专利名称：光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法
技术领域：
本发明属于用于城域网的光交换技术领域，特别是基于光轨传输机制的光网络中的故障检测与故障定位方法。
背景技术：
在IP业务的高速增长和WDM技术提供超大容量带宽资源的双重刺激下，传统的光网络正在朝着适于传输IP业务的新一代光网络一WDM全光网络演进。WDM全光通信网以光交换技术和波分复用传输技术为基础。传统上，光交换技术可以划分为光线路交换技术、 光分组交换技术和光突发交换技术三种基本类型。然而，这三种方案由于自身的性能不足 (光线路交换带宽粒度大，不适合传输分组业务；光突发交换存在丢包率高等缺点)或者目前光学技术上的限制(光分组交换需要高速光缓存技术和光同步处理技术)都不能很好地适应IP突发业务。光轨(Light-Trails)网络是由A. Gumaste 和 I. Chlamtac 在 2003 年提出的一种新型的光交换网络结构。光轨网络主张采用现有成熟的光学器件，在一条光通道上以空分复用的方式进行业务量疏导，以时分复用的方式传输多个节点的信息。并且在信息的传输过程中，中间节点不需要进行基于高速光开关的重新配置。由于光轨网络具有动态交换率低、 波长利用率高、支持子波长疏导和多播传输、比特率透明等优点，所以在其概念提出后逐渐受到网络研究者的关注。需要特别指出的是，光轨网络在支持云计算、网格计算、数据中心等新型网络需求方面具有独特的优势。虽然光轨网络是一种技术上切实可行且传输性能优良的光交换技术解决方案，但是它面临着比其他类型的光交换网络更严重的生存性问题。光轨网络需要通过光监控信道 (OSC)传输带外控制信令，在通过带外信令建立通信过程后，以时分复用的方式传输多个节点的信息。所以，在OSC中的通信建立完成后，各个光轨节点将按照事先确定的优先级传输各自的数据。那么在上述过程中，一旦网络设备或者传输光缆发生故障，整个通信周期内需要传输的数据都会丢失。因此，完备的生存性机制是关系到光轨网络能否实用化的关键因
O然而，目前在物理层通过检测光信号的功率恶化等方式进行故障检测和定位的方法，难以在光轨通信周期结束前对故障点完成故障检测和定位，并且往往需要昂贵的检测设备的支持。因此，提出一种低成本的、适合光轨传输机制特点的故障检测与定位方法，对于完善光轨网络的生存性机制是一种极具价值的补充。
发明内容
为了克服在现有物理层中对光轨网络中的故障进行检测和定位的方法具有性能不足以及需要昂贵的检测设备支持、成本高等缺点，本发明提供了一种低成本的、适合光轨传输机制特点的故障检测与定位方法。本发明解决其技术问题所用的技术方案为
一种光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，所述光轨网络包括网络节点、光监测信道、光数据信道、网络管理系统和节点管理系统，其中，光监测信道与光数据信道是波长独立的信道，光数据信道在光轨通信建立成功后，以时分复用的方式进行数据传输；利用光轨网络的召集节点通过光监测信道发送一种故障检测帧，所述故障检测帧为带外信令，所述带外信令独立于其他的光轨控制信令，相对于其他的光轨控制信令，所述带外信令的具有最高的发送优先级；召集节点按照具体的生存性需求调整故障检测帧的发送周期，定义光轨网络中的非召集节点为下游节点，在所述下游节点接收到故障检测帧后立即回复一个应答帧，所述应答帧包含下游节点的物理地址信息，所述应答帧的优先级高于所述其他的光轨控制信令；如果召集节点将在预定的接收时限内接收到所有的来自下游节点的应答帧，判定光轨网络中的通信过程正常，反之，判定光轨网络中出现了故障。进一步，所述召集节点采用动态的故障检测帧发送周期或者连续发送多次故障检测帧，如果接收时限内接收到一次应答帧，召集节点判定光轨网络通信正常。再进一步，所述光轨网络为总线型光轨网络，将光轨网络中的头结点设置为召集节点，所述召集节点在固定的时间间隔内周期性地向下游节点广播该故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个或者多个下游节点的应答帧，判定光轨网络发生故障。更进一步，所述光轨网络为环形光轨网络，在环形网络中任意选择一个节点为召集节点，召集节点通过光监测信道在固定的时间间隔内，按照顺时针和逆时针两个方向周期性地向下游节点广播故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了来自两个方向的所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个下游节点的应答帧或者只接收到来自其中一个方向的应答帧，判定光轨网络发生故障。或者是所述光轨网络为网状光轨网络，为网状光轨网络中的每条光轨分配一个唯一的光轨编号，并且规定由每条光轨网络的召集节点发出的故障检测帧和每条光轨网络的下游节点回复的应答帧都必须包含本条光轨的光轨编号；如果网状光轨网络中部分光轨采用总线型拓扑结构，依照总线型光轨网络的处理方式；如果网状光轨网络中部分光轨采用环形拓扑结构，依照环形光轨网络的处理方式。本发明的有益效果主要表现在1.本发明在OSC信道中传输故障检测帧及其应答帧。OSC信道是双向通信的，并且一般被分配两个独立的波长。因此，利用OSC信道传输故障检测帧及其应答帧的过程不需要增加额外的检测设备，最大程度地降低故障检测和定位成本。2.本发明中传输故障检测帧及其应答帧的传输过程是独立于光轨通信周期的，因此本发明能够独立于光轨通信周期以完成故障的检测和定位工作，同时不改变光轨网络的数据传输机制。3.本发明提出的故障检测和定位方法能够根据具体的生存性要求灵活地调整故障检测帧的发送周期和应答帧的接收时限。
图1是故障检测帧的结构示意图。
图2是应答帧的结构示意图。图3是故障检测帧和应答帧在OSC信道中通信过程示意图。图4是故障检测帧和应答帧的工作时序示意图。图5是总线型光轨网络通信正常情况下的故障检测与定位过程的示意图。图6是总线型光轨网络通信异常情况下的故障检测与定位过程的示意图。图7是环形光轨网络通信正常情况下的故障检测与定位过程的示意图。图8是环形光轨网络通信异常情况下的故障检测与定位过程的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图8，一种光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，所述光轨网络包括网络节点、光监测信道、光数据信道、网络管理系统和节点管理系统，其中，光监测信道与光数据信道是波长独立的信道，光数据信道在光轨通信建立成功后，以时分复用的方式进行数据传输；利用光轨网络的召集节点通过光监测信道发送一种故障检测帧，所述故障检测帧为带外信令，所述带外信令独立于其他的光轨控制信令，相对于其他的光轨控制信令，所述带外信令的具有最高的发送优先级；召集节点按照具体的生存性需求调整故障检测帧的发送周期，定义光轨网络中的非召集节点为下游节点，在所述下游节点接收到故障检测帧后立即回复一个应答帧，所述应答帧包含下游节点的物理地址信息，所述应答帧的优先级高于所述其他的光轨控制信令；如果召集节点将在预定的接收时限内接收到所有的来自下游节点的应答帧，判定光轨网络中的通信过程正常，反之，判定光轨网络中出现了故障。进一步，所述召集节点采用动态的故障检测帧发送周期或者连续发送多次故障检测帧，如果接收时限内接收到一次应答帧，召集节点判定光轨网络通信正常。图1是故障检测帧的结构示意图。故障检测帧由包头、类型、优先级、光轨编号和包尾组成，共需要14个字节。其中，类型标识了该帧为故障检测帧，一般定义为0 ；优先级设置为最高，一般定义为0 ；光轨编号用于标识光轨的逻辑编号，对于用于网状光轨网络的故障检测和定位方法，光轨编号是需要被定义和使用的；对于其他两种类型的光轨网络，光轨编号使用缺省值00。图2是对应于故障检测帧的应答帧的结构示意图。由包头、类型、优先级、光轨编号、物理地址和包尾组成，共需要18个字节。其中，类型标识了该帧为故障检测帧的应答帧，一般定义为1 ；优先级设置为最高，一般定义为0 ；光轨编号用于标识光轨的逻辑编号， 对于用于网状光轨网络的故障检测和定位方法，光轨编号是需要被定义和使用的；对于其他两种类型的光轨网络，光轨编号使用缺省值00。物理地址为该下游节点的物理地址。图3是故障检测帧和应答帧在OSC信道中通信过程示意图。本发明使用波长编号为1的波长作为OSC信道中传输故障检测帧的载体；使用波长编号为2的波长作为OSC信道中回复应答帧的载体。图4是故障检测帧和应答帧的工作时序示意图。召集节点以一定的发送周期Tx 向下游节点广播故障检测帧。故障检测帧经过传输时延Td后到达下游节点。下游节点经过Tp处理时间后向召集节点回复应答帧。应答帧经过传输时延Td后到达召集节点。召集节点检测到应答帧后完成了一次光轨网络的故障检测与定位过程。实例一总线型光轨网络的故障检测与定位过程图5所示为一个4节点的单向总线型光轨网络。其中，节点1是召集节点，节点 2-4属于下游节点。特别的，节点4属于终止节点。在通信正常的条件下，召集节点1同时向下游节点2-4广播故障检测帧。由于故障检测帧是具有最高的发送优先级的，所以它会优先于其他的控制信令在OSC信道中传输。下游节点2-4在接收到故障检测帧后，将立即回复包含自己物理地址的应答帧。由于应答帧是具有最高的发送优先级的，所以它会优先于其他的控制信令在OSC信道中传输。召集节点会设置一定的接收时限来接收来自下游节点的应答帧。对于每个下游节点的应答帧而言，由于传输时延不同，所以对应的接收时限也是不同的。比如，来自节点4的应答帧的接收时限至少是来自节点2的应答帧的接收时限的3倍。如果在各自的接收时限内(一般会考虑一定的时延抖动)，召集节点接收了来自其所有下游节点的应答帧，那么召集节点认为当前时刻的通信过程是正常的。如图6所示，由于节点2和节点3之间的光纤链路发生了故障，召集节点在预定的接收时限内没有接收到来自节点3和节点4的应答帧。那么，召集节点认为节点3及之后节点的光轨网络出现了故障。召集节点和节点2将马上停止其传输到节点3及之后节点的通信过程，并且通知网络管理系统进行对应的保护倒换工作。实例二 环形光轨网络的故障检测与定位过程图7所示为一个4节点的环形光轨网络。其中，节点1是召集节点，节点2-4属于下游节点。特别的，节点3属于终止节点。在通信正常的条件下，召集节点1分别沿顺时针和逆时针方向对下游节点2-4广播故障检测帧。由于故障检测帧是具有最高的发送优先级的，所以它会优先于其他的控制信令在OSC信道中传输。下游节点2-4在接收到故障检测帧后，将立即沿着相反的方向回复包含自己物理地址的应答帧。由于应答帧是具有最高的发送优先级的，所以它会优先于其他的控制信令在OSC信道中传输。召集节点会设置一定的接收时限来接收来自下游节点的两个方向的应答帧，即同时或者先后接收到两个来自于同一个下游节点的应答帧。对于每个下游节点的应答帧而言，由于传输时延不同，所以对应的接收时限也是不同的。如果在各自的接收时限内(一般会考虑一定的时延抖动)，召集节点接收了来自其所有下游节点的两个方向的应答帧，那么召集节点认为当前时刻的通信过程是正常的。如图8所示，由于节点3和节点4之间的光纤链路发生了故障，召集节点在预订的接收时限内没有接收到来自节点3的顺时针方向的应答巾贞，但是接收到了来自节点3的逆时针方向的应答帧。与此同时，召集节点接收到了来自于节点4的两个方向的应答帧。那么，召集节点认为节点3和节点4之间的通信信道发生了故障。召集节点和其他下游节点将马上停止经过该故障链路的通信过程，并且通知网络管理系统进行对应的保护倒换工作。本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.一种光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，所述光轨网络包括网络节点、光监测信道、光数据信道、网络管理系统和节点管理系统，其中，光监测信道与光数据信道是波长独立的信道，光数据信道在光轨通信建立成功后，以时分复用的方式进行数据传输；其特征在于利用光轨网络的召集节点通过光监测信道发送一种故障检测帧，所述故障检测帧为带外信令，所述带外信令独立于其他的光轨控制信令，相对于其他的光轨控制信令，所述带外信令的具有最高的发送优先级；召集节点按照具体的生存性需求调整故障检测帧的发送周期，定义光轨网络中的非召集节点为下游节点，在所述下游节点接收到故障检测帧后立即回复一个应答帧，所述应答帧包含下游节点的物理地址信息，所述应答帧的优先级高于所述其他的光轨控制信令；如果召集节点将在预定的接收时限内接收到所有的来自下游节点的应答帧，判定光轨网络中的通信过程正常，反之，判定光轨网络中出现了故障。
2.如权利要求1所述的光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，其特征在于所述召集节点采用动态的故障检测帧发送周期或者连续发送多次故障检测帧，如果接收时限内接收到一次应答帧，召集节点判定光轨网络通信正常。
3.如权利要求1或2所述的光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，其特征在于所述光轨网络为总线型光轨网络，将光轨网络中的头结点设置为召集节点，所述召集节点在固定的时间间隔内周期性地向下游节点广播该故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个或者多个下游节点的应答帧，判定光轨网络发生故障。
4.如权利要求1或2所述的光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，其特征在于所述光轨网络为环形光轨网络，在环形网络中任意选择一个节点为召集节点，召集节点通过光监测信道在固定的时间间隔内，按照顺时针和逆时针两个方向周期性地向下游节点广播故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了来自两个方向的所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个下游节点的应答帧或者只接收到来自其中一个方向的应答帧，判定光轨网络发生故障。
5.如权利要求1或2所述的光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，其特征在于所述光轨网络为网状光轨网络，为网状光轨网络中的每条光轨分配一个唯一的光轨编号，并且规定由每条光轨网络的召集节点发出的故障检测帧和每条光轨网络的下游节点回复的应答帧都必须包含本条光轨的光轨编号；如果网状光轨网络中部分光轨采用总线型拓扑结构，将光轨网络中的头结点设置为召集节点，所述召集节点在固定的时间间隔内周期性地向下游节点广播该故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个或者多个下游节点的应答帧，判定光轨网络发生故障；如果网状光轨网络中部分光轨采用环形拓扑结构，在环形网络中任意选择一个节点为召集节点，召集节点通过光监测信道在固定的时间间隔内，按照顺时针和逆时针两个方向周期性地向下游节点广播故障检测帧；如果召集节点在预定的接收时限内接收到了来自两个方向的所有下游节点回复的应答帧，判定光轨网络通信正常；如果召集节点没有在预定的接收时限内接收到某个下游节点的应答帧或者只接收到来自其中一个方向的应答帧，判定光轨网络发生故障。
全文摘要
一种光轨网络中基于带外信令的故障检测与定位方法，利用光轨网络的召集节点通过光监测信道发送一种故障检测帧，故障检测帧为带外信令，带外信令独立于其他的光轨控制信令，相对于其他的光轨控制信令，带外信令的具有最高的发送优先级；召集节点按照具体的生存性需求调整故障检测帧的发送周期，定义光轨网络中的非召集节点为下游节点，在下游节点接收到故障检测帧后立即回复一个应答帧，应答帧包含下游节点的物理地址信息，应答帧的优先级高于其他的光轨控制信令；如果召集节点将在预定的接收时限内接收到所有的来自下游节点的应答帧，判定光轨网络中的通信过程正常，反之，判定光轨网络中出现了故障。本发明低成本的、适合光轨传输机制特点。
文档编号H04L12/24GK102386973SQ20111035549
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者乐孜纯, 付明磊, 庄益娈 申请人:浙江工业大学