熱備份保護(hù)倒換技術(shù)在SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

黃浩翔 盧上丁

摘 要：文章提出了一種如何實(shí)現(xiàn)熱備份保護(hù)倒換技術(shù)的解決方案，詳細(xì)介紹了該方案的技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法，最后對該技術(shù)進(jìn)行了測試論證，論證結(jié)果表明該技術(shù)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：光纖;熱備份;保護(hù)倒換;SDH

0 引言

SDH技術(shù)以其傳輸容量大、組網(wǎng)靈活、高可靠性、設(shè)備兼容性及自愈能力強(qiáng)等優(yōu)越性，使SDH網(wǎng)絡(luò)成為最常用的光纖組網(wǎng)方案[1]。隨著傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不斷增加，為保證業(yè)務(wù)的正?？煽康膫鬏敚鑼鈧鬏斁W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠快速恢復(fù)傳輸網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)，以確保光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行[2]。本文提出了一種如何實(shí)現(xiàn)熱備份保護(hù)倒換技術(shù)的解決方案，可以有效提高SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 熱備份保護(hù)倒換技術(shù)原理

SDH傳輸網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜、龐大的光網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)能在極短時(shí)間內(nèi)能從失效狀態(tài)自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的以太網(wǎng)、E1、話音等業(yè)務(wù)，其基本原理就是使光傳輸網(wǎng)絡(luò)具有熱備份的功能，并重新確立通信能力[3]。

本設(shè)計(jì)提出的SDH光傳輸設(shè)備采用VPX架構(gòu)（如圖1所示），主要由2塊交叉控制板、2塊2.5 G光接口板、4塊155 M光接口板（含622光接口）、2塊以太網(wǎng)映射板、2塊以太網(wǎng)交換板、2塊電源板以及一塊背板組成。2塊交叉控制板分別插在背板的第8，9兩個(gè)槽位，8槽為主，9槽為備，構(gòu)成熱備份系統(tǒng)。8，9兩個(gè)槽位分別設(shè)計(jì)有獨(dú)立的背板總線連接到各業(yè)務(wù)板卡，本地業(yè)務(wù)通過背板ESSI高速總線匯聚到交叉控制板，進(jìn)行SDH交叉連接，再通過背板ESSI高速總線進(jìn)入光接口板，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)上光的功能。

在正常情況下，8槽交叉控制板處于工作狀態(tài)，業(yè)務(wù)板的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過ESSI1傳輸，當(dāng)用戶通過設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理平臺對設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)，配置數(shù)據(jù)通過8，9槽之間的SERDES接口實(shí)時(shí)同步到9槽交叉控制板。如果8槽交叉控制板被拔出或出現(xiàn)故障，? ?9槽交叉控制板檢測到8槽交叉控制板處于離線狀態(tài)，9槽交叉控制板立即啟用實(shí)時(shí)同步的配置數(shù)據(jù)并進(jìn)入工作狀態(tài)（9槽交叉控制板通過IO管腳通知各業(yè)務(wù)板卡設(shè)備已由8槽切換到9槽的工作模式），各業(yè)務(wù)板檢測到IO指示信號，立即將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從ESSI1切換到ESSI2，完成熱備份切換，業(yè)務(wù)經(jīng)過短暫中斷后仍能繼續(xù)傳輸（即業(yè)務(wù)恢復(fù)正常）。當(dāng)8槽交叉控制板恢復(fù)正常時(shí)，9槽交叉控制板持續(xù)檢測8槽狀態(tài)，如果8槽持續(xù)120秒處于正常工作狀態(tài)，8槽交叉控制板將重新獲得控制權(quán)限，同時(shí)通過IO管腳指示各業(yè)務(wù)板將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從ESSI2切換到ESSI1，9槽交叉控制板同時(shí)進(jìn)入備用狀態(tài)，熱備份系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

2 ? 熱備份保護(hù)倒換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1? 交叉控制板熱備份保護(hù)倒換設(shè)計(jì)

交叉控制板熱備份保護(hù)倒換設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，交叉控制板硬件由CPU、FPGA、IPMI模塊和SDH交叉芯片四個(gè)部分構(gòu)成，CPU采用中科龍芯的2K1000，F(xiàn)PGA采用紫光同創(chuàng)的PGT200H，CPU和FPGA之間通過LIO并行接口通信，IPMI模塊與CPU之間通過UART接口通信，SDH交叉芯片則通過FPGA間接訪問。交叉控制板背板接口有Serdes、IO、ESSI三組信號線。其中Serdes用于將配置數(shù)據(jù)同步到另一塊備用交叉控制板。IO為FPGA的IO引腳，每塊業(yè)務(wù)板有一個(gè)IO直連，用于指示交叉控制板當(dāng)前的熱備份狀態(tài)，處于工作狀態(tài)時(shí)輸出高電平，處于備用狀態(tài)時(shí)輸出低電平。ESSI總線用于傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

交叉控制板熱備份由數(shù)據(jù)同步、故障檢測和熱備份邏輯三個(gè)模塊組成。數(shù)據(jù)同步模塊設(shè)計(jì)有一塊512 KB的RAM，用于存儲對端板卡的配置數(shù)據(jù)，工作時(shí)通過Serdes通道實(shí)時(shí)的將本端的配置數(shù)據(jù)寫入對端FPGA的RAM。故障檢測模塊通過檢測Serdes連接狀態(tài)，用來檢測對端板卡的在線狀態(tài)。熱備份邏輯模塊根據(jù)故障檢測結(jié)果，確定板卡的熱備份狀態(tài)。交叉控制板上電期間檢測所處槽位，并根據(jù)槽位信息確定熱備份角色，如在8槽則確認(rèn)為熱備份主板卡，進(jìn)入工作狀態(tài)，指示IO輸出為高電平，如在9槽則確認(rèn)為熱備份備板卡，進(jìn)入備用狀態(tài)，指示IO輸出為低電平。正常工作時(shí)，處于8槽交叉控制板負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)將配置數(shù)據(jù)同步到9槽交叉控制板，9槽交叉控制板負(fù)責(zé)檢測8槽交叉控制板在線狀態(tài)。

2.2 業(yè)務(wù)板熱備份保護(hù)倒換設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)板熱備份保護(hù)倒換設(shè)計(jì)如圖3所示，業(yè)務(wù)板硬件設(shè)計(jì)與交叉控制板硬件相似，CPU使用兆易創(chuàng)新的GD32F450單片機(jī)，F(xiàn)PGA采用紫光同創(chuàng)的PGT200H。背板接口有兩組ESSI總線，和兩個(gè)狀態(tài)指示的輸入IO。IO1和ESSI1連接到8槽交叉控制板，IO2和ESSI2連接到9槽交叉控制板。

業(yè)務(wù)板卡上電后，默認(rèn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過ESSI1送往8槽交叉控制板，同時(shí)持續(xù)檢測兩個(gè)IO的狀態(tài)，正常情況下IO1為高電平，IO2為低電平，8槽交叉控制板處于工作狀態(tài)，9槽交叉控制板處于備用狀態(tài)。如果8槽交叉控制板被拔出或出現(xiàn)故障，則IO1變?yōu)榈碗娖?，這時(shí)9槽交叉控制板立即進(jìn)入工作狀態(tài)（即發(fā)生了保護(hù)倒換），IO2變?yōu)楦唠娖?。熱備狀態(tài)機(jī)判斷出變化后，通知CPU熱備發(fā)生，并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)切換到ESS2，完成熱備份切換。

3 測試驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)按圖4搭建了測試平臺，SDH測試儀接業(yè)務(wù)板光口，測試數(shù)據(jù)從業(yè)務(wù)板光口進(jìn)入，通過設(shè)備背板ESSI總線，匯聚到交叉控制板，經(jīng)過SDH交叉連接后，在通過背板ESSI總線返回業(yè)務(wù)板，并從光口輸出到測試儀。正常情況下，SDH測試儀數(shù)據(jù)通過背板ESSI總線達(dá)到8槽交叉控制板，進(jìn)行交叉連接。網(wǎng)管發(fā)送命令給IPMI模塊，切斷8槽負(fù)載電源，熱備份系統(tǒng)將激活，9槽交叉控制板將進(jìn)入工作狀態(tài)，業(yè)務(wù)板也同步進(jìn)行ESSI總線切換。觀察測試儀狀態(tài)，業(yè)務(wù)經(jīng)過短暫中斷后仍能繼續(xù)傳輸。

測試結(jié)果顯示SDH數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在8槽的交叉控制板失效后，業(yè)務(wù)正常倒換到9槽的交叉控制板上，當(dāng)8槽的交叉控制板恢復(fù)正常后，業(yè)務(wù)切換到8槽的交叉控制板上，實(shí)現(xiàn)了SDH數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的熱備份保護(hù)倒換，這說明光傳輸網(wǎng)絡(luò)利用熱備份保護(hù)倒換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自愈功能。測試結(jié)果表明光傳輸網(wǎng)絡(luò)采用熱備份保護(hù)倒換技術(shù)已經(jīng)具備抵御主控板卡故障的能力，熱備份保護(hù)倒換技術(shù)增強(qiáng)了傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性[2]。

4 結(jié)語

隨著SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性顯得越來越重要[4]。本文提出了一種如何實(shí)現(xiàn)熱備份保護(hù)倒換技術(shù)的解決方案，可以有效地提高光傳輸網(wǎng)絡(luò)的自愈能力，同時(shí)增強(qiáng)了光傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全性，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性，對推動(dòng)SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]毛謙.SDH技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展[J].網(wǎng)絡(luò)電信，2002（12）：8-10.

[2]盧上丁.DCC開銷交叉技術(shù)在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].光通信技術(shù)，2014（8）：29-31.

[3]劉勝光.SDH的自動(dòng)保護(hù)測試[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2004（11）：68-69.

[4]韋樂平.光同步數(shù)字傳送網(wǎng)[M].北京：人民郵電出版社，1998.

（編輯 王永超）