联网技术（三）

编者按：

    本刊自１９９８年第１期开始连载韦乐平先生的“ＳＤＨ联网技术”讲座。前两期内容述及ＳＤＨ的概念、ＳＤＨ的数字复用设备和数字交叉连接设备，以及网同步的概念。本期将介绍同步网的结构、同步方式以及ＳＤＨ自愈网的部分类型。

４．２．２ ＳＤＨ网同步结构

    SＤＨ网同步结构通常采用主从同步方式，要求所有网元时钟的定时都能最终跟踪至全网的基准主时钟。同步定时的分配则随网络应用场合的不同而异。

（１）局内应用

    局内同步分配通常采用逻辑上的星形拓扑，即所有网元时钟都直接从本局内最高质量的时钟——ＢＩＴＳ获取定时。采用ＢＩＴＳ的概念可以减少外部定时链路的数量，允许局内不同业务的通信共享定时设备，局间不同业务的通信使用单一的局间同步链路，还能支持６４ｋｂｉｔ／ｓ速率的互联，因而是局内同步的理想结构。该节点时钟一般至少为３级或２级时钟。定时信号再由该局内的ＳＤＨ网元经ＳＤＨ传输链路送往其它局的ＳＤＨ网元。由于支路单元（ＴＵ）指针调整引起的相位变化会影响时钟的定时性能，因而通常不提倡在ＳＤＨ ＴＵ内传送一次群信号（２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ或１．５４４Ｍｂｉｔ／ｓ）局间同步分配，而直接采用高比特率的ＳＴＭ－Ｎ信号传送同步信息。

（２）局间应用

    局间同步分配一般采用类树形拓扑，使ＳＤＨ网内的所有节点都能同步。低等级的时钟只能接收更高等级或同一等级时钟的定时，这样可以避免形成定时信号的环路而造成同步不稳定。为此，设计同步分配网时应能保证，即便在故障条件下，也只有有效的高一级的时钟基准出现在该级时钟的输入。此外，设计较低等级时钟时，还应有足够宽的捕捉范围，以便自动进行捕捉并锁定。

４．２．３ ＳＤＨ网同步方式

    从工作原理上划分，ＳＤＨ网同步可以有４种不同的方式，即同步方式、伪同步方式、准同步方式和异步方式。

（１）同步方式

    在单一网络运营者所管辖的范围内，同步方式是正常工作方式，同步性能也最好。网中的所有时钟都能最终跟踪到同一个网络的基准主时钟。此时，指针调整只是由同步分配过程中不可避免的噪声所引起，呈随机性。

（２）伪同步方式

    伪同步方式网中有几个都遵守Ｇ．８１１建议要求的基准主时钟，它们具有相同的标称频率，但准确的频率仍略有差别。这样，网络中的从时钟可能跟踪于不同的基准主时钟，形成几个不同的同步网。由于各个基准主时钟之间的频率仍会有一些微小差异，因而在不同同步网边界的网元中会出现频率或相位差异，从而引起指针调整。通常，在不同网络运营者所辖网络边界，以及国际网接口处，伪同步方式是正常工作方式，其性能是满意的。

（３）准同步方式

    准同步网中有１个或多个时钟的同步路径和替代路径发生故障，就会失去所有外同步链路的节点时钟，并进入保持模式或自由运行模式工作。如果丢失同步的网络节点是执行异步映射功能的ＳＤＨ输入网关，则该节点时钟的频偏和频移将会导致整个ＳＤＨ网络连接的持续指针调整，恶化同步性能；如果丢失同步的网络节点是ＳＤＨ网络连接的最后一个网元，或者是最后一个网元处于被控状态（例如构成环路定时复用器状态）时的倒数第二个网元，则ＳＤＨ网络输出仍有指针调整，影响同步性能；如果丢失同步的是中间的网络节点，只要输入网关仍然处于与基准时钟（ＰＲＣ）同步的状态，则紧随故障节点的仍处于同步状态的网元或输出网关可以校正中间网络节点的指针，从而不会影响同步性能。

（４）异步方式

    此时，网络中将出现很大的频率偏差（即异步的含义），当时钟精度达不到ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．８１ｓ所规定的数值时，ＳＤＨ网不再维持业务量而将发送告警指示信号（ＡＩＳ）。发送ＡＩＳ所需要的时钟精度只要求有±２０×１０－６即可（适用于再生器以及所有同步输入丢失，即所有业务量丢失的其它ＳＤＨ设备）。

５ ＳＤＨ自愈网

５．１ 网络的生存性

    随着科学和技术的发展，现代社会对通信的依赖性越来越大，通信网络的生存性已成为至关紧要的问题。近几年来，一种称为自愈网的概念应运而生。所谓自愈网就是网络具备替代传输路由，无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，用户感觉不到网络已出故障。

５．２ 自愈网的类型和原理

    按照自愈网的定义可以有多种手段来实现自愈网，各种自愈网都需要考虑下面一些共同的因素：初始成本、要求恢复的业务量的比例、用于恢复任务所需的额外容量、业务恢复的速度、升级或增加节点的灵活性、易于操作运行和维护等等。下面分别予以介绍。

５．２．１ 线路保护倒换

    最简单的自愈网形式就是传统ＰＤＨ系统采用的线路保护倒换方式。其工作原理是当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端仍能接收到正常的信号而感觉不到网络已出故障。这种保护方式的业务恢复时间很快，可短于５０ｍｓ，它对于网络节点的光或电元部件失效故障十分有效。但是，当光缆被切断时（这是一种经常发生的恶性故障），往往是同一缆芯内的所有光纤（包括主用和备用）一齐被切断，上述保护方式就无能为力了。

    进一步的改进是采用地理上的路由备用。这样，当主通道路由光缆被切断时，备用通道路由上的光缆不受影响，仍能将信号安全地传输到对端。这种路由备用方法配置容易，网络管理很简单，仍保持了快速恢复业务的能力。但该方案需要至少双份的光纤光缆和设备，而且通常备用路由往往较长，因而成本较高。此外，该保护方法只能保护传输链路，无法提供网络节点的失效保护，因此主要适用于点对点应用的保护。对于两点间有稳定的较大业务量的场合，路由备用线路保护仍为一种较好的保护手段。

５．２．２环形网保护

    将网络节点连成一个环形，可以进一步改善网络的生存性，降低成本。网络节点可以是数字交叉连接设备（ＤＸＣ），也可以是分插复用器（ＡＤＭ），但通常环形网节点采用ＡＤＭ构成。利用ＡＤＭ的分插能力和智能网构成的自愈环是ＳＤＨ的特色之一，也是目前十分活跃的研究领域。

    自愈环结构可以划分为两大类，即通道倒换环和复用段倒换环，后者在北美称为线路倒换环。对于通道倒换环，业务量的保护是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个别通道信号质量的优劣而定，通常利用简单的通道ＡＩＳ信号来决定是否应进行倒换；对于复用段倒换环，业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否根据每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。当复用段出问题时，整个节点间的复用段业务信号都转向保护环。通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用。而后者往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享。据此又分为专用保护环和公用保护环。当然，复用段倒换也可以使用专用保护，但较通道倒换无明显优点。

    如果按照进环的支路信号与该支路信号分路节点返回的支路信号方向是否相同来区分，又可以将自愈环分为单向环和双向环。正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输（例如顺时钟或逆时钟）。而双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。

    如果按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分，还可以划分为二纤环和四纤环。

    按照上述各种不同的分类方法可以区分出多种不同的自愈环结构。通常通道倒换环主要工作在单向二纤方式。近来双向二纤方式的通道倒换环也开始应用，并在某些方面显示一定的优势。而复用段倒换环既可以工作在单向方式，又可以工作在双向方式，既可以二纤方式，又可以四纤方式。实用化的结构主要是双向方式。下面以４个节点的环为例，介绍４种典型结构。

（１）二纤单向通道倒换环

    单向环通常由两根光纤来实现。一根光纤用于传业务信号，称Ｓ光纤，另一根光纤用于保护，称Ｐ光纤。单向通道倒换环使用“首端桥接，末端倒换”结构。业务信号和保护信号分别由光纤Ｓ１和Ｐ１携带。在节点Ａ，进环以节点Ｃ为目的地的支路信号（ＡＣ）同时馈入到发送方向光纤Ｓ１和Ｐ１，即所谓双馈方式（１＋１保护）。其中Ｓ１光纤按顺时针方向将业务信号送至分路节点Ｃ，Ｐ１光纤按逆时针方向将同样的支路信号送至分路节点Ｃ。接收端分路节点Ｃ同时收到两个方向来的支路信号，按照分路通道信号的优劣决定选哪一路作为分路信号。正常情况下，以Ｓ１光纤送来的信号为主信号。当ＢＣ节点间光缆被切断时，两根光纤同时被切断。在节点Ｃ，由于从Ａ经Ｓ１光纤来的ＡＣ信号丢失，按通道选优准则，倒换开关将由Ｓ１光纤转向Ｐ１光纤，接收由Ａ节点经Ｐ１光纤而来的ＡＣ信号，从而使ＡＣ间业务信号仍得以维持，不会丢失。故障排除后，开关返回原来位置。

    近来，二纤双向通道环也已开始应用，其中１＋１方式与单向通道倒换环基本相同，只是返回信号沿相反方向而已，其主要优点是在无保护环或线性应用场合下具有通道复用功能，从而使总的分插业务量增加。１：１方式需要使用自动保护倒换（ＡＰＳ）字节协议，备用通道负责传送额外业务量，可选较短路由，易于查找故障。最主要的是由１：１方式可以进一步演变发展成Ｍ：Ｎ双向通道保护环，由用户决定只对某些重要业务实施保护，无需保护的通道可以在节点间重新再用，从而大大提高了可用业务容量。缺点是需要由网管系统进行管理，保护恢复时间大大增加。

（２）二纤单向复用段倒换环

    这种环形结构中的节点在支路信号分插功能前的每一高速线路上都有一保护倒换开关，如图７所示。在正常情况下，低速支路信号仅仅从Ｓ１光纤进行分插，保护光纤Ｐ１是空闲的。当ＢＣ节点间光缆被切断，与光缆切断点相邻的两个节点Ｂ和Ｃ的保护倒换开关将利用ＡＰＳ协议执行环回功能。在Ｂ节点，Ｓ１光纤上的高速线路信号（ＡＣ）经倒换开关从Ｐ１光纤返回，沿逆时针方向经Ａ节点和Ｄ节点仍然可以到达Ｃ节点，并经Ｃ节点倒换开关环回到Ｓ１光纤并落地分路。其它节点（指Ａ和Ｄ）的作用是确保Ｐ１光纤传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能，畅通无阻地传向分路节点。这种环回倒换功能可以保证维持环的连续性，使低速支路上的业务信号不会中断。故障排除后，倒换开关返回其原来位置。

（３）四纤双向复用段倒换环

    双向环通常工作在复用段倒换方式，但既可以有四纤方式，又可以有二纤方式。四纤双向环很像线性的分插链路自我折叠而成（一主一备），它有两根业务光纤（一发一收）和两根保护光纤（一发一收）。其中，业务光纤Ｓ１形成一顺时针业务信号环，业务光纤Ｓ２形成一逆时针业务信号环，而保护光纤Ｐ１和Ｐ２分别形成与Ｓ１和Ｓ２反方向的两个保护信号环，在每根光纤上都有一个倒换开关作保护倒换用。

    正常情况下，从Ａ节点进环以Ｃ节点为目的地的低速支路信号顺时针沿Ｓ１光纤传输，而由Ｃ节点进环，以Ａ节点为目的地的返回低速支路信号则逆时针沿Ｓ２光纤传回Ａ节点，保护光纤Ｐ１和Ｐ２是空闲的。

    当ＢＣ节点间光缆被切断，四根光纤全部被切断。利用ＡＰＳ协议，Ｂ和Ｃ节点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而得以维持环的连续性。在Ｂ节点，光纤Ｓ１将和Ｐ１沟通，光纤Ｓ２将和Ｐ２沟通。Ｃ节点也完成类似功能。其它节点确保光纤Ｐ１和Ｐ２上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能。其原理与前述二纤单向复用段倒换环类似。故障排除后，倒换开关返回原来位置。

    四纤环中，仅在节点失效或光缆切断时，才需要利用环回方式进行保护。而在设备或单纤出故障时，可以利用传统的复用段保护倒换方式。

（４）二纤双向复用段倒换环

     在光纤Ｓ１上的高速业务信号与光纤Ｐ２上的保护信号的传输方向完全相同。如果利用时隙交换（ＴＳＩ）技术，可以使光纤Ｓ１和光纤Ｐ２上的信号都置于一根光纤（称Ｓ１／Ｐ２光纤）。此时，Ｓ１／Ｐ２光纤的一半时隙（例如时隙１～Ｍ）用于传业务信号，另一半时隙（时隙Ｍ＋１～Ｎ，其中Ｍ≤Ｎ／２）留给保护信号。同样，Ｓ２光纤和Ｐ１光纤上的信号也可以利用时隙交换技术置于一根光纤（称Ｓ２／Ｐ１光纤上）。这样，在给定光纤上的保护时隙可用来保护另一根光纤上的反向业务信号，即Ｓ１／Ｐ２光纤上的保护信号时隙可保护Ｓ２／Ｐ１光纤上的业务信号，Ｓ２／Ｐ１光纤亦然。于是，四纤环可以简化为二纤环 .

    当ＢＣ节点间光缆被切断，与切断点相邻的Ｂ和Ｃ节点中的倒换开关将Ｓ１／Ｐ２与Ｓ２／Ｐ１光纤沟通。利用时隙交换技术，可以将Ｓ１／Ｐ２和Ｓ２／Ｐ１光纤上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙，从而完成保护倒换。例如，Ｓ１／Ｐ２光纤的业务信号时隙１～Ｍ可以转移到Ｓ２／Ｐ１光纤上的保护信号时隙Ｍ＋１～Ｎ。当故障排除后，倒换开关将返回其原来位置。由于一根光纤同时支持业务信号和保护信号，因而二纤环无法进行传统的复用段倒换保护。

    复用段倒换环中，如果实施交叉连接的节点失败，则相邻节点实施环回时，对于需要交叉连接的通道可能发生错连现象，因此节点必须有筛选功能，从而降低了它的保护能力，这是该环的缺点 。

     各种自愈环各具特点，可适应不同的网络应用。对于接入网部分，由于处于网络的边界，业务容量要求低，而且大部分业务量汇集在一个节点（端局）上，因而针对这种业务量需求，比较简单经济的通道倒换环十分适合；对于局间通信部分，由于各个节点间均有较大业务量，而且节点需要较大的业务分插能力，此时具有较大业务容量的双向环非常适合。当业务量集中在某个节点（例如枢纽局）时，通道倒换环也是可用的。至于究竟是以二纤方式还是四纤方式，则取决于容量要求和经济考虑的综合比较。通常，业务量不太大时，二纤复用段倒换环比较经济。业务量大时，四纤复用段倒换环更经济。此外，四纤环可以抗多点失效，适合大业务量应用场合；若为了降低网络成本，只对重要业务（例如信令和租用线）实施保护，则双向通道倒换环（１：１），特别是Ｍ：Ｎ保护方式有一定优势。当然，上述只是一些基本原则，实际应用还要具体分析，不能一概而论。（待续）

（收稿日期：１９９７－１１－０９）