使用国产SDH芯片实现环网络自愈

2006-05-07 15:50:10来源: 电子技术应用

    这里的复用段保护倒换自愈环指的是二纤单向环,也是应用最为广泛的一种环结构。对于这种自愈环结构,目前ITU-T还没有明确的建议标准。我们根据现有的建议,提出了一种使用K1、K2字节完成的复用段保护倒换协议,可以实现环路自愈功能。

    MXHO155-2用于这种系统中,一种较为简便的电路结构如图1所示。图中A、B表示两片MXHO155-2。倒换位置选择在上下VC-4总线处,倒换实际上主要表现为上下VC-4总线的选择。当然,复用段的倒换不仅只是VC-4,还包括段开销。根据需要,实时通道E1、E2、F1、DCC1和DCC2都可以在片外进行倒换。至于其他需要倒换的开销字节,可由软件控制,通过单片机读写不同的芯片来实现。

    正常工作时,假设A片为工作芯片,B片为保护芯片。则东向来的光纤和去往西向的光纤为工作光纤,另外一对光纤为保护光纤。保护光纤平时处于空闲状态,即没有净荷需要接收和发送,所以只在线路上传送一个空的SDH基本帧结构。网络各节点的B芯片可简单地工作于再生中继环回状态,并可用于向上游节点回送或者接收下游节点回送的有关信息,如远端误码块指示M1字节等。下面用图2来说明网络自愈的过程。

    该自愈环共有四个节点,分别标记为节点1、节点2、节点3和节点4,并顺序分配节点ID二进制数0001、0010、0011和0100。每个节点都被配置为ADM,即从上游节点码流中下载一个VC-4,并往下游发送码流中上载一个VC-4。正常工作时,业务都通过外环工作光纤顺时针方向传送。当出现故障时,就需要用到K1、K2两个APS字节的保护倒换协议来保证自愈的正确完成。这里提出的一种APS保护倒换协议,尽量遵循ITU-T的有关标准。K1字节的编码格式为:前四个比特编码表示各种倒换请求,后四个比特表示发出倒换请求的源节点标识(ID)。K2字节的前四个比特表示接收倒换请求的目的节点ID,后四个比特用来传送其他复用段信息,如MS-AIS和MS-RDI等。这一协议限制了网络中的节点数目不能超过16个,如果节点数目超过16个,可用其他未用开销字节承载地址信息,这样保护倒换时间可能会无法保证。

    K1字节倒换请求编码如表1所示。

表1 K1字节编码

请求类型 编码 操作
故障情况 1101 高优先级SF
1100 低优先级SF
1011 高优先级SD
1010 低优先级SD
APS控制器状态 0110 等待恢复
0010 反向倒换请求
0001 无反向请求
0000 无倒换请求
外部请求 1111 保护锁定
1110 强迫倒换
1000 人工倒换
0100 实验
保留 1001,0111,0101,0011

    其中SF为信号故障,包括LOS、LOF和预定义的比特误码率;SD为信号劣化,也为预定义的比特误码率。两者均可作为启动保护倒换的判据。

    在图示环网中,遵循的原则是:(1)永远从同一方向发送和接收APS字节;(2)主动发出倒换请求的一方要向发现故障方向相反的方向发出APS字节。

当发生如图所示的故障时,倒换过程如表2所示。

表2 二纤单向复用段保护倒换示例

故障状态
或控制器
状态
APS字节编码 倒换动作
节点1→节点2 节点2→节点1 节点1 节点2
K1 K2 K1 K2
无故障 00000000 0000xxxx 00000000 0000xxxx 工作于工作光纤,保护光纤空闲
21工作光纤故障 10100001 0010xxxx 00000000 0000xxxx 向工作光纤发送SD倒换请求  
10100001 0010xxxx 00100010 0001xxxx   扫行倒换,并向保护光纤发送反向倒换请求
00000001 0010xxxx 00100010 0001xxxx 执行倒换,向工作光纤发送倒换确认  
00000001 0010xxxx 00000000 0000xxxx   收到确认
01100001 0010xxxx 00000000 0000xxxx 等待恢复  
21工作光纤恢复正常 11100001 0010xxxx 00000000 0000xxxx 向工作光纤发强制倒换请求  
11100001 0010xxxx 00100010 0001xxx   执行倒换,并向保护光纤发送反向倒换请求
00000001 0010xxxx 00100010 0001xxxx 执行倒换,向工作光纤发送倒换确认  
00000001 0010xxxx 00000000 0000xxxx   收到确认
00000000 0000xxxx 00000000 0000xxxx 恢复正常工作

倒换过程中,没有接受倒换请求的中间节点维持原工作状态不变,即工作芯片上下VC-4,保护芯片做再生中继环回。

在上述协议中,需要考虑几点:①当任何一步没有收到确认或者没有在规定时间内收到确认(为了保证倒换时间要求),则协议失败,节点应该把此情况上报网管处理。②如果某节点完全失效,好的自愈协议应该能把该节点从网络中自动去除。完成这个功能只需对协议作如下改动:若某节点发出倒换申请后在规定时间内没有收到来自目的的节点的反向请求,则向该节点的下一个相邻节点重新发送倒换请求,并等待回应,继续执行协议的其余部分。这样,就可把失效节点剔除。但是,在这种情况下,网络保护倒换时间可能会稍长。

3 性能比较分析

ITU-T建议保护倒换时间应该小于50ms。通道保护由于不需要协议支持,所以倒换速度很快,可以满足要求,并且此种保护对环网络中的节点数目没有要求。复用段保护的网络节点数目最多为16个。每个节点确认K1、K2字节需要3帧时间,转发或者插入新的APS字节至少需要延迟1帧时间,而完成一次倒换最多需要交互3次APS字节。SDH帧延迟为微秒级可以忽略不计,所以最坏情况下倒换信令最小延迟为:3次×16节点×(3+1)帧×125μs=24ms。这样还有26ms的时间供软件处理APS字节和完成硬件切换,使用一般的CPU完全可以满足倒换时间要求。

从网络业务容量来看,对于通道保护环,由于进入环中的所有支路信号都要经过两个方向传向接受分路节点,因而环的业务容量最多等于节点ADM系统的容量STM-1。对于复用段保护环来说,虽然从每个节点来看,业务容量也为STM-1,但从网络的角度看,每对相邻节点间的业务均可单独配置,也即环中各段的业务各不相同,所以总体业务容量可大大超过STM-1。可见,复用段倒换环的平均成本更低。

通道保护环的一个优点在于它的保护带宽颗粒较小,可以提供E1、VC-12、VC-4各种容量等级的保护,应用最灵活。复用段倒换则只提供对VC-4的保护,主要适合大业务量的场合。另外,通道倒换环的倒换由本地决定,与网络无关,所以除了环以外,适用于各种复杂的网络拓扑。

从额外业务量来看,通过保护环采用了1+1的保护方式,所以保护通路无法携带额外业务量;而复用段保护环则采用1:1的保护方式,正常工作时,保护通道可用来携带额外的业务量,从而提高网络利用率。

在各种自愈环中,网管都起着很重要的作用,它要始终掌握整个网络的拓扑和工作情况,并对异常情况做出相应处理。关于时钟的倒换问题,我们认为这种自愈环路宜于采用全网同步时钟,即网络各节点都使用主节点的时钟。当主节点完全失效后,应可自动重新选择主站点作为网络时钟源。

环网自愈是SDH光传输系统需要实现的重要功能。各种自愈环的原理都很明白,但是具体的实现方案和保护倒换协议却还很不完善,特别是针对二纤单向复用段保护环。因此,我们结合国产芯片,提出了一种专门针对此种自愈环的APS协议,应用于STM-1等级的SDH环网中。另外,如何解除网络对节点数目的限制,以及解决业务错连、实现环的互通等,都是需要进一步研究的问题。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200605/3146.html
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