熱備份保護倒換技術在SDH光傳輸網絡中的應用

黃浩翔 盧上丁

摘 要：文章提出了一種如何實現熱備份保護倒換技術的解決方案，詳細介紹了該方案的技術原理和實現方法，最后對該技術進行了測試論證，論證結果表明該技術方案是可行的。

關鍵詞：光纖;熱備份;保護倒換;SDH

0 引言

SDH技術以其傳輸容量大、組網靈活、高可靠性、設備兼容性及自愈能力強等優越性，使SDH網絡成為最常用的光纖組網方案[1]。隨著傳輸網絡規模不斷擴大，網絡拓撲結構的復雜性不斷增加，為保證業務的正常可靠的傳輸，需對光傳輸網絡進行實時的監控，當光纖傳輸網絡出現故障時，能夠快速恢復傳輸網內的業務，以確保光纖傳輸網絡的正常運行[2]。本文提出了一種如何實現熱備份保護倒換技術的解決方案，可以有效提高SDH光傳輸網絡的穩定性和可靠性。

1 熱備份保護倒換技術原理

SDH傳輸網是一個復雜、龐大的光網絡，當網絡發生故障時，光傳輸網絡能在極短時間內能從失效狀態自動恢復所攜帶的以太網、E1、話音等業務，其基本原理就是使光傳輸網絡具有熱備份的功能，并重新確立通信能力[3]。

本設計提出的SDH光傳輸設備采用VPX架構（如圖1所示），主要由2塊交叉控制板、2塊2.5 G光接口板、4塊155 M光接口板（含622光接口）、2塊以太網映射板、2塊以太網交換板、2塊電源板以及一塊背板組成。2塊交叉控制板分別插在背板的第8，9兩個槽位，8槽為主，9槽為備，構成熱備份系統。8，9兩個槽位分別設計有獨立的背板總線連接到各業務板卡，本地業務通過背板ESSI高速總線匯聚到交叉控制板，進行SDH交叉連接，再通過背板ESSI高速總線進入光接口板，實現業務上光的功能。

在正常情況下，8槽交叉控制板處于工作狀態，業務板的業務數據通過ESSI1傳輸，當用戶通過設備網絡管理平臺對設備進行配置時，配置數據通過8，9槽之間的SERDES接口實時同步到9槽交叉控制板。如果8槽交叉控制板被拔出或出現故障，? ?9槽交叉控制板檢測到8槽交叉控制板處于離線狀態，9槽交叉控制板立即啟用實時同步的配置數據并進入工作狀態（9槽交叉控制板通過IO管腳通知各業務板卡設備已由8槽切換到9槽的工作模式），各業務板檢測到IO指示信號，立即將業務數據從ESSI1切換到ESSI2，完成熱備份切換，業務經過短暫中斷后仍能繼續傳輸（即業務恢復正常）。當8槽交叉控制板恢復正常時，9槽交叉控制板持續檢測8槽狀態，如果8槽持續120秒處于正常工作狀態，8槽交叉控制板將重新獲得控制權限，同時通過IO管腳指示各業務板將業務數據從ESSI2切換到ESSI1，9槽交叉控制板同時進入備用狀態，熱備份系統恢復正常工作狀態。

2 ? 熱備份保護倒換技術的實現

2.1? 交叉控制板熱備份保護倒換設計

交叉控制板熱備份保護倒換設計框圖如圖2所示，交叉控制板硬件由CPU、FPGA、IPMI模塊和SDH交叉芯片四個部分構成，CPU采用中科龍芯的2K1000，FPGA采用紫光同創的PGT200H，CPU和FPGA之間通過LIO并行接口通信，IPMI模塊與CPU之間通過UART接口通信，SDH交叉芯片則通過FPGA間接訪問。交叉控制板背板接口有Serdes、IO、ESSI三組信號線。其中Serdes用于將配置數據同步到另一塊備用交叉控制板。IO為FPGA的IO引腳，每塊業務板有一個IO直連，用于指示交叉控制板當前的熱備份狀態，處于工作狀態時輸出高電平，處于備用狀態時輸出低電平。ESSI總線用于傳輸業務數據。

交叉控制板熱備份由數據同步、故障檢測和熱備份邏輯三個模塊組成。數據同步模塊設計有一塊512 KB的RAM，用于存儲對端板卡的配置數據，工作時通過Serdes通道實時的將本端的配置數據寫入對端FPGA的RAM。故障檢測模塊通過檢測Serdes連接狀態，用來檢測對端板卡的在線狀態。熱備份邏輯模塊根據故障檢測結果，確定板卡的熱備份狀態。交叉控制板上電期間檢測所處槽位，并根據槽位信息確定熱備份角色，如在8槽則確認為熱備份主板卡，進入工作狀態，指示IO輸出為高電平，如在9槽則確認為熱備份備板卡，進入備用狀態，指示IO輸出為低電平。正常工作時，處于8槽交叉控制板負責實時將配置數據同步到9槽交叉控制板，9槽交叉控制板負責檢測8槽交叉控制板在線狀態。

2.2 業務板熱備份保護倒換設計

業務板熱備份保護倒換設計如圖3所示，業務板硬件設計與交叉控制板硬件相似，CPU使用兆易創新的GD32F450單片機，FPGA采用紫光同創的PGT200H。背板接口有兩組ESSI總線，和兩個狀態指示的輸入IO。IO1和ESSI1連接到8槽交叉控制板，IO2和ESSI2連接到9槽交叉控制板。

業務板卡上電后，默認業務數據通過ESSI1送往8槽交叉控制板，同時持續檢測兩個IO的狀態，正常情況下IO1為高電平，IO2為低電平，8槽交叉控制板處于工作狀態，9槽交叉控制板處于備用狀態。如果8槽交叉控制板被拔出或出現故障，則IO1變為低電平，這時9槽交叉控制板立即進入工作狀態（即發生了保護倒換），IO2變為高電平。熱備狀態機判斷出變化后，通知CPU熱備發生，并將業務數據切換到ESS2，完成熱備份切換。

3 測試驗證

本設計按圖4搭建了測試平臺，SDH測試儀接業務板光口，測試數據從業務板光口進入，通過設備背板ESSI總線，匯聚到交叉控制板，經過SDH交叉連接后，在通過背板ESSI總線返回業務板，并從光口輸出到測試儀。正常情況下，SDH測試儀數據通過背板ESSI總線達到8槽交叉控制板，進行交叉連接。網管發送命令給IPMI模塊，切斷8槽負載電源，熱備份系統將激活，9槽交叉控制板將進入工作狀態，業務板也同步進行ESSI總線切換。觀察測試儀狀態，業務經過短暫中斷后仍能繼續傳輸。

測試結果顯示SDH數據業務在8槽的交叉控制板失效后，業務正常倒換到9槽的交叉控制板上，當8槽的交叉控制板恢復正常后，業務切換到8槽的交叉控制板上，實現了SDH數據業務的熱備份保護倒換，這說明光傳輸網絡利用熱備份保護倒換技術實現了自愈功能。測試結果表明光傳輸網絡采用熱備份保護倒換技術已經具備抵御主控板卡故障的能力，熱備份保護倒換技術增強了傳輸網絡的安全性，提高了網絡可靠性[2]。

4 結語

隨著SDH傳輸網絡規模的擴大和網絡拓撲結構復雜性的增加，網絡的安全性和可靠性顯得越來越重要[4]。本文提出了一種如何實現熱備份保護倒換技術的解決方案，可以有效地提高光傳輸網絡的自愈能力，同時增強了光傳輸網絡的安全性，提高了網絡可靠性，對推動SDH光傳輸網絡的建設和維護具有重要意義。

[參考文獻]

[1]毛謙.SDH技術的演進與發展[J].網絡電信，2002（12）：8-10.

[2]盧上丁.DCC開銷交叉技術在光傳輸網絡中的應用[J].光通信技術，2014（8）：29-31.

[3]劉勝光.SDH的自動保護測試[J].電信網技術，2004（11）：68-69.

[4]韋樂平.光同步數字傳送網[M].北京：人民郵電出版社，1998.

（編輯 王永超）