链路容量调整机制LCAS.docx

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链路容量调整机制LCAS

LCAS—链路容量调整机制

目录：

1.前言

随着宽带接入技术的普及，数据业务在通信网络中所占的比重越来越大。

现在SDH网络仍然是传输网的主要组成部分。

用SDH网络传输数据业务会产生两个问题，一个问题是用带宽为155Mbps，622Mbps，2.5Gbps，10Gbps的SDH技术来传送带宽为10Mbps，100Mbps，1000Mbps的突发性的数据业务，势必造成带宽的浪费；另一个问题是要传送带宽可随时变化的数据业务，速率固定的SDH网络显得不够灵活。

如今，VC（VirtualConcatenation）虚级联技术和LCAS（LinkCapacityAdjustmentSchemes）链路容量调整机制这两个技术的出现解决了这些问题。

VC虚级联技术主要是为了解决SDH带宽和以太网带宽不匹配的问题。

它是通过将多个VC12或者VC4捆绑在一起作为一个VCG（VirtualConcatenationGroup）虚级联组形成逻辑链路。

这样SDH的带宽就可以为N×2M或者N×155M。

当以VC12为单位组成VCG时一般称为低阶虚级联，每个VC12叫做一个成员（member）。

同样，以VC4为成员的虚级联叫做高阶虚级联。

为了标识同一个虚级联组中的不同的成员，VC虚级联技术在SDH帧的通道开销中定义了复帧指示器（MFI）和序列指示器（SQ）。

有了这些标识，虚级联组中的各个成员就可以通过不同的路径到达接收端。

接收端通过这两个指示器可以将经过不同路径，有着不同时延的成员正确地组合在一起。

VC虚级联提供了一种方法来根据业务的需要创建合适大小的管道。

但是这个管道一旦建立也不能随意改变大小。

LCAS技术作为VC虚级联技术的一个扩展主要就是解决在不中断业务的前提下灵活改变带宽的问题，这种改变可能是人为网管干预，也可能是故障造成。

在故障造成的情况下，当故障恢复时，LCAS还能自动恢复带宽。

也就是说LCAS技术可以使得VC虚级联建立的管道变得有"弹性"，真正实现带宽的按需分配（BandwidthOnDemand）。

LCAS操作是单向的，为了双向增加或减少VCG的数目，在相反方向上必须进行同样的操作，两个方向的操作是相互独立的，上行下行逻辑链路带宽不一定相同。

LCAS不能自动发起业务容量请求，通路容量的发起、增加或减少、建立或删除都由网管系统负责。

同样VC（VirtualConcatenation）虚级联技术和LCAS（LinkCapacityAdjustmentSchemes）链路容量调整机制这两个技术也能应用到PDH等其它网络中。

图1.VCAT发送字节间插示意图

图2.VCAT接收字节重组示意图

2.控制包

LCAS是通过控制包来实现发送端与接收端的容量变化的同步，每个控制包描述了在下一控制包内的链路状态。

变化信息事先发出，以保证接收机尽快可以倒换到新的配置状态。

控制包包括从源到宿和从宿到源两个方向用于特定功能的信息。

包含信息如图3所示。

前向信息：

●复帧指示MFI；

●序号指示SQ；

●控制区域CTRL；

●组识别码GID。

反向信息：

●成员状态MST；

●重排序确认RS-Ack。

双向信息：

●CRC校验；

●未采用字节，设置为0。

图3.控制帧的信息分配

下面逐一介绍控制信息域内的信息内容：

复帧指示MFI：

在源端，所有VCG的成员都是相同的。

复帧指示器也可以看成是一个帧计数器，某一帧的MFI值总是上一帧的值加1。

复帧指示器标识帧序列的先后顺序，实际上也就是标识了时间的先后顺序。

因此，接受端可以通过复帧指示器之间值的差别可以判断从不同路径传来的帧之间时延差的大小。

接受端计算出时延之后就可以将有着不同时延的帧同步。

序号指示SQ：

一个虚级联组就是若干个成员组成的一个整体，每个VCG成员分配了一个唯一的序号，从0开始。

SQ是用来指示成员（Member）在虚级联组（VCG）中的位置，显然，VCG成员的SQ的最大值加1就是VCG包含的成员数。

控制区域CTRL：

控制字段主要有两个作用，一是可以表示当前成员的状态，比如最后一个成员的控制字段为EOS，空闲的成员控制字段为IDLE。

另外控制字段还通过ADD和DNU表明当前成员需要加入或者移出VCG。

在VCG的发起端开始发起连接时，所有的成员的CTRL=IDLE。

所有命令的列表详见表1。

表1CTRL控制字段

取值

命令

注释

‘0000’

FIXED

使用固定带宽（即不支持LCAS）

‘0001’

ADD

将当前成员增加到虚级联组（VCG）

‘0010’

NORM

正常的传送状态

‘0011’

EOS

该组序列中的最后一个成员

‘0101’

IDLE

当前成员空闲或者将要被移出该组

‘1111’

DNU

不使用

组识别码GID：

GID是一个伪随机数，作为VCG的识别码。

同一个组中的所有成员，都拥有相同的GID，这样可以标识来自同一个虚级联组（VCG）的成员。

GID采用伪随机序列为215-1。

GID不适用于发送IDLE控制字的成员。

CRC校验：

CRC用于对整个控制包进行校验。

在接收到每个控制包后，都要进行CRC校验，如果校验失败，内容将会被丢弃，如果控制组通过了CRC校验，则这些控制内容被采用。

成员状态MST：

从宿端到源端有关同一VCG成员的状态信息。

它有两个状态：

正常或失效，只有一个比特，0代表正常，1表示失效。

对每个成员，收端使用从源端收到的成员序号（SQ）作为状态响应的对象，这样，源端收到成员状态信息后，就能将状态与成员序号一一对应。

为了方便接收端判定VCG中成员号码，最高可用成员采用控制字中EOS值，其他成员都为正常NORM或不可用DNU。

对于非LCAS模式，成员序号为固定值。

连接开始时，VCG宿端报告MST=FAIL，其他未采用MST也设置为FAIL。

重排序确认RS-Ack：

在宿端检测到成员序号的任何变化，将通过切换RS-Ack比特从1到0或从0到1的跳转，报告给VCG的源端。

只有检测到所有VCG成员状态，并且成员序号有变化，才能进行RS-Ack切换；源端发起成员序号（SQ）变更后，收到RS-Ack切换信息或者RS-Ack倒计时结束，表示源端发起的成员序号变化已被接受，接收的MST信息对应的是新的成员序号，并且可以发起新的成员序号变更了。

MST与RS-Ack在VCG所有成员的控制字里都是相同的。

（稳定时）

3.控制包的帧结构（forPDHatN×2048kbit/s）

PDH的16个基本帧构成的复帧结构中，第一帧的第一个时隙用于传送虚级联信息和LCAS控制包，如图4所示。

这个控制字节使N个2048Kbit/s信道形声一个虚拟连接，控制字节的具体定义如图5所示。

一个完整的控制包由16个控制字节组成，也就是说，每16个PDH复帧才能提取一个完整的控制包。

PDH的虚拟连接捆绑起来的信道数（N）最大值为16，而每个控制包中只能显示8个成员的状态（MST），因此规定两个控制包的MST域一起传递完整的16个成员状态，如图6所示。

图4.虚级联信息和LCAS控制包位置

图5.虚拟连接控制包格式

图6.虚拟连接成员MSTbit位置图

4.LCAS协议综述

LCAS操作是单向的，此容量调整机制要求在网管系统的控制下，无损地增加和减少带宽。

另外，此机制能自动停止失效成员数据传送，恢复时重新正常使用。

因传输失效而临时减少成员时并不是无损的，恢复时却是无损的。

发端发送MFI，SQ，CTRL，GID等控制信号，收端返回成员状态MST和重排序确认信号RS_ACK。

源端VCG模块将收到的成员状态分发给各个成员，收端VCG模块从成员中提取一路有效状态指示返回远端，如果收不到有效的成员状态，将保持前次接收到的有效状态。

在成员添加、删除和正常状态，成员均需要监视MST的变化，并根据MST的变化调整成员状态。

下图为源到宿单方向协议工作示意图。

图7.LCAS协议分割

各路成员状态MST是按照SQ排序按照固定格式返回源端的。

在添加和删除成员时，成员序号因重新排序会发生变化。

由于发送到接收的传输延迟，源端无法确定返回的MST是按照排序之前还是之后的SQ排列，因此需要倒计时机制和RS_ACK。

源端SQ变化后，VCG模块同时启动倒计时机制，此时MST接收被屏蔽。

收端成员检测到SQ变化后，通知VCG模块，VCG返回RS_ACK翻转，同时将MST按照排序后的SQ排列。

源端只有在收到重排序确认信号RS-ACK翻转或RS-ACK倒计时结束时，接收到的成员状态与成员序号的一一对应关系才重新建立，MST屏蔽取消。

源端成员通过Srsq通知VCG模块成员SQ变化，VCG模块得知任一成员SQ变化后，启动倒计时。

宿端成员也通过Srsq通知VCG模块成员接收SQ变化，VCG模块得知任一成员接收SQ变化后，翻转RS_ACK。

Crsq由被删除成员（SQ=i）发送给下一级成员（SQ=i+1），此成员收到Crsq信号后执行SQ-1操作，并把Crsq传递给他的下一级成员（SQ=i+2），通过这种方法执行成员删除后的SQ重排序操作。

Cx包括Cnrm和Ceos。

由于只有一个成员能发送EOS，Cnrm用于某成员控制字变为EOS后阻止其他成员发送EOS的信号，同样Ceos为某成员不再发送EOS后让其他成员接棒的信号。

Cnrm和Ceos总是从成员（SQ=i+1）发出，送给下一级成员（SQ=i）。

重排序和成员互动如下图所示。

图8.LCAS协议的事件流

4.1.发送端状态转移

发送端的状态共有5个状态，分别是：

●IDLE：

此成员没有加入任何VCG；

●NORM：

此成员加入了某个VCG，并且信道畅通；

●DNU：

此成员加入了某个VCG，但信道有故障；

●ADD：

此成员正加入某个VCG；

●REMOVE：

此成员正从某个VCG中删除。

图9.发送端成员状态机

状态启动后，发送的控制包中CTRL=IDLE，此时处于IDLE状态。

收到网管的加入某VCG的命令后，设置此成员的SQ为现VCG成员最高SQ+1，发送CTRL=ADD控制包，进入ADD状态。

在收到返回成员状态MST=OK前，若网管取消此ADD命令，则重新发送CTRL=IDLE，返回IDLE状态，否则，收到MST=OK后，设置好SQ，发送控制包CTRL=EOS（如果同时增加多个成员且同时收到多个成员返回状态MST=OK，则只有SQ最大者CTRL=EOS，其它成员CTRL=NORM），同时让VCG前最高序号成员由CTRL=EOS变为CTRL=NORM，下一控制包开始发送数据载荷。

收到重排序确认RS_ACK后，进入NORM状态。

如果由于某些原因，增加成员时，发送CTRL=ADD后没有收到MST=OK的响应，正常情况下等待2秒后报告网管软件添加成员失败，若觉得太长也可以只等待1秒或更少时间，但应大于理论上到达时间的2-3倍。

进入NORM状态后，因为网管软件不关心VCG成员的SQ号，所以SQ重新排序功能可根据实际需要，但收端应支持重排序功能。

若收到网管的REMOVE命令，若此成员是最高SQ成员，发信号让次高SQ从CTRL=NORM变为CTRL=EOS，其它成员SQ需重新排序。

发送控制包CTRL=IDLE，下一控制包开始停止发送数据载荷，同时开始RS_ACK倒计时，进入MEMOVE状态。

收到RS_ACK反转或者倒计时结束，进入IDLE状态。

等待RS_ACK反转时，其它命令暂缓处理。

若收到返回状态MST=FAIL，若此成员是最高SQ成员，发信号让次高SQ从CTRL=NORM变为CTRL=EOS，发送控制包CTRL=DNU，下一控制包开始停止发送载荷，进入DNU状态。

在DNU状态时，若收到网管的REMOVE命令，操作与NORM状态时一样。

当收到返回成员状态MST=OK后，若成员SQ大于现发送EOS成员的SQ，发信号使原最高SQ成员从CTRL=EOS变为CTRL=NORM，发送控制包CTRL=EOS，否则发送CTRL=NORM，下一控制包开始发送数据载荷，回到NORM状态。

4.2.接收端状态转移

接受端有三个状态，分别是：

●IDLE：

此成员没有加入任何VCG；

●OK：

此信道是某VCG成员且收到的信号正常（若CTRL=NORM/EOS，提取负载并重组数据，CTRL=DNU则不提取负载）；或者此信道正加入某VCG；

●FAIL：

此信道是VCG成员但收到的信号存在故障（不管CTRL=NORM/EOS/DNU，均不提取负载数据）；或者此信道正从VCG中删除。

解释几个名词先。

TSD：

信道信号劣化，TSD误码率指标rangefrom1E-5to1E-12（BER）；TSF：

信道信号故障，TSFthresholdsattypically1E-3to1E-4（BER）；MSU_L：

membersignalunavailable，MSU_L=TSF+LOF+MND（membernotdeskewable差分延时超标），它是LCAS能否工作的判断标准。

简单的说，当MSU_Lactive，说明信道故障，收端状态经延迟进入FAIL状态；当MSU_Lnegative，信道可以传送信号，收端经延迟进入OK状态。

TSD则是收端返回MST状态的判断依据，TSDon时返回MST=FAIL，TSDoff时返回MST=OK，当然转换也有延迟。

图10.接收端成员状态机

收端启动后，发送成员状态MST=FAIL，不读取负载信息，进入IDLE状态。

收到CTRL=ADD信息后，进入FAIL状态。

此时检查MSU_L和SQ序号，若MSU_Lnegative且序号正确，检查TSDoff则发送MST=OK并进入OK状态，若TSDon则发送MST=FAIL也进入OK状态；若检查MSU_Lactive或者SQ序号错误，发送MST=FAIL，仍在FAIL状态。

收端进入OK状态后，根据收到控制包中CTRL不同采取不同的措施。

当CTRL=NORM/EOS，提取数据，若CTRL上一状态是ADD，还要反转RS_ACK。

当CTRL=DNU时，忽略数据。

当CTRL=IDLE/FIXED时，返回MST=FAIL，反转RS_ACK，并停止提取数据，同时进入FAIL状态。

当收到网管REMOVE命令后，返回MST=FAIL，停止提取数据，进入IDLE状态。

当检测到TSD从on变为off后，经过Waittorestore，或者检测到TSDoff->on或者MSU_Lactive，经过Holdoff，均要进入MSU_L和TSD比较，以决定返回MST状态。

当MSU_Lnegative，返回MST=FAIL，接收数据，并进入FAIL状态；当MSU_Lactive，则比较TSD，当TSDon，返回MST=FAIL，仍在OK状态；当TSDoff时，返回MST=OK。

在FAIL状态，仍然是判断MSU_L，当MSU_L变为negative，SQ正确且CTRL=NORM/EOS/DNU，经过Waittorestore，继续比较MSU_L和TSD，当MSU_Lnegative，返回MST=FAIL，仍留在FAIL状态；当MSU_Lactive，则比较TSD。

当TSDoff时，返回MST=OK，进入OK状态；当TSDon，返回MST=FAIL，也进入OK状态。

Waittorestore和Holdoff是为了状态的稳定并防止状态转移太过频繁，而在状态越过临界点时设置的时间延迟机制，相当于后向保护机制。

5.增加成员

当增加一个成员时，应该给该成员指定一个比当前虚级联组所有成员都高的序号，该增加成员一直发送CTRL–ADD信息，直到收到返回信息MST=OK为止。

收到MST=OK后，新增成员CTRL域中的ADD变为EOS，原CTRL中EOS变为NORM模式。

当增加多个成员时，第一个返回MST=OK的成员被分配VCG内最高序号（SQ），源端同时收到多个成员MST=OK信息，则指定比当前虚级联组所有成员都高的几个序号，这几个新增成员序号的内部分配是任意的，其中1个被分配为最高值，CTRL区域设置为EOS。

新成员包含NORM/EOS控制信息的下一帧开始发送数据。

图5展示了同时增加两个新成员的操作时序。

现有VCG成员最高序号是n-1，新增两个成员序号设为n和n+1，CTRL=ADD，n+1成员先返回MST=OK。

这是唯一的返回成员状态OK的成员，发端指定其SQ值为n,CTRL由ADD变为EOS,同时成员n-1的CTRL由EOS变为NORM状态。

而另一个新增成员的SQ值变为n+1，CTRL仍然为ADD。

收端接收到成员增加信息后，反转RS-ACK。

发端收到RS-ACK反转信息后，确认收端接受了成员增加后，可以进行新的成员增加操作了。

发端收到另一个新增成员的返回状态MST=OK后，把它的SQ指定为n+1,CTRL由ADD变为EOS,其一个成员n的CTRL由EOS变为NORM状态。

收到第二次RS-ACK反转信息后，完成增加两个新成员的操作。

图11.增加成员操作时序

6.临时减少成员

当在收端检测到VCG中CTRL=NORM或EOS的一个成员失效（例如aTSF,aTSD,dLOM）时，宿端通过后向传输的MST信息置失效成员为“FAIL”，源端将把相应控制CTRL域从“NORM”正常状态改变为“DNU”不可用状态，或者从“EOS”状态改变为“DNU”状态，且前一个成员的CTRL由NORM变为EOS。

当收端检测到导致临时删除的失效成员恢复正常后，后向传输的MST信息置为“OK”，源端将把相应控制域（CTRL）从不可用状态（DNU）改变为正常状态（NORM），或者从DNU状态改变为EOS状态，且CTRL=EOS的成员控制状态变为CTRL=NORM。

恢复成员包含NORM/EOS控制信息的下一帧开始重新发送数据。

临时删除成员的最后一步是去除该成员承载的负荷，该成员第一个包含DNU控制信息的下一帧开始停止发送数据，以后的容器帧在负荷区域全部为0。

一旦检测到失效,该失效成员承载的负荷数据不用来重组VCG数据。

从临时失效中恢复，CTRL域从DNU变成NORM或EOS时，包含NORM/EOS控制信息的下一帧开始，重新采用该成员载荷数据。

因失效临时减少成员操作时序如图6所示。

图12.临时减少成员操作时序

7.删除成员

当成员被删除后，其他成员序号和相对应的成员状态码将重新编号。

如果被删除的成员包括该VCG中的最高序号，序号次高的成员将改变其控制字为EOS，被删除的成员的控制字设置为IDLE。

如果被删除的成员不是最高序号，序号在被删除的号码和最高值之间的成员将全部更新，即他们的序号（SQ）值下调一位。

图13.删除成员操作时序

当成员被删除后，该成员的虚级联开销控制区域将发出IDLE控制字，最后一个包含载荷数据的容器帧就是第一个在控制域包含IDLE控制字的容器帧。

操作时序如图7所示。

VCG成员的增加和删除由管理软件给出指令，LCAS协议负责执行。

8.LCAS与non-LCAS连接

LCAS发送端可以与非LCAS接收端在非LCAS模式下的协调工作。

LCAS发送端设置控制包中的复帧指示（MFI）和序号（SQ）字节，接收端不采用LCAS控制包中的其它控制信息比特。

从收端到源端的所有成员状态设置一直是MST=OK。

LCAS接收端与非LCAS发送端连接时，LCAS接收机期望控制包中CTRL不等于‘0000’和正确的CRC值，非LCAS发送端发送的控制包中CTRL为‘0000’，CRC也为‘0000’。

LCAS接收端接收到LCAS和CRC均为‘0000’的控制包时，它将采用虚级联规范的MFI、SQ缺陷检测，使用MFI和SQ信息恢复数据，而忽略控制包中的其它所有信息。

通常LCAS默认虚级联的单个成员具有方向独立性，连接可具有非对称性，前向传送的带宽与反向传送的带宽没有关联。

它也可以工作在对称连接状态，保持对称连接可以通过网管系统来实现。