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传输技术
对SDH传输系统中ECC 协议栈的研究
文章来源:本站原创  发布时间:2014-10-28  浏览次数:703
作者:宋海峰
(中国联合网络通信有限公司鞍山市分公司 114001)
摘要:本文以华为SDH传输设备为例,解释了ECC通道的原理。描述了其特点、路由规划方法、原则。介绍了对ECC路由故障的典型处理方法以及查询、分析ECC路由对处理光接口错纤等疑难障碍的重大指导作用。
关键词:ECC通道、ECC路由
1.ECC通道的技术标准
1.1SDH系统和ECC协议栈
      SDH传输系统即同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)。ECC即嵌入式控制信道(Embedded control channel)。SDH网络中ECC是传送操作、管理和维护(OAMP)信息的逻辑信道。
      ECC通道以SDH系统中的数据通信信道(DCC)作为其物理通路。SDH中ECC协议栈是以OSI参考模型为基础的,协议的设计方法与当前管理系统的面向对象是一致的。ECC协议栈的应用层包括公共管理信息服务单元(CMISE),还包含支持CMISE的远程操作服务单元(ROSE)和联系控制服务单元(ACSE)。表示层、会话层和传送层提供支持ROSE和ACSE所需的面向连接服务。其中,传送层还包括附加协议单元,使得在由无连接网络层协议(CLNP)操作时可提供连接模式服务。数据链路层采用Q.920和Q.921所规定的D信道链路接入程序(LAPD)。采用SDH系统中DCC信道作为物理层。其结构如图1。
图1:SDH ECC的协议栈模型
      OSI参考模型(OSI/RM)全称是开放系统互连参考模型(Open System Interconnection Reference Model,OSI/RM)。它是由国际标准化组织(International Standard Organization,ISO)提出的一个网络系统互连模型。OSI参考模型采用分层结构,共分七层,物理层、数据链路层、网络层、传输层、对话层、表示层、应用层。用户数据从应用层、表示层、对话层传输层、网络层和数据链路层逐层封装,完成数据校验等功能。最后在物理层透明传输。
1.2ECC通道和DCC通道
      ECC通道用于SDH网元间通信,传送TMN信息,实现网管对非网关网元的管理。ECC的物理通道包括DCC字节和用于扩展ECC的串口和网口。网管和网关网元之间的通信使用TCP/IP协议;网关网元和非网关网元之间的通信使用ECC通道。
      DCC是ECC通道的物理层。SDH系统中段开销(SOH)中D1~D12字节。D1~D3为再生段DCC通道(DCCR)其速率为192kb/s;D4~D12为复用段DCC通道(DCCM),其速率为576kb/s。可以根据实际需要进行设定其参数。DCCR可以在所有网元间使用,DCCM只能在复用段网元间使用。
1.3ECC通道和扩展ECC通道
      ECC通道的建立是为了实现对非网关网元的网络管理,有光口就能实现ECC通道的连通。对不提供光口的网元可以使用扩展ECC通道进行网络管理,只需将其ETHERNET网管接口对接即可。ETHERNET这一接口符合TCP/IP标准,允许使用以太网交换机(switch)和集线器(hub)等。
图2:网管系统示意图
1.4主用网关和备份网关
      在SDH复用段保护环网中,由于K1、K2字节的限制,最多只能容纳16个网元,以实现对传输业务的保护。K1的5~8bit是目的节点识别码,K2的1~4bit是源节点识别码。
      其所能容纳的地址数只有16个。传输业务需要保护,ECC路由也需要保护。主用网关和备份网关是最佳选择。由路由协议,计算最佳路由;避免路由成环,造成网络性能的快速下降;在主用网关故障时,切换到备份网关,保证ECC业务的不中断。
2.ECC路由及其具体实现
2.1ECC路由
      ECC路由是ECC协议栈的网络层功能。它实现了网元间的地址选择。
      特点:
1)系统默认ECC路由是一致路由,由系统自动分配。在收发路由不一致的情况下,只有人工设置路由的方式可以登录。
2)ECC路由是双向的。
3)若路由一切正常,网管通过网关网元登录非网关网元走网上的短路径;若短路径不正常,则走网上的长路径;若长短路径皆不正常,则不能登录。
4)ECC路由的分配与业务配置无关,但与光接口的环回状态有关。在对远端站点进行VC-4级别的软件环回时,不能对第一个VC-4环回,否则可能会切断ECC通信。因为,在厂家实际设计、制造的单板上,处理再生段开销(ROH)、复用段开销(SOH)和通道开销(POH)的芯片是同一块芯片。
5)ECC通道的建立方式也是采用发端并发,收端选择建立路由的方式。其选择原则是根据最短路由建立路由。这里的最短路径指的是路由表中的逻辑距离,即间隔站点的数量。
2.2ECC路由实现原理
      ECC路由的建立、更新、维护都是有系统通过定期广播实现。网络越大,数据量越大。路由表只有三项内容:目的网元、转发网元、距离。
      ECC路由建立过程:
1)网元的物理层维护每个线路端口对应的DCC通道的状态信息。
2)网元的MAC层通过广播的方式建立和相邻网元间的MAC连接。
3)网元的NET层建立路由表。网元根据MAC连接表建立并向相邻网元广播自己的NET层路由表。同时,网元根据收到的路由表,根据最短路由寻径的路由协议,更新自己的路由表。由于网络的拓补结构比较简单,在ECC通道通畅的情况下,路由表可以快速收敛;当网络结构变化时,路由表也可以快速更新。
3.对SDH传输网管系统的组网分析
3.1SDH传输系统的电信管理网(TMN)的组织结构
      电信管理网(TMN)可以分为事务管理层(Business Management Layer)、业务管理层(Service Management Layer)、网络管理层(Network Management Layer)、网元管理层(Element Management Layer)和网元层(Network Element Layer)。
图3:电信管理网的组织结构图
      其网元内部模块的组织结构可以分为支路单元(TU)、线路单元(LU)、交叉连接单元(XC)、同步定时单元(STG)、开销单元(OHP)。
图4:网元内部通信组织结构图
      XC:交叉连接单元。用来实现业务的灵活调度功能;
      STG:时钟单元。用来提供系统定时;
      TU:支路单元。为支路业务信号提供接口;
      LU:线路单元。为线路业务信号提供接口;
      SCC:主控单元。提供系统控制和通信功能。
      OHP:开销处理单元。提供公务电话功能。
3.2硬件总线结构
图5:华为metro2050内部硬件总线示意图
      TU是支路板槽位。TU1和TU5是对偶槽位,TU2和TU6是对偶槽位,TU3和TU7是对偶槽位,TU4和TU8是对偶槽位。每个槽位分配一个VC-4带宽。
      LU是线路板槽位。LU1和LU2是对偶槽位,LU3和LU4是对偶槽位。每个槽位分配4个VC-4带宽。
      TU、LU之间通过译码芯片识别单板插针电平编码的硬件地址,通过背板总线进行板间通信。TU、LU与SCC之间通过背板总线进行邮箱通信。
      主控板在位时,由主控板负责对ECC通道的管理,包括ECC路由的建立、维护和更新。
      当主控板SCC不在位时,ECC通道可以在对偶板位的对应光口直接穿通,不影响网管系统对下一网元的管理。
3.3软件系统逻辑结构
图6:系统软件的总体结构
      单板软件:在相应单板上完成对各种功能电路的直接控制,实现网元设备的特定功能,支持主机软件对各单板的管理。
      主机软件主要包括:
1)实时多任务操作系统:负责公共资源管理、对应用执行程序提供支援,它将应用程序与处理机隔离开来,提供与处理机硬件无关的应用程序执行环境。
2)邮箱通信:主机软件和单板软件的接口模块。根据通信协议实现主机软件与单板软件之间的通信功能,达到信息交换、维护设备的目的。一方面,将主机软件对各单板的维护操作命令下发各单板;另一方面,把各单板的相应的状态和告警、性能事件上报给主机软件。
3)设备管理模块:主机软件实现网元设备管理的核心部分,它包括管理者和代理。管理者可以发出网络管理操作命令和接收事件;代理能够响应网络管理者发出的网络管理操作命令,并可以根据被管理对象的状态变化发出事件。
4)通信模块:其功能是实现网络管理系统与网元设备以及网元设备之间管理信息的交换。通信模块由网络通信模块、串行通信模块和ECC通信模块组成。
5)数据库管理模块:主机软件的有机组成部分,它包括数据和程序两个独立的部分。数据按数据库的形式组织,由网络库、告警库、性能库和设备库等组成。程序实现对数据库中数据的管理和存取。
网管系统:对光传送网进行统一管理,采用通信模块与网元主机软件交换信息,实现对网络上设备的监控和管理。
4.对ECC路由的网络规划及典型障碍处理
4.1ECC路由的规划
      由于ECC路由通过定时广播信号帧的方式建立,其对网络的负担很重。因而,需要合理配置子网,不能在一个网关网元下配置太多的非网关网元。否则,会发生ECC通道的拥塞,影响网管系统的工作。
      规划分两部分:网络分析和网络配置。
      网络分析:根据网络拓补图合理划分子网,确定合适的网关网元,并确定相应的子网和子网号(扩展ID)。
1)网关选取:
      网关应选取系统的关键点,即枢纽位置。如交叉点、中心点、镶嵌点、主干网和分支网的连接点。网关是子网之间的唯一连接点,去掉网关,子网间不能互通。
2)子网划分:
      子网号从1~255,最大子网号是255,其中必须包含一个网关子网;与网关相邻的子网只能是网关的附属子网或网关子网;网关网元的位置比较重要,ECC业务比较繁忙。为了获得良好的ECC通道性能,子网的网元数目不能超过50个。这是一个统计参考值。
      在具体应用时,配置备份网关可以防止由于到网关网元的故障造成的网络脱管。
      在上述规则下,可以使ECC通信获得良好的网络性能。
4.2ECC故障的处理
      常见的ECC故障有:网元脱管、网管登录网元速度慢、网管登录网元忽通忽断和ECC路由不正确等。
      排除故障,首先要弄清楚该网络的拓补结构。要收集时间段的历史告警事件,查看机房的施工日志,排除人为施工造成的影响。定位故障网元;其次,登录故障网元相邻的网元,查看ECC路由表记录,查询相应的物理接口性能信息,确定ECC通道承载的路径。最后,找到故障点,并进行相应的处理,如换板、换纤等。排除故障。
      故障1:ECC子网规划不合理造成的故障。
      现象:子网内网元网管连接不稳定,时断时续。传输设备无告警。
      原因:该子网网关下挂的子网数目达到70个,超过一个子网不能超过50个子网的数目限制。造成ECC通道的网络拥塞。
      处理:重新规划子网,化成两个子网,一个子网30个网元,一个子网40个网元。
      故障2:ECC路由不通。
      现象:由5个网元组成的通道保护环。告警信息:网关网元东向光口R-LOS、西向光口MS-RDI。除网关网元外,其他网元脱管。传输业务正常。
      分析:传输业务正常,说明通道保护起作用。主环连接正常。备环上,东向收光口故障,西向发光口故障。因为ECC路由必须是一致路由,除非人工设置。是ECC路由中断造成的网元脱管。经检查,发现网关网元东向、西向各有一根光纤断。修复光纤后,网管系统恢复正常。
      故障3:SCC板故障。
      现象:网络拓补为单链网。网元A、B、C、D顺序排列。其中A是网关网元,接网管计算机。网元A、B能够正常登陆,网元C、D脱管。传输业务正常,无告警。
      分析:查看ECC路由。其定位故障节点为网元B和网元C之间。拔掉网元C的SCC板,使该站的ECC路由在此穿通。发现网元D恢复在线状态。更换C站的SCC板,正确设置网元ID、IP地址。网管计算机下发配置数据。网络恢复正常。
      故障4:网元ID重复,导致网元脱管。
      现象:通道保护环。网元A、B、C、F、E顺时针排列。网元G挂在网元C下。网管计算机接在A网元。网元A、B之间光纤断,网元B、C、G脱管,网元F状态时断时续。全网正常倒换,业务无影响。
      分析及处理:首先查看网络拓补图,定位疑似故障点F。全网业务正常,则CF光路正常。拔出SCC板,穿通F点ECC通道,故障未排除。登录F点,查看ECC路由。F至B、C、G路由正常。前往B网元处现场,用便携机登录B网元,发现网元B、C、G皆可正常登录。可见B、C、G间ECC通道正常。查看B网元ECC路由。发现B、A距离为2,而拓补图中的距离为4。登录C网元,发现C、A距离为1,而拓补图中距离为3。存在ECC路由错误。查看相应时间段的工程日志,发现G网元是割接的新增网元。其网元ID与A重复。调整其ID后,网络恢复正常。
       总结:ECC路由通过定时广播的方式建立。采用路径最短原则。因而,当光路AB中断后,B、C路由表上的A网元实际是G网元。因而其与A的ECC通信中断,造成网元脱管。而F至A和G的距离都是1,其路由表通过定时广播不断刷新,更改其路由,所以F状态时断时续。
图7:故障4网络拓扑图
4.3ECC在对其他故障处理中的作用
      在传输设备的维护中,有时会遇到光口互连错纤的问题。在接口匹配的情况下,系统可能不会出现任何告警,不知道故障出在哪里。而通过检查ECC路由就可以发现其中的问题。如路由表内容的增多、减少,路由长、短路径的变化,各站的路由表是否保持相对稳定等。
      弄清楚ECC通道的原理,仔细分析其路由的变化,就可以快速、准确的定位故障点。从而查明原因、排除故障。
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