一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法

一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络通信领域，具体来讲是一种移动前传网络中机架与机盘之间通信 方法。
【背景技术】
[0002] C-RAN是基于集中化处理（CentralizedProcessing)，协作式无线电 (CollaborativeRadio)和实时云计算构架（Real-timeCloudInfrastructure)的无线接 入网方案。在BBU(基带池）与RRU(分布式拉远设备）之间采用WDM(WavelengthDivision Multiplexing，波分复用）承载的方式进行信号传输。与传统0TN(0pticalTransport Network，光传送网）设备所不同的是，C-RAN波分传输设备在物理架构上省略了用于信号 交叉的背板总线，网元内各机盘在机架上没有槽位上的划分，可能随机地分布在机架上的 各个子框内。C-RAN波分传输设备的NMU(NetworkManagementUnit,网元管理单元）通过 网线与机盘相连，机盘与机架通信，从而间接实现NMU与机架间的信息传递。在此情形，由 于NMU无法利用背板总线传递槽位信息对其下辖机盘进行区分，机盘在机架上不能直接定 位。
[0003] 如图1所示，在C-RAN波分传输设备中，对于机架上的n台子框，对应的总共有m 块机盘需安装上机架，假设每台子框可容纳三块机盘，需向外提供三个通讯端口a、b或c， 而NMU与机架进行通信存在如下问题：机盘与所在子框的对应关系不确定，无法确定机盘 具体位置；由于缺少背板总线，各个通讯端口之间的机盘无法自协商通信先后次序，但是同 一时刻，子框仅允许其中一块机盘对其进行访问操作，因此多块机盘同时访问会造成通信 总线冲突；在随意插拔机盘或网络拓扑变化的情况下，需要即时分配访问权限。
[0004] 现有方案中，解决上述问题可考虑的直接办法是，利用一套控制策略来协同所有 1~m机盘之间的通信访问次序，可参考的解决方案如下：
[0005] 1、以时间段为划分的轮询方式。
[0006] 该方式规定所有机盘采用时间同步方式，即由NMU统一分配时间间隔，盘1采用时 间段0-T对子框周期访问，盘2采用时间段T-2T对子框周期访问…盘m采用时间段（m-1) T-mT时间段对子框周期访问。但是，每次轮询周期与机盘数m线性相关，当机盘数量m过 大，会造成轮询周期过长，NMU获取到的子框数据具有滞后性以及部分子框可能出现间歇性 失控状态，可靠性差。
[0007] 2、采用机盘IP号为划分的轮询方式。
[0008] 以机盘在NMU上注册的虚拟IP号作为区分单盘的标示，在初始化阶段NMU依次开 放1到m号单盘对子框的访问权限，获取所有子框与机盘的对应信息。第二阶段，NMU以子 框号与机盘IP号为配对将机盘进行定位，重新分配每一个子框的控制权限。但是，一旦出 现子框或机盘的添加、删除、通信故障等情况下，所有机盘都需要进行重新定位，每块机盘 的通信、定位时间较长，当机盘数量m过多时，初始化时间也会增加，NMU策略分配进程频繁 运行，占用过多CPU资源，子框控制效率低下。

【发明内容】

[0009] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种移动前传网络中机架与 机盘之间通信方法，避免现有技术方案中存在的问题，方便网管对整个机架的实时监测，简 化了NMU对所有机盘进行初始化定位的过程，提高可靠性和子框控制效率。
[0010] 为达到以上目的，本发明采取一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，基 于C-RAN波分传输设备，包括机架、机架上的多台子框，每台子框提供多个用于连接机盘的 通讯端口，其特征在于，包括步骤：
[0011] S1.每台子框设置一个多端口总线转接器，多端口总线转接器对内连接子框通信 总线，对外通过若干地址线区分子框上多个通讯端口，将每台子框的通讯端口都分为第一 类端口、第二类端口......第X类端口，X多1 ;
[0012] S2.NMU向所有连接至第一类端口的机盘发送子框访问权限，连接至第一类端口的 机盘占用子框多端口总线转接器的总线，读取其所在子框的ID号后，将信息发给NMU保存， NMU剥夺所有接至第一类端口的机盘的子框访问权限，所述机盘释放多端口总线转接器的 总线，其中NMU为网元管理单元；
[0013] S3.按照S2中步骤，依次让连接其余类端口的机盘读取器所在子框的ID号，将信 息发给NMU保存；
[0014]S4.NMU将所有机盘的IP号、端口号、所在子框的ID号进行绑定，建立机盘与子框 对应关系的拓扑图；
[0015] S5.为每台子框的通讯端口设置优先级，当同一子框中有两个通讯端口与机盘连 接时，每台子框中优先级最高的通讯端口与其连接机盘通信，NMU剥夺其余通讯端口连接的 机盘对子框的访问权限。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述多端口总线转接器连接的若干根地址线采用高低 电平区分。
[0017] 在上述技术方案的基础上，每台子框中，与通讯端口通信的机盘为主盘，与该子框 其余通讯端口连接的机盘为备盘。
[0018] 在上述技术方案的基础上，当主盘与子框间信道故障，此时主盘检测到连接的通 讯端口物理地址变化，主盘主动向NMU反馈通讯端口地址变化信息，NMU启动主备倒换。
[0019] 在上述技术方案的基础上，当主盘在规定时间内未收到任何来自NMU的帧信息， 会自动释放掉其对子框的访问权限，NMU在规定时间内未收到来自主盘的应答信息，启动主 备倒换。
[0020] 在上述技术方案的基础上，所述主备倒换为，NMU剥夺该主盘的子框访问权限，在 所述拓扑图中找到该子框的备盘信息，依照优先级授予备盘访问权限，NMU更新信息，刷新 拓扑图。
[0021] 在上述技术方案的基础上，当子框故障时，主盘无法获取到正确的子框应答信息， 判断通信失败，将主盘上报的子框ID号清空，NMU读取到无效的子框ID后，在拓扑图中删 除该子框的拓扑单元，并向网管发送严重告警，等待维修。
[0022] 在上述技术方案的基础上，当NMU检测到机盘上线或离线后，向所有机盘发送广 播帧，剥离所有机盘的子框访问权限，然后NMU重复步骤S2至S5。
[0023] 本发明的有益效果在于：
[0024] 1、利用通讯端口地址对机盘进行分类的建议方法，能够快速对所有机盘进行定 位，避免时间段轮询带来的周期过长的问题，简化初始化定位的过程，解决了多机盘在未定 位时的通信冲突问题，可靠性高。
[0025] 2、提供了一套分配子框访问权限的有效机制，防止NMU策略分配进程频繁运行， 避免占用过多CPU资源，自控制效率高。
[0026] 3、实现了机盘对子框访问的主备倒换过程，保证了NMU与所有子框信息交互的可 靠度。更给出了拓扑更新的办法、针对故障处理方法，完善故障处理能力，具有很强的有效 性和实用性。
【附图说明】
[0027] 图1为【背景技术】中机架、子框和机盘的位置分布示意图；
[0028] 图2为本发明子框与机盘通信原理框图；
[0029] 图3为本发明实施例NMU权限分配算法示意图；
【具体实施方式】
[0030] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0031] 一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，基于图1中的机架、多台子框和 多个连接机盘的通讯端口，包括步骤：
[0032] S1.利用通讯端口地址对机盘分类。在每台子框添加一个多端口总线转接器（以 下简称Hub)，Hub对外通过若干地址线区分子框上多个通讯端口，将每台子框的通讯端口 都分为第一类端口、第二类端口……第x类端口，x多1 ;这样，机架上的所有机盘依据连接 通讯端口的物理地址的不同，被分为第一类机盘、第二类机盘……第x类机盘。如图2中， 假定每台子框容纳三块机盘的情况，Hub通过三根地址线将通讯端口分为第一类端口（port a)、第二类端口（portb)和第三类端口（portc)，对应的机盘分为第一类机盘（机盘1)、 第二类机盘（机盘2)和第三类机盘（机盘3)。
[0033] 关于Hub的设计，在电气方面，在子框通信总线上附加若干地址线即可，采用地址 线高低电平即可区分端口，易于实现。假设Hub中所有对外端口采用下拉驱动方式，那么我 们很容易得到机盘连接Hub端口线的物理地址，如表1所示（举例三根地址线）。所有机盘 上电后，实时刷新其连接在子框上的Hub物理端口地址。
[0034] 表 1
[0035]
[0036] S2.机盘定位。NMU向所有连接至第一类端口的机盘（即第一类机盘）发送子框 访问权限，第一类机盘占用子框Hub的总线，读取其所在子框的ID号（固件信息，子框出厂 编号）后，将信息发给NMU保存，完成后，NMU剥夺所有接至第一类机盘的子框访问权限，第 一类机盘释放Hub的总线。
[0037] S3.按照S2中步骤，依次让其余类机盘读取器所在子框的ID号，将信息发给NMU 保存。具体为：NMU向所有第二类机盘发送子框访问权限，第二类机盘占用子框Hub的总线， 读取其所在子框的ID号返送给NMU保存，完成后，NMU剥夺所有接至第二类机盘的子框访问 权限，第二类机盘释放Hub的总线。同理，NMU获取第三类机盘所在子框的ID号，并保存。
[0038] S4.NMU将所有机盘的IP号、端口号、所在子框的ID号进行绑定，建立机盘与子框 对应关系的拓扑图，这样，当前所有机盘在机架上的位置就确定了。
[0039] S5.分配子框的访问控制权限。以子框ID号为单位，在NMU保存的所述拓扑图中 查到所有子框与机盘的对应关系，为每台子框的通讯端口设置优先级，比如，以每台子框的 第一类端口 >第二类端口 >第三类端口的优先级次序，给各台子框的三块机盘进行子框访 问权限的分配。当同一台子框中有多于两个通讯端口与机盘连接时，连接在每台子框中优 先级最高通讯端口上的机盘具有对该子框的访问权限，NMU剥夺其余通讯端口连接的机盘 对子框的访问权限。并且，每台子框中，与通讯端口通信的机盘为主盘（主通信盘），与该子 框其余通讯端口连接的机盘为备盘（备用通信盘）。
[0040] 例如，子框第一 类端口连接有第一类机盘并通信，那么第一类机盘是该子框的主 盘，第二类机盘和第三类机盘是该子框的备盘。假若，子框的第一类端口没有连接机盘，那 么第二类端口连接的第二类机盘是该子框的主盘，第三类端口连接的第三类机盘是该子框 的备盘。规定只有具有子框访问权限的机盘，即主盘，才能周期性地对其所在子框进行访 问、控制，并上报子框的运行状态信息等。
[0041] 在子框的权限分配完成后，正常状态下，每台子框的主盘定期与NMU交互其所在 子框的固件信息、环境参数等，如框ID号、温度值、扇速值、告警信息等等。而非正常状态 下，包括主盘与子框间信道故障（如拔线或者电气故障等）、子框故障、主盘掉线等。其中， 当子框故障时，主盘无法获取到正确的子框应答信息，在主盘上判断通信失败后，将主盘上 报的子框ID号清空。NMU读取到无效的子框ID后，在所述拓扑图中删除该子框的拓扑单 元，并向网管发送严重告警，等待维修。当主盘与子框间信道故障，此时主盘检测到连接的 通讯端口物理地址发生变化，主盘主动向NMU反馈通讯端口地址变化信息，NMU启动主备倒 换。主盘掉线时，会自动释放掉其对子框的访问权限，NMU在规定时间内未收到来自主盘的 应答信息，启动主备倒换。
[0042] 而主备倒换的过程为：首先，NMU上报该主盘的通信失效告警给网管，剥夺该主盘 的子框访问权限。其次，在NMU的拓扑图中查找到该子框的备盘信息，依照优先级关系，授 予优先级最高的一类备盘子框访问权限。授予权限的备盘与子框通信成功后，NMU重新登 记该子框对应机盘的IP、端口号、所在子框的框ID信息等。最后，刷新机盘与子框对应关系 的拓扑图，倒换完成。
[0043] 当需要在已建立好的机架上添加新的机盘、子框或者删除旧的机盘、子框时候，NMU需实时更新机盘与子框的对应关系的拓扑图。更新过程为：首先，当NMU检测到机盘上 线或者机盘离线后，向所有机盘发送广播帧，剥离所有机盘的子框访问权限。其次，NMU重 复上述步骤S2至S5,对所有机盘进行定位，重新建立所有机盘与子框的对应关系拓扑图， 并向网管上报拓扑更新事件信息。
[0044] 如图2和图3所示，机盘1、机盘2和机盘3的定位过程在0-t秒内完成，步骤为：
[0045]S301.初始化，NMU向所有机盘发送广播帧，获取所有已连接注册机盘的Hub端口 地址信息。
[0046] S302. 0-t/3秒，向所有上报Hub端口地址为0x04(porta)(如表1)的机盘广播发 一次Hub总线控制权限，收到相应的权限获取应答（广播帧应答）之后，NMU下发获取子框 信息的命令。机盘1向子框查询子框ID信息，本地记录，并上报给NMU，NMU保存。
[0047]S303.t/3-2t/3秒，剥夺Hub连接端口地址为0x04(porta)的机盘Hub总线控制 权限，将其授权给连接端口地址为0x05(portb)的机盘（机盘2)，同样的过程，获取框ID 信息，机盘本地记录，NMU保存。
[0048]S304. 2t/3-t秒，剥夺Hub连接端口地址为0x05(portb)的机盘控制权限，将其 授权给连接端口地址为0x06(portc)的机盘（机盘3)，同样的过程，获取框ID信息、机盘 本地记录，NMU保存。
[0049]NMU在保存信息的同时，创建链表，将所有机盘的端口连接地址、机盘IP、所在子 框的ID号进行整理归类。如表2所示，即是某实际情况下生成的在线机盘的定位信息表， 机盘定位过程结束。
[0050] 表2
[0051]
[0052]
[0053]S305:综合监控阶段，NMU剥夺所有机盘的Hub控制权限，并依据端口号a>b>c的 优先级次序，给每个子框赋予唯一的访问权限。如表2所示，在定位信息表中ID号为SCU RBS060529的子框内的安装机盘有3块机盘，依照优先级，连接在porta口的机盘占用控制 权限。NMU向所有在线机盘广播定位信息表，机盘收到广播的定位信息表后，在表中查找匹 配框ID信息以及端口地址，匹配后，查看附加的权限值，若为1则启动对子框的访问控制进 程，为0则不动作。在本例中，机盘1连接在端口a，所以机盘1为主控盘，机盘2、机盘3作 为备用盘。
[0054] 在整个通信机制中，机盘是机架与NMU之间通信的桥梁，以下给出机盘在整个过 程中的控制算法流程。机盘上电正常工作后，创建机盘与NMU间的通信任务、机盘与子框间 的通信任务、Hub端口物理地址采集任务三个进程。下面用这三个进程来描述机盘在整个 通信建立过程中的控制算法。
[0055] (1)机盘与NMU间的通信任务。此任务保证NMU与机盘之间的命令交互。NMU 向机盘发送的命令帧有两种类型：广播查询帧、权限控制帧，其中权限控制帧包含了步骤 5301- S304步骤中的全局权限控制帧以及S305中的综合权限控制帧。广播查询帧用于 S301阶段，此时，所有机盘向NMU上报采集到的Hub端口连接信息，框信息部分报为空。 5302- S303步骤中，NMU下发各类端口的权限开关，机盘应答Hub端口连接信息以及框ID信 息。S305步骤中，NMU下发定位信息表，机盘获取权限信息后，应答Hub端口连接信息以及 框ID信息。
[0056] (2)机盘与子框间的通信任务。此任务创建之后，处于等待激活状态。当机盘获 取到了由NMU下发的Hub控制权限，立即激活任务，对子框进行信息查询、访问控制等。NMU 盘剥离Hub控制权限后，该任务再次进入到等待激活状态。
[0057] (3) Hub端口物理地址采集任务。该任务自单盘上电后，即循环运行，间隔时间t毫 秒采集一次机盘连接Hub的物理端口地址，当机盘插上Hub连接线后，采集到的端口地址值 如表1所示。拔掉连接线后，地址值为断开状态的值0x07,该值可用来判断机盘与子框的物 理连接状态，在机盘与NMU间的通信任务中，机盘实时向NMU上报该值。当出现机盘的插拔、 切换、添加、删除等操作时，该值即会发生变化，利用该现象可以实现通信失败故障处理、机 盘位置拓扑更新等功能。
[0058] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护 范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，基于C-RAN波分传输设备，包括机 架、机架上的多台子框，每台子框提供多个用于连接机盘的通讯端口，其特征在于，包括步 骤：51. 每台子框设置一个多端口总线转接器，多端口总线转接器对内连接子框通信总线， 对外通过若干根地址线区分子框上多个通讯端口，将每台子框的通讯端口都分为第一类端 口、第二类端口......第X类端口，X彡1 ; 52. NMU向所有连接至第一类端口的机盘发送子框访问权限，连接至第一类端口的机盘 占用子框多端口总线转接器的总线，读取其所在子框的ID号后，将信息发给NMU保存，NMU 剥夺所有接至第一类端口的机盘的子框访问权限，所述机盘释放多端口总线转接器的总 线，其中NMU为网元管理单元；53. 按照S2中步骤，依次让连接其余类端口的机盘读取器所在子框的ID号，将信息发 给NMU保存； 54. NMU将所有机盘的IP号、端口号、所在子框的ID号进行绑定，建立机盘与子框对应 关系的拓扑图；55. 为每台子框的通讯端口设置优先级，当同一子框中有两个通讯端口与机盘连接时， 每台子框中优先级最高的通讯端口与其连接机盘通信，NMU剥夺其余通讯端口连接的机盘 对子框的访问权限。2. 如权利要求1所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：所述 多端口总线转接器连接的若干根地址线采用高低电平区分。3. 如权利要求1所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：每台 子框中，与通讯端口通信的机盘为主盘，与该子框其余通讯端口连接的机盘为备盘。4. 如权利要求3所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：当主 盘与子框间信道故障，此时主盘检测到连接的通讯端口物理地址变化，主盘主动向NMU反 馈通讯端口地址变化信息，NMU启动主备倒换。5. 如权利要求3所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：当主 盘在规定时间内未收到任何来自NMU的帧信息，会自动释放掉其对子框的访问权限，NMU在 规定时间内未收到来自主盘的应答信息，启动主备倒换。6. 如权利要求4或5所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于： 所述主备倒换为，NMU剥夺该主盘的子框访问权限，在所述拓扑图中找到该子框的备盘信 息，依照优先级授予备盘访问权限，NMU更新信息，刷新拓扑图。7. 如权利要求3所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：当子 框故障时，主盘无法获取到正确的子框应答信息，判断通信失败，将主盘上报的子框ID号 清空，NMU读取到无效的子框ID后，在拓扑图中删除该子框的拓扑单元，并向网管发送严重 告警，等待维修。8. 如权利要求1所述的移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，其特征在于：当NMU 检测到机盘上线或离线后，向所有机盘发送广播帧，剥离所有机盘的子框访问权限，然后 NMU重复步骤S2至S5。
【专利摘要】一种移动前传网络中机架与机盘之间通信方法，涉及网络通信领域：S1.每台子框设置一个多端口总线转接器，对应多个通讯端口，分为第一类端口、第二类端口……；S2.NMU向所有第一类机盘发送子框访问权限，第一类机盘读取其所在子框的ID号后发给NMU保存，NMU剥夺所有第一类机盘的子框访问权限，释放总线；S3.按照S2中步骤，依次让机盘读取器所在子框的ID号；S4.建立机盘与子框对应关系的拓扑图；S5.为每台子框的通讯端口设置优先级，当同一子框中有两个通讯端口与机盘连接时，优先级最高的通讯端口与其连接机盘通信，剥夺其余机盘对子框的访问权限。本发明方便网管对整个机架的实时监测，提高可靠性和效率。
【IPC分类】H04W24/02
【公开号】CN104883701
【申请号】CN201510237676
【发明人】刘佳, 肖奇, 张宏, 杨颖 , 袁振涛
【申请人】烽火通信科技股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月8日