实现CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法及设备.pdf

本发明公开了一种实现使用CLOS矩阵的交叉连接的同步切换的方法及设备。方法包括以下步骤：在收到交叉连接变更请求后，配置控制器对连接变更请求进行计算并得到新的CLOS矩阵；配置控制器将新的CLOS矩阵下发给交叉节点组；并等待交叉节点组的全部交叉节点返回准备就绪信号；交叉节点组的各交叉节点在切换准备就绪后，返回给配置控制器准备就绪信号；在交叉节点组的全部交叉节点都已返回准备就绪信号后，配置控制器立即发出同步切换信号，通知交叉节点组的各交叉节点进行交叉矩阵的切换；交叉节点组的各同步节点收到配置控制器发出的“同步切换信号”后，立即切换新的交叉矩阵。配置控制器由通信电路、控制线和状态线组成。

1.  一种实现CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，包括以下步骤：
a)将交叉连接变更请求提交给配置控制器；
b)在收到交叉连接变更请求后，所述的配置控制器对连接变更请求进行计算并得到新的CLOS矩阵；
c)所述配置控制器将新的CLOS矩阵下发给交叉节点组；
d)交叉节点组的各交叉节点在切换准备就绪后，返回给配置控制器准备就绪信号；
e)在交叉节点组的全部交叉节点都已返回准备就绪信号后，所述配置控制器发出同步切换信号，通知交叉节点组的各交叉节点进行交叉矩阵的切换；
f)交叉节点组的各同步节点收到配置控制器发出的“同步切换信号”后，立即切换新的交叉矩阵。

2.  根据权利要求1所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于所述的交叉节点组为所述的交叉连接矩阵的所有交叉节点。

3.  根据权利要求1所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于所述的交叉节点组为所述的交叉连接矩阵的所有同步交叉节点，即交叉矩阵发生变化，需要进行同步切换的交叉节点。

4.  根据权利要求1、2或3所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于所述步骤b)包括以下步骤：
b-1)判断交叉连接变更请求次数，如果同一时刻只发生一次连接变更请求，所述配置控制器对所述连接变更连接请求进行计算并得到新的CLOS矩阵；否则，如果同一时刻发生多次请求，那么
b-2)所述配置控制器对所述的连接变更请求进行过滤操作，连续计算新的交叉矩阵，直到完成所有连接变更请求的处理，得到最终下发的CLOS矩阵。

5.  根据权利要求1、2或3所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于所述步骤e)中的同步切换信号由硬件实现。

6.  根据权利要求1、2或3所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于在所述的步骤c)中等待交叉节点组的全部交叉节点返回准备就绪信号的时间如果超过预先设定的时间值T0，则所述配置控制器直接触发同步切换信号，完成同步切换。

7.  根据权利要求1、2或3所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于在所述的步骤c)中等待交叉节点组的全部交叉节点返回准备就绪信号的时间如果超过预先设定的时间值T0，则所述配置控制器放弃当前的同步切换过程，重新执行步骤c)。

8.  根据权利要求1、2或3所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于在步骤e)所述配置控制器触发完“同步切换信号”，并等待T1时间之后，所述配置控制器检查各同步交叉节点返回“切换完成信号”的情况，对于没有返回“切换完成信号”的同步交叉节点，重新下发交叉矩阵。

9.  根据权利要求8所述的CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，其特征在于“准备就绪信号”和“切换完成信号”使用软件协议实现。

10.  一种实现权利要求1所述方法的数字交叉连接设备，其特征在于，所述数字交叉连接设备带有一个配置控制器，所述配置控制器与CLOS矩阵的各个交叉节点相连，并且由通信电路、控制线和状态线组成，其中，所述通信电路用来将交叉矩阵下发给各交叉节点，并实现所述配置控制器与各交叉节点的信息交互；所述控制线用做同步切换信号的控制；所述状态线将各交叉节点的工作状态返回给所述配置控制器。

实现CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法及设备
发明领域
本发明涉及一种实现交叉连接矩阵同步切换的方法及设备，尤其涉及一种实现CLOS交叉连接矩阵的同步切换的方法及设备。
背景技术
在SDH/SONET(同步数字体系/同步光网络)网络中，交叉连接矩阵是同步数字交叉连接设备(以下称交叉连接设备)的核心部分。常用的交叉连接矩阵类型为平方矩阵和CLOS矩阵。
平方矩阵可以实现交叉连接100％无阻塞，缺点是矩阵的规模按平方指数增长，在交叉容量较小时还可以承受，当交叉容量较大时，如果仍然采用平方矩阵设计，不仅设计复杂度大幅提高，而且设备成本也相当可观。当交叉连接容量较大时，CLOS矩阵需要控制的交叉结点数量比平方矩阵的大为减少。通常CLOS矩阵的中央级为固定容量，需要扩容时仅仅扩大输入级和输出级的容量即可。随着电信业的发展，业务容量不断增长，需要引入大容量的交叉连接设备，因此CLOS矩阵是目前交叉连接设备的主流应用矩阵。
CLOS矩阵的引入降低了设计的复杂度，但也大幅降低了交叉连接的配通率。配通率的大幅降低导致交叉连接发生变化时会出现较频繁的交叉连接调整，可能导致部分/全部原有的交叉连接出现瞬断。
如图1所示，CLOS矩阵由输入级、输出级和中央级组成，当前已有3条交叉连接，分别为：a-＞a、b-＞b和c-＞c。此时用户需要添加一条x-＞y的新交叉连接，发现x-＞y已经没有路径可以连接，需要对原有的交叉连接进行调整。
如图2所示，调整时先将c-＞c的交叉连接调整到中间级#1，此时即可添加x-＞y的新交叉连接。然而必须考虑的是：在进行交叉连接的调整时(本例为调整c-＞c的业务)，如果CLOS矩阵的输入级、中间级和输出级没有实现同步切换的话，必然导致原交叉连接出现瞬断。
如图3所示，由于没有进行同步切换，CLOS矩阵的输入级已经将原交叉连接c连接到了中央级的#1，可中央级此时仍然保持原来的交叉连接方式，导致交叉连接c出现瞬断。
为了实现CLOS矩阵的同步切换，一种方法就是使用带内同步消息机制。SDH/SONET帧结构中提供有丰富的开销字节，带内同步消息机制通过在特定位置插入特定开销的方法来完成同步切换消息的传递。
当系统需要同步切换交叉连接时，CLOS矩阵的输入级在开销字节的特定位置发送特定的开销字节，中央级将特定的开销字节向后传递给输出级。在接收到同步消息后，输入级、中央级和输出级根据自己所处的位置定时进行同步切换动作，这样就实现了CLOS矩阵的同步切换，防止交叉连接调整时出现瞬断。
带内消息机制可以解决同步配置问题，但由于其实现的特点，存在以下问题：
1、由于使用特定位置插入特定开销来实现同步切换，因此需要一套同步切换协议，并且该协议需要用纯硬件逻辑来完成，相对成本较高；
2、带内消息机制适用性很差，不能满足多样化的应用场合；比如适用于3级CLOS矩阵的协议不适用于4级CLOS矩阵；也就是说带内消息机制需要针对不同级别的CLOS矩阵开发不同的带内消息协议。
发明内容
为了实现CLOS矩阵的同步切换，并克服现有方法的不足，提出了本发明。本发明的一个目的就是提供一种适用性强、不需要纯硬件逻辑来完成的、保证CLOS矩阵的输入级、中央级和输出级能够同步切换方法。本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的设备。
为实现上述目的，根据本发明的第一个方面所述，它提供了一种实现CLOS交叉连接矩阵同步切换的方法，所述方法包括以下步骤：a)将交叉连接变更请求提交给配置控制器；b)在收到交叉连接变更请求后，所述配置控制器对连接变更请求进行计算并得到新的CLOS矩阵；c)所述配置控制器将新的CLOS矩阵下发给交叉节点组；d)交叉节点组的各交叉节点在切换准备就绪后，返回给配置控制器准备就绪信号；e)在交叉节点组的全部交叉节点都已返回准备就绪信号后，所述配置控制器发出同步切换信号，通知交叉节点组的各交叉节点进行交叉矩阵的切换；以及f)交叉节点组的各同步节点收到配置控制器发出的“同步切换信号”后，立即切换新的交叉矩阵。
所述交叉节点组为所述交叉连接矩阵的所有交叉节点，优选地为所述交叉连接矩阵的所有同步交叉节点，即交叉矩阵发生变化，需要进行同步切换的交叉节点。
所述步骤b)包括以下步骤：b-1)判断交叉连接变更请求次数，如果同一时刻只发生一次连接变更请求，所述配置控制器对所述连接变更连接请求进行计算并得到新的CLOS矩阵；否则，如果同一时刻发生多次请求，那么；b-2)所述配置控制器对所述的连接变更请求进行过滤操作，连续计算新的交叉矩阵，直到完成所有连接变更请求的处理，得到最终下发的CLOS矩阵。
所述步骤e)中的同步切换信号由硬件实现。
在所述步骤c)中，等待交叉节点组的全部交叉节点返回准备就绪信号地时间如果超过预先设定的时间值T0，则所述配置控制器直接触发同步切换信号，完成同步切换。
在所述步骤c)中，等待交叉节点组的全部交叉节点返回准备就绪信号的时间如果超过预先设定的时间值T0，则所述配置控制器放弃当前的同步切换过程，重新执行步骤c)。
在所述步骤e)中，当所述配置控制器触发完“同步切换信号”并等待T1时间之后，所述配置控制器检查各同步交叉节点返回“切换完成信号”的情况，对于没有返回“切换完成信号”的同步交叉节点，重新下发交叉矩阵。
所述“准备就绪信号”和“切换完成信号”使用软件协议实现。
根据本发明的第二个方面所述，它提供了一种实现权利要求1所述的数字交叉连接设备，所述数字交叉连接设备带有一个配置控制器，所述配置控制器与CLOS矩阵的各个交叉节点相连，由通信电路、控制线和状态线组成，其中，所述通信电路用来将交叉矩阵下发给各交叉节点，并实现所述配置控制器与各交叉节点的信息交互；所述控制线用做同步切换信号的控制；所述状态线将各交叉节点的工作状态返回给所述配置控制器。
本发明的有益效果在于：本发明使用了简单的软件协议配合简单的硬件结构，实现了CLOS矩阵的同步切换功能；保证交叉连接发生调整时不会出现连接瞬断现象。由于协议部分由软件实现，硬件体系结构相对简单。另外，本发明具有广泛的适用性，不仅适用于最为常用的3级CLOS矩阵，而且适用于更高阶的CLOS矩阵；在高阶CLOS矩阵的应用中，协议的处理流程是不变的。还有，本发明引入配置控制器后实现了系统交叉连接的集中式控制，所有的交叉连接变更请求都提交给配置控制器，多个连续的交叉连接请求会被过滤为一次请求，这样就提高了系统处理效率，使得系统的交叉连接控制更为简单和高效。进一步讲，由于引入了等待准备就绪信号时间T0、等待切换完成信号时间T1，从而保证了异常情况下系统的可恢复性，进一步提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是现有技术的CLOS矩阵出现交叉连接阻塞的示意图；
图2是现有技术的CLOS调整后新交叉连接添加成功的示意图；
图3是现有技术的CLOS矩阵切换时原交叉连接出现瞬断的示意图；
图4是依据本发明的CLOS矩阵在配置控制器的控制下实现同步切换的示意图；
图5是本发明的配置控制器与交叉节点的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细地描述。如图4所示，本发明通过一个配置控制器，协调CLOS矩阵输入级、中央级和输出级的交叉连接，并保证CLOS的输入级、中央级和输出级同步切换，实现CLOS矩阵调整时交叉连接无瞬断。
配置控制器由一组控制线、状态线和通信电路组成。如图5所示，它们与CLOS矩阵的各个交叉节点相连。图5是配置控制器与一个交叉节点的连接示意图。图5中，LAN_T、LAN_R构成通讯电路，其中LAN_T是配置控制器用来发送数据的信号，LAN_R是配置控制器用来接收数据的信号。SW是配置控制器发送给交叉节点的切换信号，OTH是交叉节点返回配置控制器的状态信号。图5只是示意图，在实践中可以根据需要进行调整，只要能实现对交叉节点的通讯与控制即可。所有交叉节点都按照以上电路连接。通信电路用来将交叉矩阵下发给各交叉节点，并实现配置控制器与各交叉节点的信息交互。通信电路可以采用公知的以太网通讯电路，也可使用其他通信电路，如485、RS232、RS422等，当然也可自行研制，只要具有所述的通信功能即可。控制线用做同步切换信号的控制；状态线可以将各交叉节点的工作状态快速返回给配置控制器，例如：可以用来传递“准备就绪信号”，“切换完成信号”等信息。但由于每个节点都需要至少一根硬连线，成本较高，所以可以通过软件在通讯电路上实现“准备就绪信号”，和“切换完成信号”的传递。对于不在位的交叉节点可以不用考虑该节点的同步切换问题。对高阶矩阵和最为常见的3阶矩阵而言，所使用的通信电路都是一样的，这就保证了本发明的设备具有广泛的适用性。
引入配置控制器后，所有的添加和删除交叉连接操作都在配置控制器的控制下完成。需要添加/删除交叉连接时，将要添加/删除的交叉连接提交给配置控制器，由配置控制器统一处理完成。
以下是本发明使用配置控制器进行交叉连接同步切换同的方法的第一实施例，包括以下流程：
1.配置控制器收到添加/删除交叉连接的请求时，对连接请求进行重新计算并得到新的CLOS矩阵；计算CLOS矩阵的方法已经在CLOS.C的专利文献中得到公开，此处不再赘述。
2.配置控制器将新的CLOS矩阵下发给各个交叉节点，并等待各交叉节点返回“准备就绪信号”。“准备就绪信号”可以通过硬件状态线来实现，也可通过简单的软件协议来实现。具体的实现方式有很多种，比如硬件实现方式可以使用电平中断、脉冲中断、占空比不一样的信号等，脉冲中断方式又可以是低脉冲中断、高脉冲中断等等。
3.当各交叉节点都返回了“准备就绪信号”时，配置控制器立即触发同步切换信号，保证CLOS矩阵的各交叉节点进行交叉矩阵的同步切换。为了保证各个交叉节点收到的同步切换信号几乎是同时的，同步切换信号适用硬件中断线来实现。
以上第一实施例的流程在正常情况下完全可以保证CLOS系统的各个交叉节点同步切换，实现系统调整交叉连接时无瞬断。但考虑到系统同步切换过程中可能出现异常，此时同步切换流程应该是健壮的、可恢复的，所以需要对该流程进行完善，实现正常情况下流程能够保证同步切换的完成，而异常情况下流程能够自行从异常中恢复。
以下是本发明的第二实施例的流程：
1.配置控制器接收交叉连接请求，如果同一时刻发生多次请求，配置控制器将实施过滤操作，之后根据最终需要处理的请求，计算出各交叉节点的CLOS矩阵。此时有些交叉节点的交叉矩阵没有发生变化，有些交叉节点的交叉矩阵发生了变化；交叉矩阵发生变化的交叉节点为同步交叉节点，其他节点为非同步交叉节点；同步交叉节点包含在所有交叉节点中，是所有交叉节点的一个子集。由于配置控制器会对交叉矩阵进行重新计算，并得到新的交叉矩阵，在实际应用中，并不是所有交叉节点的交叉矩阵都发生变化，而是很少一部分交叉节点的交叉矩阵发生变化。为提高效率，在本发明的实施例中，优选地只切换那些矩阵发生变化的交叉节点。这些矩阵发生了变化、需要进行同步切换的交叉节点就是同步交叉节点。极端情况下，所有交叉节点的交叉矩阵都发生了变化，都需要进行同步切换，此时所有交叉节点的集合与同步交叉节点的集合是一致的。
2.配置控制器将新的CLOS矩阵下发给各同步交叉节点，并等待各同步交叉节点返回“准备就绪信号”；等待“准备就绪信号”不能是无限期的，应该在一定的时间范围内得到响应，称该等待时间为T0时间，T0时间优选地取值为30毫秒；
3.各同步交叉节点收到配置控制器下发的交叉矩阵后，完成交叉矩阵的同步切换准备工作并立即返回“准备就绪信号”给配置控制器，之后进入等待“同步切换信号”状态；
4.当所有同步交叉节点都返回了“准备就绪信号”时，配置控制器立即触发“同步切换信号”，保证CLOS矩阵的各同步节点同步切换；
5.如果T0时间超时(即等待就绪超时)，表示只有部分同步交叉节点完成了同步切换的准备工作，本次同步切换失败，属异常情况。当通信电路、状态线和软件协议处理部分足够稳定时，不会出现该情况。但为了保证同步切换过程的健壮性，此时可以采用以下两种优选方案：一是配置控制器直接触发同步切换信号，给未返回“准备就绪信号”的同步节点重发交叉矩阵；二是配置控制器放弃当前的同步切换过程，重新进行第二轮同步切换流程。这样，本方法允许交叉节点出现故障，具有一定的容错能力。
6.各同步交叉节点收到配置控制器发出的“同步切换信号”后，立即切换新的交叉矩阵，并在T1时间内给配置控制器返回“切换完成信号”(该信号可以用状态线来实现，也可以通过软件协议来实现)，T1时间优选地取值为500ms；
7.配置控制器触发完“同步切换信号”后，等待T1时间，然后检查各同步节点返回“切换完成信号”的情况。对于没有返回“切换完成信号”的同步交叉节点，可以选择重新下发交叉矩阵。
“准备就绪信号”和“切换完成信号”可以使用纯软件协议实现，无需硬件参与。例如定义如下的协议：目的节点号(4字节)+源节点号(4字节)+命令码(4字节)+参数长度(4字节)+命令参数(N字节)。
目的节点号：标示协议接收方
源节点号：标示协议发送方
命令码：区别该协议的功能，比如使用0x5a5a表示“准备就绪信号”，使用0xa5a5表示“切换完成信号”；
参数长度：表示后续的命令参数部分的参数长度；
命令参数：该命令码需要携带的具体参数，本协议可以没有。
给配置控制器分配一个节点号为0xffffffff，其他各个交叉节点分配一个节点号，要求不重复即可。当第一个交叉节点准备就绪时，可以给配置控制器发送：0xffffffff0x00000001 0x5a5a 0x0协议来告诉配置控制器交叉节点1已经准备完毕；同理当第一个交叉节点切换完毕后可以通过给配置控制器发送：0xffffffff0x00000001 0xa5a5 0x0协议来告诉配置控制器交叉节点1已经切换完毕。
在同步切换处理过程中，配置控制器使用集中式控制方式管理系统的交叉连接变更请求。所有的交叉连接变更请求都提交给配置控制器，多个连续的交叉连接请求会被过滤为一次请求，这样不仅提高了系统处理效率，同时也减少了软件的设计复杂度。如果没有过滤操作，当有多次交叉连接变更请求时，系统会执行这么一个流程：计算新的交叉矩阵—下发给各个同步节点并进行同步切换—再计算另一个新的交叉矩阵—再下发给各个同步节点并进行同步切换。如果有过滤操作，可以用更有效的流程：计算新的交叉矩阵，再计算新的交叉矩阵，直到所有的交叉连接请求都处理完，将新的交叉矩阵下发给各同步节点并进行同步切换。
过滤操作的具体过程可以是先创建一个缓冲池，所有的交叉连接请求都放入到缓冲池中，当有新的请求时通知配置控制器对缓冲池中的请求进行处理；配置控制器处理完当前请求后不要立刻触发同步切换，而是再次读取缓冲池，看缓冲池中是否还有新的请求，因为可能配置控制器在处理上面的请求时又有新的请求发出了；如果还有请求的话，那么再继续计算交叉矩阵，之后重复读取缓冲池直到缓冲池中不再有交叉连接请求为止。
以上仅仅是一个具体的例子，实际应用中完全可以采用其他内容功能的协议。比如：改变以上协议中各个字段的位置，添加更多的字段来表示更丰富的内容，修改各个字段的长度以满足自己应用的需要等等，有多种实现方案。
在本发明中，由于配置控制器能够同时给各个同步节点发送同步切换信号(步骤4)，而各个同步节点在收到同步切换信号后要立即进行切换(步骤6)，这就能够保证所有交叉节点进行同步切换。
以上对本发明的描述是参考其具体实施方式来进行的，这些描述不应当被认为是对本发明的限制。任何不背离本发明精神和范围的修改和变换都属于由本发明的权利要求所定义的本发明的范围之内。