个性文献

SDH网络保护倒换性能的测试

David Robertson

    随着电信越来越广泛地应用在重要的交易中，如电子资金转帐、订单处理、客户服务、库存管理电子邮件和国际互联网接入等，业务生存性变得比以往更加重要。
    遵循SDH标准的同步传输设备均内置了自动保护倒换（APS）算法和性能／告警监视功能，它们能保证线形点对点和同步环形拓扑网络结构在网络故障条件下具备自愈能力。当发生设备故障或光纤断路时，线形和环形SDH网络中的自动保护倒换可以确保数据的完整性和维持服务质量（QoS）。因此，在安装SDH网络单元（NE）时，对其自动保护倒换的操作性能进行验证是非常重要的。然而，仅验证在检测到故障时能否启动保护倒换是不够的，为了尽量减少对传输的破坏，倒换必须在ITU－T G.783（线形网络）和ITU－T G.841（环形网络）推荐的指定时限内完成。
    本文介绍了一种快速、可靠测量倒换完成时间的方法。该方法不仅能确保网络单元符合ITU－T的推荐标准，而且还能使它们保持服务质量，从而提供一定的收益保护。

1 线形和环形网络中的保护机制
    线形网络通常由两个可能带有分插复用器或光学路由再生器的SDH传输终端组成，典型的例子是长途城市间路由或海底电缆系统。为了保护单个或多路光纤传输的实际信号，线形网络机制提供了一条STM－N保护光纤，若实际工作光纤中的一条发生故障，那么终端设备自动将传输切换到保护路由上去。
    对于大城市地区和全局长途路由，普遍使用环形网络。这种环形结构的保护机制是：即使一段线路（例如AB）双向被彻底切断，但通过倒换和桥接信号仍能在A和B之间沿环路重新建立长距离路由，使双向传输重新接通。AB方向连接称作“短路径”，长方向传输称作“长路径”。可见，为了提供这种保护机制，在建立传输系统时必须备用50％的传输容量。
    有两种办法提供这种备用容量，第一种是MS专用保护环，它的实现方法是：系统由两条环路组成，相同的业务信号在这两条相反方向旋转的环路上传输，其中一条作为业务环路，另一条作为保护环路。也就是说，一条环路传输需要保护的业务信号，另一条用于该业务信号的保护。在环形系统的任何节点，分插复用器既能从“短路径”也能从“长路径”选择信号，这样在线路出现故障时就能够提供充分的保护。
    第二种办法是MS公用保护环。这种保护环结构平等地公用服务和保护线路，在每个方向上保留有效净负荷带宽的一半用于保护，即正常情况下，通信线路只有一半在工作。MS公用保护环被更细地划分为：a）四纤MS公用保护环；b）两纤MS公用保护环。
    专用保护环特别适合于集线器应用，因为它们增加的网络设备很少。公用保护环常用于大城市、汇接和主干网中。
2 保护倒换的启动
    保护倒换既可以由外部申请也可以自动申请。外部申请命令通过操作系统（OS）或电信管理网（TMN）输入，这些命令传输到网络单元后。由NE设置K1／K2APS开销字节，然后执行保护倒换。
    APS申请还可以基于NE对复用段和设备性能的准则判定条件进行检测而自动发出，例如发生信号失效（硬故障）或复用器奇偶校验检测到的误码率超过了规定限度（软故障），那么NE启动保护倒换，命令在使用K1＼K2字节的NE之间进行直接发送。
    ITU-T G.783为线形网络结构定义了MSP（复用段保护）倒换，同时推荐当检测到能够引起倒换的信号失效（SF）或信号劣化（SD）条件后，保护倒换应在50ms内完成。
    ITU-T G.841为环形网络结构定义了APS（自动保护倒换），同时也推荐在没有额外传输、没有以前的桥接申请和光纤线路低于1200km的环路上检测到信号失效（SF或信号劣化（SD）条件后，倒换应在50ms内完成。
    保护倒换完成时间不包括启动保护倒换所必需的测试时间和延迟时间。由于测试和延迟时间是微秒量级，而倒换时间要求为50ms，因此与倒换时间相比，测试时间和延迟时间可忽略。
3 保护倒换的测试
    测试APS的性能，应测试保护倒换的几个不同方面，总结如下：
    ·检查出现已定义的信号失效条件或信号超过规定的劣化门限时，APS是否能自动启动。这个可以通过引入传输损伤和信号丢失后观察K1、K2字节的状态来检查。
    ·检查保护倒换是否能在ITU－T标准规定的50ms时限内完成。理想情况下，这个检查可以通过检查传输系统输出端的净负荷或支路干扰，从而确定实际净负荷传输的中断时间来完成。
    ·检查当保护倒换启动后传输的信号是否通过保护线路正确路由到所有节点上，这里的保护线路既可以是实际的光纤也可以是现有活动路由的备用带宽。
    完成以上的测量需要一台数字传输分析仪，它应能按PDH支路或SDH接口速率发送成帧或不成帧的PRBS测试码；在接收端需要一台误码检测仪精确测量净负荷错误传输的时间间隔，测量从保护倒换启动的时刻开始，在保护路径连接上而且复用器重新同步后结束。请注意仅仅测K1、K2字节改变所经历的时间不能真正体现实际信号传输中断的所有时间。
    根据SDH或PDH支路出的误码序列长度来测量保护倒换时间是一个很简单的测试。但应当注意的是，使用许多传统的BER测试工具（对PDH或SDH）可能带来错误的结果，这些传统工具中常用的一种测试方法是将误码检测仪的逻辑误码输出接到数字存储示波器上，测量误码开始到结束的时间。但因为误码检测仪需要时间指示同步丢失信息，同时当信号通道重新接通后也需要时间指示重新同步状态，因此使用上述方法不能得到正确的结果。
    另外，即使传输系统已完成了保护倒换，重新提供了正确的信号传输，然而误码检测仪仍需要一段时间重新同步内部参考码型产生器，这时它仍提供误码输出，同时，测试工具重同步准则（通常规定为N个接收bit中少于n个误码或给定的时间，如100ms内应低于的BER值）也会随仪器设计准则的变化而变化。此外还要考虑到当对成帧信号进行测试时，误码检测仪还需要时间稳定帧同步。上述的重同步时间要远远大于保护倒换所允许的50ms,因此，这样测量所得到的结果均是无效数据，只能舍弃。影响测量的另一个因素是，当保护倒换启动后（例如发生了许多倒换）将会有大量有效数据序列涌现，若误码检测仪对有效数据中断时间记录不当也会产生错误结果。
    HP 37717B／C通信性能分析仪在设计中已考虑了这些定时关系和重同步的影响，其SDH码发送器提供用于接收测量的PRBS测试码，接收器检测接收到的PRBS测试码，然后测量由保护倒换引起的误码序列的长度。该分析仪的分辨率为lμs，指定精度为50μs，结果按毫秒单位显示。该仪器能同时显示最长、最短和上一次误码序列的长度，以检查倒换的瞬态过程。该仪器中没有用到存储示波器。
    NE的自动保护倒换靠发送MSP（复用段保护）倒换命令来触发倒换操作，这些命令包含在K1、K2字节中，以文本方式发送和接收。文本方式的APS信息如表1、表2所示（分别对应线形和环形网络）。由于采用文本方式，因此用户不用死记ITU－T定义的信息协议。

高阶和低阶通道保护字节也可以由 HP37717B／C发送、接收（虽然协议还未完全确定）。高阶通道使用K3字节，低阶通道使用K4字节。
当以下条件成立时，MSP倒换启动：信号丢失（LOS）、帧丢失（LOF）、复用段告警指示信号（MSAIS）出现、信号失效（SF，B2字节奇偶校验误码＞10^-3）和信号劣化（SD，B2字节奇偶校验误码10^-6）。

4 测量过程
    APS倒换时间的精确测量可以由数字传输分析仪直接完成，测量过程与使用HP37717B／C类似。
    （1）按以下步骤将分析仪与NE相连。
    线形网络结构：
    将分析仪与终端复用器的PDH或SDH分插端口相连，然后在远端将分插端口环回。
    环形网络结构：
    将分析仪与分插复用器的PDH或SDH分插端口相连，然后在远端将分插端口环回。
    （2）确保分析仪与NE是同步的。
    （3）选择发送端的PDH支路或SDH支路接口速率，设置需要的测量码型，使用MANUAL菜单的开始／停止选通功能，开始测量。
    （4）确定在分析仪的接收端没有出现告警或检测到误码。
    （5）使用网络管理系统（OS）或将工作段的光纤拿掉来启动保护倒换。
    另外，还可以将另一台分析仪连到工作段中，这时不用管理系统或拿掉光纤也能直接启动保护倒换，这是因为分析仪具备内置的MSP信息产生能力（对线形（G.783)和环形(G.841）均能），它能通过增加B2奇偶校验字节反映的误码率来产生SF或SD信息，这样，两台分析仪中一台启动倒换，另一台发送和接收支路信号进行保护倒换时间测量。
    （6）测量和记录业务中断时间。
    再进一步验证误码和告警是否消失，以保证倒换后确实已建立了稳定连续的信号传输通道。按ITU－TG.783／G.841规定的50ms时限评估系统。
    在当今商业竞争日益激烈的电信市场，宽带网络的生存性是一个至关重要的问题，验证在网络失效或劣化条件下自动保护倒换能否正确执行以建立新的传输路由是非常关键的。另外，验证保护倒换引起的业务中断能否在ITU－T推荐标准规定的50ms范围内以尽可能快的时间恢复也是非常重要的。当检查传输破坏时间时，最好测量实际净负荷信号的中断时间，用码型产生器和误码检测仪能很容易地实现这种测量，但所用仪器必须是专门设计的，不会引入内部同步产生的附加延时，否则，所测量的数据没有任何意义，只能舍弃。