一种基于远端节点保护倒换的故障保护方法与流程

本发明属于光纤无线融合接入网通信技术领域，尤其涉及光纤无线融合接入网中的故障保护方法。

背景技术：

随着智能终端的日益普及，各种移动业务和多媒体业务呈现出爆炸性增长的态势，用户对高带宽、高质量、高灵活性的接入需求也越来越强烈。因此，作为网络“最后一公里”的宽带接入网正面临着严峻的挑战，低成本、大容量、高灵活性和强抗毁性已经成为下一代宽带接入技术的新要求和新目标。因此，近年来学术界提出了一种新的光纤无线融合接入网技术(fiber-wirelessaccessnetwork,fiwiaccessnetwork)，简称为fiwi接入网。由于fiwi接入网有效地实现了光接入网的大容量、长距离与无线接入网的低成本、高灵活性等优势的互补，fiwi接入网被认为是下一代宽带接入网的主要解决方案之一。

fiwi接入网通常包含多个分段，每一个分段由一个位于前端的无线网状网(wirelessmeshnetworks,wmn)和一个位于后端的无源光网络(passiveopticalnetwork,pon)组成，不同分段的光线路终端(opticallineterminal,olt)放置于运营商的中心局(centraloffice,co)。光网络单元(opticalnetworkunit,onu)与olt通过配线光纤(distributionfiber,df)、远端节点(remotenode，rn)及干线光纤(feederfiber,ff)相连接。相比其他接入网络，fiwi接入网的覆盖面积更广，服务的用户数更多，一旦发生故障，将造成更大面积的网络瘫痪。因此fiwi接入网中的故障保护技术研究具有重要的理论及现实意义。

目前，fiwi接入网中的故障保护方法主要分为两大类。一类是基于无线路径倒换的保护方法，由于fiwi接入网前端无线网状网(wirelessmeshnetworks,wmn)能够为业务提供一条或者多条备用无线路径，因此，当分段内网元如df、onu、无线链路(wirelesslink,wl)、无线路由器(wirelessrouter,wr)等发生故障时，可以在wmn中为中断业务寻找可用的备用无线路径进行倒换，避开wmn中的故障网元，从而保证了业务的正常传输。rend,lih,jiy.等在“demonstrationofqos-awarewirelessprotectionschemeforvideoserviceinfiber-wirelessaccessnetwork”【optik-internationaljournalforlightandelectronoptics,2013,124(14):1827-1831.】中提出一种服务质量(qualityofservice,qos)感知的视频业务无线保护机制，通过在wonu之间部署备用无线资源，并利用线性预测算法和媒体传输质量评价指标(mediadeliveryindex,mdi)来保障视频业务的传输质量。liuyj,guol,yuyp等在“connectionavailabilitybasedprotectionalgorithminwireless-opticalbroadbandaccessnetwork”【sciencechinainformationsciences,2014,57(4):1-9.】中提出一种基于连接可用性模型的无线重路由保护方案，首先为不满足可用性要求的wonu分配备用wonu，然后为每对工作-备用wonu计算备用无线路径并配置备用无线射频接口和预留备用射频容量。此类方法虽然可以在无额外成本的基础上恢复受故障影响中断的业务，但是需要较长的恢复时延来寻找可用无线路径，另外该类方法只能解决分段内网元故障的情况，当olt、ff等发生故障时，分段内的所有网元都将与olt断开连接，无法再发送数据。

第二类方法是基于备用光纤部署的保护方法，在多个分段间部署备用光纤，故障分段中的中断业务通过备用光纤被转移到正常工作的分段中。该类方法可以解决olt、ff等分段级故障。guol,liuy,wangf等在“cluster-basedprotectionforsurvivablefiber-wirelessaccessnetworks”【journalofopticalcommunicationsandnetworking,2013,5(11):1178-1194.】中提出一种基于分簇的故障保护方法。针对多个分段同时故障的情况，以最小化备用光纤部署成本为目标，使用整数线性规划(integerlinearprogramming,ilp)方法解决了备用onu选择、各分段分簇及备用光纤部署的联合优化问题。liuy,songq,mar等人在“protectionbasedonbackupradiosandbackupfibersforsurvivablefiber-wireless(fiwi)accessnetwork”【journalofnetworkandcomputerapplications,2013,36(3):1057-1069.】中提出一种基于备份光环路的保护机制。该机制使用遗传算法将fiwi接入网中各分段划分为多个簇，并使用回溯法在每个簇中寻找最短哈密顿环路，并根据最短哈密顿环路进行备用光纤部署。此类方法虽然可以快速恢复中断业务，但需要部署大量的备用光纤，其保护成本较高。

基于备用光纤部署的保护方法通常在各分段的onu间部署备用光纤，与本分段通过备用光纤相连接的分段称为本分段的备用分段。虽然这种方法能快速的恢复数据，但是故障分段的所有业务都需通过备用onu，进而传输到其备用分段中。而故障分段中的其余onu虽然并没有发生故障，但由于其没有到备用分段的有效路径，因而这些onu已不能转发数据，则故障分段中的所有业务都将聚集到该备用wonu中，这将导致严重的网络拥塞，进而导致恢复时延的急剧增大。因此如何降低业务恢复时延是设计fiwi接入网中基于备用光纤部署的故障保护方法的关键。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：针对基于备用光纤部署的故障保护方法，在onu间部署备用光纤时，容易导致网络拥塞，进而导致恢复时延急剧增大的问题，本发明提出一种新的rn结构，并在远端节点间部署备用光纤，较大程度地较低了中断业务的恢复时延。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在不同分段的远端节点(remotenode，rn)间部署备用光纤，并提出一种带有保护倒换功能的rn结构来支持备用光纤的部署。所提rn结构包括分光器、判决电路、光开关。当ff或olt发生故障时，判决电路将根据故障情况对光开关进行倒换操作，以恢复受故障影响中断的业务。

进一步，当网络中无故障时，各分段的rn处于正常工作模式；当网络中ff或olt发生故障时，故障分段的rn节点处于被保护模式，与故障分段通过备用光纤连接的正常分段的rn处于保护模式，中断业务将从故障分段的rn传输到正常分段的rn，进而传输到正常分段的olt并传送到互联网中。

进一步，正常分段将根据动态带宽分配算法(dynamicbandwidthallocation,dba)为故障分段的onu分配带宽。在dba中，每一个轮询周期被分为2个子周期：本分段子周期和故障分段子周期。本分段子周期用来给本段中的onu发送和接收数据；故障分段子周期用来给故障分段中的onu发送和接收数据。

本发明的有益效果在于：本发明提出的故障保护方法，在不同rn间部署备用光纤，当网络发生故障后，中断业务可直接通过rn并通过光纤传输到正常分段的olt中。相比在onu间部署备用光纤的方法，本方法避免了故障业务聚集到某个onu中，从而造成严重的网络拥塞，极大减小了故障业务的恢复时延。

附图说明：

图1基于远端节点保护倒换的故障保护方法流程图；

图2fiwi接入网中备用光纤部署方法；

图3一种新的带有保护倒换的rn结构；

图4子周期示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明的实施作具体描述。

本方法提出在多个分段的rn间部署备用光纤，以避免网络拥塞，从而减小故障业务的恢复时延，如图1所示。当ff或olt发生故障时，该故障分段的所有业务将发生中断。故障分段中的中断业务将通过部署在rn之间的备用光纤传输到正常分段的rn中，进而转发到正常分段的olt中，如图2所示。

同时，本方法提出一种新的rn结构，以完成故障后的保护倒换功能，所提的rn有三种工作模式：正常模式、保护模式和被保护模式，如图3所示。下面结合附图具体说明rn的三种工作模式。

1.正常模式

当无故障时，各分段的rn处于正常工作模式，其光开关置于a-b之间。本分段中的所有业务都将通过图3中的正常路径传输业务。各分段olt的下行数据经光开关a-b和分光器1后广播到本分段中的onu中。而各分段onu发出的上行数据经分光器1和光开关a-b之后，传输到本分段的olt中，进而传输到互联网。

2.保护模式

当与本分段通过备用光纤相连的其他分段发生olt或ff故障时，本分段的rn处于保护模式，而故障分段的rn处于被保护模式。此时，本分段需要为故障分段的中断业务提供保护。本分段的所有业务都将通过图3中的正常路径传输，故障分段的所有业务通过图3中的保护路径1传输到本分段的rn，并转发到本分段的olt中。

判决电路将根据dba对各分段onu的授权时隙发送控制信号到光开关，触发光开关进行倒换。在dba中，本分段的轮询周期被分为2个子周期：子周期1和子周期2。子周期1用于给本分段的onu发送和接收数据，子周期2用于给故障分段的onu发送和接收数据，如图4所示，其中onu1，2和3为本分段的onu，onu4，5和6为故障分段的onu。当rn处于子周期1时，即本分段的onu发送数据时，光开关置于a-b之间；当rn处于子周期2时，即故障分段的onu发送数据时，光开关置于a-c之间。

3.被保护模式

当本分段发生olt或ff故障时，本分段的rn处于被保护模式，而与其通过备用光纤相连的正常分段的rn处于保护模式。此时，本分段的光开关置于b-c之间，本分段的所有业务需要通过保护路径2传输到其他分段中。本分段的各onu将根据负载大小在不同的备用分段中进行注册、测距等操作，以便备用分段的olt为wonu计算授权时隙。所有的业务都将进过分光器1和分光器2后，传输到其他分段。