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1、题目：火溪河流域MSTP光传输网的同步和保护专业技术资格评定电力系统及自动化专业论文姓名： 廖川 电话： 15281113535 单位： 华能涪江公司 二一一年十二月十日火溪河流域MSTP光传输网的同步和保护廖川（华能涪江公司，610041）摘要：MSTP（Multi-Service Transfer Platform）是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）工作于同步状态，对于时钟同步具有较高要求。小型SDH光纤通信网通常采用一个主用外部时钟源和一个备
2、用内部时钟源的方式进行同步；小型SDH光纤通信网的保护方式多种多样，随着SDH设备保护功能的逐步完善强大。保护通道的可靠性进一步加强，倒换时间越来越小，足以满足电力系统纵向线路保护的延时要求。通过对常见的SDH网同步方式和保护方式的分析，探讨了小型SDH光纤通信网应选择的同步方式和保护方式。关键词：MSTP光传输网 同步方式 保护方式1 前言光纤通信具有的任何其它通信方式所无法比拟的大容量、高质量、高可靠性与SDH传输体制具有的接口标准性、业务方便性、组网灵活性、功能丰富性相结合，能完全满足优质话音、宽带数据、逼真视频等几乎所有通信业务的需要，是信息高速公路的理想传输平台。当今的SDH已经发展
3、成为多业务的MSTP系统。MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以TDM业务为主的混合业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商，应用于局间或POP间，还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。所以，它将成为城域网近期的主流技术之一。SDH作
4、为一种先进和成熟的技术，仍然是生存性和可靠性最高的传送网技术，也是MSTP网络的基础平台，在大多数电力企业组建的光纤通信网中仍牢牢占据主体地位。特别是需要实现集控的现代化流域梯级电站的开发中，SDH光纤通信网是必不可少的重要系统。电站的监控系统、工业电视、消防系统、电能管理、照明控制、保护信息管理和OA办公系统等都需要SDH光纤通信网的支持。SDH的核心在于组网，只有在网络环境下，SDH的各项优越性才能充分体现出来。SDH网拓扑有线形、星形、环形、网形及由它们衍生的组合结构。在小型SDH网中应用最多的就是环形结构。大多数发电企业组建的SDH网就属于STM-1、STM-4或STM-16级小型环网
5、。SDH环网发挥优势有三个至关重要的因素：同步、保护和网管。SDH环网的网管一般是网元级管理系统兼具备一定的网络级管理功能，相对而言最为简单。而同步和保护方式的选择则比较复杂。本文仅就小型SDH光纤通信环网同步和保护方式的选择进行探讨。根据国内外研究成果和电信公网、电力专网的建设实践，电力光纤环网节点数的工程设计值建议为：传输远方保护信息时节点数小于8个；传输ATM为基础的高速数据时节点数小于12个；传输话音和中低速数据时节点数小于20个。上述建议是因为电力光纤环网传输远方保护信息时网络恢复时间不大于15ms，ADM节点倒换时间不大于10ms；传输ATM为基础的高速数据时网络恢复时间不大于20
6、ms，ADM节点倒换时间不大于10ms 。而不是通常传输话音和中低速数据时的50ms（这也是通信设备厂家常称的部标“50ms”），并且考虑同步时钟恶化、网络节点传输时延、光纤传输时延、光纤线路抖动及光纤产生的漂移等因素。否则SDH光纤通信网的最大的优越性自愈功能很可能无法在远方保护信息和ATM高速数据传输时实现。2 常见的SDH环网同步方式SDH是同步工作的数字通信网，精确的网络时钟同步成为SDH网络的关键环节。SDH网常采用两种同步方式：一种是主从方式。主从方式是指全网只有一个基准时钟，其余站点均使用数字链路抽取时钟，从而直接或间接地同一个基准时钟同步。这种同步方式的缺点是当主基准时钟出故障
7、时，全网通信中断，即使设有副基准时钟源，要使时钟源快速切换而不影响全网正常工作及应付复杂的通信网中所有故障也是十分困难。另外如果网络复杂或较大致使时钟传递站点过多，会降低时钟精度，造成同步质量不高。但该方案实现简单，对从站点始终要求精度较低，在小型通信应用十分广泛。另一种是伪同步方式。伪同步方式是指全网有几个独立的时钟基准，它们具有相同的标称频率，但准确的频率仍有一些细微差别。这样，网络中的从时钟可能跟踪于不同的基准时钟而形成几个不同的同步网，在这几个同步网边界的网元就会出现频率或相位差异，从而引起指针调整。但由于所采用的时钟基准都有很高的时钟精度，能够保证一定的同步性能，该方案在大型组网中应
8、用较多。基准时钟一般采用频率稳定度和精确度都很高的铯原子钟或铷原子钟，从时钟一般采用频率稳定度和精确度不很高但十分廉价的石英晶体振荡器。SDH网网元有七种时钟源操作模式：外部定时模式，网元的同步由外部定时源提供；内部定时模式，网元内部具备定时源；线路定时模式，网元从某一特定的输入STM-N信号中提取定时信号；环路定时模式，网元每个发送的STM-N信号都由相应的输入STM-N信号中提取的定时信号来同步；通过定时模式，网元（一般是再生器）由同方向终结的输入STM-N信号中提取定时信号，并由此再对网元的发送信号及同方向来的分路信号进行同步；保持模式，所有定时基准丢失后，网元从时钟利用定时基准丢失前所
9、储存的最后的频率信息作为其定时基准，同时石英晶体振荡器的固有频率会慢慢地漂移，以保证从时钟频率在较长时间内与定时基准频率只有很小的偏差；自由振荡模式，即从时钟不仅丢失所有外部定时基准，而且也失去定时基准记忆或没有保持模式，从时钟内部石英晶体振荡器工作于自由运行状态。值得注意的是，无论采用哪种时钟源操作模式，都要避免时钟成环。3 常见的SDH环网保护方式选择合理的网络保护手段对网络的生存至关重要。SDH网络通过提供额外通路对业务进行保护。按不同的基准，网络级业务保护划分为：1、按被保护业务级别划分：复用段保护，STM-4/STM-1；高阶通道保护，VC-4/VC-3；低阶通道保护，VC-3/VC
10、-12或VC-11。2、按备份方式划分：1+1保护，用于高阶通道保护、低阶通道保护和子网连接保护；1：1和M：N（M、N表示时隙，NM1）保护，用于复用段共享保护和双向高阶通道保护、低阶通道保护。3、按倒换启动条件划分：路径保护，由开销终端功能启动；子网连接保护，由附加开销监视功能启动。4、按保护信号传送方向划分：单向环保护，节点返回的业务信号与原业务信号传输方向相同；双向环保护，节点返回的业务信号与原业务信号传输方向不同（相反）。5、按保护基础划分：1） 复用段保护，以复用段为基础，倒换与否按每两站之间的复用段信号质量的优劣而定，当复用段出问题时，整个站间的业务信号都转向保护通路，从而达到保
11、护目的；其中又分为复用段1+1保护方式和复用段1：1保护方式。复用段1+1保护方式即业务信号在复用段同时跨接在工作通路和保护通路，正常时从工作通路接受业务信号，工作通路故障时则根据APS（自动保护倒换协议）切换到保护通路接受业务信号。复用段1：1保护方式即业务信号在复用段不总是同时跨接在工作通路和保护通路，所以还可以在保护通路上开通额外业务信号，工作通路故障时则甩掉额外业务并根据APS切换到保护通路接受业务信号。2） 通道保护，以通道为基础，倒换与否按上下的每一个通道信号质量的优劣而定（即同时向工作通路和保护通路发送业务信号，按接受的两个通路的信号优劣选择一路做为分路信号。）。其中又分为通道1
12、+1保护方式和通道1：1保护方式。通道1+1保护方式通常利用简单的通道AIS信号（告警显示信号）作为倒换依据，而不需要APS协议。我公司采用的华为为OSN3500/1500传输设备采用的是在通道1+1保护方式上面发展而来的SNCP保护。具有有倒换时间（=10ms）短满足电力系统需求的特点。通道1：1保护方式需要利用APS协议，但可以用保护通路传额外业务量，可以选择较短路由，易于查找故障。最主要的是由1：1方式可以进一步演变发展成M：N双向通道保护环，由用户决定只对某些重要业务实施保护，无须保护的通道可以在节点间重新利用，从而大大提高可用业务量，但保护恢复时间大大增加。按照上述各种不同的分类方法
13、可以区分出不同的保护环结构。通常，通道倒换环主要工作于二纤方式；复用段倒换环既可以工作于二纤方式，又可以工作于四纤方式。实用化的保护环方式如下。1、二纤单向通道倒换环：工作通路与保护通路位于两根光纤两个方向上。利用线路1+1工作方式，环网内各网元上下的业务容量总和小于或等于设备等级所能容纳的传输容量。2、二纤双向通道倒换环：工作通路与保护通路位于同一根光纤两个方向上。利用1+1工作方式的二纤双向通道倒换环，传输容量与二纤单向通道倒换环相同；利用1：1工作方式的二纤双向通道倒换环可以利用保护通路传额外业务量，能提供两倍于二纤单向通道倒换环的传输容量。3、二纤单向复用段倒换环：工作通路与保护通路位
14、于两根光纤两个方向上。利用线路1：1工作方式，可以提供两倍于二纤单向通道倒换环的传输容量，其中一半是重要业务，一半是次要业务。4、二纤双向复用段倒换环：工作通路与保护通路位于同一根光纤两个方向上。环内各网元之间有业务互通，环网内各网元上下的业务容量总和可以超过设备等级所能容纳的传输容量，极限是K/2倍（K为节点数）。网元沿某一方向收发的业务量小于或等于设备等级所能容纳的传输容量的一半。5、四纤双向复用段倒换环：有两个工作通路（一收一发）和两个保护通路（一收一发），工作通路与对应的保护通路信号传输方向相反。可以提供两倍于二纤双向复用段倒换环的传输容量。在四纤环中，仅仅节点失效或光缆切断才需要利用
15、环回方式进行保护，而设备或单纤故障可以利用传统的复用段保护导换方式，因而有一定的抗多点失效能力。4 SDH环网的同步方式 SDH网一般采用主从同步工作方式。在中心站点网元设置外同步时钟源作为全网基准时钟，其它站点网元通过线路定时模式或环路定时模式抽取时钟方式同步于中心站点。基准时钟一般采用主备份，一般是采用交换机的时钟输出的2Mbit/s外同步信号作为标准外时钟源，源节点的内部时钟信号作为备用时钟源。当一个基准时钟源丢失后，各站点先进入保持模式，再切换到另一个基准时钟源。时钟保护倒换机制即时钟恢复方式一般是通过S1字节（段开销中的同步状态字节）或时钟定时告警信号的产生及消失来判别时钟的恢复，并
16、按时钟优先级别进行恢复，切换到基准时钟源。火溪河流域利用华为OSN3500/1500传输设备组建的流域SDH光纤通信环网就采用了以上同步方式。华为OSN3500/1500传输设备家族提供保持模式与自由振荡模式的保护方式来保障时钟安全。OSN3500/1500传输设备家族还提供智能化的S1字节算法功能，该功能在ITU-T建议基础上有了进一步的丰富和完善，使每一站点的设备不仅能自动选择高级别时钟源进行锁定，还能够对线路时钟提取级数进行判别，自动选择最短路径（经过的节点数最少）跟踪至等级最高的时钟源；以时钟级别为首选判别条件，路径最短为次判别条件；并能从根本上防止时钟成环等故障出现。在线路故障时，仍
17、能通过其智能化的S1字节算法自动重新选择现存级别最高且路径最短的时钟源进行进行锁定，即只要换存在一条路由连接至时钟源，设备就可以实现线路时钟的自动锁定。在所有方向线路中断时，进入保持模式或内时钟模式。在保证网络时钟精度和安全的情况下，时钟传输链可达20个节点。5 SDH环网的保护方式采用二纤双向通道倒换环保护方式，可以将所有中继站点都配置成ADM，从而可以方便地在中间站点上下业务；另外技术上简单易行，二纤双向通道倒换环无能从控制协议的复杂性，还是操作维护的复杂性都是最简单的，只要通过AIS告警信号的判别即可实现倒换，具有最短的倒换时间和最快的保护倒换速度。我公司流域梯级电站采用的华为OSN35
18、00/1500传输设备二纤双向通道倒换环倒换时间可达10ms。缺点是环网业务容量有限，尤其是在较为分散的区间业务较多的情况下，业务容量明显少于复用段倒换保护方式。利用1+1工作方式的二纤双向通道倒换环其主要优点是可以应用于无保护环或线性场合，在环网情况下二纤单向通道倒换环相比无优势，且由于一根光纤上同时支持业务信号和保护信号，可靠性较差。利用1：1工作方式的二纤双向通道倒换环通道可以用保护通路传额外业务量，可以选择较短路由，易于查找故障；最主要的是由1：1方式可以进一步演变发展成M：N双向通道保护环，由用户决定只对某些重要业务实施保护，无须保护的通道可以在节点间重新利用，从而大大提高可用业务量
19、，但由于需要利用APS协议从而使保护恢复时间大大增加，操作维护的复杂性也大大增加，可靠性也不如二纤单向通道倒换环。因而二纤双向通道倒换环应用不多见。下面重点介绍一下我公司采用的华为OSN3500/1500传输设备的SNCP保护。子网连接保护（SNCP）是指对某一子网连接预先安排专用的保护路由，一旦子网发生故障，专用保护路由便取代子网承担在整个网络中的传送任务。SNCP是一种专用的保护机理，可用于任何物理结构（如网状网、环、或混合结构）的电信传输网及分层中的任何通道层，可以作为保护通道的一部分，也可作为整个端到端的通道。由此可见，路径保护中的通道保护只是SNCP的一个特例，只对端到端的业务进行保
20、护，而SNCP则对所有通道保护的场合都能胜任。SNCP的基本工作原理。SNCP每个传输方向的保护通道都与工作通道走不同的路由，如图1所示（图中只标出了信号的一个方向）。图中，节点A和B之间通过SNCP传送业务，即节点A通过桥接的方式分别通过子网1（工作SNC）和子网2（保护SNC）将业务传向节点B，而节点B则通过一个倒换开关按照倒换准则从两个方向选取一路业务信息。SNCP采用的是双发选收的工作方式。图1 SNCP基本工作原理示意图SNCP在网络中的配置保护连接方面具有很大的灵活性，能够应用于干线网、中继网、接入网等网络，以及树形、环形、网状的各种网络拓扑，其保护结构为“1+1”方式，即每一个工
21、作连接都有一个相应备用连接。当同时在复用段实行保护时，传输信号将有可能被双重保护。了解了SNCP的基本概念和工作原理后，可以发现SNCP由于采用通道开销监测的方法，避免了因段开销终结而造成保护不易实现的问题（如MS-SPING），所以对网络的结构有着极大的适应性，而且倒换条件也都是本地的，无须使用APS协议，进而缩短了倒换的时间。随着电信业的发展，网络的结构会越来越复杂，因而对于条件十分完备的地方，MS-SPING等保护方式，由于其自身的优点（例如分散业务时，业务容量较大），仍然会得到广泛的应用，但在某些场合，如缺少光纤及不同厂家设备间联合组网的情况下，对某一段路径进行保护，SNCP便充分展示
22、了它的优势。我公司由于光纤资源较丰富各个节点之间有多条光缆连接。所有采用SNCP的保护方式。下图为我公司SDH光传输网络的拓扑结构，以及SNCP的各个保护环。图2 火溪河流域梯级电站网元拓扑图3 SNCP保护环1图4 SNCP保护环2图5 SNCP保护环3图6 SNCP保护环4图7 SNCP保护环5 在512地震以及地震后的次生地质灾害中。我公司的MSTP光传输网多次发生光缆断缆的情况。由于泥石流，滑坡，沿火溪河架设的ADSS光缆、普通光缆多次中断。但是由于有多条不同路径的光缆以及SNCP保护的作用，我公司各种通信业务均没有发生中断现象。6 结束语SDH光传输网，无论采用哪种同步方式和保护方式
23、，都是为了最大程度地发挥SDH自愈功能，提供最可靠的信息传输。所以基于SDH的MSTP网络具有SDH平台的优点，同时又具有更强的的多业务能力，是流域梯级电站通信组网的主要平台。参考文献：1、同步数字体系（SDH）原理与技术 韦乐平和李英灏编著 人民邮电出版社 2、OptiX ASON 电子手册 华为技术有限公司3、OptiX OSN 3500智能光传输系统产品文档 华为技术有限公司作者简介：廖川，西南交通大学通信工程本科毕业。1982年出生，四川省成都市人，从事发电企业通信网施工调试、运行维护和专业管理工作。写稿日期2011年10月。通信地址：四川省成都市人民南路四段43号，610041。电话02862823000，手机15281113535。