摘 要： 研究了在SDH光傳輸系統(tǒng)" title="光傳輸系統(tǒng)">光傳輸系統(tǒng)中如何使用清華大學(xué)自主開發(fā)的SDH高階" title="高階">高階芯片MXH0155－2實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)絡(luò)自愈(SHR)的問題；給出了兩種切實可行的方案：通道保護倒換自愈和復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)用段保護倒換自愈，并且給出了各自的電路結(jié)構(gòu)并比較分析了各自的優(yōu)缺點；提出了一種利用APS字節(jié)的復(fù)用段保護倒換協(xié)議。
關(guān)鍵詞： 同步數(shù)字系列 自愈環(huán) 自動保護倒換
在SDH通信傳輸系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，通常都要組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。環(huán)網(wǎng)絡(luò)是一系列的封閉節(jié)點集，其中每一節(jié)點都與通信設(shè)備相連。SDH組成環(huán)網(wǎng)絡(luò)可以通過富余的帶寬或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來自動恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時的業(yè)務(wù)，所以這種環(huán)網(wǎng)絡(luò)也稱為自愈環(huán)(SHR)。環(huán)中" title="環(huán)中">環(huán)中使用的復(fù)用設(shè)備是ADM，它用來分插本地信道或者轉(zhuǎn)接通過的信道。實現(xiàn)自愈功能的常用方法是再增加一條與工作環(huán)并行的通信環(huán)路。根據(jù)環(huán)上的業(yè)務(wù)流向來劃分，可分為單向自愈環(huán)和雙向自愈環(huán)；根據(jù)保護的對象來劃分，又可分為通道保護倒換自愈環(huán)和復(fù)用段保護倒換自愈環(huán)。在SDH建議中，通過SDH幀結(jié)構(gòu)中的復(fù)用段開銷K1和K2字節(jié)的通信協(xié)議來實現(xiàn)控制復(fù)用段自動保護倒換的信令，因此K1和K2也被稱為APS字節(jié)，在復(fù)用段保護倒換中具有特殊的重要的意義。
清華大學(xué)開發(fā)的SDH高階專用集成電路MXHO155－2實現(xiàn)了從VC－4總線到STM－1的映射以及從STM－1到VC－4的去映射功能，具有完善的再生段開銷、復(fù)用段開銷和高階通道開銷處理，并安排了豐富的片內(nèi)環(huán)回功能。該芯片可用于SDH光傳輸系統(tǒng)中，實現(xiàn)自愈環(huán)。具體可以有兩種方案，一種是通道保護倒換自愈環(huán)，另一種是單向復(fù)用段保護倒換自愈環(huán)。下面分別介紹其原理、自愈過程。最后分析其性能，包括業(yè)務(wù)容量和經(jīng)濟效益。
1 通道保護倒換自愈環(huán)
通道保護倒換環(huán)是一種最簡單的自愈結(jié)構(gòu)，不需要任何保護倒換協(xié)議。這種保護采用“并發(fā)選收”的方式，即業(yè)務(wù)同時上載到兩個方向的光纖上傳輸。接收時則根據(jù)一定的判據(jù)選擇質(zhì)量較好的一路下載。這種方案配合清華大學(xué)開發(fā)的另一塊SDH芯片MXLO21E1－1使用，甚至不需要在片外切換。
2 復(fù)用段保護倒換自愈環(huán)
這里的復(fù)用段保護倒換自愈環(huán)指的是二纖單向環(huán)，也是應(yīng)用最為廣泛的一種環(huán)結(jié)構(gòu)。對于這種自愈環(huán)結(jié)構(gòu)，目前ITU－T還沒有明確的建議標準。我們根據(jù)現(xiàn)有的建議，提出了一種使用K1、K2字節(jié)完成的復(fù)用段保護倒換協(xié)議，可以實現(xiàn)環(huán)路自愈功能。
MXHO155－2用于這種系統(tǒng)中，一種較為簡便的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中A、B表示兩片MXHO155－2。倒換位置選擇在上下VC－4總線處，倒換實際上主要表現(xiàn)為上下VC－4總線的選擇。當(dāng)然，復(fù)用段的倒換不僅只是VC－4，還包括段開銷。根據(jù)需要，實時通道E1、E2、F1、DCC1和DCC2都可以在片外進行倒換。至于其他需要倒換的開銷字節(jié)，可由軟件控制，通過單片機讀寫不同的芯片來實現(xiàn)。
正常工作時，假設(shè)A片為工作芯片，B片為保護芯片。則東向來的光纖和去往西向的光纖為工作光纖，另外一對光纖為保護光纖。保護光纖平時處于空閑狀態(tài)，即沒有凈荷需要接收和發(fā)送，所以只在線路上傳送一個空的SDH基本幀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的B芯片可簡單地工作于再生中繼環(huán)回狀態(tài)，并可用于向上游節(jié)點回送或者接收下游節(jié)點回送的有關(guān)信息，如遠端誤碼塊指示M1字節(jié)等。下面用圖2來說明網(wǎng)絡(luò)自愈的過程。
該自愈環(huán)共有四個節(jié)點，分別標記為節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3和節(jié)點4，并順序分配節(jié)點ID二進制數(shù)0001、0010、0011和0100。每個節(jié)點都被配置為ADM，即從上游節(jié)點碼流中下載一個VC－4，并往下游發(fā)送碼流中上載一個VC－4。正常工作時，業(yè)務(wù)都通過外環(huán)工作光纖順時針方向傳送。當(dāng)出現(xiàn)故障時，就需要用到K1、K2兩個APS字節(jié)的保護倒換協(xié)議來保證自愈的正確完成。這里提出的一種APS保護倒換協(xié)議，盡量遵循ITU－T的有關(guān)標準。K1字節(jié)的編碼格式為：前四個比特編碼表示各種倒換請求，后四個比特表示發(fā)出倒換請求的源節(jié)點標識(ID)。K2字節(jié)的前四個比特表示接收倒換請求的目的節(jié)點ID，后四個比特用來傳送其他復(fù)用段信息，如MS－AIS和MS－RDI等。這一協(xié)議限制了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)目不能超過16個，如果節(jié)點數(shù)目超過16個，可用其他未用開銷字節(jié)承載地址信息，這樣保護倒換時間可能會無法保證。
K1字節(jié)倒換請求編碼如表1所示。
其中SF為信號故障，包括LOS、LOF和預(yù)定義的比特誤碼率；SD為信號劣化，也為預(yù)定義的比特誤碼率。兩者均可作為啟動保護倒換的判據(jù)。
在圖示環(huán)網(wǎng)中，遵循的原則是：(1)永遠從同一方向發(fā)送和接收APS字節(jié)；(2)主動發(fā)出倒換請求的一方要向發(fā)現(xiàn)故障方向相反的方向發(fā)出APS字節(jié)。
當(dāng)發(fā)生如圖所示的故障時，倒換過程如表2所示。
倒換過程中，沒有接受倒換請求的中間節(jié)點維持原工作狀態(tài)不變，即工作芯片上下VC－4，保護芯片做再生中繼環(huán)回。
在上述協(xié)議中，需要考慮幾點：①當(dāng)任何一步?jīng)]有收到確認或者沒有在規(guī)定時間內(nèi)收到確認(為了保證倒換時間要求)，則協(xié)議失敗，節(jié)點應(yīng)該把此情況上報網(wǎng)管處理。②如果某節(jié)點完全失效，好的自愈協(xié)議應(yīng)該能把該節(jié)點從網(wǎng)絡(luò)中自動去除。完成這個功能只需對協(xié)議作如下改動：若某節(jié)點發(fā)出倒換申請后在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到來自目的的節(jié)點的反向請求，則向該節(jié)點的下一個相鄰節(jié)點重新發(fā)送倒換請求，并等待回應(yīng)，繼續(xù)執(zhí)行協(xié)議的其余部分。這樣，就可把失效節(jié)點剔除。但是，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)保護倒換時間可能會稍長。
3 性能比較分析
ITU－T建議保護倒換時間應(yīng)該小于50ms。通道保護由于不需要協(xié)議支持，所以倒換速度很快，可以滿足要求，并且此種保護對環(huán)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)目沒有要求。復(fù)用段保護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目最多為16個。每個節(jié)點確認K1、K2字節(jié)需要3幀時間，轉(zhuǎn)發(fā)或者插入新的APS字節(jié)至少需要延遲1幀時間，而完成一次倒換最多需要交互3次APS字節(jié)。SDH幀延遲為微秒級、可以忽略不計，所以最壞情況下倒換信令最小延遲為：3次×16節(jié)點×(3＋1)幀×125μs＝24ms。這樣還有26ms的時間供軟件處理APS字節(jié)和完成硬件切換，使用一般的CPU完全可以滿足倒換時間要求。
從網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)容量來看，對于通道保護環(huán)" title="保護環(huán)">保護環(huán)，由于進入環(huán)中的所有支路信號都要經(jīng)過兩個方向傳向接受分路節(jié)點，因而環(huán)的業(yè)務(wù)容量最多等于節(jié)點ADM系統(tǒng)的容量STM－1。對于復(fù)用段保護環(huán)來說，雖然從每個節(jié)點來看，業(yè)務(wù)容量也為STM－1，但從網(wǎng)絡(luò)的角度看，每對相鄰節(jié)點間的業(yè)務(wù)均可單獨配置，也即環(huán)中各段的業(yè)務(wù)各不相同，所以總體業(yè)務(wù)容量可大大超過STM－1?？梢?，復(fù)用段倒換環(huán)的平均成本更低。
通道保護環(huán)的一個優(yōu)點在于它的保護帶寬顆粒較小，可以提供E1、VC－12、VC－4各種容量等級的保護，應(yīng)用最靈活。復(fù)用段倒換則只提供對VC－4的保護，主要適合大業(yè)務(wù)量的場合。另外，通道倒換環(huán)的倒換由本地決定，與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，所以除了環(huán)以外，適用于各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲。
從額外業(yè)務(wù)量來看，通過保護環(huán)采用了1＋1的保護方式，所以保護通路無法攜帶額外業(yè)務(wù)量；而復(fù)用段保護環(huán)則采用1：1的保護方式，正常工作時，保護通道可用來攜帶額外的業(yè)務(wù)量，從而提高網(wǎng)絡(luò)利用率。
在各種自愈環(huán)中，網(wǎng)管都起著很重要的作用，它要始終掌握整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲和工作情況，并對異常情況做出相應(yīng)處理。關(guān)于時鐘的倒換問題，我們認為這種自愈環(huán)路宜于采用全網(wǎng)同步時鐘，即網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點都使用主節(jié)點的時鐘。當(dāng)主節(jié)點完全失效后，應(yīng)可自動重新選擇主站點作為網(wǎng)絡(luò)時鐘源。
環(huán)網(wǎng)自愈是SDH光傳輸系統(tǒng)需要實現(xiàn)的重要功能。各種自愈環(huán)的原理都很明白，但是具體的實現(xiàn)方案和保護倒換協(xié)議卻還很不完善，特別是針對二纖單向復(fù)用段保護環(huán)。因此，我們結(jié)合國產(chǎn)芯片，提出了一種專門針對此種自愈環(huán)的APS協(xié)議，應(yīng)用于STM－1等級的SDH環(huán)網(wǎng)中。另外，如何解除網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點數(shù)目的限制，以及解決業(yè)務(wù)錯連、實現(xiàn)環(huán)的互通等，都是需要進一步研究的問題。
參考文獻
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