关于OTN的ODUk保护和SDH的复用段保护的协调选择的研究
OTN与SDH电层保护协调研究
铁路通信骨干传送网——由东北环、西北环、西南环、东南环、京沪穗环组成，组网方式是通过DWDM 和承载在DWDM 系统上的SDH 系统构成。由于建成年代久远，其中一些厂家倒闭或设备停产等原因，备品备件已日趋匮乏，加上设备老化，既有五大环的安全可靠性、传输容量、业务接入能力、业务处理能力、网管功能已不能满足业务发展的需要。建设新的全路骨干传送网已刻不容缓。OTN 作为当前光传输系统的主流技术，是铁路骨干传送网的当然选择。在目前各局的局干建设中，哈尔滨局和北京局完成了OTN系统的建设。
OTN从技术本质上讲，是SDH和DWDM的融合和扩展，它综合了SDH 和DWDM 的技术优势，并扩展了新的功能，以弥补SDH 和DWDM 的不足，适应新业务发展的需要。
OTN 在电层技术层面继承了SDH 多业务适配、分级复用、保护倒换、OAM( 操作、管理、维护) 等优点。同时，OTN在SDH 的基础上扩展了新的功能，它支持大颗粒业务的透传和调度、异步传输、多级串行连接监视，利用带外FEC( 前向纠错) 提高传输性能，通过加载控制平面提供智能功能。
OTN 将光层划分成OCh( 光通道层) 、OMS( 光复用段层) 、OTS( 光传送段层) 三个子层（参见图1）。OCh 实现端到端的光径路的建立、管理和维护，完成光层信头的处理、光通道监控、与电层适配和多种业务的接入等功能。OMS 实现多波长光信号的联网、光复
用段信头开销的处理、光复用段的管理和维护等功能。OTS 实现在不同传输媒介上传送光信号、传送段信头开销处理和维护等功能。
图1
引入OTN设备之后，由于既有设备不能立刻淘汰，并且铁路存在很多基于VC12及VC4级别带宽调度颗粒的业务，而OTN的调度颗粒最小也有1.25G（ODU0），所以为了节约带宽必然会将小颗粒业务通过SDH设备进行复用并通过OTN设备进行承载。由于铁路通信对安全性的要求很高，必然在OTN及SDH两个层面上同时进行保护。因此研究OTN与SDH保护协调的机制很有现实意义，对OTN及SDH 系统的维护非常重要。在此背景下，本文通过详实的数据对OTN的ODUk保护与SDH的复用段保护的协调进行了研究。
一、OTN的ODUk保护类型
OTN系统不仅可以在电层提供保护，也可以在光层提供保护，主要有客户侧1+1保护、ODUk保护、光波长保护、光复用段保护（OMSP）、线路侧保护（OLP）等。鉴于本文所讨论内容，以下主要介绍ODUk 保护。
ODUk保护属于电层保护，基于OTN架构内的电层交叉矩阵实现业务的并发与选收，能够达到类似于SDH/MSTP的保护倒换模式；保护倒换判断条件多，能够基于G.709协议下的各种告警进行倒换触发。分为ODUk SNCP保护和ODUk Spring保护。
1、ODUk SNCP保护
ODUk 的SNCP保护原理如图2所示：
图2
在业务发送端，需要保护的客户业务从支路板输入，通过交叉单板交叉分成工作信号和保护信号，分别送往工作线路板和保护线路板，然后工作信号和保护信号分别在工作通道和保护通道中传输。
在业务接收端，正常工作时，仅工作线路对应的交叉连接生效，保护线路板的交叉连接处于断开状态。当工作通道故障时，断开工作线路交叉连接，保护线路板对应的交叉连接生效，业务信号工作在保护通道。
当工作路由恢复正常后，根据网管上预先配置的恢复类型，业务信号可以恢复到指定的线路板所对应的交叉连接上。
2、ODUk Spring保护
ODUk Spring保护倒换需要APS( 自动保护倒换) 协议支持，采用双端倒换方式，即正向或反向工作ODUk失效时，都将导致收发两端
同时倒换到保护ODUk。ODUk 环保护分为二纤ODUk 环保护和四纤ODUk 环保护两种组网保护方式。二纤ODUk 保护环上各节点之间只需2 根光纤，S1 和P1、S2 和P2 分别在同一根光纤内。四纤ODUk 保护环上各节点之间需要4 根光纤，S1、S2、P1、P2 分别在不同光纤内由于二纤环和四纤环的保护原理相同，下面以四纤环为例对ODUk环保护倒换原理进行分析。
图3 是一个由4个节点构成的四纤ODUk 保护环，假设图中NE1 与NE2间有1 路ODUk 业务。正常工作时，NE1 与NE2间的业务由NE1 与NE2间的工作ODUk 承载。
图3
NE1←→NE2←→NE3为正常工作路径，当NE1、NE2间工作路径发生故障时，NE1、NE2检测到故障满足倒换条件，将向NE3发送APS 信息。同时，NE1 和NE3 将判断NE1←→NE2←→NE3 间的保护ODUk
是否处于正常工作状态，若保护ODUk 正常，则NE1、NE2、NE3 将执行桥接和倒换，NE1 与NE3 间的业务改由NE1←→NE2←→NE3 间的保护ODUk 承载，由于保护ODUk 与工作ODUk 路由相同，此种保护倒换称为近端倒换。
当NE1 与NE2 间的工作ODUk 和保护ODUk 均出现故障时，NE1 与NE3 间的业务将受到影响。此时，NE1 与NE3 间的业务将改由NE1 ←→NE4←→NE3 间的保护ODUk 承载，由于保护ODUk 与工作ODUk 路由相反，此种保护倒换称为远端倒换。两种保护倒换过程如图4 所示。
图4
需要注意的是，由于ODUk 环保护采用共享保护方式，所有节点共用同一保护“环”，故在同一时间，同一区段只能支持一条业务的保护倒换。例如，当NE1 与NE3 间业务发生远端倒换保护时，由于
NE1 与NE4 间的保护ODUk 已被NE1与NE3 间的业务占用，若此时NE1 与NE4间的工作ODUk再发生故障将不会发生保护倒换。
二、ODUk SNCP、ODUk Spring和SDH的复用段保护的协调
1、ODUk SNCP与SDH复用段保护的协调
测试拓补图如图4所示：
图4
测试中，SDH配置为1+1复用段保护，分别承载在OTN的两个通道上，在OTN设备上对SDH主用通道进行SNCP保护。
测试时，SDH分析仪为SDH设备提供一个STM-16级别的业务，在SDH NE1’上将该业务复用到一个STM-64颗粒上，并将此颗粒作为OTN NE1的客户信号进行传输。OTN分析仪设置为穿通模式，用于插入能产生倒换的告警。OTN等待恢复时间设为5min，SDH等待恢复时间设10min。
由OTN分析仪对OTN NE2方向下插告警。当插入SDH告警时，只有SDH复用段保护进行倒换，即此时业务处于SDH复用段保护通道上。这是因为OTN具有透明传输的特性，与DWDM是类似，只保
证传输的质量，而不会对传输的业务进行处理。SDH作为OTN的业务时，无论SDH有何告警，OTN只会如实的传送，而不会对其系统产生任何影响。同理，如果在SDH NE1’和OTN NE1之间插入任何告警也不会对OTN系统产生任何影响。
当插入OTN告警时，OTN主用通道故障，OTN和SDH设备都会进行倒换，此时业务处于SDH复用段保护通道上。如果OTN主用通道故障后立即恢复。在5min时，OTN恢复至主用通道。在10min时SDH恢复至OTN主用通道。如果OTN主用通道故障后不恢复，就不会涉及到OTN通道恢复的问题，OTN设备将一直处于使用备用通道状态。在10min时，SDH设备恢复至OTN备用通道。
倒换及恢复时间如表1所示（单位：ms）：
表1
2、ODUk Spring与SDH复用段保护的协调
测试拓补图如图5所示：
图5
三台SDH设备组成两纤复用段环保护。
三台OTN设备各通过两个方向的两个波道配置OTN环网保护。其中S1通道为S业务的主用通道，P1通道为S业务的保护通道。S2 通道为P业务的主用通道，P2通道为P业务的保护通道。
仪表设置不变，SDH分析仪为SDH设备提供一个STM-16级别的业务，在SDH NE1’上将该业务复用到一个STM-64颗粒上，并将此颗粒作为OTN NE1的客户信号进行传输。OTN分析仪设穿通模式，用于插入能产生倒换的告警。OTN等待恢复时间设为5min，SDH等待恢复时间设10min。
由OTN分析仪对OTN NE2方向下插SDH告警时SDH复用段进行环保护倒换，OTN不倒换。
OTN分析仪插入告警或断开OTN NE1-OTN NE2之间的承载S1通道的光纤后，造成S1通道故障，SDH和OTN都会发生倒换。
（1）S1通道故障后,再立即恢复。S1通道倒换至P1通道，SDH 业务在OTN环上倒换至S2通道。这是由于在S1通道故障时，SDH 设备已经发生倒换，所以此时业务处于P通道上，而S2通道承载的就是SDH复用段保护通道P，所以此时业务在S2上。在5min时，OTN 先恢复至S1通道，此时SDH设备没有动作，此次倒换不会影响业务。在10min时，SDH恢复至S，在OTN环上，业务也再次回到S1上。
（2）S1通道故障后,不恢复。S1通道倒换至P1通道，SDH业务在OTN环上倒换至S2通道，同时S1倒换至P1。由于S1通道不恢复，所以OTN设备不能恢复至S1，其保护通道P1一直处于倒换状态。在10min时，SDH恢复至S，在OTN环上，业务处于P1通道。
（3）S1通道故障后,不恢复。S1通道倒换至P1通道，SDH业务在OTN环上倒换至S2通道，同时S1倒换至P1。此时，再断开OTN NE1-OTN NE3之间的承载S2通道的光纤，造成S2通道故障，不恢复，。
SDH和OTN都将发生倒换。SDH倒换至S，OTN环上S2倒换至P2，业务最终由P1通道承载。
倒换及恢复时间如表2（单位：ms）：
三、结果分析及维护建议
由以上论述可以看出，在ODUk SNCP和ODUk Spring保护分别与SDH的复用段保护的协调时，虽然两者的倒换时间都符合协议规定的小于50ms ，但是ODUk SNCP的保护倒换时间要明显小于ODUk Spring 的保护倒换时间。
另外，从各种可能发生的倒换情况中，我们可以得出结论，ODUk Spring保护方式可以提供更多的保护机会，也就是增强了系统的自愈能力。然而也有一个问题显现出来，那就是ODUk Spring保护在提供更多保护倒换机会的同时，会造成多次倒换的情况发生。