基于SDH仿真平臺的時鐘成環規避方法研究

【摘要】 SDH環網中網元間配置雙向線路時鐘源時，容易出現時鐘成環問題。針對該問題，本文提出一種基于破壞時鐘成環條件原則的時鐘源配置規則。對于環網中配置有環外時鐘源的網元，通過配置一個線路時鐘源或不配置線路時鐘源的方式，來避免時鐘成環條件的成立，從而避免環路中時鐘成環的出現。并在SDH仿真平臺上對單環網絡以及多環網絡的時鐘配置進行分析，驗證了規則的有效性。

【關鍵詞】 SDH 時鐘成環 時鐘配置

SDH網絡是光同步傳輸網絡，網內各網元的時鐘頻率必須同步或控制在一定的容差范圍之內，以保證網內各網元間的正常數據信息的交換。網元之間的時鐘是否同步嚴重影響著整個網絡的傳輸性能，而如果網內出現時鐘成環現象，時鐘會劣化到不確定的值，網絡性能下降，產生不可預知的故障。因此，在配置SDH網的時鐘時，應該避免時鐘成環的出現。為了防止時鐘成環，文獻-[1]介紹了一種分布式的時鐘源選擇控制算法，既能有效地防止產生定時環路，有能自動選擇最優時鐘源用于網同步。文獻[2]提出一種時鐘同步規劃，建議網元的時鐘同步逐步支持公司私有算法，簡化時鐘配置和減少時鐘故障。文獻[3]擴展了ESMC報文，提出了eSSM（擴展同步狀態消息）算法。采用該算法可以有效防止在多種時鐘故障情況下的時鐘成環，并且能優化時鐘樹，提高時鐘性能。文獻[4]分析了幾種SDH組網類型的時鐘配置可能出現的時鐘成環情況和導致時鐘成環的原因，得出了幾種避免時鐘成環的結論。

一、時鐘同步技術簡介

時鐘同步有偽同步和主從同步兩種方式，目前國內傳輸網基本都采用主從同步方式。同步方法是在網內設一主站，有高穩定的時鐘，它產生標準頻率，并傳遞給各從站，使全網都服從此主時鐘，達到全網頻率一致的目的。主從同步法的優點是從站的設備比較簡單、經濟，性能也較好，在數字通信網中得到了廣泛的應用。主從同步法的缺點是當主站發生故障時，各從站會失去統一的時間標準而無法工作，以致造成全網通信中斷。其解決辦法就是按時鐘等級設置多個時鐘源，當原時鐘源質量下降時，選擇預先設置的順序選取時鐘源[2]。SDH網絡中的站點的同步配置有三種工作方式：外同步定時、信號同步定時、內同步定時。采用外同步定時方式時，網元的同步時鐘是由外部定時源提供。信號同步定時是目前廣泛應用的一種同步定時方式。隨著應用場合的不同，該方式又細分為通過定時、環路定時和線路定時3種方式。內同步定時是指在外同步源丟失時可以使用內部自身的定時源進行定時。在SDH網絡中，不同的配置方式會導致整體的時鐘抽取方式有差異，有可能導致時鐘成環問題[5]。

二、時鐘成環問題的出現及規避措施

2.1 時鐘成環的出現

在SDH環網中，網元間配置雙向線路時鐘源并且環網中配置了多個外時鐘源時，根據ITU-T時鐘源標準算法可能會導致時鐘成環。定時環路是指環網內網元的時鐘都與基準時鐘隔離，出現網元的時鐘通過另外的鏈路收到自己發出的定時信號的情況，網元定時自身的反饋導致時鐘頻率不穩，從而導致網絡性能下降，產生不可預知的故障。下面利用SDH仿真平臺對單環網絡的兩種會出現時鐘成環的配置進行分析。我們的SDH仿真平臺依據ITU-T標準構建，實現了對SDH板卡、網元、網絡的仿真。針對本文討論的時鐘配置問題，SDH仿真平臺可以配置網元的時鐘優先級，顯示網元當前跟蹤的時鐘源信息，配置界面如圖1所示。同時仿真平臺還可以顯示網絡運行時，網元的時鐘跟蹤方向以及當前網絡的同步的時鐘質量等級，如圖2。

單環網絡的拓撲圖如圖3所示，該網絡共有6個網元（A、B、C、D、E、F）。其中A網元配置質量為0x02的外時鐘源1，D網元配置質量為0x04的外時鐘源2。其中配置一的時鐘配置遵循的原則是所有網元按照同一個方向抽取線路時鐘，配置二的時鐘配置遵循的原則是所有網元到外時鐘源1抽時鐘的路徑最短。

2.1.1配置一

配置一的時鐘配置遵循的原則為所有網元按照同一個方向抽取線路時鐘，如表1所示。

當中斷外時鐘源1后，A網元進行時鐘倒換，此時只有B網元傳來的時鐘質量為0x02的時鐘可用，故A網元抽取B網元時鐘，而其他網元的時鐘狀態不變，從而時鐘成環，最終網絡的時鐘鎖定情況如圖4所示，0f表示不抽取時鐘，02表示線路時鐘的抽取方向和時鐘質量為0x02。故該配置一會在外時鐘源1中斷后出現時鐘成環，配置不可用。

2.1.2配置二

配置二的時鐘配置遵循的原則為所有網元到外時鐘源1抽時鐘的路徑最短，如表2所示。

當外時鐘源1和外時鐘源2中斷其中一個時，網絡中時鐘同步正常，并未出現成環現象。當外時鐘1先中斷后，網元跟蹤外時鐘源2，時鐘鎖定正常。外時鐘源2接著中斷后，D網元發生時鐘切換，由于只有從E網元過來的質量為0x04的時鐘源可用，D網元鎖定抽取E網元時鐘，從而導致了時鐘成環，最終網絡的時鐘鎖定情況如圖5所示，0f表示不抽取時鐘，04表示線路時鐘的抽取方向和時鐘質量為0x04。故該配置一會在外時鐘源1、2先后中斷后出現時鐘成環，配置不可用。

2.2 避免成環的配置規則

通過對上述成環配置的分析，發現環網出現時鐘成環，主要是由于各個網元均配置了雙向互抽的時鐘源。SDH環網時鐘成環的必要條件：單獨考慮網絡中配置的線路時鐘，若網元按同一方向抽取線路時鐘能形成一個閉合環路，則該網絡有可能成環。配置一、二都滿足成環條件，故在外時鐘源中斷后，出現了時鐘成環。

故避免成環條件的成立，就能避免時鐘成環的產生，所以本文提出時鐘配置規則：對于環網中配置了環外時鐘源的網元，通過配置一個或者不配置線路時鐘源的方式，避免環網中網元按同一方向抽取線路時鐘時形成閉合環路。

下面通過實例來說明該配置規則的有效性，所有網絡的配置分析都在SDH仿真平臺上進行。

2.3 單環時鐘成環問題的規避方法及驗證

該時鐘配置遵循本文提出的配置規則，配置情況如圖6、7所示，圖中紅色箭頭表示未配置線路時鐘源雙向互抽的網元間連接。其中，各個網元的時鐘源優先級可以通過抽取外時鐘源1的最短路徑路徑原則配置。可以發現該配置中，網絡中沒有出現同一方向抽取線路時鐘成環的情況，這樣避免了成環條件的出現，故該配置能避免成環現象。利用SDH仿真平臺對該配置進行測試，沒有出現時鐘成環現象。

2.4 相切多環網絡的時鐘成環規避方法及驗證

該配置規則同樣適用于多環網絡的時鐘源配置，多環網絡拓撲如圖8所示。網絡中共有12個網元（A-L），形成了3個相切的環形網絡，其中B網元配置質量為0x02的外時鐘源1，E網元配置質量為0x04的外時鐘源2。

利用本文提出的配置規則來對該SDH網絡的時鐘源配置。首先配置網絡中間的環網A-B-C-D-E-F-A，根據之前配置單環的方法，可以配置成A到B和F到E或者C到B和D到E的單向時鐘抽取。我們選取A到B和F到E的單向時鐘抽取配置，接下來配置左邊的環網A-G-H-I-A，環網中A配置了環外時鐘源，可以配置成G到A和I到A的單向時鐘抽取。最后，配置右邊的環網D-J-K-L-D，其中D配置了環外時鐘源，可以配置成J到D和L到D的單向時鐘抽取，最終時鐘源配置如圖9所示，圖中紅色箭頭表示未配置線路時鐘源雙向互抽的網元間連接。

通過最短路徑原則對各網元的各時鐘源進行優先級排序，完成完整的時鐘源配置。通過SDH仿真平臺的驗證，應用該配置的多環網絡沒有出現時鐘成環現象。

三、結論

本文提出一種基于破壞時鐘成環條件原則的時鐘源配置規則，對于環網中配置有環外時鐘源的網元，通過配置一個或不配置線路時鐘源的方式，來避免時鐘成環條件的成立，從而避免環路中時鐘成環的出現。通過SDH仿真平臺的驗證，采用該配置規則配置的網絡能有效地避免時鐘成環。該配置方法適用于各種內部具有環形結構的網絡拓撲。

聯系方式：

葉彬斌，華南理工大學電子與信息學院，廣東省廣州市天河區五山路381號華南理大學西八宿舍，510640，meepo_ye@163.com， 15920126970

作者簡介：

劉植偉，第一作者，男，本科，深圳供電局有限公司，工程師，運維工程師，主要研究方向為電力通信。

葉彬斌，男，在讀碩士研究生，華南理工大學電子與信息學院，主要研究方向光通信和仿真系統設計。

黃鋆，男，在讀碩士研究生，華南理工大學電子與信息學院，主要研究方向為傳輸網技術和仿真系統設計。

洪濤，男，碩士，深圳供電局有限公司，工程師，運維工程師，主要研究方向為電力通信。