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多业务平台需要复杂的保护机制
2006年6月27日 13:58  来源:光波通信  作者:David Robertson
  为了传送数据业务,运营商对传统的SONET/SDH设备进行了改进。  
这类改进不但带动诸多新的数据平台技术的出现,例如通用帧封装(GFP)、虚级联(VC)以及链路容量调整机制(LCAS),同时,还显著地改变了设备结构。

  尽管此类改变都有利于降低投资和运营成本,但新的设备结构需要更为复杂的自动保护倒换(APS)控制机制,同时设备性能的测试也变得更难了(尤其是在典型的网络负载条件下)。因此,有必要引入新的SONET/SDH功能测试方案来对下一代SONET/SDH (NGS)设备的性能进行测试。
  
  多业务平台

  过去,网络采用分插复用设备(ADM)将较低速的TDM语音业务复用到较高速的SONET/SDH环上。但是,随着网络不断地适应数据业务,ADM逐渐被新型的设备所代替,这就是多业务提供平台(MSPP)或者多业务传送平台(MSTP)。

  MSPP不但具备ADM的所有功能,还具有聚合、疏导、交叉连接(XC)或交换等功能。另外,它也具备以太网交换之类的二层功能。

  聚合功能不仅可以聚合低速SONET/SDH信号和DS-n/E-n  PDH电信号,也可以对10/100Base-T和千兆以太网(GbE)数据信号进行聚合。有些MSPP产品还支持ATM。另外,新的需求还在不断出现,例如要求支持视频、存储区域网以及光纤通道等。

  疏导功能是将输入信号中不含载荷的信号丢掉,对其余信号进行重新组装,以提高带宽的利用率。传统网络中,疏导和交换功能是由数字交叉连接设备(DXC)来完成的,因此,有人认为MSPP是ADM和DXC的综合。

  由于人们对网络传送数据业务有更进一步的需求,因此带动了Ethernet over SONET/SDH (EoS)或者说NGS的出现。EoS是指在客户的要求下,将以太网为主的数据业务放入GFP帧封装容器,采用VC提高带宽利用率,同时采用LCAS协议动态分配带宽。

  NGS也指MSPP中的同步传送信号(STS)和虚支路(VT)XC/交换功能(见图1)。比起GFP或VC,加入STS和VT XC/交换是系统结构上一个更大的变化,也正是由于增加了XC/交换功能,MSPP的APS变得更加复杂。

  另一种NGS设备是多业务交换平台(MSSP),不严格地讲,它也属于一种MSPP,只是少了聚合功能。由于MSSP的规模更大,因此,常常用于网络的核心。MSPP的交换容量达到几十端口,而MSSP拥有几百个端口,因此其交换容量更大。MSSP适于较高速的光SONET/SDH接口,某些这类平台带有光GbE接口,有些甚至带有10GbE接口(见表)。
  
  保护机制

  传统点到点网络的保护倒换方式非常简单,其链路保护仅仅是添加一个单独的端口。这个端口可以在同一块线卡上,也可以在支路卡上,或者另外一块专门用于保护的独立卡上。保护机制可以是1+1或1:n。在1+1保护模式下,信号会被同时送入工作光纤和保护光纤。

  在1:n保护机制中,探测到故障的接收节点必须和其他节点进行协调,从而确定n条工作纤中哪一条光纤需要保护。在这种机制下,只有当出现故障时,保护光纤才会投入使用。因此,人们可以将这些带宽用于携带优先级较低的业务。但是一旦发生故障,保护线路被用做某一条工作线路的备份时,这些“额外”的业务就将被抛弃。

  当SONET/SDH环采用ADM时,会采用较为复杂的APS协议,例如两纤或者四纤双向线路倒换环(2F-BLSR或4F-BLSR)。2F-BLSR由两根运行方向相反的光纤组成,每根光纤的一半带宽用于保护。例如在OC-48中,STS-1-24用于传送业务,STS-25-48用于保护业务。实际中,STS-25-48有可能被用于其他无需保护的业务或者被设定为“无负载”状态。STS-1-24用于传送业务,一旦发生光纤断裂,业务就会被倒换到另一根光纤的STS-25-48上进行传送(见图2)。

  4F-BLSR是一种更强壮的结构,即使网络同时发生两处故障它也能够安然无恙,因为它同时采用了跨段保护和环保护机制(见图3)。当相邻节点之间发生故障时,跨段倒换将业务倒换到节点间的另外两根光纤上,网络便可恢复;而环倒换方式将线路回绕到保护带宽上,类似于2F-BLSR的保护方式,实现对网络的保护。

  4F-BLSR的缺点就是费用昂贵,因为每个网络单元(NE)上的光纤和线路侧端口都多出了一倍。但如果利用这些富余的光纤来携带低优先级的业务,可以相对降低一些附加费用。

  在单向通道倒换环(UPSR)中,工作光纤和保护光纤完全相同,工作业务在一根光纤的一个方向上进行传送,而保护业务在另外一根光纤上向另外一个方向传送,两根光纤上都携带完整的业务。一旦发生故障,接收节点会进行倒换,改为接收来自另一个方向的数据。利用线卡上性能监视器(PM)提供的数据,NE处理器能够决定是否进行保护倒换。

  XC在通道层面上进行倒换,而UPSR正是由STS和VT通道构成。每一条通道都有一个信号失效和信号劣化门限,门限是以STS  B3或者VT  BIP-2误码率为依据的。这个门限和PM数据一起,共同用于判断是否进行倒换。

  由于具有以上特性,UPSR适用于接入网,因为接入网中的业务等级协议是建立在通道基础上的。而BLSR则适用于城域核心网,因为其保护是建立在整条线路上的。

  尽管UPSR和BLSR都可以在环内对业务实现很好的保护,但它们的共同缺点就是不能进行环间保护。虽然可以在两个相连环的链路上进行1+1或者1:n保护,但两个环的连接节点一旦失效,环间的业务就都将丢失。解决这一问题的办法就是引入另一种更为复杂的保护倒换机制——双环互联保护

  DRI是一种能够实现环间保护的机制。它进行的是通道级保护,这一点在概念上与UPSR非常相似,而不同于BLSR之类的线路级保护,其他方面的工作原理都和BLSR、UPSR完全相同。DRI用于实现环间保护,信号选择器根据质量对信号进行选择。其监测点是动态的,这一点与UPSR通道选择器一样。由于DRI是通过向节点增加更多的智能来实现保护的,因此并不影响SONET的K1K2或者其他开销字节(见图4)。

  ADM和多业务平台的保护倒换在算法上有很大的差别。与ADM不同的是,多业务平台上的所有信号是直接穿过STS XC卡的,因此,STS XC卡的容量要设计得与MSPP上所有业务插槽的最大输入量的总和相同。也就是说,一旦发生保护倒换,例如2F-BLSR或4F-BLSR倒换,所有的STS通道都会被STS XC进行倒换和重新配置,即使是没有故障的通道。UPSR环倒换时的情况与此相同:所有的信号都是穿过STS XC的,当发生通道保护倒换的时候,所有的通道都会被重新配置,包括没有发生故障的通道。如果UPSR环使用的是VT倒换,则倒换时所有的VT通道都会被倒换和重新配置。

  值得注意的是,多业务保护倒换中并不只用到硬件。配置STS XC卡、保护倒换时重新配置XC卡都要用到软件。为了降低运营成本,网络运营者越来越倾向于采用具有光控制平面的格形网,例如运用GMPLS协议的光控制平面能够在指配和恢复的时候进行链路管理、拓扑/资源发现(GMPLS路由)并添加信令。GMPLS或任何格形网恢复协议并不是用于替换现有的各种APS机制的,从添加信令的角度来讲,恢复仅仅是指在故障发生后提供再次连接而已。

  指配可以通过管理系统或信令来实现。而网络恢复要求迅速,因此需要同时采用基于信令的倒换方式和分布式控制平面。不过,格形网的恢复时间不能够也不并要求达到Telcordia  GR-253的50ms  APS要求,其倒换时间通常都在秒量级,而且很大程度上依赖于格形网的规模和拓扑。
  
  端口负载和APS

  最近,Iometrix通过对新型MSSP进行高强度测试,对城域传送和保护倒换的时间进行了研究。该大型网络仿真和高强度测试的主要研究内容是将所有的设备满载,对其性能进行监测,尤其是在高负荷情况下是否符合Telcordia GR-253的50ms APS要求。

  该测试的主要目标就是模拟一个城域网,并在类似真实的重大故障条件下对其性能进行评估。主要的评估参数包括误码率(BER)、业务中断时间以及连通性(信道被正确倒换并进行路由)。测试包括的另一个内容是混合映射。以下是对图5中测试结果的总结:

  ●  APS时间根据各个端口上净荷类型不同而不同。
  ●  承载STS-1、STS-3和STS-12多种净荷时系统的性能与承载单一净荷时的性能有所不同。
  ●  倒换的容器越大,花费的时间越长。
  ●  APS时间会随着各网元信道数的增加而增加。

  可见,MSPP和MSSP的性能会随着信道数、净荷大小以及是否为混合型负载等因素的不同而有所不同。利用单一信道和单一载荷类型进行的测试,并不能正确地体现MSPP或MSSP的APS性能,这与ADM有所不同。另外,无论负载条件如何,NE都必须达到50ms的APS倒换时间标准。

  测试ADM保护倒换时间是相当简单的,通常只需要测试一条SONET/SDH通道,得到设备保护倒换时间的最差性能即可。因为其他的保护时间都会更短,所以计算和测试穿过ADM的通道的最坏保护性能就足够了。可以把信道从设备的第一块卡倒换到最后一块卡的情况视为最坏情况进行测试。保护倒换时,只需对倒换的通道进行测试,因为其他的通道是不受影响的。另外,只需测试APS性能与硬件变化的关系,因为ADM保护倒换主要在硬件上进行,其倒换时间与软件的版本没有关系。

  MSPP的测试与此不同,因为MSPP设备上的所有通道都必须穿过STS  XC卡,这一特性引发了一系列新的设备测试内容:

  ●  所有的信道或者通道。因为并不知道穿过MSPP的哪一条通道是最坏的。
  ●  所有的信道或者通道。因为它们在保护倒换时会被重新配置,确保所有的信道或通道被正确倒换是非常重要的。
  ●  每一个软件版本所对应的APS时间。因为软件的更替可能引起APS时间的变化。
  ●  混合载荷情况。因为倒换混合载荷和大带宽的信号需要更长的时间。
  ●  满载情况。因为APS的时间会随着负荷的增加而增加。

  新的多业务平台设备正在取代ADM,由于它们会将所有的信号穿过STS XC卡以实现DXC功能,因此它们从结构上有别于ADM。无论采用哪种APS机制,XC卡在保护倒换时都会对所有的信道/通道进行倒换,包括没有发生故障的信道/通道。MSPP和MSSP的性能会随着负载情况的不同而有所不同。

  由此可见,不能只通过测试一条通道或者一条业务流就判定多业务平台的性能。对单一通道和/或单一载荷的测试也不能正确地评估MSPP或MSSP的APS性能。同时,无论载荷类型如何,NE都必须满足50ms的APS时间条件。总结来讲,NGS测试平台必须完善,这样才可以同时对MSPP所有通道的APS、BER以及混合载荷能力进行测试。
  
 

  图1与分插复用器不同的是,下一代SONET/SDH多业务提供平台包含了同步传送信号(STS)、虚支路(VT)交叉连接(XC)矩阵。由于引入了XC功能,因此有必要引入更为复杂的自动保护机制。
  

  图2在两纤双向线路保护环中,两根光纤的传送方向相反,都利用STS-1-24来传送业务。当发生光纤断裂的时候,业务就会被倒入另一光纤的STS-25-48中。
  

  图3在四纤双向线路倒换环(4F-BLSR)中,当相邻节点之间发生故障时,跨段倒换将业务倒换到节点间的另外两根光纤上,网络便可恢复;而环倒换方式将线路回绕到保护带宽上,类似于2F-BLSR的保护方式,实现对网络的保护。
  

  图4双环互连保护机制利用信号选择器实现环间的通道保护。
  

  图5Iometrix的测试结果显示,多业务平台的自动保护倒换性能会因为负载条件不同而出现差异。负载条件包括净荷大小和信道数量。当进行单条双纤双向线路倒换环(2F-BLSR)业务中断测试时(a),倒换的净荷容器越大,倒换所需要的时间越长;当进行多条(2F-BLSR)业务中断测试时(b),倒换的信道数越多,时间越长。
 
 [关键词]:信令 MSS SP  发表评论    【推荐】 【打印

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