RPR over SDH中保護機制的研究

2019-11-03 09:04:49

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供稿：網(wǎng)友

熊永權(quán) 敖發(fā)良熊艷清
桂林電子工業(yè)學(xué)院通信與信息工程系

　　摘要本文在介紹并比較SDH和RPR保護倒換機制的基礎(chǔ)上，分析了目前應(yīng)用于RPR over SDH 的保護倒換方案，并指出了實現(xiàn)RPR over SDH保護倒換有待解決的問題。

　　關(guān)鍵詞 RPR SDH 網(wǎng)絡(luò)保護

1 引言

　　目前，用于基礎(chǔ)承載的城域網(wǎng)多采用SDH技術(shù)。SDH技術(shù)對TDM業(yè)務(wù)來說，是一種很好的解決方案，但在傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，卻面臨著諸多問題。首先，由于POS、EOS等技術(shù)，是將幀長可變的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)映射到幀長固定的同步網(wǎng)絡(luò)上，適配成本很高；其次，點到點的業(yè)務(wù)通路分配模式不能適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)特性，從而造成大量帶寬的閑置；再次，單一的TDM通路僅向所有業(yè)務(wù)提供一種服務(wù)質(zhì)量，使得非TDM業(yè)務(wù)的傳送成本大大增高，而事實上，各種業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求不盡相同；最后，由于承載網(wǎng)是環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而數(shù)據(jù)網(wǎng)為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種差異也將造成帶寬資源的嚴(yán)重浪費。

　　因此，新一代的城域網(wǎng)迫切需要一種可以同時提供數(shù)據(jù)、話音、視頻等綜合業(yè)務(wù)的傳輸平臺即MSTP。而吸收了SDH、ATM和吉比特以太網(wǎng)的最好特性的彈性分組環(huán)（RPR）正是這樣的一種解決方案。RPR優(yōu)良的特性主要體現(xiàn)在其彈性上，也即：網(wǎng)絡(luò)生存能力的彈性，它具有小于50ms的環(huán)保護機制；帶寬的彈性，它支持空間復(fù)用技術(shù)，環(huán)路帶寬利用因子為2，且支持統(tǒng)計復(fù)用特性，可容納高于環(huán)路帶寬5~10倍的業(yè)務(wù)量；服務(wù)質(zhì)量的彈性，它可根據(jù)需求提供多個服務(wù)質(zhì)量等級；組網(wǎng)能力的彈性，它可根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)情況采用裸光纖或已有SDH通路組網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)管理的彈性，節(jié)點具有智能，具有拓?fù)渥詣痈潞蜆I(yè)務(wù)自動配置的能力。因此RPR無疑將成為新一代城域網(wǎng)技術(shù)的首選[1]。

　　盡管RPR是實現(xiàn)城域網(wǎng)MSTP的最佳解決方案，但基于以下原因，純粹的RPR網(wǎng)絡(luò)還不能在近期內(nèi)被大量部署。首先，SDH在近幾年已經(jīng)被大量采用，在SDH上仍然有充足的帶寬資源可以利用；其次，RPR網(wǎng)絡(luò)在傳送TDM業(yè)務(wù)時，在時延、抖動等性能方面還無法與SDH媲美；第三，在很多城市，尤其是大中型城市，因為鋪設(shè)光纜的成本很高，光纖資源相對緊張。因此，在相當(dāng)長的時間內(nèi)采用RPR over SDH實現(xiàn)MSTP將是理想的選擇。

　　RPR over SDH是從傳統(tǒng)的SDH平臺向數(shù)據(jù)和TDM混合傳輸平臺的擴展，在SDH的傳輸通道，根據(jù)實際應(yīng)用需要設(shè)定傳輸TDM的VC通道和傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的RPR通道。在實際當(dāng)中，它將RPR功能集成在一塊或多塊單板上，將RPR單元板插入SDH設(shè)備相應(yīng)子架的槽位中，并通過它對接入的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行高效的處理[2]。

　　SDH的保護分為通道（SNC）保護、和復(fù)用段環(huán)（MSP-ring）保護兩種保護方式，而RPR的保護包括源路由（steering）保護、和回繞（wrapping）保護兩種保護方式。因此在不同的情況下，研究采用何種保護機制，并使之協(xié)調(diào)工作，將具有重要的意義。

2 SDH的保護機制

　　SDH的保護屬于物理層的技術(shù)，它通過冗余的帶寬和冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的保護切換，使得網(wǎng)上因網(wǎng)絡(luò)失效而受影響的業(yè)務(wù)能夠自動恢復(fù)。SDH的保護切換可以劃分為兩類，即通道（SNC）保護、和復(fù)用段環(huán)（MSP-ring）保護。對于通道保護環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護是以通道為基礎(chǔ)的，并通常利用簡單的通道告警指示AIS信號來決定是否應(yīng)進行倒換。而對于復(fù)用段倒換環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否按每一對節(jié)點間的復(fù)用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定。另外，按照進入環(huán)的支路信號與由該支路信號分路節(jié)點返回的支路信號方向是否相同來區(qū)分，可以將SDH環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)。單向環(huán)中所有業(yè)務(wù)信號按同一方向在環(huán)中傳輸，而雙向環(huán)中，進入環(huán)的支路信號按一個方向傳輸，由該支路信號分路的節(jié)點返回的信號按相反方向傳輸。按照一對節(jié)點間所用光纖的最小數(shù)量來區(qū)分，還可以劃分為二纖環(huán)和四纖環(huán)。通常，通道倒換環(huán)主要工作在單向二纖方式。而復(fù)用段倒換環(huán)既可以工作在單向方式，又可以工作在雙向方式；既可以是二纖方式，又可以是四纖方式。兩者的區(qū)別體現(xiàn)在前者往往使用專用保護，即正常情況下保護段也在傳業(yè)務(wù)信號，保護時隙為整個環(huán)專用；后者往往使用公用保護，即正常情況下保護段是空閑的，保護時隙由每對節(jié)點共享。通常對于接入網(wǎng)部分，由于處于網(wǎng)絡(luò)的邊界處，業(yè)務(wù)容量要求低，而且大部分業(yè)務(wù)量匯集在一個節(jié)點（端局）上，采用通道倒換環(huán)比較適合，并且通道倒換環(huán)還有一個優(yōu)點，即可以有選擇地決定某些通道保護，某些不保護。這樣在實際網(wǎng)絡(luò)中，由于往往有其他保護方式（諸如業(yè)務(wù)量路由分?jǐn)偦駾XC恢復(fù)）需要1+1保護的通道量并不很大，此時通道保護環(huán)就比較經(jīng)濟了；而當(dāng)局間通信各節(jié)點之間均有較大業(yè)務(wù)量，而且節(jié)點需要較大的業(yè)務(wù)量分插能力時，具有較大業(yè)務(wù)量的雙向復(fù)用段倒換環(huán)比較合適 [3]。

3 RPR的保護機制

　　RPR的保護協(xié)議屬于媒體接入控制（MAC）的子層。它是由順時針和逆時針兩個傳輸方向的光環(huán)組成的。RPR的保護不需要專用的帶寬備份，其中的兩個環(huán)均可用于傳送數(shù)據(jù)，且可相互用作備份。它通過在環(huán)上廣播倒換控制消息的方式，使環(huán)上所有的節(jié)點確知發(fā)生故障的路由或節(jié)點。RPR的回繞（wrapping）保護倒換機制和源路由（steering）保護倒換機制都能滿足RPR網(wǎng)絡(luò)保護的要求。對于回繞保護，如果設(shè)備失效，從失效點進出的業(yè)務(wù)將回繞到沿反方向發(fā)送的環(huán)上。在保護倒換協(xié)議的控制之下，保護回繞發(fā)生于與故障點相鄰的站點。業(yè)務(wù)流將通過回繞保護從失效點重選路由。此時的路由不是最優(yōu)化的路由，隨后，隨著新的環(huán)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，一個新的優(yōu)化的數(shù)據(jù)通道將會啟用。但拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和隨后的優(yōu)化路徑選擇已不屬于保護倒換協(xié)議的范疇。也就是說，在回繞保護方式中，當(dāng)故障附近的節(jié)點診斷到故障環(huán)后，則停止使用該環(huán)，將該環(huán)的負(fù)載簡單地回繞到另一環(huán)上，保證網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)可用；而源路由保護的做法是，環(huán)上所有節(jié)點得知故障信息后，發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點有權(quán)選擇在哪個環(huán)上發(fā)送數(shù)據(jù)，最終繞過故障點。對于源路由保護，當(dāng)檢測到失效時，該站點不會回繞失效的跨距段。而是保護請求消息被發(fā)送給所有的站點來指示鏈路的失效，就像在回繞保護倒換方案一樣。當(dāng)站點接收到指示某個失效的保護請求消息后，它們的源路由數(shù)據(jù)庫將相應(yīng)被更新。它將負(fù)責(zé)將每個源站點的業(yè)務(wù)從環(huán)0或者環(huán)1轉(zhuǎn)移到另外一個單向環(huán)，而避開失效的鏈路。值得注意的是，在源站點的源數(shù)據(jù)庫沒有更新之前，發(fā)往失效點遠(yuǎn)端某一站點的包將繼續(xù)沿單環(huán)傳送，從而這些包將可能在失效點丟失[4]。

4 RPR over SDH 的保護機制

　　通過上面的介紹我們不難看出，RPR的源路由保護和回繞保護方式，與SDH的通道保護、復(fù)用段環(huán)保護的工作方式有些類似。但兩者在網(wǎng)絡(luò)工作層次、保護控制方式、帶寬利用率等方面都存在較大差異。所以在不同的情況下，研究采用何種保護機制并使之協(xié)調(diào)工作，將具有重要的意義。

　　在RPR over SDH中，傳輸TDM的VC通道繼承所有SDH的特性，其保護倒換遵從標(biāo)準(zhǔn)的SDH環(huán)保護方式，從而保證了TDM傳輸?shù)腝oS；而著眼于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)腞PR通道則可以遵循SDH的保護方式或RPR的保護倒換方式，或者二者的有機結(jié)合。

　　目前提議用于RPR over SDH網(wǎng)絡(luò)的保護方案主要包括以下兩個方面：第一，當(dāng)RPR建立在沒有保護的SDH路由中，或者SDH中所有通道均用于RPR業(yè)務(wù)的情形下，啟動RPR的保護機制對網(wǎng)絡(luò)進行保護。第二，在其他大多數(shù)RPR over SDH的網(wǎng)絡(luò)情形下，則應(yīng)該使二者協(xié)調(diào)工作，而不是同時工作。當(dāng)光纖切斷時，一般因為SDH復(fù)用段保護的優(yōu)先級比較高，SDH復(fù)用段保護功能會自動啟用。其實現(xiàn)方式是讓參與RPR傳輸?shù)腣C時隙也進行SDH復(fù)用段保護，而RPR保護功能被凍結(jié)，并在RPR中設(shè)置一個等待時間因子，一旦SDH的復(fù)用保護不起作用，就啟用RPR的保護[5, 6]。我們知道，參與RPR傳輸?shù)腣C時隙的備用時隙往往也傳輸數(shù)據(jù)，而不是像普通的SDH時隙那樣將備用時隙空閑起來用來保護。由于空閑時隙中傳送了業(yè)務(wù)，在SDH進行保護倒換時將對RPR業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。在極端的情況下，甚至?xí)绊懙揭恍┬枰逹oS的業(yè)務(wù)，如RPR中的快速傳送業(yè)務(wù)（EF）、保障傳輸（AF）業(yè)務(wù)等。另外，等待時間因子是設(shè)計RPR over SDH 保護機制的重要參數(shù)，它與RPR中所傳送業(yè)務(wù)所屬的類型、故障類型，包括強制切換FS，信號丟失SF（如LOS、LOF、LAIS、EBER SF等），信號裂化SD，待恢復(fù)WTR均有緊密的聯(lián)系。如何設(shè)定等待時間因子的值，以實現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)工作也需要做更深入的研究。

5 結(jié)語

　　目前，人們對SDH的保護機制已經(jīng)了解得相當(dāng)透徹。對RPR保護機制的研究也正在緊張地進行中。但對于RPR over SDH的保護方式，尤其是在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)類型、故障狀態(tài)等情況下，使RPR和SDH的保護機制協(xié)調(diào)地工作，并最大程度地提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和有效性等方面，還沒有深入的研究。如何根據(jù)保護機制和原理的不同，建立RPR和SDH保護協(xié)調(diào)的工作方式和流程，確定流程中的重要參數(shù)，包括等待時間因子的設(shè)定等，將是值得探討的課題。

參考文獻

[1] IEEE 802.17 Resilient Packet Ring Working Group Website . http://grouper.ieee.org/groups/802/17/

[2] Busi I，Bordogna M A，Olsson R，Peng H . Mapping of RPR over SONET/SDH . July 2001

[3] 牟濱, 陶智勇. 彈性分組環(huán)的兩種保護方式研究 . 光通信研究, 2003(2)

[4] 譚卉 . SDH自愈環(huán)及其在光接入網(wǎng)中的應(yīng)用 . 2001, 12, 06, http://www.dxwh.com.cn　

[5] Busi I, ｅｔａｌ . Topology and protection issues，Jan 2002

[6] 張成良 . 第三代城域網(wǎng)MSTP關(guān)鍵技術(shù)綜述 . 中國電信北京研究院，2003

熊永權(quán)，男，1972年生。桂林電子工業(yè)學(xué)院碩士研究生。研究方向為光通信技術(shù)和通信網(wǎng)。

----《中國數(shù)據(jù)通信》