光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)在SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

黃浩翔 周信譽(yù) 盧上丁

摘 要：文章提出了一種實(shí)現(xiàn)光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)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(duì)該技術(shù)進(jìn)行了測(cè)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;環(huán)網(wǎng)保護(hù);SDH;自愈

0 ? 引言

SDH技術(shù)具有傳輸容量大、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，其使SDH網(wǎng)絡(luò)成為最常用的光纖組網(wǎng)方案[1]。但隨著傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(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)的正常、可靠傳輸，需對(duì)光傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便在光纖鏈路出現(xiàn)故障時(shí)能快速實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)自愈。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的解決方案，可以有效提高SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)的自愈能力，并增強(qiáng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 ? 光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)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)，根據(jù)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和不同的應(yīng)用場(chǎng)景，SDH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性，包括網(wǎng)孔形、鏈形、星形、樹(shù)形和環(huán)形等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，環(huán)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以成本低、可靠性高及自愈能力強(qiáng)成為當(dāng)前使用最多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问絒2]。環(huán)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)具有真正意義上環(huán)網(wǎng)自愈，即當(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)（ITU-T建議小于50 ms）從失效狀態(tài)自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的以太網(wǎng)、E1、話(huà)音等業(yè)務(wù)，其基本原理就是使網(wǎng)絡(luò)具有備用通道，并重新確立通信能力[3]。

本設(shè)計(jì)提出的光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)采用的是二纖單向通道保護(hù)環(huán)的方式，具有倒換速度快、業(yè)務(wù)流向簡(jiǎn)捷明了、便于配置維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。二纖單向通道保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)是采用1+1的保護(hù)方式，通常由兩根光纖組成兩個(gè)環(huán)，一個(gè)為主環(huán)S1;一個(gè)為備環(huán)P1。兩環(huán)的業(yè)務(wù)流向必須相反，通道保護(hù)環(huán)的保護(hù)功能是通過(guò)光傳輸設(shè)備支路板的“并發(fā)選收”功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，環(huán)網(wǎng)中光傳輸設(shè)備A與光傳輸設(shè)備C互通業(yè)務(wù)，光傳輸設(shè)備A和光傳輸設(shè)備C都將自己要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)（如以太網(wǎng)、E1、話(huà)音等業(yè)務(wù)）“并發(fā)”到環(huán)S1和P1上，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，光傳輸設(shè)備A和光傳輸設(shè)備C都選收主環(huán)S1上的業(yè)務(wù)。

當(dāng)光傳輸設(shè)備B、C之間的兩根光纜同時(shí)被切斷時(shí)，如圖2所示。光傳輸設(shè)備A和光傳輸設(shè)備C將從備環(huán)P1上選收各自的業(yè)務(wù)，從而在備環(huán)P1上實(shí)現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)自愈。當(dāng)光傳輸設(shè)備B、C之間的兩根光纜恢復(fù)正常時(shí)，光傳輸設(shè)備A和光傳輸設(shè)備C將選收切回到主環(huán)S1業(yè)務(wù)，恢復(fù)為默認(rèn)傳輸狀態(tài)。

2?光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1? 光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的總體實(shí)現(xiàn)方案

光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的總體實(shí)現(xiàn)方案框架如圖3所示，設(shè)備采用220 V供電，業(yè)務(wù)板卡的輸入電壓采用+12 V，降低工作電流，提高設(shè)備穩(wěn)定性。設(shè)備可插入4塊板卡，其中，交叉控制與光接口板是核心功能板卡，其余業(yè)務(wù)板卡可根據(jù)需要進(jìn)行選配，背板數(shù)據(jù)互聯(lián)采用的是2.5 G高速串行總線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“ESSI”），該總線(xiàn)使用廣泛，提供強(qiáng)大的容差能力。設(shè)備支持低階VC12和高階VC4級(jí)別的全交叉，4路E1和4路千兆以太網(wǎng)可以配置上任意光接口，設(shè)備的4個(gè)光接口可以配置為STM-1/4/16的任意一種速率，增強(qiáng)了使用的靈活性;4個(gè)以太網(wǎng)接口進(jìn)行透明傳輸;4個(gè)E1接口為非平衡E1接口，通過(guò)L9接插件直接輸出。

設(shè)備的業(yè)務(wù)流程如下：以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)入設(shè)備后，首先，通過(guò)內(nèi)部1∶1隔離變壓器;其次，進(jìn)入內(nèi)部交換機(jī)芯片轉(zhuǎn)換成SGMII接口;再次，到以太網(wǎng)映射芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝，IP數(shù)據(jù)進(jìn)行GFP封裝后，映射進(jìn)行虛級(jí)聯(lián)組;最后，轉(zhuǎn)換成背板ESSI總線(xiàn)到交叉控制板，在交叉控制板上進(jìn)行業(yè)務(wù)的交叉連接，通過(guò)配置選擇要上的光接口進(jìn)行傳輸。

E1業(yè)務(wù)進(jìn)入設(shè)備后，首先，通過(guò)內(nèi)部變壓器，進(jìn)入線(xiàn)路接口芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的恢復(fù)，將HDB3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為NRZ數(shù)據(jù);其次，經(jīng)過(guò)E1映射并轉(zhuǎn)換為背板ESSI總線(xiàn)到交叉控制板，在交叉控制板上進(jìn)行業(yè)務(wù)的交叉連接，通過(guò)配置選擇要上的光接口進(jìn)行傳輸。

2.2? 交叉控制與光接口板實(shí)現(xiàn)方案

交叉控制與光接口板原理框架如圖4所示，交叉控制與光接口板主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的配置和管理、光接口的處理、時(shí)鐘的分配、業(yè)務(wù)的交叉功能。設(shè)備支持256×256個(gè)VC4高階交叉和1 024×1 024個(gè)VC12低階交叉;采用龍芯2 K完成業(yè)務(wù)的配置和管理，對(duì)外調(diào)試管理接口包括：RS232串口、10 M/100 M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口;時(shí)鐘模塊提供設(shè)備時(shí)鐘同步的功能。

主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能：（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備各功能板卡的監(jiān)控，定時(shí)采集設(shè)備內(nèi)各類(lèi)工作參數(shù)，包括發(fā)送/接收光功率、以太網(wǎng)鏈路狀態(tài)等;（2）完成對(duì)設(shè)備業(yè)務(wù)板卡的配置，通過(guò)內(nèi)部互聯(lián)以太網(wǎng)接口完成以太網(wǎng)業(yè)務(wù)板以太網(wǎng)鏈路聚合功能、以太網(wǎng)接口虛網(wǎng)劃分功能、以太網(wǎng)接口帶寬的設(shè)置;（3）完成交叉連接的配置，設(shè)備支持全交叉，實(shí)現(xiàn)E1業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)交叉到任意光接口進(jìn)行傳輸;（4）完成4路光接口的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)、開(kāi)銷(xiāo)處理和速率配置等功能;（5）按照既定的通信協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信功能; （6）網(wǎng)絡(luò)方面支持SNMP通信協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)以下通信參數(shù)可配置：IP地址、通信端口號(hào);（7）完成控制面板指示燈，包括以太網(wǎng)鏈路燈和光接口指示燈的顯示狀態(tài);（8）具備工作參數(shù)掉電保存功能。

2.3? 以太網(wǎng)映射實(shí)現(xiàn)方案

以太網(wǎng)映射板原理框架如圖5所示，以太網(wǎng)映射板主要完成4路10/100/1 000 M以太網(wǎng)電口的接入和映射功能，通過(guò)管理終端配置可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)電接口的本地交換、虛網(wǎng)劃分、鏈路聚合功能。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)采用GFP封裝協(xié)議，支持VC4（155 M）顆粒映射/解映射。以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)入設(shè)備后，首先，進(jìn)入以太網(wǎng)物理層芯片，將以太網(wǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為SGMII信號(hào)接入以太網(wǎng)交換機(jī);其次，通過(guò)SGMII接口連接到以太網(wǎng)映射芯片，完成以太網(wǎng)映射功能。

2.4? E1業(yè)務(wù)板實(shí)現(xiàn)方案

E1業(yè)務(wù)板原理框架如圖6所示，E1業(yè)務(wù)板主要完成4路E1業(yè)務(wù)的接入，75 Ω非平衡E1進(jìn)入E1業(yè)務(wù)接口板，經(jīng)過(guò)變壓器，在線(xiàn)路接口芯片完成數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的恢復(fù)，再到FPGA中完成E1業(yè)務(wù)的SDH映射/解映射，并經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后到交叉控制板進(jìn)行業(yè)務(wù)的交叉連接，反之亦然。

2.5? 電源板實(shí)現(xiàn)方案

電源原理框架如圖7所示，設(shè)備采用交流220 V供電。電源板上設(shè)計(jì)有電壓/電流監(jiān)測(cè)模塊。交流電源允許輸入范圍在198～242 V，標(biāo)稱(chēng)頻率50 Hz，電源板輸出電壓為直流? ?+12 V，總輸出功率可達(dá)200 W。

3 ? 測(cè)試驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)按如圖8所示的SDH環(huán)網(wǎng)搭建了測(cè)試平臺(tái)，被測(cè)設(shè)備1和陪測(cè)設(shè)備1，2都使用2.5 G光口1組成工作環(huán)（實(shí)線(xiàn)表示），使用2.5 G光口? ? ? ? 2組成保護(hù)環(huán)（虛線(xiàn)表示）。測(cè)試步驟如下：（1）被測(cè)設(shè)備1和陪測(cè)設(shè)備2的E1-1口都接測(cè)試儀，將光口1，2速率設(shè)置為STM-16;（2）被測(cè)設(shè)備1配置E1-1雙發(fā)選收到光口1和光口2的第一個(gè)VC12，陪測(cè)設(shè)備2配置E1-1雙發(fā)選收到光口1和光口2的第一個(gè)VC12，陪測(cè)設(shè)備1配置光口1和光口2的第一個(gè)VC12穿通;（3）斷開(kāi)工作環(huán)上的任意一根光纖（線(xiàn)路A），發(fā)生保護(hù)倒換，E1業(yè)務(wù)切換到保護(hù)環(huán)，觀察E1業(yè)務(wù)是否正常;（4）接上線(xiàn)路A，斷開(kāi)線(xiàn)路B，E1業(yè)務(wù)切換到工作環(huán)，觀察E1業(yè)務(wù)是否正常;（5）將光口速率設(shè)置為STM-1/STM-4，采用以上相同的測(cè)試方法驗(yàn)證（以太網(wǎng)業(yè)務(wù)測(cè)試也按此步驟進(jìn)行）。

測(cè)試結(jié)果顯示，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和EI業(yè)務(wù)在斷開(kāi)工作環(huán)后，業(yè)務(wù)正常倒換到保護(hù)環(huán)上。當(dāng)工作環(huán)恢復(fù)正常后，業(yè)務(wù)切換到工作環(huán)上，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和E1業(yè)務(wù)的光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)，說(shuō)明光傳輸網(wǎng)絡(luò)利用光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)自愈功能。測(cè)試結(jié)果表明，光傳輸網(wǎng)絡(luò)采用光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)具備抵御環(huán)網(wǎng)中故障的能力，光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)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[2-3]。

4結(jié)語(yǔ)

隨著傳輸網(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(lái)越重要[4]。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)光纖鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的解決方案，可以有效提高光傳輸網(wǎng)絡(luò)的自愈能力，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(duì)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。

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（編輯 何 琳）