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1、光网络保护技术介绍北研所网管开发部 王振宇一、APS概述二、APS基本原理三、APS系统实现主主 要要 内内 容容第一部分 APS概述一、保护倒换的必要性v光网络承载的业务量巨大网络一旦出现故障损失巨大随着信息业务需求的急剧增长，特别是互联网业务爆炸性的增长，要求传输速率越来越高，容量越来越大。v网络故障难以避免光纤断裂、节点失效、信号劣化等所以，需要一种快速、可靠的保护方法，提高网络的生存性，即网络出现故障时，必须有自愈功能。v网络恢复网络恢复二、保证网络的生存性的手段保护的特点保护的特点（与恢复比较）：网络生存性网络生存性（Survivability）是指当网络设备发生故障时，无需人为干预
2、，可在极短的时间内网络能够维持某种可容忍的服务水平的能力。v 网络保护网络保护利用节点间预先分配的容量实施网络保护，即当工作通道发生失效事件时，利用设备的倒换动作，使信号通过保护通路仍然保持有效。利用节点间任意可用的冗余容量实施网络中业务的恢复，可大大提高资源利用率，但速度较慢。时间快、可靠性高；资源利用率低v单通道传输容量的不断增大（2.5Gbps-10Gbps-40Gbps）比较IP层保护、ATM层保护、SDH层保护三、保护的发展趋势光网络的保护信息量的不断增加，客观要求传输网络规模的不断扩大vWDM技术的出现与发展（8波-32波-80波-160波）使得电层完成交换、选路与中继的系统出现瓶
3、颈 提供了实际组网可以灵活交换(波长级)的应用带宽v光交叉设备（波长级和链路级）的出现与发展实现光层互联的OTN成为光通讯领域的发展趋势OADM-OXC-ASTN/ASON在当前形势下，WDM光层的保护已成为发展趋势四、光层网络保护(DWDM光传送网)的优点高速简单高效透明光层设备最先检测到故障，可以更大限度减小损失它比高层的保护需要更少的协调性 可更有效地利用网络资源(光层为不同的服务层所共享)波长/链路的路由保护技术是独立于高层使用的协议的五、光网络保护技术的发展现状SDH网络的保护(电层)已较为成熟WDM光层保护正日趋完善ITU-T标准协议：G.841协议、G.842协议G.841协议描
4、述了在SDH网络上实现各种可供选用的保护结构在设备级所必须的说明 G.842协议提供了网络保护结构互连的特性 中国高速信息示范网（CAINONET）项目中的方案，基本上遵守了G.841协议，继承了原有SDH上的保护技术，并根据光网络的特殊性对协议进行了修改。ITU-T最近形成的G.gps草案 六、光网络保护的应用环境链型(Linear)或环型(Ring)网络如传统的SDH网络、WDM网络的OADM网状（Mesh）网络如OXC网络、ASTN/ASON网络且能够支持恢复七、保护倒换的分类分类标准分类标准：保护层次、保护资源类型、网络结构、W/P关系八、光网络保护的基本要求v在网络出现故障时，保护时
5、间应尽可能的短；v应能详尽区别专用保护和共享保护；v应能区别保护业务的不同粒度；v应能区别保护业务的不同优先级；v尽量使用标准协议，以增加网络的可兼容性；v本层面上的保护不应影响其它层面上的保护。九、光网络保护的关键指标倒换时间 无影响门限：50ms这种中断是透明的，几乎无影响，作为APS门限 低影响门限：200ms交换业务的连接丢失概率为5%；不影响信令网中已建立的呼叫 可恢复门限：2s交换业务的连接丢失概率将增加，数据通信会话可保持不超时，图象业务有丢帧现象，但并不严重 不可恢复门限：大于2s所有电路交换业务都将丢失连接，2s又称连接丢失门限（CDT）。第二部分 APS基本原理 1.1 1
6、+1复用段保护（并发优收）OTUOMUODUOBAOPAOTUOLAOTUODUOMUOPAOBAOTUOLAOLAOLAOPOPOTMOTMOLA OLA一、线路保护倒换1.2 1+1通道保护（并发优收）OTUOMUODUOBAOPAOTUOLAOPOP受保护的业务受保护的业务又可进一步分为设备11冗余保护和设备不冗余保护。设备冗余保护可以抵抗业务收发设备故障，相当于用设备冗余的代价增强了保护的可靠性。v保护通道/复用段是专用的，不可被其它工作通 道共享；v不需要信令的支持，实现简单；v可用于任意网络结构（点到点、环和网格网）；v可自动回复的保护（接收端OTU应冗余配置）；v缺点是带宽利用率
7、低，成本高。1.3 11保护的特点OPOTUOMUODUOBAOPAOTUOLAOLAOP比较：1:1收发倒换缺点:需要收发端协议应答.优点:多一路不受保护的业务.1.4 1:1 复用段保护-收发倒换OTUOMUODUOBAOPAOTUOLAOPOP比较：1:1收发倒换缺点:需要收发端协议应答.优点:多一路不受保护的业务.1.5 1:1 通道层保护受保护的业务受保护的业务v保 护 通 道/复 用 段 专 用，可 加 载 优 先 级 较 低 的 额 外 业务；v需要信令的支持，实现过程相对1+1方式要复杂；v可应用于环和网格网结构中；v是一种可回复性的保护；v带宽利用率较高，成本较1+1方式低。
8、1.6 1:1保护的特点1.7 1+1保护与1:1保护的主要差异v1+1保护操作简单（仅目的端倒换），1:1保护需要收发端协议应答；v1+1保护资源利用率较低（50），1:1资源利用率较高，保护通道可以加载额外业务（不受保护可被挤占）。开关矩阵工作1工作n开关矩阵1.8 m:n 保护保护1保护m业务1业务n1.9 m:n 保护的特点v保护通道是被多条工作通道所共享的；v需要信令的支持，实现过程相对要复杂；v可应用于环和网格网结构中；v是一种可回复性的保护；v带宽利用率较高，但代价是保护可靠性降低。二、环网保护倒换两纤单向复用段共享保护（ULSR）两纤单向通道共享保护（UPSR）两纤双向复用段共
9、享保护（BLSR）两纤双向通道共享保护（BPSR）四纤双向环网保护环形网络是一种常见的通信网拓扑结构。环形网络在保持较高生存性的同时更容易实现和管理。2.1 环网保护的基本概念v环的单向和双向的含义v共享保护的含义v环的长径和短径的含义单向单向：环上的所有工作业务的传送方向均沿环的同一方向（顺时针/逆时针）。双向双向：环上的工作业务的传送方向分别沿环的两个方向（顺时针和逆时针）。长径长径：远离启动桥接请求跨段（故障跨段）的路经短径短径：启动桥接请求跨段（故障跨段）所在的路经由n个工作实体共享m个保护实体（m:n）的一种保护结构。当保护实体不用于保护时，也可用来传送额外业务。2.2 两纤单向复用
10、段共享保护系统结构倒换原理2.2 两纤单向复用段/通道共享保护2.3 两纤双向复用段/通道共享系统结构倒换原理2.3.1 两纤双向复用段共享倒换原理2.3.2 两纤双向通道共享2.4 两纤单向共享与两纤双向共享的比较业务配置角度两纤单向共享环两纤单向共享环：业务只能配置在工作环上，保护环完全用于保护。两纤双向共享环两纤双向共享环：两个子环互为工作/保护关系，业务可以配置在任何子环上（工作通道）。资源利用角度两纤单向共享环两纤单向共享环：由于业务的单向配置，资源利用率低两纤双向共享环两纤双向共享环：业务可双向灵活配置，资源利用率高保护倒换角度两纤单向共享环两纤单向共享环：完全复用段级的倒换操作，
11、实现简单两纤双向共享环两纤双向共享环：需要通道/通道组级的倒换，相对复杂2.5 四纤双向共享环保护特点：特点：业务可以双向传输，倒换方式为复用段级倒换，实现简单分别包含两个相反方向传输的工作纤和保护纤，相当于两个两纤单向环的反向合并，所以资源利用率同两纤单向环；三、网状网的保护网管基本原理基本原理：分而治之，在网格拓扑中抽象出若干逻辑环或链四、保护过程中错连现象错连的定义错连的定义：错连现象产生的根源错连现象产生的根源：在发生保护倒换时，一条业务被传送到另外的节点而不是预定的节点并且没有纠正动作的情形。对于保护环的同一波长的通道，是由对应工作通道上的多条工作业务所共享的，从这个角度说，错连现象
12、的产生是共享保护的副面效应。4.1 错连现象的图示分析4.2 错连现象的压制（阻错）处理思路：处理思路：思路一：思路一：根据当前节点业务配置信息当前节点业务配置信息、网络结构和当前故障跨段情况，判定出潜在错连潜在错连的业务，关断相应业务。根据全网业务配置信息全网业务配置信息、网络结构和当前故障跨段情况，查出将会发生错连将会发生错连的业务，关断相应业务。思路二：思路二：比较：比较：思路二需要辅助信息较少，绕过了直接判别业务是否实际错连的繁琐过程，而是将问题转化为：通过判别潜在错连业务的过程，过程大大简化。4.3 阻错的实现过程分析潜在错连业务形成条件：对于一波长为1业务T1，如果它的工作路径发生
13、故障的同时，保护路径也发生故障，那么显然该业务为不可保护业务或潜在错连业务。实际错连发生条件：如果环上还存在另外一条波长为1业务T2，也因为同样的故障成为潜在错连业务，那么T1、T2将会形成实际的错连业务。阻错问题上的等价处理潜在错连业务虽然未必会导致错连，但由于其已经不可保护，所以按照错连压制掉并不会造成不良影响；通过压制潜在错连的业务，必然包含了实际错连的业务，所以可以等效处理。第三部分 APS过程实现一、基于状态的信令（K字节）处理过程任何情形下，信令通道中连续传送K字节信息，维持稳定的状态；当某一节点发生变化（网管命令、故障告警）导致系统稳态被打破时，相应节点产生新的K字节信息并插入到
14、信令队列中传送到目的节点；当其它节点检测到新的K字节时，根据协议规则进行处理，生成新的K字节插入到队列中，进行应答处理；各个节点通过反复信令应答，整个系统最终达到一个新的稳态，同时在相应节点产生倒换命令，最后发送给执行单板完成具体倒换动作。1.1 APS节点模型1.2 K字节的定义（K1字节）1.3 K字节(K2字节)1.5 APS协议执行过程1.4 基于IP包中断的信令传递方式鉴于目前基于K字节的信令传递方式中传输信息量小的局限性，引入了基于IP包的信令传递方式。特点：整个信令系统大多情形下处于一个静止的状态，即节点间无信令应答发生；当某一节点发生变化（网管命令、故障告警）时，通过IP包的形
15、式将信令信息打包，通过IP方式发到目的节点 主要优点在于信令数据的大小几乎没有限制，可以灵活地同时支持多个保护配置。二、保护倒换的节点实现2.1 APS总线结构2.2保护组模型2.2.1 节点属性字 段号字段名数 据类 型（字节）索引含义1APSID2节点的APSID2APSC_Addr4APS控制器地址3NodeNum2APSID实际数目4ApsIDArrayMAX_NODE_NUM2按顺序存放保护组包含各节点的APSID2.2.2 保护组属性字段号字段名数据类型（字节）索引含义1PGno4保护组序号，从1开始2PgType2保护组的保护类型3Restoreation2返回方式4IfSque
16、lch2是否阻错1:阻错;0:不阻错5IfSDPretect2是否信号劣化保护6WTR2恢复延时（秒）7ExtraTraffic2是否有额外业务8Enable2保护组是否使能9MucAddrN4*N保护组相关单板地址10PortNoN2*N保护组相关单板端口号11ServiceNum2本保护组对应的业务记录数目2.2.2.1 保护组端口属性（一）2.2.2.2 保护组端口属性（二）环型复用段二纤双向共享A向输入复用段检测端口11A向输入复用段检测端口22B向输入复用段检测端口13B向输入复用段检测端口24保护倒换端口5A向APR6B向APR72.2.2.3 保护组端口属性（三）字段号字段名数据
17、类型（字节）索引含义1ServiceID4该业务标识2WaveID4保护组的保护类型3Direction21：内环；2：外环4Operation2该业务在本节点的操作5AddID2本节点下路业务的上路节点的ApsID6DropID2本节点上路业务的下路节点的ApsID7AddInterWork2上路业务是否是跨环业务8DropInterWork2下路业务是否是跨环业务9AddOTUAddr4业务上路OTU之MCU地址10AddOTUPort2上路业务在上路OTU上的端口号11DropOTUAddr4业务下路OTU之MCU地址12DropOTUPort2下路业务在下路OTU上的端口号2.2.3
18、保护组业务信息2.1 两纤双向复用段共享节点结构正常状态2.2 两纤双向复用段共享节点结构倒换状态右侧区段故障，B向倒换（考虑本节点上路业务）；左侧区段故障，A向倒换（考虑本节点下路业务）。3.1 两纤双向通道共享保护节点结构正常状态3.2 两纤双向通道共享保护节点结构右侧倒换3.3 11/1：1通道共享保护3.4 保护倒换的返回式/非返回式返回式返回式：当工作路径上的故障被修复后，系统能够自动将业务从保护资源倒换回到工作资源的处理方式。3.4 WTR(Wait to Return)3.5 APR(Automatic Power Reduction)定义定义：光缆断开、设备失效或光连接器拔出等均会导致光功率丢失，出于人眼安全的考虑，在主光通道内一个光段内光功率丢失的情况下，在受限地点的所有光输出端功率应减成0dBm输出电平以下。OTUOMUODUOBAOPAOTUOLAOTUODUOMUOPAOBAOTUOLA