SDH网同步

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  摘 要:随着通信技术的发展,电力系统通信在电力行业中越来越显得重要,电力通信方式逐步向光纤方向发展、完善,SDH网正成为各企业的骨干传输网。作为通信专业维护人员,在理论上都认识到这个“S”——“同步”的重要性,但在实际工作中,往往在习惯性换板维护中,较少从理论,尤其是从“同步”这个方面去分析,本文以实际工作中遇到的三种故障现象,旨在说明:维护工作中,从理论的角度去分析、发现以及解决问题的重要性,特别是从同步的角度去分析。文中还对同步的知识,以及我公司的同步网建设的设想作一简单介绍。
  关键词:SDH 自愈环 网同步 维护
  中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2012)04(a)-0071-02
  
  设备故障有时看得见、摸得着,人们习惯叫做硬故障;有时看不见、摸不着,时隐时现,莫明其妙,我们称之为软故障。现代通信与计算机(软件)相结合,使得维护人员觉得某些通信故障很“怪”。电力通信正在向电力系统的“大二次”融合发展,处理种各类通信故障需要具备多种知识、技能和实践经验。本文从“网同步”理论这一侧面,就几种故障的处理过程作一介绍,以资说明理论分析在实际维护中的重要性之管斑之见。
  
  1 SDH网同步的基本知识
  1.1 SDH网络为什么要同步
  在数字通信网络中,传输和交换的都是数字信号。线路传送的都是比特流,如果网元间不能同步,就会在数字交换机的缓存器中产生信息比特的溢出和取空,导致数字的滑动损伤,造成数据出错。滑动损伤对各种不同信号产生不同的影响,例如,对于64kbit/s的PCM语音信号,当滑动速率达到每天255帧时可听见一些咯喳声,对于压缩的图像信号,如:DSI信号,每滑动一帧,将丢失一行或多行信息或出现“定格”现象,对于采用9600波特率调制解调器的C3类传真机,一次滑动会导致传输图文垂直位置0.08英寸信息丢失。为此,应使网络中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内,这就是所谓的网同步。数字网同步包括比特定时同步和帧同步。
  1.2 同步方式及主从同步原理
  同步网的工作模式有:主从同步方式和相互同步方式。所谓相互同步就是网络内不设主时钟,由网内各交换节点的时钟相互控制,最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上,从而实现全网的同步工作。因为一个同步设备的故障会影响网内所有设备,且相互同步还存在故障隔离困难等运用方面的问题,因此,在实际网络中,一般使用主从同步方式来实现同步,即网络中某网元(通常为中心站)设有高精度、高稳定度的时钟源作为基准主时钟(PRC),并以此为基准时钟通过树状结构的时钟分配网传送到网内其他交换局,各交换局采用锁相技术将本局时钟频率和相位锁定在基准主时钟上,使全网各个交换节点时钟都与PRC时钟同步。ITU-T目前将各级时钟划分为四级:基准主时钟(PRC),由G..811规范;转接局从时钟(SSU-T),由G.812规范;端局从时钟(SSU-L),由G.812规范;网元时钟(SEC),由G.813规范。显而易见,主从同步的优点是网络稳定性较好,组网灵活,对从节点时钟要求低,运用于树型结构和星型结构,但对同步分配链路的故障很敏感,一旦PRC发生故障会造成全网的问题。
  1.3 SDH自愈环的同步要求及方法
  如果主从同步网采用SDH作为传输手段,此时,不仅是各交换节点的时钟全部要同基准主时钟保持同步,同步链的长度有一定限制,而且SDH网元内的TM、ADM、REG、DXC等各种设备也应与基准主时钟保持同步,因为SDH是靠指针值修正各设备之间的频率差,且以字节为单位(TU-12和TU-3的调整单位为1个字节;AU-4的调整单位为3个字节),因而抖动是难免的,也是PDH在SDH中传输保持同步所特有的。本段重点对目前电力系统通信中流行的单个的SDH自愈环网(业务网),从同步网的概念,对SDH自愈环的同步作一原则概述:(1)整个网络都同步于一个主时钟,(主从同步方式);(2)同步信号不能环回;(3)不能采用经过SDH网络的2MB/S支路信号作为同步信号;(4)为保证同步信号的精度,ITU-T规定,单个同步链中,SSV设备不应超过10个,因而应尽量寻找最短路由。
  由于各厂家SDH设备不尽相同,但基本都具有以下几种时钟源的配置方式:(1)外同步定时源输入(PRC,符合G.811规定);(2)从接受信号中提取定时:①线路定时:所有发送STM-N/M信号的定时信号都是由某一特定的输入STM-N信号中提取;②通过定时:网元由同方向输入的单一STM-N信号中提取定时信号,再对同方向的发送或输入进行同步;③环路定时:网元中的每个发送STM-N信号都由相应的输入STM-N信号中提取的定时来同步;(3)内部定时源(SEC,符合G.813规定)。
  PRC可配置一个独立的高精度时钟发生器,如铯原子时钟;或从GPS(全球定位系统)采集参考时钟,或由BITS(大楼综合定时系统)提供。
  为了实现同步系統发生故障时能够自动恢复,SDH的段开销(SOH)引入了S1字节(后4比特),作为同步状态标志(SSM)字节(定义了6种状态标志),对网同步的状态与质量进行监测,并帮助进行网同步的保护倒换。如果某一网元能够接受到多个定时参考时,它应能够选择其中质量等级最高的信号,当有相同质量等级信号存在时,可以通过人为设置的优先级来进行选择,如果设备不具备识别SSM信息,对其应具有设定定时质量等级的功能。SDH自愈环不仅能对业务实行保持,同时也对时钟源的选择提供了保护机制。
  目前,地区SDH光纤自愈环网基本用GPS的2Mbit/s定时信号作为主站的外时钟源,网元节点以线路抽时钟为主的主从同步方式。
  1.4 节点的同步运行模式
  网络从时钟(从节点)工作模式有三种状态:(1)正常工作模式:内部晶振锁定于外部定时参考源(锁定模式);(2)保持模式:外部定时基准失效时,内部电路采用失效前存储的最后的频率信号为基准进行工作。在一定期间内(至少24小时),当外部参考信号恢复后,系统将倒换到锁定模式工作。(3)自由运行模式:保持模式超过一定时间后,由于内部晶振的精度较低,偏差越来越大,从而完全由时钟内部振荡器工作于自由振荡方式。
  
  2 故障1:SDH自愈环中电话、远动信息正常,拨号上网不行
  2.1 故障现象
  作者所在公司的城区自愈光纤环网初期为南北两个相切的环,中心站为中兴一体化机型(S360-155),南北环各有5个、6个节点,采用中兴紧凑型(V2-S310)。中心站配有4个ZXSM-10智能PCM,分别用于二线电话、环路中继、四线远动、V.28数据,各节点配有一个智能PCM。保护方式为1+1的子网连接保护(VC-12保护),主站的PRC为GPS-2Mbit/s时钟源。网元节点依据最短路由,并以不形成环路方式配置两个方向的线路抽时钟。
  网络建成运行一年多,电话、远动信息(2.4K)运行正常。由于工作需要,准备在网元节点上利用二线话路开通拨号上网业务(163),但在其中某一节点调试时,几乎拨不上去。换一节点再试,最多出现一个显示不全的主页,根本浏览不了。而语音电话听起来基本没有噪声,自动化信息运行正常,网管也无任何告警指示。问题出在哪里呢?经过多次主站节点的换板及音频部分软件设置修改,还是没用!设备是应该支持的,不通是没有道理的,但这个不通的道理是什么呢?说实在的,那时只是想不通。厂方维护人员也是没招。
  2.2 处理方法
  一段时间后,厂方维护人员无意中发现,所有PCM的定时源未定义,这下才恍然大悟,原来是“同步”在作怪,短短的几分钟设置,问题就迎刃而解了。
  2.3 原因分析
  从同步网理论来看,此种情况下,所有PCM时钟的运行模式,都处于自由振荡方式,而各PCM的晶振电路差异各不相同,其频率和相位精度的误差对话音信号及低速数据业务(远动信息)的影响不太明显,虽然网管和PCM没有显示“失步”或误码之类的告警,一旦进行相对高速大流量的数据交换就显得突出了—— 失去同步,一定的误码率对不同的数字通信的影响是不同的。道理很简单,也是人所共知的,但就是未从这方面去分析、查找故障的原因。为此,我们对中心站的四个PCM业务配置进行重新调整。因为原先是按话路性质集中配置的,只能有一种业务“点到点”,其它业务要从PCM 2M进出线转接,在PCM间穿透,这样对“同步”的质量也是有影响的。这也算是对教训的总结吧。
  
  3 故障2:视频会议终端与MCU间经SDH(2M)传输后帧失步
  3.1 故障现象
  作者所在公司的视频会议系统是选用华为ViewPoint8620综合视讯交换平台及8620视讯终端。主站与终端间通过北电SDH市——县光纤环网的2M通道进行连接,运行正常。由于工作需要,欲将MCU对某县的通道切换到中兴V2(155M)电路上传输。
  两中兴V2传输设备配置正确,尤其是同步定义,业务正常,但把视频2M切换(主站上,北电、中兴SDH及华为MCU,共用一个DDF架;县公司端,北电与中兴分放两室,视频终端的2M线约需增加10m,原2M线路长度约30m。)其上时,MCU却显示帧失步,不能正常工作。
  3.2 原因分析及处理
  对V2通道进行2M误码监测,正常。这种现象究其原因,可能有两方面原因:1、2M线路衰耗过大,(乃至于中间搭接引起频率特性失真);2、中兴2M接口传送能力差,满足不了相对长距离的传输。但,在县公司端的2M线两端分别对MCU及视频终端进行环回时,却都显示正常。这足以排除线路上的问题,因为环回时,相当于原来两倍的线路长度。问题到底出在哪里?难道还存在两种端口不匹配导致失步?
  从理论上来讲,视频终端应同步于MCU,SDH 2M通道只是提供一种“透明”传输,一台数字设备对其自身的信号肯定是同步的。因此,只能是视频终端与MCU工作在不同步状态。那么,它们的同步机理是什么呢?不同步的原因又是什么呢?
  在对中心站2M配线做进一步检查时,发现DDF架上MCU的2M线屏蔽层与中兴SDH 2M线屏蔽层不通!把中兴的2M线屏蔽层处理好后,视频系统正常。
  
  4 故障3:开关电源RS232监测端口接上V.28端口不传数据
  4.1 故障现象
  作者有一次检修城区SDH环网中某节点的华为电源监测通道。现象是中心站监控系统显示该站RS232通道不通,节点监控模块也不发数据。但在节点上用笔记本运行电源监控模块工作正常,并且在光端机PCM V.28该端口处环回给中心站时,工作也正常。在VDF架上用万用表测量收、发电压(对地线)均在正常范围内(RS232发送电压在9V左右均属正常值),对DB9串口2、3脚短接测量还是好的。终端和通道分别运行都正常,可怎么就联不上呢?
  4.2 故障原因及处理
  正当一筹莫展,准备换一个V.28通道试试时,突然想,何不把5脚地线(因为是用的网络线连接DB9头,用四根白线中的一根白线作为地线卡在VDF上)也量一量。测量结果不通,DB9的5号线是另一根未卡的白线(原来,上次检查时,有人把线对重新卡接了一回,卡错了)。重新卡接地线后,通信正常。
  本故障及故障2从理论上解释似乎与“同步”相去甚远,从电路的工作原理去分析可能更清晰明白一点。但从故障2MCU显示“帧失步”这个角度看,本人有一个新的想法:各自能够独立运行,而只是连接不上的(当然是同一规约),是不是就可以把它称之为“失步”——不能协调工作是它的真正含义。而不是局限于网络失去了网同步才称之为“失步”。产生“失步”的原因是多种多样的,作为一名通信维护人员,如何在众多复杂的故障现象中,找出故障的真正原因,不仅要借助于设备,更要从理论的高度去分析问题,查找故障原因,从而更好地解决问题。
  
  5 关于公司同步网建设的一点建议
  同步是如此重要。特别是随着信号速率的不断提高和我公司交换网络的进一步发展,同步尤显重要。同步不仅是一个站点的通信设备接口间的匹配,更主要的是通信网络内的系统同步。网络内共用一个(或几个)高等级、高精度的PRC同步信号才能得以保证系统同步。目前我公司系统在市公司通信机房内建有全球定位系统(GPS)作为同步源,而县公司没有高精度的同步源,都上GPS投资较大。把同步信号传到其它通信节点的系统就叫同步网。目前公司系统的市—县信息网采用的SDH制式,不能作为同步传输通道,因此,应根据系统的发展情况,结合其它通信需求建立一个同步网,确保通信健康发展。
  
  6 结语
  电力系统通信设备种类较多,网络结构复杂,多种通信接口对接频繁,因而通信故障的种类不胜枚举。但通信技术的发展,特别是数字设备的高度集成化,使得通信维护变得似乎简单了,只要知其然,而不知其所以然變得心安理得。但是,经验是个宝,理论少不了。理论是理解各类设备、分析各种运行状态的灵魂。它不仅有助于分析、解决问题,甚至还能避免产生人为的故障。本文从SDH为代表的数字通信中网同步原理这一侧面,通过实际工作中处理问题的过程,旨在说明专业基础理论在实际工作中的重要性。由于篇幅及水平有限,故障2和故障3未能作出详尽的理论分析。不妥之处,敬请各位专家及同仁不惜指正!
  
  参考文献
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