传输系统环形网自愈保护的探讨
摘要：SDH 环形网络因其具有自愈能力的优点, 常常用于电力系统中继网和重要的长途骨干网的建设,本文从自愈环保护的角度出发，简单介绍自愈环的工作原理为基础，并对保护方式进行分析。
关键词：SDH;PDH;自愈环;单向通道保护环;共用段共享保护环
Abstract: The SDH ring network because of its advantages of self-healing ability, often used in the construction of the relay network and long-distance backbone network of power system, this article from the self-healing protection point of view, simple working principle introduction self-healing ring as the basis, and the protection mode analysis.
Key words: SDH; PDH; self-healing ring; unidirectional path protection ring; the shared section shared protection ring
引言
随着电力系统SDH 网的不断建设, SDH 自愈环的应用日益增多。
从简单的电报电话业务，到Internet接入，远程服务，Email收发等，通信网络已经在社会、经济和人们生活中扮演着越来越重要的角色，这些都导致着电信技术的不断革新。
光纤将逐步代替铜缆，同时SDH 和WDM 技术不断成熟，也将极大地发掘出光纤所具有的巨大的带宽能力，并正在促进全光网的形成，未来的宽带网络将主要采用光纤作为传输媒质。
然而由于通信网络的故障，会给人们的生活带来极大的不方便，甚至可能使整个社会陷入瘫痪。
随着新业务的引入以及现代电信网的不断扩大，各种网络保护技术纷纷出台，这其中以环网保护技术备受瞩目。
SDH 环状网，即自愈环保护网，因为具有较完善的保护功能和较灵活的组网方式，是应用得最多的一种。
2 SDH网络基本概念和工作原理
2.1 SDH的概念和特点
SDH(Synchronous Digital Hierachy) 同步数字系列，核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN），特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分。
与传统的PDH 体制不同，SDH组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络,它采用全球统一的接口以实现设备多厂家的兼容，在全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率。
并且由于维护功能的加强,大大降低了设备的运行维护费用。
2.2 自愈环的工作原理
所谓自愈是指在网络发生故障时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内，使业务自动从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出了故障。
其基本原理是网络要具备发现替代传输路由并重新建立通信的能力。
替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。
网络具有自愈能力的先决条件是有冗余的路由、网元强大的交叉能力以及网元一定的智能。
3光传输网络自愈保护技术方案
SDH网络的自愈保护方案在实际中应用比较多，现以二纤双向复用段类型进行分析。
1.3 二纤双向复用段保护环
二纤双向复用段保护环也是陕西电力通信系统中用的较多的一种环网方式。
在二纤双向复用段保护环网中，倒换是以复用段为基础，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。
根据二纤双向复用段保护环工作原理可知，它由S1/P2 光纤与S2/P1 光纤组成。
每根光纤传输容量的一半为工作通道（S），另一半为保护通道（P），且为另一根光纤的工作通道提供反方向保护。
对于华为Metro 型SDH 光设备，倒换过程是当线路板收集到R-LOS、MS －AIS、MS－EXC 等告警信息时，将告警信息发送给主控板，主控板根据APS 协议产生K 字节,并通过线路板发送，其它节点的线路板收到K 字节后上报主控板, 由主控板完成APS 协议运行，主控板根据协议确定各节点的倒换状态, 然后下发命令到交叉板进行业务的倒换。
倒换的特点是当工作信道出现问题后,业务倒在备用信道传送；当工作信道恢复正常后,业务并不是马上倒回工作信道, 而是要等待一段时间,这是为了避免主用路由没有完全恢复而发生重复倒换，需要有1 个主用路由稳定的等待恢复时间。
设备给出了5～12 min 的选择, 为了保证业务不频繁发生切换，一般选10 min 较为合适。
从保护方式的业务传送过程可以看出，这种保护方式的优点是收、发信号同路由，故完成收、发业务时延一致，能重复使用节点间时隙，增加了整个环的传输容量，环传输容量为：k/2×STM-N（k 为网络中的节点数）。
例如当K=4，N=16时，环传输容量为4/2×16=32（VC4），适用于分散型业务，备用通道P1，P2 可传送额外业务。
缺点是它的控制逻辑是各种倒换环中最复杂的，需要使用APS 协议，而目前APS 协议尚未标准化，所以复用段倒换环目前不能满足多厂家产品兼容性的要求，倒换速度＜50 ms。
3自愈环网保护应注意的问题
3.2 二纤双向复用段保护环
使用华为Metro 型SDH 光端机组建二纤双向复用段保护环时必须注意以下问题。
1）设备软硬件版本的一致性。
由于二纤双向复用段保护环对设备的一致性要求比较严格，不同版本的设备组环可能成功，但对于增值业务，主要是以太网业务不一定支持，需要特别注意。
对于陕西电力通信网而言，大多数通信站是随着电网建设分期分批建成投运的，设备多为不同时间的产品，华为设备更新换代快，不同时期投运的设备软硬件版本差别可能较大，会给组建环网带来困难，需要在网络建设之初作好规划，尽量将新旧设备在组网前升降级成相同版本。
软件的升降级比较容易，但软件升级的前提是必须在硬件版本允许的情况下才能进行升级，如果硬件版本不满足软件升级的条件，则需要更换相应的硬件板件。
2）对偶槽位的使用。
由于二纤双向复用段保护环需要使用APS协议，而APS协议是由K 字节来传送的，例如在2.5G设备上，5和6槽位、9和10槽位为S16 光板的对偶槽位。
在对偶槽位之间有1条数据线,传送K1，K2 字节。
当发生复用段倒换时，线路板收集告警并送给主控板，主控板下达倒换命令给交叉板，由交叉板执行倒换。
所以在组建二纤复用段环网时，要求参与组环的光板必须插在对偶槽位上，以便当主控板不在位时，两方向的对偶槽位光板仍能交换信息。
3）网元数量的限制。
由于二纤复用段环网发生保护倒换时要使用APS 协议，而APS 协议需要在K1，K2 字节中传送，K1，K2 字节中每个字节的作用如图1所示。
图1 K1、K2字节的含义
K1中目的节点标示码b5-b8，共4位，由此看出在二纤复用段保护环中，最大节点数只能为16，所以在组建二纤复用段环网时，网元的数量不能超过16。
环网长度不能超过1200 km。
（基于T=TF+TAPS+ TKL +TKLE+TB+TSP+TSPE 计算公式计算出在倒换时间＜50 ms 时，环网长度不能超过1200 km）。
4）扩容问题。
二纤双向复用段在组建成功后，如果需要增加1 个节点，则对环上每个节点的参数进行重新改写并下发，而在对参数重新改写时必须先删除原来各网元上的逻辑系统，也就是说必须先将运行的业务删除，将数据改写完毕后重新下发，尽管做起来不要太长的时间，但必须中断业务，对于传送重要业务的通信网来说是比较麻烦的，所以在建环之初要规划好网元的数量，一旦环网组建成功，轻易不要增加或减少环上的网元数，以免造成不必要的业务中断。
5）二纤双向复用段保护环。
在这种组网方式中（以2.5G设备为例），由于
1台设备在组成环网时仅使用2 块2.5G光板，所以在1台设备上可同时组建2个2.5G容量的环网，而且2 环上的业务可以互通，业务配置很简单。
由于保护倒换时要使用APS 协议，环网对节点数和传输距离均有严格的限制，所以组建过程比较复杂。
另外，环网上每个传输方向光纤的容量一半分配给业务通道，另一半留给保护通道，不支持155 M 设备的组网。
对于陕西电网的330kV变电站，2站间的距离在城市附近相对较近，一般是在50 km以内，而在边远地区，2站之间均在50 km 以上，甚至更远。
2站点间继电保护信号的传送无法用裸纤实现，需要通信设备为继电保护装置提供复用2 M通道，而继电保护通道要求收、发信号必须同路径，具有相同的时延，所以主干光纤网络在组建环网时必须选择双向复用段保护方式，而且环网的站点、长度必须控制在限制的范围内。
3 小结
要组建大型的自愈环保护网络，所涉及的问题是非常广泛而复杂的，SDH 网络的性能、可靠性和经济性在很大程度上与所使用的网络拓扑结构有关，而根据本地区网络结构和业务类型的需要，合理规划，既满足目前需要，又具有可持续发展的光纤自愈保护方式是提升传输网架结构的重要手段，也是保证通信网安全运行的基础。
因此，必须因地制宜，兼顾各方面的因素，才能使组建的光纤自愈网从经济、安全、可靠性等方面达到最优。
参考文献
[1]胡先志.构建高速通信光网络关键技术[M].北京:电子工业出版社, 2008.
[2]王利群，李云山.光网络技术[M].北京:北方交通大学出版社.2003;
[3]韦乐平.SDH自愈环结构的分析与比较[J].电信科学.1996（6）。
