徐勝軍，鄧慶林，劉 華

(1.武漢郵電科學研究院，武漢 430074； 2.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430073)

0 引 言

在數(shù)字網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)中，先是出現(xiàn)了單一形式網(wǎng)絡業(yè)務的同步數(shù)字傳輸(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)系列設備，隨著多種形式的網(wǎng)絡業(yè)務的出現(xiàn)，又出現(xiàn)了以分組交換為核心，面向分組數(shù)據(jù)業(yè)務的分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network,PTN)設備。隨著第三代移動通信(3rd-Generation,3G)技術(shù)的日趨成熟，以多協(xié)議標簽交換(Multi-Protocol Label Switching, MPLS)技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)的無線接入網(wǎng)互連協(xié)議化(Internet Protocol Radio Acess Network,IP RAN)和自動交換光網(wǎng)絡(Automatically Switched Optical Network,ASON)系列設備更好地適應了通信的需求。隨著數(shù)字業(yè)務的增長，人們對網(wǎng)絡傳輸擴容技術(shù)進行了研究，波分復用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技術(shù)脫穎而出，緊接著出現(xiàn)了光傳送網(wǎng)絡(Optical Transport Network,OTN)和分組光傳送網(wǎng)絡(Packet Optical Transport Network,POTN)等更大傳輸帶寬和更高傳輸速率的通信設備。本文中的集群光傳送網(wǎng)(Cluster Optical Transport Network,COTN)設備就是在集群多子框架構(gòu)技術(shù)的基礎上，對傳統(tǒng)OTN設備進行業(yè)務槽位的擴展，使其具有更大的業(yè)務承載能力。COTN能夠顯著提高現(xiàn)網(wǎng)通信設備的業(yè)務承受能力[1]。

1 部署場景

1.1 COTN部署場景分析

本文將介紹2+N(兩個交換框和N(取值為1～255)個子框)COTN管理平面的部署，網(wǎng)管通過多端口轉(zhuǎn)發(fā)器(HUB)連接到主備兩個交換框的主盤F口上；由于交換框的F口支持主備互送，因此框內(nèi)的主備切換不影響交換框的主備連接。由于主備交換框的F口都通過HUB連接到網(wǎng)管，因此主備框間發(fā)生主從切換不影響COTN設備與網(wǎng)管的連接。

兩個交換框上的主備主控盤的串行通信端口(Cluster Communication Port,COM)與N個不同組號業(yè)務子框的COM口組成一個環(huán)路，構(gòu)成框間信息傳輸通道，主要完成配置、告警、性能和狀態(tài)等信息的框間傳遞。

在COTN設備的部署中，主備交換框理論上可以帶1～255個子框，每個子框可以帶255個業(yè)務盤，即COTN在理論上可以有255×255個業(yè)務盤，業(yè)務盤會分布在不同COTN框架上。目前的COTN設備每個框架上可以帶85個業(yè)務盤，較傳統(tǒng)OTN設備每個從框上15塊單盤業(yè)務容量大了很多[2]。2+NCOTN管理平面部署場景如圖1所示。

圖1 2+N COTN管理平面部署場景圖

1.2 傳統(tǒng)OTN部署場景分析

在傳統(tǒng)OTN設備中，只是單網(wǎng)元下一個主框帶多個同組號的從框。傳統(tǒng)OTN設備只有盤間主備保護的理念，不支持框間切換，網(wǎng)管通常是直連主框上的主控盤。在傳統(tǒng)OTN設備中，主框可以帶N個(理論值為255)從框，每個從框上不多于15塊單盤。傳統(tǒng)OTN設備管理平面部署場景如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)OTN設備管理平面部署場景圖

1.3 現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設備的升級管理

對于現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設備，若要升級為COTN設備，需對現(xiàn)網(wǎng)設備的框、主控盤以及網(wǎng)管進行更換。因為傳統(tǒng)OTN設備的管理系統(tǒng)是Vxworks操作系統(tǒng)，而COTN設備則是Linux操作系統(tǒng)，所以需要網(wǎng)管進行適配。COTN設備主控盤的硬件中央處理器(Central Processing Unit,CPU)性能和安全數(shù)碼卡(Secure Digital Memory Card,SD)內(nèi)存較傳統(tǒng)OTN設備主控盤有更新，所以對現(xiàn)網(wǎng)中傳統(tǒng)OTN設備直接升級為COTN設備時需要更換硬件。不過現(xiàn)在可以將COTN設備在數(shù)據(jù)、業(yè)務以及子框管理上的創(chuàng)新應用在傳統(tǒng)OTN設備的軟件中，以提高傳統(tǒng)OTN設備管理系統(tǒng)的性能去適配更多的從框，來實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設備向COTN設備的過渡，后續(xù)新開站點會采用COTN設備管理系統(tǒng)進行部署。

2 理論模型

2.1 數(shù)據(jù)管理

在COTN級聯(lián)擴展場景下，單個網(wǎng)元管理的單盤可以達到上千個，告警性能等數(shù)據(jù)量是傳統(tǒng)OTN設備的數(shù)倍。為了提高COTN設備數(shù)據(jù)收集和處理的效率，COTN設備管理系統(tǒng)在保留傳統(tǒng)OTN設備單盤變化告警主動上報機制的基礎上，對原有機制進行了優(yōu)化。

2.1.1 網(wǎng)管查詢告警/性能

在傳統(tǒng)OTN設備中，網(wǎng)管會定期廣播輪詢各單盤上的告警和性能，單盤收到命令后會上報自身的告警/性能。在COTN設備中，網(wǎng)管不會主動下發(fā)輪詢命令，工作人員通過網(wǎng)管上“同步告警/性能”按鈕下發(fā)查詢命令，單盤收到命令后會主動上報自身的告警/性能。

單盤的告警數(shù)據(jù)是將經(jīng)協(xié)議緩沖區(qū)(Protocol Buffer,PB)封裝后的數(shù)據(jù)包報給網(wǎng)管，性能數(shù)據(jù)是采用文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol,FTP)上傳文件的形式上報給網(wǎng)管[3]。子框框控盤具備數(shù)據(jù)收集的能力，其會匯總所有單盤數(shù)據(jù)統(tǒng)一上報主框主控盤。網(wǎng)管查詢告警/性能的流程如圖3所示。

圖3 網(wǎng)管查詢告警/性能流程圖

2.1.2 對比分析

(1) 在COTN設備管理系統(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)OTN設備網(wǎng)管定時廣播輪詢數(shù)據(jù)的機制，采用主控與單盤點對點方式來獲取數(shù)據(jù)，降低了獲取全部單盤數(shù)據(jù)的頻度，減小了主控與單盤之間的數(shù)據(jù)量[4]。

(2) 在COTN設備管理系統(tǒng)中，增強了框控盤的性能，解決了傳統(tǒng)OTN設備框控盤不能對數(shù)據(jù)進行處理的問題，縮短了主控盤收集單盤數(shù)據(jù)的時間，提高了主控與單盤的交互效率[5]。

(3) 在COTN設備管理系統(tǒng)中，告警數(shù)據(jù)是經(jīng)過PB封裝后上報給網(wǎng)管的，性能文件是通過FTP的方式上報的，對數(shù)據(jù)上報方式的優(yōu)化解決了傳統(tǒng)OTN設備在數(shù)據(jù)收發(fā)高峰數(shù)據(jù)容易混亂丟失和CPU利用率異常的問題。

2.2 框間管理

在COTN設備中，采用了撥號開關(guān)來區(qū)分主框、備框和子框。上電后，子框依據(jù)撥號開關(guān)獲取框類型，然后從電子標簽獲取單盤的框身份識別標碼(Identity Document,ID)。主控應用程序上電完成后，依據(jù)以太網(wǎng)組播功能將框ID廣播給子框的所有單盤，單盤依據(jù)框ID重新調(diào)整IP，從而實現(xiàn)所有單盤有唯一IP。

2.2.1 擴展子框管理

在COTN設備中，主控盤在收集到所有單盤溫度后，會根據(jù)框號判斷是否屬于本框單盤，非本框單盤發(fā)送給相應的框控盤進行本框風扇調(diào)速；框控盤會收集本框單盤槽位在位信息上報給主控盤，主框會根據(jù)配置信息，將各子框告警信息發(fā)送給各子框框控盤，由各子框框控盤進行告警燈點亮[6]。

之前的OTN和POTN設備僅支持帶OTN設備從框，COTN中增加了擴展子框功能，框控盤實現(xiàn)擴展子框單盤在位信號管理和風扇調(diào)速等功能。同時支持與各POTN/OTN設備共同組網(wǎng)。擴展子框管理機制流程圖如圖4所示。

圖4 擴展子框管理機制流程圖

2.2.2 主備框配置同步

COTN設備主備框工作時，需定期通過心跳檢測幀來檢測對方工作狀態(tài)是否正常。備框會定時向主框發(fā)起配置校驗請求同步，當從同步校驗幀里識別出主備框網(wǎng)元配置數(shù)據(jù)不同步時，主框主控盤會將自身的配置通過心跳通道同步給備框的框控盤，同時備框框控盤主備之間也會進行同步，從而實現(xiàn)4盤同步[6]。主備框配置同步消息序列如圖5所示。

圖5 主備框配置同步消息序列圖

2.2.3 框間切換

在工程應用上，主控盤發(fā)生故障時，會導致整個主框甚至整個站點托管，進而會導致整個環(huán)路發(fā)生托管。為了解決這個問題，COTN設備管理系統(tǒng)增加了主備框切換功能，框間切換有手動和自動切換兩種。

(1) 手動切換。網(wǎng)管下發(fā)切換命令給備框，備框在收到命令后會自動切換為主框，原主框切為備框，新的主框會將切換事件上報網(wǎng)管，并向網(wǎng)管申請配置[7]。

(2) 自動切換。主備框之間通過心跳數(shù)據(jù)來檢測主框是否正常運行。備框定時向主框發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，主框收到后進行應答，如果累計3次無應答，則備框升級為主框。同時如果主框發(fā)現(xiàn)無法向備框應答，則主框自動切換為備框。切換完成后，新的主框?qū)⒋耸录蠄缶W(wǎng)管[8]。

優(yōu)缺點分析?？蜷g切換的應用大大降低了設備托管的可能性，但在主備框多次檢驗心跳數(shù)據(jù)的過程中，存在一個主框異常、備框等待的間隔期，該段間隔期對設備上管和業(yè)務交互有潛在的風險?？蜷g切換是COTN設備管理系統(tǒng)的創(chuàng)新點，是通信設備管理系統(tǒng)的一個新的研究方向，為多子框管理系統(tǒng)的優(yōu)化提供了有力支撐。

3 結(jié)果分析

3.1 不同設備子/從框數(shù)對比分析

收集不同時期傳輸設備上子/從框數(shù)以及單盤數(shù)量理論值對比分析，如圖6所示。

圖6 不同設備子/從框數(shù)對比圖

由圖可知，隨著傳輸設備的更新?lián)Q代，單網(wǎng)元傳輸設備的業(yè)務盤容量也在不斷擴大，COTN設備的業(yè)務盤容量得到了超前擴展，可滿足現(xiàn)網(wǎng)對業(yè)務槽位的需求。

3.2 數(shù)據(jù)收集處理分析

通過實驗獲得COTN設備和傳統(tǒng)OTN設備主控盤在數(shù)據(jù)收集和處理方面的耗時數(shù)據(jù)如圖7所示。

由圖可知，隨著單盤數(shù)量的增加，COTN設備子框數(shù)增長速度遠小于傳統(tǒng)OTN設備從框數(shù)，兩款設備收集告警/性能等數(shù)據(jù)消耗的時間都呈現(xiàn)出指數(shù)增長趨勢，故工程應用中，業(yè)務單盤數(shù)量遠不能達到理論值[9]。

同等單盤數(shù)量時，傳統(tǒng)OTN設備在數(shù)據(jù)處理上消耗的時間遠多于COTN設備，這是因為同等單盤數(shù)量下，COTN設備子框框控盤數(shù)量遠少于傳統(tǒng)OTN設備從框框控盤，COTN設備子框框控盤具備數(shù)據(jù)處理能力，而傳統(tǒng)OTN設備主控盤需要處理所有單盤報上來的數(shù)據(jù)，COTN設備子框框控盤可以為主控盤處理數(shù)據(jù)節(jié)約大量的時間[10]。

由此可見，COTN設備管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)收集和處理上性能均優(yōu)于傳統(tǒng)OTN設備管理系統(tǒng)。

3.3 業(yè)務處理分析

通過實驗獲得COTN設備和傳統(tǒng)OTN設備分別具有的單盤業(yè)務量，以及其對單盤業(yè)務配置處理的耗時數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖8 COTN設備和傳統(tǒng)OTN設備業(yè)務處理對比

由圖8(a)可知，當COTN設備的子框數(shù)量和傳統(tǒng)OTN設備的從框個數(shù)相同時，COTN設備的單盤業(yè)務量遠大于傳統(tǒng)OTN設備，且隨著框數(shù)的增多，COTN設備的單盤業(yè)務量增長越來越快，而傳統(tǒng)OTN設備的單盤業(yè)務量會達到一個極限值。由圖8(b)可知，同等單盤數(shù)量時，COTN設備主控盤處理業(yè)務配置的耗時遠低于傳統(tǒng)OTN設備，且隨著單盤數(shù)量的大量增加，傳統(tǒng)OTN設備業(yè)務處理性能遠不如COTN設備。這是因為：其一，COTN設備主控盤的硬件性能優(yōu)于傳統(tǒng)OTN主控盤；其二，COTN設備主控盤會將業(yè)務配置下發(fā)給各子框框控盤，框控盤對業(yè)務配置的處理大大減少了主控盤處理單盤業(yè)務的時間；其三，同等數(shù)量單盤下，COTN設備子框數(shù)遠低于傳統(tǒng)OTN設備從框數(shù)，減少了框控盤與單盤交互的時間[11]。

3.4 兩款設備優(yōu)缺點對比分析

綜合上述數(shù)據(jù)分析可知，COTN設備管理系統(tǒng)在整體性能上是優(yōu)于傳統(tǒng)OTN設備管理系統(tǒng)的。當單盤數(shù)量低于500塊時，兩款設備在數(shù)據(jù)和業(yè)務處理方面沒有太大差別；而當單盤數(shù)量多于500塊時，COTN設備的網(wǎng)元管理性能優(yōu)于傳統(tǒng)OTN設備，可滿足高傳輸速率、大帶寬和高性價比的要求。但是COTN設備的網(wǎng)元內(nèi)管理通信組網(wǎng)遠復雜于傳統(tǒng)OTN設備，導致COTN設備的穩(wěn)定性較傳統(tǒng)OTN設備稍差[12]。所以在工程應用中，設備上單盤數(shù)量不多時，建議采用傳統(tǒng)OTN設備進行組網(wǎng)；當設備上單盤數(shù)量龐大時，建議采用COTN設備進行組網(wǎng)。

4 結(jié)束語

本文討論了COTN設備管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，分別采集COTN設備和傳統(tǒng)OTN設備的實驗數(shù)據(jù)進行了對比分析，驗證了COTN設備管理系統(tǒng)在多單盤、大數(shù)據(jù)交互和多業(yè)務處理方面突出的性價比，所設計功能符合設備的要求。將COTN設備管理系統(tǒng)應用于工程上，不僅可以解決傳統(tǒng)OTN設備業(yè)務槽位不夠的問題，還可以提高設備對業(yè)務數(shù)據(jù)的處理效率。