SONET原理讲座《保护专题》

kin

5 SONET网元特性

5.7 自动保护
5.7.1 SONET自动保护的种类
SONET定义了几类自动保护倒换 (APS) 策略，分为LAPS（线路自动保护倒换，GR-253），BLSR（双向线路倒换环，GR-1230），UPSR（双收单向通道倒换环，GR-1400）等等。这里先讲述LAPS，其他的留在以后补充。            
5.7.2 LAPS自动保护
1 LAPS概况
LAPS提供端到端的保护，发生在两个LTE之间，当然中间也可能存在NE，但他们不实现LTE功能。传送LAPS的线路开销在头节点产生，在尾节点终结。中间网元应该提供穿通功能。
LAPS倒换分为1+1和1:n两种结构。其中1+1结构又分为恢复模式和非恢复模式。1:n结构只支撑恢复模式。
1) 1+1 结构定义
源端双发，信号同时桥接到工作和保护纤上。在目的端选收，工作和保护纤的信号被分别跟踪和识别通路的故障。因为在源端双发，因此1+1结构不提供非保护的额外业务信道。
缺省操作在单向模式。对于单向模式下，工作纤信号失败的后在目的端切换到保护线路就完成了倒换。虽然从源端到收目的端的信令不需要，APS信道(指的是在保护线路上传送K1和K2字节的信号) 仍然用来指示本地切换行为和操作模式。
双向切换模式可以作为用户选项。对于双向模式，两个方向的信号都要切换到保护线路上去。只切换一个方向的信号是不允许的。从发端到收端的信令通过APS信道传送。（问题：在正常情况下，1+1模式的APS信令从工作纤还是保护纤上传送）。只有在源端和宿端都支撑双向模式的情况下才按照双向模式实行，否则按照单向模式实行。
缺省操作在非恢复切换模式。对于非恢复模式切换，即使工作线路恢复正常或手工清除倒换命令，信号仍然到在保护线路上传送。
恢复倒换系统可以是用户的选项。对于恢复倒换模式，业务能够在工作线路恢复正常或者使用手工切换命令清除时切换回工作线路。
2) 1：n结构定义
一个有 n 可以桥接到保护线路上的工作信道的结构（合法的n 从1到14）。发端和收端的信令用 APS 信道传送。因为发端是可以进行切换的，因此可以在保护线路上传送额外的业务。 1：n 结构可以支撑用户选项 (比如1+1结构特性)或者支撑1：n 。
1:n结构的特性。
所有的倒换是可以恢复的。
单向模式必须提供。
双向模式必须提供（缺省配置）。
只有发端和收端的LTE都进行单向倒换，才能进行单向倒换。否则，LTE必须进行双向倒换。
3) 1:1 LTE 和1+1LTE的互通
1：1的LTE (在K2字节上的比特5上指示是1:n结构)在远端的LTE指示远端的LTE是 1+1 LTE（在接收的K2字节）必须进行1＋1操作。同时在自己发送的K2字节上指示自己是1：n结构和单项和双向倒换模式。
因为非恢复倒换是1+1结构的缺省模式，实质就是发端和收端同时使用非恢复倒换或者恢复倒换，因此本地的倒换类型没有提供给远端。所以 1:1 的LTE在用作1+1时可以工作在恢复倒换和非恢复倒换模式下。目前，没有规程规定由1：1变成1＋1LTE的时间。
2 LAPS信令
由上面可以看出，除了1+1结构非恢复模式不需要APS信令外，其他的LAPS倒换都需要APS信令来支撑。LAPS的APS信令是靠线路层的开销K1、K2来传递的。
1) K1字节
K1字节的BIT定义：
K1BYTE
BITS:1234        倒换请求类型（优先级从高到低）
1111        Lockout of Protection（）
1110        Forced Switch（强制倒换）
1101        SF - High Priority (Note 2)（信号失效，高优先级，仅仅在1：N中提供）
1100        SF - Low Priority（信号失效）
1011        SD - High Priority (Note 2)（信号劣化，高优先级，仅仅在1：N中提供）
1010        SD - Low Priority（信号劣化）
1001        (not used)（没使用）
1000        Manual Switch（人工倒换）
0111        (not used)（没有使用）
0110        Wait-to-Restore (Note 3)（等待恢复，1+1非恢复模式不发送该请求）
0101        (not used)（没有使用）
0100        Exercise (Note 4)（练习倒换）
0011        (not used)（没有使用）
0010        Reverse Request (Note 5)（恢复请求，仅仅在双向系统中提供）
0001        Do Not Revert (Note 6)（不恢复，仅仅在1+1非恢复模式下发送该请求）
0000        No Request（无请求）

K1 BYTE BITS:5678                             通道号
0(i.e., 0000) Null channel               空通道。保护纤发生SF、SD时的请求
                                           。对于1+1
                                           保护系统，也可能是保护纤发起的强
                                           制倒换和人工倒换。对于lockout保
                                           护纤，只能使用0参数。
1 through 14(i.e., 0001 through 1110)      工作通道。对于1：n结构，取值从1
                                           到n。对于1+1结构，只能是1.15(i.e.,
                                           1111)额外通道。可能在1：n结构中出
                                           现只有在No Request中使用15
K1字节分为两部分：比特1到 4来指示请求，比特5到8来指示那个信道在请求。
在K1字节比特1到4上指示三类请求：
1. 自动初始化请求 (比如SF和SD), 指示相应的请求信道上有信号失败和信号缺陷。
2. 外部请求 (比如 Lockout of Protection, Forced Switch, Manual Switch,Exercise)。
3. 状态请求 (比如 Wait-to-Restore, Do Not Revert, No Request, Reverse Request)。被用来当没有其他请求的时候指示APS控制器的状态。
K1字节的产生规程：
K1字节的产生规程分为3部分：
1.评估最高优先级本地请求。
2.把最高的本地请求和现在本地请求比较。
3.把现在最高的本地请求和远端的请求比较。
所有的本地请求 （ 本地检测到的SF或者SD发生、本地的WTR、 Do Not Revert (DNR) 或者 No Request state、 或者本地接收到的倒换命令）必须根据表5-1来估计最高优先级的本地请求。如果在不同线路上同时检测到相同优先级local SF or SD 情形，那么信道号最低的请求优先。
最高优先级的本地请求必须和本地的当前请求进行比较，如果最高优先级的本地请求比当前的本地请求的优先级高，或者当前的本地请求已经无效（比如由于情况或者外部请求清除），那么最高的本地请求就成为新的当前的本地请求。
根据当前的本地请求产生K1字节的LTE的操作和LTE的模式有关，在下面做描述。
双向模式：
在双向模式下，当前的本地请求的优先级和（接收的K1字节指示的）远端请求的优先级做比较，而接收的请求响应 （Reverse Request）不能做比较，因为本身就是对一个倒换请求的响应。
如果如下的任何一个条件为真，那么就应该在发送的K1字节上产生请求响应（响应远端请求）：
1.远端的请求具有更高的优先级。
2.远端的请求和本地现在的请求具有相同的优先级，远端请求具有比No Request更高的优先级，并且本地发送的K1已经设置成请求响应。
3.远端请求和本地现在的请求具有相同的优先级，远端请求具有比No Request更高的优先级，本地发送的K1还没有被设置成请求响应，但是远端请求的信道号比本地请求的信道号小。
其他情形下， 本地发送的K1字节应当指示本地的请求。例如，一个巧合时远端的请求具有和本地现在的请求具有相同的优先级，远端请求具有比No Request更高的优先级, 但是本地发送的K1字节已经设置成请求（如果没有设置完成，则进行远端请求响应），远端的信道号和本地请求的信道号相同，则要继续传送本地的现在的请求。
单向模式:
在单向操作模式里，K1字节必须来指示本地现在的倒换（因为不能进行请求响应）
当没有一个请求的时候 (也就是 SD 或 SF 情形清除, 外部请求清除，或WTR状态超时),那么根据如上描述一个新的状态请求被激活。新状态请求依赖于倒换类型 (也就是是恢复和非恢复), 作为新的请求替换。
对于使用恢复倒换的LTE，当一个由自动初始化倒换清除本地情形，那么本地的Wait-to-Restore (WTR) 状态被激活。如果 WTR 状态是最高优先级请求，那么就在K1字节来指示WTR请求来支撑那个信道的倒换。WTR状态超时后，就变成一个无请求的空闲信道（No Request 杗ull channel 或者No Request_Channel 15, if applicable)。WTR定时器不激活直到K1字节不指示WTR(也就是 当任何高优先级的请求抢占这个状态)，当高优先级的请求被清除后，抢占的WTR状态不会重新激活。(注意，当一个新的 WTR 状态被用来作为自动倒换的初始化外)。 当一个外部请求（ external request） 被清除后，无请求空闲状态被激活（No Request - null channel 或 No Request - Channel 15, if applicable) 。（也就是 WTR 状态不会激活)。
对于使用非恢复倒换的 LTE ，所选择的工作信道在保护线路上传送Do Not Revert (DNR) 状态(代替 WTR or No Request )。如果K1字节长期不指示DNR状态，那么DNR就不能再激活。(也就是当没有任何高优先级的请求来抢占该状态)。
注意，当最近的请求都是工作信道的Exercise request，那么选择器就 released position  ，不再支撑任何选择，因此新的请求是No Request - null ，而不是DNR－Channel 1。
当空闲信道的所有的请求都清除后，则进行到无请求的空闲状态（No Request 杗ull channel 或者 No Request_Channel 15, if applicable) 被激活。
2) K2字节
K2字节的BIT定义：
K2 BYTE BITS:1234        通道号
0(i.e., 0000) Null channel        空通道。保护纤发生SF、SD时的请求。对于1+1保护系统，也可能是保护纤发起的强制倒换和人工倒换。对于lockout保护纤，只能使用0参数。
1 through 14(i.e., 0001 through 1110)        工作通道。对于1：n结构，取值从1到n。对于1+1结构，只能是1.
15(i.e., 1111)        额外通道。可能在1：n结构中出现
只有在No Request中使用15
K2字节的比特 5                 指示提供的结构 (1+1 或 1:n）。
K2字节的比特6 到8           指示是提供的操作模式，或者non-APS channel uses (也就是AIS_L, RDI_L)。
K2字节的产生规程：
（待补充）
3 LAPS性能
1) 触发倒换条件
SF产生条件：收到LOS、LOF、AIS_L和B2超过10e-3（可选10e-3到10e-5）。其他硬件故障被视为SF的条件。
SD产生条件：B2超过预选设定的门限（可选10e-5到10e-9）。
2) 倒换的初始化时间
倒换的初始化时间：是从LTE检测到SF或SD到初始化倒换（发出倒换请求）。
由 LOS, LOF, or AIS_L 检测的SF情形, 倒换的初始化时间必须不超过10 ms 。建议不超过8ms.
对于由于线路BER（根据STS-N的各STS-1的BIP-B数量）超过门限造成的SF,SD情形，检测到BER超过门限的时间和具体的BER有关（和门限值无关）。
对基于BER的 SF和 SD，倒换的初始化时间不能超过图 5-5的maximum曲线。在正常情况下，低于希望值完成的初始化概率应该超过0.95 (假设实际的误码率超过门限)。
对基于BER的 SF和 SD，假设门限是10-n，实际的BER不超过10-(n+1)，在maximum曲线时间内检测到SF,SD的概率应当不超过10-6（误检查率）。比如，如果 SD门限是  10-5，而实际的BER是10-6,在任何一秒之内检测到SD情形的可能性是小于10-6。
3) 倒换完成时间
当倒换一经初始化，完成倒换的时间不超过50ms（桥接发生过程到信号恢复的时间）。
对于双向倒换，两端的LTE倒换必须在同一个50ms完成，从初始化倒换开始。
对于1:n结构的LTE或者双向的 1+1 模式，两端的LTE在倒换之前会进行不同的工作，没有一个具体的规程来规定各自的工作。一次不同设备供应商的LTE在整个切换完成会超过50 ms，在这点上需要进一步研究一些规程。
对于人工倒换的倒换完成时间，也应该在50ms之内。
由上所述，对于一次倒换，业务的损伤时间不应超过60ms。
4) 倒换恢复时间
对于使用恢复和非恢复倒换的 LTE，可以使用基于清除BER的SD、SF命令。基于BER的SD、SF情形的清除门限是产生SD、SF门限的十分之一。
对于1:n 系统，可以根据工作线路的BER低于清除门限来迅速把业务恢复到工作线路上，便于其他工作线路受到保护或者传送额外业务。
对于1+1系统，保护线路不作其他用途，但是SD、SF情形仍然可以被清除，根据一定的时间保护线路上由SD、SF来选择好的线路。另一方面，已经存在的 SD 或 SF情形的清除要根据清除门限和BER的比较来定。
对于如果一个 SD 或 SF 情形，并且输入信号的BER高于SD或SF的门限时，在表5-3的maximum clearing时间内，LTE检测到输入信号低于SD 或 SF的门限的概率应当不超过10－6。
如果输入信号的BER比SD 或 SF 清除门限低，那么LTE 在maximum clearing时间内检测 BER比产生门限低的概率应当大于 0.99。
如果输入信号的BER比SD 或 SF 清除门限低，那么LTE 在object clearing时间内检测 BER比产生门限低的概率应当大于 0.95。
为了和倒换初始化一致，清除检测时间和图5-5一样。但是，和倒换初始化时间相比，具有明确的BER和 OC－N速率，清除检测时间根据的是OC－N速率和清除门限。
当LTE已经检测到 BER低于 SD 或 SF清除门限时，如果在以后的10.5秒之内没有检测到再次越限，清除SD或SF。
为了降低倒换的振荡次数。可以采取如下措施：
a.第一种方法是限制某些情形下的快速倒换的几率，虽然可能会造成业务较长时间侧中断。                
b.第二种方法是降低快速倒换的几率，不管怎样来限制倒换的次数。
如果是倒换恢复系统，一个线路也可能在一段的信号失败或缺陷中引起频繁的倒换初始化 (在上面讨论的频繁的信号失败)。为了防止这样，在恢复倒换的LTE定义Wait-to-Restore (WTR) 周期。在线路上BER低于SD 或 SF情形的门限时，先进行 WTR周期计时（该计时和恢复时间重叠），注意，WTR 周期在人工初始化切换或保护线路上的 SD 或 SF 情形清除不能使用。
对于使用恢复倒换的 LTE，当工作线路的倒换到保护线路的倒换清除后，要使用一个 WTR周期（从 5 到 12分钟）。针对每个保护线路和保护线路族用户指定不同长度的 WTR 周期。

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