共享光纖虛擬路徑保護技術在鐵路傳輸系統的應用

王子淵

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

1 共享光纖虛擬路徑保護技術介紹

1.1 共享光纖虛擬路徑保護的概念

共享光纖虛擬路徑保護實際上是將1條光路，比如1個STM-64、STM-16或STM-4的光路，在配置上分解為許多通道，這些通道分別與其他鏈路進行通道層的環路組合，并針對這些通道層的環路分別進行各種方式（通道保護PP、復用段保護MSP、子網連接保護SNCP）的保護，如圖1所示。

圖1中1個STM-64的環路，中間有1條STM-16的鏈路，按照普通SDH的環路保護方式，顯然由于STM-16的鏈路沒有成環，無法實現鏈上業務的保護。但如果從通道環路的角度來看，STM-64的光路在通道結構上由4個STM-16的通道組成，分出1個STM-16的通道來與STM-16的鏈路組環是可以的。實際上等于在STM-64的這段光路上虛擬出1個STM-16的半環與STM-16的鏈路結合，形成STM-16的通道環路，并可以設置一種保護方式單獨實現業務傳輸和保護環功能，而原有的STM-64環路仍然單獨工作并完成保護，兩者之間的業務互通在接入節點交叉矩陣實現。然而此時虛擬出STM-16通道環路的那段STM-64光路，也僅剩3個STM-16容量留給STM-64環路使用。進一步講，如果此STM-16鏈路上需要上下的業務僅有n個VC4，也可以在此段STM-64的光路上僅虛擬出帶寬為n個VC4的1個半環，來與STM-16鏈路中對應的n個VC4組成1個帶寬為n個VC4的通道環路并實現單獨的保護，這時影響到STM-64的環路上的業務僅有n個VC4。

1.2 共享光纖虛擬路徑保護的特點

在各網孔相交的光路，邏輯上劃分成許多通道的組合。在各網孔相交的SDH設備，分插復用（ADM）的方式不再完全基于光路，而是可以看作許多通道層ADM的組合，每個通道層ADM實現通道環路的業務上下和保護。

采用按照邏輯子系統劃分的共享光纖虛擬路徑保護方式，以提高SDH網絡的生存性和帶寬資源利用率，即將每根光纖提供的帶寬資源按照VC4為單位進行任意劃分，分別劃歸給不同的邏輯子系統。各個邏輯子系統可按照傳輸業務的特點，獨立選擇不同的保護方式，這樣1根光纖可同時支持多路保護和多種保護方式，使業務得到最佳的保護。

1.3 共享光纖虛擬路徑保護的實現機制

“共享光纖虛擬路徑保護”一般支持以下幾種方式。

（1）將1段光路的一部分VC4定義在MSP環中，另外一部分VC4定義在SNCP環中，這兩部分VC4不重復，能在同一段光纖中分別實現MSP和SNCP的保護，相互之間沒有影響。這種配置其實用到了“部分復用段”的原理。這種配置下，可以看成在這個跨距段中有2對光纖，1對光纖實現MSP保護，1對光纖實現SNCP保護。

（2）這段光路中的部分VC4同時定義在MSP環和SNCP環中。

這種方式下，該部分VC4同時享有雙重保護：MSP保護和SNCP保護。但是這段共享的光纖中斷時，SNCP環倒換會發生兩次：第一次，SNCP環發生SNCP倒換；接下來MSP環倒換后，SNCP檢測點又檢測到剛剛產生失效方向的信號OK，SNCP環再倒回到這個方向，這是第二次倒換。因此，要用命令“:cfg-set-sncpattrib”設置SNCP環倒換拖延時間（大于現場實際的復用段倒換時間），以防止發生接連的兩次倒換，一般設置100 ms即可。

在共享的光纖上，可以同時實現MSP、SNCP保護的任意組合，但是不能同時為MSP屬性配置，因為1段光路只能提供1對K字節。

（3）將1段光路的一部分VC4定義在SNCP環中，另外一部分VC4定義在另一個SNCP環中，各部分的VC4不重復，能在同一段光纖實現多個SNCP的保護，相互之間沒有影響。這種配置下，可以看成在這個跨距段中有多對光纖，每對光纖實現SNCP保護。這種方式只要在共享光路上的多個SNCP的速率總和不超過該光路的傳輸速率，則可組合多個任意子速率SNCP的保護。

2 客運專線的共享光纖虛擬路徑保護組網方案介紹

如圖2所示，250 km/h客運專線傳輸系統組網方案與傳統組網方案的不同，在于取消了車站之間直達STM-4的1+1復用段保護鏈為STM-4單鏈，并與骨干層2.5 G光路中的1個622 M通道組成了STM-4共享光纖虛擬路徑保護環。

如圖3所示，350 km/h客運專線與傳統組網方案的不同，在于取消了區間節點與車站組成的3個STM-4環網而改為3個單STM-4的鏈，增加了車站之間的1條直達STM-16的鏈，把這條STM-16的光路分成4個STM-4的通道，并分別與區間節點的3個STM-4的鏈及骨干層STM-64光路中的1個STM-4通道組成4個STM-4共享光纖虛擬路徑保護環。如此可構成與250 km/h客運專線類似的骨干層、匯聚層、接入層3層網絡保護。這樣跨接入層STM-4環的業務，如數據系統、GSM-R基站系統、FAS系統等可不再占用接入層區間節點的STM-4通路帶寬。

其中，350 km/h客運專線的2.5 G光路的4個STM-4通道由于各自占用不同的VC4，屬于共享光纖虛擬路徑保護方式1.3中的（3），相互之間沒有影響。而骨干層2.5 G或10 G光路的1個STM-4通道同時工作在MSP線路保護和SNCP保護方式下，屬于共享光纖虛擬路徑保護方式1.3中的（2）。需注意如斷纖處為骨干層時，此時兩網幾乎同時發生倒換。一般情況下，由于通道環倒換速度較快，匯聚層車站可能先發生倒換，即支路板倒換到反向收，業務正常。與此同時，復用段也發生倒換，此時匯聚層車站正向正常，處于倒換恢復態，10 min后匯聚層車站倒換恢復正常態。在此過程中，復用段發生一次倒換，而SNCP環可能發生兩次倒換。為避免通道環兩次倒換的發生，可以設置該SNCP環的倒換延遲時間，以復用段的倒換為優先，

這樣復用段只發生一次倒換就實現了業務的保護。

3 客運專線的共享光纖虛擬路徑保護方案分析

3.1 方法簡單，組網靈活，輕松實現業務保護

采用虛擬通道SNCP保護的方法簡單，組網靈活。車站622 M設備與骨干層2.5G/10 G設備組成STM-4共享光纖虛擬路徑保護環可跨多個車站，更有利于跨環業務的通道分配和安全性。由于不需要設置主從節點，沒有主從節點限制，業務配置靈活方便，節點可以另外帶環，也能實現業務保護，兩個節點都可以配置跨環業務，均能實現業務保護，且本環上下節點的業務無疑也能實現保護。

3.2 系統保護更安全

采用虛擬通道SNCP保護的方法不僅能實現斷纖保護，還能克服傳統組網方式不能克服的單設備失效保護，如圖4所示。

假如B1節點失效，此時骨干層的1+1 MSP復用段保護已經不起作用，傳統的骨干層承載的業務將全部中斷沒有保護。但采用共享光纖虛擬路徑保護環方式后，骨干層與匯聚層組成的STM-4的SNCP虛擬通道環將發生保護倒換。如正常時，A1—D2 的業務路徑為 A1—B1—C1—C2—D2，D2—A1的業務路徑為D2—B2—A2—A1。當B1節點失效時，D2節點接收倒換到來自西向，即A1—A2—B2—D2的方向。因此，承載在STM-4的SNCP虛擬通道環里的跨車站業務將得到保護。

另外，可能有讀者認為350 km/h客運專線的2.5 G光路承載了4條SNCP通道，一旦2.5 G光板故障，則會出現4個環發生保護倒換的事件。但由于如前所述，即便是傳統的組網方式，由于622 M光口數量高達12～16個，加上設備槽位的限制通常采用單板4個622 M的集成光板，而同一光板的光口不能承載一個環網的兩個方向，因此，傳統的組網方式依然會帶來單板故障出現4個環發生保護倒換的事件。且一般2.5 G光板的MTBF指標均高于622 M光板，可靠性更高。

3.3 跨車站的業務保護性能更優

如3.2所述，可實現單設備故障時的SDH層面電信級（<50 ms）的節點失效保護。對于跨車站的業務系統，如數據系統、GSM-R基站系統、FAS系統等都提供了強有力的保護。

3.4 帶寬利用更有效，業務層次更分明，通道分配更簡便，接入層業務實現更優良

采用共享光纖虛擬路徑保護方式，無論是250 km/h還是350 km/h客運專線，均可實現骨干層、匯聚層和接入層的3層保護。并且使接入層的環網業務和跨車站間的業務以及骨干層業務層次非常分明，帶寬的利用更有效，通道分配更加簡便靈活。

另外，由于跨車站業務不再占用區間節點所在的環網帶寬，因而對于動力環境監控和綜合視頻監控等采用FE接口的業務，可有條件采用兩級混合結構，即區間節點采用透傳匯聚到車站，而各車站與中心節點之間則采用二層以太網環或利用數據系統的155 M環的方式。因此，可大大優化數據業務尤其是視頻業務的傳輸時延和傳輸質量。

3.5 節省車站匯聚層設備的光口和槽位，系統可擴展性更強

在充分保證系統的安全可靠性基礎上，節省了線路光口數量和占用槽位數量，可給業務接口預留更大的擴展空間，設備的資源利用率更高，可擴展性也得到一定增強。

3.6 節省光纖，節約正線光纜和分歧光纜的投資

即便是在光纖資源較為豐富的情況下，也能提高光纖的有效利用率，減少分歧光纖的占用和分歧光纖分配的復雜性。

4 結束語

傳輸網絡安全是一個系統工程，包括很多因素。共享光纖虛擬保護技術已經相當成熟，在公網運營中得到廣泛使用，但是在鐵路通信系統中還尚未得到應用。共享光纖虛擬保護技術旨在解決網絡的安全性和資源利用方面的矛盾。

[1] 任松海．共享光線虛擬保護環的實現方法[J]．渤海大學學報，2006（9）：264-265.

[2] 李愷，楊力帆．虛擬保護環在電力通信網的典型應用[J].電力與電工，2009（1）：59-62．

[3] 陳二偉，張林．SDH設備虛擬環組網方式及典型應用[J].郵電設計技術，2007(8)：26-28.