RPR over SDH中保护机制的研究

2019-11-03 09:04:49

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供稿：网友

熊永权敖发良熊艳清
桂林电子工业学院通信与信息工程系

　　摘要本文在介绍并比较SDH和RPR保护倒换机制的基础上，分析了目前应用于RPR over SDH 的保护倒换方案，并指出了实现RPR over SDH保护倒换有待解决的问题。

　　关键词 RPR SDH 网络保护

1 引言

　　目前，用于基础承载的城域网多采用SDH技术。SDH技术对TDM业务来说，是一种很好的解决方案，但在传送数据业务时，却面临着诸多问题。首先，由于POS、EOS等技术，是将帧长可变的数据业务映射到帧长固定的同步网络上，适配成本很高；其次，点到点的业务通路分配模式不能适应数据业务的突发特性，从而造成大量带宽的闲置；再次，单一的TDM通路仅向所有业务提供一种服务质量，使得非TDM业务的传送成本大大增高，而事实上，各种业务对服务质量的要求不尽相同；最后，由于承载网是环路拓扑结构而数据网为星型拓扑结构，这种差异也将造成带宽资源的严重浪费。

　　因此，新一代的城域网迫切需要一种可以同时提供数据、话音、视频等综合业务的传输平台即MSTP。而吸收了SDH、ATM和吉比特以太网的最好特性的弹性分组环（RPR）正是这样的一种解决方案。RPR优良的特性主要体现在其弹性上，也即：网络生存能力的弹性，它具有小于50ms的环保护机制；带宽的弹性，它支持空间复用技术，环路带宽利用因子为2，且支持统计复用特性，可容纳高于环路带宽5~10倍的业务量；服务质量的弹性，它可根据需求提供多个服务质量等级；组网能力的弹性，它可根据实际网络情况采用裸光纤或已有SDH通路组网；网络管理的弹性，节点具有智能，具有拓扑自动更新和业务自动配置的能力。因此RPR无疑将成为新一代城域网技术的首选[1]。

　　尽管RPR是实现城域网MSTP的最佳解决方案，但基于以下原因，纯粹的RPR网络还不能在近期内被大量部署。首先，SDH在近几年已经被大量采用，在SDH上仍然有充足的带宽资源可以利用；其次，RPR网络在传送TDM业务时，在时延、抖动等性能方面还无法与SDH媲美；第三，在很多城市，尤其是大中型城市，因为铺设光缆的成本很高，光纤资源相对紧张。因此，在相当长的时间内采用RPR over SDH实现MSTP将是理想的选择。

　　RPR over SDH是从传统的SDH平台向数据和TDM混合传输平台的扩展，在SDH的传输通道，根据实际应用需要设定传输TDM的VC通道和传输数据业务的RPR通道。在实际当中，它将RPR功能集成在一块或多块单板上，将RPR单元板插入SDH设备相应子架的槽位中，并通过它对接入的数据业务进行高效的处理[2]。

　　SDH的保护分为通道（SNC）保护、和复用段环（MSP-ring）保护两种保护方式，而RPR的保护包括源路由（steering）保护、和回绕（wrapping）保护两种保护方式。因此在不同的情况下，研究采用何种保护机制，并使之协调工作，将具有重要的意义。

2 SDH的保护机制

　　SDH的保护属于物理层的技术，它通过冗余的带宽和冗余的网络设备来实现网络的保护切换，使得网上因网络失效而受影响的业务能够自动恢复。SDH的保护切换可以划分为两类，即通道（SNC）保护、和复用段环（MSP-ring）保护。对于通道保护环，业务量的保护是以通道为基础的，并通常利用简单的通道告警指示AIS信号来决定是否应进行倒换。而对于复用段倒换环，业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。另外，按照进入环的支路信号与由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，可以将SDH环分为单向环和双向环。单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输，而双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路的节点返回的信号按相反方向传输。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。通常，通道倒换环主要工作在单向二纤方式。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；既可以是二纤方式，又可以是四纤方式。两者的区别体现在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；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。通常对于接入网部分，由于处于网络的边界处，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，采用通道倒换环比较适合，并且通道倒换环还有一个优点，即可以有选择地决定某些通道保护，某些不保护。这样在实际网络中，由于往往有其他保护方式（诸如业务量路由分摊或DXC恢复）需要1+1保护的通道量并不很大，此时通道保护环就比较经济了；而当局间通信各节点之间均有较大业务量，而且节点需要较大的业务量分插能力时，具有较大业务量的双向复用段倒换环比较合适 [3]。

3 RPR的保护机制

　　RPR的保护协议属于媒体接入控制（MAC）的子层。它是由顺时针和逆时针两个传输方向的光环组成的。RPR的保护不需要专用的带宽备份，其中的两个环均可用于传送数据，且可相互用作备份。它通过在环上广播倒换控制消息的方式，使环上所有的节点确知发生故障的路由或节点。RPR的回绕（wrapping）保护倒换机制和源路由（steering）保护倒换机制都能满足RPR网络保护的要求。对于回绕保护，如果设备失效，从失效点进出的业务将回绕到沿反方向发送的环上。在保护倒换协议的控制之下，保护回绕发生于与故障点相邻的站点。业务流将通过回绕保护从失效点重选路由。此时的路由不是最优化的路由，随后，随着新的环拓扑发现，一个新的优化的数据通道将会启用。但拓扑发现和随后的优化路径选择已不属于保护倒换协议的范畴。也就是说，在回绕保护方式中，当故障附近的节点诊断到故障环后，则停止使用该环，将该环的负载简单地回绕到另一环上，保证网络继续可用；而源路由保护的做法是，环上所有节点得知故障信息后，发送数据的源节点有权选择在哪个环上发送数据，最终绕过故障点。对于源路由保护，当检测到失效时，该站点不会回绕失效的跨距段。而是保护请求消息被发送给所有的站点来指示链路的失效，就像在回绕保护倒换方案一样。当站点接收到指示某个失效的保护请求消息后，它们的源路由数据库将相应被更新。它将负责将每个源站点的业务从环0或者环1转移到另外一个单向环，而避开失效的链路。值得注意的是，在源站点的源数据库没有更新之前，发往失效点远端某一站点的包将继续沿单环传送，从而这些包将可能在失效点丢失[4]。

4 RPR over SDH 的保护机制

　　通过上面的介绍我们不难看出，RPR的源路由保护和回绕保护方式，与SDH的通道保护、复用段环保护的工作方式有些类似。但两者在网络工作层次、保护控制方式、带宽利用率等方面都存在较大差异。所以在不同的情况下，研究采用何种保护机制并使之协调工作，将具有重要的意义。

　　在RPR over SDH中，传输TDM的VC通道继承所有SDH的特性，其保护倒换遵从标准的SDH环保护方式，从而保证了TDM传输的QoS；而着眼于数据业务传输的RPR通道则可以遵循SDH的保护方式或RPR的保护倒换方式，或者二者的有机结合。

　　目前提议用于RPR over SDH网络的保护方案主要包括以下两个方面：第一，当RPR建立在没有保护的SDH路由中，或者SDH中所有通道均用于RPR业务的情形下，启动RPR的保护机制对网络进行保护。第二，在其他大多数RPR over SDH的网络情形下，则应该使二者协调工作，而不是同时工作。当光纤切断时，一般因为SDH复用段保护的优先级比较高，SDH复用段保护功能会自动启用。其实现方式是让参与RPR传输的VC时隙也进行SDH复用段保护，而RPR保护功能被冻结，并在RPR中设置一个等待时间因子，一旦SDH的复用保护不起作用，就启用RPR的保护[5, 6]。我们知道，参与RPR传输的VC时隙的备用时隙往往也传输数据，而不是像普通的SDH时隙那样将备用时隙空闲起来用来保护。由于空闲时隙中传送了业务，在SDH进行保护倒换时将对RPR业务产生影响。在极端的情况下，甚至会影响到一些需要高QoS的业务，如RPR中的快速传送业务（EF）、保障传输（AF）业务等。另外，等待时间因子是设计RPR over SDH 保护机制的重要参数，它与RPR中所传送业务所属的类型、故障类型，包括强制切换FS，信号丢失SF（如LOS、LOF、LAIS、EBER SF等），信号裂化SD，待恢复WTR均有紧密的联系。如何设定等待时间因子的值，以实现二者的协调工作也需要做更深入的研究。

5 结语

　　目前，人们对SDH的保护机制已经了解得相当透彻。对RPR保护机制的研究也正在紧张地进行中。但对于RPR over SDH的保护方式，尤其是在不同的网络结构、业务类型、故障状态等情况下，使RPR和SDH的保护机制协调地工作，并最大程度地提高网络的可靠性和有效性等方面，还没有深入的研究。如何根据保护机制和原理的不同，建立RPR和SDH保护协调的工作方式和流程，确定流程中的重要参数，包括等待时间因子的设定等，将是值得探讨的课题。

参考文献

[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] 牟滨, 陶智勇. 弹性分组环的两种保护方式研究 . 光通信研究, 2003(2)

[4] 谭卉 . SDH自愈环及其在光接入网中的应用 . 2001, 12, 06, http://www.dxwh.com.cn　

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

[6] 张成良 . 第三代城域网MSTP关键技术综述 . 中国电信北京研究院，2003

熊永权，男，1972年生。桂林电子工业学院硕士研究生。研究方向为光通信技术和通信网。

----《中国数据通信》