03-常见自愈网络介绍

第三章常见自愈网络介绍
目标：
掌握网络自愈原理。

掌握不同类型自愈环的特点，容量和适用范围。

3.1 基本概念
随着科学和技术的发展，现代社会对通信的依赖性越来越大，因此对网络的
安全性提出了更高的要求，从而产生了自愈网的概念。

下面将就自愈网中的一些概念进行阐述：
单向与双向业务
自愈
3.1.1 单向与双向业务
单向和双向业务是针对环上的业务流向而言。

所谓单向业务，指的是节点从
环上收发的业务在环上按同一方向进行传输（例如顺时针或逆时针）；双向
业务是指，由节点发送而进入环的业务信号按照一个方向进行传输，而由节
点从环上接收的业务信号按同一路由相反的方向传输。

采用单向业务的传输
环称为单向环，采用双向业务的环称为双向环。

3.1.2 自愈
自愈指的是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效的故障中自动恢
复所携带的业务，使用户感觉不到网络已经出现了故障。

自愈并不代表网络
自身具有修复功能，对于具体失效元部件的修改和更换，仍需要人工干预才
能完成。

自愈网的基本原理是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信，
简而言之，自愈网就是使得网络在出现故障的时候，受到该故障影响的业务
能够通过其他路径到达目的地，而不受网络故障的影响。

3.2 自愈网络的分类
OptiX 155/622H(Metro1000)设备支持的ITU-T建议中的自愈保护机制有如下5
类：
1. 路径保护类
保护方式包括：
二纤单向复用段专有保护环
二纤双向复用段共享保护环
2. 子网连接保护类
通道保护环（二纤单向通道保护环/二纤双向通道保护环）
子网连接保护（SNCP）
3. 双节点互通连接（DNI）环间互通业务保护
4. 虚拟光纤共享路径保护
5. VP-Ring环网保护
3.2.1 路径保护类
自愈环结构可以划分为两大类，即复用段保护环和通道保护环。

对于复用段
保护环，业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否由每一对节点间的复
用段业务信号质量的优劣而定；对于通道保护环，业务的保护是以通道为基
础的，倒换与否由环上每个通道信号质量的优劣而定。

当复用段出现故障时，
整个节点间的复用段业务信号都转向保护环。

通道保护环和复用段保护环的
一个重要区别在于，通道保护环往往使用专用保护，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；而后者往往使用共享保护，即正常
情况下保护段是空闲的，保护时隙为每对节点共享。

据此又分为专用保护环
和共享保护环。

当然，复用段保护环也可以使用专用保护，但是比起通道保
护环无明显优点。

1. 二纤双向复用段保护环——二纤共享复用段保护环
复用段保护环与通道保护环的最大区别是它需要启动复用段保护协议来实现
环路业务保护倒换。

二纤双向复用段保护倒换环的保护倒换过程如图3-1所
示。

(a)(b)
图3-1 二纤双向复用段保护倒换环
在二纤双向复用段保护环中，将每个传输方向光纤的容量一半分配给业务通道，另外一半分配给保护通道。

正常情况下，如图3-1（a）所示，从节点A 进环以节点C为目的的业务信号沿S1/P2光纤按顺时针方向传输；而从节点C进环以节点A为目的的业务信号则沿S2/P1光纤按逆时针方向传输。

当节点B、C间两根光纤同时被切断，如图3-1（b）所示，节点B与节点C 的倒换开关将S1/P2光纤与S2/P1光纤沟通。

在节点B将从节点A进环沿S1/P2光纤送来的业务信号时隙转移到S2/P1光纤的保护时隙，传送到节点C。

在节点C将从本节点进环沿S2/P1光纤送出的业务信号时隙倒换至S1/P2光纤的保护时隙，传送到节点A。

因为二纤双向环中每个方向的业务时隙和保护时隙在同一条光纤上传输，即在一条光纤上既传输业务信号又传输保护信号。

这时，无论是接收机、发送机、光缆或节点发生故障，总是会同时影响工作通道和保护通道。

2. 二纤单向复用段保护环
二纤单向复用段倒换环的保护倒换过程如图3-2所示。

(a)(b)
图3-2 二纤单向复用段保护倒换环
二纤单向复用段保护倒换环中，业务的工作通道和保护通道分别在两根不同
的光纤上。

正常情况下，如图3-2（a）所示，信息在业务光纤S上传送。

例
如，节点A发送给节点C的业务信号是从节点A经S光纤穿过节点B到达节
点C的；而节点C发送给节点A的信号是从节点C经S光纤穿过节点D到
达节点A的。

各个节点仅仅从来自业务光纤S的信号中分插低速支路信号，
保护光纤P是空闲的。

当节点B、C间的两根光纤都被切断，节点B和C的保护倒换开关的动作如
图3-2（b）所示。

于是，在节点B从S光纤接收的业务信号，经过保护倒换
开关切换到从P光纤返回，沿逆时针穿过节点A和节点D到达节点C，并进
过节点C倒换开关回到S光纤下到支路。

故障排除后，保护倒换开关返回到
图3-2（a）的状态。

3.2.2 子网连接保护类
1. 通道保护环
（1）二纤单向通道保护环
二纤单向通道保护环其保护倒换的原则为“首端桥接，末端倒换”。

二纤单
向通道保护环使用一根光纤来传送业务信号，称为S光纤，也称为工作纤；
另外一根光纤传送相同的信号用于保护，称为P光纤，也称为保护纤。

当环
上各个节点正常工作时，各个节点发送信号的方向同接收信号的方向是一致
的（亦即如果节点以顺时针方向发送信号，那么节点接收信号的方向也是顺
时针的，环上发送信号的流向同接收信号的流向是一致的），但经过的路由
是不一致的（如A站发向C站，所经历的路由是A→B→C；C站发向A站的
路由是C→D→A。

中间经历的站是不同的。

）。

如图3-3所示：
图3-3 二纤单向通道保护环
正常工作时，在节点A进入环并以节点C为目的的业务信号AC，同时在光纤S和P上发送，其中S光纤将业务信号顺时针方向经节点B送至节点C，P光纤将同样的信号作为保护信号经节点D送至节点C。

节点C同时收到两个方向的支路信号，按照信号的优劣决定选收其中一路信号（正常情况下接收S纤上传送的信号）。

同样，从节点C进入环并以节点A为目的的业务信号按照同样的方法送至节点A。

一旦节点B、C间的光纤被切断，在节点C，由于从S光纤接收的AC信号丢失，按照信号选收的原则，倒换开关将由S转到P光纤，接收由节点A经P 光纤传送的AC信号，从而使得AC间的业务仍然得以维持，不会丢失。

故障排除后，通常倒换开关将恢复到原来的位置。

（2）二纤双向通道保护环
二纤双向通道保护环其保护倒换原则与单向通道保护环基本相同，只是在二纤双向通道保护环中接收信号与发送信号所经历的路由一致。

如图3-4所示：
图3-4 二纤双向通道保护环
从节点A进入到环并以节点C为目的的业务信号AC，同时在光纤S1和P1上发送。

其中S1光纤按照顺时针方向将业务信号经节点B送至节点C，P1光纤沿逆时针方向将同样的业务信号作为保护信号经节点D送至节点C。

正常情况下，节点C以S1光纤上送来的信号作为主用信号进行接收。

同样，从节点C进入到环上并以节点A为目的的业务信号CA同时在光纤S2和P2上发送，其中S2光纤按照逆时针方向经节点B将业务送至节点A，P2光纤沿顺时针方向将相向的信号作为保护信号经节点D送至节点A。

正常情况下，节点A以S2光纤上送来的信号作为主用信号进行接收。

注意：
双向环与单向环的区别：对于正常状态下在双向环上，节点A发送到节点C 的业务信号是沿顺时针方向到达节点C的，而其接收节点C的业务信号是从节点C发出并沿逆时针方向到达节点A的；在单向环上，节点A发送到节点C的业务信号是沿顺时针方向到达节点C的，而其接收节点C的业务信号是从节点C发出并沿顺时针方向到达节点A的。

现假设节点B、C间的光缆被切断，在节点C，由于经S1光纤传送的AC信号丢失，节点C的倒换开关将由S1光纤转向P1光纤，接收节点A经P1光纤传送的AC信号，从而使得节点A、C间的业务信号仍然得以维持。

故障排除后，通常开关恢复到原来的位置。

2. 子网连接保护（SNCP）
子网连接保护指的是当工作子网连接失效或者性能低于某一必要的水平时，工作子网连接将由保护子网连接所代替。

子网连接按照其结构也可分为1＋1保护和1:1保护，其中1:1保护可支持额外业务。

在1＋1专有保护方式下，发送端永远桥接，因此业务在工作子网连接和保护子网连接两条路径上同时发送，而在接收端，通过对在两条路径上接收到的业务信号进行比较后选择一路质量好的进行接收。

如果该保护是单端方式的话，则无需保护倒换协议。

图3-5 SNCP保护1＋1单端方式正常工作状态
图3-6 SNCP保护1＋1单端方式工作纤失效情况
图3-7 SNCP保护1＋1单端方式保护纤失效情况
图3-5、图3-6、图3-7分别为SNCP保护1＋1单端方式下正常情况、工作纤断纤、保护纤断纤情况下，站A和站B倒换状态的示意图。

可见在单端方式下，当接收端（站B）检测到当前接收的业务信号失效时，接收端将执行倒换，但是发送端（站A）维持原先的状态不改变。

图3-8 SNCP保护1＋1双端方式工作纤失效情况
图3-9 SNCP保护1＋1双端方式保护纤失效情况
图3-8、图3-9分别为SNCP保护1＋1双端方式工作纤断纤、保护纤断纤情况下，站A和站B倒换状态的示意图。

可见在双端方式下，当接收端（站B）检测到当前接收的业务信号失效时，接收端将执行倒换，同时发送端（站A）也将执行倒换。

下面列出一些在SNCP组网中常见的拓扑结构：
1
环链
图3-10 环带链
环
1
环2
图3-11 相切环
环环2 1
图3-12双节点连接
图3-13单节点连接
图3-14相交环
3.2.3 双节点互通连接（DNI）环间互通业务保护
环网间的环间互通业务可分为SNI（单节点互通连接）方式和DNI（双节点互
通连接）方式，对于前者，可以采用线路保护的方式对其进行保护，但这种
方式只能对光纤和光发送/接收端口进行保护，在互通节点失效的情况下无法
进行保护。

在后一种方式下，G.842建议对环间业务的保护方式作出了具体
的规定，由于该建议规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环和
通道环工作方式下的保护方式，因此采用该建议规定的保护方式，可实现不
同厂家设备、不同保护方式组成的两个环网间互通业务的保护，且对光纤失
效、节点失效均可进行保护。

OptiX 155/622H(Metro1000)对DNI方式下环间互
通业务的保护完全符合G.842建议的要求。

1. 复用段共享环DNI节点的互通业务保护
如图3-15所示，环一节点A与环二节点J间的业务通过DNI方式进行保护，
环一工作在复用段共享保护方式下。

在A到J的业务通过drop-and-continue
（下业务和直通）方式分别从互通双节点C和D送至环二（采用广播方式在
C点下业务且穿透到D），而从环二送来的J到A的业务分别从C、D节点
进入环一，从D节点（从节点）进入环一的业务Ts沿DC光路到达C节点，
在C节点处，Ts与从C节点（主节点）进入的业务Tp经过选优后，选出的
业务沿CBA光路到达A节点。

在这种方式下，以下任意一种失效方式均可得
到保护：主节点C失效；从节点D失效；环上光纤失效；CF间光纤失效；
DG间光纤失效。

E
P 端端
S 从从端
业业业业业业
SS
环环保保
工工保保
图3-15 复用段共享保护环间的互通业务保护示意图
2. 通道保护环DNI节点的互通业务保护
如图3-16 所示，环一节点A与环二节点I间的业务通过DNI方式进行保护，环一工作在单向通道保护方式下。

在A到I的工作业务和保护业务通过drop-and-continue方式分别送至互通双节点C和D，在C、D分别选出其一送至环二，而从环二送来的I到A的业务分别从C、D节点进入环一，从C 节点（主节点）进入环一的业务沿工作路径到达A节点，从D节点（从节点）进入环一的业务沿保护路径到达A节点，二者在A节点以通道选优方式择其
一下路。

在这种方式下，以下任意一种失效方式均可得到保护：主节点C失效；从节点D失效；环上光纤失效；CF间光纤失效；DG间光纤失效。

E
H
环环保保
工工保保
图3-16 通道保护环间的互通业务保护示意图
3.2.4 虚拟光纤共享路径保护
系统引入逻辑子系统，采用专有的共享光纤虚拟路径保护技术，可将一根物
理光纤等效为多根逻辑光纤，在一根光纤中可同时支持多种保护方式，支持
上述保护方式在同一光纤上组合，保护级别可按VC-12、VC-3或VC-4级别
设置，实现业务分类保护和复杂网络的保护。

图3-17 虚拟光纤共享路径保护示意图
采用专有的共享光纤虚拟路径保护技术，实现按业务分类保护；同时实现不同速率设备混合组网，降低建网时对节点设备和光纤芯数的需求，可广泛应用于末端网、接入网的应用。

在两环相交情况下可以通过其中一个环共享另一个环的相交段的光纤，利用
其剩余的容量做虚拟光路，从而节省光纤和光接口板。

图3-18 虚拟光纤共享路径保护组网示意图
3.2.5 VP-Ring环网保护
1. VP-Ring保护对象
对于ATM业务，通过SDH层，采用了共享环的保护方式；但是仅仅采用SDH
层的保护是不够的，还需要ATM层的保护；因此引入了VP-RING的保护方
式。

如果没有ATM层的保护，在ATM层失效的情况下，会造成对环上其他
站点业务的影响。

图3-19 VP-RING 的实现方式
在图3-19中（为简便，图中只画了单环的业务，实际应为双纤环），ATM业
务为了实现共享，采用了逐点转发的方式。

在每个站点，经SDH层的交叉处
理，将ATM共享业务所在的带宽（155Mbit/s）调度到ATM层，在ATM层
将上游站点的业务与本站业务混合后，转发到下游站点，实现了带宽共享。

这样也带来了保护的问题，对于光路和SDH层的失效，可以通过SDH层的
保护来避免；但是对于ATM层的失效，如果SDH层无法有效的实现监测，
则该站点的失效可能会影响其他站点的业务。

为解决这个问题，引入ATM层
的VP-Ring保护。

2. VP-Ring保护实现原理
ATM保护倒换原理在实现上最大程度的借鉴了SDH APS保护倒换的原理和
特性。

单个VP/VC保护倒换主要应用在服务层没有保护功能的场合。

有时侯只保护
VPs/VCs中需要高可靠性的某一段，而其余部分不被保护。

这有助于减少保
护需要的带宽。

这种方式尽管可以用来保护ATM层和物理层的故障，但也不排除仅保护物理层的故障。

VPG/VCG保护是为了加快ATM层保护倒换（达到SDH层保护倒换速度）。

快速保护倒换是通过把多个VP/VC连接作为一个组，整体进行保护。

VPG/VCG保护主要用来恢复物理层的故障，同时也可以保护ATM层。

VPG/VCG保护可以与单个VP/VC保护结合在一起使用。

保护倒换是预留保护资源的保护机制，它可以用在任何的物理拓扑上。

预留保护资源包括路由和带宽。

ATM保护倒换可以是1+1或m:n。

在1+1保护方式下，一个保护实体专职保护一个工作实体，在保护域的源点工作实体复制一份数据给保护实体发送。

在保护域目的点根据一定的选择标准（如下层的失效通知）选择接收工作实体和保护实体的数据。

在 m:n保护方式下，有m个专职的保护实体被n个工作实体共享，一般的m小于n 。

每个保护实体的带宽应该尽可能地能够保护n个工作实体中的任何一个。

当一个工作实体出现故障，首先它必须被指定一个可用的保护实体，接着在保护域的源和目的进行保护倒换。

如果有多于m个工作实体需要保护，仅m个工作实体可以被保护。

在ATM层保护动作发生前，为了给传输层的保护功能一个启动机会；或者确认持续的失效；或者其它操作原因，需要延迟保护动作，提供了保持时间的功能。

由于检测到故障后VP/VC-AIS信元尽可能快的被传送，因此保持时间在保护域的目的点被设置。

在保护域的目的点端到端或段的AIS 状态持续 x 秒后，ATM层保护倒换动作开始被启动。

x值在0～10 秒之间，最小单位为500ms。

（1）保护倒换控制协议
双向保护倒换通过在保护域的源和目的交换协调信息来实现的。

协调信息使用专门的VP/VC-APS信元发送。

1+1 单向保护倒换不需要协调协议。

业务通过ATM接口板建立两条方向不同的连接，一条为工作VP,另一为保护VP，均承载相同的业务信元。

当检测到工作VP错误时，从保护VP连接中接收信元，来实现对VP连接的保护。

1:1与1＋1不同的是保护VP可以承载额外的业务信元。

（2）保护倒换触发机制
遇到下面情况应执行保护倒换工作：
操作者发起（如：手工倒换，强迫倒换，锁定保护）；
检测SF；
检测SD；
等待恢复时间超时；
操作者控制。

保护倒换功能的操作者控制可以通过网管进行控制.
对于VC/VP/VPG的1+1线性保护；与SDH的通道保护类似，也是采用主、备通道，通过在接受端检测信号质量，并采用双发选收的方式来实现的。

如图3-20（a）所示。

(a)
(b)
图3-20 VC/VP/VPG二纤单向通道保护环示意图
图3-20中，对于A点和C点之间的ATM业务，分别建立了两条（主备环）连接（VC/VP/VPG）。

在正常情况下，接收端选择主连接所传输的业务；在
主环出现故障时，在接收端通过检测相应的失效信息并启动保护，将所接收
业务调整到备用连接上，实现对ATM业务的保护。

3.2.6 常用自愈结构比较
表3-1对现有OptiX 155/622H(Metro1000)设备构成的各种SDH环进行了比较：
表3-1 各种自愈结构的比较
目录二纤单向通道
倒换环
二纤单向复用段
倒换环
二纤双向复用段倒
换环
子网连接保护（SNCP）
最大业务容量
（节点数为K）
STM-N STM-N STM-N×K/2 STM-N
节点成本低低中低
APS协议不要求要求要求不要求
组网灵活性较强强较强强
系统复杂性最简单简单复杂简单
倒换速度最快较快较快较快
与其它常见产品兼
容性
兼容不兼容不兼容不兼容
详细说明：
二纤单向通道保护倒换环，由于进入环中的所有支路信号都要经过两个方向到达接收分路节点，因而相当于要通过整个环传输，因而环的业务容量
等于所有进入环的业务量的总和，即等于节点处ADM的系统容量
STM-N。

二纤单向复用段保护倒换环的结论相同。

子网连接保护采用的倒换机理与单向通道保护非常类似，其系统容量也一样。

二纤双向复用段保护倒换环中的业务路由仅仅是环的一部分，因而业务通路可以重新使用，相当于允许更多的支路信号从环中进行分插，因而网络
的业务容量可以增加很多。

在极端情况下，每个节点处的全部系统容量都
进行分插，于是整个环的业务容量可达单个节点ADM系统容量的K倍，
又由于二纤双向复用段倒换环中只能利用一半的时隙，所以环上实际的最
大业务容量为（K×STM-N ）/ 2。

从成本上来说，当业务需求模型为集中性时（如用户网部分，由于多处于网络的边界处，业务容量要求低，而且大部分业务汇集在端局节点上），
单向环比双向环经济；当业务量需求模型为网孔型时，则与节点数有关，
当节点数较小时，单向环比双向环经济，否则结论相反（如局间通信部分，
由于各个节点间均有较大业务量，而且节点需要较大容量，因此使用大容量的双向环非常合适）；当业务量需求模型为循环型时，双向环比单向环经济。

从多厂家产品的兼容性而言，由于目前尚无适合环形网应用的标准APS 协议，因而所有涉及APS协议的环形结构目前都不能满足多厂家产品兼容性要求。

子网连接保护（SNCP）也存在类似的问题。

而二纤单向通道保护倒换环其倒换条件在现有SDH标准中已经规定，因而很容易满足多厂家产品兼容性要求。

从协议实现的复杂性而言，二纤单向通道保护倒换环无论在协议控制、操作维护方面都是最简单的。

而且由于不涉及APS通信过程，因而业务恢复时间也最短。

子网连接保护（SNCP）也不需要APS协议，但其倒换的完成涉及单板较多，因此它的复杂性和业务恢复时间介于复用段保护和通道保护两者之间。

OptiX 155/622H (Metro1000) STM-1/STM-4 MSTP 光传输系统
用户手册
第三部分 设备组网
第三章 常见自愈网络介绍
3-21 小结
本节主要介绍了各种网络自愈保护的原理及不同类型自愈环的特点，容量和适用范围。

习题
1. 双向环和单向环间有何区别？
2. 双端保护方式和单端保护方式的区别是什么？
3. 通道保护和复用段保护间有何区别？
4. 用OptiX 155/622H (Metro1000)设备构成二纤复用段保护环上的ADM 时要注意哪些问题？。