论文部分内容阅读
摘 要：文章提出了一种如何实现热备份保护倒换技术的解决方案，详细介绍了该方案的技术原理和实现方法，最后对该技术进行了测试论证，论证结果表明该技术方案是可行的。
关键词：光纤;热备份;保护倒换;SDH
0 引言
SDH技术以其传输容量大、组网灵活、高可靠性、设备兼容性及自愈能力强等优越性，使SDH网络成为最常用的光纤组网方案[1]。随着传输网络规模不断扩大，网络拓扑结构的复杂性不断增加，为保证业务的正常可靠的传输，需对光传输网络进行实时的监控，当光纤传输网络出现故障时，能够快速恢复传输网内的业务，以确保光纤传输网络的正常运行[2]。本文提出了一种如何实现热备份保护倒换技术的解决方案，可以有效提高SDH光传输网络的稳定性和可靠性。
1 热备份保护倒换技术原理
SDH传输网是一个复杂、庞大的光网络，当网络發生故障时，光传输网络能在极短时间内能从失效状态自动恢复所携带的以太网、E1、话音等业务，其基本原理就是使光传输网络具有热备份的功能，并重新确立通信能力[3]。
本设计提出的SDH光传输设备采用VPX架构（如图1所示），主要由2块交叉控制板、2块2.5 G光接口板、4块155 M光接口板（含622光接口）、2块以太网映射板、2块以太网交换板、2块电源板以及一块背板组成。2块交叉控制板分别插在背板的第8，9两个槽位，8槽为主，9槽为备，构成热备份系统。8，9两个槽位分别设计有独立的背板总线连接到各业务板卡，本地业务通过背板ESSI高速总线汇聚到交叉控制板，进行SDH交叉连接，再通过背板ESSI高速总线进入光接口板，实现业务上光的功能。
在正常情况下，8槽交叉控制板处于工作状态，业务板的业务数据通过ESSI1传输，当用户通过设备网络管理平台对设备进行配置时，配置数据通过8，9槽之间的SERDES接口实时同步到9槽交叉控制板。如果8槽交叉控制板被拔出或出现故障， 9槽交叉控制板检测到8槽交叉控制板处于离线状态，9槽交叉控制板立即启用实时同步的配置数据并进入工作状态（9槽交叉控制板通过IO管脚通知各业务板卡设备已由8槽切换到9槽的工作模式），各业务板检测到IO指示信号，立即将业务数据从ESSI1切换到ESSI2，完成热备份切换，业务经过短暂中断后仍能继续传输（即业务恢复正常）。当8槽交叉控制板恢复正常时，9槽交叉控制板持续检测8槽状态，如果8槽持续120秒处于正常工作状态，8槽交叉控制板将重新获得控制权限，同时通过IO管脚指示各业务板将业务数据从ESSI2切换到ESSI1，9槽交叉控制板同时进入备用状态，热备份系统恢复正常工作状态。
2 热备份保护倒换技术的实现
2.1 交叉控制板热备份保护倒换设计
交叉控制板热备份保护倒换设计框图如图2所示，交叉控制板硬件由CPU、FPGA、IPMI模块和SDH交叉芯片四个部分构成，CPU采用中科龙芯的2K1000，FPGA采用紫光同创的PGT200H，CPU和FPGA之间通过LIO并行接口通信，IPMI模块与CPU之间通过UART接口通信，SDH交叉芯片则通过FPGA间接访问。交叉控制板背板接口有Serdes、IO、ESSI三组信号线。其中Serdes用于将配置数据同步到另一块备用交叉控制板。IO为FPGA的IO引脚，每块业务板有一个IO直连，用于指示交叉控制板当前的热备份状态，处于工作状态时输出高电平，处于备用状态时输出低电平。ESSI总线用于传输业务数据。
交叉控制板热备份由数据同步、故障检测和热备份逻辑三个模块组成。数据同步模块设计有一块512 KB的RAM，用于存储对端板卡的配置数据，工作时通过Serdes通道实时的将本端的配置数据写入对端FPGA的RAM。故障检测模块通过检测Serdes连接状态，用来检测对端板卡的在线状态。热备份逻辑模块根据故障检测结果，确定板卡的热备份状态。交叉控制板上电期间检测所处槽位，并根据槽位信息确定热备份角色，如在8槽则确认为热备份主板卡，进入工作状态，指示IO输出为高电平，如在9槽则确认为热备份备板卡，进入备用状态，指示IO输出为低电平。正常工作时，处于8槽交叉控制板负责实时将配置数据同步到9槽交叉控制板，9槽交叉控制板负责检测8槽交叉控制板在线状态。
2.2 业务板热备份保护倒换设计
业务板热备份保护倒换设计如图3所示，业务板硬件设计与交叉控制板硬件相似，CPU使用兆易创新的GD32F450单片机，FPGA采用紫光同创的PGT200H。背板接口有两组ESSI总线，和两个状态指示的输入IO。IO1和ESSI1连接到8槽交叉控制板，IO2和ESSI2连接到9槽交叉控制板。
业务板卡上电后，默认业务数据通过ESSI1送往8槽交叉控制板，同时持续检测两个IO的状态，正常情况下IO1为高电平，IO2为低电平，8槽交叉控制板处于工作状态，9槽交叉控制板处于备用状态。如果8槽交叉控制板被拔出或出现故障，则IO1变为低电平，这时9槽交叉控制板立即进入工作状态（即发生了保护倒换），IO2变为高电平。热备状态机判断出变化后，通知CPU热备发生，并将业务数据切换到ESS2，完成热备份切换。
3 测试验证
本设计按图4搭建了测试平台，SDH测试仪接业务板光口，测试数据从业务板光口进入，通过设备背板ESSI总线，汇聚到交叉控制板，经过SDH交叉连接后，在通过背板ESSI总线返回业务板，并从光口输出到测试仪。正常情况下，SDH测试仪数据通过背板ESSI总线达到8槽交叉控制板，进行交叉连接。网管发送命令给IPMI模块，切断8槽负载电源，热备份系统将激活，9槽交叉控制板将进入工作状态，业务板也同步进行ESSI总线切换。观察测试仪状态，业务经过短暂中断后仍能继续传输。
测试结果显示SDH数据业务在8槽的交叉控制板失效后，业务正常倒换到9槽的交叉控制板上，当8槽的交叉控制板恢复正常后，业务切换到8槽的交叉控制板上，实现了SDH数据业务的热备份保护倒换，这说明光传输网络利用热备份保护倒换技术实现了自愈功能。测试结果表明光传输网络采用热备份保护倒换技术已经具备抵御主控板卡故障的能力，热备份保护倒换技术增强了传输网络的安全性，提高了网络可靠性[2]。
4 结语
随着SDH传输网络规模的扩大和网络拓扑结构复杂性的增加，网络的安全性和可靠性显得越来越重要[4]。本文提出了一种如何实现热备份保护倒换技术的解决方案，可以有效地提高光传输网络的自愈能力，同时增强了光传输网络的安全性，提高了网络可靠性，对推动SDH光传输网络的建设和维护具有重要意义。
[参考文献]
[1]毛谦.SDH技术的演进与发展[J].网络电信，2002（12）：8-10.
[2]卢上丁.DCC开销交叉技术在光传输网络中的应用[J].光通信技术，2014（8）：29-31.
[3]刘胜光.SDH的自动保护测试[J].电信网技术，2004（11）：68-69.
[4]韦乐平.光同步数字传送网[M].北京：人民邮电出版社，1998.
（编辑 王永超）
关键词：光纤;热备份;保护倒换;SDH
0 引言
SDH技术以其传输容量大、组网灵活、高可靠性、设备兼容性及自愈能力强等优越性，使SDH网络成为最常用的光纤组网方案[1]。随着传输网络规模不断扩大，网络拓扑结构的复杂性不断增加，为保证业务的正常可靠的传输，需对光传输网络进行实时的监控，当光纤传输网络出现故障时，能够快速恢复传输网内的业务，以确保光纤传输网络的正常运行[2]。本文提出了一种如何实现热备份保护倒换技术的解决方案，可以有效提高SDH光传输网络的稳定性和可靠性。
1 热备份保护倒换技术原理
SDH传输网是一个复杂、庞大的光网络，当网络發生故障时，光传输网络能在极短时间内能从失效状态自动恢复所携带的以太网、E1、话音等业务，其基本原理就是使光传输网络具有热备份的功能，并重新确立通信能力[3]。
本设计提出的SDH光传输设备采用VPX架构（如图1所示），主要由2块交叉控制板、2块2.5 G光接口板、4块155 M光接口板（含622光接口）、2块以太网映射板、2块以太网交换板、2块电源板以及一块背板组成。2块交叉控制板分别插在背板的第8，9两个槽位，8槽为主，9槽为备，构成热备份系统。8，9两个槽位分别设计有独立的背板总线连接到各业务板卡，本地业务通过背板ESSI高速总线汇聚到交叉控制板，进行SDH交叉连接，再通过背板ESSI高速总线进入光接口板，实现业务上光的功能。
在正常情况下，8槽交叉控制板处于工作状态，业务板的业务数据通过ESSI1传输，当用户通过设备网络管理平台对设备进行配置时，配置数据通过8，9槽之间的SERDES接口实时同步到9槽交叉控制板。如果8槽交叉控制板被拔出或出现故障， 9槽交叉控制板检测到8槽交叉控制板处于离线状态，9槽交叉控制板立即启用实时同步的配置数据并进入工作状态（9槽交叉控制板通过IO管脚通知各业务板卡设备已由8槽切换到9槽的工作模式），各业务板检测到IO指示信号，立即将业务数据从ESSI1切换到ESSI2，完成热备份切换，业务经过短暂中断后仍能继续传输（即业务恢复正常）。当8槽交叉控制板恢复正常时，9槽交叉控制板持续检测8槽状态，如果8槽持续120秒处于正常工作状态，8槽交叉控制板将重新获得控制权限，同时通过IO管脚指示各业务板将业务数据从ESSI2切换到ESSI1，9槽交叉控制板同时进入备用状态，热备份系统恢复正常工作状态。
2 热备份保护倒换技术的实现
2.1 交叉控制板热备份保护倒换设计
交叉控制板热备份保护倒换设计框图如图2所示，交叉控制板硬件由CPU、FPGA、IPMI模块和SDH交叉芯片四个部分构成，CPU采用中科龙芯的2K1000，FPGA采用紫光同创的PGT200H，CPU和FPGA之间通过LIO并行接口通信，IPMI模块与CPU之间通过UART接口通信，SDH交叉芯片则通过FPGA间接访问。交叉控制板背板接口有Serdes、IO、ESSI三组信号线。其中Serdes用于将配置数据同步到另一块备用交叉控制板。IO为FPGA的IO引脚，每块业务板有一个IO直连，用于指示交叉控制板当前的热备份状态，处于工作状态时输出高电平，处于备用状态时输出低电平。ESSI总线用于传输业务数据。
交叉控制板热备份由数据同步、故障检测和热备份逻辑三个模块组成。数据同步模块设计有一块512 KB的RAM，用于存储对端板卡的配置数据，工作时通过Serdes通道实时的将本端的配置数据写入对端FPGA的RAM。故障检测模块通过检测Serdes连接状态，用来检测对端板卡的在线状态。热备份逻辑模块根据故障检测结果，确定板卡的热备份状态。交叉控制板上电期间检测所处槽位，并根据槽位信息确定热备份角色，如在8槽则确认为热备份主板卡，进入工作状态，指示IO输出为高电平，如在9槽则确认为热备份备板卡，进入备用状态，指示IO输出为低电平。正常工作时，处于8槽交叉控制板负责实时将配置数据同步到9槽交叉控制板，9槽交叉控制板负责检测8槽交叉控制板在线状态。
2.2 业务板热备份保护倒换设计
业务板热备份保护倒换设计如图3所示，业务板硬件设计与交叉控制板硬件相似，CPU使用兆易创新的GD32F450单片机，FPGA采用紫光同创的PGT200H。背板接口有两组ESSI总线，和两个状态指示的输入IO。IO1和ESSI1连接到8槽交叉控制板，IO2和ESSI2连接到9槽交叉控制板。
业务板卡上电后，默认业务数据通过ESSI1送往8槽交叉控制板，同时持续检测两个IO的状态，正常情况下IO1为高电平，IO2为低电平，8槽交叉控制板处于工作状态，9槽交叉控制板处于备用状态。如果8槽交叉控制板被拔出或出现故障，则IO1变为低电平，这时9槽交叉控制板立即进入工作状态（即发生了保护倒换），IO2变为高电平。热备状态机判断出变化后，通知CPU热备发生，并将业务数据切换到ESS2，完成热备份切换。
3 测试验证
本设计按图4搭建了测试平台，SDH测试仪接业务板光口，测试数据从业务板光口进入，通过设备背板ESSI总线，汇聚到交叉控制板，经过SDH交叉连接后，在通过背板ESSI总线返回业务板，并从光口输出到测试仪。正常情况下，SDH测试仪数据通过背板ESSI总线达到8槽交叉控制板，进行交叉连接。网管发送命令给IPMI模块，切断8槽负载电源，热备份系统将激活，9槽交叉控制板将进入工作状态，业务板也同步进行ESSI总线切换。观察测试仪状态，业务经过短暂中断后仍能继续传输。
测试结果显示SDH数据业务在8槽的交叉控制板失效后，业务正常倒换到9槽的交叉控制板上，当8槽的交叉控制板恢复正常后，业务切换到8槽的交叉控制板上，实现了SDH数据业务的热备份保护倒换，这说明光传输网络利用热备份保护倒换技术实现了自愈功能。测试结果表明光传输网络采用热备份保护倒换技术已经具备抵御主控板卡故障的能力，热备份保护倒换技术增强了传输网络的安全性，提高了网络可靠性[2]。
4 结语
随着SDH传输网络规模的扩大和网络拓扑结构复杂性的增加，网络的安全性和可靠性显得越来越重要[4]。本文提出了一种如何实现热备份保护倒换技术的解决方案，可以有效地提高光传输网络的自愈能力，同时增强了光传输网络的安全性，提高了网络可靠性，对推动SDH光传输网络的建设和维护具有重要意义。
[参考文献]
[1]毛谦.SDH技术的演进与发展[J].网络电信，2002（12）：8-10.
[2]卢上丁.DCC开销交叉技术在光传输网络中的应用[J].光通信技术，2014（8）：29-31.
[3]刘胜光.SDH的自动保护测试[J].电信网技术，2004（11）：68-69.
[4]韦乐平.光同步数字传送网[M].北京：人民邮电出版社，1998.
（编辑 王永超）