摘要：研究了在ＳＤＨ光傳輸系統(tǒng)中如何使用清華大學(xué)自主開發(fā)的ＳＤＨ高階芯片ＭＸＨ０１５５－２實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)絡(luò)自愈（ＳＨＲ）的問題;給出了兩種切實(shí)可行的方案：通道保護(hù)倒換自愈和復(fù)用段保護(hù)倒換自愈,并且給出了各自的電路結(jié)構(gòu)并比較分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn);提出了一種利用ＡＰＳ字節(jié)的復(fù)用段保護(hù)倒換協(xié)議。
關(guān)鍵詞：同步數(shù)字系列 自愈環(huán) 自動(dòng)保護(hù)倒換
在ＳＤＨ通信傳輸系統(tǒng)的工程應(yīng)用中,通常都要組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。環(huán)網(wǎng)絡(luò)是一系列的封閉節(jié)點(diǎn)集,其中每一節(jié)點(diǎn)都與通信設(shè)備相連。ＳＤＨ組成環(huán)網(wǎng)絡(luò)可以通過富余的帶寬或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來自動(dòng)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)的業(yè)務(wù),所以這種環(huán)網(wǎng)絡(luò)也稱為自愈環(huán)（ＳＨＲ）。環(huán)中使用的復(fù)用設(shè)備是ＡＤＭ,它用來分插本地信道或者轉(zhuǎn)接通過的信道。實(shí)現(xiàn)自愈功能的常用方法是再增加一條與工作環(huán)并行的通信環(huán)路。根據(jù)環(huán)上的業(yè)務(wù)流向來劃分,可分為單向自愈環(huán)和雙向自愈環(huán);根據(jù)保護(hù)的對(duì)象來劃分,又可分為通道保護(hù)倒換自愈環(huán)和復(fù)用段保護(hù)倒換自愈環(huán)。在ＳＤＨ建議中,通過ＳＤＨ幀結(jié)構(gòu)中的復(fù)用段開銷Ｋ１和Ｋ２字節(jié)的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)控制復(fù)用段自動(dòng)保護(hù)倒換的信令,因此Ｋ１和Ｋ２也被稱為ＡＰＳ字節(jié),在復(fù)用段保護(hù)倒換中具有特殊的重要的意義。
清華大學(xué)開發(fā)的ＳＤＨ高階專用集成電路ＭＸＨＯ１５５－２實(shí)現(xiàn)了從ＶＣ－４總線到ＳＴＭ－１的映射以及從ＳＴＭ－１到ＶＣ－４的去映射功能,具有完善的再生段開銷、復(fù)用段開銷和高階通道開銷處理,并安排了豐富的片內(nèi)環(huán)回功能。該芯片可用于ＳＤＨ光傳輸系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)自愈環(huán)。具體可以有兩種方案,一種是通道保護(hù)倒換自愈環(huán),另一種是單向復(fù)用段保護(hù)倒換自愈環(huán)。下面分別介紹其原理、自愈過程。最后分析其性能,包括業(yè)務(wù)容量和經(jīng)濟(jì)效益。
１ 通道保護(hù)倒換自愈環(huán)
通道保護(hù)倒換環(huán)是一種最簡(jiǎn)單的自愈結(jié)構(gòu),不需要任何保護(hù)倒換協(xié)議。這種保護(hù)采用“并發(fā)選收”的方式,即業(yè)務(wù)同時(shí)上載到兩個(gè)方向的光纖上傳輸。接收時(shí)則根據(jù)一定的判據(jù)選擇質(zhì)量較好的一路下載。這種方案配合清華大學(xué)開發(fā)的另一塊ＳＤＨ芯片ＭＸＬＯ２１Ｅ１－１使用,甚至不需要在片外切換。
２ 復(fù)用段保護(hù)倒換自愈環(huán)
這里的復(fù)用段保護(hù)倒換自愈環(huán)指的是二纖單向環(huán),也是應(yīng)用最為廣泛的一種環(huán)結(jié)構(gòu)。對(duì)于這種自愈環(huán)結(jié)構(gòu),目前ＩＴＵ－Ｔ還沒有明確的建議標(biāo)準(zhǔn)。我們根據(jù)現(xiàn)有的建議,提出了一種使用Ｋ１、Ｋ２字節(jié)完成的復(fù)用段保護(hù)倒換協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)環(huán)路自愈功能。
ＭＸＨＯ１５５－２用于這種系統(tǒng)中,一種較為簡(jiǎn)便的電路結(jié)構(gòu)如圖１所示。圖中Ａ、Ｂ表示兩片ＭＸＨＯ１５５－２。倒換位置選擇在上下ＶＣ－４總線處,倒換實(shí)際上主要表現(xiàn)為上下ＶＣ－４總線的選擇。當(dāng)然,復(fù)用段的倒換不僅只是ＶＣ－４,還包括段開銷。根據(jù)需要,實(shí)時(shí)通道Ｅ１、Ｅ２、Ｆ１、ＤＣＣ１和ＤＣＣ２都可以在片外進(jìn)行倒換。至于其他需要倒換的開銷字節(jié),可由軟件控制,通過單片機(jī)讀寫不同的芯片來實(shí)現(xiàn)。
正常工作時(shí),假設(shè)Ａ片為工作芯片,Ｂ片為保護(hù)芯片。則東向來的光纖和去往西向的光纖為工作光纖,另外一對(duì)光纖為保護(hù)光纖。保護(hù)光纖平時(shí)處于空閑狀態(tài),即沒有凈荷需要接收和發(fā)送,所以只在線路上傳送一個(gè)空的ＳＤＨ基本幀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的Ｂ芯片可簡(jiǎn)單地工作于再生中繼環(huán)回狀態(tài),并可用于向上游節(jié)點(diǎn)回送或者接收下游節(jié)點(diǎn)回送的有關(guān)信息,如遠(yuǎn)端誤碼塊指示Ｍ１字節(jié)等。下面用圖２來說明網(wǎng)絡(luò)自愈的過程。
該自愈環(huán)共有四個(gè)節(jié)點(diǎn),分別標(biāo)記為節(jié)點(diǎn)１、節(jié)點(diǎn)２、節(jié)點(diǎn)３和節(jié)點(diǎn)４,并順序分配節(jié)點(diǎn)ＩＤ二進(jìn)制數(shù)０００１、００１０、００１１和０１００。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被配置為ＡＤＭ,即從上游節(jié)點(diǎn)碼流中下載一個(gè)ＶＣ－４,并往下游發(fā)送碼流中上載一個(gè)ＶＣ－４。正常工作時(shí),業(yè)務(wù)都通過外環(huán)工作光纖順時(shí)針方向傳送。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),就需要用到Ｋ１、Ｋ２兩個(gè)ＡＰＳ字節(jié)的保護(hù)倒換協(xié)議來保證自愈的正確完成。這里提出的一種ＡＰＳ保護(hù)倒換協(xié)議,盡量遵循ＩＴＵ－Ｔ的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。Ｋ１字節(jié)的編碼格式為：前四個(gè)比特編碼表示各種倒換請(qǐng)求,后四個(gè)比特表示發(fā)出倒換請(qǐng)求的源節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)（ＩＤ）。Ｋ２字節(jié)的前四個(gè)比特表示接收倒換請(qǐng)求的目的節(jié)點(diǎn)ＩＤ,后四個(gè)比特用來傳送其他復(fù)用段信息,如ＭＳ－ＡＩＳ和ＭＳ－ＲＤＩ等。這一協(xié)議限制了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目不能超過１６個(gè),如果節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過１６個(gè),可用其他未用開銷字節(jié)承載地址信息,這樣保護(hù)倒換時(shí)間可能會(huì)無法保證。
Ｋ１字節(jié)倒換請(qǐng)求編碼如表１所示。
表1 K1字節(jié)編碼
| 請(qǐng)求類型 | 編碼 | 操作 |
| 故障情況 | 1101 | 高優(yōu)先級(jí)SF |
| 1100 | 低優(yōu)先級(jí)SF | |
| 1011 | 高優(yōu)先級(jí)SD | |
| 1010 | 低優(yōu)先級(jí)SD | |
| APS控制器狀態(tài) | 0110 | 等待恢復(fù) |
| 0010 | 反向倒換請(qǐng)求 | |
| 0001 | 無反向請(qǐng)求 | |
| 0000 | 無倒換請(qǐng)求 | |
| 外部請(qǐng)求 | 1111 | 保護(hù)鎖定 |
| 1110 | 強(qiáng)迫倒換 | |
| 1000 | 人工倒換 | |
| 0100 | 實(shí)驗(yàn) | |
| 保留 | 1001,0111,0101,0011 | |
其中ＳＦ為信號(hào)故障,包括ＬＯＳ、ＬＯＦ和預(yù)定義的比特誤碼率;ＳＤ為信號(hào)劣化,也為預(yù)定義的比特誤碼率。兩者均可作為啟動(dòng)保護(hù)倒換的判據(jù)。
在圖示環(huán)網(wǎng)中,遵循的原則是：（１）永遠(yuǎn)從同一方向發(fā)送和接收ＡＰＳ字節(jié);（２）主動(dòng)發(fā)出倒換請(qǐng)求的一方要向發(fā)現(xiàn)故障方向相反的方向發(fā)出ＡＰＳ字節(jié)。
當(dāng)發(fā)生如圖所示的故障時(shí),倒換過程如表２所示。
表2 二纖單向復(fù)用段保護(hù)倒換示例
