浅析SDH组网与自愈功能

1.引言

电力通信要求确保电能生产、输送、分配、消费在瞬间是同时完成的。为了保证电网安全、经济地运行，必须配置调度、保护、远程控制等系统，这些系统的所有信息传输都必须由通信系统提供通道。由此可见，通信在电力系统中的作用是非常关键的。在县级电网通信系统的建设和技术改造中应该结合本单位的实际情况、综合技术、经济和发展等因素，选择适合的通信方式。

通信网通常描述为由各种节点及连接各节点的传输链路相互依存的有机结合体，以实现两点及多个规定点间的通信系统。从物理结构或是从硬件设施方面去看，它由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。SDH作为一种新的数字传输体制，不仅适合现代化通信的发展需要，而且特别适合电力系统通信的需要。

2.SDH技术组网优点在综合业务数字网中，我们需要将不同传输速率的各种信息复接在一起，放在一根线路上传输，SHD技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点。

（1）同步复用结构，提供灵活的分插功能；（2）有标准的光接口规范；（3）强大的网络管理能力；（4）强大的自愈能力；（5）具备后项兼容性和前项兼容性。上述的特点，使得SDH在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。

SDH（同步数字传输体制）这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型等特征。SDH是一种基于时分复用的同步数字技术。对于上层的各种网络，SDH相当于一个透明的物理通道，在这个透明的通道上，只要带宽允许，用户可以开展各种业务，SDH将复接、线路传输及交换功能融为一体的新型传输体系。

3.SDH设备组成及其在电力系统业务的接入和管理。SDH主要设备包括：终端复用器（TM），分插复用器（ADM），同步交叉连接设备SDXC以及网络管理系统NMS。其中终端复用器是把多路低速信号复用成一路高速信号，或者反过来把一路高速信号分解成多路低速信号的设备。分插复用器是SDH中应用最广、最富特色的设备。它是一个三端口设备，具有两个SDH光接口，通过另一端可以灵活地上/下路复用在STM信号中的低速率信号。ADM内部还具有时隙交换功能，允许两个STM信号之间不同的VC的互联，并能方便地进行带宽管理。同步数字交叉连接设备（SDXC）是种兼有复用、配线、保护、监控和网管多功能的传输设备，它能代替配线架，对VC进行交叉连接。

在一个SDH网络中，终端与终端之间的链路称为通道；复用器与复用器之间的链路成为复用段，再生器和其他网元之间的网络称为再生段。类似于普通计算机网络，SDH也采用分层模型，便于设计和管理。SDH网络可以分成电路层、通道层、传输媒介层，其中通道层又分为低阶通道层和高阶通道层，传输媒介层又分为物理媒介和段层，段层由复用段层和再生段层组成。

SDH组网，简而言之就是配置适当的网元设备，选用相应的网络拓扑结构，组成可靠、高效的通信网络，实现电力系统各种业务接入和管理。

目前，业务接口主要有数据、话务、E1、10Mb/100Mb以太网接口等，未来的业务需求大，多基于宽带数据网。采用基于SDH和MSTP，可使调度网实现计算机网络的远程互联，在SDH平台上实现以太网业务传送功能，从而实现二网合一，极大地降低网络维护成本。SDH技术以其特有的优势，不仅适合现代化的通信发展需要，也特别适合电力系统通信的需要。

4.SDH组网拓扑结构介绍及应用场合SDH网是由不同类型的SDH网元设备，通过光缆互连而成的。由这些网元设备完成SDH网的上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等传送功能。

SDH网的网络节点（网元）和传输线路的几何排列构成了网络的拓扑结构，它反映了物理上的连接性；网络的有效性、可靠性和性价比，很大程度上依赖于具体的网络拓扑结构。基本的网络拓扑有：1、线性拓扑。2、星形拓扑。3、树形拓扑。4、环形拓扑。5、网孔性拓扑。

4.1 SDH网络的自愈功能采用SDH设备的光纤自愈环可实现多种形式的通道保护，而且SDH光纤环有较强的自愈能力。

自愈网络分类为：线性复用段保护，环形网络保护、子网连接保护。其中线性复用段保护包括：1+1线性复用段，1：N线形复用段。

环形网络保护分为复用段保护环（MSP）和通道保护环（PP）。其中MSP包含二纤单向复用段共享保护环、二纤双向复用段共享保护环、四纤双向复用段保护环。PP包含二纤单向通道保护环和二纤双向通道保护环以及子网连接保护（SNCP）。

4.2 1+1线性复用段保护1+1线性复用段保护，采用“双发、选收”的保护机制。

正常情况下，工作路由和保护路由同时传送业务信号、但接收端仅仅从工作路由选收业务信号。

工作路由故障时，接收端将倒换到保护路由选收业务信号。

1+1线性复用段保护的倒换方式：1、单端非恢复式。2、单端恢复式。3、双端非恢复式。4、双端恢复式。其中单端非恢复式不需要APS协议，其它三种需要。其容量网络为STM-N。

图1  1+1线性复用段保护

4.3 1：N线性复用段保护在1：N保护方式下，N个工作路由共用一个保护路由。1：N线性复用段保护倒换方式：双端、恢复式倒换。这种保护方式需要APS协议。其网络容量定义分为无额外业务与有额外业务两种情况。

图2  1：N保护方式下，N个工作路由共用一个保护图示

4.4 线性复用段保护线性复用段保护的特征表现为：1、基于终端复用器（TM）2、分段倒换。3、配置完成2分钟后，APS协议启动正常。倒换条件包括信号失效（SF）：R_LOS,R_LOF,MS_AIS,B2_EXC；信号劣化（SD）：B2_SD.

4.5 环形网络保护目前主要应用的环形网络保护有以下几种：1、根据自愈结构来分：通道保护环和复用段保护环。2、根据业务流向来分：单向环和双向环。3、根据光纤数目来分：二纤环和四纤环。

4.6 二纤双向复用段共享保护环二纤双向复用段共享保护环其光纤连接需要采用对偶板位，对偶板位中左侧为西向，对偶板位中右侧为东向，东发西收为主环方向，习惯上，主环用逆时针方向表示，

二纤双向复用段共享保护环，（STM-16）工作时隙（#1VC4~#8VC4）和保护时隙（#9VC4~#16VC4）。二纤双向复用段共享保护环需要APS协议（由K1,K2字节携带），复用段协议控制器状态迁移（正常态I），（穿通态P），（倒换态S），（等待恢复态WTR）。二纤双向复用段共享保护环，自动倒换条件包含：信号失效（SF）和信号劣化（SD）。人工倒换条件：强制倒换、人工倒换、练习倒换。自动恢复条件：信号失效（SF）的解除和信号劣化（SD）的解除、等待恢复时间（WTR）。人工恢复条件为强制倒换、人工倒换命令的解除。二纤双向复用段共享保护环，其优点是允许时隙复用，网络容量大为1/2*K*STM-N(最大)；其缺点是采用APS协议，保护机理复杂；复用段保护环中网元数目不超过16个。其一般应用于速率为STM-4、STM-16或STM-64的系统中，多用于业务量大、业务分散的网络。

图3 二纤双向复用段共享保护环

4.7 四纤双向复用段保护环四纤双向复用段保护环其系统结构为四纤，工作通道为（S1、S2）,保护通道为（P1、P2）。四纤双向复用段保护环，其优点时隙复用，网络容量大，其网络容量表达式为K*STM-N（最大）；其缺点是采用APS协议，保护机理复杂，复用段保护环中网元数目不超过16个，费用高，投资大。应用于速率为STM-16或STM-64的系统中，多用于业务量大、业务分散的网络以及骨干网络以及具有独特的区段倒换特性，K字节由保护光纤传送。

图4 正常情况下的业务信号流图

图5  工作通道断纤后的区段倒换图

图6 工作通道和保护通道同时断纤后的倒换图

4.8 二纤单向通道保护环二纤单向通道保护环，保护机理为双发、选收。二纤单向通道保护环保护倒换与恢复的条件，倒换条件为TU-AIS、TU-LOP及误码过量；恢复条件为主用通道没有TUAIS、TULOP等告警，同时没有BIP2误码过量。倒换的特点是倒换时每个2M通道是独立的；倒换是恢复式的，即倒换后如果主环恢复正常，则10分钟后自动倒回主环。

图7 二纤单向通道保护环断纤倒换图

4.9 子网连接保护（SNCP）保护基于子网；可应用于所有网络拓扑。保护机理“双发，选收”，SNCP业务对工作源、保护源、业务源为检测点。

倒换条件分为：1、缺省条件：AU-AIS、 AU-LOP 、TU-AIS、 TU-LOP 、HP-LOM 、HP-UNEQ 、B3-EXC、线路板拨板；2、可选条件：HP-TIM、HP-SLM、 B3-SD；保护倒换恢复时间为10分钟。

网络自愈，无需人为的干预，网络在极短的时间内从失效的故障状态自动恢复传输所携带的业务，使网络具备一种可代替的传输路由。

5.结束语SDH组网技术，给电力市场技术支持系统提供了一个快速、稳定的通信传输平台，保护信息业务的接入，为调度生产管理提供了有利的数据分析依据，增加了电网实时信息的冗余度，为高层应用的稳定运行奠定了良好的基础。