专注SIP通讯产品与方案

ADM自愈环的原理与应用

1.线路保护倒换的原理与应用
       线路保护倒换是最简单的自愈网形式,基本原理是:当出现故障时,由工作通道倒换到保护通道,使业务得以继续传送。线路保护倒换的特点是:业务恢复时间短(小于50ms),但若工作段和保护段属同缆复用,则有可能导致工作光纤(主用)和保护光纤(备用)同时因意外
再生段复用段和通道示意图
图8.25再生段、复用段和通道示意图
故障而被切断,此时可采用地理上的路由保护来解决,这种方式称为分路由的APS结构(APS/DP),即工作光纤和保护光纤在不同路由的光缆中,因此这种结构可以对光缆断裂提供保护。APS/DP可以分为1:N/DP和1:1/DP两种结构,其APS规约与基本APS完全相同。线路保护倒换的成本较高,因而主要适用于有稳定大业务量的点到点的应用场合。下面分析线路保护(复用段保护MSP)的基本原理。
(1) 1+1方式
       如图26(a)所示,1+1方式采用并发优收,即工作段和保护段在发送端永久地连在一起(桥接),而在接收端根据故障情况择优选择接收性能良好的信号。图8.26中的MSA为复用段适配,MST为复用段终端,RST为再生段终端,SPI为SDH物理接口。
线路保护倒换
图26     线路保护倒换
(2) 1:N方式
        如图26(b)所示,保护段(1个)由N个工作段共用,当其中任意一个出现故障时,均可倒至保护段(利用APS协议)。其中1;1方式是1:N方式的一个特例。
(3) 双局汇接
        线路保护倒换结构对节点失效时的业务保护无能为力,但在接入网等具有典型汇接特点的网络中,对汇接节点的保护又尤为重要。此时可釆用双局汇接的方式,即将需要保护的业务分成两部分,分别送到2个汇接局进行汇接,这样,即使其中之一的汇接节点发生失效,网络中仍然有部分业务保留(优先级较高的业务)。
2.ADM自愈环的原理与应用
      所谓自愈环(SHR),一般是指采用分插复用器(ADM)组成环型网实现自愈的一种保护方式(见图27)。按自愈环结构分类,有通道保护环和复用段保护环;按光纤数量分类,有二纤环和四纤环;按接收和发送信号的传输方向分类,有单向环和双向环。
ADM自愈环
图27    ADM自愈环
       对于通道保护环,它保护的单位是通道(对STM-1为VC-12,对STM4为VC-12或VC-4,对STM-16为VC-4),倒换与否以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定,一般利用告警指示信号(AIS)来决定是否应进行倒换。这种环属专用保护,保护时隙为整个环专用,在正常情况下,保护段往往也传业务信号。
       对于复用段保护环,业务量的保护是以复用段为基础的,倒换与否按每一对节点间复用段信号质量的优劣而定。当复用段出故障时,整个节点间的复用段业务信号都转向保护段。复用段保护环需要采用自动保护倒换(APS)协议,从性质上来看,多属于共享保护,即保护时隙由每一个复用段共享,正常情况下,保护段往往是空闲的。复用段保护环也有采用专用保护方式的,但目前用得很少。
       自愈环具有良好的生存性和很短的恢复时间,但容易受到业务增长的影响,因此主要用于业务增长率比较稳定,增长速度比较缓慢的场合。
下面介绍目前常用的4种自愈环结构。
(1)二纤单向通道保护环
        二纤单向通道保护环(Two-fiberUnidirectionalPathProtectionRings)釆用2根光纤实现,其中一根用于传业务信号,称W1光纤;另一根用于保护,称Pl光纤(见图28)。基本原理釆用1+1的保护方式(首端桥接,末端倒换),即利用W1光纤和P1光纤同时携带业务信号并分别沿两个方向传输,但接收端只择优选取其中的一路。
       例如,节点A至节点C进行通信(AC)。首先将要传送的支路信号同时馈入W1和Pl,其中W1沿顺时针方向将该业务信号送到C,而P1沿逆时针方向将同样的信号作为保护信号也送到C,接收节点C同时收到两个方向的支路信号,按其优劣决定选取其中一路作为接收信号。正常情况下,W1中为主信号,因此在节点C先接收来自W1的信号。节点C至节点A的通信(CA)同理。
二纤单向通道保护环
图28二纤单向通道保护环
       若BC节点间光缆中的这两根光纤同时被切断,则来自W1的AC信号丢失,按接收时择优选取的准则,在节点C将通过开关转向接收来自P1的信号,从而使AC业务信号得以维持,不会丢失。故障排除后,开关通常返回原来位置。
       另外,从实现功能上看,此种保护属子网连接保护类型;从容量上看,环的业务容量等于所有进入环的业务量的总和,即节点处ADM的容量为STM-N。
(2)二纤双向通道保护环
       二纤双向通道保护环(Two-FiberBidirectionalPathProtectionRings)仍采用2根光纤,并可分为1+1和1:1两种方式,其中1+1方式与单向通道保护环基本相同(并发优收),只是返回信号沿相反方向(双向)而已,其主要优点是可利用相关设备在无保护环或将同样ADM设备应用于线性场合下具有通道再利用的功能,从而增加总的分插业务量。
       图29表示出了釆用1+1方式的二纤双向通道保护环的结构,从图中不难分析出,正常情况下和光缆断裂情况下业务信号的传输与保护。
二纤双向通道保护环
图29     二纤双向通道保护环
       二纤双向通道保护也可采用1:1方式.即在保护通道中可传送额外业务量,只在故障出现时,才从工作通道转向保护通道。这种结构的特点是:虽然需要采用APS协议,但可传送额外业务量,可选较短路由,易于査找故障等。尤其重要的是,它由1:1方式进一步演变成M:N方式,由用户决定只对哪些业务实施保护,无须保护的通道可在节点间重新启用,从而大大提高了可用业务容量。缺点是:需由网管系统进行管理,保护恢复时间大大增加。
       如图30所示,四纤双向复用段共享保护环(Four-fiberMSSharedProtectionRings)在每个区段(节点间)釆用2根工作光纤(一发一收,W1和W2)和2根保护光纤(一发一收,P1和P2),其中W1和W2分别沿顺时针和逆时针双向传输业务信号,而P1和P2分别形成对W1和W2的两个反方向的保护环,在每一节点上都有相应的倒换开关作为保护倒换之用。这种结构的最大业务容量可达单个ADM容量的K倍(K为节点数),即KSTM-N。
它的自愈原理如下所述。
四纤双向复用段共享保护环
图30   四纤双向复用段共享保护环
       正常情况下,节点A至节点C的信号(AC)沿W1顺时针传至节点C,节点C至节点A的信号(CA)沿W2逆时针传至节点A,P1和P2中空闲。
       当BC节点间光缆中的这两根光纤全部被切断时,利用APS协议,在B和C节点中各有两个倒换开关执行环回功能,维持环的连续性,即在B节点,W1和P1沟通,W2和P2沟通。C节点也完成类似功能。其他节点则确保光纤P1和P2上传送的业务信号在本节点完成正常的桥接功能。从图30中所示的信号走向,不难分析出维持信号继续传输的道理。当故障排除后,倒换开关通常返回原来位置。
       四纤双向复用段共享保护环具有两种功能,其一是环倒换,即当环倒换时,受影响区段的业务量,由环的长通道的保护通道来传送;其二是区段倒换,它是一种类似于1:1线性APS的保护机制,仅用于四纤环。其工作和保护通路不在同一根光纤中传输,失效只影响工作通路。当区段倒换时,工作业务量由该失效区段的保护通路来传送,但两者同时发生时,支持优先级高的。多个区段倒换可以在一个环内同时存在,对每一个区段倒换而言,仅占用了一个区段的保护通路。对多个失效的情况(这些仅影响一个区段的工作通路,如仅是工作通路的电气故障和光缆切断),可以用区段倒换来得到完全保护。
(4)二纤双向复用段共享保护环
       二纤双向复用段共享保护环(Two-FiberMSSharedProtectionRings)采用了时隙交换(TSI)技术,如图31所示。在一根光纤中同时载有工作通路W1和保护通路P2;在另一根光纤中同时载有工作通路W2和保护通路P1。
二纤双向复用段共享保护环
图31     二纤双向复用段共享保护环
       每条光纤上的一半通路规定载送工作通路(W),另一半通路载送保护通路(P),在一条光纤的工作通路(S1),由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路(P1)来保护;反之亦然.
       对于传送STM-N的二纤双向复用段共享保护环,实现时是利用W1/P2光纤中的一半AU-4时隙(如从时隙1到N/2)传送业务信号,而另一半时隙(从时隙N/2+1到N)留给保护信号。另一根光纤W2/P1也同样处理。也就是说,编号为⑴的AU-4工作通路由对应的保护通路在相反方向的第N/2+m个AU-4来保护。
       当光纤断裂时,可通过节点B的开关倒换,将W1/P2光纤上的业务信号时隙(1到N/2)移到W2/P1光纤上的保护信号时隙(N/2+1到N);通过节点C的开关倒换,将W2/P1光纤上的业务信号时隙(1到N/2)移到W1/P2光纤上的保护信号时隙(N/2+1到N)。于是,图8.30所示的四纤环可简化为图8.31所示的二纤环,但容量仅为四纤环的一半。当故障排除后,倒换开关通常返回原来位置。由于在一根光纤中同时支持业务信号和保护信号,因而二纤双向复用段保护环无法采用传统的复用段保护倒换方式。