专利名称：双向环网络的环号协商方法
技术领域：
本发明涉及网络通讯领域，尤其涉及在网络系统的双向环网络中进行环号协商的方法。
背景技术：
数据通讯在社会各个领域中得到了日益广泛的应用，已经成为人们生活和工作不可或缺的主要信息交流方式，在需求内容日益丰富、需求种类也不断扩大的情况下，对于数据通讯技术的要求也越来越高，对于城域网数据通讯领域而言，这种要求更为突出。国际标准化组织中的IEEE 802.17工作组进行的弹性分组环协议(Resilient Packet Ring，简称RPR)，是一种新型的MAC(Medium access control，媒体访问控制层，一种与物理层无关的数据链路控制机制)层协议，提出的主要目的是优化数据包的传输。该协议吸收了以太网的经济性、SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)对延时和抖动的严格保障、可靠的时钟和50ms环保护和恢复等特性，并具有空间复用、带宽动态分配、支持业务级别等特点，使其成为当前网络上传输数据包的一种主要优化技术，正得到业界的广泛关注和重视，可以满足城域网越来越高的数据传输要求。事实上，RPR技术也使得运营商在城域网内以较低成本提供电信级服务成为可能，在提供SONET(SynchronousOptical Network)/SDH级网络生存性的同时降低了传送费用。目前IEEE802.17工作组还在进行RPR标准的制定工作，RPR标准处于草案阶段，具体版本号还在不断更新，待获得稳定后提交成为正式标准。RPR标准草案中，比较主要的一个优点就是即插即用功能的实现，主要通过拓扑发现和广播站点信息等方法实现该功能。但是在RPR中，其拓扑发现和广播站点信息的实现有一个前提，就是环已经建立、环号已经分配并且环完全正常。要达到这样的效果，需要提前完成包括分配环号、根据分配的环号连接好环、并要保证不能出现任何连接错误等工作。如果站点从环网络上断开后，重新连接到环网络上时，两个端口的接线很容易连接不正确，从而导致环无法正常工作，更无法能够达到即插即用的效果。而且这样的缺点在拓扑发现和广播站点信息方法中并不能得到解决。
美国专利(20030072259)“Auto-configuration of networkinterfaces in a bidirect ional ring network”提出了一种环号自动配置的方法，首先两个站点之间进行协商，协商的方法是两个站点之间根据唯一的编号来选择，协商完后，其他站点直接取得这两个站点协商得到的环号。该方法的不足之处在于仅适用于没有环号时新组网这一最简单的情况，而且不支持多个站点同时加入到环网络上的情况，更重要的是该方法不能支持已有环号的站点继续加入环网络上，且没有纠错能力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的无法满足RPR标准草案的即插即用功能、不支持多个站点同时加入到环网络、不能支持已有环号的站点继续加入环网络，且没有纠错能力的缺点，以期提供一种能够有效实现即插即用功能，实现对多个站点和已有环号站点同时加入环网络、且能够有效纠错的双向环网络的环号协商方法。
本发明所述方法的核心思想是为保证在环网络上的所有站点之间能够进行环号协商，采取在站点间发送请求/应答帧的方式来实现首先由站点发送环号请求帧，如果其他站点有环号，则发送一个环号应答帧；如果没有，其他站点也会发送环号请求帧，所有站点根据收到的环号请求帧进行环号协商。根据RPR标准的要求，所有的站点都是平等的，不存在一个主站点，因此协商采用的算法是环网络上所有的站点进行环号的选举，每一个站点发送环号请求帧的时候都会携带一个本站点缺省环号，根据选举的结果来获得环号。如果站点检测到环号和本站点的不一致，则重新进行协商。
为实现上述目的，本发明提出了一种双向环网络的环号协商方法，其特征在于，包括以下步骤第一步没有环号的站点连接到环网络上后，向外发出一个环号请求帧(包含两个不同的缺省环号，帧类型采用扩展RPR标准中的控制帧类型，即为帧类型A，是一种广播帧)；第二步如果源站点是新加入环中的(包括复位的站点)，其他站点没有变化，则环网络上的相邻站点发送一个应答帧(帧类型B，也是一种广播帧)，并将自己的环号放到应答帧内发送出去；第三步如果环网络上还有其他站点也没有环号，则这些站点同时发送该请求环号的环号请求帧；如果只有一个环收到同一站点发出的环号请求帧，则忽略该环号请求帧；如果收到的所有的站点发出的环号请求帧都只有一个，则不协商环号。站点继续不断的发送该环号请求帧直到环状结构形成。
第四步如果站点从两个环上收到同一个站点发出的环号请求帧，每一个没有环号的站点根据收到的环号请求帧的缺省环号(0或1)求和后(包括自己发出去的环号请求帧中的环号)，每个站点的求和结果是相同的，同收到的帧数(发出请求的站点数，包括站点自己)比较，如果和大于站点数的一半，则环号＝1；如果小于一半，则环号＝0。如果求和的结果等于收到帧数的一半，比较该站点唯一编号，该编号可以采用mac地址这种固定的编号，也可以采用时间戳这种动态的编号，选取两者中编号小的帧中的环号。
第五步如果在上面第三、四步的协商过程中收到第二步中发出的帧类型B的应答帧，则停止上面的操作，取出帧中的环号。这一步用于多个站点同时加入环上的情况。
第六步如果在上面过程完成后经过一段时间Tb后，没有收到帧类型B的应答帧，说明环网络上没有以前协商好环号的站点。这样，站点发送应答帧(帧类型B)给其他站点，每个站点将收到的一个或多个应答帧和自己选好的环号比较(环号协商就是要所有站点环号一致，站点有两个环，环号是指所有站点连接成环的某个环都是配成内环或外环，另外一个环则相反，站点间确认内环或外环就是用环号标示。如果收到的和自己不一致时，重新协商)，一致就停止协商，否则就重新协商。任何站点收到该帧并比较相同后则不用继续发送自己的应答帧。
第七步如果接收到的环号和本站点的不一致，所有站点重新协商。协商过程仍然采用选举的方法，按照上面的步骤中所有站点都没有环号的情况进行。这一步适用于已有环号的站点加入环网络上的情况。主要用于故障的恢复。
本发明所述方法通过RPR环网络上的多个站点间的环号协商，从而达到不需要手工配置即可让站点获得环号的目的，从而使RPR环网络正常工作。本发明能够有效克服现有的RPR标准要求即插即用的特性，却需要手工配置环号的不足，真正做到即插即用，使得站点连接到RPR环网络上非常方便，即使连接错误都可以通过协商使环正常工作。采用本发明所述方法，与现有的技术相比，大大简化RPR环网的建网过程，提高了站点维护的灵活性，增强了RPR的纠错能力。
图1是本发明所述方法中没有环号的单个站点协商流程图。
图2是作为本发明一个实施方式的两个站点连接但未构成环的连接图。
图3是采用本发明所述方法的两个站点的RPR环连接图。
图4是作为本发明另一个实施方式的三个站点连接但未构成环的连接图。
图5是采用本发明所述方法的三个站点的RPR环连接图。
图6是本发明所述方法中站点处理环号请求帧的流程图。
图7是本发明所述环号协商帧的帧类型结构图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明本发明主要是在弹性分组环(RPR)网络中通过环号选举的方法来实现站点间的环号协商，使得各个站点自动获得环号并具有在环号不匹配情况下的纠错能力。环号分别对应于双向环网络的内环和外环，每个环网络上所有站点的环号必须一致，环才能正常工作，协商的过程就是使内环和外环的环号一致。在RPR网络中，需要协商环号的情况主要包括以下几种(1)站点上电、复位(已连接到环网络上)；(2)一个或多个新站点加入环网络上；(3)站点的两个端口都从环网络上断开后恢复连接。单个端口断开后，站点仍然通过另外一个端口连接在环网络上，不需要重新分配环号；(4)多个相连站点构成的一串站点的两个顶点从环网络上断开后又连接到环网络上的情况。与之相应地，各个站点主要依照下述规则进行环号协商(1)当站点没有环号或者收到的环号和自身环号不一致时，需要协商环号。拟协商环号的站点向环网络上发送一个环号请求帧(帧类型A)；(2)任何站点收到环号请求帧(帧类型A)时，如果该站点已经有了确定的环号且根据ttl(time tolive，帧中携带的跳数)判断相邻本站点(ttl＝ttlbase-1，ttlbase是帧中携带的初始ttl)，直接发送环号应答帧(帧类型B)给发送环号请求帧的站点。如果该站点没有确定环号，也将发送环号请求帧，同时接收其他站点的环号请求帧)。对于任一站点所收到的环号请求帧(帧类型A)，同一源MAC地址的帧必须是一对环号相反的帧，帧的其他信息完全相同；如果收到的环号请求帧(帧类型A)有同一源MAC地址的帧而且环号相同，则只保留最早收到的那个帧；(3)环网络上一个站点发出环号应答帧(帧类型B)，该帧携带了确定的环号，其他站点收到后，如果该站点没有环号，根据该帧的环号调整自己的环号；如果已有环号，并且和帧内的环号匹配，不进行处理，否则重新协商环号；(4)站点在某个环网络上收到环号应答帧(帧类型B)，需要将帧内的环号和另外一个环网络上收到的应答帧的环号比较。如果仅仅收到单环的环控制帧而且有一个端口没有连接，计算出另一个环的环号后在该方向的环网络上送出环号应答帧(帧类型B)；(5)站点获得环号后，不再进行环号协商。如果没有获得环号，则定时向环网络上发送环号请求帧(帧类型A)；(6)环网络已经建立后，如果环网络上的站点仅仅从环网络上断开一个端口并恢复，则不需要重新协商。(7)如果环网络上的站点从环网络上断开两个端口并恢复连接，则发送环请求后直接从相邻站点获得环号。(8)如果相邻的两个或多个站点断开，恢复后环号不一致，则需要重新协商环号，协商方法是所有站点当成没有分配环号的站点，缺省值就是以前使用的环号。
图1是描述没有环号的单个站点在和其他站点协商环号时的过程和步骤。下面以一个环的建立过程来说明环号协商的过程。对于单站点的情况，无须协商环号。当加上一个站点后，在还没有连接成环状(如图2所示)的时候，该新增加的站点不断向外发送环号请求帧，每个站点都可以收到一个环号请求帧，这种情况也不协商环号。在形成环状后(如图3所示)，则需要开始协商环号。每个站点都向外发出环号请求帧的同时，每个站点都从两个环网络上收到同一源地址的两个不同环号的帧。将帧中的环号和自己的环号求和并除以站点数2，根据计算结果获得环号，1表示环号为1，0表示环号为0。如果结果是0.5，则取出帧中的站点编号，选取环号。站点计算完后，等待一段时候后发送应答帧，同时接收应答帧并和自己计算出的环号比较，相同则说明协商完成，否则重新协商并产生出错信息。协商完后，每个站点都获得正确的环号。这时候，如果加入第三个站点但没有构成环状时(如图4所示)，则在新加入的站点发送环号请求帧后，相邻的站点根据ttl的值直接发送应答帧，该站点可以直接从其帧中获得环号。这时候，由于一个端口没有链路，站点需要向另外一个环网络上发送一个应答帧确认该环的环号。事实上，在图5所示的情况下，在各个站点构成环状后也可以获得环号，新加入的站点会收到相邻两个站点发出的两个应答帧，取出帧内的环号，站点不需要发送应答帧。
如果加入更多站点，其情况类似于上述过程，而且可以同时加入多个站点。新加入的站点发送环号请求帧，环网络上的站点收到后就会发送应答帧，站点根据应答帧设置自己的环号。同上述过程的不同之处在于，当同时加入多个相连的站点且没有构成环状时，新站点收到应答帧后，在最外面的有一个端口没有链路的站点需要向另外一个环网络上发送一个应答帧，这样，其他的新站点将可获得正确的环号信息。
对于新加入站点已经有环号的情况，往往出现在环已经建好后，且某些站点从环网络上断开后，重新连接到环网络上的时候，对于从环网络上断开的站点站点，在其断开后就自动的失去环号。如果新加入的多个相连站点已经有环号，并且环号和原有的环号匹配，则不需要重新协商环号；如果新加入的多个相连站点已有环号，并且环号和原有的环号不匹配，则需要重新协商环号，所有的站点都要重新分配环号。协商环号时，所有的站点的原环号做为缺省环号，放到环号请求帧中。所有的站点的环号都要重新协商，协商过程相当于所有站点都没有环号的新环。具体步骤见上面新环的环号协商过程。重新协商环号需要构成环状，否则不能协商环号。如果新加入的站点只有一个，该站点需要重新发送环号请求帧，协商过程和新站点相同。
图6是有环号的站点应答新加入的站点的流程图。首先，站点等待接收环号请求帧。然后站点收到环号请求帧后发送应答帧。在站点发送应答帧的同时也可以收到其他站点的应答帧，比较帧中的环号和自己的环号，不一致就重新协商环号。下面是实现环号协商必须的帧格式和一些参数的说明。环号协商的帧格式中，环环号请求帧和应答帧采用RPR标准的控制帧格式，两者都是非扩展帧(帧格式中ef＝0)，仅仅是控制帧类型controlType增加了一种类型代码，类型代码如图7中的06。其他的帧参数和取值包括scCLASS_A0，服务类别是最高级别controlDataUnit帧的有效载荷
A(00)类表示环号请求帧，B(01)类表示应答帧。
接收到A类帧的环号必须和同源的另一帧的环号相反。接收到类型B的帧后需要根据帧的内容修改环号。
由于环号协商是在环正常工作之前就要完成的，所以环号协商能使用到的信息必须非常有限，RPR标准中的很多信息都不能用到。环号协商需要的信息主要包括以下几种站点的链路状态、站点的mac地址、ttl(用于获得新加入站点的相邻站点)。环号协商过程中需要使用到的变量主要包括帧类型、环号、站点编号、reset和从站点发出环环号请求帧(帧类型A)到接收到别的站点的环号请求帧的时间间隔Ta、协商完成后发送应答帧的时间间隔Tb(Tb和Ta相同)、站点没有获得环号的情况下周期发送环号请求帧(帧类型A)的发送间隔Tf(Tf要小于Ta)。
对于reset，0用于表示环号已经确定，该站点只是在接收到环号请求帧时向环中发送应答帧。1表示环号还没有确定，需要协商或正在协商。收到应答帧后或者协商完的环号和应答帧的一致，reset可以置为0；如果收到的应答帧和本站点的不一致，或者其他数据、控制帧的环号错误，reset置为1，重新协商环号。对于Ta，需要确保站点能收到在环正常情况下所有的站点发出的环号请求帧。每个Ta周期都会形成一张表。
环号协商可以达到的目标主要包括当站点都没有环号时，需要形成环状结构才能协商；当环网络上站点有环号时，新加入的站点可以直接分配到环号，不形成环状也可以获得环号，有一个端口连接到环网络上即可，同时，环号协商也支持同时加入多个站点；当站点的两个端口互换后，能获得新的环号；当环网络上多个站点构成的一串站点，交换串的头尾两个顶点端口时，能获得新的环号。但是，环号协商不支持一串站点从环网络上断开后又重新连接到环网络上，发现环号不匹配时，仅仅只有串的一个顶点端口，而另外一个顶点端口没有连接到环网络上的情况。这种情况仅支持形成环状后的协商。
本发明可以使站点连接到RPR环网络上后不需要进行环号的手工配置就自动的获得环号，而且连接错误时也可以自动的调整环号，使整个环工作正常，连接环网时再也不用担心会连接错误了，可以随便插入站点，达到真正的即插即用。在站点连接成环状后，无论是新组网还是网络维护阶段，都可以进行协商并获得环号，即使环网上环号不一致都可以协商一致；甚至没有环号的多个新站点同时加入环网络上时不需要构成环状都可以获得环号。
权利要求
1.一种双向环网络的环号协商方法，其特征在于，包括以下步骤第一步没有环号的站点连接到环网络上后，向外发出一个环号请求帧；第二步如果源站点是新加入环中的，而其他站点没有变化，则环网络上的相邻站点发送一个应答帧，并将自己的环号放到应答帧内发送出去；第三步如果环网络上还有其他站点也没有环号，则这些站点同时发送该请求环号的环号请求帧；如果只有一个环收到同一站点发出的环号请求帧，则忽略该环号请求帧；如果收到的所有的站点发出的环号请求帧都只有一个，则不协商环号；站点继续不断的发送该环号请求帧直到环状结构形成；第四步如果站点从两个环上收到同一个站点发出的环号请求帧，每一个没有环号的站点根据收到的环号请求帧缺省环号进行求和后，每个站点的求和结果是相同的，同收到的帧数比较，如果和大于站点数的一半，则环号＝1；如果小于一半，则环号＝0；如果求和的结果等于收到帧数的一半，则比较该站点唯一编号；第五步如果在上面过程完成后经过一段时间Tb后，没有收到帧类型B的应答帧，则由站点发送应答帧给其他站点，每个站点将收到的一个或多个应答帧和自己选好的环号比较，一致就停止协商，否则就重新协商；任何站点收到该帧并比较相同后则不用继续发送自己的应答帧。
2.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第一步中所述的环号请求帧包含两个不同的缺省环号，帧类型采用扩展RPR标准中的控制帧类型，即为帧类型A，是一种广播帧。
3.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第二步所述应答帧为帧类型B，是一种广播帧。
4.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第四步中所述的环号请求帧的缺省环号为0或1。
5.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第四步中参与求和的环号中，包括该没有环号的站点自己发出去的环号请求帧中的环号。
6.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第四步中所述的编号可以采用mac地址这种固定的编号，也可以采用时间戳这种动态的编号，选取两者中编号小的帧中的环号。
7.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，第三、四步中环号协商需要的信息主要包括点的链路状态、站点的mac地址、tt1；环号协商过程中需要使用到的变量主要包括帧类型、环号、站点编号、reset、从站点发出环号请求帧到接收到其他站点环号请求帧的时间间隔Ta、协商完成后发送应答帧的时间间隔Tb、站点没有获得环号时周期发送环号请求帧的发送间隔Tf。
8.如权利要求1所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，如果存在多个站点同时加入环上的情况，则在所述第三、四步的协商过程中收到第二步中发出的帧类型B的应答帧后，停止协商操作，取出应答帧中的环号。
9.如权利要求1或8所述的双向环网络的环号协商方法，其特征在于，在已有环号的站点加入环网络的情况下，如果接收到的环号和本站点的环号不一致，则所有站点重新协商，协商过程仍然采用选举的方法，按照所有站点都没有环号的情况进行。
全文摘要
本发明公开了一种网络通讯领域中双向环网络的环号协商方法，首先由站点发送环号请求帧，如果其他站点有环号，则发送一个环号应答帧；如果没有，其他站点也会发送环号请求帧，所有站点根据收到的环号请求帧进行环号协商。根据RPR标准的要求，所有的站点都是平等的，不存在一个主站点，因此协商采用的算法是环网络上所有的站点进行环号的选举，每一个站点发送环号请求帧的时候都会携带一个本站点缺省环号，根据选举的结果来获得环号。如果站点检测到环号和本站点的不一致，则重新进行协商。本发明能够有效克服现有RPR标准要求即插即用的特性，却需要手工配置环号的不足，大大简化RPR环网的建网过程，提高了站点维护的灵活性，增强了RPR的纠错能力。
文档编号H04L12/24GK1529477SQ200310101809
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年10月17日
发明者李浩江, 程伟森 申请人:中兴通讯股份有限公司