開銷(overhead)信息來(lái)解 析載波間可能的時(shí)鐘變化。
圖ID圖示出了現(xiàn)有DAC (例如，來(lái)自Stratex網(wǎng)絡(luò)公司的現(xiàn)有 EclipseTM平臺(tái)中的千兆以太網(wǎng)卡)內(nèi)部的基于FPGA的處理引擎中的開銷 的使用。如所示的，在無(wú)線發(fā)送(TX)方向中，當(dāng)以太網(wǎng)分組到達(dá)TC1 或TC2時(shí)，HDLC之類的封裝被基于FPGA的處理引擎108中的開銷插入 模塊202應(yīng)用。所添加的開銷允許隨后對(duì)分組將被劃分到其中的具有時(shí)隙 的多個(gè)段進(jìn)行同步。由反向復(fù)用器210執(zhí)行分段處理，反向復(fù)用器210將 分組劃分為將被用于傳輸?shù)?、具有時(shí)隙(鏈路)的、經(jīng)配置的段數(shù)(帶寬 分配)。這些段通過(guò)底板接口被轉(zhuǎn)發(fā)到通過(guò)無(wú)線鏈路將它們發(fā)送的無(wú)線電 接入卡(RAC35， 37)。當(dāng)不存在有效載荷時(shí)，字節(jié)同步的空閑填充 (idle fill)被插入206到傳輸信道流中。
在無(wú)線接收(RX)方向，RAC將從天線接收包含被用于傳輸以太網(wǎng) 有效載荷的多個(gè)段(具有時(shí)隙的鏈路)的幀。這些段經(jīng)由底板接口 110被 轉(zhuǎn)發(fā)至ljDAC。 DAC中的復(fù)用器(Mux) 212基于來(lái)自存儲(chǔ)器222的時(shí)間至 數(shù)據(jù)索引信息從多個(gè)段中重新裝配原始的以太網(wǎng)分組。為了保證分組的完 整性，需要字節(jié)同步階段。開銷信息被用來(lái)補(bǔ)償被用于傳輸?shù)拿總€(gè)獨(dú)立的 段可能具有的任何時(shí)鐘偏差，從而有效地將其排列回原始的分組布置。由 于在傳輸信道中存在的任何空閑填充被移除208，因此其不會(huì)到達(dá)第2層 交換機(jī)111 (項(xiàng)111，圖1C)。開銷(封裝)隨后被移除204，并且利用TC1和TC2接口將分組轉(zhuǎn)發(fā)到第2層交換機(jī)111。
基于前面所述的，為了實(shí)現(xiàn)更快的故障檢測(cè)和恢復(fù)，當(dāng)前被用在圖 IB的節(jié)點(diǎn)中的上述DAC被圖2A所示的經(jīng)修改的接口卡代替。經(jīng)修改的 數(shù)據(jù)接口卡可以被配置在新的無(wú)線通信平臺(tái)以及諸如Eclipse 之類的現(xiàn)有 無(wú)線通信平臺(tái)中。經(jīng)修改的數(shù)據(jù)接口卡的各種實(shí)施例是可能的，而不會(huì)脫 離本發(fā)明的范圍和精神，并且我們接著對(duì)這種實(shí)施例之一的結(jié)構(gòu)和功能性 進(jìn)行描述。但是，在此示例中，我們專注于稱作"DAC-GE"的經(jīng)修改的 千兆以太網(wǎng)卡。
在圖2A的示例中，DAC-GE41、 43被配置在節(jié)點(diǎn)30、 32、 34、 36、 38中的至少兩個(gè)的INU (智能節(jié)點(diǎn)單元)中。DAC-GE包括增強(qiáng)故障檢測(cè) 和恢復(fù)的功能，而無(wú)須損失吞吐量，從而例如提供低于50ms的故障響應(yīng) 時(shí)間。DAC-GE在一側(cè)與客戶端數(shù)據(jù)系統(tǒng)27、 29連接，在另一側(cè)與無(wú)線 電接入卡(RAC) 33、 35、 37、 39連接。來(lái)自各個(gè)RAC的數(shù)據(jù)流向各自 的一個(gè)戶外單元(ODU45、 47、 49、 51;在諸如Eclipse 之類的分離的 安裝系統(tǒng)中)并經(jīng)過(guò)無(wú)線鏈路60、 62、 64、 66。
注意，圖2A中的示圖未示出完整的環(huán)，該完整的環(huán)除了需要至少三 個(gè)節(jié)點(diǎn)之外，還需要網(wǎng)絡(luò)通過(guò)例如組合無(wú)線鏈路60和66從而使其成為一 個(gè)并且相同的鏈路來(lái)提供閉環(huán)。還應(yīng)注意，第三節(jié)點(diǎn)34由點(diǎn)劃線示出以 圖示出這樣的事實(shí)節(jié)點(diǎn)34實(shí)際上可能表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)34、 36、 38等；并且如果節(jié)點(diǎn)32和34之間存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，則這樣的節(jié)點(diǎn)中的 每一對(duì)將被無(wú)線鏈接。換言之，節(jié)點(diǎn)30和32之間可以存在多個(gè)跳。然 而，DAC-GE的故障檢測(cè)和恢復(fù)操作與跳數(shù)目無(wú)關(guān)，并且它們有利于輔助 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的端到端故障檢測(cè)和恢復(fù)。
另外，不同于在其中故障檢測(cè)和恢復(fù)的路由和切換在開放系統(tǒng)互連 (OSI)模型的數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)或更高層發(fā)生的現(xiàn)有系統(tǒng)，在根據(jù) 本發(fā)明配置的系統(tǒng)中，在物理層(第1層)執(zhí)行故障檢測(cè)操作，在數(shù)據(jù)鏈 路層(第2層)執(zhí)行恢復(fù)操作。雖然數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)環(huán)中的各個(gè)段的完整性 負(fù)責(zé)，但是物理層更好地用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控物理信道完整性的更快的機(jī)制，并 檢測(cè)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的端到端的任何故障。例如， 一旦到達(dá)預(yù)定的時(shí)間閾值，物理層可以快速地檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)流的缺少，并且可以重新限定系統(tǒng)的拓?fù)?(獲悉可替換的端口的MAC地址)。這不同于但有點(diǎn)類似于快速生成樹 協(xié)議。
圖2B中的框示出了與節(jié)點(diǎn)(例如，30)相關(guān)聯(lián)的其它組件和 DAC-GE之間的接口 。在INU中，TDM總線110提供主干
(backbone)，通過(guò)該主干將諸如節(jié)點(diǎn)控制卡(NCC) 21、 DAC-GE 41和 RAC 37之類的各種卡連接起來(lái)。NCC包括處理器，并且用作控制各種卡 的接入的總線主控。通過(guò)客戶端接口端口 (千兆以太網(wǎng)端口) 101， DAC-GE 與客戶端數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，并且RAC 35在DAC-GE 41和無(wú)線前端
(ODU37和天線23)之間進(jìn)行連接。
每個(gè)DAC-GE被設(shè)計(jì)以執(zhí)行由快速無(wú)線分組環(huán)(RWPRTm)應(yīng)用的快 速傳輸信道故障檢測(cè)算法。快速傳輸信道故障檢測(cè)被設(shè)計(jì)以用于在千兆以 太網(wǎng)卡中存在的傳輸信道中的一個(gè)或兩者中進(jìn)行快速且可靠的故障檢測(cè)。 有利地，硬件輔助的協(xié)議實(shí)現(xiàn)快速傳輸信道故障檢測(cè)算法，并且，如將在 后面所詳細(xì)描述的，這種算法被使用在兩種應(yīng)用中鏈路聚合和彈性無(wú)線 分組環(huán)操作。
對(duì)快速傳輸信道故障檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)包括多種可能的考慮 (consideration)，其中一些考慮比其它考慮更重要。 一種這樣的設(shè)計(jì)考慮 向后兼容于現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)卡框架。還期望將該算法設(shè)計(jì)為對(duì)噪聲以及 突發(fā)的小錯(cuò)誤具有彈性。例如，如果無(wú)線鏈路發(fā)送出不可改正的幀，則不 應(yīng)該改變傳輸信道的狀態(tài)，即，單個(gè)分組錯(cuò)誤不應(yīng)該觸發(fā)狀態(tài)的改變。
使快速傳輸信道故障檢測(cè)算法成為端到端的解決方案也很重要。即是 說(shuō)，算法應(yīng)當(dāng)不知道(agnostic)傳輸信道所需要的以使有效載荷通過(guò)無(wú)線 電鏈路(存在轉(zhuǎn)發(fā)器)的跳數(shù)目。另外，快速傳輸信道故障檢測(cè)算法應(yīng)該 能夠獨(dú)立地解析任一方向上的故障(即，單向故障)。
雖然由于自然條件會(huì)發(fā)生無(wú)線電鏈路衰落和損耗，并且它們一般是雙 向的，但是硬件故障可能不是雙向的。功率放大器或者發(fā)送(TX)或接收 (RX)合成器的故障，例如可能導(dǎo)致單向故障。算法應(yīng)該能夠獨(dú)立地檢測(cè) 并指示何時(shí)發(fā)生故障以及故障是發(fā)生在發(fā)送方向上還是接收方向上。 一些應(yīng)用可以從使得單向流量仍然流過(guò)的可能性中受益。例如，鏈路聚合可以 受益于使得兩個(gè)信道在一個(gè)方向上發(fā)送且僅一個(gè)回來(lái)。
另外，由于快速傳輸信道故障檢測(cè)算法不依賴于系統(tǒng)中可用的其它報(bào)
警或信號(hào)來(lái)確定故障，所以其在檢測(cè)故障中最好是自治(autonomous ) 的。這種算法也獨(dú)立于有效載荷流量的存在。
除了是自治的之外，快速傳輸信道故障檢測(cè)算法最好被設(shè)計(jì)為自動(dòng)地 從故障中恢復(fù)。例如，如果用于實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的協(xié)議在發(fā)生故障后仍然處 于工作中(試圖與遠(yuǎn)端重新建立通信)，則當(dāng)鏈路被恢復(fù)時(shí)，能夠自動(dòng)地 復(fù)原。
除了前面所述的之外， 一種典型的設(shè)計(jì)需求是快速的，優(yōu)選的低于 50ms的故障檢測(cè)能力。為了達(dá)到此目的，配置和管理處理器最好不涉及快 速傳輸信道故障檢測(cè)算法，并且它不使用無(wú)線鏈路中存在的超出頻帶的網(wǎng) 絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)開銷信道來(lái)傳輸決定信息或狀態(tài)。另外，算法被設(shè)計(jì) 以利用可能的最少量的帶寬(開銷)來(lái)執(zhí)行其功能。這種協(xié)議最好還表現(xiàn) 為硬件輔助的協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式。
因此設(shè)計(jì)以太網(wǎng)幀封裝來(lái)適應(yīng)這些要求。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，DAC將在 TC1或TC2上接收到的以太網(wǎng)幀的封裝設(shè)置為用于同步目的的"類 HDLC"分組結(jié)構(gòu)。但是，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原理，提出了具有附 加的頭部字段擴(kuò)展的不同分組結(jié)構(gòu)，以使得無(wú)須太多的附加開銷即可傳輸 冗余和狀態(tài)信息。額外的頭部字段傳送RX狀態(tài)，而CRC (校驗(yàn)和)保證 頭部信息的完整性。圖3示出了所提出的在有效載荷字段298旁邊的CRC 字段303和頭部字段擴(kuò)展301。經(jīng)擴(kuò)展的頭部字段310包括接收和發(fā)送 (TX， RX)狀態(tài)信息。
圖4A圖示出了經(jīng)修改的基于FPGA的處理引擎，其被設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)快 速傳輸信道故障檢測(cè)算法。注意，雖然優(yōu)選的設(shè)計(jì)采用了基于FPGA、 CPLD、 ASIC的處理引擎或其它邏輯電路中硬件輔助的實(shí)現(xiàn)方式(我們將 這些實(shí)現(xiàn)方式總的稱作"基于FPGA的處理引擎"或簡(jiǎn)單地稱作"處理引 擎")，但是處理引擎的其它配置也是可以的。
具有RX和TX狀態(tài)信息的經(jīng)擴(kuò)展的頭部被處理引擎保持在每個(gè)節(jié)點(diǎn)(即，在無(wú)線通信鏈路的每個(gè)端)的DAC-GE中。基于從流量校準(zhǔn) (alignment)指示符314和接收到的分組及其完整性獲得的信息來(lái)計(jì)算 RX狀態(tài)。流量校準(zhǔn)意欲維持已經(jīng)被劃分為多個(gè)段并且需要適當(dāng)?shù)乇恢匦?構(gòu)建的分組的完整性。圖4B圖示出了流量校準(zhǔn)?；氐綀D4A， TX狀態(tài)是 對(duì)在所接收的分組的頭部中所傳送的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的RX狀態(tài)指示符的反射 (reflection)。在此設(shè)計(jì)中， 一組可配置的寄存器允許調(diào)整系統(tǒng)行為以滿 足特定電信級(jí)(carrier class)規(guī)范。
這些寄存器是?；畈迦胨俾省⒎纸M接收超時(shí)、CRC確認(rèn)閾值和 CRC錯(cuò)誤閾值。?；罘纸M插入速率寄存器304表示在插入?；罘纸M以前分 組插入引擎將等待的速率(以微秒計(jì))(在空閑流量的條件下)。分組接 收超時(shí)寄存器310表示接收引擎在宣告空閑RX超時(shí)以前將要等待分組的 微秒數(shù)。CRC確認(rèn)閾值寄存器311表示為了將RX狀態(tài)從差改為好而必需 接收的連續(xù)的好的CRC分組數(shù)。CRC錯(cuò)誤閾值寄存器309表示為了將RX 狀態(tài)從好改為差而必需接收的差的CRC分組數(shù)。兩個(gè)可配置的CRC寄存 器提供了滯后以避免差-好狀態(tài)關(guān)于小數(shù)目的錯(cuò)誤而波動(dòng)。
如所提到的，對(duì)算法的要求之一是獨(dú)立于信道中有效載荷流量的存 在。為了能夠滿足此要求，設(shè)計(jì)算法以檢測(cè)有效載荷流量的缺少(空 閑)，并插入將維持鏈路狀態(tài)的?；罘纸M。?；罘纸M的格式基本上與正常 的有效載荷分組格式相同，但是沒有有效載荷段，并且其傳送相同的狀態(tài) 和完整性信息。
圖5是示出插入?；罘纸M的操作的狀態(tài)圖。如圖所示，在檢測(cè)到信道 空閑條件以后，算法從穩(wěn)定狀態(tài)402轉(zhuǎn)換到空閑狀態(tài)404。當(dāng)在空閑狀態(tài) 404且在保活定時(shí)器超時(shí)406以前，分組填充繼續(xù)。當(dāng)有效載荷準(zhǔn)備好以 再次發(fā)送時(shí)，算法轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定狀態(tài)402。
由于僅在信道空閑時(shí)插入?；罘纸M，因此由于這些分組導(dǎo)致的開銷量 是最小的。由于這些分組的大小如此小，所以由這些分組引入的延時(shí)足夠 小并且?guī)缀跏遣豢蓹z測(cè)的。在最壞情況的情景中，假設(shè)在空閑流量條件 下，新的分組的到達(dá)與?；畈迦攵〞r(shí)器的期滿相匹配，則準(zhǔn)備好并等待發(fā) 送的新的分組將由僅僅一個(gè)?；罘纸M的插入而被延時(shí)。圖6是圖示出故障檢測(cè)和恢復(fù)算法的流程圖。此示圖示出了包括TX
和RX狀態(tài)更新和恢復(fù)條件的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法。
如所提到的，由于快速傳輸信道故障檢測(cè)算法能夠獨(dú)立于RX故障來(lái) 檢測(cè)TX故障，因此其能夠發(fā)現(xiàn)單向上的鏈路斷裂。在接收方向中，存在 引導(dǎo)算法判定是否存在故障的若干線索。在此示例中，使用了三個(gè)主要的
指示流量校準(zhǔn)錯(cuò)誤、分組接收超時(shí)和超出CRC錯(cuò)誤閾值。流量校準(zhǔn)錯(cuò)
誤是指示本地接收機(jī)尚未與遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)同步的警報(bào)504。分組接收超時(shí)條 件512指示已經(jīng)存在未預(yù)料到的的長(zhǎng)時(shí)間段，在此期間沒有分組被接收到 508。超出CRC錯(cuò)誤閾值條件524指示所接收到的最后n個(gè)連續(xù)分組具有 CRC錯(cuò)誤516，因此信道是不可靠的。在這種情況中，n是根據(jù)傳輸信道 容量而改變的可配置參數(shù)。
上述三個(gè)條件中的任一個(gè)將指示差的接收(RX)狀態(tài)，并且為了宣告 好的RX狀態(tài)三個(gè)條件缺一不可。RX狀態(tài)(好或差)將被添加到與其傳 輸信道相關(guān)聯(lián)的所有分組頭部中，從而以這種方式通知遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的接 收條件。因此TX狀態(tài)是對(duì)通過(guò)好的CRC經(jīng)由分組而報(bào)告的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RX 狀態(tài)的反射。包含在差的CRC分組中的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RX狀態(tài)將被忽略。
為了滿足電信級(jí)故障檢測(cè)的期望，可以根據(jù)分配給傳輸信道的不同容 量來(lái)調(diào)節(jié)算法的可配置闞值和參數(shù)。例如，可以調(diào)節(jié)錯(cuò)誤中的連續(xù)分組數(shù) 以過(guò)濾出錯(cuò)誤突發(fā)并為錯(cuò)誤檢測(cè)提供置信等級(jí)。還可以根據(jù)所期望的流量 負(fù)載來(lái)調(diào)節(jié)保活分組插入速率，以獲得更好的響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于高的利用百 分比，對(duì)保活消息的使用將具有低的發(fā)生概率，而在低的利用百分比中， 這些消息將基于正常概率被插入。為了論證這種算法的效果，圖7中的表 格提供了一些針對(duì)155和311 Mbps傳輸信道容量的檢測(cè)等待時(shí)間示例。
當(dāng)然， 一旦檢測(cè)到故障算法就持續(xù)工作是有利的且優(yōu)選的。為了達(dá)到 這個(gè)目的，即使有效載荷已經(jīng)停止在受影響的傳輸信道中流動(dòng)，也需要維 持對(duì)用于恢復(fù)鏈路狀態(tài)的?；钕⒌牟迦?。 一旦導(dǎo)致故障的缺陷被移除， 這些?；钕⒊休d恢復(fù)到好的鏈路狀態(tài)所需要的所有信息。
但是，在宣告鏈路狀態(tài)為好以前，具有好的CRC的連續(xù)分組數(shù)需要 超過(guò)CRC確認(rèn)閾值。這種行為防止了波動(dòng)，并為轉(zhuǎn)換的發(fā)生提供了好的置信等級(jí)。使CRC確認(rèn)閾值成為可配置參數(shù)，使得系統(tǒng)用戶能夠?yàn)榱撕?的鏈路狀態(tài)來(lái)選擇其想要的置信等級(jí)。
上述算法和DAC-GE在鏈路聚合和彈性分組環(huán)中有應(yīng)用。下面將探討 這些應(yīng)用中的每一個(gè)。
我們從鏈路聚合開始。作為示例，圖8示出了 1+1 EclipseTM微波無(wú)線 電鏈路(可配置用于鏈路聚合)的體系結(jié)構(gòu)。典型的受保護(hù)的(1+1)微 波無(wú)線電系統(tǒng)工作在正常和備用操作模式。無(wú)線數(shù)據(jù)流量在正常模式中使 用頂部無(wú)線電路徑812，而另一路徑814處于備用狀態(tài)；并且在裝置故障 或衰落環(huán)境的情況中，無(wú)線數(shù)據(jù)流量使用冗余無(wú)線電路徑814。
當(dāng)鏈路聚合組(LAG)被創(chuàng)建時(shí)， 一組否則為獨(dú)立的物理鏈路(成 員)812、 814被組合在一起以作為單個(gè)虛擬鏈路(單個(gè)邏輯鏈路)工作。 鏈路聚合密鑰(LAGK)相應(yīng)地被指定并分發(fā)給各個(gè)LAG成員 (LAGM)。這些密鑰通常被以太網(wǎng)交換機(jī)(第2層交換機(jī)，類似于在圖 1C中示出的交換機(jī)，項(xiàng)111)用來(lái)基于流量源和目的MAC地址將以太網(wǎng) 流量轉(zhuǎn)發(fā)到相關(guān)的物理鏈路中。
注意，這種使用多個(gè)物理鏈路來(lái)在兩個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)之間傳輸以太網(wǎng) 流量的方法通常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)增加的鏈路可用性和帶寬，同時(shí)避免形成循 環(huán)。但是，現(xiàn)有系統(tǒng)中的檢測(cè)和交換通常在100ms內(nèi)完成；并且使用標(biāo)準(zhǔn) 的發(fā)送消息的方法則故障檢測(cè)會(huì)花費(fèi)數(shù)秒。因此，為了達(dá)到或超過(guò)電信級(jí) 以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)，鏈路聚合取決于快速故障檢測(cè)和恢復(fù)。
根據(jù)本發(fā)明的原理，鏈路聚合結(jié)合優(yōu)選的硬件輔助的快速傳輸信道檢 測(cè)算法(如上所述)使得能夠在數(shù)百個(gè)微妙內(nèi)進(jìn)行故障響應(yīng)和恢復(fù)，而不 是像使用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送消息方法那樣通常會(huì)花費(fèi)數(shù)秒。具體而言，利用安裝 在INU 804、 806中的DAC-GE， RWPR無(wú)線電系統(tǒng)能夠以兩倍于使用無(wú) 線電鏈路812、 814并在各個(gè)信道上發(fā)送分組的速度進(jìn)行工作。算法對(duì)于 錯(cuò)誤傳播是有彈性的，并消除了不必要的切換。由于對(duì)鏈路故障或衰落環(huán) 境的快速檢測(cè)，系統(tǒng)將快速地切換到單個(gè)鏈路(812或814) 。 LAG的冗 余特性結(jié)合快速傳輸信道檢測(cè)算法來(lái)操作以使流量在剩余的可靠物理鏈路 間重新定向。由駐留在存在于DAC-GE (未示出)中的以太網(wǎng)交換機(jī)中的鏈路聚合控制任務(wù)重新組織分組的交換和列隊(duì)。
另外，利用算法的單向故障檢測(cè)能力，通過(guò)使全部鏈路吞吐量在一個(gè) 方向可用同時(shí)在另一方向僅使用限定吞吐量(由于單向鏈路故障)，鏈路 聚合系統(tǒng)可以具有非對(duì)稱行為。這就是大量使用廣播或多播傳輸或?qū)嵸|(zhì)上 非對(duì)稱的視頻廣播系統(tǒng)或其它應(yīng)用的情況。
圖9是圖示出在鏈路聚合成員發(fā)生故障或恢復(fù)時(shí)的動(dòng)態(tài)鏈路聚合密鑰 重新分發(fā)的狀態(tài)圖。當(dāng)發(fā)生鏈路故障時(shí)902，狀態(tài)圖中所示的行為通過(guò)將
2+0鏈路轉(zhuǎn)換為1+0操作來(lái)提高整個(gè)鏈路的可用性。注意，利用密鑰重新 分發(fā)，所有流量被轉(zhuǎn)移到剩余的LAGM中。即是說(shuō)， 一旦檢測(cè)到故障，則 狀態(tài)從穩(wěn)定狀態(tài)904進(jìn)行切換以將LAGK分發(fā)給剩余的LAGM 902。換言 之，利用這種方法，通過(guò)用剩余的鏈路(LAGM)臨時(shí)接管發(fā)生故障的鏈 路直到其恢復(fù)為止，而使發(fā)生故障的鏈路的流量流被重新分發(fā)而不是被中 止，以使得恢復(fù)很快且整個(gè)流量流可以繼續(xù)。這種方法超過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)的重 要優(yōu)點(diǎn)在于僅僅維持與剩余LAGM的指定密鑰相關(guān)聯(lián)的流量流，而與發(fā) 生故障的LAGM的密鑰相關(guān)聯(lián)的流量流被中止(使缺乏(starved))直到 發(fā)生故障的鏈路恢復(fù)為止。實(shí)際上，當(dāng)鏈路發(fā)生故障時(shí)，雖然如果在剩余 LAGM中重新分發(fā)密鑰總數(shù)則整個(gè)鏈路聚合吞吐量會(huì)減少，但是整個(gè)流量 會(huì)繼續(xù)流動(dòng)；并且如果到達(dá)了擁塞的環(huán)境，則流量?jī)?yōu)先順序和流控制會(huì)接 管以維持流。
當(dāng)故障環(huán)境消失后，鏈路聚合結(jié)合快速傳輸信道故障檢測(cè)和恢復(fù)算法 來(lái)恢復(fù)鏈路的總吞吐量，并將原始的LAGK組重新指定給新近被恢復(fù)的 LAGM 906。如果需要任何另外的重新分發(fā)，則以這種相同的重復(fù)方式進(jìn) 行。
為了實(shí)現(xiàn)前面的狀態(tài)圖，鏈路聚合結(jié)合快速傳輸信道故障檢測(cè)算法來(lái) 工作，例如如圖10中的流程圖所示。對(duì)于每個(gè)LAGM，密鑰被指定給該 LAGM 1006，并且檢査RX或TX狀態(tài)1012。如果RX或TX狀態(tài)已經(jīng)改 變1012，則算法判定LAGM狀態(tài)的改變是故障還是恢復(fù)1016。在基于 FPGA的處理引擎中的DAC-GE中實(shí)現(xiàn)對(duì)故障或恢復(fù)的檢測(cè)以及復(fù)原 (即，硬件輔助的檢測(cè)和復(fù)原)。 一旦檢測(cè)到鏈路故障或鏈路恢復(fù)(TX或RX狀態(tài)改變)，則LAGM被標(biāo)記以在故障的情況下重新分發(fā)密鑰 1018而在恢復(fù)的情況下重新指定密鑰1020。對(duì)于先前沒有考慮到的各個(gè) 鏈路(沒有被指定密鑰)，則經(jīng)組合的鏈路聚合和快速傳輸信道故障檢測(cè) 算法判定LAGM是否被標(biāo)記1022，如果是，則在故障時(shí)為其重新分發(fā)密 鑰1028，或者在恢復(fù)時(shí)為原始LAGM重新指定密鑰1026。
現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)回來(lái)描述先前提到的彈性無(wú)線分組環(huán)(RWPR)，針對(duì)快 速傳輸信道故障檢測(cè)算法的第二應(yīng)用。通常，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)合SONET和 SDH已經(jīng)在第2層中被廣泛應(yīng)用，在第2層中由網(wǎng)橋和L2交換機(jī)作出分 組路由決定。 一般地，還為了避免混淆通過(guò)以被控制的方式打斷它們的以 太網(wǎng)循環(huán)，系統(tǒng)使用了生成樹協(xié)議(STP)以及其后繼快速生成樹協(xié)議 (RSTP)。因此，如果環(huán)中的鏈路發(fā)生故障，則RSTP算法使用快速發(fā)送 消息系統(tǒng)來(lái)重新配置該鏈路。
當(dāng)利用傳統(tǒng)的鏈路聚合時(shí)，現(xiàn)有環(huán)配置采用發(fā)送消息協(xié)議來(lái)執(zhí)行 RSTP。這種環(huán)配置使用外部交換機(jī)來(lái)檢測(cè)鏈路故障并傳送將被RSTP使用 以重新配置鏈路的信息。
通常，傳統(tǒng)的RSTP使用基于網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BPDU)的快速發(fā) 送消息協(xié)議，BPDU用于在網(wǎng)絡(luò)中參與的網(wǎng)橋之間進(jìn)行通信。這些BPDU 幫助每個(gè)參與的網(wǎng)橋端口判定端口角色(根、被指定、可替換和備份)和 端口狀態(tài)(丟棄、獲悉和轉(zhuǎn)發(fā))。BPDU還被用來(lái)檢測(cè)端口之間的鏈路故 障以及相應(yīng)地重新配置網(wǎng)絡(luò)。BPDU由所有網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)中所有參與的端口 中、在指定的時(shí)間間隔(hello-時(shí)間間隔)處被發(fā)送。這些時(shí)間間隔常常用 數(shù)秒來(lái)衡量(例如，默認(rèn)的指定值是2秒)。
因此，如果在三個(gè)連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)沒有接收到BPDU，則在給定端 口檢測(cè)到鏈路故障。如果網(wǎng)橋在一行中丟失了三個(gè)BPDU，則網(wǎng)橋判定其 已經(jīng)失去了到其直達(dá)根或鄰近網(wǎng)橋的連接。如果活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械亩丝?檢測(cè)到鏈路故障，則需要重新配置網(wǎng)絡(luò)。臨近故障的橋接元件將發(fā)送 BPDU給它們的鄰居以通知鄰居相關(guān)的故障，并且將根據(jù)它們所接收到的 BPDU來(lái)改變剩余端口的狀態(tài)和角色。網(wǎng)絡(luò)中的所有參與的網(wǎng)橋?qū)⒉扇☆?似的動(dòng)作，它們將不得不檢査并更新其端口狀態(tài)和角色以有效地實(shí)現(xiàn)所需要的網(wǎng)絡(luò)重新配置。但是，考慮到電信級(jí)傳輸要求，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)(平 均地以數(shù)秒來(lái)衡量，并且在最好情況的情形中以數(shù)百毫秒來(lái)衡量)仍然很 慢。
但是，甚至利用RSTP時(shí)發(fā)送消息協(xié)議也相對(duì)較慢，并且其在故障后
的收斂可以以數(shù)秒量級(jí)來(lái)衡量。電信級(jí)應(yīng)用需要50ms或更低的故障收 斂，這在使用RSTP而無(wú)附加的輔助的情況下是不可能達(dá)到的。因此，本 發(fā)明考慮結(jié)合硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法的類RSTP方法。換 言之，在此實(shí)施例中，本發(fā)明考慮將快速傳輸信道檢測(cè)算法應(yīng)用到RSTP 中，以由此實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間上的改進(jìn)，所述改進(jìn)在使用現(xiàn)有(BPDU)故障 檢測(cè)技術(shù)的情況下是不可行的。具有這種功能的環(huán)形拓?fù)湓诖朔Q作彈性無(wú) 線分組環(huán)(RWPR)。
圖11提供了用Eclipse 平臺(tái)無(wú)線電實(shí)現(xiàn)時(shí)的RWPR的拓?fù)?。設(shè)計(jì) RWPRTM使能的Eclipse無(wú)線電系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)故障并切換流量流，而無(wú)需使用 外部的交換機(jī)或路由設(shè)備，因?yàn)榇讼到y(tǒng)被設(shè)計(jì)為直接在DAC-GE中執(zhí)行 RSTP。利用如上所述的提供了硬件輔助的算法的每個(gè)節(jié)點(diǎn)1102m中的 DAC-GE，故障的檢測(cè)快于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)。故障檢測(cè)時(shí)間從數(shù)秒減少到數(shù)百 微秒，并且環(huán)重新配置立即向參與的RSTP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。這種實(shí)現(xiàn)方式 使實(shí)現(xiàn)電信級(jí)以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)所需要的低于50ms故障收斂是可行 的。
實(shí)際上，通過(guò)無(wú)線鏈路(或一組鏈路)1105i-4的硬件輔助的故障檢測(cè) 被設(shè)計(jì)為與在以太網(wǎng)物理層的故障檢測(cè)表現(xiàn)一樣好或更好。由網(wǎng)絡(luò)中的活 動(dòng)端口進(jìn)行的故障檢測(cè)將觸發(fā)RWPR網(wǎng)絡(luò)中的所有參與的網(wǎng)橋(在此示例 中是RSTP使能的DAC-GE)立即進(jìn)行故障信息的傳播以及端口狀態(tài)和角 色的快速轉(zhuǎn)換。雖然用于電信級(jí)類型的服務(wù)的故障檢測(cè)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)重新配 置具有非?？量痰姆磻?yīng)時(shí)間要求，但是由于鏈路恢復(fù)而用于恢復(fù)原始網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)涞囊鬀]有如此苛刻。
存在于DAC-GE中的處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行RSTP算法，并將持續(xù)監(jiān)控傳輸 信道鏈路狀態(tài)。由于各個(gè)DAC-GE作為RSTP可用的網(wǎng)橋而工作，因此其 與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲衅渌腄AC-GE通信。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，處理器將簡(jiǎn)單地向RSTP算法應(yīng)用鏈路狀態(tài)信息，而無(wú)須等待丟失的BPDU (不必等待判定 連接丟失)。類似地，處理器將立即(不必等到下一個(gè)hello-時(shí)間間隔) 通知其鄰居相關(guān)故障并將繼續(xù)評(píng)估和更新其自己的端口狀態(tài)和角色。網(wǎng)橋 中不直接涉及鏈路故障檢測(cè)的動(dòng)作將保持如由RSTP (802.1w)標(biāo)準(zhǔn)所限 定的那樣。這些動(dòng)作將有效地加速RSTP算法的收斂，從而使其適合于電 信級(jí)類型的服務(wù)。
圖12是圖示出由檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕顒?dòng)端口之一中的鏈路故障的網(wǎng)橋 來(lái)執(zhí)行RWPRTM鏈路故障和恢復(fù)的狀態(tài)圖。另外，狀態(tài)圖還示出了當(dāng)發(fā)生 故障的鏈路被恢復(fù)時(shí)所執(zhí)行的步驟。提到如下點(diǎn)是非常重要的在一些網(wǎng) 絡(luò)中，檢測(cè)到鏈路恢復(fù)之后，將不恢復(fù)原始拓?fù)洹?br> 總之，雖然已參考其某些優(yōu)選版本相當(dāng)仔細(xì)地描述了本發(fā)明，但是也 可以有快速傳輸故障檢測(cè)算法和DAC-GE的其它版本和應(yīng)用。因此，所附
權(quán)利要求書的精神和范圍不應(yīng)被限制為對(duì)在此所包含的優(yōu)選版本的描述。
權(quán)利要求
1. 一種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的彈性分組通信的方法，包括在數(shù)據(jù)接入卡中實(shí)例化硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法；以及將所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法與適用于重新配置所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合，其中，所述組合是響應(yīng)于所述網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 在故障檢測(cè)中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示，并且 其對(duì)通過(guò)所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拓?fù)涫黔h(huán)形拓?fù)浠蜴溌肪酆稀?br> 4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 利用頭部完整性字段和包含接收狀態(tài)信息的擴(kuò)展頭部字段來(lái)格式化分組。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú) 線鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)，并且其中，特 定節(jié)點(diǎn)處的所述發(fā)送狀態(tài)是對(duì)在無(wú)線地鏈接到該特定節(jié)點(diǎn)的另一遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 處的所述接收狀態(tài)的反射。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，從中得到所述發(fā)送狀態(tài)的所述接 收狀態(tài)的所述反射是從接收自所述遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的分組的所述接收狀態(tài)獲得 的，并且其中，該特定節(jié)點(diǎn)中的故障是基于與之相關(guān)聯(lián)的接收和/或發(fā)送狀 態(tài)是否為差來(lái)判定的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 可操作以滿足與通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)而傳輸?shù)姆纸M中的有效載荷的存在與否無(wú)關(guān) 的要求，并在沒有有效載荷時(shí)其插入?；罘纸M以維持鏈路狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 基于網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載以預(yù)定的速率插入保活分組。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 可操作以提供具有錯(cuò)誤彈性的無(wú)線操作，并且其中，可能的連續(xù)錯(cuò)誤分組 數(shù)被調(diào)節(jié)以過(guò)濾出包括少于預(yù)定數(shù)目的這種分組的錯(cuò)誤突發(fā)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法一旦檢測(cè)到預(yù)定數(shù)目個(gè)具有有效完整性的連續(xù)分組就判定好的發(fā)送或接收狀態(tài)，所述有效完整性的標(biāo)記是經(jīng)計(jì)算的校驗(yàn)和(CRC)。
11. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述頭部完整性字段包括校驗(yàn) 和(CRC)。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法可操作以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測(cè)和恢復(fù)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)發(fā)送或接收方向的任一方向上的故障。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法在存在流量校準(zhǔn)錯(cuò)誤、分組超時(shí)和分組完整性錯(cuò)誤閾值超出中的一種或 多種時(shí)，判定故障條件的存在。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法在一旦檢測(cè)到存在故障和錯(cuò)誤時(shí)，繼續(xù)工作。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第2層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議是快 速生成樹協(xié)議或鏈路聚合協(xié)議。
17. —種用于彈性無(wú)線分組通信的系統(tǒng)，包括用于在數(shù)據(jù)接入卡中實(shí)例化硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法的 裝置；以及用于將所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法與適用于重新配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所 具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合的裝置，其中，所述組合是響應(yīng) 于所述網(wǎng)絡(luò)中的故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過(guò) 所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性。
18. —種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的彈性無(wú)線分組通信的系統(tǒng)，包括 多個(gè)經(jīng)由無(wú)線鏈路連接的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)接入卡，所述數(shù)據(jù)接入卡可操作以執(zhí)行硬件輔助的快速無(wú)線傳輸信道故障檢測(cè)算法并且將所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法與適合于重新配置所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓 撲的第2層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議相組合，其中，所述組合是響應(yīng)于所述網(wǎng)絡(luò)中的 故障的并且提供對(duì)所述網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)，以使得通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的分組通信對(duì)這種故障具有彈性；以及多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口 ，所述多個(gè)客戶端數(shù)據(jù)接入端口中的至少一 個(gè)被連接到在所述網(wǎng)絡(luò)一端處的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)，并且另一個(gè)被連接到在所 述網(wǎng)絡(luò)另一端處的節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)，其中所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法 可操作以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測(cè)和恢復(fù)。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡是具有可操作 用于管理所述組合的引擎的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎是邏輯電路、FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路)。
21. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡可操作以在 OSI (開放系統(tǒng)互連)模型的物理層處檢測(cè)故障。
22. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括無(wú)線電接入卡和 戶外單元，該戶外單元在一側(cè)經(jīng)由天線被連接到無(wú)線鏈路中的相應(yīng)的一個(gè) 并且在另一側(cè)經(jīng)由所述無(wú)線電接入卡被連接到所述數(shù)據(jù)接入卡。
23. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡包括字節(jié)同步 階段。
24. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎包括可操作用于維持 分組完整性的流量校準(zhǔn)指示符。
25. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述引擎具有其內(nèi)容被用作調(diào) 節(jié)所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算法的標(biāo)準(zhǔn)的寄存器，包括?；畈迦胨俾始?存器、分組接收超時(shí)寄存器、完整性(CRC)確認(rèn)閾值寄存器和完整性(CRC)錯(cuò)誤速率寄存器。
26. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，在每個(gè)數(shù)據(jù)接入卡中，所述引 擎在發(fā)送側(cè)經(jīng)由以任何順序被串聯(lián)連接的反向復(fù)用器、空閑填充部分、 CRC計(jì)算器和頭部插入部分與以太網(wǎng)通信信道連接，在接收側(cè)經(jīng)由以任何順序被串聯(lián)連接的復(fù)用器、空閑填充移除部分、CRC確認(rèn)部分和開銷移除部分與以太網(wǎng)通信信道連接。
27. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法在故障檢測(cè)中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示。
28. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法對(duì)通過(guò)所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
29. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法可操作以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測(cè)和恢復(fù)。
30. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法可操作以提供具有錯(cuò)誤彈性的無(wú)線操作。
31. —種用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的快速故障檢測(cè)和恢復(fù)的方法，包括 獲得包含接收狀態(tài)或發(fā)送狀態(tài)的狀態(tài)指示；判定分組流量校準(zhǔn)是否被鎖定，并且如果是，則設(shè)置所述接收狀態(tài)為差；判定分組是否曾被接收到，并且如果沒有，則判定所述接收狀態(tài)是否 應(yīng)該被設(shè)置為差；計(jì)算包含接收狀態(tài)的分組頭部字段的有效性值以判定所述分組頭部字 段是否有效以及所述接收狀態(tài)是否應(yīng)該被設(shè)置為好；如果接收到分組，則從分組的所述接收狀態(tài)來(lái)判定所述發(fā)送狀態(tài)；并且如果所述發(fā)送狀態(tài)和/或所述接收狀態(tài)為差，則促使快速傳輸信道故障 檢測(cè)算法發(fā)起對(duì)所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)故障恢復(fù)或自動(dòng)錯(cuò)誤恢復(fù)。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述接收狀態(tài)被設(shè)置在擴(kuò)展的 分組頭部字段中，所述擴(kuò)展的分組頭部字段與頭部有效性值一起被設(shè)置在 每個(gè)分組中。
33. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，針對(duì)設(shè)置所述接收狀態(tài)為差或 好的所述判定包括分別判定在其期間未接收到分組的時(shí)間間隔是否超過(guò)了 預(yù)定時(shí)間閾值，以及判定所接收到的具有有效擴(kuò)展頭部字段的分組數(shù)是否 超過(guò)了預(yù)定閾值。
34. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)時(shí)，所述快速 傳輸信道故障檢測(cè)算法結(jié)合適合于所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具有的拓?fù)涞牡?層網(wǎng) 絡(luò)優(yōu)化協(xié)議來(lái)工作。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述拓?fù)涫擎溌肪酆匣颦h(huán)形網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)洹?br> 36. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)之 間的無(wú)線鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)送狀態(tài)和接收狀態(tài)，并且其 中，特定節(jié)點(diǎn)處的所述發(fā)送狀態(tài)是對(duì)在無(wú)線地鏈接到該特定節(jié)點(diǎn)的另一遠(yuǎn) 端節(jié)點(diǎn)處的所述接收狀態(tài)的反射。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，從中得到所述發(fā)送狀態(tài)的所述 接收狀態(tài)的所述反射是從接收自所述遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的分組的所述接收狀態(tài)獲得 的，并且其中，該特定節(jié)點(diǎn)中的故障是基于與之相關(guān)聯(lián)的接收和/或發(fā)送狀 態(tài)是否為差來(lái)判定的。
38. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法可操作以滿足與通過(guò)所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)而傳輸?shù)姆纸M中的有效載荷的存在與 否無(wú)關(guān)的要求，并在沒有有效載荷時(shí)其插入?；罘纸M以維持鏈路狀態(tài)。
39. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法在故障檢測(cè)中是自治的，因?yàn)槠洫?dú)立于其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障指示。
40. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法對(duì)通過(guò)所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸有效載荷所需要的跳數(shù)是不可知的。
41. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述快速傳輸信道故障檢測(cè)算 法可操作以提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端故障檢測(cè)和恢復(fù)。
全文摘要
為了滿足電信級(jí)以太網(wǎng)傳輸信道標(biāo)準(zhǔn)等，需要無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的快速故障檢測(cè)和恢復(fù)。因此，利用硬件輔助的快速傳輸信道故障檢測(cè)算法(500)和具有相應(yīng)配置的引擎的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接入卡來(lái)提供彈性無(wú)線分組通信。在具有各種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)中，該彈性無(wú)線分組通信分別與其現(xiàn)有協(xié)議(例如快速生成樹協(xié)議和鏈路聚合協(xié)議)相組合地被提供。
文檔編號(hào)G06F11/00GK101416065SQ200680054187
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者曾超明, 瑟吉奧·里卡爾迪, 阿萊恩·霍頓 申請(qǐng)人:哈里斯施特拉特克斯網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行公司