RPR與SDH保護機制的對比分析

[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)，即能夠實(shí)現50ms時(shí)間內的故障保護切換。RPR采用了SDH的環(huán)形結構，和SDH同樣具有故障自愈能力強的特點(diǎn)，但有一定的區別。文章分析了兩種保護機制的特點(diǎn)，比較了二者的聯(lián)系與區別。

[關(guān)鍵詞]RPR；SDH；保護機制
　　　　　　　　　　　　
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)化數據包的傳輸而提出的，它吸收了千兆以太網(wǎng)的經(jīng)濟性，SDH對延時(shí)和抖動(dòng)的嚴格保障，可靠的時(shí)鐘和50ms環(huán)保護和恢復等特性，并具有空間復用，帶寬動(dòng)態(tài)分配，支持業(yè)務(wù)級別等特點(diǎn)，成為當前光網(wǎng)絡(luò )上傳輸數據包的一種優(yōu)化技術(shù)，是新一代城域網(wǎng)建設的首選。RPR協(xié)議已經(jīng)被IEEE802.17工作組于2004年6月正式推出。

1RPR基本結構描述

與SDH拓撲結構類(lèi)似，RPR為互逆雙環(huán)拓撲結構，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)都能夠傳送數據。RPR外環(huán)的傳送方向為順時(shí)針?lè )较�，內環(huán)的傳送方向為逆時(shí)針?lè )较�。RPR的保護不需要專(zhuān)用的帶寬備份，其中的兩個(gè)環(huán)均可用于傳送數據，且可相互用作備份。它通過(guò)在環(huán)上廣播倒換控制消息的方式，使環(huán)上所有的節點(diǎn)確知發(fā)生故障的路由或節點(diǎn)。

2RPR的保護機制

RPR保護協(xié)議提供了對所有被保護業(yè)務(wù)小于50ms的可靠的保護倒換機制，即所謂的彈性。RPR支持兩種保護機制，它包括源路由保護倒換和回繞保護倒換。任意一種保護機制都可滿(mǎn)足RPR的保護要求，但前一種源路由保護對于RPR來(lái)說(shuō)是必備的，而繞回保護則是可選的。

2.1源路由的保護機制(steering)

對于源路由的必備的保護，當檢測到故障時(shí)，節點(diǎn)并不在故障部分進(jìn)行繞回，而是向各個(gè)節點(diǎn)發(fā)送保護請求信息告知鏈路故障，當各節點(diǎn)收到表示故障信息的保護請求信息時(shí)，各節點(diǎn)更新保護數據庫，發(fā)送業(yè)務(wù)的源節點(diǎn)負責將每個(gè)源站點(diǎn)的業(yè)務(wù)從外環(huán)或內環(huán)轉移到另外一個(gè)單向環(huán)，而避開(kāi)失效的鏈路。在源站點(diǎn)的源數據庫沒(méi)有更新之前，因為沒(méi)有相關(guān)的機制，傳送包將在失效點(diǎn)丟失。采用源路由方式提供保護時(shí)，光纖中斷點(diǎn)兩端的每個(gè)業(yè)務(wù)的源節點(diǎn)會(huì )根據拓撲更新信息向反向倒換業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)仍然可根據RPR層終點(diǎn)MAC到達環(huán)路出口。源路由保護方式的優(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)保護倒換時(shí)，對此段另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒(méi)有任何影響。源路由方式需要所有站點(diǎn)的支持，在接收到達某一目的站的通路失效的通知后，源節點(diǎn)切換單播業(yè)務(wù)到能繼續連接到目的站的環(huán)，對于諸如多播或廣播的傳輸，業(yè)務(wù)直接向內環(huán)和外環(huán)傳送從而到達環(huán)上所有站點(diǎn)。

2.2繞回的保護機制(Wraping)

在這種方式下，當檢測到故障時(shí)，故障鄰近的節點(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)生在故障處兩端節點(diǎn)，按保護倒換協(xié)議進(jìn)行繞回。這種方法使數據流在經(jīng)過(guò)很長(cháng)一段路徑到達目的節點(diǎn)時(shí)，都會(huì )保持連通性。對于回繞保護，如果設備失效，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。在保護倒換協(xié)議的控制之下，保護回繞發(fā)生于與故障點(diǎn)相鄰的站點(diǎn)，業(yè)務(wù)流將通過(guò)回繞保護從失效點(diǎn)重選路由。此時(shí)的路由不是最優(yōu)化的路由，隨后，隨著(zhù)新的環(huán)拓撲發(fā)現，一個(gè)新的優(yōu)化的數據通道將會(huì )啟用。但拓撲發(fā)現和隨后的優(yōu)化路徑選擇已不屬于保護倒換協(xié)議的范疇。當采用繞回方式提供保護時(shí)，可對RPRMAC層旁路，直接采用物理層的繞回。繞回保護方式的優(yōu)點(diǎn)在于保護倒換時(shí)間相對快，分組流失少。如果分組為多播業(yè)務(wù)，則繞回保護方式不需要重新計算多播的復制點(diǎn)。繞回方式保護可根據具體支持的情況而定，是可選的方式，只有環(huán)上所有節點(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，繞回方式保護對源站點(diǎn)是透明的。




左圖是故障前的正常數據流，從節點(diǎn)1到節點(diǎn)4，走外環(huán)，路徑為1－2－3－4；

中圖為故障后繞回保護方式，故障發(fā)生后，在故障鏈路兩端的節點(diǎn)上通過(guò)光路環(huán)回，數據路徑也在此環(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方式，從A節點(diǎn)到D節點(diǎn)的數據流量改源路由道，走另外一個(gè)環(huán)(這里是內環(huán))到達目的節點(diǎn)，路徑為1－6－5－4。

2.3兩種方式的比較

RPR規定的兩種故障保護Wrapping和Steering，各有優(yōu)缺點(diǎn)，Wrapping倒換快，無(wú)數據丟失，但是，由于繞行，帶寬比較浪費。而Steering，無(wú)需繞回和繞行，沒(méi)有帶寬浪費問(wèn)題，但是由于機制決定，保護稍慢，有一定包丟失。

目前大部分廠(chǎng)商設備同時(shí)支持繞回和源路由這兩種方式，并且結合這兩種方式各自的優(yōu)點(diǎn)，取長(cháng)補短，配合應用，采取先用繞回方式，后轉用源路由方式的保護流程。當RPR鏈路故障出現時(shí)，立即啟動(dòng)繞回方式進(jìn)行保護，不中斷業(yè)務(wù)；當各節點(diǎn)的各種狀態(tài)數據(拓撲信息等)重新收斂并穩定下來(lái)后，切換到源路由方式，以便節省帶寬。這樣可以到達最佳的保護和利用效果。
3SDH保護機制的研究

SDH的保護屬于物理層的技術(shù)，它通過(guò)冗余的帶寬和冗余的網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的保護切換，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。

3.1點(diǎn)到點(diǎn)的SDHAPS保護機制

SDH的APS機制，可以提供點(diǎn)到點(diǎn)的保護。APS具體實(shí)現可以采取1 1，1：1或1：N保護倒換幾種方式。

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。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)先級業(yè)務(wù)數據）。當主用信道故障時(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。此種方式倒換也可以保證100%的業(yè)務(wù)恢復，而且信道利用率較高，但速度比1：1方式要慢。

1：N方式類(lèi)似于1：1方式，只不過(guò)是N條主用信道共享1條備用信道。因此當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。這種方式進(jìn)一步提高了信道的利用率，為N/（N＋１），但降低了系統的可靠性，不能保證100%的業(yè)務(wù)恢復。

3.2SDH自愈環(huán)SHR

對于環(huán)形拓撲結構，SDH提供了強大的自愈環(huán)（SHR）保護功能。所謂自愈，就是指不需要人為的干預，網(wǎng)絡(luò )就能在極短的時(shí)間內從失效故障中自動(dòng)恢復所傳送的業(yè)務(wù)，使用戶(hù)感覺(jué)不到出了故障。自愈環(huán)結構可以劃分為兩大類(lèi)，即通道倒換環(huán)和復用段倒換環(huán)。對于通道保護環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護是以通

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