关于otn的oduk保护和sdh的复用段保护的协调选择的研究

OTN 与 SDH 电层保护协调研究 铁路通信骨干传送网由东北环、西北环、西南环、东南环、 京沪穗环组成，组网方式是通过 DWDM 和承载在 DWDM 系统上的 SDH 系统构成。由于建成年代久远，其中一些厂家倒闭或设备停产等原 因，备品备件已日趋匮乏，加上设备老化，既有五大环的安全可靠 性、传输容量、业务接入能力、业务处理能力、网管功能已不能满 足业务发展的需要。建设新的全路骨干传送网已刻不容缓。OTN 作 为当前光传输系统的主流技术，是铁路骨干传送网的当然选择。在 目前各局的局干建设中，哈尔滨局和北京局完成了 OTN 系统的建设。 OTN 从技术本质上讲，是 SDH 和 DWDM 的融合和扩展，它综合了 SDH 和 DWDM 的技术优势，并扩展了新的功能，以弥补 SDH 和 DWDM 的不足，适应新业务发展的需要。 OTN 在电层技术层面继承了 SDH 多业务适配、分级复用、保护 倒换、OAM( 操作、管理、维护 ) 等优点。同时， OTN 在 SDH 的基础 上扩展了新的功能，它支持大颗粒业务的透传和调度、异步传输、 多级串行连接监视，利用带外 FEC( 前向纠错) 提高传输性能，通 过加载控制平面提供智能功能。 OTN 将光层划分成 OCh( 光通道层) 、OMS( 光复用段层) 、OTS( 光传送段层) 三个子层（参见图 1）。OCh 实现端到端的光 径路的建立、管理和维护，完成光层信头的处理、光通道监控、与 电层适配和多种业务的接入等功能。OMS 实现多波长光信号的联网、 光复用段信头开销的处理、光复用段的管理和维护等功能。OTS 实 现在不同传输媒介上传送光信号、传送段信头开销处理和维护等功 能。 图 1 引入 OTN 设备之后，由于既有设备不能立刻淘汰，并且铁路存 在很多基于 VC12 及 VC4 级别带宽调度颗粒的业务，而 OTN 的调度 颗粒最小也有 1.25G（ODU0） ，所以为了节约带宽必然会将小颗粒业 务通过 SDH 设备进行复用并通过 OTN 设备进行承载。由于铁路通信 对安全性的要求很高，必然在 OTN 及 SDH 两个层面上同时进行保护。 因此研究 OTN 与 SDH 保护协调的机制很有现实意义，对 OTN 及 SDH 系统的维护非常重要。在此背景下，本文通过详实的数据对 OTN 的 ODUk 保护与 SDH 的复用段保护的协调进行了研究。 一、OTN 的 ODUk 保护类型 OTN 系统不仅可以在电层提供保护，也可以在光层提供保护， 主要有客户侧 1+1 保护、ODUk 保护、光波长保护、光复用段保护 （OMSP） 、线路侧保护（ OLP）等。鉴于本文所讨论内容，以下主要 介绍 ODUk 保护。 ODUk 保护属于电层保护，基于 OTN 架构内的电层交叉矩阵实 现业务的并发与选收，能够达到类似于 SDH/MSTP 的保护倒换模式； 保护倒换判断条件多，能够基于 G.709 协议下的各种告警进行倒换 触发。分为 ODUk SNCP 保护和 ODUk Spring 保护。 1、ODUk SNCP 保护 ODUk 的 SNCP 保护原理如图 2 所示： 保护 工作 支路板 交 叉 板 线路板 线路板 线路板 线路板 支路板交叉 板 Client Signal Client Signal 图 2 在业务发送端，需要保护的客户业务从支路板输入，通过交叉 单板交叉分成工作信号和保护信号，分别送往工作线路板和保护线 路板，然后工作信号和保护信号分别在工作通道和保护通道中传输。 在业务接收端，正常工作时，仅工作线路对应的交叉连接生效， 保护线路板的交叉连接处于断开状态。当工作通道故障时，断开工 作线路交叉连接，保护线路板对应的交叉连接生效，业务信号工作 在保护通道。 当工作路由恢复正常后，根据网管上预先配置的恢复类型，业务 信号可以恢复到指定的线路板所对应的交叉连接上。 2、ODUk Spring 保护 ODUk Spring 保护倒换需要 APS( 自动保护倒换) 协议支持，采 用双端倒换方式，即正向或反向工作 ODUk 失效时，都将导致收发 两端同时倒换到保护 ODUk。ODUk 环保护分为二纤 ODUk 环保护和 四纤 ODUk 环保护两种组网保护方式。二纤 ODUk 保护环上各节点 之间只需 2 根光纤， S1 和 P1、S2 和 P2 分别在同一根光纤内。四 纤 ODUk 保护环上各节点之间需要 4 根光纤，S1 、S2 、P1、P2 分 别在不同光纤内由于二纤环和四纤环的保护原理相同，下面以四纤 环为例对 ODUk 环保护倒换原理进行分析。 图 3 是一个由 4 个节点构成的四纤 ODUk 保护环，假设图中 NE1 与 NE2 间有 1 路 ODUk 业务。正常工作时，NE1 与 NE2 间的 业务由 NE1 与 NE2 间的工作 ODUk 承载。 图 3 NE1NE2NE3 为正常工作路径，当 NE1、NE2 间工作路 径发生故障时，NE1、 NE2 检测到故障满足倒换条件，将向 NE3 发 送 APS 信息。同时，NE1 和 NE3 将判断 NE1NE2NE3 间的 保护 ODUk 是否处于正常工作状态，若保护 ODUk 正常，则 NE1、 NE2、 NE3 将执行桥接和倒换，NE1 与 NE3 间的业务改由 NE1 NE2NE3 间的保护 ODUk 承载，由于保护 ODUk 与工 作 ODUk 路由相同，此种保护倒换称为近端倒换。 当 NE1 与 NE2 间的工作 ODUk 和保护 ODUk 均出现故障时， NE1 与 NE3 间的业务将受到影响。此时， NE1 与 NE3 间的业务将 改由 NE1 NE4NE3 间的保护 ODUk 承载，由于保护 ODUk 与工作 ODUk 路由相反，此种保护倒换称为远端倒换。两种保护倒 换过程如图 4 所示。 图 4 需要注意的是，由于 ODUk 环保护采用共享保护方式，所有节 点共用同一保护“环” ，故在同一时间，同一区段只能支持一条业务 的保护倒换。例如，当 NE1 与 NE3 间业务发生远端倒换保护时， 由于 NE1 与 NE4 间的保护 ODUk 已被 NE1 与 NE3 间的业务占用， 若此时 NE1 与 NE4 间的工作 ODUk 再发生故障将不会发生保护倒换。 二、ODUk SNCP、ODUk Spring 和 SDH 的复用段保护的协调 1、ODUk SNCP 与 SDH 复用段保护的协调 测试拓补图如图 4 所示： OTN NE1 OTN NE2 SDH NE1 SDH NE2 SDH 分析仪 OTN 分析仪 工作路径 ODUk SNCPSDH 保护 图 4 测试中，SDH 配置为 1+1 复用段保护，分别承载在 OTN 的两个 通道上，在 OTN 设备上对 SDH 主用通道进行 SNCP 保护。 测试时， SDH 分析仪为 SDH 设备提供一个 STM-16 级别的业务， 在 SDH NE1上将该业务复用到一个 STM-64 颗粒上，并将此颗粒作 为 OTN NE1 的客户信号进行传输。 OTN 分析仪设置为穿通模式，用 于插入能产生倒换的告警。OTN 等待恢复时间设为 5min，SDH 等待 恢复时间设 10min。 由 OTN 分析仪对 OTN NE2 方向下插告警。当插入 SDH 告警时， 只有 SDH 复用段保护进行倒换，即此时业务处于 SDH 复用段保护通 道上。这是因为 OTN 具有透明传输的特性，与 DWDM 是类似，只 保证传输的质量，而不会对传输的业务进行处理。SDH 作为 OTN 的 业务时，无论 SDH 有何告警，OTN 只会如实的传送，而不会对其系 统产生任何影响。同理，如果在 SDH NE1和 OTN NE1 之间插入任何 告警也不会对 OTN 系统产生任何影响。 当插入 OTN 告警时，OTN 主用通道故障，OTN 和 SDH 设备都 会进行倒换，此时业务处于 SDH 复用段保护通道上。如果 OTN 主用 通道故障后立即恢复。在 5min 时，OTN 恢复至主用通道。在 10min 时 SDH 恢复至 OTN 主用通道。如果 OTN 主用通道故障后不恢复， 就不会涉及到 OTN 通道恢复的问题，OTN 设备将一直处于使用备用 通道状态。在 10min 时， SDH 设备恢复至 OTN 备用通道。 倒换及恢复时间如表 1 所示（单位：ms ）： 恢复式 插入告警 倒换时间 返回时间 （STM-64）LOS 17.313 9.987 （STM-64）LOF 18.074 0.551SDH （STM-64）MS_AIS 16.574 0.426 （STM-64 ） MS_EXC 0.574 0.300 LOS 17.208 0.428 OTUk_LOF 17.696 0.442 OTUk_DEG 18.704 0.422 PM_AIS 15.828 0.548 OT N TCMi_TIM 20.935 0.547 表 1 2、ODUk Spring 与 SDH 复用段保护的协调 测试拓补图如图 5 所示： P S S2 P1 P P2 P1 S1 S2 S OTN NE1 OTN NE2 SDH NE1 SDH NE2 SDH 分析仪 OTN 分析仪 工作路径 ODUk Spring SDH 保护 OTN NE3 SDH NE3 图 5 三台 SDH 设备组成两纤复用段环保护 。 三台 OTN 设备各通过两个方向的两个波道配置 OTN 环网保护。 其中 S1 通道为 S 业务的主用通道，P1 通道为 S 业务的保护通道。S2 通道为 P 业务的主用通道，P2 通道为 P 业务的保护通道。 仪表设置不变，SDH 分析仪为 SDH 设备提供一个 STM-16 级别 的业务，在 SDH NE1上将该业务复用到一个 STM-64 颗粒上，并将 此颗粒作为 OTN NE1 的客户信号进行传输。OTN 分析仪设穿通模式， 用于插入能产生倒换的告警。OTN 等待恢复时间设为 5min，SDH 等 待恢复时间设 10min。 由 OTN 分析仪对 OTN NE2 方向下插 SDH 告警时 SDH 复用段进 行环保护倒换，OTN 不倒换。 OTN 分析仪插入告警或断开 OTN NE1-OTN NE2 之间的承载 S1 通 道的光纤后，造成 S1 通道故障，SDH 和 OTN 都会发生倒换。 （1）S1 通道故障后, 再立即恢复。S1 通道倒换至 P1 通道，SDH 业务在 OTN 环上倒换至 S2 通道。这是由于在 S1 通道故障时，SDH 设备已经发生倒换，所以此时业务处于 P 通道上，而 S2 通道承载的 就是 SDH 复用段保护通道 P，所以此时业务在 S2 上。在 5min 时， OTN 先恢复至 S1 通道，此时 SDH 设备没有动作，此次倒换不会影 响业务。在 10min 时， SDH 恢复至 S，在 OTN 环上，业务也再次回 到 S1 上。 （2）S1 通道故障后, 不恢复。S1 通道倒换至 P1 通道，SDH 业务 在 OTN 环上倒换至 S2 通道，同时 S1 倒换至 P1。由于 S1 通道不恢 复，所以 OTN 设备不能恢复至 S1，其保护通道 P1 一直处于倒换状 态。在 10min 时，SDH 恢复至 S，在 OTN 环上，业务处于 P1 通道。 （3）S1 通道故障后, 不恢复。S1 通道倒换至 P1 通道，SDH 业务 在 OTN 环上倒换至 S2 通道，同时 S1 倒换至 P1。此时，再断开 OTN NE1-OTN NE3 之间的承载 S2 通道的光纤，造成 S2 通道故障，不恢 复， 。SDH 和 OTN 都将发生倒换。 SDH 倒换至 S，OTN 环上 S2 倒换 至 P2，业务最终由 P1 通道承载。 倒换及恢复时间如表 2（单位：ms ）： 验证方法 恢复模式 倒换时 间 恢复时 间 （STM-64）LOS 36.983 9.412 （STM-64）LOF 35.213 9.287 （STM-64 ）MS_AIS 36.337 9.038 （STM-64 ）MS_EXC（B2） 35.962 8.998 （S1）LOS 37.234 8.749 （S1）OTUk_LOF 38.748 9.276 （S1 ）PM_AIS 36.002 9.749 断开 S1，再插回（业务先 倒换到 S2，再恢复到 S1） 37.626 9.127 断开 S1，不插回（业务倒 换到 S2） ，再断开 S2（业务 回到 P1） 30.688 31.689 业务在 S2 时，断 S2，不插 回。 （最终恢复到 P1） 33.000 37.1