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保护倒换讲义
保护倒换的介绍
ZXSM光传输系统的保护机制可分为:
网络级业务保护和设备级单元保护。
网络级业务保护按层的概念,可分为复用段保护和通道保护;按网络结构,又可分为路径保护和子网连接保护。
1-1.SDH物理接口功能(SPI)
SPI功能是将内部逻辑电平形成的STM-N信号转变为STM-N线路接口信号,即为物理传输媒质和RST功能块之间提供接口。
如果STM-N信号失效,SPI产生信号丢失(LOS)状态。
1-2.再生段终端功能(RST)
RST功能相当于是RSOH的源和宿,即RSOH在RST中生成和终结,而再生段是两个RST功能块之间的维护实体。
1-3.复用段终端功能(MST)
MST功能是作为MSOH的源和宿,即MSOH在MST中生成和终结,而复用段是两个MST功能块之间的维护实体。
从复用段保护(MSP)功能得到的自动保护倒换字节置于K1和K2字节位置。
其中K2字节的第6至第8比特留待将来作分插和嵌套式保护倒换用。
MST功能块还对当前的STM-N帧进行BIP-24N码字计算,将算得值与从下一帧恢复的B2字节进行比较,发生的错误报告给SEMF功能块,可作为性能监视。
MST功能块还对BIP-24N码错误进行处理,以便检测超限的误码缺陷和信号劣化(SD)缺陷。
所谓超限的误码缺陷是指等效误码缺陷超过1×10-3门限的情况,所谓SD则是指等效误码缺陷超过预先确定的门限(10-5~10-9)的情况。
超限的误码缺陷和SD缺陷还应报告给SEMF功能块作告警过滤用。
SEMF:
同步设备管理功能。
1-4.复用段适配功能(MSA)
MSA功能块提供了高阶通道进入AU-4的适配、AUG的组合和分解、字节间插复用和解复用,以及指针的产生、解释和处理等多种功能。
1-5.复用段保护功能(MSP)
MSP功能块为STM-N信号提供复用段内与通路有关的失效保护。
它接收来自SEMF功能块的控制参数和外部倒换要求,并在同一参考点输出状态指示给SEMF功能块。
对于1+1结构,从复用段适配(MSA)功能块收到的信号是永久性地连接到工作通路和保护通路MST功能块上的。
对于1:
n结构,从每个工作通路MSA功能块收到的信号是送给相应MST功能块的。
而来自额外业务通路MSA功能块的信号是连接到保护通路MST功能块上的。
当需要某一工作通路时,来自受保护工作通路的信号被连接到保护通路MST功能块。
而额外业务通路将被终结。
按预定规则产生的K字节送给保护通路MST功能块,也可以送给工作通路MST功能块。
正常条件下,MSP功能块将来自工作通路MST功能块的信号和定时信息传给相应工作通路MSA功能块。
在1:
n保护结构,如果提供额外业务,则来自保护段的信号和定时信息将传给额外业务MSA功能块,否则就地终结。
自动保护倒换以工作段和保护段的失效条件为基础。
失效条件指信号失效(SF)和信号劣化(SD),由MST功能块提供。
通常将SF和SD分别称为“硬失效”和“软失效”,反映了系统性能劣化程度的不同,通常SF的严重程度要高于SD。
保护倒换也可以经由SEMF功能块收到的倒换命令来启动。
一旦检测到启动倒换的SF或SD条件,保护倒换应该在50ms内完成,完成自动保护倒换后,应向SEMF功能块报告保护倒换事件(PSE)。
在可恢复模式运行方式,当工作段已经从失效状态中恢复时,保护段的信号会自动转移回工作段,此时应允许其他的失效工作通路或额外业务通路使用保护段。
为了防止由继续失效(如BER值围绕SD门限起伏不定时)引起频繁的保护倒换,失效段必须首先重新处于无故障状态(即BEE值小于某一恢复门限)。
而且失效段满足这一准则后,还必须有一段等待恢复(WTR)时间后才能再次被工作通路使用。
WTR大约5~12分钟,可以重新设置,但SF或SD条件应该可以压制WTR。
2.路径保护
路径保护是当工作路径发生故障且当性能低于要求的水平时,由一保护路径来替换工作路径,路径终端提供路径状态的信息,而保护路径终端则提供受保护路径状态的信息。
目前,路径保护主要是指复用段保护。
下面就讲述复用段保护的原理和结构类型。
通常,保护倒换的使用与网络运营者的维护策略密切相关。
SDH系统的保护就是在复用段上提供功能和物理媒质的备用。
一般,复用段保护模块MSP与相应的远端MSP一起,通过为K字节定义的面向比特的协议协同工作完成保护倒换动作。
它也可以与同步设备管理功能(SEMF)互通进行自动和手动倒换控制。
自动保护倒换的启动根据接收信号的条件,而手动保护倒换根据经SEMF收到的命令可提供本地和远端的倒换动作。
复用段保护结构分两种,即1+1方式和1:
n方式。
2-1.1+1结构
1+1复用段保护结构保护倒换结构如图3.2所示,图中W表示工作。
图1.11+1保护倒换结构
STM-N信号同时在工作段和保护段两个复用段发送,也就是说在发送端STM-N信号是永久地与工作段和保护段相连的。
接收端的复用段保护对从两个复用段收到的STM-N信号条件进行监视并选择连接更合适的一路信号。
可见,对于1+1结构,由于工作通路是永久地连接着的,因而不允许提供无保护的额外业务通路,即所谓“并发优收”。
这种保护方式可靠性较高。
对于高速大容量系统(例如STM-16)经常采用。
特别是在SDH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。
ZXSM光传输系统复用段1+1保护如图1.2所示。
图3.3ZXSM光传输系统复用段1+1保护
2-2.1:
n结构
1:
n复用段保护结构如图3.4所示,图中W1~Wn表示工作,P表示保护。
图3.41:
n保护倒换结构
在1:
n结构中,保护段由很多工作通路共亨,n值范围为1~14。
在两端,n个STM-N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。
复用段保护模块对接收信号条件进行监视和评估,执行连接(桥接)和从保护段选择合适的STM-N信号。
需要注意,1:
1结构是1:
n(n=1)结构的子集,它具有按1+1结构工作的能力以便与另一端的1+1结构互通。
由于1:
n结构的保护通路可用以提供低优先等级的额外业务(即工作通路倒换至保护通路时,额外业务丢失),因而系统效率高于1+1方式。
ZXSM光传输系统可以做到1:
1的保护,保护的切换点硬件是在后背板(同一方向的两块光线路板与交叉板)的布线上,软件控制是在光板和交叉板上。
图3.5ZXSM光传输系统复用段1:
1保护
2-3.子网连接保护
利用连接功能HPC和LPC提供的保护倒换功能称为子网连接保护,它是当工作子网连接发生故障或当性能低于要求的水平时,由一保护子网连接来替换工作子网连接。
子网连接保护可用于层网络中的任何层,被保护的子网连接可以进一步由低等级的子网连接和链路连接级联而成,主要利用HPC和LPC提供的重选路由手段。
HPC:
高介通道连接
LPC:
低介通道连接
SDH子网连接保护的典型例子是SDH高阶通道层和低阶通道层环形保护,即“通道倒换环”。
2-3.1SDH高阶通道环保护
高阶环保护又称“高阶通道倒换环保护”,它的特点是使用高阶通道进入环的网元处的高阶通道保护倒换功能使高阶通道特征信息以两个方向绕环传输。
在高阶通道出环的网元处选择其中一个信号。
高阶通道倒换纯粹是根据高阶通道出环的网元处的本地信息,并且是单个地单向地进行倒换。
因此,完成高阶环保护不需用APS协议。
2-3.2SDH低阶通道环保护
SDH低阶通道环保护的工作原理与高阶通道环保护相同。
其特点是使用低阶通道进入环的网元处的低阶通道保护倒换功能使低阶通道特征信息以两个方向绕环传输。
在低阶通道出环的网元处选择其中一个信号。
低阶通道倒换纯粹是根据低阶通道出环的网元处的本地信息,并且是单个地单向地进行倒换。
因此,完成低阶环保护不需用APS协议。
目前ZXSM-150/600/2500光传输系统能够提供从VC-12低阶通道到VC-4高阶通道的子网连接保护,且只能应用于环形网的拓扑结构中,即二纤单向通道倒换环网,保护的切换点硬件和软件控制都是在2Mbit/s支路板ETP1上,如图3.6、3.7所示。
被保护VC-12的保护VC-12一定是在另一方向155Mbit/s光发送群路中相应VC-12时隙上,最多可以保护63个VC-12通道。
图3.6中,被保护通道VC-12和保护通道VC-12都经同一交叉板,但该板的故障不会影响通道的保护,因为交叉板也有保护板。
图3.6ZXSM光传输系统VC-12二纤单向通道倒换环的保护
ZXSM-150/600/2500光传输系统能够提供VC-4级的1+1高阶通道保护,应用于二纤单向通道倒换环网,保护的切换点硬件和软件控制都是在交叉板,最多可以保护16个VC-4通道。
2-4.设备级单元保护
前面提到的ZXSM光传输系统复用段保护和通道保护都已涉及了光线路板的保护,交叉板实际上也有保护。
备用交叉板通过后背板与主用光线路板和备用光线路板、与支路板支路板都有布线,交叉板的切换不影响任何系统的工作。
另外时钟板和电源板都是双板配置,互为主备用。
2-5.保护类型
ZXSM-150/600/2500可以实现较为完备的保护功能,组成多种类型的自愈网络。
1复用段保护倒换
ZXSM-150/600/2500可实现点对点或链路的1+1和1:
1线路保护倒换。
ZXSM-150/600/2500可以实现二纤单向保护环,STM-4和STM-16等级的二纤双向复用段保护环。
2子网连接保护
子网连接保护是基于1+1的保护。
利用强大的交叉功能,ZXSM-150/600/2500可以在任何网络拓扑中实现从VC-12低阶通道到VC-4高阶通道的子网连接保护。
3.自动保护倒换(APS)通路K1和K2
这两个字节用作复用段APS指令。
通常K1作倒换请求用,K2作倒换证实用。
由于K1和K2是专用于保护目的的嵌入信令通路,因此保护响应时间较快。
K1和K2字节所提供的是网络保护方式,
其基本工作原理可简述如下:
当某工作通路出故障时,下游端会很快检测到故障,并利用上行方向的保护光纤送出K1字节,K1字节包含故障通路编号数。
上游端收到K1字节后,将本端下行方向工作的通路光纤桥接到下行方向的保护光纤,同时利用下行方向的保护光纤送出K1和K2字节,其中K1字节作为倒换要求,K2字节作为证实。
在下游端,收到的K2字节对通路编号进行确认并最后完成下行方向工作通路光纤与下行方向保护光纤在本端的桥接。
同时,按照K1字节要求完成上行方向工作通路光纤与上行方向保护光纤在本端的桥接。
为了完成双向倒换的要求,下游端经上行方向的保护光纤送出K2字节。
当上游端收到K2字节后将执行光纤在本端的桥接,从而将两根工作通路光纤几乎同时地倒换到两根保护光纤,完成APS过程。
对于1+1保护方式,由于一端是永久性地桥接的,因而保护倒换只需由下游端作决定即可。
4.APS各功能模块的定位和划分
APS功能模块可以划分为
(1)线路告警信息提取模块、
(2)保护倒换信令字节的提取插入模块、(3)网管层配置和维护模块、(4)APS核心处理器、(5)工作通道/保护通道调配模块,其中APS核心处理器根据线路告警信息提取模块提供的线路告警状况、保护倒换信令字节的提取插入模块提供的APS信令字节和网管层配置和维护模块提供的网管层的维护命令等触发条件,综合分析判断,通过APS算法决定出本站点的执行动作,通知工作通道/保护通道调配模块进行工作通道和保护通道的重新调配,执行桥接倒换动作或恢复原有通道配置。
具体说来,在ZXSM-II设备中:
(1)线路告警信息提取模块:
由OL4光群路板或OI16线路处理板(根据组网的速率等级不同)担任;
(2)保护倒换信令字节的提取插入模块:
由OL4光群路板或LP16线路处理板(根据组网的速率等级不同)担任;
(3)网管层配置和维护模块:
由SMCC(子网管理控制中心),即工作站网管或PC网管和本设备上的NCP网元控制板担任;
(4)APS核心处理器:
由OL4光群路板或LP16线路处理板(根据组网的速率等级不同)担任;
(5)工作通道/保护通道调配模块:
由交叉板担任。
5.倒换控制简要说明
1.倒换控制是配置管理的一部分,主要用于设置外部倒换请求(清除、保护闭锁、强制倒换、人工倒换、练习)、设置倒换参数、获取倒换状态等。
在V1.2版中倒换控制作为维护管理的一部分,在V1.3中该功能作为时隙配置管理的一部分。
在V1.2中状态/当前数据获取作为维护管理的一部分,在V1.3中相应功能分划到时隙配制模块。
2.清除倒换是指清除所有外部倒换控制指令。
保护闭锁是指拒绝对保护段/通道的接入。
这个命令比较特殊,因为需要在界面上或NCP层特殊处理,就是说需要锁定某一指令跨段,而不是锁定某一网元,因此,需要分别给本跨段的两个相邻网元下达锁定命令,而且方向相对;同样道理,需要清除本跨段的锁定时,同样需要在两个网元上下达清除命令,而且方向相对。
强制倒换是指除非有一个相等或者更高优先级别的倒换指令在生效,否则根据要求倒换到工作/保护段/通道。
自动倒换是指除非有一个相等或者更高优先级别的倒换指令在生效,或者倒换段/通道有信号失效条件,否则根据当前段故障情况倒换到工作/保护段/通道,注意自动倒换不属于外部倒换请求。
人工倒换是指除非有一个相等或者更高优先级别的倒换指令在生效,或者倒换段/通道有故障条件,否则根据要求倒换到工作/保护段/通道。
练习倒换为复用段保护用的外部倒换请求,是指除非有一个相等或者更高优先级别的倒换指令在生效,或者保护段正在使用,否则根据要求发出练习倒换请求,并检查复用段保护倒换字节的响应,不实际进行倒换操作。
3.对于恢复式保护方式,清除倒换后若主用段/通道无故障则返回到主用状态,而对于非恢复式保护方式,清除倒换后保持在当前段/通道。
4.自动倒换的条件包括信号失效和信号劣化。
目前硬件只考虑基于信号失效条件进行自动倒换。
5.倒换的优先级别为:
清除>保护闭锁>强制倒换>自动倒换>人工倒换>练习倒换。
在有高优先级别的倒换请求时,禁止低优先级别的倒换请求。
6.单板接收到保护倒换命令,完成倒换控制后,上报倒换事件。
7.两纤复用段保护环调试简介:
两纤复用段保护环是通过APS(自动保护倒换)K字节的传递实现的。
所谓自动保护倒换是指当工作通路出现故障时,自动将从工作通路上下的业务倒换到保护通路上下,从而尽量减小业务中断的时间。
ZXSM(II)设备在同一网元可组两套二纤复用段保护环(7#、10#可组一对;27#、30#可组一对)。
上(下)排交叉板左边的光板与交叉板右边的光板互为保护光板。
如果为STM-4环,交叉板左边的光板(7号或27号光板)为主APS处理板。
如果为STM-16环,则交叉板左边的LP板(7号或27号LP板)为主APS处理板。
以STM-16环为例,如果光板放在上排槽位,则光板5与光板11互为保护。
7号LP板为主APS处理板,10号LP板为从APS处理板。
如果配置为双向复用段保护环,则光板5的后八个AU4保护光板11的前八个AU4,光板11的后八个AU4则保护光板5的前八个AU4。
如果配置为单向复用段保护环,则光板11的十六个AU4保护光板5的十六个AU4。
以下图所示组网方式为例,解释两纤复用段保护倒换(APS)的调试过程。
网元A、B、D、E为ADM,网元C
中5#、11#光板配为中继对。
连接采用11#光板—5#光板方式。
各ADM网元两两上下2M业务。
即:
A、B之间,A、D之间,A、E之间,B、D之间,B、E之间,D、E之间配置2M业务。
1.配置环上业务。
2.如果配置为两纤双向复用段保护环,业务配置走短径、长径均可。
以网元A到网元B的业务为例,既可以直接从网元A的11号光板与网元B的5号光板上下业务,也可以从网元B的5号光板与网元A的11号光板上下业务,网元D、E对应的时隙直通。
此时,整个环上的最大业务容量为N*STM-16/2(其中,N为环上的网元数)。
3.如果配置为两纤单向复用段保护环,则只能从光板5下2M业务,只能将2M业务上到11号光板。
网元A、B之间的时隙配置为:
网元A的2M业务上到网元A的11号光板,网元B的5号光板下业务到2M板。
同时,网元B的2M业务上到网元B的11号光板,网元D、E对应时隙直通。
网元A的5号光板下业务到2M板。
此时,整个环上的最大业务容量为STM-16。
4.选取要测试的业务。
环上各点工作正常下,所测试的业务在较长时间内应该无误码。
5.拔掉业务所经光板的收纤,如果一次性出现几千个误码后,业务恢复正常,则说明该次倒换正常。
此时,该网元以及拔纤光板连接网元的主APS处理板应该报‘复用段保护倒换事件’。
如例:
测试网元A、B之间的2M业务,拔掉网元A的11号光板的收纤,则网元A、B的主APS处理光板(7号LP板)应该亮红灯。
刷新网元A的告警,则网元A的7号LP板报‘复用段保护倒换事件’,其告警来源为10号LP板。
刷新网元B的告警,则网元B的7号LP板(主APS处理光板)报‘复用段保护倒换事件’,其告警来源为7号LP板。
从告警来源可确定出此网元的倒换方向。
6.插好光板的收纤,拔掉与该光板互为保护的光板的收纤,如果一次性出现几千个误码后,业务再次恢复正常,则说明倒换正常。
此时,该网元以及拔纤光板连接网元的主APS处理板应该报‘复用段保护倒换事件’。
如例:
插好网元C的11号光板的收纤,拔掉网元C的5号光板的收纤,则网元B、C的主APS处理光板(7号LP板)应该亮红灯。
刷新网元B的告警,则网元B的7号LP板报‘复用段保护倒换事件’,其告警来源为10号LP板。
刷新网元C的告警,则网元C的7号LP板报‘复用段保护倒换事件’,其告警来源为7号LP板。
7.保护倒换事件都是由主APS处理器上报的(即7号或27号板),所以有倒换事件发生时,都是在主APS处理器上点红灯,具体的倒换方向要看其告警来源。
正常情况下,倒换灯都是成对出现的。
8.重复测试一定次数,如果每次倒换都正常,则说明倒换成功。
K字节定义:
(注意比特1按照指示最高位,比特8指示最低位)
K1字节的比特1-4(高4位)携带的是在表1中降序排列的桥接请求编码。
K1字节的比特5-8(低四位)携带的是对应于K1字节的比特1-4指示的桥接请求的目的节点ID。
表1:
K1字节功能
桥接请求编码(比特1-4)
目的节点ID(比特5-8)
比特
1234
1111
锁定保护(跨段)LP-S或者信号失效(保护)SF-P
1110
强制倒换(跨段)FS-S
1101
强制倒换(环)FS-R
1100
信号失效(跨段)SF-S
1011
信号失效(环)SF-R
目的节点ID被设置为K1字节要到的网元
1010
信号劣化(保护)SD-P
ID值。
目的节点ID总是相邻节点的ID(
1001
信号劣化(跨段)SD-S
缺省APS字节除外)
1000
信号劣化(环)SD-R
0111
手动倒换(跨段)MS-S
0110
手动倒换(环)MS-R
0101
等待恢复WTR
0100
练习(跨段)EXER-S
0011
练习(环)EXER-R
0010
反向请求(跨段)RR-S
0001
反向请求(环)RR-R
0000
无请求NR
注–反向请求假设是它所响应的桥接请求的优先级。
K2字节安排见表2。
表2:
K2字节功能
源节点ID(比特1-4)
长/短径(比特5)
状态(6-8比特)
比特
比特
5
678
0短径码(S)
111MS-AIS
1长径码(L)
110MS-RDI
101预留
源节点ID设置为节点自己的ID.
100预留
011保护信道存在额外业务
010桥接和倒换(Br&Sw)
001桥接(Br)
000空
表3:
处于空状态时发送的K1和K2字节
K1[1-4]
=
0000(无请求码)
K1[5-8]
=
目的节点ID
K2[1-4]
=
源节点ID
K2[5]
=
0(短径码)
K2[6-8]
=
000(空码)
表4:
倒换状态下节点发送的K1和K2字节值
K1[1-4]
=
桥接请求(状态)码
K1[5-8]
=
目的节点ID
K2[1-4]
=
源节点ID
K2[5]
=
0/1(短/长径码)
K2[6-8]
=
状态码
ZXSM(II)系统2.5G设备
本板接收K1地址:
8001d
本板接收K2地址:
8001e
本板发送K1地址:
80006
本板发送K2地址:
80007
主协议处理板接收非主协议处理板K1地址:
a0024
主协议处理板接收非主协议处理板K2地址:
a0025
非主协议处理板接收主协议处理板K1地址:
a0020
非主协议处理板接收主协议处理板K2地址:
a0021
非主协议处理板接收主协议处理板桥接倒换控制信息地址:
a0023
该地址的读出值为0x0f表示桥接0xff表示桥接倒换
主协议处理板接收非主协议处理板告警信息地址:
a0002
该地址中读出值bit7不为0则表示非主协议处理板信号失效
该地址中读出值bit5不为0则表示非主协议处理板信号劣化
主协议处理板接收本板告警信息地址:
a0002
该地址中读出值bit6不为0则表示主协议处理板信号失效
信号劣化由软件判断给出
ZXSM(II)系统622设备
本板接收K1地址:
bc01d
本板接收K2地址:
bc01e
本板发送K1地址:
bc006
本板发送K2地址:
bc007
主协议处理板接收非主协议处理板K1地址:
b5000
主协议处理板接收非主协议处理板K2地址:
b6000
非主协议处理板接收主协议处理板K1地址:
b0800
非主协议处理板接收主协议处理板K2地址:
b3800
协议处理板向交叉板送桥接倒换控制信息地址:
PIO1以及PIO28
非主协议处理板接收主协议处理板桥接倒换控制信息地址:
b0000
主协议处理板接收非主协议处理板告警信息地址:
b30000
该地址的读出值为0x0f表示信号劣化0xf0表示信号失效
7.常用寄存器的读写:
1.复用段启停判断:
50009
选择单板:
对622选7#OL4对2.5G选7#LP16
寄存器名称:
rom读取长度:
2
返回值:
0X0100
分析后4位:
01表示二纤双向复用段
00表示协议已启动
若返回值异常,在APS启停设置重新配置
2.APS标识判断:
40000
选择单板:
对622选7#OL4对2.5G选7#LP16
寄存器名称:
rom读取长度:
3
返回值:
0X010500
假设被查询站点为A
分析后6位:
01表示A点10#光方向连接的站点APS标识为1
05表示A点7#光方向连接的站点APS标识为5
00表示A点本身的APS标识为0
若返回值异常,在APS标识设置重新配置
3.NCP信息查询:
1,2,3
地址:
1
选择单板:
NCP
寄存器名称:
rom读取长度:
6
返回值:
0X200101191640
分析后12位:
表示当前NCP软件版本为2001年11月19日16点
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