高速率SDH环路上的自动保护倒换方法及装置 本发明涉及SDH(Synchronous Digital Hierarchy同步数字体系)光传输网络的自动保护倒换(Automatic Protection Switching简称APS)方法及装置，更具体地说，是一种高速率SDH环路上的二纤双向复用段共享自动保护倒换方法及装置。
目前，SDH光传输网络已经在通讯领域得到了广泛的应用，随着社会的需求和技术水平的进步，SDH光传输网络的速率越来越高，特别是在干线光缆中大都采用了2.5G bit/s甚至更高速的SDH设备，这就使得SDH光传输网络的两大优点之一的“自愈功能”即自动保护倒换功能显得越发的重要。国际电联ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication StandardizationSector国际电信联盟有关电信标准的分支机构)G.841号建议《SDH网络保护体系结构的类型和特性》对SDH网络的自动保护倒换功能做出了具体的建议。但是，这个标准只是在APS算法和通讯协议上做出了逻辑上的规定，并没有涉及到设备级的实现。瑞典艾利森电话股份有限公司在1996年6月18日向中国专利局提交的专利申请(申请号：96195023.4)《自愈网络》对SDH光传输网络的自动保护倒换功能提出了自己的解决方案。这个专利利用网络节点的检测功能，检测跟本节点相关的故障情况(如两个节点之间的光纤切断)，当出现故障情况时，无需网络管理，重新选择路由发送业务，而当故障修复时，自动将发送业务恢复到原来路由上来，以达到自愈功能。但是通过分析发现其具有以下不足：1、由于没有使用专门用于自愈功能地信令技术，使得这个技术方案只是一种单端的保护方案，在光纤线路稳定性不好的情况下，会因为不同光方向的信号故障出现倒换的连锁反应，给保护功能控制单元增加额外的工作负担和复杂的计算量。2、保护信道和工作信道分配不合理，可操作性差。当出现告警触发保护功能时，需要进行保护信道的重新分配。3、这个方案只能进行光纤信号在完全处于失效情况下的倒换，而在网元节点两侧光纤都出现信号故障时，无法根据两侧光信号的质量进行评估和优选。4、兼容性差。由于这个方案是艾利森公司自主开发研制的技术方案，因此在组网时，就会因保护机制的不同而和其他厂商生产的SDH光传输设备不兼容。
本发明的一个目的是提出一种兼容性强，信道分配合理具有双端保护机制的并能对两侧光信号进行评估和优选的自动保护倒换方法，本发明的另一个目的是提出实现上述方法的装置。
一种高速率SDH环路上的自动保护倒换方法，其工作流程如下：首先，在系统启动时由网管层APS配置维护模块进行组网配置；其次，进入正常工作状态后，线路信号告警提取模块动态检测两个光方向上的复用段级的告警信息并通知APS核心处理器模块，同时APS信令字节提取插入模块动态提取两个光方向上的复用段开销字节中的K1、K2字节并通知APS核心处理器模块；接着，APS核心处理器模块综合收到的信息，根据APS算法做出判断是否进行桥接倒换或是倒换恢复，如果进行桥接倒换或恢复操作，则命令桥接倒换动作执行模块执行桥接倒换操作或是倒换恢复操作，而后APS核心处理器模块通过APS信令字节提取插入模块将反映本节点当前状况的K1、K2字节插入到相应光方向上的复用段开销字节中，最后桥接倒换动作执行模块将操作信息上报网管层APS配置维护模块；如果不需进行桥接倒换或恢复操作，则只需由APS核心处理器模块通过APS信令字节提取插入模块将反映本节点当前状况的K1、K2字节插入到相应光方向上的复用段开销字节中即可。
上述工作流程中系统启动时由网管层APS配置维护模块进行组网配置是指网管层APS配置维护模块向APS核心处理器模块提供所需要的初始数据信息，并完成正常状态下的时隙交叉配置和工作信道与保护信道的分配。初始数据信息包括本网元节点的标识ID和与本网元相邻的两个网元节点的标识ID。
上述工作流程中复用段级告警信息包括复用段级的帧丢失，复用段级的信号丢失，复用段告警指示信号以及复用段级的信号劣化。
桥接倒换操作是指将本节点从光支路向光群路上复用的业务和从本节点直通的业务在向工作信道发送的同时向保护信道发送，将从光群路上向本节点光支路上分出的业务从工作信道接收转到保护信道接收。
一种高速率SDH环路上的自动保护倒换装置，包括负责组网配置、维护及调试的网管层APS配置维护模块，负责两侧光线路上复用段级告警信息提取的线路信号告警提取模块，负责两侧光线路上复用段开销字节中K1、K2字节的提取和插入的APS信令字节提取插入模块，负责工作信道和保护信道调配的桥接倒换动作执行模块以及综合各方面信息、根据APS算法做出决策和控制的APS核心处理器模块。
上述装置中网管层APS配置维护模块位于子网管理控制中心；线路信号告警提取模块位于光接口板上；APS信令字节提取插入模块和APS核心处理器模块位于光线路开销处理板上；桥接倒换动作执行模块位于时隙交叉板上。
上述装置中APS核心处理器模块与网管层APS配置维护模块之间的通讯是通过网元控制板转发的。
APS核心处理器模块与网元控制板之间的接口是双口RAM。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1-A是正常状态下的SDH环形网络示意图，图1-B是进行桥接倒换后的SDH环形网络示意图；
图2是本发明装置的原理结构示意图；
图3是SDH光传输设备的硬件结构示意图；
图4是本发明自动保护倒换方法的流程图；
图5是本发明的一个具体实施例的结构示意图；
图6是APS核心处理器模块中APS算法的流程图。
如图所示，图1-A是正常状态下的SDH环形网络示意图，节点A到C之间的业务路由是A→B→C，如果节点B和节点C之间的传输光缆发生故障，自动保护倒换方案将使节点B和节点C同时进行保护倒换，如图1-B所示，这时节点A和节点C之间的业务路由变为A→B→A→D→C，AC之间的业务并没有因为节点B和节点C之间的传输故障而中断，大大增强了SDH传输网络的生存性能，这也正是自动保护倒换方案的意义所在。
图2表示的本发明装置的原理结构示意图。如图2所示，本发明包含以下模块：网管层APS配置维护模块，线路信号告警提取模块，APS信令字节提取插入模块，桥接倒换动作执行模块及APS核心处理器模块，下面分别对这些模块做详细的介绍。
网管层APS配置维护模块负责组网配置、维护及调试工作。在系统启动时，网管层APS配置维护模块要进行初始化操作，包括：1、各网元标识的分配。在MS-SPRING(二纤双向复用段共享保护环)单环中节点数目不能超过16个，每个网元必须分配一个标识唯一的ID(Identifier)，取值范围在0到15之间，网元标识ID是本节点正常启动APS功能的第一要素，必须要在节点上电启动时随着网元基本数据库同时下达到APS核心处理器上，同时必须把与本网元相邻的两个网元的ID也要通知APS核心处理器。2、工作时隙和保护时隙的分配。根据MS-SPRING APS的设计方案，每条光线路上的AU4(AdministrativeUnit level 4速率等级为4的管理单元)时隙容量需要分配一半的容量作为传输正常工作业务的工作时隙，另外一半作为光线路上出现故障时传输失效跨段工作业务的保护时隙。在正常工作的状态下，网管层APS配置维护模块还负责维护工作，进行维护操作的APS外部命令包括：
1、保护锁定LP-R；这个命令是为防止工作信道在指定跨段上接入某一环倒换的保护信道，它可通过使节点失去请求任何一种环保护倒换能力来实现。由于这个命令无法在K字节中传递，所以必须由网管层APS配置维护模块在保护锁定的跨段上的两个端节点同时下达，同时要求子网管理控制中心下达LP-R命令时要附加方向参数。
2、强制倒换FS-R；这个命令执行从工作信道到保护信道的环倒换，除非有更高级别的桥接请求，否则不管保护信道的状态如何，都要进行桥接倒换。由于FS-R可以在K字节中传递，可以约定，网管层只在启动强制倒换的节点下达，并附加定方向参数。
3、人工倒换MS-R；这个命令与强制倒换命令约定相同，只是桥接请求级别较低。
4、清除CLR；这个命令清除原网管层下达的外部命令，同样附加方向参数。在清除保护锁定命令时，需要在相应跨段的两个节点同时下达，并附加方向参数，而在清除其他外部命令时，只需要在原下达外部命令的节点处下达清除命令，并附加相同的方向参数。
网管层APS配置维护模块还负责进行调试工作，主要进行环演习操作。环演习命令为EXER-R；这个命令仅演习所请求信道的保护倒换，但并非实施桥接和倒换动作，由于环演习可以由K字节传递，同样可以约定由命令启动节点网管层下达，并可约定方向。网管层只在启动强制倒换的节点下达此命令，并附加方向参数。
线路信号告警提取模块负责提取两侧光线路上的复用段级告警信息，其中包括信号失效(即复用段级别的LOF(Loss Of Frame帧丢失)、LOS(Loss OfSignal信号丢失)和MS-AIS(Multiplex Section Alarm Indication Signal复用段告警指示信号))和信号劣化。线路信号告警提取模块向APS核心处理器提供自动保护倒换的触发条件。
APS信令字节提取插入模块负责提取和插入复用段开销字节中的K1、K2字节。在二纤双向复用段共享自动保护倒换方案中要使用两个APS信令字节：K1和K2。K1和K2在承载保护信道的STM-N(Synchronous Transport Module levelN速率等级为N的同步传输模块)的复用段开销字节中传送。其中K1的1～4比特为桥接请求码，按优先级的递降次序列于下表；K1的5～8比特是K1的1～4比特所指示的桥接请求码的目的地节点ID。字节K2的1～4比特为发出桥接请求的源节点ID，第5比特为长/短径标志(其中0代表短径，1代表长径)，6～8比特为发出桥接请求的源节点当前的桥接请求状态码。
在APS信令中传递的外部指令有强制环倒换FS-R、人工环倒换MS-R、练习环倒换EXER-R；自动倒换命令有环信号失效SF-R、环信号劣化SD-R、环反向请求RR-R、等待恢复WTR和无请求NR，这些指令是在K1字节中传送的。各指令在APS信令字节中的信令编码如下表所示：
请求指令编码表(K1字节1～4 bit) 命令 编码 命令 编码 FS-R 1101 SF-R 1011 SD-R 1000 MS-R 0110 WTR 0101 EXER-R 0011 RR-R 0001 NR 0000
在K2字节中传递的请求状态码有复用段告警指示信号MS-AIS，复用段远端检测失效MS-RDI，在保护信道传输额外业务 Extra traffic on protectionchannels，已桥接倒换状态Bridged and Switched，已桥接Bridged空闲状态Idle。请求状态指令编码表(K2字节6～8 bit)
状态 编码 MS-AIS 111 MS-RDI 110 Reserved 101 Reserved 100 Extra traffic on protection channels 011 Bridged and Switched 010 Bridged 001 Idle 000
桥接倒换动作执行模块根据APS核心处理器的命令负责工作信道和保护信道的调配。根据指令编码的需要，APS核心处理器和桥接倒换动作执行模块之间需要4条控制信号连线，分别作为东侧桥接控制信号线、东侧倒换控制信号线、西侧桥接控制信号线、西侧倒换控制信号线。高电平表示命令有效，低电平表示命令取消，其命令编码表如下：命令名 APS3 APS2 APS1 APS0 描 述东侧桥接/倒换 0 0 1 1将原来外环纤向东侧发送的工作时隙桥接到内环纤向西侧发送的保护时隙上去，将原来内环纤用于接收东侧来的工作时隙倒换到外环纤接收西侧来的保护时隙上去西侧桥接/倒换 1 1 0 0原来内环纤向西侧发送的工作时隙桥接到外环纤向东侧发送的保护时隙上去，原来外环纤用于接收西侧来的工作时隙倒换到内环纤接收东侧来的保护时隙上去卸下东侧倒换 0 0 0 1将现在在外环纤上从西侧来的保护时隙接收信号恢复到从内环纤东侧来的工作时隙接收信号。卸下西侧倒换 0 1 0 0将现在在内环纤上从东侧来的保护时隙接收信号恢复到从外环纤西侧来的工作时隙接收信号。卸下东侧桥接倒换 0 0 0 0将现在在内环纤向西侧保护时隙发送的信号恢复到在外环纤向东侧发送的工作时隙上去；将现在在外环纤上从西侧来的保护时隙接收信号恢复到从内环纤东侧来的工作时隙接收信号。即全部恢复正常卸下西侧桥接倒换 0 0 0 0将现在在外环纤向东侧保护时隙发送的信号恢复到在内环纤向西侧发送的工作时隙上去；将现在在内环纤上从东侧来的保护时隙接收信号恢复到从外环纤西侧来的工作时隙接收信号。即全部恢复正常
APS核心处理器模块是整个APS方案的核心部分，它综合各方面信息、根据APS算法做出分析决策并发出控制指令。APS核心处理器中最重要的就是APS算法，ITU-T G.841号建议《SDH网络保护体系结构的类型和特性》对APS算法做出了逻辑上的规定，图6表示了APS算法的流程图。如图6所示，在APS算法中，首先检测有无来自网管层的APS外部命令，如果有，则通过专门的网管层命令处理子模块进行处理；然后检测由线路信号告警提取模块上报的复用段级故障告警信息，如果发现新故障，与原有故障不同，则交由本地故障处理子模块进行故障处理；最后对APS信令字节提取插入模块提取出来的APS信令字节K1、K2做出判断，决定是否要进行桥接倒换操作或是倒换恢复操作，如需要则发出控制指令。
图3是SDH光传输设备的硬件结构示意图，图5是本发明的一个具体实施例的结构示意图。从图3和图5中可以看出，实施例中将网管层APS配置维护模块放在子网管理控制中心上，将线路信号告警提取模块放在光接口板上，将APS信令字节提取插入模块和APS核心处理器模块放在了光线路开销处理板上，将桥接倒换动作执行模块安排在时隙交叉板上。这样充分利用了原有设备的硬件结构，而无需新增一块专门的APS处理板，有效地降低了成本。APS核心处理器和网元控制板之间的通讯接口采用双口RAM，其余各部分的接口都尽量借用原有硬件设备的接口，但要适当增加几条背板走线，用来将对侧的信号连接过来。
图4是本发明自动保护倒换方法的流程图。在系统启动时由网管层APS配置维护模块进行组网配置：向APS核心处理器模块提供所需要的初始数据信息，其中包括本网元及相邻的两个网元的ID，完成正常状态下的时隙交叉配置和工作信道与保护信道的分配。进入正常工作状态后，光接口板上的线路信号告警提取模块动态检测复用段级的告警信息并上报APS核心处理器模块，同时光线路开销板上的APS信令字节提取插入模块动态提取复用段开销字节中的K1、K2字节并上报APS核心处理器模块；接着，APS核心处理器模块综合收到的信息，根据APS算法做出判断是否进行桥接倒换或是倒换恢复，如果进行桥接倒换或恢复操作，则命令时隙交叉板上的桥接倒换动作执行模块执行桥接倒换操作或是倒换恢复操作，而后APS信令字节提取插入模块将反映本节点当前状况的K1、K2字节插入到复用段开销字节中，最后桥接倒换动作执行模块将操作信息上报网管层APS配置维护模块；如果不需进行桥接倒换或恢复操作，则只需由APS信令字节提取插入模块将反映本节点当前状况的K1、K2字节插入到复用段开销字节中即可。
本发明提出的自动保护解决方案，使用了ITU-T G.841建议所提供的国际通用的APS信令进行信令应答，是一种双端保护机制的APS方案；预先配置好了可供整个环上所有节点使用的保护信道使得信道的分配更加合理；由于严格遵循ITU-T G.841建议规定的信令使用规范，因此具有良好的兼容性；另外，本发明提出的自动保护解决方案，充分利用了原有传输设备的硬件资源，有效地降低了成本。