WDM光网络保护(APS)技术介绍.ppt

光网络保护技术介绍 北研所网管开发部 王振宇 2002.11.18 一、APS概述 二、APS基本原理 三、APS系统实现 主 要 内 容 第一部分 APS概述 一、保护倒换的必要性 v 光网络承载的业务量巨大 网络一旦出现故障损失巨大 随着信息业务需求的急剧增长，特别是互联网业务爆炸 性的增长，要求传输速率越来越高，容量越来越大。 v 网络故障难以避免 光纤断裂、节点失效、信号劣化等 所以，需要一种快速、可靠的保护方法，提高网络的生 存性，即网络出现故障时，必须有自愈功能。 v 网络恢复 二、保证网络的生存性的手段 保护的特点（与恢复比较） ： 网络生存性（Survivability）是指当网络设备发生故障 时，无需人为干预，可在极短的时间内网络能够维持某 种可容忍的服务水平的能力。 v 网络保护 利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当工作通 道发生失效事件时，利用设备的倒换动作，使信号通过 保护通路仍然保持有效。 利用节点间任意可用的冗余容量实施网络中业务的恢复 ，可大大提高资源利用率，但速度较慢。 时间快、可靠性高；资源利用率低 v 单通道传输容量的不断增大（2.5Gbps-10Gbps-40Gbps） 比较IP层保护、ATM层保护、SDH层保护 三、保护的发展趋势光网络的保护 信息量的不断增加，客观要求传输网络规模的不断扩大 v WDM技术的出现与发展（8波-32波-80波-160波） 使得电层完成交换、选路与中继的系统出现瓶颈 提供了实际组网可以灵活交换(波长级)的应用带宽 v 光交叉设备（波长级和链路级）的出现与发展 实现光层互联的OTN成为光通讯领域的发展趋势 OADM-OXC-ASTN/ASON 在当前形势下，WDM光层的保护已成为发展趋势 四、光层网络保护(DWDM光传送网)的优点 高速 简单 高效 透明 光层设备最先检测到故障，可以更大限度减小损失 它比高层的保护需要更少的协调性 可更有效地利用网络资源(光层为不同的服务层所共享 ) 波长/链路的路由保护技术是独立于高层使用的协议的 五、光网络保护技术的发展现状 SDH网络的保护(电层)已较为成熟 WDM光层保护正日趋完善 ITU-T标准协议： G.841协议、 G.842协议 G.841协议描述了在SDH网络上实现各种可供选用的 保护结构在设备级所必须的说明 G.842协议提供了网络保护结构互连的特性 中国高速信息示范网（CAINONET）项目中的方案 ，基本上遵守了G.841协议，继承了原有SDH上的保 护技术，并根据光网络的特殊性对协议进行了修改 。 ITU-T最近形成的G.gps草案 六、光网络保护的应用环境 链型(Linear)或环型(Ring)网络 如传统的SDH网络、WDM网络的OADM 网状（Mesh）网络 如OXC网络、ASTN/ASON网络 且能够支持恢复 七、保护倒换的分类 分类标准：保护层次、保护资源类型、网络结构、W/P关系 八、光网络保护的基本要求 v 在网络出现故障时，保护时间应尽可能的短； v 应能详尽区别专用保护和共享保护； v 应能区别保护业务的不同粒度； v 应能区别保护业务的不同优先级； v 尽量使用标准协议，以增加网络的可兼容性； v 本层面上的保护不应影响其它层面上的保护。 九、光网络保护的关键指标倒换时间 无影响门限：50ms 这种中断是透明的，几乎无影响，作为APS门限 低影响门限：200ms 交换业务的连接丢失概率为5%；不影响信令网中已 建立的呼叫 可恢复门限：2s 交换业务的连接丢失概率将增加，数据通信会话可 保持不超时，图象业务有丢帧现象，但并不严重 不可恢复门限：大于2s 所有电路交换业务都将丢失连接，2s又称连接丢失 门限（CDT）。 第二部分 APS基本原理 1.1 1+1复用段保护（并发优收） OTU O M U O D U OBAOPA OTU OLA OTU O D U O M U OPAOBA OTU OLA OLA OLA O P O P OTM OTMOLA OLA 一、线路保护倒换 1.2 1+1通道保护（并发优收） OTU O M U O D U OBAOPA OTU OLAO P O P 受保护 的业务 受保护 的业务 又可进一步分为设备11冗余保护和设备不冗余保护。 设备冗余保护可以抵抗业务收发设备故障，相当于用设 备冗余的代价增强了保护的可靠性。 v 保护通道/复用段是专用的，不可被其它工作通 道共享； v 不需要信令的支持，实现简单； v 可用于任意网络结构（点到点、环和网格网）； v 可自动回复的保护（接收端OTU应冗余配置）； v 缺点是带宽利用率低，成本高。 1.3 11保护的特点 O P OTU O M U O D U OBAOPA OTU OLA OLA O P 比较：1:1 收发倒换 缺点:需要收发端协议应答. 优点:多一路不受保护的业务. 1.4 1:1 复用段保护-收发倒换 OTU O M U O D U OBAOPA OTU OLAO P O P 比较：1:1 收发倒换 缺点:需要收发端协议应答. 优点:多一路不受保护的业务. 1.5 1:1 通道层保护 受保护 的业务 受保护 的业务 v 保护通道/复用段专用，可加载优先级较低的额外 业务； v 需要信令的支持，实现过程相对1+1方式要复杂； v 可应用于环和网格网结构中； v 是一种可回复性的保护； v 带宽利用率较高，成本较1+1方式低。 1.6 1:1保护的特点 1.7 1+1保护与1:1保护的主要差异 v 1+1保护操作简单（仅目的端倒换）， 1:1保护需要收发端协议应答； v 1+1保护资源利用率较低（50）， 1:1资源利用率较高，保护通道可以加 载额外业务（不受保护可被挤占）。 开 关 矩 阵 工作1 工作n 开 关 矩 阵 1.8 m:n 保护 保护1 保护m 业务1 业务n 1.9 m:n 保护的特点 v 保护通道是被多条工作通道所共享的； v 需要信令的支持，实现过程相对要复杂； v 可应用于环和网格网结构中； v 是一种可回复性的保护； v 带宽利用率较高，但代价是保护可靠性降低。 二、环网保护倒换 两纤单向复用段共享保护（ULSR） 两纤单向通道共享保护（UPSR） 两纤双向复用段共享保护（BLSR） 两纤双向通道共享保护（BPSR） 四纤双向环网保护 环形网络是一种常见的通信网拓扑结构。环形网 络在保持较高生存性的同时更容易实现和管理。 2.1 环网保护的基本概念 v 环的单向和双向的含义 v 共享保护的含义 v 环的长径和短径的含义 单向：环上的所有工作业务的传送方向均沿环的同 一方向（顺时针/逆时针）。 双向：环上的工作业务的传送方向分别沿环的两个 方向（顺时针和逆时针） 。 长径：远离启动桥接请求跨段（故障跨段）的路经 短径：启动桥接请求跨段（故障跨段）所在的路经 由n个工作实体共享m个保护实体（m:n）的一种保护结 构。当保护实体不用于保护时，也可用来传送额外业务 。 2.2 两纤单向复用段共享保护 系统结构 倒换原理 2.2 两纤单向复用段/通道共享保护 2.3 两纤双向复用段/通道共享 系统结构 倒换原理 2.3.1 两纤双向复用段共享 倒换原理 2.3.2 两纤双向通道共享 2.4 两纤单向共享与两纤双向共享的比较 业务配置角度 两纤单向共享环：业务只能配置在工作环上，保护环 完全用于保护。 两纤双向共享环：两个子环互为工作/保护关系，业务 可以配置在任何子环上（工作通道）。 资源利用角度 两纤单向共享环：由于业务的单向配置，资源利用率低 两纤双向共享环：业务可双向灵活配置，资源利用率高 保护倒换角度 两纤单向共享环：完全复用段级的倒换操作，实现简单 两纤双向共享环：需要通道/通道组级的倒换，相对复杂 2.5 四纤双向共享环保护 特点 ： 业务可以双向传输，倒换方式为复用段级倒换，实现简单 分别包含两个相反方向传输的工作纤和保护纤，相当于两个 两纤单向环的反向合并，所以资源利用率同两纤单向环； 三、网状网的保护 网管 基本原理：分而治之，在网格拓扑中抽象出若干逻辑环或链 四、 保护过程中错连现象 错连的定义： 错连现象产生的根源： 在发生保护倒换时，一条业务被传送到另外的节点而 不是预定的节点并且没有纠正动作的情形。 对于保护环的同一波长的通道，是由对应工作通道上 的多条工作业务所共享的，从这个角度说，错连现象 的产生是共享保护的副面效应。 4.1 错连现象的图示分析 4.2 错连现象的压制（阻错） 处理思路 ： 思路一： 根据当前节点业务配置信息、网络结构和当前故障跨段 情况，判定出潜在错连的业务，关断相应业务。 根据全网业务配置信息、网络结构和当前故障跨段情 况，查出将会发生错连的业务，关断相应业务。 思路二： 比较： 思路二需要辅助信息较少，绕过了直接判别业务是否实 际错连的繁琐过程，而是将问题转化为：通过判别潜在 错连业务的过程，过程大大简化。 4.3 阻错的实现过程分析 潜在错连业务形成条件： 对于一波长为1业务T1，如果它的工作路径发生故障的 同时，保护路径也发生故障，那么显然该业务为不可 保护业务或潜在错连业务。 实际错连发生条件： 如果环上还存在另外一条波长为1业务T2，也因为同样 的故障成为潜在错连业务，那么T1、T2将会形成实际 的错连业务。 阻错问题上的等价处理 潜在错连业务虽然未必会导致错连，但由于其已经不可 保护，所以按照错连压制掉并不会造成不良影响； 通过压制潜在错连的业务，必然包含了实际错连的业务 ，所以可以等效处理。 第三部分 APS过程实现 一、基于状态的信令（K字节）处理过程 任何情形下，信令通道中连续传送K字节信息，维持稳 定的状态； 当某一节点发生变化（网管命令、故障告警）导致系统 稳态被打破时，相应节点产生新的K字节信息并插入到 信令队列中传送到目的节点； 当其它节点检测到新的K字节时，根据协议规则进行处 理，生成新的K字节插入到队列中，进行应答处理； 各个节点通过反复信令应答，整个系统最终达到一个新 的稳态，同时在相应节点产生倒换命令，最后发送给执 行单板完成具体倒换动作。 1.1 APS节点模型 1.2 K字节的定义（K1字节） 1.3 K字节(K2字节) 1.5 APS协议执行过程 1.4 基于IP包中断的信令传递方式 鉴于目前基于K字节的信令传递方式中传输信息量小的 局限性，引入了基于IP包的信令传递方式。 特点： 整个信令系统大多情形下处于一个静止的状态，即节 点间无信令应答发生； 当某一节点发生变化（网管命令、故障告警）时，通 过IP包的形式将信令信息打包，通过IP方式发到目的节 点 主要优点在于信令数据的大小几乎没有限制，可以灵 活地同时支持多个保护配置。 二、保护倒换的节点实现 2.1 APS总线结构 2.2 保护组模型 2.2.1 节点属性 字段 号 字段名数据 类型 （字 节） 索引含义 1APSID2节点的APSID 2APSC_Addr4 APS控制器地址 3NodeNum2 APS ID实际数目 4ApsIDArrayMAX_NODE _NUM 2 按顺序存放保护 组包含各节点的 APSID 2.2.2 保护组属性 字段号字段名数据类型（字节 ） 索引含义 1PGno4保护组序号，从1开始 2PgType2 保护组的保护类型 3Restoreati on 2 返回方式 4IfSquelch2 是否阻错1:阻错;0:不阻错 5IfSDPrete ct 2 是否信号劣化保护 6WTR2 恢复延时（秒） 7ExtraTraf fic 2 是否有额外业务 8Enable2 保护组是否使能 9MucAddr N 4*N 保护组相关单板地址 10PortNoN 2*N 保护组相关单板端口号 11ServiceN um 2 本保护组对应的业务记录 数目 2.2.2.1 保护组端口属性（一） 2.2.2.2 保护组端口属性（二） 环型 复用段 二纤双向共享 A向输入复用段检测端口11 A向输入复用段检测端口22 B向输入复用段检测端口13 B向输入复用段检测端口24 保护倒换端口5 A向APR6 B向APR7 2.2.2.3 保护组端口属性（三） 字段号字段名数据类型（字节）索引含义 1ServiceID4 该业务标识 2WaveID4保护组的保护类型 3Direction2 1：内环；2：外环 4Operation2 该业务在本节点的操作 5AddID2 本节点下路业务的上路节点的 ApsID 6DropID2 本节点上路业务的下路节点的 ApsID 7AddInterWo rk 2 上路业务是否是跨环业务 8DropInterW ork 2 下路业务是否是跨环业务 9AddOTUAd dr 4 业务上路OTU之MCU地址 10AddOTUPo rt 2 上路业务在上路OTU上的端口号 11DropOTUA ddr 4 业务下路OTU之MCU地址 12DropOTUP ort 2 下路业务在下路OTU上的端口号 2.2.3 保护组业务信息 2.1 两纤双向复用段共享 节点结构正常状态 2.2 两纤双向复用段共享 节点结构倒换状态 右侧区段故障，B向倒换（考虑本节点上路业务）； 左侧区段故障，A向倒换（考虑本节点下路业务）。 3.1 两纤双向通道共享保护 节点结构正常状态 3.2 两纤双向通道共享保护 节点结构右侧倒换 3.3