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浅谈自愈网络的常用保护方式
朱 锋
中国电信股份有限公司盐城分公司网络操作维护中心
摘 要：为了提高网络的安全性和网络的生存能力，从而产生了自愈网的概念。本文首先介绍了自愈网概念及其分类，其次分析了自愈网络中三种常用的保护方式并进行比较；最后将三种常用保护方式应用于某银行大客户组网案例中。
关键词：自愈网 保护方式 复用段 子网连接保护 组网
1 引言
以互联网为核心的数据业务需求和各种新支撑技术的发展促进了电信网络发展。传输网作为各种业务网的传送载体，是整个电信网络的基础，其网络的好坏直接影响到各种业务的发展。传输网络中的安全性问题日益受到维护人员的关注。为了提高网络的安全性和可靠性，要求网络有较高的生存能力，从而产生了自愈网的概念。本文根据自身日常网络维护工作经验，在对光网络的常用保护机制分析的基础上进行总结，为以后传输网络维护工作积累经验。
2 自愈网络简介
2.1 自愈网络概念
自愈网是指在网络出现意外故障时，无需人工干预的情况下，网络能够在极短的时间（ITU-T规定为50ms以内）内自动切换到保护路由，重新建立业务连接关系，从而实现自动恢复所携带的业务的功能[1]。在自动恢复过程中，各种业务不会中断，仍旧传输通畅，用户几乎感觉不到网络出了故障。具备自愈功能的通信网络采用多路由的网络拓扑方式，这不仅提高了网络的生存能力，而且降低了倒换所需备用路由的成本，是现代网络规划和设计的关键因素之一。
为了提高传送网络的可用性，自愈网通常根据故障性能劣化检测或外部（如网管）要求来进行保护和恢复动作。保护定义为使用节点之间预先安排好的容量来替代故障或劣化的传送实体。恢复由使用节点之间的任何可能利用的容量来完成。
2.2 自愈网络分类
自愈网按网络拓扑和保护段层可划分为：线性复用段保护MSP、环形网络保护和子网连接保护SNCP[2]。线性复用段保护包括1+1线性复用段保护和1：N线性复用段保护。环形网络包括复用段保护环和通道保护环。复用段保护环，业务量的保护是以复用段为基础的，根据每对节点间的复用段信号质量的优劣来决定倒换与否。通道保护环包括两纤单向通道保护环和两纤双向通道保护环。通道保护环，业务量的保护是以通道为基础的，根据离开环的个别通道信号质量的优劣来决定倒换与否，通常利用简单的通道告警指示信号来决定是否应进行倒换。复用段保护环包括两纤单向复用段共享保护环、两纤双向复用段共享保护环和四纤双向复用段保护环[3-5]。
3 自愈网络保护机理
下面介绍1+1线性复用段保护、两纤双向复用段共享保护和子网连接保护等三种常用保护方式的保护机理。
3.1 1+1线性复用段保护
线性保护为某个或某些工作单元，配备完全不同的保护单元。1+1线性复用段保护方式的结构如图1所示，其保护系统和工作系统在发送端两路信号是并发的，接收端对收到的两路信号进行择优选取。在正常情况下，接收端仅从工作路由选收业务信号。当工作路由故障时，接收端将倒换到保护路由选收业务信号。

图1 1+1线性复用段保护结构图
按照倒换和恢复方式的不同，1+1线性复用段保护分为单端倒换和双端倒换，以及恢复式和非恢复式，因此1+1线性复用段保护和恢复方式有四种：单端倒换非恢复式、单端倒换恢复式、双端倒换非恢复式、双端倒换恢复式。图2是1+1线性复用段保护工作原理示意图，图2(a)是倒换前网元工作状态，图2(b)是单端倒换后的网元工作状态，图2(c)是双端倒换后的网元工作状态。倒换前，信源端将业务信号在工作路由和保护路由上进行双发，信宿端接收工作路由的业务信号。当信源端工作路由故障时，信宿端通过切换，选收保护路由中的业务信号，使得业务信号得以恢复，这种倒换方式称为1+1单端倒换；而信源、信宿端同时通过切换选收保护路由中的业务信号，即故障两侧的节点要同时倒换，使得业务信号得以恢复，这种倒换方式称为1+1双端倒换。1+1单端倒换不需要APS 协议（自动保护倒换协议），1+1双端倒换则需要APS 协议的支持。

图2 1+1线性复用段保护工作原理示意图
在日常维护中，应尽量使用1+1单端倒换恢复的方式，这种方式倒换迅速可靠，且不涉及K字节，实现简单，特别适合不同厂家之间的业务光路对接。
3.2 两纤双向复用段共享保护
两纤双向复用段共享保护是利用光纤容量的一半作为工作信道，另一半作为保护信道。对于两根光纤来说，一根光纤的保护信道用于保护另一根光纤的工作信道。 还可以用来传送额外业务，在发生倒换时，额外业务将被抛弃。
正常情况下，如图3(a)所示，从网元A到网元C的业务信号沿S1/P2光纤按顺时针方向传输，而从网元C到网元A的业务信号则沿S2/P1光纤按逆时针方向传输。若网元B与网元C之间的两根光纤同时发生故障，如图3(b)所示，网元B与网元C的倒换开关将S1/P2光纤与S2/P1光纤沟通，在网元B将从网元A沿S1/P2光纤发送的业务信号时隙转移到S2/P1光纤的保护时隙，沿S2/P1传送到网元C。在网元C将从本网元沿S2/P1光纤送出的业务信号时隙移到S1/P2光纤的保护时隙，沿S1/P2光纤传送到网元A。

图3 两纤双向复用段共享保护环
两纤双向复用段共享环的保护倒换属于双端倒换，即故障两侧的网元要同时倒换，所以需要APS协议支持。在ITU -T建议G.783的附件A中给出了K1和K2字节用作复用段保护的APS信令，以及这两个字节的比特分配和面向比特的协议。由于双向倒换需要APS协议支持，APS协议实现起来比较复杂，且发生倒换时由于涉及到环上各网元的APS协议的通信过程，所以在倒换时间上，双向倒换比单向倒换要长，但环中的业务保护倒换时间仍远小于ITU-T建议规定的50ms时间。双向倒换对传输设备的软硬件要求都高。两纤双向复用段共享保护完全是一种网络级的保护，其本质不是直接针对某条业务进行保护，即便整个环网没有一条业务，环的倒换与恢复也不会受影响。
3.3 子网连接保护（SNCP）
子网连接保护是当工作子网连接发生故障或当性能低于要求的水平时，由一保护子网连接来替换工作子网连接，结构如图4所示。子网连接保护可用于网络中的任何层，被保护的子网连接可以进一步由低等级的子网连接和链路连接级联而成。子网连接保护是基于业务的，采用1+1保护方式，具有双发选收的特点。与通道环类似，子网连接保护无站间协议，保护的所有检测、倒换动作，都是单站完成的。

图4 子网连接保护结构图

图5 子网连接保护倒换示意图
正常情况下，如图5(a)所示，从网元A到网元E的业务信号和从网元E到网元A的业务信号都是沿S1光纤按逆时针方向传输的。若网元A与网元B之间的两根光纤同时发生故障，如图5(b)所示，网元C的倒换开关将选择接收P1 光纤传送来的业务信号。
子网连接保护方式稳定性高，业务配置灵活多变。相对通道环而言，子网连接保护更加具有优势：通道保护对于出环业务的保护能力较弱，子网连接保护可对跨子网业务进行保护，还可以提供环带链、环相切和环相交等复杂组网形式下的保护。从保护形式上看，子网连接保护是通道保护的扩充。
3.4 三种常用保护方式的比较
在上述分析的基础上给出1+1线性复用段保护、两纤双向复用段共享保护和子网连接保护等三种常用保护方式在APS协议、业务类型、自愈结构、适用的网络拓扑结构等方面的比较，具体内容如表1所示。
表1 三种常用保护方式的比较
保护方式
1+1线性复用段保护
两纤双向复用段共享保护
子网连接保护
APS协议
单端需要双端不需要
需要
不需要
业务类型
对等型业务
双向的分散型业务
单向的集中型业务
自愈结构（基础）
复用段（MS）
复用段（MS）
子网级（SNC）业务
适用的网络拓扑
仅仅用于链形
仅仅用于环形
所有拓扑
倒换时间
≤50ms
≤50ms
≤50ms
最大业务容量
STM-N
K=STM-N/2
STM-N
额外业务
不支持
支持
不支持
4 自愈保护技术在大客户组网中的应用
目前自愈网保护技术已广泛应用于各类通信网络的组网方案中，它可以有效地提高网络的生存性、安全性和可靠性，下文给出自愈网保护技术在银行大客户组网中的应用。
4.1 组网建设的目标和意义
由于银行传送的业务为实时的数据业务，且数据量较大，对网络QoS服务质量、网络安全性等方面要求很高，某银行盐城分行计划推进辖内通信主干建设，要将所有支行及网点（全区11个支行、38个普通网点）的办公网与生产网分离。
4.2 组网方案
为保证网络服务质量、方便维护，建议使用盐城电信SDH（ASON）传输网，采用数字电路的组网技术，结合MSTP技术，组建辖内通信主干及备份线路的通信网络，办公网业务由2条MSTP10M业务承载，互为备份，负载均衡；生产网业务由2条2M业务承载，互为备份，负载均衡，分行启用两个POS口承载2M业务，实现办公网与生产网的分离。
（1）分行接入方案
某银行盐城分行是盐城某银行的中心节点，为保证分行核心网络生产网2M业务通信安全和质量，在本方案中，将盐城电信A分局的华为2.5G节点155Mb/s光口与分行路由器的POS口直接对接，并提供线路1+1自动保护。同时将盐城电信B分局的华为2.5G节点155Mb/s光口与分行路由器的第二个POS口直接对接，实现备份。A分局华为2.5G的两个光口分别配置在两块单板上，保证1+1保护效果。各支行及网点采用两路光缆进户，两套V.35方式接入，实现物理分离。
（2）分理处接入方案
在分理处机房内，将两套小容量的光端机直接用不同路由的光纤连接中国电信传输骨干网络，接入的总带宽取决于传输节点设备的容量，单路接入示意图如图6所示。

图6 光端机单路接入示意图
（3）用户组网方案
某银行盐城分行中心路由器配置STM-1 POS卡板，通过光纤接入到电信ASON/SDH网络，各分理处路由器采用G.703接口或者V.35高速口通过独立式的光端机接入，分理处通信速率为2Mb/s，分行中心速率为155Mb/sPOS口，结构如图7所示。
N个分支机构
盐城分行中心机房
ASON
SDH
POS
POS

图7 分行及分理处连接示意图
为了保证49个支行及网点办公网速率能提至两条10M，需在盐城分行中心机房新增两套大容量传输设备，本案中采用华为OSN1500设备，两路千兆以太口连至银行中心路由器，互为备份，传输设备通过不同路由光纤接入到中国电信A局和B局上的华为OSN7500设备，实现备份与网络的提速。OSN7500设备支持四纤复用段保护环、二纤复用段保护环、线性复用段保护、共享光路虚拟路径保护和子网连接保护等。各支行及网点分别安装两套MSTP或MSAP设备，并提供以太口接入到支行及网点路由器上，分行中心为千兆以太口，各支路速率10Mb/s。该银行网络组网拓扑图如图8所示。

图8 某行网络组网拓扑图
4.3 网络保护
当用户网络发生严重拥塞或阻断时，为了保证用户业务的不间断，在检查和修复故障之前，网络应在最短时间将用户数据切换到另一条路由上。为了提供完善的网络级保护，本方案中，为分行中心机房新增的两套华为OSN1500设备联至A、B两个局的OSN7500设备的线路段，都配置为1+1线性复用段保护链，两条链互为备份，承载10M业务。该配置具有良好的自愈保护功能。各分支行的2M和10M业务都分别采用两套设备，实现物理分离与互为备份。
电信的本地传输网是采用分层网络来架构，核心层、汇聚层以城域波分、10G和2.5G SDH两纤双向复用段保护环为主，接入层以622M、155M SDH 单向通道环为主。2.5G以上SDH传输系统环网均实现双物理路由，核心板件全部实现双配置，可以提供SDH、PDH、以太网、RPR、ATM、DDN和SAN等业务，且业务使用率不超过50%，有较大的冗余度。本地传输网主要机型有华为、中兴、朗讯、烽火、NEC五家公司的DWDM波分和SDH设备，均已实现集中网管监控。2.5G以上系统不超过6年，性能稳定。
本方案中所用的以2Mb/s和10Mb/s为速率单位来传输信号的数据传输网络，可以为用户提供全数字、全透明、高质量、高速率、高可靠性的网络，尤其适用于业务量大、实时性强的数据通信用户使用，为实现数据、语音和图象多业务综合传输提供了带宽保证。SDH(ASON) 依靠其大容量、标准化、完善的网络管理功能、强大的组网能力、高性能网络自愈能力等优势向客户提供安全可靠的通信保障。由于数字电路业务依托SDH高速传送网络，本方案设计的网络具有很强的自愈保护能力，不会因一侧的线路中断而导致电路中断。
5 结论与展望
传输网络的好坏将直接制约着其他业务网络的发展，影响业务的开展。在传输网中引入自愈保护功能，对现代大容量网络的安全是至关重要的，它保证了网络在出现故障时能自动地在极短时间内使业务从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出现了故障。自愈环具有很好的生存性和良好的业务疏导能力，网络恢复时间也很短，实用性很强。本文就自愈网络中三种常用的保护方式进行了探讨。在组网、网络优化时合理利用自愈网的保护技术来解决网络安全问题，对提高网络的可靠性具有现实意义。

【参考文献】
[1] 中国邮电电信总局. SDH传输设备维护手册[M].北京: 人民邮电出版社.1999.
[2] 蔡灿宇.浅谈自动交换光网络的保护恢复机制[J]. 信息通信.2008.5.
[3] 陈璨.广东电网光纤通信传输网的保护方案分析[J]..光通信技术.2007.10.
[4] 张颖. SDH网络保护分析与研究[D].河北:河北大学硕士学位论文.2010.
[5] 牟善来. SDH 传输保护综述[J]. 科协论坛.2011.6 .

【作者简介】
朱锋：学士，苏州大学，现任职于盐城电信网络操作维护中心，从事光网络的维护工作。（电话：[phone] ，邮箱：zhufeng_yc@ ，通信地址：盐城市解放北路1号 ，单位：盐城电信公司，邮编：224001）