徐勝軍，鄧慶林，劉 華

(1.武漢郵電科學(xué)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(luò)傳輸系統(tǒng)中，先是出現(xiàn)了單一形式網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的同步數(shù)字傳輸(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)系列設(shè)備，隨著多種形式的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)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(wù)的分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network,PTN)設(shè)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(biāo)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(luò)(Automatically Switched Optical Network,ASON)系列設(shè)備更好地適應(yīng)了通信的需求。隨著數(shù)字業(yè)務(wù)的增長，人們對網(wǎng)絡(luò)傳輸擴(kuò)容技術(shù)進(jìn)行了研究，波分復(fù)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(luò)(Optical Transport Network,OTN)和分組光傳送網(wǎng)絡(luò)(Packet Optical Transport Network,POTN)等更大傳輸帶寬和更高傳輸速率的通信設(shè)備。本文中的集群光傳送網(wǎng)(Cluster Optical Transport Network,COTN)設(shè)備就是在集群多子框架構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)OTN設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)槽位的擴(kuò)展，使其具有更大的業(yè)務(wù)承載能力。COTN能夠顯著提高現(xiàn)網(wǎng)通信設(shè)備的業(yè)務(wù)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(gè)交換框和N(取值為1～255)個(gè)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(gè)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(shè)備與網(wǎng)管的連接。

兩個(gè)交換框上的主備主控盤的串行通信端口(Cluster Communication Port,COM)與N個(gè)不同組號業(yè)務(wù)子框的COM口組成一個(gè)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(shè)備的部署中，主備交換框理論上可以帶1～255個(gè)子框，每個(gè)子框可以帶255個(gè)業(yè)務(wù)盤，即COTN在理論上可以有255×255個(gè)業(yè)務(wù)盤，業(yè)務(wù)盤會分布在不同COTN框架上。目前的COTN設(shè)備每個(gè)框架上可以帶85個(gè)業(yè)務(wù)盤，較傳統(tǒng)OTN設(shè)備每個(gè)從框上15塊單盤業(yè)務(wù)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(shè)備中，只是單網(wǎng)元下一個(gè)主框帶多個(gè)同組號的從框。傳統(tǒng)OTN設(shè)備只有盤間主備保護(hù)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(shè)備中，主框可以帶N個(gè)(理論值為255)從框，每個(gè)從框上不多于15塊單盤。傳統(tǒng)OTN設(shè)備管理平面部署場景如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)OTN設(shè)備管理平面部署場景圖

1.3 現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設(shè)備的升級管理

對于現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設(shè)備，若要升級為COTN設(shè)備，需對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的框、主控盤以及網(wǎng)管進(jìn)行更換。因?yàn)閭鹘y(tǒng)OTN設(shè)備的管理系統(tǒng)是Vxworks操作系統(tǒng)，而COTN設(shè)備則是Linux操作系統(tǒng)，所以需要網(wǎng)管進(jìn)行適配。COTN設(shè)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(shè)備主控盤有更新，所以對現(xiàn)網(wǎng)中傳統(tǒng)OTN設(shè)備直接升級為COTN設(shè)備時(shí)需要更換硬件。不過現(xiàn)在可以將COTN設(shè)備在數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)以及子框管理上的創(chuàng)新應(yīng)用在傳統(tǒng)OTN設(shè)備的軟件中，以提高傳統(tǒng)OTN設(shè)備管理系統(tǒng)的性能去適配更多的從框，來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)OTN設(shè)備向COTN設(shè)備的過渡，后續(xù)新開站點(diǎn)會采用COTN設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行部署。

2 理論模型

2.1 數(shù)據(jù)管理

在COTN級聯(lián)擴(kuò)展場景下，單個(gè)網(wǎng)元管理的單盤可以達(dá)到上千個(gè)，告警性能等數(shù)據(jù)量是傳統(tǒng)OTN設(shè)備的數(shù)倍。為了提高COTN設(shè)備數(shù)據(jù)收集和處理的效率，COTN設(shè)備管理系統(tǒng)在保留傳統(tǒng)OTN設(shè)備單盤變化告警主動上報(bào)機(jī)制的基礎(chǔ)上，對原有機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1.1 網(wǎng)管查詢告警/性能

在傳統(tǒng)OTN設(shè)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(bào)自身的告警/性能。在COTN設(shè)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(bào)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(bào)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(bào)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(bào)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(shè)備管理系統(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)OTN設(shè)備網(wǎng)管定時(shí)廣播輪詢數(shù)據(jù)的機(jī)制，采用主控與單盤點(diǎn)對點(diǎn)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(shè)備管理系統(tǒng)中，增強(qiáng)了框控盤的性能，解決了傳統(tǒng)OTN設(shè)備框控盤不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的問題，縮短了主控盤收集單盤數(shù)據(jù)的時(shí)間，提高了主控與單盤的交互效率[5]。

(3) 在COTN設(shè)備管理系統(tǒng)中，告警數(shù)據(jù)是經(jīng)過PB封裝后上報(bào)給網(wǎng)管的，性能文件是通過FTP的方式上報(bào)的，對數(shù)據(jù)上報(bào)方式的優(yōu)化解決了傳統(tǒng)OTN設(shè)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(shè)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(biāo)簽獲取單盤的框身份識別標(biāo)碼(Identity Document,ID)。主控應(yīng)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(shí)現(xiàn)所有單盤有唯一IP。

2.2.1 擴(kuò)展子框管理

在COTN設(shè)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(yīng)的框控盤進(jìn)行本框風(fēng)扇調(diào)速；框控盤會收集本框單盤槽位在位信息上報(bào)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(jìn)行告警燈點(diǎn)亮[6]。

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

圖4 擴(kuò)展子框管理機(jī)制流程圖

2.2.2 主備框配置同步

COTN設(shè)備主備框工作時(shí)，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(shí)向主框發(fā)起配置校驗(yàn)請求同步，當(dāng)從同步校驗(yàn)幀里識別出主備框網(wǎng)元配置數(shù)據(jù)不同步時(shí)，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(shí)備框框控盤主備之間也會進(jìn)行同步，從而實(shí)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(yīng)用上，主控盤發(fā)生故障時(shí)，會導(dǎo)致整個(gè)主框甚至整個(gè)站點(diǎn)托管，進(jìn)而會導(dǎo)致整個(gè)環(huán)路發(fā)生托管。為了解決這個(gè)問題，COTN設(shè)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(bào)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(yùn)行。備框定時(shí)向主框發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，主框收到后進(jìn)行應(yīng)答，如果累計(jì)3次無應(yīng)答，則備框升級為主框。同時(shí)如果主框發(fā)現(xiàn)無法向備框應(yīng)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?bào)網(wǎng)管[8]。

優(yōu)缺點(diǎn)分析?？蜷g切換的應(yīng)用大大降低了設(shè)備托管的可能性，但在主備框多次檢驗(yàn)心跳數(shù)據(jù)的過程中，存在一個(gè)主框異常、備框等待的間隔期，該段間隔期對設(shè)備上管和業(yè)務(wù)交互有潛在的風(fēng)險(xiǎn)?？蜷g切換是COTN設(shè)備管理系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)，是通信設(shè)備管理系統(tǒng)的一個(gè)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(shè)備子/從框數(shù)對比分析

收集不同時(shí)期傳輸設(shè)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(shè)備子/從框數(shù)對比圖

由圖可知，隨著傳輸設(shè)備的更新?lián)Q代，單網(wǎng)元傳輸設(shè)備的業(yè)務(wù)盤容量也在不斷擴(kuò)大，COTN設(shè)備的業(yè)務(wù)盤容量得到了超前擴(kuò)展，可滿足現(xiàn)網(wǎng)對業(yè)務(wù)槽位的需求。

3.2 數(shù)據(jù)收集處理分析

通過實(shí)驗(yàn)獲得COTN設(shè)備和傳統(tǒng)OTN設(shè)備主控盤在數(shù)據(jù)收集和處理方面的耗時(shí)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(shè)備子框數(shù)增長速度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)OTN設(shè)備從框數(shù)，兩款設(shè)備收集告警/性能等數(shù)據(jù)消耗的時(shí)間都呈現(xiàn)出指數(shù)增長趨勢，故工程應(yīng)用中，業(yè)務(wù)單盤數(shù)量遠(yuǎn)不能達(dá)到理論值[9]。

同等單盤數(shù)量時(shí)，傳統(tǒng)OTN設(shè)備在數(shù)據(jù)處理上消耗的時(shí)間遠(yuǎn)多于COTN設(shè)備，這是因?yàn)橥葐伪P數(shù)量下，COTN設(shè)備子框框控盤數(shù)量遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)OTN設(shè)備從框框控盤，COTN設(shè)備子框框控盤具備數(shù)據(jù)處理能力，而傳統(tǒng)OTN設(shè)備主控盤需要處理所有單盤報(bào)上來的數(shù)據(jù)，COTN設(shè)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(shí)間[10]。

由此可見，COTN設(shè)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(shè)備管理系統(tǒng)。

3.3 業(yè)務(wù)處理分析

通過實(shí)驗(yàn)獲得COTN設(shè)備和傳統(tǒng)OTN設(shè)備分別具有的單盤業(yè)務(wù)量，以及其對單盤業(yè)務(wù)配置處理的耗時(shí)數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖8 COTN設(shè)備和傳統(tǒng)OTN設(shè)備業(yè)務(wù)處理對比

由圖8(a)可知，當(dāng)COTN設(shè)備的子框數(shù)量和傳統(tǒng)OTN設(shè)備的從框個(gè)數(shù)相同時(shí)，COTN設(shè)備的單盤業(yè)務(wù)量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)OTN設(shè)備，且隨著框數(shù)的增多，COTN設(shè)備的單盤業(yè)務(wù)量增長越來越快，而傳統(tǒng)OTN設(shè)備的單盤業(yè)務(wù)量會達(dá)到一個(gè)極限值。由圖8(b)可知，同等單盤數(shù)量時(shí)，COTN設(shè)備主控盤處理業(yè)務(wù)配置的耗時(shí)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)OTN設(shè)備，且隨著單盤數(shù)量的大量增加，傳統(tǒng)OTN設(shè)備業(yè)務(wù)處理性能遠(yuǎn)不如COTN設(shè)備。這是因?yàn)椋浩湟?，COTN設(shè)備主控盤的硬件性能優(yōu)于傳統(tǒng)OTN主控盤；其二，COTN設(shè)備主控盤會將業(yè)務(wù)配置下發(fā)給各子框框控盤，框控盤對業(yè)務(wù)配置的處理大大減少了主控盤處理單盤業(yè)務(wù)的時(shí)間；其三，同等數(shù)量單盤下，COTN設(shè)備子框數(shù)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)OTN設(shè)備從框數(shù)，減少了框控盤與單盤交互的時(shí)間[11]。

3.4 兩款設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)對比分析

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

4 結(jié)束語

本文討論了COTN設(shè)備管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，分別采集COTN設(shè)備和傳統(tǒng)OTN設(shè)備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，驗(yàn)證了COTN設(shè)備管理系統(tǒng)在多單盤、大數(shù)據(jù)交互和多業(yè)務(wù)處理方面突出的性價(jià)比，所設(shè)計(jì)功能符合設(shè)備的要求。將COTN設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用于工程上，不僅可以解決傳統(tǒng)OTN設(shè)備業(yè)務(wù)槽位不夠的問題，還可以提高設(shè)備對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理效率。