光传送网络的保护倒换 朱 洪 电信科学技术第五研究所 2016 10.28

内 容 光网络的保护倒换需求 光网络保护倒换定义 光网络保护倒换分类 保护倒换性能 保护倒换协议 光网络保护倒换研究内容 ITU-T国际标准

光网络的保护倒换需求 个人享有带宽→ 1G？ 带宽不断增大 业务种类繁多，视频业务所占比重逐渐增大，4G/5G移动互联网 业务流量动态变化大 用户对网络可靠性提出更高要求（银行，证券交易，电子商务，航空，智能电网，高速轨道交通，城市交通，社会稳定，物联网，应急救灾，交互式动漫…） SDN的出现，网络虚拟化，用户对网络可靠性/生存性的不同等级的自主选择 网络拓扑结构多样 网络互联互通要求 个人享有带宽→ 1G？

户外设施遭受的自然灾害 典型的自然灾害 自然灾害 典型影响 地震 破坏所有户外设施，管道爆裂，光缆断开 海啸 损坏所有户外设施，损坏沿岸地区中心机房的供电 洪水 光缆隧道淹没，光缆受到潜在损坏，液体渗入光缆 森林火灾 烧毁电杆，架空光缆断开 飓风/龙卷风/台风/暴风雨 电杆/电信塔倒落，架空基础设施受损，架空光缆断开 山崩，上体滑坡 地下管道毁坏，固定结构破坏 极度寒冷，暴雪，冰冻，暴热 电信设备毁坏 典型的自然灾害 4

生物侵袭及人类活动的影响 常见的生物侵袭 导致通信线路故障常见的施工作业 其它因素 鸟类 鼠类 蚁类（白蚁） 住宅楼建设/拆除 城市道路施工 城市管道施工/维护 其它因素 火灾 设备、线路自身故障 5

户外设施的自然灾害 6

户外设施的自然灾害 7 7

光网络保护倒换定义 自动保护倒换APS定义最初源于SDH网络 自动保护倒换APS 两个复用段路径终接功能、两个高阶虚容器路径终接或低阶虚容器路 径终接功能之间（并包括这些功能）的一个信号的自治倒换，从一个 有故障的工作路径/子网连接SNC到保护路径/子网连接SNC，随后使用 由复用段开销MSOH、高阶通道开销HO POH或低阶通道开销LO POH 中的K字节承载的控制信号进行恢复 三个要点 从故障工作路径/子网连接倒换到保护路径/子网连接 工作路径/子网连接恢复/复原 专用信道（K字节）承载自动倒换控制信息 简要理解：从工作路径信道/子网切换到保护路径信道/子网的过程称为 保护倒换 8

光网络保护倒换定义 光网络保护倒换分为 线性路径和子网保护 环网保护 共享格形网络保护 9

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 1+1、1:n、m:n、(1+1)n几种架构类型 1+1保护架构 在保护域的源端点用一个专门的保护传送实体做为工作传送实体的备份，工作传送实体和保护传送实体上承载的业务同时传送到保护域的终端点，在终端点选择工作和保护传送实体，根据某个预先规定的准则，如信号故障指示SF、信号劣化指示SD。双发单收。 优点：复杂度低，单向倒换情况下可支持被保护子网的双节点互联 缺点：冗余容量占用率100% 10

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 1:n保护架构 N个工作传送实体共享一个专用保护传送实体，一旦保护传送实体可用，即可分配给n个工作传送实体中的任意一个；两种桥接方式：选择器方式和广播式 优点：只需要(100/n) %的冗余容量，非保护情况下，保护容量可用于传送额外业务 缺点：复杂，不支持单向倒换情况下被保护子网的双节点互联 1:n保护架构（广播桥方式） 11

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 1:n保护架构（选择器桥接） 12

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 m:n保护架构 m个保护传送实体由n个工作传送实体共享，m<=n 13

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 (1:1)n保护架构 n个保护传送实体共享同一个带宽，做为n个工作传送实体的备份实体 主要用于PTN网络保护 14

光网络线性路径和子网保护-保护架构类型 (1:1)n保护架构举例 主要用于分组型网络 15

光网络保护倒换类型 倒换类型 单向倒换类型 双向倒换类型 终端检测到故障后选择备用传送实体，业务即可完成倒换。对于1+1架构，仅在接收端操作控制选择器（倒换开关），对于1:n、m:n、(1:1)n架构，同时对接收端的选择器和发送端的桥接器进行操作控制 双向倒换类型 在保护段的两端业务从工作传送实体倒换到备用传送实体。对于1+1架构，同时对位于接收端和发送端的选择器进行操作控制，对于1:n、m:n、(1:1)n架构，同时对位于接收端和发送端的选择器以及位于接收端和发送端的桥接器进行操作控制 16

光网络保护操作类型 保护操作类型 返回（回复）类型 非返回（回复）类型 当外部倒换请求清除或工作传送实体的故障清除，业务信号从备用传送实体回复到工作传送实体 非返回（回复）类型 当外部倒换请求清除或工作传送实体的故障清除，业务信号继续在备用传送实体上传送，而不回复到工作传送实体 17

光网络保护倒换协议 协议类型 除了1+1单向不需要协议，其它保护类型都需要用协议来控制倒换操作，协调发送端和接收端的倒换动作，保证动作一致 保护倒换的两个基本功能需求： 防止失联（接） 被保护域的两端之间协议通信往返的次数最少（为了使倒换时间最小，通信可以是1次、2次、3次，分别分别称为1阶段，2阶段，3阶段） 协议类型 使用协议的保护类型 桥接类型 选择器类型 无协议 仅1+1单向保护 永久 选择型 1-阶段 (1:1)n 架构、 选择器 选择型或混合型 1+1 架构 2-阶段 (1:1)n architectures 1+1 architectures 3-阶段 所有保护架构类型 任何一种 混合型（信元/分组技术） 18

光网络保护倒换协议 APS协议 APS protocol: 1-phase: 仅通过一次消息交换(Z  A)来协调保护域的两端，使其动作保持一致 APS protocol: 2-phase: 通过两次消息交换(Z  A, A  Z)来协调保护域的两端，使其动作保持一致 APS protocol: 3-phase: 通过三次消息交换(Z  A, A  Z, Z  A)来协调保护域的两端，使其动作保持一致 19

光网络保护倒换协议 协议类型比较 适用于所有保护架构 防止出现失联（接） 仅在确认优先级后才对选择器或桥接器进行操作控制 2阶段协议特点： 3阶段协议特点： 适用于所有保护架构 防止出现失联（接） 仅在确认优先级后才对选择器或桥接器进行操作控制 2阶段协议特点： 倒换时间减少 适用于1+1和(1:1)n 架构 1阶段协议特点： 倒换时间最短 适用于适用于1+1和(1:1)n 架构 在确认优先级之前对选择器或桥接器进行操作控制 协议最复杂 20

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 21

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 22

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 23

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 24

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 25

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 26

光网络保护倒换协议 APS协议工作举例 27

光网络保护倒换性能 保护倒换时间分配 Tr：被保护业务的恢复时间（50ms）； Tc：确认时间；Tt：转移时间 Tr = T1 + T2 + T3 + T4 + T5 = Tc + Tt + T5 28

光网络保护倒换触发条件 信号故障SF 下列故障将触发保护倒换 ATM OTN SDH 连续性缺陷 LOC   ATM OTN SDH 连续性缺陷 LOC LOS, LOS-P, LCK, LTC LOS, LTC 连接性缺陷 None TIM, OCI TIM, UNEQ 适配缺陷 LCD MSIM, LOM, PLM, LOFLOM LOF, LOM, LOP, PLM 上游服务层缺陷 AIS FDI, FDI-P 超误码路径 EXC 虚级联缺陷 LOM, LOA 29

光网络保护类别 保护类别 路径保护 用于保护横跨一个完整的运营商网络或多个运营商网络的路径的一种保护，一种专用的端到端保护架构，适用于各种不同的网络拓扑结构，包括格形网，环形网等，对路径中的网元没有数量限制 路径保护通常用于对服务层的保护，防止客户层出现的连接故障、性能劣化等对客户信号的影响，主要保护信息 30

光网络保护类别 路径保护-单个路径保护 31

光网络保护类别 路径保护-群路径保护 32

光网络保护类别 子网连接SNC保护 用于保护路径一个运营商网络或多个运营商网络的路径的某一段，SNC保护可以位于两个连接点CP之间，一个连接点和一个终接连接点TCP之间，或两个TCP之间；适用于各种不同的网络拓扑结构，包括格形网，环形网等，对子网中的网元没有数量限制，可用于层网络中的任何一层 33

光网络保护举例 SNC保护举例 34

光网络保护举例 SNC保护举例 35

光网络保护举例 SNC保护举例 36

光网络保护举例 SNC保护举例 37

光网络保护举例 反向复用链路连接的生存性 38

光网络保护举例 LCAS提供的生存性 39

光网络保护举例 基于动态带宽网络的业务保护方案 40

光网络保护举例 动态带宽链路的路径保护 41

环形光网络保护 环网由三个或以上节点组成，每个节点与换上两个相邻节点连接。两个相邻节点之间是一个双向段，每个双向段在每个方向有一个工作段和一个保护段，还可选择性的提供一个段用于传送不受保护的业务信号 某个方向上的一个段所传送的业务信号由相同段的反向保护实体实施保护 42

环形光网络保护 环回方式（Wrapping protection） 业务信号在与出现故障的段或节点相邻的两个节点处以环回方式从工作实体环回到保护实体 43

环形光网络保护 转向方式（Steering protection） 业务信号在其上下的接点处倒换到保护实体 44

共享格型光网络保护 格形网拓扑结构 格型传送网的每个节点至少与两个链路连接，链路的另一端连接着其它不同的节点。 大部分格型传送网仅是部分格型，即某些节点是全格型的，而有些节点仅连接一个或多个节点 45

共享格型光网络保护 共享格型保护SMP架构类型及要求 SMP中包括多个工作信号，每个工作信号与一个工作传送实体和多个保护传送实体相联系，SMP采用m :1 保护架构，即每个工作传送实体由m个保护传送实体所保护，m≥1，只要m个保护传送实体是可用的就能对该工作传送实体进行保护 每个保护传送实体由多个保护段组成，每个保护段的带宽由多个保护传送实体共享 为了防止网络故障中断被保护的工作信号，要求共享保护资源的所有工作传送实体相互间是无连接的 SMP可应用于长途网、城域网 46

共享格型光网络保护 SMP举例 工作传送实体W1配置两个保护传送实体P1和P1，，W2配置一个保护传送实体P2；W2故障后占用P2，之后W1故障，则选择P1， 47

共享格型光网络保护 用于电路网络（SDH、OTN）的SMP 当多个工作传送实体共享保护段时，保护传送实体的中间节点的交叉连接不能预先配置 48

共享格型光网络保护 用于分组网络的SMP 当多个工作传送实体共享保护段时，保护传送实体的中间节点的交叉连接可以预先配置 49

共享格型光网络保护 SMP应用场景 50

ETH光网络线性保护 以太网线性保护 指的是以太传送网络中基于ETH子网连接点到点VLAN的线性保护倒换，包括单向\双向1+1和1:1保护倒换架构 以太网线性保护需使用专门的APS协议 51

ETH光网络线性保护 ETH 1+1双向保护 受保护的ETH_CI 永久性地桥接到工作传送实体和保护传送实体 52

ETH光网络线性保护 ETH 1+1双向保护 当某个方向检测到信号故障或信号劣化，两个方向都将业务信号倒换到保护传送实体；需要APS支持 53

ETH光网络线性保护 ETH 1+1单向保护 54

ETH光网络线性保护 ETH 1:1保护 55

ETH光网络线性保护 ETH1:1保护 56

ETH光网络线性保护 APS协议举例 57

ETH光网络环网保护 以太网环网保护 以太环网能提供广域多点连接，更为经济，链路数量更少；每个以太环网节点与环中相邻节点通过两条独立的链路相连接；一个环链路由两个相邻的以太环网节点界定；以太环网的最少节点数为2；环网中有一个RPL主节点和一个RPL邻节点，两个节点之间的链路为环网保护链路，由RPL主节点控制，正常情况下环网保护链路是阻断的，无业务传送；以太环网应避免出现闭环；需要APS支持 58

ETH光网络环网保护 以太环网保护 出现链路故障时，故障链路两端的节点端口阻断业务传送，连接RPL的RPL主节点和邻节点的端口打开，传送业务 59

ETH光网络环网保护 以太环网保护-环互联（梯形环网） 正常情况下，ERP1和ERP2两个环路的环网保护链路RPL被阻断，两个环网共享C-D链路，未形成闭环 60

ETH光网络环网保护 以太环网保护-环互联（梯形环网） 共享链路C-D出现故障时，环网1的RPL连接点打开，环网2的RPL连接点继续保持断开，未形成闭环；若环网1的RPL再次故障，环网2的RPL连接点打开，保证环网拓扑连接 61

双节点互联光网络环网保护 双节点互联DNI以太网络线性保护倒换 主要是解决两个保护域之间的业务在两个方向穿过同一个节点 节点N1是一个终端点，N2和N3是两个互联节点，在两个恢复域的边界之间提供节点弹性（保护） 62

双节点互联光网络环网保护 DNI以太网络可能出现的故障 63

双节点互联光网络环网保护 解决方案 1:1线性保护 N1-N2之间为工作通路，N1-N3之间为保护通路；N2-N3之间有一个垂直通路；工作通路、保护通路以及垂直通路的状态分别由连续性校验报文CCM监视。 N2和N3之间通过垂直通路交换EDNI消息，以协调以太网线性保护DNI操作；N3定义为EDNI处理主节点，N2定义为EDNI处理从节点； N3根据N2接收到工作通路状态决定工作通路的状态，决定垂直通路以及在相邻保护域中N2和N3的隔离状态； EDNI主节点根据APS状态、垂直通路状态以及相邻恢复域中N2和N3的隔离状态控制N2和N3节点的桥接和选择器 64

双节点互联光网络环网保护 故障情况下的业务通路选择 65

光网络保护倒换研究内容 光网络保护倒换属于物理层保护倒换 保护架构类型 操作类型 协议 保护类别 1+1,1:n, m:n, (1:1)n 恢复式（工作通路故障消除后，业务回复到工作通路） 非恢复式 协议 APS协议，不同的保护技术对应不同的APS 保护类别 路径保护（独立路径保护，群路径保护） 子网连接SNC保护（独立SNC保护，SNC群保护） 反向复用链路连接的生存性 66

光网络保护倒换研究内容 保护倒换性能 保护倒换操作与管理 网络恢复 ≤50ms，保护倒换时间顺序定义，指标分配 外部命令 优先级 SF和SD触发条件 工作传送实体和保护传送实体的配置 网络恢复 ASON标准 67

光网络保护倒换研究内容 根据网络拓扑 根据不同的传送技术 根据传送网络的服务功能 线性保护 环网保护 格形网络保护 SDH保护 OTN保护 PTN保护（以太网传送保护，MPLS-TP保护） 根据传送网络的服务功能 骨干网保护 城域网保护 接入网保护 68

光网络保护倒换ITU标准 G.841-Types and characteristics of SDH network protection architectures G.808-Terminology for protection and restoration G.808.1-Generic protection switching – Linear trail and subnetwork protection G.808.2-Generic protection switching – Ring protection G.808.3-Generic protection switching – Shared mesh protection G.873.1-Optical transport network (OTN): Linear protection G.873.2-ODUk shared ring protection G.873.3-Optical Transport Network (OTN) - Shared Mesh Protection（计划2017年完成开发） G.8031-Ethernet linear protection switching G.8032-Ethernet ring protection switching G.8131-Linear protection switching for MPLS transport profile G.8132-MPLS-TP ring protection G.Suppl.60-Ethernet Linear Protection Switching with Dual Node Interconnection 69

未来，光传送网络的可靠性更高，生存性更强 光网络保护倒换-summary 光网络保护倒换技术基本成熟，较为完善 B100G、400G光传送技术的开发，可能提出新的保护倒换需求 5G移动网络对光传送网的新需求，对物理层的保护提出新要求？ 接入网保护技术的发展 未来，光传送网络的可靠性更高，生存性更强 70

谢 谢