共享光纤虚拟路径保护技术在铁路传输系统的应用

王子渊

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

1 共享光纤虚拟路径保护技术介绍

1.1 共享光纤虚拟路径保护的概念

共享光纤虚拟路径保护实际上是将1条光路，比如1个STM-64、STM-16或STM-4的光路，在配置上分解为许多通道，这些通道分别与其他链路进行通道层的环路组合，并针对这些通道层的环路分别进行各种方式（通道保护PP、复用段保护MSP、子网连接保护SNCP）的保护，如图1所示。

图1中1个STM-64的环路，中间有1条STM-16的链路，按照普通SDH的环路保护方式，显然由于STM-16的链路没有成环，无法实现链上业务的保护。但如果从通道环路的角度来看，STM-64的光路在通道结构上由4个STM-16的通道组成，分出1个STM-16的通道来与STM-16的链路组环是可以的。实际上等于在STM-64的这段光路上虚拟出1个STM-16的半环与STM-16的链路结合，形成STM-16的通道环路，并可以设置一种保护方式单独实现业务传输和保护环功能，而原有的STM-64环路仍然单独工作并完成保护，两者之间的业务互通在接入节点交叉矩阵实现。然而此时虚拟出STM-16通道环路的那段STM-64光路，也仅剩3个STM-16容量留给STM-64环路使用。进一步讲，如果此STM-16链路上需要上下的业务仅有n个VC4，也可以在此段STM-64的光路上仅虚拟出带宽为n个VC4的1个半环，来与STM-16链路中对应的n个VC4组成1个带宽为n个VC4的通道环路并实现单独的保护，这时影响到STM-64的环路上的业务仅有n个VC4。

1.2 共享光纤虚拟路径保护的特点

在各网孔相交的光路，逻辑上划分成许多通道的组合。在各网孔相交的SDH设备，分插复用（ADM）的方式不再完全基于光路，而是可以看作许多通道层ADM的组合，每个通道层ADM实现通道环路的业务上下和保护。

采用按照逻辑子系统划分的共享光纤虚拟路径保护方式，以提高SDH网络的生存性和带宽资源利用率，即将每根光纤提供的带宽资源按照VC4为单位进行任意划分，分别划归给不同的逻辑子系统。各个逻辑子系统可按照传输业务的特点，独立选择不同的保护方式，这样1根光纤可同时支持多路保护和多种保护方式，使业务得到最佳的保护。

1.3 共享光纤虚拟路径保护的实现机制

“共享光纤虚拟路径保护”一般支持以下几种方式。

（1）将1段光路的一部分VC4定义在MSP环中，另外一部分VC4定义在SNCP环中，这两部分VC4不重复，能在同一段光纤中分别实现MSP和SNCP的保护，相互之间没有影响。这种配置其实用到了“部分复用段”的原理。这种配置下，可以看成在这个跨距段中有2对光纤，1对光纤实现MSP保护，1对光纤实现SNCP保护。

（2）这段光路中的部分VC4同时定义在MSP环和SNCP环中。

这种方式下，该部分VC4同时享有双重保护：MSP保护和SNCP保护。但是这段共享的光纤中断时，SNCP环倒换会发生两次：第一次，SNCP环发生SNCP倒换；接下来MSP环倒换后，SNCP检测点又检测到刚刚产生失效方向的信号OK，SNCP环再倒回到这个方向，这是第二次倒换。因此，要用命令“:cfg-set-sncpattrib”设置SNCP环倒换拖延时间（大于现场实际的复用段倒换时间），以防止发生接连的两次倒换，一般设置100 ms即可。

在共享的光纤上，可以同时实现MSP、SNCP保护的任意组合，但是不能同时为MSP属性配置，因为1段光路只能提供1对K字节。

（3）将1段光路的一部分VC4定义在SNCP环中，另外一部分VC4定义在另一个SNCP环中，各部分的VC4不重复，能在同一段光纤实现多个SNCP的保护，相互之间没有影响。这种配置下，可以看成在这个跨距段中有多对光纤，每对光纤实现SNCP保护。这种方式只要在共享光路上的多个SNCP的速率总和不超过该光路的传输速率，则可组合多个任意子速率SNCP的保护。

2 客运专线的共享光纤虚拟路径保护组网方案介绍

如图2所示，250 km/h客运专线传输系统组网方案与传统组网方案的不同，在于取消了车站之间直达STM-4的1+1复用段保护链为STM-4单链，并与骨干层2.5 G光路中的1个622 M通道组成了STM-4共享光纤虚拟路径保护环。

如图3所示，350 km/h客运专线与传统组网方案的不同，在于取消了区间节点与车站组成的3个STM-4环网而改为3个单STM-4的链，增加了车站之间的1条直达STM-16的链，把这条STM-16的光路分成4个STM-4的通道，并分别与区间节点的3个STM-4的链及骨干层STM-64光路中的1个STM-4通道组成4个STM-4共享光纤虚拟路径保护环。如此可构成与250 km/h客运专线类似的骨干层、汇聚层、接入层3层网络保护。这样跨接入层STM-4环的业务，如数据系统、GSM-R基站系统、FAS系统等可不再占用接入层区间节点的STM-4通路带宽。

其中，350 km/h客运专线的2.5 G光路的4个STM-4通道由于各自占用不同的VC4，属于共享光纤虚拟路径保护方式1.3中的（3），相互之间没有影响。而骨干层2.5 G或10 G光路的1个STM-4通道同时工作在MSP线路保护和SNCP保护方式下，属于共享光纤虚拟路径保护方式1.3中的（2）。需注意如断纤处为骨干层时，此时两网几乎同时发生倒换。一般情况下，由于通道环倒换速度较快，汇聚层车站可能先发生倒换，即支路板倒换到反向收，业务正常。与此同时，复用段也发生倒换，此时汇聚层车站正向正常，处于倒换恢复态，10 min后汇聚层车站倒换恢复正常态。在此过程中，复用段发生一次倒换，而SNCP环可能发生两次倒换。为避免通道环两次倒换的发生，可以设置该SNCP环的倒换延迟时间，以复用段的倒换为优先，

这样复用段只发生一次倒换就实现了业务的保护。

3 客运专线的共享光纤虚拟路径保护方案分析

3.1 方法简单，组网灵活，轻松实现业务保护

采用虚拟通道SNCP保护的方法简单，组网灵活。车站622 M设备与骨干层2.5G/10 G设备组成STM-4共享光纤虚拟路径保护环可跨多个车站，更有利于跨环业务的通道分配和安全性。由于不需要设置主从节点，没有主从节点限制，业务配置灵活方便，节点可以另外带环，也能实现业务保护，两个节点都可以配置跨环业务，均能实现业务保护，且本环上下节点的业务无疑也能实现保护。

3.2 系统保护更安全

采用虚拟通道SNCP保护的方法不仅能实现断纤保护，还能克服传统组网方式不能克服的单设备失效保护，如图4所示。

假如B1节点失效，此时骨干层的1+1 MSP复用段保护已经不起作用，传统的骨干层承载的业务将全部中断没有保护。但采用共享光纤虚拟路径保护环方式后，骨干层与汇聚层组成的STM-4的SNCP虚拟通道环将发生保护倒换。如正常时，A1—D2 的业务路径为 A1—B1—C1—C2—D2，D2—A1的业务路径为D2—B2—A2—A1。当B1节点失效时，D2节点接收倒换到来自西向，即A1—A2—B2—D2的方向。因此，承载在STM-4的SNCP虚拟通道环里的跨车站业务将得到保护。

另外，可能有读者认为350 km/h客运专线的2.5 G光路承载了4条SNCP通道，一旦2.5 G光板故障，则会出现4个环发生保护倒换的事件。但由于如前所述，即便是传统的组网方式，由于622 M光口数量高达12～16个，加上设备槽位的限制通常采用单板4个622 M的集成光板，而同一光板的光口不能承载一个环网的两个方向，因此，传统的组网方式依然会带来单板故障出现4个环发生保护倒换的事件。且一般2.5 G光板的MTBF指标均高于622 M光板，可靠性更高。

3.3 跨车站的业务保护性能更优

如3.2所述，可实现单设备故障时的SDH层面电信级（<50 ms）的节点失效保护。对于跨车站的业务系统，如数据系统、GSM-R基站系统、FAS系统等都提供了强有力的保护。

3.4 带宽利用更有效，业务层次更分明，通道分配更简便，接入层业务实现更优良

采用共享光纤虚拟路径保护方式，无论是250 km/h还是350 km/h客运专线，均可实现骨干层、汇聚层和接入层的3层保护。并且使接入层的环网业务和跨车站间的业务以及骨干层业务层次非常分明，带宽的利用更有效，通道分配更加简便灵活。

另外，由于跨车站业务不再占用区间节点所在的环网带宽，因而对于动力环境监控和综合视频监控等采用FE接口的业务，可有条件采用两级混合结构，即区间节点采用透传汇聚到车站，而各车站与中心节点之间则采用二层以太网环或利用数据系统的155 M环的方式。因此，可大大优化数据业务尤其是视频业务的传输时延和传输质量。

3.5 节省车站汇聚层设备的光口和槽位，系统可扩展性更强

在充分保证系统的安全可靠性基础上，节省了线路光口数量和占用槽位数量，可给业务接口预留更大的扩展空间，设备的资源利用率更高，可扩展性也得到一定增强。

3.6 节省光纤，节约正线光缆和分歧光缆的投资

即便是在光纤资源较为丰富的情况下，也能提高光纤的有效利用率，减少分歧光纤的占用和分歧光纤分配的复杂性。

4 结束语

传输网络安全是一个系统工程，包括很多因素。共享光纤虚拟保护技术已经相当成熟，在公网运营中得到广泛使用，但是在铁路通信系统中还尚未得到应用。共享光纤虚拟保护技术旨在解决网络的安全性和资源利用方面的矛盾。

[1] 任松海．共享光线虚拟保护环的实现方法[J]．渤海大学学报，2006（9）：264-265.

[2] 李恺，杨力帆．虚拟保护环在电力通信网的典型应用[J].电力与电工，2009（1）：59-62．

[3] 陈二伟，张林．SDH设备虚拟环组网方式及典型应用[J].邮电设计技术，2007(8)：26-28.