蔣元兵，瞿 輝，劉世洪，于興網(wǎng)，顏浩洋，穆 剛

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

0 引 言

無線傳輸作為機動通信網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸手段，具有無需布線、支持動中通等優(yōu)點，但是也存在著易受電磁干擾、信號被截獲以及帶寬受限等問題。在無線電靜默和高帶寬需求等場景下，有線傳輸能夠作為無線傳輸手段的有效補充。

有線傳輸手段的傳輸介質(zhì)包括被覆線和光纖。被覆線造價便宜、拉線方便、不易受損，但是帶寬和傳輸距離均受限。隨著傳輸帶寬需求提升和光纖造價降低，光傳輸在機動通信網(wǎng)絡(luò)逐步推廣應(yīng)用。光傳輸具有傳遞速度快、信息傳遞量大等特點[1]。

基于同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy， SDH）技術(shù)的光傳輸支持將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體，并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)進行操作，能夠為通信業(yè)務(wù)連接、靈活組網(wǎng)以及資源調(diào)配提供可靠的技術(shù)支撐[2]，易于構(gòu)建環(huán)網(wǎng)，提升可靠性。SDH光環(huán)網(wǎng)由大容量光纖傳輸鏈路連接，具有高度靈活性和自愈功能[3]。網(wǎng)絡(luò)機動通信網(wǎng)絡(luò)采用SDH 光環(huán)網(wǎng)，支持高帶寬的業(yè)務(wù)傳輸，在標(biāo)準(zhǔn)SDH 技術(shù)的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)即插即用的需求，需優(yōu)化SDH 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相關(guān)的配置管理、拓?fù)涔芾砗凸收瞎芾淼裙δ堋?/p>

1 研究現(xiàn)狀

SDH 是為不同數(shù)字信號的傳輸提供相應(yīng)等級的信息結(jié)構(gòu)，是由復(fù)用方法、映射方法以及相關(guān)的同步方法組成的一個技術(shù)體制。SDH 技術(shù)具有傳輸容量大、組網(wǎng)靈活、可靠性高、設(shè)備兼容性好及自愈能力強等優(yōu)越性，使得SDH 網(wǎng)絡(luò)成為最常用的光纖組網(wǎng)方案[4]。

SDH 在管理模式上非常完善，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理[5]。SDH 依托管理網(wǎng)完成SDH 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的管理。SDH 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具備故障管理、性能管理、配置管理及安全管理等功能，其中配置管理主要實施對網(wǎng)元的控制、識別及數(shù)據(jù)交換，完成對網(wǎng)元的狀態(tài)監(jiān)視和控制，完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砗途W(wǎng)元安裝配置。

機動通信網(wǎng)絡(luò)無法部署集中的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進而完成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟?guī)劃和網(wǎng)元管理。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)即插即用的需求，需要基于設(shè)備自身設(shè)計一套簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，從站號自動分配、參數(shù)自配置以及拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)等方面優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

2 設(shè)計實現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計

SDH 光環(huán)網(wǎng)采用主環(huán)和備環(huán)的雙環(huán)設(shè)計，備環(huán)作為主環(huán)的保護。上一個站點的光口2 發(fā)連接下一個站點的光口1 收，使用工作纖依次連接形成主環(huán)；上一個站點的光口1 發(fā)連接下一個站點的光口2 收，使用備用纖依次連接形成備環(huán)。SDH 光環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系如圖1 所示。

圖1 SDH 光環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

為了簡化網(wǎng)絡(luò)的配置管理，選擇一個站點作為主站，充當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)管的角色。系統(tǒng)采用站號作為唯一標(biāo)識，依托站號完成設(shè)備管理、拓?fù)涑尸F(xiàn)以及業(yè)務(wù)配置。設(shè)計站號自動分配協(xié)議，由主站完成各站點的站號分配，各站點入網(wǎng)連接后，主動向主站申請站號。

主站采用拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法完成拓?fù)涫占?，將計算的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎掳l(fā)至各站點。各站點能夠呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣o用戶查看光纖連接關(guān)系。主站定時發(fā)起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)消息，通過網(wǎng)管通道傳輸至各站點。各站點依次加入本站的站號、收光功率，最終回傳至主站，計算形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

主站自動完成業(yè)務(wù)配置，通過網(wǎng)管通道將業(yè)務(wù)配置信息下發(fā)至各站。各站根據(jù)站號獲取本站的業(yè)務(wù)配置。業(yè)務(wù)分為以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)業(yè)務(wù)和點對多點業(yè)務(wù)。主站將各站點的以太網(wǎng)接口自動加入以太網(wǎng)環(huán)，實現(xiàn)各站的以太網(wǎng)接口互通。主站根據(jù)各站的站號分配點對多點業(yè)務(wù)的通道號，各站只能與主站互通點對多點業(yè)務(wù)。

2.2 站號自動分配協(xié)議設(shè)計

站號自動分配協(xié)議完成各從站的站號分配功能，還具備主站沖突檢測和從站沖突檢測等功能。協(xié)議的交互流程如圖2 所示。

圖2 站號自動分配協(xié)議交互流程

設(shè)備默認(rèn)為從站。構(gòu)建光環(huán)網(wǎng)時需要將一臺設(shè)備改為主站，站號自動默認(rèn)為1。設(shè)備關(guān)機時保存用戶修改的站點屬性和分配的站號。此外，主站還需要分配的站號數(shù)據(jù)。設(shè)備開機時，讀取保存的站點屬性、分配屬性和站號，支持?jǐn)y帶保存的站號向主站申請，保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳蛔儠r分配的站號不變。

主站沖突檢測用于檢測網(wǎng)絡(luò)中存在的多個主站。主站通過光環(huán)的網(wǎng)管通道定時發(fā)送主站沖突檢測消息。主站接收到其他主站的主站沖突檢測消息后，通過人機界面提示主站沖突，提醒用戶解決沖突。

分配屬性為自動的從站開機后，通過網(wǎng)管通道定時發(fā)送站號申請消息，其他從站轉(zhuǎn)發(fā)站號申請消息至主站。站號申請消息攜帶站點的設(shè)備ID（設(shè)備的唯一身份）、已分配的站號或者無分配的站號。

主站接收到站號申請消息后，為從站分配站號。當(dāng)從站攜帶站號時，從數(shù)據(jù)庫匹配該站號的分配情況，若未分配則直接分配并記錄，若已分配給該站則直接使用并記錄，若已分配給其他站則另行分配站號。當(dāng)未攜帶分配的站號或者已分配的站號被占用時，優(yōu)先分配未分配的站號。站號分配之后，主站記錄該站號對應(yīng)的設(shè)備ID 和在線狀態(tài)。當(dāng)所有站號都已被分配，則依次由站號從小到大選擇已分配未在線的站號進行分配。主站完成站號分配之后，向從站下發(fā)站號分配消息。

從站接收到站號分配消息后，設(shè)置本站的站號為主站分配的站號，并保存參數(shù)。從站向主站回復(fù)站號分配確認(rèn)消息。

從站站號沖突檢測消息用于檢測網(wǎng)絡(luò)中相同站號的從站，解決手動設(shè)置與自動分配的站號沖突問題。分配屬性為手動的從站開機后以及分配屬性為自動的從站完成站號分配后，定時向網(wǎng)管通道發(fā)送從站站號沖突檢測消息，其他從站檢測站號是否沖突。檢測到站號沖突后，通過人機界面向用戶提示從站站號沖突。手動配置的站點后入網(wǎng)導(dǎo)致沖突則由用戶修改站號。主站自動分配時，根據(jù)站號在線狀態(tài)會自動避開手動配置的站號。

2.3 拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法設(shè)計

拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法完成光環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)光環(huán)網(wǎng)的連接關(guān)系。主站完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，并將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎掳l(fā)給各站點；各站點呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣o用戶，用于查看連接關(guān)系和連接故障定位。拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法的原理如圖3 所示。

圖3 拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法原理

要實現(xiàn)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)，需要先保證光纖連接正確，即光口2 收連接光口1 發(fā)，光口1 發(fā)連接光口2 收。各站點間隔5 s 向兩個光口發(fā)送光口狀態(tài)消息，攜帶發(fā)送的接口號。對端站點收到光口狀態(tài)消息后判斷光纖連接狀態(tài)，如果連接錯誤，則通過人機界面提醒用戶。

主站A 每個周期（15 s）間隔3 s 分別從工作纖和備用纖發(fā)送拓?fù)湓儐栂ⅲ髡军c以自己的站點號和光接口狀態(tài)（正常/異常）作為回應(yīng)，回應(yīng)報文的途經(jīng)站點補充添加自己的站點號和光接口狀態(tài)。

主站從工作纖和備用纖接收到回應(yīng)后，保留站號最多的報文作為計算依據(jù)，從發(fā)送拓?fù)湓儐枅笪?0 s 后，開始補齊因斷纖未收到的站號序列和主站自己的站號，結(jié)合各個站點的光接口狀態(tài)，分別形成工作纖和備用纖的站點連接順序。

下面以圖3 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔枋鐾負(fù)溆嬎氵^程。

當(dāng)主站A 發(fā)送拓?fù)湓儐枅笪?0 s 后，根據(jù)接收的響應(yīng)報文啟動計算。主站從備用纖收到3 個數(shù)據(jù)包，內(nèi)容分別是DCB，CB，B。最長的數(shù)據(jù)包DCB 有效，再加入主站的站點號A，備用纖的拓?fù)潢P(guān)系就是D →C →B →A。主站從工作纖收到1個數(shù)據(jù)包D，加入主站站點號A，工作纖的拓?fù)潢P(guān)系是D →A。根據(jù)備用纖的拓?fù)潢P(guān)系補齊工作纖的拓?fù)潢P(guān)系為D →A →B →C。根據(jù)從站回復(fù)的各站點光口工作情況，形成光口連接狀態(tài)表，如表1 所示。

表1 光口連接狀態(tài)表

根據(jù)工作纖拓?fù)潢P(guān)系A(chǔ) →B →C →D 和D 站光口1 異常的實際情況，可以判斷C →D 斷纖。

站點補充完整后形成的站點序列和光接口狀態(tài)如下。工作纖：（正常）A（正常）B（正常）C（異常）D。備用纖：（正常）D（正常）C（正常）B（正常）A。拓?fù)溆嬎阃瓿珊蟮木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4 所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示圖

3 測試驗證

3.1 測試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

用4 臺SDH 光傳輸設(shè)備搭建測試網(wǎng)絡(luò)，采用雙纖連接方式，形成主備雙環(huán)，設(shè)置設(shè)備1 為主站。測試的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5 所示。

圖5 測試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.2 站號分配測試

3.2.1 場景1——站號分配和站號保持

連接好設(shè)備后，依次將設(shè)備2、設(shè)備3、設(shè)備4開機，查看各設(shè)備分配的站號。將4 臺設(shè)備關(guān)機，然后按照任意順序重新開機，查看各設(shè)備分配的站號。分配的站號如表2 所示。

表2 各設(shè)備獲取的站號

根據(jù)表1 分析，各設(shè)備第一次開機時，能夠正常獲取站號。關(guān)機后再開機，在站號未被占用的情況下，由于主站記錄了各設(shè)備的設(shè)備ID 作為站號唯一標(biāo)識，能夠繼續(xù)為各站點分配保存的站號。

測試結(jié)果表明，協(xié)議能夠正常分配站號；設(shè)備關(guān)機后再開機，能夠正確保持站號。

3.2.2 場景2——站號已分配完的站號分配

對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備3 的設(shè)備ID 進行修改，重新獲取站號，獲取的新站號為5。經(jīng)分析，主站支持分配的站號范圍為2 至16，此時主站的站號未被完全分配，2 至4 已被分配，分配5 為正確。

重復(fù)修改設(shè)備3 為不同的設(shè)備ID，使設(shè)備3 重新申請站號。查看設(shè)備3 申請的站號，依次為6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16 和3。經(jīng)分析，主站優(yōu)先選擇未占用的站號進行分配，所以一直分配到站號16；當(dāng)站號全部被占用，從站號由小至大選擇未在線的站號，所以站號16 之后，主站為設(shè)備3 分配了站號3。

測試結(jié)果表明，當(dāng)站號全部占用時，協(xié)議能夠正確分配已分配未在線的站號。

3.2.3 場景3——主站沖突檢測

設(shè)置設(shè)備3 為主站，查看設(shè)備1 和設(shè)備3 的人機界面。設(shè)備1 和設(shè)備3 的人機界面提示了“主站沖突，請?zhí)幚怼?。測試表明主站沖突檢測功能正常。

3.2.4 場景4——從站沖突提示

設(shè)置設(shè)備3為從站，手動設(shè)置設(shè)備3的站號為4。此時，設(shè)備3 設(shè)置的站號與設(shè)備4 自動分配的站號沖突。查看人機界面，此時提示“從站沖突，請修改站號”。測試表明，從站沖突檢測功能測試正常。

3.3 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)測試

在站號分配測試的場景1，查看各站點顯示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌Y(jié)果如圖6 所示。

圖6 站號分配場景1 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示

斷開設(shè)備3 的光口1 收，設(shè)備2 與設(shè)備3 之間的工作纖斷開，查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 斷開設(shè)備3 光口1 收的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示

斷開設(shè)備3 的光口2 收，設(shè)備4 與設(shè)備3 之間的備用纖斷開，查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌Y(jié)果如圖8 所示。

圖8 斷開設(shè)備3 光口2 收的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示

4 結(jié) 語

隨著SDH 光環(huán)網(wǎng)在機動通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，本文設(shè)計的站號自動分配協(xié)議在僅配置“主站”1 個參數(shù)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備連接入網(wǎng)并自動分配站號，依托站號完成業(yè)務(wù)自配置，大幅簡化了設(shè)備的操作。拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)算法依托主站完成光環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)，各站點能夠查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸饫w連接關(guān)系，發(fā)現(xiàn)光纖連接故障，實現(xiàn)故障定位。針對SDH光環(huán)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，對于推動SDH 光環(huán)網(wǎng)在機動通信網(wǎng)絡(luò)的推廣應(yīng)用具有重要意義。