SDH 光环网适应机动通信网络的优化设计

蒋元兵，瞿 辉，刘世洪，于兴网，颜浩洋，穆 刚

（重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030）

0 引 言

无线传输作为机动通信网络的主要传输手段，具有无需布线、支持动中通等优点，但是也存在着易受电磁干扰、信号被截获以及带宽受限等问题。在无线电静默和高带宽需求等场景下，有线传输能够作为无线传输手段的有效补充。

有线传输手段的传输介质包括被覆线和光纤。被覆线造价便宜、拉线方便、不易受损，但是带宽和传输距离均受限。随着传输带宽需求提升和光纤造价降低，光传输在机动通信网络逐步推广应用。光传输具有传递速度快、信息传递量大等特点[1]。

基于同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy， SDH）技术的光传输支持将复接、线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统进行操作，能够为通信业务连接、灵活组网以及资源调配提供可靠的技术支撑[2]，易于构建环网，提升可靠性。SDH光环网由大容量光纤传输链路连接，具有高度灵活性和自愈功能[3]。网络机动通信网络采用SDH 光环网，支持高带宽的业务传输，在标准SDH 技术的基础上，为了适应即插即用的需求，需优化SDH 网络管理系统相关的配置管理、拓扑管理和故障管理等功能。

1 研究现状

SDH 是为不同数字信号的传输提供相应等级的信息结构，是由复用方法、映射方法以及相关的同步方法组成的一个技术体制。SDH 技术具有传输容量大、组网灵活、可靠性高、设备兼容性好及自愈能力强等优越性，使得SDH 网络成为最常用的光纤组网方案[4]。

SDH 在管理模式上非常完善，能够实现统一的网络管理[5]。SDH 依托管理网完成SDH 设备和网络的管理。SDH 网络管理系统具备故障管理、性能管理、配置管理及安全管理等功能，其中配置管理主要实施对网元的控制、识别及数据交换，完成对网元的状态监视和控制，完成网络拓扑管理和网元安装配置。

机动通信网络无法部署集中的网络管理系统进而完成网络的拓扑规划和网元管理。为了适应网络即插即用的需求，需要基于设备自身设计一套简单的网络管理协议，从站号自动分配、参数自配置以及拓扑自动发现等方面优化网络管理系统。

2 设计实现

2.1 总体设计

SDH 光环网采用主环和备环的双环设计，备环作为主环的保护。上一个站点的光口2 发连接下一个站点的光口1 收，使用工作纤依次连接形成主环；上一个站点的光口1 发连接下一个站点的光口2 收，使用备用纤依次连接形成备环。SDH 光环网络拓扑连接关系如图1 所示。

图1 SDH 光环网络拓扑

为了简化网络的配置管理，选择一个站点作为主站，充当系统网管的角色。系统采用站号作为唯一标识，依托站号完成设备管理、拓扑呈现以及业务配置。设计站号自动分配协议，由主站完成各站点的站号分配，各站点入网连接后，主动向主站申请站号。

主站采用拓扑自动发现算法完成拓扑收集，将计算的网络拓扑下发至各站点。各站点能够呈现网络拓扑给用户查看光纤连接关系。主站定时发起网络拓扑发现消息，通过网管通道传输至各站点。各站点依次加入本站的站号、收光功率，最终回传至主站，计算形成网络拓扑。

主站自动完成业务配置，通过网管通道将业务配置信息下发至各站。各站根据站号获取本站的业务配置。业务分为以太网环网业务和点对多点业务。主站将各站点的以太网接口自动加入以太网环，实现各站的以太网接口互通。主站根据各站的站号分配点对多点业务的通道号，各站只能与主站互通点对多点业务。

2.2 站号自动分配协议设计

站号自动分配协议完成各从站的站号分配功能，还具备主站冲突检测和从站冲突检测等功能。协议的交互流程如图2 所示。

图2 站号自动分配协议交互流程

设备默认为从站。构建光环网时需要将一台设备改为主站，站号自动默认为1。设备关机时保存用户修改的站点属性和分配的站号。此外，主站还需要分配的站号数据。设备开机时，读取保存的站点属性、分配属性和站号，支持携带保存的站号向主站申请，保证网络拓扑不变时分配的站号不变。

主站冲突检测用于检测网络中存在的多个主站。主站通过光环的网管通道定时发送主站冲突检测消息。主站接收到其他主站的主站冲突检测消息后，通过人机界面提示主站冲突，提醒用户解决冲突。

分配属性为自动的从站开机后，通过网管通道定时发送站号申请消息，其他从站转发站号申请消息至主站。站号申请消息携带站点的设备ID（设备的唯一身份）、已分配的站号或者无分配的站号。

主站接收到站号申请消息后，为从站分配站号。当从站携带站号时，从数据库匹配该站号的分配情况，若未分配则直接分配并记录，若已分配给该站则直接使用并记录，若已分配给其他站则另行分配站号。当未携带分配的站号或者已分配的站号被占用时，优先分配未分配的站号。站号分配之后，主站记录该站号对应的设备ID 和在线状态。当所有站号都已被分配，则依次由站号从小到大选择已分配未在线的站号进行分配。主站完成站号分配之后，向从站下发站号分配消息。

从站接收到站号分配消息后，设置本站的站号为主站分配的站号，并保存参数。从站向主站回复站号分配确认消息。

从站站号冲突检测消息用于检测网络中相同站号的从站，解决手动设置与自动分配的站号冲突问题。分配属性为手动的从站开机后以及分配属性为自动的从站完成站号分配后，定时向网管通道发送从站站号冲突检测消息，其他从站检测站号是否冲突。检测到站号冲突后，通过人机界面向用户提示从站站号冲突。手动配置的站点后入网导致冲突则由用户修改站号。主站自动分配时，根据站号在线状态会自动避开手动配置的站号。

2.3 拓扑自动发现算法设计

拓扑自动发现算法完成光环网的网络拓扑自动发现，呈现光环网的连接关系。主站完成网络拓扑发现，并将网络拓扑下发给各站点；各站点呈现网络拓扑给用户，用于查看连接关系和连接故障定位。拓扑自动发现算法的原理如图3 所示。

图3 拓扑自动发现算法原理

要实现拓扑自动发现，需要先保证光纤连接正确，即光口2 收连接光口1 发，光口1 发连接光口2 收。各站点间隔5 s 向两个光口发送光口状态消息，携带发送的接口号。对端站点收到光口状态消息后判断光纤连接状态，如果连接错误，则通过人机界面提醒用户。

主站A 每个周期（15 s）间隔3 s 分别从工作纤和备用纤发送拓扑询问消息，各站点以自己的站点号和光接口状态（正常/异常）作为回应，回应报文的途经站点补充添加自己的站点号和光接口状态。

主站从工作纤和备用纤接收到回应后，保留站号最多的报文作为计算依据，从发送拓扑询问报文10 s 后，开始补齐因断纤未收到的站号序列和主站自己的站号，结合各个站点的光接口状态，分别形成工作纤和备用纤的站点连接顺序。

下面以图3 的网络拓扑为例描述拓扑计算过程。

当主站A 发送拓扑询问报文10 s 后，根据接收的响应报文启动计算。主站从备用纤收到3 个数据包，内容分别是DCB，CB，B。最长的数据包DCB 有效，再加入主站的站点号A，备用纤的拓扑关系就是D →C →B →A。主站从工作纤收到1个数据包D，加入主站站点号A，工作纤的拓扑关系是D →A。根据备用纤的拓扑关系补齐工作纤的拓扑关系为D →A →B →C。根据从站回复的各站点光口工作情况，形成光口连接状态表，如表1 所示。

表1 光口连接状态表

根据工作纤拓扑关系A →B →C →D 和D 站光口1 异常的实际情况，可以判断C →D 断纤。

站点补充完整后形成的站点序列和光接口状态如下。工作纤：（正常）A（正常）B（正常）C（异常）D。备用纤：（正常）D（正常）C（正常）B（正常）A。拓扑计算完成后的网络拓扑如图4 所示。

图4 网络拓扑显示图

3 测试验证

3.1 测试网络拓扑

用4 台SDH 光传输设备搭建测试网络，采用双纤连接方式，形成主备双环，设置设备1 为主站。测试的网络拓扑如图5 所示。

图5 测试网络拓扑

3.2 站号分配测试

3.2.1 场景1——站号分配和站号保持

连接好设备后，依次将设备2、设备3、设备4开机，查看各设备分配的站号。将4 台设备关机，然后按照任意顺序重新开机，查看各设备分配的站号。分配的站号如表2 所示。

表2 各设备获取的站号

根据表1 分析，各设备第一次开机时，能够正常获取站号。关机后再开机，在站号未被占用的情况下，由于主站记录了各设备的设备ID 作为站号唯一标识，能够继续为各站点分配保存的站号。

测试结果表明，协议能够正常分配站号；设备关机后再开机，能够正确保持站号。

3.2.2 场景2——站号已分配完的站号分配

对网络中设备3 的设备ID 进行修改，重新获取站号，获取的新站号为5。经分析，主站支持分配的站号范围为2 至16，此时主站的站号未被完全分配，2 至4 已被分配，分配5 为正确。

重复修改设备3 为不同的设备ID，使设备3 重新申请站号。查看设备3 申请的站号，依次为6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16 和3。经分析，主站优先选择未占用的站号进行分配，所以一直分配到站号16；当站号全部被占用，从站号由小至大选择未在线的站号，所以站号16 之后，主站为设备3 分配了站号3。

测试结果表明，当站号全部占用时，协议能够正确分配已分配未在线的站号。

3.2.3 场景3——主站冲突检测

设置设备3 为主站，查看设备1 和设备3 的人机界面。设备1 和设备3 的人机界面提示了“主站冲突，请处理”。测试表明主站冲突检测功能正常。

3.2.4 场景4——从站冲突提示

设置设备3为从站，手动设置设备3的站号为4。此时，设备3 设置的站号与设备4 自动分配的站号冲突。查看人机界面，此时提示“从站冲突，请修改站号”。测试表明，从站冲突检测功能测试正常。

3.3 拓扑发现测试

在站号分配测试的场景1，查看各站点显示的网络拓扑，结果如图6 所示。

图6 站号分配场景1 的网络拓扑显示

断开设备3 的光口1 收，设备2 与设备3 之间的工作纤断开，查看网络拓扑，结果如图7 所示。

图7 断开设备3 光口1 收的网络拓扑显示

断开设备3 的光口2 收，设备4 与设备3 之间的备用纤断开，查看网络拓扑，结果如图8 所示。

图8 断开设备3 光口2 收的网络拓扑显示

4 结 语

随着SDH 光环网在机动通信网络的广泛应用，本文设计的站号自动分配协议在仅配置“主站”1 个参数的情况下，能够实现设备连接入网并自动分配站号，依托站号完成业务自配置，大幅简化了设备的操作。拓扑自动发现算法依托主站完成光环网的网络拓扑自动发现，各站点能够查看网络拓扑和光纤连接关系，发现光纤连接故障，实现故障定位。针对SDH光环网的优化设计，对于推动SDH 光环网在机动通信网络的推广应用具有重要意义。