传输网路由自动分离及最短路径保护技术研究

吴满全

【摘 要】现有传输网中SDH、PTN、OTN三个网络分别进行路由及安全设计耗费了大量的人力和物力，而且无法达到预期的资源及安全效果。针对传输路由规划和多点故障保护难点，提出了利用OTN统一承载网实现核心汇聚路由自动分离及汇聚层端到端最短路径保护算法。通过此方案，可以用简单的方式实现路由自动分离及用少量的资源耗费实现多重保护，从而提升网络容灾能力。

【关键词】传输网 统一承载 路由自动分离 最短路径保护

1 引言

随着技术的演进，传输网出现了SDH、PTN、OTN等技术体制。技术体制的先后出现导致网络分立建设，没有统一性。如果分别对每个网络进行优化和保护，将不利于本来就稀缺的保护资源充分利用且耗费更多的人力和物力。另外，由于SDH、PTN、OTN核心局间路由通过单一的局间光缆承载，所有局间环路只基于自己环网保护，所以需要进行严格的双路由分离。随着业务的发展，汇聚环数量将成倍增长，此时汇聚层光缆和核心光缆的交叠及同路由分离会非常困难，如没分离好将产生核心汇聚层多点故障，引起大量业务中断。在SDH、PTN汇聚层一般采取单一的环网保护，部分段落采用了线路OLP等叠加保护。由于OLP保护段落分散没有规律性，所以无法形成对重点业务区域（如县级中心站等）的三路由端到端保护能力。

从以上分析可知，现有的网络架构和保护方法难以适应业务对安全及资源能力的要求，并制约了网络向统一一张光网演进。为此，本文提出基于OTN的统一承载网实现核心汇聚路由自动分离和重点区域业务端到端三路由保护，在实现统一一张光网的同时还提升了网络的健壮性。

2 基于OTN的统一承载方案

以OTN网络架构为核心，将核心/汇聚层SDH、PTN网络统一承载在OTN网络上，实现统一一张网承载，如图1所示。在物理承载方式上，将SDH、PTN均载在OTN的2.5G或10G，10GE波道上充分体现OTN的长距离传输特性。在SDH和PTN只用短距离光接口与OTN波道板对接即可。在承载SDH和PTN时，需要对核心层和汇聚层的OTN系统进行分离，即OTN的核心层和汇聚层不能进同一子架，而且电源系统进行严格的分离，避免单点设备失效导致承载业务的全阻。在汇聚层端局，每个光方向放置一端OTN设备，以保证单方向设备失效不影响其他方向光路。

统一承载需要网络拓扑匹配，与汇聚层相连的两个核心局到各个汇聚节点间的拓扑连接及网元必须一致。即SDH网络和PTN网络的拓扑连接与OTN进行对比后，必须满足以上要求才能称为网络匹配。

3 路由自动分离技术

3.1 核心汇聚层同路由隐患

业务的发展将使汇聚层成倍增长，尤其在LTE时代，汇聚环的数量是现在的3—4倍。汇聚层光缆的增多将导致与核心层光缆的多点交叠同路由，使双路由分离难度加大。如某市本地网5个汇聚环，两条进出城的汇聚层光缆必须不同路由，此两条光缆的任何一条与局间2段或更多段光缆不能同路由，仅凭5个汇聚环来说，必须考虑（2段汇聚+2段核心）×5段光缆的不同路由，路由规划的任务复杂繁重。多数情况下由于市政管道限制，无法实现全部汇聚环光缆与核心层光缆的双路由。在快速发展的城市化建设中，经常发生同路由故障造成的通信网阻断，对企业会造成重大经济损失。由此可见，双路由优化工作亟待简化。

3.2 核心汇聚层路由自动分离方法

针对传输网路由分离的难度，利用OTN技术可实现路由自动分离。在核心层，以OTN网络架构为核心，将SDH、PTN均载在OTN上并用2.5G或10G，10GE波道承载无需用子波长SNCP 1+1保护，统一进行OLP线路保护。由于OLP线路保护倒换时间、SDH和PTN的1：1路径环网保护、子波长保护倒换时间都在几个毫秒级，故障时可能出现来回倒换的情况，所以需要统一将倒换顺序设置为线路OLP最先倒换，SDH和PTN环网1：1保护、子波长保护倒换时间延迟50毫秒，从而保证倒换状态的稳定。

核心层每个局间建立不同路由光缆如图2所示，汇聚层光缆与其中一个核心光缆同路由或交叠，必然不与另一个核心层光缆同路由或交叠。基于以上原理，当存在同路由或交叠点出现故障时，通过核心层两个局间不同路由光缆间自动OLP切换功能自动切换到另一个核心层光缆路由，从而保证核心层和汇聚层不会出现双断故障。这样在光缆建设时，核心层只负责核心层光缆的不同路由、汇聚层只负责本汇聚内光缆的不同路由即可。该方式可大大简化路由分离的难度，解决多个同路由交叠隐患，从而实现核心层和汇聚层同时出现故障时的业务保护。

实现核心汇聚路由自动分离后可实现多点故障保护，其机理如图3所示。在核心局A1，核心局间光缆A1到B1的光缆与A1到D1的光缆在市区某个井内有交叠，如该井出现塌方将会使两条光缆同时中断。在现网中，D接入BTS，核心局A1接入BSC，以D到A1的业务为例，配置通路（可以是SDH的时隙或PTN的隧道）1：1保护，工作路径为细红线、保护路径为细蓝线，发生双点故障时D的工作路径业务无法到达A1，同样其保护路径业务到了B1后再也无法到达A1，这样D到A的业务就中断了。当SDH和PTN基于OTN的统一承载，并在A1和B1两个核心局间做不同路由光缆OLP保护时，A1到D1的光缆与A1到B1的光缆同路由，必然不与A1到B1的OLP保护光缆同路由（如虚粗线），业务从A1到B1的OTN链路将倒换到OLP链路上，相当于A1到B1的OTN链路没有出现故障，同样承载在其上的SDH、PTN、PON链路都保持正常状态。这时实际的D到A1的业务路径为：D到A1的工作路径还是无法到达，走保护路径，到B1后走虚线的基于OTN的OLP保护路径到达A1，这样就完成了D到A1的保护。

从上述故障可以看出，当汇聚层光缆和核心层光缆分离难度较大时，可以通过本方案进行实施，并只保证在两个核心局之间有两条不同路由光缆即可。由于核心局一般在城市核心区域，路由较多，因此达到以上要求较容易。endprint

4 最短路径端到端保护

汇聚层承担着传输网业务汇聚和转发的功能，其特点是业务集中，尤其县乡级别的汇聚环跨度大，覆盖区域在几百至几千平方公里，对环网安全要求更高。随着通信网对安全的要求在提高，汇聚环除了要有环网保护的能力外，还要对重点业务区域具有三路由应急能力。三路由应急能力是指重点业务区域与单向相邻核心局的端到端OLP路由保护。由于三路由保护的实现方式多种多样，没有完整的方案实现重点业务的有效保护和保护路径的最优，因此本文提出针对重点业务的端到端和最短路径保护方法。

本方案涉及的重点区域是指人口在10万以上的县或镇区。因为业务主要集中到核心局，所以做重点区域三路由应急OLP保护时主要考虑单向端到端到达某个核心局，即单向端到端OLP。实现单向OLP保护的目的是能够实现网络的双断点故障保护能力，即环网保护失效时重点区域业务不受损。为了用较少的投资达到此目的，可采用最短路径保护并遵循以下最短路径端到端保护算法。

如图4所示，将重点业务区1或2设为目标站点，源站点为与汇聚层相连的核心局1或2。此算法中两个站点之间称为一个段落，段落包括中继段和端局段。中继段是指一端只要有中继站（OA站），而端局段是指两端网元全部终端设备（OTM）。耗费（COST）值是对每个段落进行耗费计算，其目的是找出耗费值最少的路径。定义中继段落耗费为2、终端段落为5（由于OLP经过终端段落需要进入到终端站，所以网络变得复杂且不易实现）。一个重点业务区内的两个节点之间和两个核心局间不能作为段落。每段小于80km的段落为1，大于80km但小于100km为2，大于100km但小于120km为3。路径是指从源端核心局到目的重点业务区所经过的段落的集。另外，权值就是关于跳数的算法，即一个OTN环路有N个段落（此段落含中继段和终端段，不含核心局间段落和同一重点业务的不同节点间的段落），从核心局到目的重点业务区域经过M个段落（M

这样对拓扑进行计算，从源端核心局1或2分别计算到目的节点重点业务区的COST值=（∑每段COST值）×Q，得到最小的COST值是对重点业务区域进行OTN最短路径端到端保护的路径，也就是选择此路径进行OLP保护。

端到端最短路径算法：以图4为例，网络中有核心局1和核心局2，还有一个重点业务区，依照算法，核心局1只能到重点业务区C节点2，核心局2只能到重点业务区C节点1，只要选择这两条路径的一条即能实现核心局到重点业务区C的最短路径保护路由：核心局1-重点业务区C节点2，可得COST=16×5/8=10；核心局2-重点业务区C节点1，可得COST=14×3/8=5.25。

由以上算法可知，本网络中重点业务区C选择端到端的OLP保护路径为核心局2-重点业务区C节点1。

5 结束语

在OTN网络规划设计中，根据网络架构匹配原则来保证三个（SDH、PTN、OTN）网络结构的完全匹配，作为统一承载保护的先决条件。在此基础上，基于核心层OTN系统可实现核心层和汇聚层光缆路由自动分离。本文针对汇聚层重点业务区进行端到端最短路径保护，并提出了路由选择算法。此算法的作用是节约网络资源及降低建造成本，可用最少的投资实现高效保护能力。此外，该算法思想还可以用于满足多链路失效（如3条及以上链路失效）的网络规划中，适用性较广。如何兼顾算法效率与网络性能，设计出更为合理的路由规划算法，是下一步要研究的方向。

参考文献：

[1] 中国标准化协会. 光传送网络（OTN）组网应用研究（CCSA课题编号：2009B27）[R]. 2010.

[2] 张海懿，赵文玉. OTN：成熟的技术和标准为商用铺平道路[J]. 网络电信， 2010（1）： 45-46.

[3]荆瑞泉. OTN在城域网中的应用探讨[EB/OL]. [2010-08-26]. http：//wenku.baidu.com/view/64dec6f8941ea76e58fa0422.html.

[4] 李芳，张海懿. IP over OTN的联合优化组网方案探讨[J]. 电信网技术， 2009（11）： 1-5.

[5] 张海懿. OTN技术标准进展[J]. 电信技术， 2009（5）： 45-48.★

4 最短路径端到端保护

汇聚层承担着传输网业务汇聚和转发的功能，其特点是业务集中，尤其县乡级别的汇聚环跨度大，覆盖区域在几百至几千平方公里，对环网安全要求更高。随着通信网对安全的要求在提高，汇聚环除了要有环网保护的能力外，还要对重点业务区域具有三路由应急能力。三路由应急能力是指重点业务区域与单向相邻核心局的端到端OLP路由保护。由于三路由保护的实现方式多种多样，没有完整的方案实现重点业务的有效保护和保护路径的最优，因此本文提出针对重点业务的端到端和最短路径保护方法。

本方案涉及的重点区域是指人口在10万以上的县或镇区。因为业务主要集中到核心局，所以做重点区域三路由应急OLP保护时主要考虑单向端到端到达某个核心局，即单向端到端OLP。实现单向OLP保护的目的是能够实现网络的双断点故障保护能力，即环网保护失效时重点区域业务不受损。为了用较少的投资达到此目的，可采用最短路径保护并遵循以下最短路径端到端保护算法。

如图4所示，将重点业务区1或2设为目标站点，源站点为与汇聚层相连的核心局1或2。此算法中两个站点之间称为一个段落，段落包括中继段和端局段。中继段是指一端只要有中继站（OA站），而端局段是指两端网元全部终端设备（OTM）。耗费（COST）值是对每个段落进行耗费计算，其目的是找出耗费值最少的路径。定义中继段落耗费为2、终端段落为5（由于OLP经过终端段落需要进入到终端站，所以网络变得复杂且不易实现）。一个重点业务区内的两个节点之间和两个核心局间不能作为段落。每段小于80km的段落为1，大于80km但小于100km为2，大于100km但小于120km为3。路径是指从源端核心局到目的重点业务区所经过的段落的集。另外，权值就是关于跳数的算法，即一个OTN环路有N个段落（此段落含中继段和终端段，不含核心局间段落和同一重点业务的不同节点间的段落），从核心局到目的重点业务区域经过M个段落（M

这样对拓扑进行计算，从源端核心局1或2分别计算到目的节点重点业务区的COST值=（∑每段COST值）×Q，得到最小的COST值是对重点业务区域进行OTN最短路径端到端保护的路径，也就是选择此路径进行OLP保护。

端到端最短路径算法：以图4为例，网络中有核心局1和核心局2，还有一个重点业务区，依照算法，核心局1只能到重点业务区C节点2，核心局2只能到重点业务区C节点1，只要选择这两条路径的一条即能实现核心局到重点业务区C的最短路径保护路由：核心局1-重点业务区C节点2，可得COST=16×5/8=10；核心局2-重点业务区C节点1，可得COST=14×3/8=5.25。

由以上算法可知，本网络中重点业务区C选择端到端的OLP保护路径为核心局2-重点业务区C节点1。

5 结束语

在OTN网络规划设计中，根据网络架构匹配原则来保证三个（SDH、PTN、OTN）网络结构的完全匹配，作为统一承载保护的先决条件。在此基础上，基于核心层OTN系统可实现核心层和汇聚层光缆路由自动分离。本文针对汇聚层重点业务区进行端到端最短路径保护，并提出了路由选择算法。此算法的作用是节约网络资源及降低建造成本，可用最少的投资实现高效保护能力。此外，该算法思想还可以用于满足多链路失效（如3条及以上链路失效）的网络规划中，适用性较广。如何兼顾算法效率与网络性能，设计出更为合理的路由规划算法，是下一步要研究的方向。

参考文献：

[1] 中国标准化协会. 光传送网络（OTN）组网应用研究（CCSA课题编号：2009B27）[R]. 2010.

[2] 张海懿，赵文玉. OTN：成熟的技术和标准为商用铺平道路[J]. 网络电信， 2010（1）： 45-46.

[3]荆瑞泉. OTN在城域网中的应用探讨[EB/OL]. [2010-08-26]. http：//wenku.baidu.com/view/64dec6f8941ea76e58fa0422.html.

[4] 李芳，张海懿. IP over OTN的联合优化组网方案探讨[J]. 电信网技术， 2009（11）： 1-5.

[5] 张海懿. OTN技术标准进展[J]. 电信技术， 2009（5）： 45-48.★

4 最短路径端到端保护

汇聚层承担着传输网业务汇聚和转发的功能，其特点是业务集中，尤其县乡级别的汇聚环跨度大，覆盖区域在几百至几千平方公里，对环网安全要求更高。随着通信网对安全的要求在提高，汇聚环除了要有环网保护的能力外，还要对重点业务区域具有三路由应急能力。三路由应急能力是指重点业务区域与单向相邻核心局的端到端OLP路由保护。由于三路由保护的实现方式多种多样，没有完整的方案实现重点业务的有效保护和保护路径的最优，因此本文提出针对重点业务的端到端和最短路径保护方法。

本方案涉及的重点区域是指人口在10万以上的县或镇区。因为业务主要集中到核心局，所以做重点区域三路由应急OLP保护时主要考虑单向端到端到达某个核心局，即单向端到端OLP。实现单向OLP保护的目的是能够实现网络的双断点故障保护能力，即环网保护失效时重点区域业务不受损。为了用较少的投资达到此目的，可采用最短路径保护并遵循以下最短路径端到端保护算法。

如图4所示，将重点业务区1或2设为目标站点，源站点为与汇聚层相连的核心局1或2。此算法中两个站点之间称为一个段落，段落包括中继段和端局段。中继段是指一端只要有中继站（OA站），而端局段是指两端网元全部终端设备（OTM）。耗费（COST）值是对每个段落进行耗费计算，其目的是找出耗费值最少的路径。定义中继段落耗费为2、终端段落为5（由于OLP经过终端段落需要进入到终端站，所以网络变得复杂且不易实现）。一个重点业务区内的两个节点之间和两个核心局间不能作为段落。每段小于80km的段落为1，大于80km但小于100km为2，大于100km但小于120km为3。路径是指从源端核心局到目的重点业务区所经过的段落的集。另外，权值就是关于跳数的算法，即一个OTN环路有N个段落（此段落含中继段和终端段，不含核心局间段落和同一重点业务的不同节点间的段落），从核心局到目的重点业务区域经过M个段落（M

这样对拓扑进行计算，从源端核心局1或2分别计算到目的节点重点业务区的COST值=（∑每段COST值）×Q，得到最小的COST值是对重点业务区域进行OTN最短路径端到端保护的路径，也就是选择此路径进行OLP保护。

端到端最短路径算法：以图4为例，网络中有核心局1和核心局2，还有一个重点业务区，依照算法，核心局1只能到重点业务区C节点2，核心局2只能到重点业务区C节点1，只要选择这两条路径的一条即能实现核心局到重点业务区C的最短路径保护路由：核心局1-重点业务区C节点2，可得COST=16×5/8=10；核心局2-重点业务区C节点1，可得COST=14×3/8=5.25。

由以上算法可知，本网络中重点业务区C选择端到端的OLP保护路径为核心局2-重点业务区C节点1。

5 结束语

在OTN网络规划设计中，根据网络架构匹配原则来保证三个（SDH、PTN、OTN）网络结构的完全匹配，作为统一承载保护的先决条件。在此基础上，基于核心层OTN系统可实现核心层和汇聚层光缆路由自动分离。本文针对汇聚层重点业务区进行端到端最短路径保护，并提出了路由选择算法。此算法的作用是节约网络资源及降低建造成本，可用最少的投资实现高效保护能力。此外，该算法思想还可以用于满足多链路失效（如3条及以上链路失效）的网络规划中，适用性较广。如何兼顾算法效率与网络性能，设计出更为合理的路由规划算法，是下一步要研究的方向。

参考文献：

[1] 中国标准化协会. 光传送网络（OTN）组网应用研究（CCSA课题编号：2009B27）[R]. 2010.

[2] 张海懿，赵文玉. OTN：成熟的技术和标准为商用铺平道路[J]. 网络电信， 2010（1）： 45-46.

[3]荆瑞泉. OTN在城域网中的应用探讨[EB/OL]. [2010-08-26]. http：//wenku.baidu.com/view/64dec6f8941ea76e58fa0422.html.

[4] 李芳，张海懿. IP over OTN的联合优化组网方案探讨[J]. 电信网技术， 2009（11）： 1-5.

[5] 张海懿. OTN技术标准进展[J]. 电信技术， 2009（5）： 45-48.★