SDH网络保护倒换性能的测试.docx

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SDH网络保护倒换性能的测试

ＳＤＨ网络保护倒换性能的测试

随着电信网络越来越广泛地应用在重要业务中，如电子资金转帐、订单处理、客户服务、库存管理电子邮件和国际互联网接入等，业务生存性变得比以往更加重要。

遵循ＳＤＨ标准的同步传输设备均内置了自动保护倒换（ＡＰＳ）算法和性能／告警监视功能，它们能保证线形点对点和同步环形拓扑网络结构在网络故障条件下具备自愈能力。

当发生设备故障或光纤断路时，线形和环形ＳＤＨ网络中的自动保护倒换可以确保数据的完整性和维持服务质量（ＱｏＳ）。

因此，在安装ＳＤＨ网络单元（ＮＥ）时，对其自动保护倒换的操作性能进行验证是非常重要的。

然而，仅验证在检测到故障时能否启动保护倒换是不够的，为了尽量减少对传输的破坏，倒换必须在ＩＴＵ－ＴＧ．７８３（线形网络）和ＩＴＵ－ＴＧ．８４１（环形网络）推荐的指定时限内完成。

　　本文介绍了一种快速、可靠测量倒换完成时间的方法。

该方法不仅能确保网络单元符合ＩＴＵ－Ｔ的推荐标准，而且还能使它们保持服务质量，从而提供一定的收益保护。

　　一、线形和环形网络中的保护机制

　　线形网络通常由两个可能带有分插复用器或光学路由再生器的ＳＤＨ传输终端组成，典型的例子是长途城市间路由或海底电缆系统。

为了保护单个或多路光纤传输的实际信号，线形网络机制提供了一条ＳＴＭ－Ｎ保护光纤，若实际工作光纤中的一条发生故障，那么终端设备自动将传输切换到保护路由上去。

　　对于大城市地区和全局长途路由，普遍使用环形网络。

这种环形结构的保护机制是：

即使一段线路（例如ＡＢ）双向被彻底切断，但通过倒换和桥接信号仍能在Ａ和Ｂ之间沿环路重新建立长距离路由，使双向传输重新接通。

ＡＢ方向连接称作“短路径”，长方向传输称作“长路径”。

可见，为了提供这种保护机制，在建立传输系统时必须备用５０％的传输容量。

　　有两种办法提供这种备用容量，第一种是ＭＳ专用保护环，它的实现方法是：

系统由两条环路组成，相同的业务信号在这两条相反方向旋转的环路上传输，其中一条作为业务环路，另一条作为保护环路。

也就是说，一条环路传输需要保护的业务信号，另一条用于该业务信号的保护。

在环形系统的任何节点，分插复用器既能从“短路径”也能从“长路径”选择信号，这样在线路出现故障时就能够提供充分的保护。

　　第二种办法是ＭＳ公用保护环。

这种保护环结构平等地公用服务和保护线路，在每个方向上保留有效净负荷带宽的一半用于保护，即正常情况下，通信线路只有一半在工作。

ＭＳ公用保护环被更细地划分为：

ａ．四纤ＭＳ公用保护环；ｂ．两纤ＭＳ公用保护环。

　　专用保护环特别适合于集线器应用，因为它们增加的网络设备很少。

公用保护环常用于大城市、汇接和主干网中。

　　二、保护倒换的启动

　　保护倒换既可以由外部申请也可以自动申请。

外部申请命令通过操作系统（ＯＳ）或电信管理网（ＴＭＮ）输入，这些命令传输到网络单元后。

由ＮＥ设置Ｋ１Ｋ２ＡＰＳ开销字节，然后执行保护倒换。

　　ＡＰＳ申请还可以基于ＮＥ对复用段和设备性能的准则判定条件进行检测而自动发出，例如发生信号失效（硬故障）或复用器奇偶校验检测到的误码率超过了规定限度（软故障），那么ＮＥ启动保护倒换，命令在使用Ｋ１＼Ｋ２字节的ＮＥ之间进行直接发送。

　　ＩＴＵ－ＴＧ．７８３为线形网络结构定义了ＭＳＰ（复用段保护）倒换，同时推荐当检测到能够引起倒换的信号失效（ＳＦ）或信号劣化（ＳＤ）条件后，保护倒换应在５０ｍｓ内完成。

　　ＩＴＵ－ＴＧ．８４１为环形网络结构定义了ＡＰＳ（自动保护倒换），同时也推荐在没有额外传输、没有以前的桥接申请和光纤线路低于１２００ｋｍ的环路上检测到信号失效（ＳＦ或信号劣化（ＳＤ）条件后，倒换应在５０ｍｓ内完成。

保护倒换完成时间不包括启动保护倒换所必需的测试时间和延迟时间。

由于测试和延迟时间是微秒量级，而倒换时间要求为５０ｍｓ，因此与倒换时间相比，测试时间和延迟时间可忽略。

　　三、保护倒换的测试

　　测试ＡＰＳ的性能，应测试保护倒换的几个不同方面，总结如下：

　　·　　检查出现已定义的信号失效条件或信号超过规定的劣化门限时，ＡＰＳ是否能自动启动。

这个可以通过引入传输损伤和信号丢失后观察Ｋ１、Ｋ２字节的状态来检查。

　　·　　检查保护倒换是否能在ＩＴＵ－Ｔ标准规定的５０ｍｓ时限内完成。

理想情况下，这个检查可以通过检查传输系统输出端的净负荷或支路干扰，从而确定实际净负荷传输的中断时间来完成。

　　·　　检查当保护倒换启动后传输的信号是否通过保护线路正确路由到所有节点上，这里的保护线路既可以是实际的光纤也可以是现有活动路由的备用带宽。

　　完成以上的测量需要一台数字传输分析仪，它应能按ＰＤＨ支路或ＳＤＨ接口速率发送成帧或不成帧的ＰＲＢＳ测试码；在接收端需要一台误码检测仪精确测量净负荷错误传输的时间间隔，测量从保护倒换启动的时刻开始，在保护路径连接上而且复用器重新同步后结束。

请注意仅仅测Ｋ１、Ｋ２字节改变所经历的时间不能真正体现实际信号传输中断的所有时间。

　　根据ＳＤＨ或ＰＤＨ支路出的误码序列长度来测量保护倒换时间是一个很简单的测试。

但应当注意的是，使用许多传统的ＢＥＲ测试工具（对ＰＤＨ或ＳＤＨ）可能带来错误的结果，这些传统工具中常用的一种测试方法是将误码检测仪的逻辑误码输出接到数字存储示波器上，测量误码开始到结束的时间。

但因为误码检测仪需要时间指示同步丢失信息，同时当信号通道重新接通后也需要时间指示重新同步状态，因此使用上述方法不能得到正确的结果。

　　另外，即使传输系统已完成了保护倒换，重新提供了正确的信号传输，然而误码检测仪仍需要一段时间重新同步内部参考码型产生器，这时它仍提供误码输出，同时，测试工具重同步准则（通常规定为Ｎ个接收ｂｉｔ中少于ｎ个误码或给定的时间，如１００ｍｓ内应低于的ＢＥＲ值）也会随仪器设计准则的变化而变化。

此外还要考虑到当对成帧信号进行测试时，误码检测仪还需要时间稳定帧同步。

上述的重同步时间要远远大于保护倒换所允许的５０ｍｓ，因此，这样测量所得到的结果均是无效数据，只能舍弃。

影响测量的另一个因素是，当保护倒换启动后（例如发生了许多倒换）将会有大量有效数据序列涌现，若误码检测仪对有效数据中断时间记录不当也会产生错误结果。

　　ＨＰ３７７１７ＢＣ通信性能分析仪在设计中已考虑了这些定时关系和重同步的影响，其ＳＤＨ码发送器提供用于接收测量的ＰＲＢＳ测试码，接收器检测接收到的ＰＲＢＳ测试码，然后测量由保护倒换引起的误码序列的长度。

该分析仪的分辨率为ｌμｓ，指定精度为５０μｓ，结果按毫秒单位显示。

该仪器能同时显示最长、最短和上一次误码序列的长度，以检查倒换的瞬态过程。

该仪器中没有用到存储示波器。

　　在当今商业竞争日益激烈的电信市场，宽带网络的生存性是一个至关重要的问题，验证在网络失效或劣化条件下自动保护倒换能否正确执行以建立新的传输路由是非常关键的。

另外，验证保护倒换引起的业务中断能否在ＩＴＵ－Ｔ推荐标准规定的５０ｍｓ范围内以尽可能快的时间恢复也是非常重要的。

当检查传输破坏时间时，最好测量实际净负荷信号的中断时间，用码型产生器和误码检测仪能很容易地实现这种测量，但所用仪器必须是专门设计的，不会引入内部同步产生的附加延时，否则，所测量的数据没有任何意义，只能舍弃。

光传输网络中的链路保护与业务保护

典型的光传输网络在标准的OSI模型中处于第一层（物理层）和第二层（数据链路层）之间的位置。

在OSI七层模型中，各层之间有独立而清晰的界面，并且下层为上层提供服务。

这种上下层之间的客户与服务器的关系在所有的网络数据传输中都体现得非常明显。

在标准的光传输网络中，又可以进一步将网络层次划分为光链路层与业务层两个层次。

在这两个层次之间，也同样体现出了客户与服务之间的明确关系。

在OSI七层模型中，作为提供服务的下层应当尽力完善自身的性能，即应最大限度地提高自身的检错及纠错能力，以为上层提供更好的服务；而处于上层的客户层也应提高本层的检错纠错能力减少对于下层的依赖。

在网络中，各层次的这种能力处理不当可能产生冲突，在同一网络设备中应当注意协调这种关系，以期望达到最优的保护效果。

在光网络中的光链路层与业务层之间也同样存在这种需要协调的保护关系。

在本文中，以MSTP设备为例描述链路层保护与业务层保护之间的关系。

一、传统SDH网络中链路层保护与业务保护之间的关系

在使用SDH设备搭建的光传输网络中，首先是以光纤为基础的链路连接，然后是承载在光纤链路上的业务层。

在标准的SDH帧结构中，也明确定义了这样的分层结构，例如定义了再生段层、复用段层、通道层（高阶通道和低阶通道）。

在这里可以将再生段与复用段简化为光链路层，通道层简化为业务层。

在这种层结构中，每层分别有各自的开销，以实现本层的标记跟踪和检错及保护。

在光链路层中，可以通过A1、A2实现数据帧的识别和检错，如可以产生LOF告警，还可以通过B1、B2产生误码检错等。

在错误发生后，光链路层可以通过复用段的环倒换完成保护，通常可以将环保护归属为链路保护。

而在通道层，同样可以通过通道层开销完成检错和通道保护，例如可以通过AU－AIS告警完成检测触发保护动作，通常将通道保护归属为业务保护。

这两个层次的保护机制同时处于SDH设备中，在SDH设备组成的网络中，应当努力解决好两个层次的保护关系，从而使需要传送的业务得到更加完善的保护。

在一些复杂的网络应用中，这两种保护关系比较复杂，妥善处理两种保护之间的关系，可以取得更好的保护效果。

图1所示为由节点A、B、C、D、E、F六个节点组成的网络图，其中，B、C、D为一个复用段环，用实线表示。

在A到F之间有一条业务，受到了通道保护，如图中虚线所示。

通道保护的两条路径分别为A－B－D－F和A－E－F，并且假设A－B－D－F为工作通道。

可以注意到，A－B－D－F路径在通过B－D段时，同时受到了B－C－D组成的复用段环的光链路保护。

如果B－D段发生故障（断纤），在由B－C－D组成的复用段光链路保护还未启动期间，D节点会向下游的F节点发出Au－AIS的告警，此时F端点会发生通道倒换动作。

同时，由于B－D段光纤故障，B－C－D组成的复用段环会发生环倒换动作。

如果环倒换动作完成速度快于通道倒换动作，可能会导致F端点动作混乱。

或者在F端点，通道倒换动作完成后，发现从D节点来的业务恢复正常，而发生第二次回复动作。

如果没有合理的两种保护的相容机制，可能会导致冲突。

处理此类问题，有一种简单而有效的方法是使用延迟时间。

两种保护机制之间加入延时时间，当故障发生时，首先启动一种保护方式，另外一种保护方式处于延时等待状态。

例如在上述案例中，首先启动环保护，要求处于较上层的通道保护延时等待。

如果环保护在规定时间内完成保护动作，链路恢复正常，则通道保护不动作。

如果环保护动作在规定时间内未完成，开始启动通道保护动作。

在上述过程中，通常首先启动保护的网络层次都较低，如光链路层作为服务层较通道层级别较低。

通常认为，处于较低层次检错机制简单，速度较快，保护动作容易完成。

另外，在实际应用中，下层可能同时承载着多个上层的业务，当下层发现故障时，其保护动作是必然发生的，即环保护动作在B－D光纤断时是必然发生倒换的，而上层通道层可以协调等待，并且环保护还可能同时保护了承载其上的其他业务，如存在D－C的业务。

比较上述两种机制，第二种方式在减少倒换次数上优于第一种方式。

但是其也存在缺陷，如第一次环保护动作不正常，启动通道保护，由于加入了延时等待时间导致倒换时间的延长，有可能超过标准规定的电信级保护50ms的标准。

 为更好地协调两种不同层次间的保护关系，可以使用更为复杂的信令方式，在环保护动作失败后，迅速传递消息到F节点，启动相应的通道保护，这样做可以克服采用第二种方式倒换时间较长的缺陷，但是必须付出协议复杂化的代价。

二、在ASON网络中链路保护与业务保护之间的关系

在现实的SDH或者MSTP设备组成的网络中，这种保护关系的共存已经非常普遍，并且协调机制也相对成熟。

这种保护嵌套的关系，在近年来迅速发展的ASON设备中更加普遍，应用情况也更加复杂化。

在图2中，假设6个节点均为具备ASON功能的节点。

模拟同样的案例，B－D之间的光纤断裂。

F节点收到Au－AIS的告警。

通常情况下，F节点的动作，应当向源节点A发出告警信息，要求其重建一条A到F的业务连接。

A节点在收到告警后，可能会为此业务另外寻找一条A－E－F的路由。

这样的告警再寻路通常需要消耗数百毫秒的时间。

同时在B－D光纤断裂时，B－C－D复用段同时也会发生环倒换动作，通常的倒换时间在50ms以内。

在业务恢复还未完成，通常环倒换已经在50ms以内完成了。

但是业务还是发生了一次恢复，由原来的A－B－D－F倒换到了A－E－F。

在此过程中，如果加入了延时等待机制，业务恢复应当等待环倒换完成后，检测倒换结果再确定是否进行恢复动作。

在这个案例中，两种机制的优劣表现得比较明显。

如果两种保护存在协调关系，F节点在等待环保护启动后延时一段时间后再启动，明显其保护性能会更优越，如果环保护正常，则业务可以在50ms以内恢复。

当然，在ASON网络中，同样可以使用协议来协调两种保护关系，这样更加直接有效。

三、在MSTP网络中链路保护与LCAS之间的关系

在MSTP设备组成的网络中，同样存在另外的需要协调的保护关系，就是链路保护与LCAS（LinkCapacityAdjustmentScheme）之间的关系。

 在图3中，六个节点均为MSTP设备，B－C－D组成一个复用段环。

在A到F之间有一条GE业务，其路径为A－B－D－F，该GE业务配置为使用7个VC4，并且具备LCAS功能。

在这个案例中，同样存在两种保护，一种是B－C－D组成的复用段环链路保护，另外一种是数据业务特有的LCAS保护。

这两种保护也同样可以选择协调两种保护和不协调两种模式。

当B－D段光纤断裂时，启动LCAS保护的数据业务会按照LCAS保护机制逐渐删减带宽，同时B－C－D组成的复用段保护启动，在50ms内完成保护，当复用段保护完成后，在A－B－D－F段的数据业务又会根据LCAS机制逐步恢复原带宽。

以上描述的是不协调两种保护方式的结果。

如果利用简单的延时等待协调两种保护方式，使LCAS保护机制在故障发生时延时一段时间后启动，这时的表现为，当B－D段光纤断裂时，LCAS延时等待，复用段保护环启动环倒换，如果环倒换成功，则LCAS保护不启动，如果环倒换失败，LCAS在延时固定时间后，开始启动，完成保护。

 比较两种模式，在复用段保护环倒换成功情况下，采取协调机制可以大大减少数据业务由于大幅调整带宽所带来的振荡，解决大量的设备存储资源。

在断纤故障情况下，采取协调机制，只会在50ms的瞬间产生一些数据阻塞，如果不采取协调机制，数据阻塞是不可避免的，并且数据恢复时间会明显延长。

四、结束语

通过上述比较，可以得到这样的结论，采取一定的机制协调两种或者更多种处于不同层次的保护关系，其效果明显优于不采取措施的效果。

在电信网络中，处于不同层次间的保护关系本身是互相独立的，但是通常处于较上层的网络可以通过一些手段监控到下层网络的保护动作情况，此时，如果能够采取一定的协调机制，上层网路利用下层网络的保护能力，可以达到更好的保护效果。

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AOSAddressableopticalstorage光（束）寻址存储，一种存储方式，通过电－机、电－光或声－光等方法使光束偏转，进行寻址，以代替移动记录煤质来实现信息的写入和读出。

此法较容易实现大容量和高速度存储。

AOTAAll-opticaltowedarray全光牵引阵列

AOTFAcous