S1字节和SDH网络时钟保护倒换原理

文｜黄文海

S1字节工作原理

在SDH网中，各个网元通过一定的时钟同步路径一级一级地跟踪到同一个时钟基准源，从而实现整个网的同步。通常，一个网元获得同步时钟源的路径并非只有一条。也就是说，一个网元同时可能有多个时钟基准源可用。 这些时钟基准源可能来自于同一个主时钟源，也可能来自于不同质量的时钟基准源。在同步网中，保持各个网元的时钟尽量同步是极其重要的。为避免由于一条时钟同步路径的中断，导致整个同步网的失步，有必要考虑同步时钟的自动保护倒换问题。也就是说，当一个网元所跟踪的某路同步时钟基准源发生丢失的时候，要求它能自动地倒换到另一路时钟基准源上。这一路时钟基准源，可能与网元先前跟踪的时钟基准源是同一个时钟源，也可能是一个质量稍差的时钟源。显然，为了完成以上功能，需要知道各个时钟基准源的质量信息。

ITU-T定义的S1字节，正是用来传递时钟源的质量信息的。它利用段开销字节S1字节的高四位，来表示16种同步源质量信息。

表1是ITU-T已定义的同步状态信息编码。利用这一信息，遵循一定的倒换协议，就可实现同步网中同步时钟的自动保护倒换功能。

表1 同步状态信息编码

在SDH光同步传输系统中，时钟的自动保护倒换遵循以下协议：

规定一同步时钟源的质量阈值，网元首先从满足质量阈值的时钟基准源中选择一个级别最高的时钟源作为同步源。 并将此同步源的质量信息（即S1字节）传递给下游网元。

若没有满足质量阈值的时钟基准源，则从当前可用的时钟源中，选择一个级别最高的时钟源作为同步源。 并将此同步源的质量信息（即S1字节）传递给下游网元。

若网元B当前跟踪的时钟同步源是网元A的时钟，则网元B的时钟对于网元A来说为不可用同步源。

工作实例

下面通过举例的方法，来说明同步时钟自动保护倒换的实现。

如图1所示的传输网中，BITS时钟信号通过网元1和网元4的外时钟接入口接入。这两个外接BITS时钟，互为主备，满足G812本地时钟基准源质量要求。正常工作的时候，整个传输网的时钟同步于网元1的外接BITS时钟基准源。

图1 正常状态下的时钟跟踪

设置同步源时钟质量阈值“不劣于G812本地时钟”。各个网元的同步源及时钟源级别配置如表2所示。

另外，对于网元1和网元4，还需设置外接BITS时钟S1字节所在的时隙（由BITS提供者给出）。

正常工作的情况下，当网元2和网元3间的光纤发生中断时，将发生同步时钟的自动保护倒换。 遵循上述的倒换协议，由于网元4跟踪的是网元3的时钟，因此网元4发送给网元3的时钟质量信息为“时钟源不可用”，即S1字节为0XFF。所以当网元3检测到西向同步时钟源丢失时，网元3不能使用东向的时钟源作为本站的同步源。而只能使用本板的内置时钟源作为时钟基准源，并通过S1字节将这一信息传递给网元4，即网元3传给网元4 的S1字节为0X0B，表示“同步设备定时源（SETS）时钟信号”。网元4接收到这一信息后，发现所跟踪的同步源质量降低了（原来为“G812本地局时钟”，即S1字节为0X08），不满足所设定的同步源质量阈值的要求。则网元4需要重新选取符合质量要求的时钟基准源。网元4可用的时钟源有4个，西向时钟源、东向时钟源、内置时钟源和外接BITS时钟源。显然，此时只有东向时钟源和外接BITS时钟源满足质量阈值的要求。由于网元4中配置东向时钟源的级别比外接BITS时钟源的级别高，所以网元4最终选取东向时钟源作为本站的同步源。网元4跟踪的同步源由西向倒换到东向后，网元3东向的时钟源变为可用。显然，此时网元3可用的时钟源中，东向时钟源的质量满足质量阈值的要求，且级别也是最高的，因此网元3将选取东向时钟源作为本站的同步源。最终，整个传输网的时钟跟踪情况将如图2所示。

表2 各网元同步源及时钟源级别配置

若正常工作的情况下，网元1的外接BITS时钟出现了故障，则依据倒换协议，按照上述的分析方法可知，传输网

图2 网元2、3间光纤损坏下的时钟跟踪

图3 网元1外接BITS失效下的时钟跟踪

最终的时钟跟踪情况将如图3所示。

若网元1和网元4的外接BITS时钟都出现了故障。则此时每个网元所有可用的时钟源均不满足基准源的质量阈值。根据倒换协议，各网元将从可用的时钟源中选择级别最高的一个时钟源作为同步源。假设所有BITS出故障前，网中的各个网元的时钟同步于网元4的时钟。则所有BITS出故障后，通过分析不难看出，网中各个网元的时钟仍将同步于网元4的时钟，如图4所示。只不过此时，整个传输网的同步源时钟质量由原来的G812本地时钟降为同步设备的定时源时钟。但整个网仍同步于同一个基准时钟源。

图4 两个外接BITS均失效下的时钟跟踪

由此可见，采用了时钟的自动保护倒换后，同步网的可靠性和同步性能都大大提高了。