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RPR與SDH保護機制的對比分析
[摘要]RPR技術(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，即能夠實現(xiàn)50ms時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，但有一定的區(qū)別。文章分析了兩種保護機制的特點，比較了二者的聯(lián)系與區(qū)別。[關鍵詞]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(shù)據(jù)包的傳輸而提出的，它吸收了千兆以太網(wǎng)的經濟性，SDH對延時和抖動的嚴格保障，可靠的時鐘和50ms環(huán)保護和恢復等特性，并具有空間復用，帶寬動態(tài)分配，支持業(yè)務級別等特點，成為當前光網(wǎng)絡上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術，是新一代城域網(wǎng)建設的首選。RPR協(xié)議已經被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)的傳送方向為順時針方向，內環(huán)的傳送方向為逆時針方向。RPR的保護不需要專用的帶寬備份，其中的兩個環(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)點確知發(fā)生故障的路由或節(jié)點。
2RPR的保護機制
RPR保護協(xié)議提供了對所有被保護業(yè)務小于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足RPR的保護要求，但前一種源路由保護對于RPR來說是必備的，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，節(jié)點并不在故障部分進行繞回，而是向各個節(jié)點發(fā)送保護請求信息告知鏈路故障，當各節(jié)點收到表示故障信息的保護請求信息時，各節(jié)點更新保護數(shù)據(jù)庫，發(fā)送業(yè)務的源節(jié)點負責將每個源站點的業(yè)務從外環(huán)或內環(huán)轉移到另外一個單向環(huán)，而避開失效的鏈路。在源站點的源數(shù)據(jù)庫沒有更新之前，因為沒有相關的機制，傳送包將在失效點丟失。采用源路由方式提供保護時，光纖中斷點兩端的每個業(yè)務的源節(jié)點會根據(jù)拓撲更新信息向反向倒換業(yè)務，業(yè)務仍然可根據(jù)RPR層終點MAC到達環(huán)路出口。源路由保護方式的優(yōu)點在于大大提高了環(huán)路帶寬利用率，并且某條光纖上的業(yè)務保護倒換時，對此段另一條光纖上的業(yè)務沒有任何影響。源路由方式需要所有站點的支持，在接收到達某一目的站的通路失效的通知后，源節(jié)點切換單播業(yè)務到能繼續(xù)連接到目的站的環(huán)，對于諸如多播或廣播的傳輸，業(yè)務直接向內環(huán)和外環(huán)傳送從而到達環(huán)上所有站點。
2.2繞回的保護機制(Wraping)
在這種方式下，當檢測到故障時，故障鄰近的節(jié)點會把一個環(huán)上的業(yè)務繞回到另一個環(huán)上，繞回發(fā)生在故障處兩端節(jié)點，按保護倒換協(xié)議進行繞回。這種方法使數(shù)據(jù)流在經過很長一段路徑到達目的節(jié)點時，都會保持連通性。對于回繞保護，如果設備失效，從失效點進出的業(yè)務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)生于與故障點相鄰的站點，業(yè)務流將通過回繞保護從失效點重選路由。此時的路由不是最優(yōu)化的路由，隨后，隨著新的環(huán)拓撲發(fā)現(xiàn)，一個新的優(yōu)化的數(shù)據(jù)通道將會啟用。但拓撲發(fā)現(xiàn)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，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)點在于保護倒換時間相對快，分組流失少。如果分組為多播業(yè)務，則繞回保護方式不需要重新計算多播的復制點。繞回方式保護可根據(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)點都提供支持的前提下才激活，業(yè)務在失效點直接切換到反向環(huán)以保證環(huán)上所有站點的連接，繞回方式保護對源站點是透明的。
左圖是故障前的正常數(shù)據(jù)流，從節(jié)點1到節(jié)點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(jié)點上通過光路環(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方式，從A節(jié)點到D節(jié)點的數(shù)據(jù)流量改源路由道，走另外一個環(huán)(這里是內環(huán))到達目的節(jié)點，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Wrapping和Steering，各有優(yōu)缺點，Wrapping倒換快，無數(shù)據(jù)丟失，但是，由于繞行，帶寬比較浪費。而Steering，無需繞回和繞行，沒有帶寬浪費問題，但是由于機制決定，保護稍慢，有一定包丟失。
目前大部分廠商設備同時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，取長補短，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(xiàn)時，立即啟動繞回方式進行保護，不中斷業(yè)務；當各節(jié)點的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)(拓撲信息等)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，它通過冗余的帶寬和冗余的網(wǎng)絡設備來實現(xiàn)網(wǎng)絡的保護切換，使得網(wǎng)上因網(wǎng)絡失效而受影響的業(yè)務能夠自動恢復。
3.1點到點的SDHAPS保護機制
SDH的APS機制，可以提供點到點的保護。APS具體實現(xiàn)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/備用兩個信道（一般是位于兩根不同的光纖）上發(fā)送同樣的業(yè)務流，收端在正常情況下從主用信道接收業(yè)務流。當主用信道故障時，收端將切換到從備用信道上接收業(yè)務流，從而使業(yè)務流得以恢復。此種方式優(yōu)點是倒換速度快，缺點是信道利用率低，只有50%。
1：1方式是指在正常時發(fā)端在主用信道上發(fā)送主用業(yè)務流，而在備用信道上發(fā)送額外業(yè)務流（可被中斷的低優(yōu)先級業(yè)務數(shù)據(jù)）。當主用信道故障時，發(fā)端把主用業(yè)務流橋接到備用信道發(fā)送，額外業(yè)務流將被丟棄。而收端將從備用信道接收主用業(yè)務流，從而使主用業(yè)務得到恢復。此種方式倒換也可以保證100%的業(yè)務恢復，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。因此當有兩條以上的主用信道故障時，卻只有1條主用業(yè)務可以得到恢復。這種方式進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)絡就能在極短的時間內從失效故障中自動恢復所傳送的業(yè)務，使用戶感覺不到出了故障。自愈環(huán)結構可以劃分為兩大類，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)務量的保護是以通
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