陳遠略 汪立群 陸偉

摘 要：文章提出了一種基于數(shù)字信號的光傳輸環(huán)形網(wǎng)。當網(wǎng)絡(luò)中的光纖線路出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)能快速檢測到故障線路，并在短時間內(nèi)自動切換到保護通道，恢復網(wǎng)絡(luò)通信。最后對該方案進行了測試驗證，試驗結(jié)果表明該方案是可行的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號;光傳輸環(huán)形網(wǎng);切換;保護

0 ? 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務的不斷發(fā)展，傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也在不斷改進。光纖通信自出現(xiàn)以后得到了迅速的發(fā)展。作為傳送信號的一種方式，光纖通信可將各種數(shù)字業(yè)務信號通過特定的編碼，電光轉(zhuǎn)換后承載上光進行傳輸。本文提出了一種基于數(shù)字信號的光傳輸環(huán)形網(wǎng)，當網(wǎng)絡(luò)中的某條光纖發(fā)生故障，網(wǎng)絡(luò)能快速檢測到故障節(jié)點，并自動切換到備用設(shè)備和備用線路，使網(wǎng)絡(luò)在無須人工干預的情況下迅速恢復業(yè)務，以滿足某些特殊業(yè)務或者重要場合的通信保障要求，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于數(shù)字信號傳輸?shù)墓鈧鬏斁W(wǎng)絡(luò)如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈三角形，A，B，C 3臺設(shè)備通過光路串聯(lián)組成三角形環(huán)形網(wǎng)。設(shè)備提供數(shù)字信號輸入/輸出接口和光接口，實現(xiàn)數(shù)字信號安全可靠地在3臺設(shè)備之間傳輸。設(shè)備實現(xiàn)將輸入的數(shù)字傳輸信號復接上光，同時從接收到的光信號中解析出數(shù)字傳輸信號，并通過相應接口輸出的功能。

網(wǎng)絡(luò)通信保護切換如圖2所示，當B設(shè)備與C設(shè)備通信時，首先選擇B→ C通道通信，當BC之間的光纖鏈路發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)會自動切換到B→A→? ?C通道（C自動選擇接收路徑由B→C改為B→A→C），當BC之間的光纖恢復正常時，網(wǎng)絡(luò)會自動切換回B→C通道（C自動選擇接收路徑由B→A→C改為B→C），當A設(shè)備與C設(shè)備通信時，首先選擇A→C通道通信，當AC之間的光纖鏈路發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)會自動切換到A→B→C通道（C自動選擇接收路徑由A→C改為A→B→C），當AC之間的光纖恢復正常時，網(wǎng)絡(luò)會自動切換回A→C通道（C自動選擇接收路徑由A→B→C改為A→C）。

2 設(shè)備設(shè)計方案

設(shè)備的數(shù)據(jù)接口模塊與終端的數(shù)據(jù)接口對接，將終端數(shù)字信號整流、濾波后，經(jīng)過光電耦合器，把信號轉(zhuǎn)變成TTL電平信號送給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)接口模塊主要包含繼電器電路實現(xiàn)與終端信號的通斷控制，光電耦合器實現(xiàn)終端控制電路與設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊的隔離與控制。該部分設(shè)計不是本文重點討論的內(nèi)容，在此不作詳細贅述。

設(shè)備的數(shù)據(jù)處理模塊完成對輸入的數(shù)字傳輸信號采集、成幀處理，經(jīng)過串行器串化后變成串行數(shù)據(jù)，通過光收發(fā)模塊以光信號發(fā)送出去，接收設(shè)備完成對數(shù)字傳輸信號的解析并輸出。本設(shè)計采用的串行器DS90C241和解串器DS90C124為24 bit并行接口，采樣頻率為5～35 MHz，最大可實現(xiàn)840 Mbit/s的傳輸速率，在本設(shè)計中只使用到了其中的bit0，bit1和bit2，可根據(jù)實際需要進行擴展設(shè)計[1]。

下面詳細介紹系統(tǒng)如何完成保護的設(shè)計方案。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)方案示意圖如圖4所示，根據(jù)圖2的設(shè)計可知，經(jīng)過A設(shè)備的信號有A→C，C→A，A→B→C，C→B→A，B→A→C，C→A→B，A→B，B→A，A→C→B，B→C→A這10個方向的信號。完成A到C的數(shù)字傳輸方向的信道有A→C，A→B→C，完成C到A的數(shù)字傳輸方向的信道有C→A，C→B→A，完成A到B的數(shù)字傳輸方向的信道有A→B，A→C→B，完成B到A的數(shù)字傳輸方向的信道有B→A，B→C→A;B→A→C和C→A→B是B與C之間的通信保護信道。

經(jīng)過B設(shè)備的信號有B→C，C→B，B→A→C，C→A→B，A→B→C，C→B→A，B→A，A→B，B→C→A，A→C→B這10個方向的信號。完成B到C的數(shù)字傳輸方向的信道有B→C，B→A→C，完成C到B的數(shù)字傳輸方向的信道有C→B，C→A→B，完成B到A的數(shù)字傳輸方向的信道有B→A，B→C→A，完成A到B的數(shù)字傳輸方向的信道有A→B，A→C→B;A→B→C和C→B→A是A與C之間的通信保護信道。

經(jīng)過C設(shè)備的信號有C→A，C→A→B，C→B，C→B→A，A→C，B→A→C，B→C，A→B→C，A→C→B，B→C→A這10個方向的信號。完成A到C的數(shù)字傳輸方向的信道有A→C，A→B→C，完成C到A的數(shù)字傳輸方向的信道有C→A，C→B→A，完成B到C的數(shù)字傳輸方向的信道有B→C，B→A→C，完成C到B的數(shù)字傳輸方向的信道有C→B，C→A→B;A→C→B和B→C→A是A與B之間的通信保護信道。

本設(shè)計中每個傳輸方向的業(yè)務占據(jù)了串行器或者解串器的其中一位并行數(shù)據(jù)位，每個方向最大的數(shù)據(jù)業(yè)務量為35 Mbit/s，也可根據(jù)實際需要進行調(diào)整，最大可達840 Mbit/s。

4 數(shù)據(jù)處理模塊（FPGA）設(shè)計方案

數(shù)據(jù)處理模塊采用Xilinx公司生產(chǎn)的FPGA芯片XC6SLX100-2FGG676，實現(xiàn)對數(shù)字傳輸信號、控制指令、設(shè)備及光路狀態(tài)的采集、封裝[2-3]。主要實現(xiàn)的功能如下。

指令解析：主要完成本地指令的采集和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點其他設(shè)備的指令解析。

業(yè)務數(shù)據(jù)通信：本地業(yè)務數(shù)據(jù)的采集和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備業(yè)務數(shù)據(jù)的輸出。

狀態(tài)采集：完成本地光路、鏈路、設(shè)備狀態(tài)的采集。

發(fā)送：完成以上所有數(shù)據(jù)的編碼、成幀和CRC校驗。

接收：模塊主要完成數(shù)據(jù)的解碼、解幀和CRC校驗。

數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)采用自定義的幀格式，采用循環(huán)冗余校驗（CRC）來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和數(shù)據(jù)通信的可靠性。數(shù)據(jù)幀的封裝形式如圖5所示。

前導碼：用于幀起始定界。

控制信息：包含本地控制指令的采集和網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點設(shè)備中的指令信息。

系統(tǒng)狀態(tài)信息：包括系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備光口狀態(tài)信息、各設(shè)備通信狀態(tài)信息、各設(shè)備心跳信息（說明設(shè)備是否正常工作）等，設(shè)備通過此部分內(nèi)容實時獲取系統(tǒng)各個設(shè)備和鏈路的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)鏈路故障，及時完成正常通信信道和保護信道之間的切換。

業(yè)務數(shù)據(jù)信息：數(shù)字傳輸信號的有效凈荷。

CRC校驗：對系統(tǒng)狀態(tài)信息、數(shù)字傳輸信號信息進行CRC校驗。

下面以BC之間通信為例介紹系統(tǒng)工作流程：設(shè)備上電后，各設(shè)備按照上述成幀方案將信息通過光纖轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中，C設(shè)備解析出幀信息，讀取設(shè)備狀態(tài)信息判斷B設(shè)備以及BC之間的光纖是否正常，如果B設(shè)備及BC之間光纖正常，選擇B←→C信道通信;如果B設(shè)備正常但BC之間光纖故障，選擇B←→A←→C通信;如果B設(shè)備故障，A設(shè)備且AC之間光纖正常，C設(shè)備選擇B←→C信道通信;如果A設(shè)備正常且AC之間光纖故障，C設(shè)備選擇A←→B←→C信道通信。AC之間通信也是相同的情況。

5 測試驗證

按圖1搭建光環(huán)形組網(wǎng)測試平臺，測試驗證該系統(tǒng)保護功能的有效性。在B節(jié)點設(shè)備和C節(jié)點設(shè)備通過BC之間的光纖正常通信時，模擬B節(jié)點設(shè)備和C節(jié)點設(shè)備之間的光纖斷開，B節(jié)點設(shè)備和C節(jié)點設(shè)備之間仍然能保持正常通信，沒有數(shù)據(jù)中斷傳輸?shù)默F(xiàn)象，說明系統(tǒng)在BC之間光纖斷開時，C設(shè)備通過解析幀內(nèi)容從而獲得BC之間的光纖已斷開這一信息，自動在C設(shè)備的接收端選擇由B←→C切換至B←→A←→C這條信道進行通信，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)保護功能。AC之間的通信也是類似的。測試結(jié)果表明該環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)的解決方案已經(jīng)具備抵御一度光纖環(huán)路故障的能力。

同時本文提出的設(shè)計方案不僅局限于3臺設(shè)備的環(huán)形組網(wǎng)，4臺及4臺以上設(shè)備組網(wǎng)也同樣適用。4臺設(shè)備組網(wǎng)設(shè)計如圖6所示。

6 ? 結(jié)語

本文提出了對一種基于數(shù)字信號傳輸?shù)墓猸h(huán)形網(wǎng)保護技術(shù)，當網(wǎng)絡(luò)中的光纖線路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能快速檢測到光纖線路的故障，并快速切換到備用信道以恢復網(wǎng)絡(luò)的通信，從而保證了數(shù)據(jù)業(yè)務信號在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備之間的可靠傳輸，該網(wǎng)絡(luò)具很強的健壯性，可以滿足某些重要場合的通信保障要求。

[參考文獻]

[1]韋樂平.光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)[M].北京：人民郵電出版社，1993.

[2]王碧芳.杜玉紅.光傳輸網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備[M].成都：西南交通大學出版社，2017.

[3]張成良.李俊杰，馬亦然，等.光網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)解析與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

（編輯 王雪芬）