SDH的保护策略及其在铁路上的应用

SDH的保护策略及其在铁路上的应用41铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 1引言目前，在铁路传输网中，SDH技术比较成熟，组网也非常灵活，可以根据需要组织成线形、星形、树形、环形、网孔形等各种拓扑结构，但无论哪种拓扑结构，网络的可靠性都是一个非常关键的问题，而可靠性在客观上又往往依赖于网络保护的方式。 SDH网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，利用 SDH的自愈保护机制，使整个传输网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。 2 SDH网络保护 SDH网络主要依靠保...

41铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 1引言目前，在铁路传输网中，SDH技术比较成熟，组网也非常灵活，可以根据需要组织成线形、星形、树形、环形、网孔形等各种拓扑结构，但无论哪种拓扑结构，网络的可靠性都是一个非常关键的问题，而可靠性在客观上又往往依赖于网络保护的方式。 SDH网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，利用 SDH的自愈保护机制，使整个传输网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。 2 SDH网络保护 SDH网络主要依靠保护（Protection）和恢复（Restoration）这两种互不相同的作用机制，保证通信业务在故障情况下可以得到保持。现在 SDH的自愈保护机制有如下 4类：路径保护子网连接保护环间双节点互通连接保护共享光纤虚拟路径护 2.1路径保护 SDH 线路保护的工作原理是当工作系统传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备自动将主信号转至备用光纤系统传输。它主要用来保护传输媒介和设备的线路终端接口（例如光/电与电/光转换部分），而不保护终端 TM或 ADM节点的故障。（1）1+1线路保护 1+1保护结构，即每一个工作系统都有一个专用的保护系统。两个系统互为主备用。工作、保护两个系统发端永久桥接，收端根据接收信号的质量优劣决定从工作或保护系统接收信号，所以该保护结构不允许提供无保护的额外业务通路。 1+1保护结构分为单端倒换和双端倒换。根据系统恢复正常后，是否回复到原先的工作状态，1+1 保护结构采用恢复和非恢复两种方式。（2）1：N线路保护 1：N保护结构，即N个工作系统共享一个保护系统。工作系统传送正常的业务信号，保护系统可以传送正常的业务信号，也可以传送额外业务信号或者是无效信号。但系统一旦发生倒换，保护系统上传送的信号将会丢失。（3）二纤单向复用段保护环这种环形结构中节点在支路信号分插功能前的线路上都有一保护倒换开关，如图 1（a）所示。正常情况下，低速支路信号仅仅从S1光纤进行分插，保护光纤 P1是空闲的。 SDH的保护策略及其在铁路上的应用（铁道第四勘察设计院通号处武汉 430063）金立坪【摘要】对SDH自愈保护机制进行详细阐述，并说明了保护策略在铁路通信中的实际运用、存在的问题及解决方法。【关键词】 SDH 自愈保护铁路 SDH的保护策略及其在铁路上的应用金立坪技术应用研究 42 铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 设计道勘测铁当 BC节点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个节点B和C的保护倒换开关将利用 APS 协议转向环回功能，如图 1（b）所示。对于 AC间的业务：在 B节点，S1光纤上的业务信号（AC）经倒换开关从P1光纤返回，沿逆时针方向经 A节点和 D节点乔接后到达 C节点，并经 C节点倒换开关环回到 S1光纤并落地分路。这种环回倒换功能可保证在故障状况下仍维持环的连续性，使低速支路上业务信号不会中断。故障排除后，倒换开关返回其原来位置。对于 CA间的业务：由于业务是经过D点在S1光纤上进行传输的，不受断纤的影响，与正常时传输情况相同。（4）二纤双向复用段共享保护环二纤双向复用段保护环工作通道和保护通道的安排见图 2（a）。利用时隙交换技术，每条光纤上一半通路规定载送工作通路（S），另一半通路载送保护通路（P）。在一条光纤上的工作通路（S），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P）来保护。当 BC节点间光缆被切断后，如图 2（b）所示，两根光纤同时被切断，与切断点相邻的B节点和C 节点中的倒换开关将 S1/P2光纤和 S2/P1光纤沟通。利用时隙交换技术，可以将 S1/P2光纤和 S2/ P1光纤上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙，从而完成保护倒换作用。（5）四纤双向复用段共享保护环四纤复用段共享保护环在每个区段（节点间）需 4根光纤，如图 3所示。工作和保护是在不同的光纤里传送。正常情况下，从 A→C节点的低速支路信号顺时针沿 S1光纤传输；而由 C→A节点的返回低速支路信号则逆时针沿 S2光纤传回 A 节点，保护光纤 P1和 P2是空闲的。当 BC节点间光缆被切断，利用 APS协议，B 和C节点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而维持环的连续性。如图 3所示。在 B节点，光纤 S1 和 P1沟通，光纤 S2和 P2沟通。C节点也完成类似功能。其它节点确保光纤 P1和 P2上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能。故障排除后，倒换开关通常返回原来位置。四纤双向复用段共享保护环具有环倒换（当环倒换时，受影响区段的业务量由环的长路径的保护通路来传送）和区段倒换（一种类似于 1:1线性APS 的保护机制。当区段倒换时，工作业务量由该失效区段的保护通路来传送）两种功能。但两者同时发生时，支持优先级高的。 2.2子网连接保护（1）子网连接保护概述在网络结构日趋复杂的情况下，子网连接保护（SNCP：Sub-networkConnectionProtection）是唯一图 1 二纤单向复用段保护环示意图图 2 二纤双向复用段倒换图 3 四纤双向复用段共享保护环示意图 43铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 的可适用各种网络拓扑结构且倒换速度快的业务保护方式。由于 1+1的单向倒换保护方式无须使用 APS 协议，SNCP一般采用 1＋ 1单向倒换保护方式。如图 4所示，业务在工作和保护子网连接上同时传送，当工作子网连接失效或性能劣化到某一规定的水平时，在子网连接的接收端根据优选准则选择保护子网连接上的信号。被保护的子网还可进一步由较低等级的子网连接和链路连接级联而成。 SNCP倒换的启动，对于所要讨论的 1+1单向倒换保护方式来说，可以由三个方面引起： ①VC子网连接关联的一个自动启动指令（信号失效或信号劣化）； ②子网连接过程的一个状态（等待恢复，无请求）； ③一个外部启动的指令（清除、闭锁、强制倒请求）；（2）二纤单向通道保护环二纤单向通道保护环采用1＋1保护方式、“首端桥接，末端倒换”结构。一根光纤用于传业务信号，称 S光纤；另一根光纤用于保护，称 P光纤。在两根光纤上传送相同的业务信号，但方向相反；在接收端根据信号优劣选择从主用或备用光纤上接收业务信号。如图 5（a）所示，在节点A，A→C的支路信号同时馈入发送方向光纤 S1和 P1。其中 S1光纤按顺时针方向传送，P1光纤逆时针方向传送。接收端 C 同时收到两个方向支路信号，按照分路通道信号的优劣决定选其中一路作为分路信号。正常情况下，以 S1光纤送来信号为主用信号。同时，C→A的支路信号按上述同样方法送至节点 A，即 S1光纤所携带的CA信号（信号传输方向与AC信号一样）为主用信号在节点 A分路。当 BC节点间光缆被切断时，两根光纤同时被切断，如图 5（b）所示。对于 AC间的业务：在节点 C，由于从 S1光纤来的 AC信号丢失，倒换开关将由 S1转向 P1光纤，接收由 P1光纤而来的 AC信号，从而使 AC间业务信号仍得以维持，不会丢失。故障排除后，倒换开关恢复至原来位置。对于 CA间的业务：不受断纤的影响，与正常时传输情况相同。（3）二纤双向通道保护环二纤双向通道保护环的 1 ＋ 1方式与单向保护环基本相同，只是返回信号沿相反方向返回，其主要优点是在无保护环或将同样ADM设备应用于线性场合，有通道再利用功能，从而使总的分插业务量增加，另外，该种保护方式可以保证双向业务的一致路由，这一点对于时延敏感的业务（如视频）很重要。如图 6（a）所示，在节点 A进入环以节点 C为目的地的支路信号（AC）传输方式同二纤单向通道保护环。从 C点插入环以节点 A为目的地的支路信号以 S2光纤所携带的 CA信号（信号传输方向与AC信号相反）为主用信号经过节点 B在节点 A 分路。当 BC节点间光缆被切断时，两根光纤同时被切断，如图 6（b）所示。对于 AC间的业务：在节点 C，倒换开关将由 S1光纤转向 S2光纤，接收由 A 图 4 子网连接保护示意图图 5二纤单向通道保护环示意图 SDH的保护策略及其在铁路上的应用金立坪技术应用研究 44 铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 设计道勘测铁节点经 S2光纤而来的 AC信号作为分路信号，从而使 AC间业务信号仍得以维持，不会丢失。对于 CA间的业务：在节点 A，倒换开关将由 S2光纤转向 S1光纤，接收由C节点经 S1光纤而来的CA信号作为分路信号，从而使 CA间业务信号仍得以维持，不会丢失。故障排除后，通常开关返回原来位置。 2.3环间双节点互通连接保护环网间的环间互通业务可分为 SNI（单节点互通连接）方式和 DNI（双节点互通连接）方式，对于前者，可以采用线路保护的方式对其进行保护，但这种方式只能对光纤和光发送/接收端口进行保护，在互通节点失效的情况下无法进行保护。在后一种方式下，G.842建议对环间业务的保护方式作出了具体的规定，由于该建议规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环和通道环工作方式下的保护方式，对光纤失效、节点失效均可进行保护。由于不同厂家设备互通性存在问题，目前该保护方式在铁路上很少运用，这里不再细说。 2.4共享光纤虚拟路径保护设备引入逻辑子系统，采用专有的共享光纤虚拟路径保护技术，可将一根物理光纤等效为多根逻辑光纤，在一根光纤中可同时支持多种保护方式，支持上述保护方式在同一光纤上组合，保护级别可按VC-12或 VC-4级别设置，实现业务分类保护和复杂网络的保护。在两环相交情况下可以通过其中一个环共享另一个环的相交段的光纤，利用其剩余的容量做虚拟光路，从而节省光纤和光接口板，如图 7所示。 3铁路通信系统 SDH保护策略的应用铁路建设一般采用分线分段分期建设的模式，各条铁路或同一条铁路不同区段所采用 SDH设备存在生产厂家、设备型号不一致，互通性不好的问题，不同铁路 SDH设备间无法通过线路口直接互联，每一条铁路 SDH传输系统各自组网。传输系统采用二层组网方式，上层为中继传输层，一般采用 STM-4/STM-16传输设备线型组网，采用 1+1线路保护方式；下层为区间接入传输层，采用 STM-1/STM-4线型组网，利用中继传输层提供STM-1/STM-4的虚拟光路，组成虚拟环网，考虑到双向业务的一致路由对于时延敏感的业务（如视频、语音等）很重要，一般采用二纤双向复用段保护环或者二纤双向通道保护环，保证铁路 SDH传输系统可靠的运行。值得注意的是如果中继传输层已经采用了复用段保护环，则接入层STM-1/STM-4 的虚拟环不能采用二纤双向复用段保护环，因为一段复用段只能提供一对K字节，而复用段保护环的保护又需要依赖 K字节来支持 APS协议，因此无法有两个复用段保护环共存。 4存在的问题由于多数既有铁路只在线路的一侧敷设单条光缆，一旦光缆发生中断，中继传输层 1+1保护的工作、保护通道都将中断，区间接入层组成的虚拟环网将在环上发生两处断纤，部分站点的业务将中图 6 纤双向通道保护环示意图图 7 虚拟光纤共享路径保护应用示意图 45铁道勘测与设计 RAILWY SURVEY AND DESIGN 2007(2) 断。新建设的高速铁路通信将在线路两侧分别敷设一条光缆，构成不同物理径路的光纤通道，有效解决上述问题，对于既有铁路，解决办法仅对调度通信系统、电力远动、信号 TDCS等重要业务所需 2M通道提供保障，在通信站通过 2M接口与其它线传输系统跳通，形成不同物理径路的 2M环路。 5结束语铁路通信系统是保障铁路运输安全、实现铁路现代化和信息化的重要基础设施，而铁路 SDH传输系统又是整个铁路通信系统的基础。合理地运用 SDH 的自愈保护机制，建立安全可靠的铁路 SDH传输系统将为中国铁路安全运营提供有力的保障。参考文献 [1]韦乐平光同步.数字传输网.北京：人民邮电出版社.2001 [2]杨世平张引发.SDH光同步数字传输设备与工程应用.北京：人民邮电出版社.2001 收稿日期：2007-3-6 （上接第 35页）油型的布局方式。加油区的行车道布置中，转弯半径应放大，更有利于保证超长车、超宽车等特种车辆加油前后的安全行驶。加油广场同进、出车道间，作者建议不人为采用绿化带隔断，这样有利于加油广场与进、出车道合理、有效的使用。在服务（停车）区设计中，作者提议改变我国过去多采用加油站区同汽车修理间布置于综合楼同一侧的方案，其主要是修理厂与加油站进嘴之间距离往往小于 30m，这在消防方面存在安全隐患。如将其分布设于综合楼的两侧，则安全可靠。如郑石、厦蓉、随岳等高速公路服务区在布局设计加油站区大都采用实施较好的出口加油型方案，并将汽车修理间调整至综合楼另一侧，同时汽车修理间的修车广场在平面布置上，划定区域适当增大，效果非常好。 3.3精心比选，展现人文风采作者强调，建筑为文化之载体，交通建筑同样需要表达其文化内涵。高速公路的服务区建筑如何在商业吸引力和地方乡土化形式中达到平衡，体现出浓郁的现代风格，并以其简洁舒展的动感吸引旅客和缓解驾乘人员长期旅行的视觉、生理疲劳，是高速公路服务（停车）区设计的追求目标。比如郑石高速平顶山服务区设计，设计时采用了流畅的 “S”形曲线。即是生动的一例。参考文献 [1]沈金安.高速公路.1991，6 [2]辽宁交通厅等.沈大高速公路学术论文选辑. 1990，10 [3]管绍兰.高速公路服务区建设规模 .公路 . 1995，11 收稿日期：2007-3-5 SDH的保护策略及其在铁路上的应用金立坪技术应用研究

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