SDH自愈环的生存性探讨Word文档下载推荐.docx
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1 环网保护机制
实现环网保护有两种技术,网络保护和网络恢复。
网络保护通常是利用预留容量,为失效通常提供备用通道,使受影响的业务从备用通道到达目的地。
因为这种方式能对各种故障中受影响的业务都提供默认的备用传输通道,所以在故障发生后能直接按预定方案操作,快速恢复受到影响的业务,是一种静态的保护方式,不需网管干预。
采用这种技术的网络结构有线形和环形两种,其中SDH环网因为具有较完善的保护功能和较灵活的组网方式,是SDH网络结构中应用较广泛的一种,称自愈环。
组成自愈环的节点设备是ADM分插复接设备。
而网络恢复通常是利用网络的冗余容量,依据特定的算法,为受故障影响的业务重新分配到达目的地的通道。
这种为受影响的业务寻找新路由的过程,是一种动态的过程,必需网管干预,主要用在数字交叉连接设备(DXC)上。
光网络的生存性,其实就是光网络的保护与恢复,包括线路、业务节点、电路、光路、业务、信号的保护与恢复。
提高生存性的方案很多,如提高光纤线路和节点设备的可靠性,减少串接在系统中单元设备的数量,热备份,倒换保护,等等。
自愈环是利用多路由的网络拓扑方式,不仅提高了网络的生存能力,而且降低了倒换所需备用路由的成本,在网络规划中起到重要的作用。
所以SDH自愈环不仅在中继网和接入网中得到广泛应用,而且在长途中也开始应用。
2 SDH自愈环(SHRSelf-HealingRing)的分类
SDH自愈环结构一般分为两大类,即通道保护环和复用频保护环。
通道保护环是以通道为基础的,倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣业决定,通常利用简单的通道AIS信号来决定[AISAlarmIndicationSignal,APSAutomaticProtectionSwitching]是否应进行倒换。
复用段保护环是以复用段为基础的,倒换一否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣来决定。
当复用段出现问题时,整个节点的复用段信号都转向保护通道。
又可以将自愈环分为单向环和双向环。
正常情况下,单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输。
而双向环中,进入环的支路信号按一个方向传输,由该支路信号分路节点返回的信号经相反的方向传输。
按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分,自愈环可分为2纤环和4纤环。
通道保护环通常是2纤环;
而复用频段保护环可以是2纤环,也可以是4纤环。
工程中常用的SDH自愈环结构是2纤单向通道保护环、2纤双向复用保护环和4纤双向复用段保护环,其中电力系统常用的是2纤单向通道保护环。
3 2纤单向通道保护环的生存性
3.1 保护方式
通道保护环的保护方式有1+1和1:
1两种。
1+1保护方式是发送节点将所发送的支路信号固定桥接,保护倒换只在接收端进行,实现起来较简单,不需要在节点间交换保护倒换信令。
1:
1保护方式是在发送端并不固定桥接,然后再在接收端完成倒换。
1:
1保护方式是双向操作,正常工作情况下,保护信道上可以传送不受保护的额外业务,也易于发展为1:
n的保护结构。
但双向保护控制比单向保护复杂,因而通道保护环一般采用1+1单向保护方式。
单向通道保护环的每对节点之间都有2根光纤,1根用于传输工作信号,1根用于保护,这2根光纤的传输方向相反,进入环的一个支路信号经工作光纤传至目的节点,而返回信号则由同一方向经环的剩余部分返回。
2纤单向通道保护环的倒换控制相对其他自愈环结构是最简单的,它的优点是能适合任何网络拓扑和任何通道等级。
3.2 节点功能
通道保护环的节点都是ADM设备。
组成通道保护环且采用1+1保护方式的ADM设备必须具备两个功能。
(1)发端ADM应具备桥接功能,即同时向工作信道和保护信道的同一时隙发送相同的低速支路信号的能力;
(2)对每一个通道,收端ADM都能从两路输入信号中择优选取。
3.3 操作模式
通道保护环的操作模式有可恢复和不可恢复两种。
在可恢复模式中,当工作信道的失效清除后,信号应从保护信道倒换回工作信道中。
在不可恢复模式中,当失效路径的失效条件不再存在,并无外部启支命令时,系统进入无请求状态,而不发生任何倒换。
1+1单向保护环应该既能支持可恢复操作模式,也能支持不可恢复操作模式;
如果要同时支持两种模式,则应能通过OS或人机界面进行设定。
1保护的操作模式应为可恢复模式。
由于可恢复模式会引起更多的倒换工作,为了防止因断续失效而引起的频繁倒换,当工作信道的失效条件清楚后,必须经过一个设定时间,信号才能倒换回工作信道,这个设定时间称为WTR时间。
WTR时间应设5-12min,并能以s为设置单位。
在等待恢复状态下,不应发生任何倒换。
3.4 倒换时间
倒换时间是指ADM检测到倒换条件并能完成倒换动作的时间。
因为倒换期间传输的信号将全部丢失,所以倒换时间的长短是衡量自愈环网络性能的重要指标。
在这方面,自愈环的性能大大优于DXC重建网络,DXC重建网络的恢复时间一般为几分钟,而ITU-T规定的倒换目标值为50ms,由于单向通道保护环不需要APS协议,倒换动作少,一般均能满足这个要求。
目前,Bellcore已把单向通道保护环的倒换时间目标值定为20ms。
3.5 保护容量
在单向通道保护环内,进入各节点的支路信号都是通过整个环传输的,且其工作方式为“首端桥接,尾端倒换”的1+1模式,工作纤和保护纤同时传送相同的支路信号。
因而环的业务容量等于所有能够进入环的业务量之和,也就是工作纤上ADM的线路口容量STM-N。
可见对于单向环,无论业务模型如何,它的保护容量不变。
3.6节点数量
单向通道保护环对电路的节点数有一定要求,如通道保护出现失效,紧靠失效的下游节点将产生通道AIS,该AIS通过若干中间节点一直传送到目的节点。
由于每个节点在传送通道AIS时都有一定的时延,如果工作路径上节点数太多,延时的累积将会影响通道保护环的恢复时间。
因此,虽然理论上对通道保护环的节点数没有限制,但实际设计时,应考虑节点对AIS的传输延时,从而对环上节点数量作出限制。
在工程实际应用中,通道保护环的接点数还受到以下条件的制约。
(1)如果是双向操作的通道保护环或者是1:
1通道保护环,由于需要使用K3、K4字节传送APS信令,环的节点数不能超过16;
通道保护环的节点数还受业务流量的制约。
如STM-1等级形成2纤单向通道保护环可以传输63个2M信号。
(2)由于在每个接点分插的最大业务量是固定的,如果节点之间的业务需求太大,也不允许环的节点数太多。
(3)通道保护环的节点数还受同步时钟的制约,如果1个环上有2个接点使用BITS时钟源,ITU-T规定,2个时钟源之间的节点数不能超过20,这也在一定程度上限制了自愈环的节点数。
因此,工程上自愈环的规模一般都不大,节点数一般都不超过10个。
4 自愈环的互通
4.1 连通结构
随着网络规模的扩大及网络结构层次的增多,组建一个庞大、结构单一的网络将使通信的可靠性受到影响,使运行与维护检修不便。
相反,在电力系统通信网中,根据地域、带宽等要求分别组建多个小型自愈环并将环与环互相连通,组成网状网,就可以大大地提高网络的可靠性与生存能力。
环间互通主要解决的问题是,对穿过两个或多个环的业务的保护,以及终端点分别在不同环的业务的自动恢复,同时要不影响各环自身的保护倒换和操作的独立性。
当两个环互通时,网中任意一个节点的失效,应不会引起业务丢失;
自愈环任意一个环上的任何失效故障都不应引起另一个环的保护动作;
由于互通引起的倒换只能对由失效引起的丢失或劣化的环间业务量有影响。
两个环间的连接方式可以是在每个环上有单个节点的相互连通,也可以是两个节点的连通。
而两个节点的连通一般定义了工作节点和保护节点。
自愈环的互通有两种实现方式,一种是用普通ADM节点设备实现,这种方法通常用于两环间的单节点连通,另一种是采用了具有分接-续传功能的ADM设备作为互通节点的双节点互通环。
单节点互通是在每个环上有单个节点与另一个环上的单个ADM节点设备连通。
对于环间的互通业务,通过与对方环连通ADM节点的分插复用功能来实现。
这种结构可以保护单个跨距段的光纤节断时受影响的业务,但如果连通环上两个节点中任意一个失效,则穿越环间的和从失效节点上下的业务都不能被保护。
这种互通环的结构简单,对各种不同类型的环间的互通都可以应用。
双节点互通环结构的保护机理更完善。
进行了分接-续传功能改进的互通节点,使安排在两个环之间的两组互通节点对,可以互相保护穿通两环间的业务。
这样环中任意节点失效不会导致原来通过该节点的业务丢失。
但它的结构较为复杂,成本高。
4.2 单向通道保护环的互通
如果中继网和接入网都是单向通道保护环,就需要使两个通道保护环卫通。
两个通道保护环分别通过各自环上的两个互连节点连接在一起,每个环间业务从源节点分别经工作信道和保护信道由不同的方向到达一个互连节点。
当其中一路信号到达相应的互连节点时,即从该互连节点分接,并继续传向下一个互连节点。
这样,每个互连节点的选择器的输出传输到第二个环的对应互连节点。
第二个环的互连节点将从第一个环接收到的信号分别经工作信道和信道从不同的方向传向目的节点。
最后,目的节点将在由两个不同方向上接收的信号中作出选择。
两个单向通道保护环互连,不仅可以对每个环内的失效提供保护,对互连节点的失效和互连路径的失效也能提供保护。
5 2纤单向通道保护环在电力系统中的应用
电力系统通信网,业务容量要求较低,且大部分业务量汇集在一个或几个中心节点(中心局)上,因而适用比较简单经济的单向通道倒换环。
采用2纤方式还是4纤方式则取决与容量要求与经济性考虑,通常业务量不太大时2纤环比较经济,因为电力系统通信要求信号中断时间短、恢复延时小、生存能力强、可靠性高等,使得单向通道保护环在电力系统中得到了广泛的应用。
西安地区电力通信SDH自愈环环网是由数个互通的单向通道保护环组成的。
以局本部为中心站组成了东、北、南共3个大环,各个环上的站点分别为8个、9个、10个,各环上局中心和集控站通过155M互相连通,另外,以东、西、南、北郊数个集控中心站为中心点,又分别组成了几个小型单向通道保护环,这样,50多个站点组成了互相连通的网,其他各站陆续以支线方式接入各个中心站和集控站,系统容量为155M和622M。
通道保护环的每对节点之间都有两根传输方向相反的光纤,工作信号和保护信号分别由顺时针方向的工作光纤和逆时针方向的保护光纤所携带。
系统采用1+1保护方式,在发送端的主、备用通道中传送同一业务,在接收端根据信号质量优劣选择接收。
各个节点采用ADM设备,具备桥接功能和分接功能。
6 技术展望
目前,通信网络正逐步向着全光网络的方向演进,将实现在任意时间、任意地点、传送任意格式信号的理想目标。
在光网络中传送的信息是高容量、高速率的,因此网络中任何一个网络元件的失效都会导致大量数据的丢失,光网络的生存性已经成为人们关注的焦点。
如何实现高效的网络保护与恢复,如何实现网络的分布式并实现自愈保护以及保护带宽的智能动态分配,如何使各保护结构实现互通,等等,都是今后光网络生存性技术发展的重点。
SDH 一、SDH的概念
SDH(SynchronousDigitalHierarchy,同步数字系列)光端机容量较大,一般是16E1到4032E1。
SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络,是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络(SONET)。
国际电话电报咨询委员会(CCITT)(现ITU-T)于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH,使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。
它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能,能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护,因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点,受到人们的广泛重视。
二、SDH的产生背景
SDH技术的诞生有其必然性,随着通信的发展,要求传送的信息不仅是话音,还有文字、数据、图像和视频等。
加之数字通信和计算机技术的发展,在70至80年代,陆续出现了T1(DS1)/E1载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网)和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。
随着信息社会的到来,人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务,而上述网络技术由于其业务的单调性,扩展的复杂性,带宽的局限性,仅在原有框架内修改或完善已无济于事。
SDH就是在这种背景下发展起来的。
在各种宽带光纤接入网技术中,采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。
SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入"
瓶颈"
的问题,同时提高了传输网上大量带宽的利用率。
SDH技术自从90年代引入以来,至今已经是一种成熟、标准的技术,在骨干网中被广泛采用,且价格越来越低,在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域,充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处,在接入网的建设发展中长期受益。
三、SDH的基本传输原理
SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N(SynchronousTransport,N=1,4,16,64),最基本的模块为STM-1,四个STM-1同步复用构成STM-4,16个STM-1或四个STM-4同步复用构成STM-16;
SDH采用块状的帧结构来承载信息,每帧由纵向9行和横向270×
N列字节组成,每个字节含8bit,整个帧结构分成段开销(SectionOverHead,SOH)区、STM-N净负荷区和管理单元指针(AUPTR)区三个区域,其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送,它又分为再生段开销(RegeneratorSectionOverHead,RSOH)和复用段开销(MultiplexSectionOverHead,MSOH);
净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节;
管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。
SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输,每帧传输时间为125μs,每秒传输1/125×
1000000帧,对STM-1而言每帧字节为8bit×
(9×
270×
1)=19440bit,则STM-1的传输速率为19440×
8000=155.520Mbit/s;
而STM-4的传输速率为4×
155.520Mbit/s=622.080Mbit/s;
STM-16的传输速率为16×
155.520(或4×
622.080)=2488.320Mbit/s。
SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤:
映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器(C),再加入通道开销(POH)形成虚容器(VC)的过程,帧相位发生偏差称为帧偏移;
定位即是将帧偏移信息收进支路单元(TU)或管理单元(AU)的过程,它通过支路单元指针(TUPTR)或管理单元指针(AUPTR)的功能来实现;
复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。
四、SDH的特点:
SDH之所以能够快速发展这是与它自身的特点是分不开的,其具体特点如下:
(1)SDH传输系统在国际上有统一的帧结构,数字传输标准速率和标准的光路接口,使网管系统互通,因此有很好的横向兼容性,它能与现有的PDH完全兼容,并容纳各种新的业务信号,形成了全球统一的数字传输体制标准,提高了网络的可靠性;
(2)SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律,而净负荷与网络是同步的,它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号,实现了一次复用的特性,克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程,由于大大简化了DXC,减少了背靠背的接口复用设备,改善了网络的业务传送透明性;
(3)由于采用了较先进的分插复用器(ADM)、数字交叉连接(DXC)、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大,具有较强的生存率。
因SDH帧结构中安排了信号的5%开销比特,它的网管功能显得特别强大,并能统一形成网络管理系统,为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用;
(4)由于SDH有多种网络拓扑结构,它所组成的网络非常灵活,它能增强网监,运行管理和自动配置功能,优化了网络性能,同时也使网络运行灵活、安全、可靠,使网络的功能非常齐全和多样化;
(5)SDH有传输和交换的性能,它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合,实现了不同层次和各种拓扑结构的网络,十分灵活;
(6)SDH并不专属于某种传输介质,它可用于双绞线、同轴电缆,但SDH用于传输高数据率则需用光纤。
这一特点表明,SDH既适合用作干线通道,也可作支线通道。
例如,我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH,而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容。
(7)从OSI模型的观点来看,SDH属于其最底层的物理层,并未对其高层有严格的限制,便于在SDH上采用各种网络技术,支持ATM或IP传输;
(8)SDH是严格同步的,从而保证了整个网络稳定可靠,误码少,且便于复用和调整;
(9)标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容,降低了联网成本。
五、SDH的应用
由于以上所述的SDH的众多特性,使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。
电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。
利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。
而一些大型的专用网络也采用了SDH技术,架设系统内部的SDH光环路,以承载各种业务。
比如电力系统,就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。
而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位,很多都采用了租用电信运营商电路的方式。
由于SDH基于物理层的特点,单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。
承载方式有很多种,可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用,也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。
SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证,安全性方面也优于VPN等方式。
在政府机关和对安全性非常注重的企业,SDH租用线路得到了广泛的应用。
一般来说,SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口,完全可以满足各种带宽要求。
同时在价格方面,也已经为大部分单位所接受。
六、SDH的发展趋势
SDH作为新一代理想的传输体系,具有路由自动选择能力,上下电路方便,维护、控制、管理功能强,标准统一,便于传输更高速率的业务等优点,能很好地适应通信网飞速发展的需要。
迄今,SDH得到了空前的应用与发展。
在标准化方面,已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了SDH的方方面面。
在干线网和长途网、中继网、接入网中它开始广泛应用。
且在光纤通信、微波通信、卫星通信中也积极地开展研究与应用。
近些年,点播电视、多媒体业务和其他宽带业务如雨后春笋般纷纷出现,为SDH应用在接入网中提供了广阔的空间。
SDH技术应用于接入网的好处是:
1)对于要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户,SDH可以提供较为理想的网络性能和业务可靠性。
2)可以将网管范围扩展至用户端,简化维护工作。
3)利用SDH固有灵活性,可使网络运营者更快、更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。
[1]从技术上来看,接入层的相对带宽需求较小,需要提供IP、TDM,可能还有ATM等综合业务传送。
以SDH系统为基础并能够提供IP、ATM传送与处理的系统(包括TDM、IP与ATM接口,甚至包括IP和ATM交换模块)将是解决接入层传送的主要方法,这种方式可廉价地在一个业务提供点(POP)上提供高质量专线、ATM、IP等业务的接入、传送和保护。
随着骨干传输容量不断增大,城域传输网络的接入能力也多样化。
但以IP为主的网络业务仍然是不可预知的,这需要传输网络具有更好的自适应能力,而这种自适应能力不仅仅是网络接口或网络容量的适应能力,而且要求网络连接的自适应能力。
总的来说,低成本、灵活快速的完成运营商端局到用户端的业务接入和业务收敛是对未来城域网接入系统的主要需求。
简单地讲,这种采用SDH传输以太网等多种业务的方式就是将不同的网络层次的业务通过VC级联的方式映射到SDH电路的各个时隙中,由SDH网络提供完全透明的传输通道,从物理层的设备角度上看是一个集成的整体。
这种解决方案可以大幅度地降低投资规模,减少设备占地面积,降低功耗,进而降低网络运营商的运营成本。
同时,提供多业务的能力还可以使网络运营商能够快速地部署网络业务,提高业务收入,增强市场竞争能力。
综上所述,SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。
SDH技术与一些先进技术相结合,如光波分复用(WDM)、ATM技术、Internet技术(IPoverSDH)等,使SDH网络的作用越来越大。
SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目,是电信界公认的数字传输网的发展方向,具有远大的商用前景。
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