淺析SDH組網(wǎng)與自愈功能

1.引言

電力通信要求確保電能生產(chǎn)、輸送、分配、消費(fèi)在瞬間是同時(shí)完成的。為了保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須配置調(diào)度、保護(hù)、遠(yuǎn)程控制等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的所有信息傳輸都必須由通信系統(tǒng)提供通道。由此可見，通信在電力系統(tǒng)中的作用是非常關(guān)鍵的。在縣級(jí)電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設(shè)和技術(shù)改造中應(yīng)該結(jié)合本單位的實(shí)際情況、綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和發(fā)展等因素，選擇適合的通信方式。

通信網(wǎng)通常描述為由各種節(jié)點(diǎn)及連接各節(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路相互依存的有機(jī)結(jié)合體，以實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)及多個(gè)規(guī)定點(diǎn)間的通信系統(tǒng)。從物理結(jié)構(gòu)或是從硬件設(shè)施方面去看，它由終端設(shè)備、交換設(shè)備及傳輸鏈路三大要素組成。SDH作為一種新的數(shù)字傳輸體制，不僅適合現(xiàn)代化通信的發(fā)展需要，而且特別適合電力系統(tǒng)通信的需要。

2.SDH技術(shù)組網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)中，我們需要將不同傳輸速率的各種信息復(fù)接在一起，放在一根線路上傳輸，SHD技術(shù)同傳統(tǒng)的PDH技術(shù)相比，有下面幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。

（1）同步復(fù)用結(jié)構(gòu)，提供靈活的分插功能；（2）有標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范；（3）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力；（4）強(qiáng)大的自愈能力；（5）具備后項(xiàng)兼容性和前項(xiàng)兼容性。上述的特點(diǎn)，使得SDH在廣域網(wǎng)領(lǐng)域和專用網(wǎng)領(lǐng)域得到了巨大的發(fā)展。

SDH（同步數(shù)字傳輸體制）這種傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級(jí)、接口碼型等特征。SDH是一種基于時(shí)分復(fù)用的同步數(shù)字技術(shù)。對(duì)于上層的各種網(wǎng)絡(luò)，SDH相當(dāng)于一個(gè)透明的物理通道，在這個(gè)透明的通道上，只要帶寬允許，用戶可以開展各種業(yè)務(wù)，SDH將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體的新型傳輸體系。

3.SDH設(shè)備組成及其在電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)的接入和管理。SDH主要設(shè)備包括：終端復(fù)用器（TM），分插復(fù)用器（ADM），同步交叉連接設(shè)備SDXC以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)NMS。其中終端復(fù)用器是把多路低速信號(hào)復(fù)用成一路高速信號(hào)，或者反過來把一路高速信號(hào)分解成多路低速信號(hào)的設(shè)備。分插復(fù)用器是SDH中應(yīng)用最廣、最富特色的設(shè)備。它是一個(gè)三端口設(shè)備，具有兩個(gè)SDH光接口，通過另一端可以靈活地上/下路復(fù)用在STM信號(hào)中的低速率信號(hào)。ADM內(nèi)部還具有時(shí)隙交換功能，允許兩個(gè)STM信號(hào)之間不同的VC的互聯(lián)，并能方便地進(jìn)行帶寬管理。同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）是種兼有復(fù)用、配線、保護(hù)、監(jiān)控和網(wǎng)管多功能的傳輸設(shè)備，它能代替配線架，對(duì)VC進(jìn)行交叉連接。

在一個(gè)SDH網(wǎng)絡(luò)中，終端與終端之間的鏈路稱為通道；復(fù)用器與復(fù)用器之間的鏈路成為復(fù)用段，再生器和其他網(wǎng)元之間的網(wǎng)絡(luò)稱為再生段。類似于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，SDH也采用分層模型，便于設(shè)計(jì)和管理。SDH網(wǎng)絡(luò)可以分成電路層、通道層、傳輸媒介層，其中通道層又分為低階通道層和高階通道層，傳輸媒介層又分為物理媒介和段層，段層由復(fù)用段層和再生段層組成。

SDH組網(wǎng)，簡(jiǎn)而言之就是配置適當(dāng)?shù)木W(wǎng)元設(shè)備，選用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成可靠、高效的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)接入和管理。

目前，業(yè)務(wù)接口主要有數(shù)據(jù)、話務(wù)、E1、10Mb/100Mb以太網(wǎng)接口等，未來的業(yè)務(wù)需求大，多基于寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)。采用基于SDH和MSTP，可使調(diào)度網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程互聯(lián)，在SDH平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)傳送功能，從而實(shí)現(xiàn)二網(wǎng)合一，極大地降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。SDH技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)，不僅適合現(xiàn)代化的通信發(fā)展需要，也特別適合電力系統(tǒng)通信的需要。

4.SDH組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹及應(yīng)用場(chǎng)合SDH網(wǎng)是由不同類型的SDH網(wǎng)元設(shè)備，通過光纜互連而成的。由這些網(wǎng)元設(shè)備完成SDH網(wǎng)的上下業(yè)務(wù)、交叉連接業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)故障自愈等傳送功能。

SDH網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)元）和傳輸線路的幾何排列構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它反映了物理上的連接性；網(wǎng)絡(luò)的有效性、可靠性和性價(jià)比，很大程度上依賴于具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆校?、線性拓?fù)洹?、星形拓?fù)洹?、樹形拓?fù)洹?、環(huán)形拓?fù)洹?、網(wǎng)孔性拓?fù)洹?/p>

4.1 SDH網(wǎng)絡(luò)的自愈功能采用SDH設(shè)備的光纖自愈環(huán)可實(shí)現(xiàn)多種形式的通道保護(hù)，而且SDH光纖環(huán)有較強(qiáng)的自愈能力。

自愈網(wǎng)絡(luò)分類為：線性復(fù)用段保護(hù)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、子網(wǎng)連接保護(hù)。其中線性復(fù)用段保護(hù)包括：1+1線性復(fù)用段，1：N線形復(fù)用段。

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)分為復(fù)用段保護(hù)環(huán)（MSP）和通道保護(hù)環(huán)（PP）。其中MSP包含二纖單向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)、二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)、四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)。PP包含二纖單向通道保護(hù)環(huán)和二纖雙向通道保護(hù)環(huán)以及子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）。

4.2 1+1線性復(fù)用段保護(hù)1+1線性復(fù)用段保護(hù)，采用“雙發(fā)、選收”的保護(hù)機(jī)制。

正常情況下，工作路由和保護(hù)路由同時(shí)傳送業(yè)務(wù)信號(hào)、但接收端僅僅從工作路由選收業(yè)務(wù)信號(hào)。

工作路由故障時(shí)，接收端將倒換到保護(hù)路由選收業(yè)務(wù)信號(hào)。

1+1線性復(fù)用段保護(hù)的倒換方式：1、單端非恢復(fù)式。2、單端恢復(fù)式。3、雙端非恢復(fù)式。4、雙端恢復(fù)式。其中單端非恢復(fù)式不需要APS協(xié)議，其它三種需要。其容量網(wǎng)絡(luò)為STM-N。

圖1  1+1線性復(fù)用段保護(hù)

4.3 1：N線性復(fù)用段保護(hù)在1：N保護(hù)方式下，N個(gè)工作路由共用一個(gè)保護(hù)路由。1：N線性復(fù)用段保護(hù)倒換方式：雙端、恢復(fù)式倒換。這種保護(hù)方式需要APS協(xié)議。其網(wǎng)絡(luò)容量定義分為無額外業(yè)務(wù)與有額外業(yè)務(wù)兩種情況。

圖2  1：N保護(hù)方式下，N個(gè)工作路由共用一個(gè)保護(hù)圖示

4.4 線性復(fù)用段保護(hù)線性復(fù)用段保護(hù)的特征表現(xiàn)為：1、基于終端復(fù)用器（TM）2、分段倒換。3、配置完成2分鐘后，APS協(xié)議啟動(dòng)正常。倒換條件包括信號(hào)失效（SF）：R_LOS,R_LOF,MS_AIS,B2_EXC；信號(hào)劣化（SD）：B2_SD.

4.5 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)目前主要應(yīng)用的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)有以下幾種：1、根據(jù)自愈結(jié)構(gòu)來分：通道保護(hù)環(huán)和復(fù)用段保護(hù)環(huán)。2、根據(jù)業(yè)務(wù)流向來分：?jiǎn)蜗颦h(huán)和雙向環(huán)。3、根據(jù)光纖數(shù)目來分：二纖環(huán)和四纖環(huán)。

4.6 二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)其光纖連接需要采用對(duì)偶板位，對(duì)偶板位中左側(cè)為西向，對(duì)偶板位中右側(cè)為東向，東發(fā)西收為主環(huán)方向，習(xí)慣上，主環(huán)用逆時(shí)針方向表示，

二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)，（STM-16）工作時(shí)隙（#1VC4~#8VC4）和保護(hù)時(shí)隙（#9VC4~#16VC4）。二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)需要APS協(xié)議（由K1,K2字節(jié)攜帶），復(fù)用段協(xié)議控制器狀態(tài)遷移（正常態(tài)I），（穿通態(tài)P），（倒換態(tài)S），（等待恢復(fù)態(tài)WTR）。二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)，自動(dòng)倒換條件包含：信號(hào)失效（SF）和信號(hào)劣化（SD）。人工倒換條件：強(qiáng)制倒換、人工倒換、練習(xí)倒換。自動(dòng)恢復(fù)條件：信號(hào)失效（SF）的解除和信號(hào)劣化（SD）的解除、等待恢復(fù)時(shí)間（WTR）。人工恢復(fù)條件為強(qiáng)制倒換、人工倒換命令的解除。二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)，其優(yōu)點(diǎn)是允許時(shí)隙復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)容量大為1/2*K*STM-N(最大)；其缺點(diǎn)是采用APS協(xié)議，保護(hù)機(jī)理復(fù)雜；復(fù)用段保護(hù)環(huán)中網(wǎng)元數(shù)目不超過16個(gè)。其一般應(yīng)用于速率為STM-4、STM-16或STM-64的系統(tǒng)中，多用于業(yè)務(wù)量大、業(yè)務(wù)分散的網(wǎng)絡(luò)。

圖3 二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)

4.7 四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為四纖，工作通道為（S1、S2）,保護(hù)通道為（P1、P2）。四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，其優(yōu)點(diǎn)時(shí)隙復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)容量大，其網(wǎng)絡(luò)容量表達(dá)式為K*STM-N（最大）；其缺點(diǎn)是采用APS協(xié)議，保護(hù)機(jī)理復(fù)雜，復(fù)用段保護(hù)環(huán)中網(wǎng)元數(shù)目不超過16個(gè)，費(fèi)用高，投資大。應(yīng)用于速率為STM-16或STM-64的系統(tǒng)中，多用于業(yè)務(wù)量大、業(yè)務(wù)分散的網(wǎng)絡(luò)以及骨干網(wǎng)絡(luò)以及具有獨(dú)特的區(qū)段倒換特性，K字節(jié)由保護(hù)光纖傳送。

圖4 正常情況下的業(yè)務(wù)信號(hào)流圖

圖5  工作通道斷纖后的區(qū)段倒換圖

圖6 工作通道和保護(hù)通道同時(shí)斷纖后的倒換圖

4.8 二纖單向通道保護(hù)環(huán)二纖單向通道保護(hù)環(huán)，保護(hù)機(jī)理為雙發(fā)、選收。二纖單向通道保護(hù)環(huán)保護(hù)倒換與恢復(fù)的條件，倒換條件為TU-AIS、TU-LOP及誤碼過量；恢復(fù)條件為主用通道沒有TUAIS、TULOP等告警，同時(shí)沒有BIP2誤碼過量。倒換的特點(diǎn)是倒換時(shí)每個(gè)2M通道是獨(dú)立的；倒換是恢復(fù)式的，即倒換后如果主環(huán)恢復(fù)正常，則10分鐘后自動(dòng)倒回主環(huán)。

圖7 二纖單向通道保護(hù)環(huán)斷纖倒換圖

4.9 子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP）保護(hù)基于子網(wǎng)；可應(yīng)用于所有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。保護(hù)機(jī)理“雙發(fā)，選收”，SNCP業(yè)務(wù)對(duì)工作源、保護(hù)源、業(yè)務(wù)源為檢測(cè)點(diǎn)。

倒換條件分為：1、缺省條件：AU-AIS、 AU-LOP 、TU-AIS、 TU-LOP 、HP-LOM 、HP-UNEQ 、B3-EXC、線路板撥板；2、可選條件：HP-TIM、HP-SLM、 B3-SD；保護(hù)倒換恢復(fù)時(shí)間為10分鐘。

網(wǎng)絡(luò)自愈，無需人為的干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)在極短的時(shí)間內(nèi)從失效的故障狀態(tài)自動(dòng)恢復(fù)傳輸所攜帶的業(yè)務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)具備一種可代替的傳輸路由。

5.結(jié)束語SDH組網(wǎng)技術(shù)，給電力市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)提供了一個(gè)快速、穩(wěn)定的通信傳輸平臺(tái)，保護(hù)信息業(yè)務(wù)的接入，為調(diào)度生產(chǎn)管理提供了有利的數(shù)據(jù)分析依據(jù)，增加了電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息的冗余度，為高層應(yīng)用的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。