（电磁场与微波技术专业论文）sdh的自愈网保护及在实现的研究.pdf

摘要 y 3 13 5 3 5 摘要 由于_ 当今社会已经进入了信息社会，人们的各种活动都离不开通信 网，如果通信网络发生了故障，将会带来巨大的损失。所以网络的生 存能力被提到重要的位置。s d h 作为目前广泛运用的电信传输网络， 它的生存能力可以通过s d h 的自愈网来提高y s d h 自愈网有很多科的保护方式，根据物理拓扑可分为：自动线 路保护倒换( a p s ) 、双局汇按、自愈环保护和网孔形保护。本文对这 几种保护方式作了介绍，并对它们进行了比较。 各个节点在进行网络恢复时，必须遵循a p s 倒换协议，这主要是 通过k 1 ，k 2 字节来完成。k 1 字节为倒换操作请求信道，k 2 字节确 挢接剑保护线路的信道。为r 防止保护请求的无效，并且避免网络 的安全i d 题，采用了空闲、等待、维持i 状态转换和“= 方握手”协 渡。另外，为了减少在网络恢复过程中重选路由时，。生的恢复消息数 量，将k o m w u t 等人提出的两种满溢( f l o o d i n g ) 算法( 消息墙法和 多消息选择法) 用于s d h 自愈网的重选路由中，这样不仅可以减少恢 复消息的数量，还可以减少恢复的路由，从而使网络恢复时间减少， 网络的空闲容量得到充分的利用，提高了网络的利用率。 s d h 的自愈网保护在h l x 1 5 5 产品中的具体实现，是通过v c 通 道保护和自愈环保护方法来实现的，并且为j 保证设备上的业务正常 传输，还实现了设备和卡的保护，包括支路单凡t c 2 ，群路o p t ，交 叉连接x c ，复接控制单元m c u 。另外，介绍了h l x 一1 5 5 的支路单元 板t c 2 的设计，并对t c 2 的软件功能作了详细的介绍。1 9 9 8 年1 1 月 h l x l5 5 在吉林省梅河口市开设的实验局中，t c 2 运行正常。 关键词：自 复用段 摘要 a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m eai m p o r t a n tp a r ti np e o p l e si i f eb u tt h e f a i l u r eo f o n l yonen ew i l lr e s u l ti nc r u c i a ld a m a g e s ，s ot h es u r v i v a b i l i t vo f n e t w o r kb e c a m et m p o r t a n ti ns d h t h es u r v i v a b i l i t yh a sb e e ne n h a n c e d t h r o u g ht h es e l f - h e a l i n g t h e r ea r em a n yp r o t e c t i o nm o d e si nt h es e l f - h e a l i n gn e t w o r ko fs d h t h es e l f - h e a l i n gn e t w o r kc a nb ec l a s s e di nf o u rm o d e st h r o u g ht h e t o p o l o g y a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n g ( a p s ) ，d u a l h o m i n g ，s e l f - h e a l i n gr i n ga n d m e s hn e t w o r kw er e c o m m e n d t h e s em o d e s ，a n dc o m p a r et h e i r c h a r a c t e r i s t i c s e a c hn o d ei ns d hm u s ta b i d eb yt h ep r o t o c o lo fa p st h i sc a nb e r e a l i z e db yk 1a n dk 2k 1a s k sf o rc h a n n e lf o rs w i t c h i n g k 2a f f i r m st h e c h a n n e lw h i c hw i l l b r i d g et ot h ep r o t e c t i o nc h a n n e lw eu s et h r e es t a t e s d i v e r s i o na n dt h r e ed i r e c t i o n sp r o t o c o lt oa v o i dt h ef a i l u r eo fp r o t e c t i o n r e q u e s ta n ds e c u r i t yo fn e t w o r ki nt h eo t h e rh a n d ，w eu s et h ef l o o d i n g m e c h a n i s m ：m e s s w ew a l la n dm u l t i m e s s a g es e l e c t i n gi nt h er e s t o r eo f n e t w o r kt h em e s s a g ew a l li su s e dt of i l t e ru s e l e s sr e s t o r a t i o nm e s s a g ea t t h et a n d e mn o d e sa n dm u l t i m e s s a g es e l e c t i n gm e t h o di s u s e dt or a p i d l y s e l e c ta g r o u po fl i n k d i s j o i n t e da l t e r n a t i v er o u t e ss ot h et i m eo fr e s t o r eh a s b e e nr e d u c e d t h e s e l f - h e a l i n gn e t w o r kh a sb e e nr e a l i z e di nh l x l5 5t h r o u g ht h ev c p a t hp r o t e c t i o na n ds e l f - h e a l i n gr i n go t h e r w i s e ，w eu s et h ep r o t e c t i o no f e q u i p m e n ta n dc a r d st op r e v e n tt h es e r v i c ef a i l u r et h e s ea r et r i b u t a r yu n i t t c 2 ，o p t i c a lc a r do p t ，c r o s sc o n n e c t i o nx c ，m u t i p l e x i n gc o n t r o lu n i tm c u t h ed e s i g no ft c 2h a sb e e nr e c o m m e n d e dt h ef u n c t i o no fs o f ti nt c 2h a s a l s ob e e ni n t r o d u c e dh l x 一1 5 5h a sn o r m a l l yr u ni nt h ec i t yo fm e i h e k o u j i l i np r o v m c ei nn o v ，19 9 8t h et c 2i sa l s on a t u r a lw o r k i n g k e yw o r d ：s e l f - h e a l i n g ，p a t h ，m u l t i p l e x s e c t i o n 2 第一章概述 第一章概述 由于当今人类社会已经步入j 信，宦、时代，从而使通信技术得到飞 速发展，而传输刚络吐：l 正在经历一场重大的变革。光同步数字传输体 制( s d h ) 作为把大容量、高速传输的光纤传输技术与智能网络单元 技术有机结合在一起的全新的传输网络技术体系，正在逐渐的取代传 统的准同步数字体系( p d h ) 。目前世界各国的传输网络大部分都采用 了s d h ，我国的主要干线网和很多省内网，以及用户接入网中，也大 量采用了s d h 。所以，s d h 是一种运用很广的电信传输网络。 但是由于在通信传输网络中，时常会出现故障，比如光缆被切断， 网络节点故障等，这样将会使通信中断，从而给社会各界带来很大的 损失。为了能在网络出现故障时不中断通信业务，所以提出了网络的 保护问题。本文主要是针对s d h 自愈网的保护进行了研究，并列举了 它的具体实现。 本章叙述r 进行网络保护的重要 生，并提出了三点保护的原因， 然后介绍了本文的主要i 作。在叙述这些内容之前，先简单介绍f s d h 的产生及其优点。 1 1s d h 的产生及其优点 11 1s d h 的产生 4 1 近十几年来，数字通信技术得到了迅速的发展，特别是大带宽、 低成本、高质量的光纤通信技术的成熟为传输插上了翅膀，数字通信 被广泛的用于长途传输、用户接入网等许多场合，光纤通信成了电信 网的丰要传输手段。然而，随着数字通信的普及以及用户要求的提高， 目前所采用的点到点传输的准同步数字序列( p d h ) 的弱点也就逐渐 的暴露出来了。p d h 的不足主要表现在以下几个方面： 1 没有全球的统一的速率标准，给国际电信网的互连带来j 困难。 由于历史的原因，p d h 存在欧洲、f 本、北美三个速率等级，找国采 用欧洲速率等级。 2 没有标准光接口。世界f ，各个s d h 生产厂家的设备都角一套 自己的光接口，这些不同的光接口使得p d h 在光接口上无法实现不同 厂家设备的横向兼容，从而限制了设备选择的灵活性，电增加了网络 第一章概述 的复杂性和运营成本。 3 准同步复接，上下话路不太方便。由于p d h 采用的复接方式 是一级一级进行的，不能跨级直接上下话路，每进行一次复接均要进 行一次码速调整。按该方式复接起来的信号是不透明的，也就是不能 直接在高速信号中将支路信号分出或进行分接。 4 网络结构缺乏灵活性。p d h 是建立在点到点传输基础之上的， 网络结构比较单一，难以实现交叉连接以及在线业务的保护和路由的 优化选择。 5 辅助比特缺乏，限制了网络的操作、维护与管理( o a m ) 功能 的改进与完善。 为了适应技术发展对传输的要求，弥补p d h 的不足，美国贝尔通 信研究所( b e l l c o r e ) 于1 9 8 4 年提出了一种取代北美现行传输体制的 新的技术体制，当时被称作同步光纤网( s o n e t ) m 。它有一套际准 的数字传送结构组成，适于各种经适配处理的净负荷在物理媒质中传 输。1 9 8 8 年，美国国家际准化协会( a n s i ) 接纳了s o n e t 技术并通 过厂相关标准。 国际电报电话咨询委员会( c c i t t ) ( 国际电信联盟电信标准化部 ( i t u t ) 的一个分部) 于1 9 8 8 年接受了s o n e t 的概念，并重新将 其命名为同步数字传输体制( s d h ) ，使之成为同时适于光纤、微波和 卫星等多种媒质传输的一种技术体制。为了建立全球的标准，i t u t 在设备功能和性能、光接f ，管理控制及协议和信令等方面作了一些 重要的修改和扩展，并于1 9 8 8 年至1 9 9 5 年期间通过了有关s d h 的标 准和建议，其内容涉及比特率、网络节点接口、s d h 信息模型、传送 网结构、抖动性能、误码性能等。尽管有关建议还在补充完善之中， 但到目前为止，有关s d h 各方面的标准已经相对完善，s d h 技术应 用的时矶已经成熟。 112s d h 的优点wmw s d h 是一种新的传输体制，按s d h 组建的网是一个高度统一的 标准的智能化的网络，它的主要优点可以从以下几个方面来进步说 明： 1 s d h 使欧洲( 我国) ，北美采用的两种p d h 体制，在s t m 1 等级上实现了统一。其灵活的用户接口可会聚各种比特，也能以一种 通用复用结构在新网中传输。 2 第一章概述 2 s d h 可从高速信号一次分出低速支路信号。避免了象p d h 那 样，须对高速信号进行逐级解复用、插入、消插、平滑处理等复杂的 处理，省去了全套背靠背数字复用设备，不仅简化电路上下层次，也 为实现数字交叉连接( d x c ) 创造了条件。 3 s d h 使光接口成为开放型灵活接口，可在光路上实现横向兼 容，使不同厂家的光通信设备在光路上互通，便于网络组织和调节， 使联网成本下降1 0 2 0 。 4 s d h 可在光纤上承载更多的载简，并在用户需要时满足他们 的要求。 5 s d h 采用环形网结构的d x c 设备，增强了网络的自愈能力， 同时可快速经济地进行网络重组。 6 s d h 在帧结构中安排了较多的开销，可以组成足够使用的网 络管理通道，增加了网络的管理能力。 7 s d h 解决了与现有p d h 网共存和从p d h 转化的问题，另外 还能容纳各种新业务信号，如b 1 s d n 中异步转移模式( a t m ) 信号， 高速局域网的光纤分布式数据接口( f d d i ) 信号，城域网的分布排队 双总线( q d q b ) 信号。 8 s d h 大量的利用软件技术。在p d h 中，软件费用所占的比重 不足5 ，而在s d h 中，软件费用所占的比重上升了4 0 以上。大量 的使用软件使设备升级，增加、l p 务与功能都变得十分容易，避免了大 量硬件淘汰与改造所带米的浪费。 尽管s d h 具有诸优点，但也存在肴一些不足。其一就是为了实现 l5 mb s 和2 mb s 两大系统，使s d h 的频带利用率有所下降m ，如在 一个1 5 5 m b s 的s d h 信号中，可以收容p d h 的容量为一个1 4 0 mb s 、 或3 个3 4 mb s 、或6 3 个2 mb s ，也就是说网络的灵活性是以牺牲频 带利用率为代价的。其二，在s d h 中采用指针调整技术来完成不同s d h 网络之间的同步，指针调整使电路的复杂性增加，同时字节调整所带 来的输出信号抖动也大于p d h 。其i ，大量的集中化软件控制，一旦 人为操作失误、软件发生故障，乃至计算机染上病毒都可能导致网络 的重大故障，甚至造成全网瘫痪。 1l3s d h 技术的发展现状 s d h 是一项先有标准，后丌发设备的种具有高度标准化的传输 技术，因而，标准化工作对s d h 设备的开发与技术应用显得卜分重要。 3 第。章概逑 自1 9 8 8 年i t u t 正式命名s d h 并制定相关建议以来，s d h 技术得 到厂飞速的发展，各大厂商的设备相继问世，s d h 技术的应用已进入 高潮。 世界上各大电信制造商无不投入巨资进行s d h 设备的研究与发 展，以期抢先占领市场，目前大约有2 0 家左右的公司声称可以提供s d h 设备比如：a t & t 、北方电讯、g p t ，西门子，爱立信，a l c a t e l 等 公司都有自己的产品。另外，各国都积极在干线网、市话中继网、用 户网中采用s d h 技术，同时在卫星通信及微波通信中也正在积极采用 该技术。 我国从8 0 年代后期进行s d h 技术的跟踪研究，作为8 6 3 计划的 15 5 mb s 和6 2 2 mb s 的s d h 分插复用器分别于1 9 9 4 年和1 9 9 5 年完 成了科研样机和生产样机的鉴定。这两种速率的设备及网管系统已经 在成都一西昌一攀枝花7 1 5 k m 示范工程上投入使用。1 9 9 6 年，24 gb s 的s d h 终端复用器科研样机电通过，鉴定，使我国在s d h 设备开发 力面达到国外9 0 年代初的水平，挤身于世界l 少数能生产s d h 成套 设备的国家行列。我国除了长途光缆干线采用s d h 技术外，还建立了 省内的连接各地区的s d h 光缆环形网。，目前，国内已建成很多的s d h 系统。1 9 9 7 年初，由我国自行开发研制的第一个商用化s d h 光纤传 输系统在重庆联通公司开通，这为世人瞩目的国产s d h 商品化写上了 浓浓的一笔。 现在，国内开发s d h 设备的厂家已经有许多了。除了ij 东的华光， 目前在国内比较有名的有深圳的华为，中兴，武汉邮电科学研究院， 大唐电信等。 1 2 s d h 的未来发展趋势 12l s d h 向全光网络发展m m 】 采用s d h 系统之后，网络集成更加方便，网络运行成本大大降低， 世界各国都在增大投资建设s d h 网络，建设的重点和方向依赖于新的 应用和新的网络性能。比如，网络的生存能力、宽带业务和用户网络 的管理等。 而未来的光纤通信技术发展的最高阶段，也是最理想的阶段是“全 光通信”。 “全光通信”的建立将在干线网的交叉节点上引入光交叉 连接o x c 和光波长变换器，从而形成端到端之间的“虚波长”通路， 4 第一章概述 实现用户端到端的全光网络连接。这将使电路之间的调配和转接变得 简单和方便。从发展的趋势来看，形成一个真正的、以w d m 技术及 光交换技术o x c 及光分插复用器( o a d m ) 为基础的光网络层，建立纯 粹的“全光网”，消除光电转换的瓶颈已成为光通信发展的必然趋势， 它完全符合传送网的分化，在电路d x c 和a d m 之下提出了一层新的 “光”网络层，简化网络结构，提高网络可靠性。并且“光”网络层与 业务和承载信号无关，具有重要的现实和k 远意义。全光旧络的分层 结构如下图1i 所示。 图11 全光网络的分层结构 12 2 s d h 技术与b 1 s d n 和光接入网的关系 ls d h 与宽带综合业务数字网( b i s d n ) 的关系1 s d h 技术是当今世界通信领域中的一个热点，被公认为是实现b i s d n 的关键技术和理想的传输手段。 s d h 不仅构成了世界统一的网络节点接口( n n i ) 的基础，而且也 与世界性统一的用户网络接口( u n i ) 协调，因为s d h 除了支持基于 电路交换的同步传送模块( s t m ) 外，还可以支持基于分组交换的异 步转移模式( a t m ) ，后者是u n i 的最终目标。这样a t m 和s d h 就 构成了b i s d n 的基本条件。在b i s d n 中，信息以a t m 信元( c e l l ) 复接到s d h 的s t m n 帧的净负荷中，这样，s d h 适用于从传输s t m 第一章概述 模式向a t m 模式过渡，从而充分体现了s d h 的前向兼容性。 2s d h 与光接入网的关系m i p 3 1 由于交换机容量的不断扩大和业务带宽需求的不断增加，接入网的 容量和覆盖范围也在扩大。为了适应接入网发展的要求，多种光传输 系统，特别是s d h 被应用在接入网中。由fs d h 充分地利用了光纤 的传输带宽，并且利用s t m l 作为接入网的基本传输速率，还提供了 大量的e 1 接口，所以s d h 已成为当前接入网建设的趋势。 在光接入网中，由于引入了s d h ，光接入网的结构被分为光接入 分配网和光接入传送网。从分配网的光线路终端( o l t ) 中出来的信 号将与s d h 的分插复用设备( a d m ) 相连，这样使得从u n i 来的用 户信息通过s d h 网络传输后，再送入本地交换机“。 1 3 网络的生存能力 网络抵御失效的能力可以称为网络的生存能力( s u r v i v a b i l i t y ) m l 。 s d h 网的生存能力是指在s d h 网络中的光缆线路，节点设备在故障 时，系统按照管理人员预先设定的原则和力。案为业务提供其他替代传 输路由确保业务正常进行的能办。 局间光纤传输系统速度增加以及网络采用全光纤连接的趋势使得光 纤通信网络的生存能力问题日趋重要。由于大量的信息集中于同一光 纤中，每条线路所载的业务变得非常多，而这些业务只在少数几个重 要的节点上( 如光纤集线器上) 转接，因此如果某个节点发生了故障， 将会使很多的用户遭受巨大的损失。 网络的故障可以有硬件和软件的问题引起，也可以是自然灾害造成 的。据贝尔通信研究中心b e l l c o r e 报道w ，在网络发生故障当中，光缆 切断是很常见的系统故障，大多数光缆切断是由自然灾害或者不注意 挖断而造成的。当发生了网络故障后，将使网络中的业务中断。业务 中断对业务提供者来说既产生有形的损失又产生无形的损失，这些损 失有营业收入损失、器材损失、网络恢复费用、法律费用、不利的用 户关系、很具有竞争力的优点的消失以及幸誉的下降等。 s d h 网络引入自愈网的概念，从而非常有效的防止了因线路设备 故障而导致的业务中断。利用自愈网，无需人为干预，网络就能在极 短的时间内从失效故障中自动恢复所运装的业务，使用户几乎不受影 6 第一章概述 响，使通信网络的生存能力大为增加，使业务提供者和用户的损失降 低至0 最低限度。 中国的s d h 发展速度极快，已经成为世界上最大的拥有s d h 网络 的国家。到1 9 9 8 年底，全国省级干线s d h 传输网将形成2 6 8 万 ( 1 5 5 m b s ) 公里的长途传输能力，可以满足2 0 0 0 年的容量需求l 。 但是由于当初网络建设时，对网络的安全性和保护考虑不够，大量的 干线路由都是没有备用系统和保护措施的。受人为因素和自然灾害影 响，光缆的阻断时常发生。面对容量的增加，网络的安全可靠性问题 目益突出。因而对s d h 的网络保护的研究乜就越来越受到人们的关 沣。 1 4 通信网自愈提出的原因 通信网自愈是指通信网络发生故障时，无需人为的十预，既叮在极 短的时间内从故障部件中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网 络已经出现了故障。基本原理是网络具备发现故障并能找到替代路由， 在一定时间限制范围内重新建立通信的能力。 通信网自愈提出主要有三方向的原因m - ： 1 光纤传输网络的发展。光纤容量大，信号质量高，成本低，故 而大量应用；但一条光纤的切断将影响大量的_ k 务，美国在9 0 年代初 期的经验教训充分说明了网络自愈技术的重要，先进的网络保护和恢 复技术是光纤网广泛发展的前提条件之一。 2 智能网元( n e ) 的出现。由数字交叉连接设备( d x c ) 和分插 复用器( a d m ) 等设备构成的网络节点，能够灵活地配置网络资源， 建立迂回路由饶过失效的部件。 3 s d h 标准的制定。s d h 帧结构中定义r 丰富的开销字节，用于 网络的o a m 操作。可利用s d h 开销中的嵌入控制信道( e c c ) 或某 些用途未定的字节传送自愈消息：另一方面，这些开销为形成分布式 控制的自愈网提供 广可能。 1 5 本文的主要_ 丁作 由于s d h 的强大的网络管理能力，灵活的上下话路以及统一的光 标准接口，使其在电信领域中得到了广泛的应用。我国现在已经有许 多公司在开发s d h 产品，其中【f f 东省华光科技股份有限公司就是其 7 第一章概述 中之一。 本人参加了山东省华光科技股份有限公司的s d h 系列产品h l x 1 5 5 6 2 2 的研究与开发。h l x 1 5 5 今年1 1 月在吉林省梅河口市开实验 局成功，整个网络运行正常，性能稳定。在开发中，本人主要从事2 m b i t s p d h 支路信号复用到1 5 5 m b i t ss d h 信号的软件的研究与开发，同时 结合h l x 1 5 5 6 2 2 对s d h 的自愈网保护进行了深入的研究与探索。 本文在研究s d h 的自愈网保护中主要作了以下工作： 1 对s d h 自愈网的保护方式进行了介绍，并列自动保护倒换 ( a p s ) 、双局汇接、环形网保护和网孔形保护这几种保护方式进行了比 较，分析了它们的优缺点。a p s 的切换日0 间短( 小于5 0 m s ) ，控制简 单，但是它的投资大：双局汇接的时间较长；环形网保护的网络生存 能力高，网络恢复时间也比较短( 小于5 0 m s ) ，具有良好的业务疏导 能力，但是它的规划较困难：而网孔形保护电具有很高的生存能力， 但它的网络恢复时间较长，恢复时间内的业务将丢失。由于环形网保 护和网孔形保护都具有很高的生存性，所以可以很好的利用。但是在 结构比较复杂的网络中，用网孔形保护更为经济，因为在同样的网络 生存能力下，网孔形所需附加的空闲容量远小于环形网。环形网用于 简单的网络拓扑中，网络的成本比较低，只有网孔形的6 0 左右。 在环形网保护中又可以分为二纤单向通道倒换环、二纤单向复用段 倒换环、二纤双向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环。由于二纤 单向通道倒换环的成本低，系统的结构简单等特点，所以在h l x 一 1 5 5 6 2 2 的自愈环中选用了它作为保护的方式。 2 论述了自动保护倒换( a p s ) 的协议，为了防止保护请求的无 效，采用了空闲、等待、维持三个状态和“三方握手”的双向操作。 另外，为了减少在网络恢复过程中重选路由时产生的恢复消息数量， 将k o m w u t 等人提出的两种满溢( f l o o d i n g ) 算法( 消息墙法和多路 由选择法) 用于s d h 自愈网的重选路由中，这样不仅可以减少恢复 消息的数量，还可以减少恢复路由，从而使网络恢复时间减少，网络 的空闲容量得到充分的利用，提高了网络的利用率。 3 + 参加了h l x 1 5 5 产品的自愈环保护和设备保护的开发与研制， 叙述了s d h 中保护的具体实现，包括自愈环保护，设备和卡的保护。 自愈环保护中，主要有v c 通道的保护和二纤双向通道保护，设备保 护主要有支路单元( t c 2 3 4 ) 的业务保护，群路( o p t ) 的业务保护， 交叉连接( x c ) 的业务保护，复接控制单元( m c u ) 的业务保护。 4 进行了h l x 一1 5 5 产品中支路单元板t c 2 的软件的开发与研究。 第一章概述 1 9 9 8 年1 1 月华光科技在吉林省梅河口市开设的实验局中，t c 2 运行 正常。t c 2 的软件是低层软件，主要是对t c 2 板上的专有芯片 a d m a e 1 和p m c 4 3 1 4 进行控制，完成的功能主要有告警、性能报告、 维护、l ：n 保护等。另外，t c 2 软件睦l 要完成t c 2 与m c u 之间的 通信，实现这个功能是通过消息信箱来实现的。 9 第二章s d h 自愈网的保护方式 第二章s d h 自愈网的保护方式 由于当前社会逐步步入信息社会，各行各业对信息的依赖越来越 大，要求通信网络及时、准确地传递信息。如果通信网络一旦出错， 甚至瘫痪，将对整个社会造成极大的损失。由此可见，在设计一个通 信网络时，首先应把它的生存能力提到第位，以确保通信网的安全 性。在s d h 中，提高网络的生存能力可采用自愈网。 而根据备用资源的使用方法和节点控制逻辑的复杂性，或者网络 的物理拓扑结构的不同，自愈刚又有许多种不同的方式，各种方式有 各自的优点，可以用于不同的场合。所以本章主要介绍s d h 自愈网络 保护的方式，其中主要介绍了自动线路保护倒换，双局汇接，环形网 保护网孔形保护，然后对这些保护方式进行了比较。 2 1s d h 自愈网的保护方法的分类 211网络保护和网络恢复c i i s d h 网的保护方法有很多，根据网络备用资源的使用方法和节点 控制逻辑的复杂性的不同，自愈网可分为网络保护和网络恢复两大类。 网络保护通常是指在s d h 网络中，每一r 作容量都有一个与之相 应的固定的备用容量，一目有故障出现，只要按照预定的方式进行信 号的倒换或环回就可以达到保护业务的目的。s d h 网中的自动线路保 护倒换( a p sa u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n g ) ，双局汇接( d u a l h o m i n g ) ，环形网保护等均属于这种方式。其特点是业务恢复快，一般 保护动作可在5 0 0 m s 内完成；但由于冗余容量( r e d u n d a n c yc a p a c i t y ) 与工作容量是一一对应的，因此冗余容量大，容量利用率低。 网络恢复w 是指网络中的冗余容量是不固定的，当某种故障出现 后，首先由管理系统找7 c 余容量，然后将受故障影响的业务集中和分 散地转移到备用容量上去。网孔形的s d h 网络一般采用这种保护方 式。其特点是系统冗余量小，容量利用率高，但控制复杂，业务恢复 慢，保护动作的完成一般要数秒至数十秒。 212自动线路保护倒换、双局汇接、环形网保护和网孔形保护 1 0 第二章s d h 自愈网的保护方式 s d h 从网络的物理拓扑来划分，可以分为以f 几种保护方法： 1 自动线路保护倒换：当工作通道中断或性能劣化到一定程度后， 系统将主信号自动转至备用光纤系统的方法。这种保护方式业务恢复 时间很快可短于5 0m s ，它对于网络节点的光电元件失效故障十分有 效。但是，当光缆被切断时，往往是同一根缆芯内的所有光纤( 包括主备 用光纤1 起被切断，因而上述保护方式就无能为力了。因此需要采用不 同路由的线路保护倒换。 2 双局汇接：采用两个对等的汇接节点。一主一备，当主节点失效 时，所有的( 同现有的5 0 保护不同) 业务都由备用节点处理。网节 点设汁在不同的地点，可以有效地预防节点失效，如火灾等。 3 环形网保护：网络节点连成环形可以改变网络的生存性和性能价 格比。网络节点可以是数字交叉连接设备( d x c ) ，也可以是分插复用 设备( a d m ) ，但通常环形网节点由a d m 构成。利用节点a d m 的分 插能力和智能构成的自愈环( s e l f - h e a l i n gr i n g ) 是s d h 的特色之一， 电是目前研究工作十分活跃的领域。 4 网孔形保护：各节点具有高度的连接性，可以通过多螯路由通信， 比如我国的c i ( c o n c a t e n a t i o ni n d i c a t o r ) 局间，就是个大规模的网孔形 网络。为实现自愈，这类结构主要采用d x c 的智能，充分利用多路由 潜存的灵活牲，只需要最小的冗余容量，达到应付多种故障情况的恢 复能力。 2 2 自动线路保护倒换( a p s ) 22l a p s 的结构t ，im l a p s 是一种网络的保护方式，它可分为两种，即1 + 1 方式和1 ：n 力式。 a 站 图2 l1 + 1 保护倒换结构 b 站 第二章s d h 自愈网的保护方式 1 十1 保护倒换结构如图21 所示。s t m n 同时在工作段和保护段两 个复用段发送，目h 在发送端信号永久的与工作段和保护段相连。接收 端对从两个复用段收到的s t m n 信号条件进行监视并选择更合适的 路信号。可见，对于1 + 1 结构，由于工作通道是永久的连接着的，因 而不允许提供无保护的额外业务通路。这种保护可靠性高，对与高速 大容量系统经常采用。特别是在s d h 的发展初期，或网络的边缘处没 有多余路由可选时是一种常用的保护措施，但其成本较高。 21 ：n 结构 图22l ：n 保护倒换结构 1 ：n 结构如图2 2 所示。在1 ：n 结构中，保护段由很多工作 通路共享。在两端，n 个s t m 通路中的任何一个或者额外业务通 路( 或者是可能的测试信号) 与保护段相连。接收端对接收信号条 件进行监视和评价，执行连接和从保护段选择合适的s t m n 信号。 l ：1 结构是l ：n 结构的子集。由于1 ：1 结构的保护通路可用以 提供低优先级的额外业务( 即j - 作通路倒换至保护通路时，额外业 务丢失) ，因而系统效率高f1 + 1 方式。 212 分路由的a p s 结构w 分路由a p s 结构 c o ：中心局 1 2 第二章s d h 自愈网的保护方式 一般的a p s 是指工作光纤和保护光纤都在同一路由上，通常在一 根光缆中，当光缆被切断时，保护光纤也中断，无法提供保护。 分路由的a p s 结构( a p s d p ) 中，工作光纤和保护光纤在不同路 由的光缆中，因此这种结构可以对光缆中断提供保护。如图23 所示。 a p s d p 可以分为1 ：n d p 和1 ：1 d p 两种结构。在1 ：n d p 结构中， 光缆切断会丢失部分业务，因为n 个工作通道中只有一个通道能够恢 复。在1 ：1 d p 结构中，光缆剀断则可以提供1 0 0 的线路保护。 2 2 双局汇接 2 21 双局汇接( d u a l h o m i n g ) ww 在一个局间网中，为了减少局间链路，通常采用汇接方式建立一 个链路数很少的汇接网。汇接局称之为汇接点( h u b ) 。通常每个中心 局( c o ) 与本区域的h u b 相连以建立与其他局之间的通信，而本区域 的h u b 又通过中继线与别的h u b 相连m 。h u b 一般很少出现故障，但一 旦出现故障其后果就非常严重，将使其服务的区域被割断隔离开来。 用于防止光缆切断的1 ：n d p 结构对h u b 的故障也无能为力，为此使 用双局汇接，利用备份h u b 来保证业务的存活能力。在双局汇接结构 中，每个局都有两个h u b ( 内部h u b 和外部h u b ) ，这样可以保证j 眨高 的存活能力。 双局汇接保护需要两根专用光纤，一根从特定的c o 连到内部h u b ， 另一根从该c o 连到外部h u b ，并要求将c o 信号均等地分到两h u b 中。 双局汇接本身没有恢复能力，它与d x c 一起，通过外部h u b ( 内部h u b 已坏) 才能恢复5 0 以上的业务要求，而且还必须满足条件：该c o 中含有d x c ，且在c o 到外部h u b 的连接光纤上有冗余容量。 2 22 双局汇接的链应用 如图2 4 所示，分插复用器a d m 光纤链提供c o 组与h u b 之f 司的 连接。在h u b 之间采用a d m 链是双局汇接的实现方法之一w 。 考虑c o 一1 中的a d m 对。一个a d m 向h u ba 发送( 插入) 业务 并接收( 分出) 从h u bb 来的业务：另一a d m 的工作方向相反，即 向h u bb 发送从h u ba 接收。除了c o 的h u b 的要求之外，a d m 链电 为h u b 提供连接，它将特定的c o 连接到两个h u b 上。如果a d m 、光 纤或者h u b 出现了故障，这种连接仍会保存下来并通过备用h u b 迅速 1 3 第_ 章s d h 自愈叫的保护方式 恢复线路( 按照优先级别) 。若存在拓扑，这种a d m 双局 r = 接链非常 容易过渡到自愈环( s h r ) 结构。 幽2 4 a d m 链双局 厂_ 接 2 4 自愈环保护方式 自愈环是s d h 网络中一种特有的保护方式。在s d h 网络中，通过 采用一定的保护机制，在系统出现某种故障时，通过对信号进行环回 倒换，自动取代故障网元，无需人为干涉就可恢复、i t 务的功能称之为 自愈，具有自愈功能的环形网络被称作自愈环( s h r ) 。 2 41 自愈环的分类m z w w m 常用的自愈环的类型有一光纤单向复用段、二光纤单向通道、二光 纤双向复用段及四光纤双向复用段四种不同的保护环。如图25 ，26 ， 2 7 ，28 所示。 在具体说明自愈环的类型之前，先解释以f 复用段和通道。复用段 涉及复用段终端( t m ，a d m ，d x c 等) 之间的端到端信息传递。再 生段涉及到再生器( r e g ) 与再生器之间或再生器与复用段终端之间 的信息传递。通道( p a t h ) 有一个或多个段组成，为电路提供透明的传输 路径。 二光纤单向通道保护结构中一根光纤用于传送业务信号，另一根光 纤用_ 丁保护。单向通道倒换使用“首端桥接，末端倒换”结构。业务 1 4 第二奄s d h 自愈网的保护方式 信号和保护信号分别由工作光纤和保护光纤携带。当发生故障时，按 通道优先准则，倒换开关将由工作光纤转向保护光纤，从而使业务信 号仍然得以维持，不丢失。故障排除后，开关返回原来位置。如图2 5 所示。 圉25 二光纤单向通道倒换 二：光纤单向复用段保护结构中，支路信号分插功能前的每一高速 线路上都有一保护倒换开关。正常情况下，低速支路信号仅仅从工作 光纤进行分插，保护光纤是字闲的。当发生故障时，故障两端的相邻 节点的保护倒换开关将利用a p s 协议执行环回功能。如图2 6 所示。 1 刨擒 ( 8 ) 图2 6 二光纤单向复用段倒换 ( b ) 二光纤双向复用段倒换环上，高速业务信号和保护信号的传输方 向相同。如果利用时隙交换技术，可以使工作光纤和保护光纤上的信 号都置于一根光纤上。此时，这根光纤的一半时隙( 例如时隙1 到m ) 用于传送业务信号，另一半时隙( 时隙m + i 到n ，其中m n 2 ) 留 给保护信号。同样，另根光纤上的信号电可以利用时隙交换技术置 第二章s d h 自愈网的保护方式 于一根光纤上。当发生故障时，利用时隙交换技术，可以将一根光纤 上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙，从而完成保护 倒换作用，即从一根光纤的业务信号时隙l 到m 可以转换到另一根光 纤的保护信号时隙m + i 到n 。当故障排除后，倒换开关返回其原来位 置。如图27 所示。由于一根光纤同时支持业务信号和保护信号，因 而二光纤环无法进行传统的复用段倒换保护。 图27 _ 二光纤烈向夏用段倒挟蚪 四光纤双向复用段环有两根业务光纤和两根保护光纤，两根业务 光纤的方向相反，两根保护光纤分别与两根业务光纤方向相反。当发 生故障时，利用a p s 协议故障两端节点备有两个倒换开关执行环回功 能，从而得以维持环的连续性。如图28 所示。在四光纤环中，仅仅 节点失效或光缆切断才需要利用环回方式来进行保护，而设备或单光 纤故障可以利用传统的复用段保护倒换方式。 圈28 四光纤双向复用段倒换环 2 42 四种自愈环的性能比较 1 6 第二章s d h 自愈网的保护方式 表2l 对四种自愈环的主要性能作一比较w m 。这里解释一下最大 业务容量。自愈环的业务容量是指能携带的最大信号容量。 表21 各种自愈环特性的比较 二纤单向通二纤单向复二纤双向复四纤双向复用 道倒换环用段倒换环用段倒换环段倒换环 节点数 kkkk 高速线路速率 s t m ns t m n s t m ns t m n 最大业务容量 s t m ns t m n k s t m n( k 2 ) s t m - n 节点成本低低中 a p s 变化不要求要求要求要求 系统复杂性最简单简单简单复杂 产品兼容性没问题 目前不行 目前不行 目前不行 从表21 中，我们可以看出，由于二纤单向通道倒换环进入环中的 所有支路信号都要经过两个方向传向接收分路节点，因而相当要通过 整个环传输，因而环的业务容量等于所有进入环的业务量的总和，即 等于节点处a d m 的系统容量s t m n ；此外，二纤单向通道倒换环仅 使用通道a i s 信号来决定是否需要倒换，无需a p s 协议，因而此种结 构与a p s 协议的标准化无关，从而与现行s d h 标准完全相容；由于 目前尚无适合环形网应用的标准a p s 协议因而所有涉及a p s 协议的 环形结构目前都不能满足多厂家产品兼容性要求，而二纤单向通道倒 换环只使用现有s d h 标准已经完全规定好了的通道a i s 信号，因而很 容易满足多厂家产品兼容性要求：从端到端的保护功能来看，二纤单 向通道倒换环可以与网络拓扑无关，作到全透明，从而实现端到端保 护，而另外的三种复用段保护是按复用段来进行保护的，因此只能一 段一段进行保护，而不可能有端到端的保护能力m ，；另外，二纤单向通 道倒换环无论从控制协议的复杂性，还是操作维护的复杂性上都是最 简单的，而且由于不涉及a p s 通信过程，因而业务恢复时间也最短。 正因为二纤单向通道倒换环具有这些优点，所以我们在实际中很多 时候都采用这种保护方式。在本人参加的h l x 1 5 5 产品的开发中，也 采用了这种保护方法。这点将在第四章中介绍。 2 5 刚孔形保护 在s d h 网中，除了利用自愈环进行、世务保护外，在业务量大，节 1 7 第二章s d h 自愈网的保护方式 点数多而又相对集中的地方可以采用d x c 组建网孔形s d h 网络。在 网孔形网络内部通常采用网络恢复( 电称网络重建) 方式进行业务保 护。 所谓网络恢复就是利用网络中的d x c 作为一个智能化，半永久连 接的数字配线架( d d f ) ，在网络出现故障时，对故障涉及的业务重新 进行路由选择，组织成网络的一种保护手段。这种保护是建立在大量 由d x c 组成的网孔形结构及网络的高度智能化基础上的。典型的网络 恢复功能方框图如图29 。 网络数 囤29 网洛恢复功能框图 在采用网络恢复方式对业务进行保护的系统中，来自s d h 网络的 所有告警都将由网络管理系统进行分析，一旦达到需要保护的门限， 则系统将根据故障的具体情况及数据库中给定的重建原则和预定的保 护方案对受故障影响的业务进行保护。为了保证保护动作的有效陛， 当网络动作实施后，需对保护动作的效果进行核实。 在网孔形的s d h 网中，可对网络中的业务实施自动恢复。当网络 中的光缆线路和节点设备出现某种故障时，根据保护指令，d x c 可在 数秒或数十秒内建立起迂回路由。 251 网络恢复的种类m m “一 在网络恢复的保护方式中，根据控制系统的工