光纤链路环网保护技术在SDH光传输网络中的应用

黄浩翔 周信誉 卢上丁

摘 要：文章提出了一种实现光纤链路环网保护技术的解决方案，详细介绍了该方案的技术原理和实现方法，最后对该技术进行了测试论证，论证结果表明该技术方案是可行的。

关键词：光纤;环网保护;SDH;自愈

0   引言

SDH技术具有传输容量大、组网灵活、高可靠性、设备兼容性及自愈能力强等优越性，其使SDH网络成为最常用的光纤组网方案[1]。但随着传输网络规模的不断扩大，网络拓扑结构的复杂性不断增加，为保证业务的正常、可靠传输，需对光传输网络进行实时监控，以便在光纤链路出现故障时能快速实现环网内的业务自愈。本文提出了一种实现光纤链路环网保护技术的解决方案，可以有效提高SDH光传输网络的自愈能力，并增强光传输网络的稳定性和可靠性。

1   光纤链路环网保护技术原理

SDH传输网是一个复杂、庞大的光网络，根据光纤传输网络的规模和不同的应用场景，SDH网络拓扑结构呈现多样性，包括网孔形、链形、星形、树形和环形等多种网络拓扑结构，其中，环形网拓扑结构以成本低、可靠性高及自愈能力强成为当前使用最多的网络拓扑形式[2]。环形网拓扑结构的光传输网络具有真正意义上环网自愈，即当网络发生故障时，光传输网络能在极短时间内（ITU-T建议小于50 ms）从失效状态自动恢复所携带的以太网、E1、话音等业务，其基本原理就是使网络具有备用通道，并重新确立通信能力[3]。

本设计提出的光纤链路环网保护技术采用的是二纤单向通道保护环的方式，具有倒换速度快、业务流向简捷明了、便于配置维护等优点。二纤单向通道保护环的结构是采用1+1的保护方式，通常由两根光纤组成两个环，一个为主环S1;一个为备环P1。两环的业务流向必须相反，通道保护环的保护功能是通过光传输设备支路板的“并发选收”功能来实现的。如图1所示，环网中光传输设备A与光传输设备C互通业务，光传输设备A和光传输设备C都将自己要传输的业务（如以太网、E1、话音等业务）“并发”到环S1和P1上，在网络正常的情况下，光传输设备A和光传输设备C都选收主环S1上的业务。

当光传输设备B、C之间的两根光缆同时被切断时，如图2所示。光传输设备A和光传输设备C将从备环P1上选收各自的业务，从而在备环P1上实现了环网内的业务自愈。当光传输设备B、C之间的两根光缆恢复正常时，光传输设备A和光传输设备C将选收切回到主环S1业务，恢复为默认传输状态。

2 光纤链路环网保护技术的实现

2.1  光纤链路环网保护技术的总体实现方案

光纤链路环网保护技术的总体实现方案框架如图3所示，设备采用220 V供电，业务板卡的输入电压采用+12 V，降低工作电流，提高设备稳定性。设备可插入4块板卡，其中，交叉控制与光接口板是核心功能板卡，其余业务板卡可根据需要进行选配，背板数据互联采用的是2.5 G高速串行总线（以下简称“ESSI”），该总线使用广泛，提供强大的容差能力。设备支持低阶VC12和高阶VC4级别的全交叉，4路E1和4路千兆以太网可以配置上任意光接口，设备的4个光接口可以配置为STM-1/4/16的任意一种速率，增强了使用的灵活性;4个以太网接口进行透明传输;4个E1接口为非平衡E1接口，通过L9接插件直接输出。

设备的业务流程如下：以太网业务进入设备后，首先，通过内部1∶1隔离变压器;其次，进入内部交换机芯片转换成SGMII接口;再次，到以太网映射芯片进行数据包的封装，IP数据进行GFP封装后，映射进行虚级联组;最后，转换成背板ESSI总线到交叉控制板，在交叉控制板上进行业务的交叉连接，通过配置选择要上的光接口进行传输。

E1業务进入设备后，首先，通过内部变压器，进入线路接口芯片进行数据和时钟的恢复，将HDB3数据转换为NRZ数据;其次，经过E1映射并转换为背板ESSI总线到交叉控制板，在交叉控制板上进行业务的交叉连接，通过配置选择要上的光接口进行传输。

2.2  交叉控制与光接口板实现方案

交叉控制与光接口板原理框架如图4所示，交叉控制与光接口板主要实现业务的配置和管理、光接口的处理、时钟的分配、业务的交叉功能。设备支持256×256个VC4高阶交叉和1 024×1 024个VC12低阶交叉;采用龙芯2 K完成业务的配置和管理，对外调试管理接口包括：RS232串口、10 M/100 M自适应以太网接口;时钟模块提供设备时钟同步的功能。

主要实现了以下几个功能：（1）实现对设备各功能板卡的监控，定时采集设备内各类工作参数，包括发送/接收光功率、以太网链路状态等;（2）完成对设备业务板卡的配置，通过内部互联以太网接口完成以太网业务板以太网链路聚合功能、以太网接口虚网划分功能、以太网接口带宽的设置;（3）完成交叉连接的配置，设备支持全交叉，实现E1业务和以太网业务交叉到任意光接口进行传输;（4）完成4路光接口的数据时钟恢复、开销处理和速率配置等功能;（5）按照既定的通信协议，通过网络实现与上位机的通信功能; （6）网络方面支持SNMP通信协议，并实现以下通信参数可配置：IP地址、通信端口号;（7）完成控制面板指示灯，包括以太网链路灯和光接口指示灯的显示状态;（8）具备工作参数掉电保存功能。

2.3  以太网映射实现方案

以太网映射板原理框架如图5所示，以太网映射板主要完成4路10/100/1 000 M以太网电口的接入和映射功能，通过管理终端配置可以实现以太网电接口的本地交换、虚网划分、链路聚合功能。以太网业务采用GFP封装协议，支持VC4（155 M）颗粒映射/解映射。以太网信号进入设备后，首先，进入以太网物理层芯片，将以太网信号转换为SGMII信号接入以太网交换机;其次，通过SGMII接口连接到以太网映射芯片，完成以太网映射功能。

2.4  E1业务板实现方案

E1业务板原理框架如图6所示，E1业务板主要完成4路E1业务的接入，75 Ω非平衡E1进入E1业务接口板，经过变压器，在线路接口芯片完成数据和时钟的恢复，再到FPGA中完成E1业务的SDH映射/解映射，并经过并串转换后到交叉控制板进行业务的交叉连接，反之亦然。

2.5  电源板实现方案

电源原理框架如图7所示，设备采用交流220 V供电。电源板上设计有电压/电流监测模块。交流电源允许输入范围在198～242 V，标称频率50 Hz，电源板输出电压为直流   +12 V，总输出功率可达200 W。

3   测试验证

本设计按如图8所示的SDH环网搭建了测试平台，被测设备1和陪测设备1，2都使用2.5 G光口1组成工作环（实线表示），使用2.5 G光口        2组成保护环（虚线表示）。测试步骤如下：（1）被测设备1和陪测设备2的E1-1口都接测试仪，将光口1，2速率设置为STM-16;（2）被测设备1配置E1-1双发选收到光口1和光口2的第一个VC12，陪测设备2配置E1-1双发选收到光口1和光口2的第一个VC12，陪测设备1配置光口1和光口2的第一个VC12穿通;（3）断开工作环上的任意一根光纤（线路A），发生保护倒换，E1业务切换到保护环，观察E1业务是否正常;（4）接上线路A，断开线路B，E1业务切换到工作环，观察E1业务是否正常;（5）将光口速率设置为STM-1/STM-4，采用以上相同的测试方法验证（以太网业务测试也按此步骤进行）。

测试结果显示，以太网业务和EI业务在断开工作环后，业务正常倒换到保护环上。当工作环恢复正常后，业务切换到工作环上，实现了以太网业务和E1业务的光纤链路环网保护，说明光传输网络利用光纤链路环网保护技术实现了环网自愈功能。测试结果表明，光传输网络采用光纤链路环网保护技术已经具备抵御环网中故障的能力，光纤链路环网保护技术增强了传输网络的安全性，提高了网络可靠性[2-3]。

4结语

随着传输网络规模的扩大和网络拓扑结构复杂性的增加，网络的安全性和可靠性显得越来越重要[4]。本文提出了一种实现光纤链路环网保护技术的解决方案，可以有效提高光传输网络的自愈能力，增强了光传输网络的安全性，提高了網络可靠性，对推动SDH光传输网络的建设和维护具有重要意义。

[参考文献]

[1]毛谦.SDH技术的演进与发展[J].网络电信，2002（12）：8-10.

[2]卢上丁.DCC开销交叉技术在光传输网络中的应用[J].光通信技术，2014（8）：29-31.

[3]刘胜光.SDH的自动保护测试[J].电信网技术，2004（11）：68-69.

[4]韦乐平.光同步数字传送网[M].北京：人民邮电出版社，1998.

（编辑 何 琳）