本實(shí)用新型涉及SDH(Synchronous Digital Hierarchy同步數(shù)字體系)通信傳輸技術(shù)，具體為一種基于SDH的冗余通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會對通信的依賴性越來越大。如何實(shí)現(xiàn)無需人為干預(yù)、網(wǎng)絡(luò)能在極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，亦即通信網(wǎng)絡(luò)的生存性已成為至關(guān)緊要的設(shè)計考慮。通常將業(yè)務(wù)恢復(fù)時間和業(yè)務(wù)恢復(fù)的范圍作為度量通信網(wǎng)絡(luò)生存性的兩個重要尺度。

目前常用的SDH保護(hù)方式有兩種：

1)線路保護(hù)倒換，其工作方式是當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)的工作通道傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統(tǒng)倒換設(shè)備將主信號自動轉(zhuǎn)至備用光纖系統(tǒng)傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號而感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。該保護(hù)方式的業(yè)務(wù)恢復(fù)時間很快，可短于50ms，它對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的光或電的元器件失效故障十分有效。但是當(dāng)光纜發(fā)生故障時，往往是同一纜芯內(nèi)的所有光纖(包括主用和備用)都被切斷，那么該保護(hù)方式就無能為力了。

2)環(huán)形網(wǎng)保護(hù)

將通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連成一個環(huán)形可以進(jìn)一步改善通信網(wǎng)絡(luò)的生存性和成本。自愈環(huán)結(jié)構(gòu)劃分為通道倒換和復(fù)用段倒換。對于通道倒換，業(yè)務(wù)量的保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)的，通常利用通道的AIS(Alarm Indication Signal告警指示信號)信號來決定是否倒換；對于復(fù)用段倒換，業(yè)務(wù)量的保護(hù)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否按每一對節(jié)點(diǎn)的復(fù)用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定，常用的有1+1、1:N兩種保護(hù)方式。

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)是通信系統(tǒng)中最主要的業(yè)務(wù)之一，為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸，主要采用多設(shè)備冗余自動路由的方式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，當(dāng)檢測到現(xiàn)有路徑不可達(dá)時，通過動態(tài)路由協(xié)議重新計算并建立新的路由。新路由建立的時間在600ms～2000ms之間，建立時間不可控，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂绞亲詣舆x擇，也不可控。在可靠性要求較高的通信系統(tǒng)中，這些不確定性是不允許的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是設(shè)計一種基于SDH的冗余通信系統(tǒng)，前后端系統(tǒng)均包括控制系統(tǒng)和SDH系統(tǒng)，前后端的SDH系統(tǒng)各為主備2臺SDH設(shè)備，本端的主SDH和備SDH，異端的2臺主SDH、2臺備SDH經(jīng)光纖連接，構(gòu)成SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)。前端控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、視頻傳輸設(shè)備和話音傳輸設(shè)備中的一種或多種，分別通過以太網(wǎng)或E1同軸電纜與本端SDH設(shè)備連接。后端控制系統(tǒng)包括管理計算機(jī)、視頻監(jiān)控設(shè)備和話音交換設(shè)備中的一種或多種，管理計算機(jī)和后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接，后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接后端SDH系統(tǒng)，視頻監(jiān)控設(shè)備和話音交換設(shè)備分別通過以太網(wǎng)或E1同軸電纜與本端SDH設(shè)備連接。本系統(tǒng)選擇SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先級高的傳輸路徑作為當(dāng)前傳輸路徑，SDH主設(shè)備和主鏈路的優(yōu)先級高于備用設(shè)備和備用鏈路。發(fā)生故障時選取可用傳輸路徑中優(yōu)先級最高的路徑，四臺SDH同時切換，數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕謴?fù)時間在800ms之內(nèi)。

本實(shí)用新型設(shè)計的一種基于SDH的冗余通信系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)，前端系統(tǒng)包括前端控制系統(tǒng)和前端SDH系統(tǒng)，前端控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、視頻傳輸設(shè)備和話音傳輸設(shè)備中的一種或多種，控制計算機(jī)和視頻傳輸設(shè)備分別通過以太網(wǎng)與SDH設(shè)備不同的以太網(wǎng)接口連接，話音傳輸設(shè)備通過E1同軸電纜與SDH設(shè)備的E1同軸電纜接口連接。

后端系統(tǒng)包括后端交換系統(tǒng)、后端控制系統(tǒng)和后端SDH系統(tǒng)，后端控制系統(tǒng)包括管理計算機(jī)、視頻監(jiān)控設(shè)備和話音交換設(shè)備中的一種或多種，管理計算機(jī)和后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接，后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接后端SDH系統(tǒng)，視頻監(jiān)控設(shè)備通過以太網(wǎng)與SDH設(shè)備不同的以太網(wǎng)接口連接，話音交換設(shè)備通過E1同軸電纜與SDH設(shè)備的E1同軸電纜接口連接。

本系統(tǒng)前端SDH系統(tǒng)包括光纖連接的兩臺SDH設(shè)備，其中SDH A設(shè)備為主設(shè)備，SDH B設(shè)備為冗余備用設(shè)備，后端SDH系統(tǒng)也包括兩臺光纖連接的SDH設(shè)備，其中SDH D設(shè)備為主設(shè)備，SDH C設(shè)備為冗余備用設(shè)備，SDH A設(shè)備和SDH D設(shè)備通過小于或等于40Km的光纖互連，為前、后端系統(tǒng)的主鏈路，SDH B設(shè)備和SDH C設(shè)備也通過小于或等于40Km的光纖互連，為前、后端系統(tǒng)的冗余備用鏈路。前、后端的4臺SDH設(shè)備構(gòu)成本系統(tǒng)的SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)。

所述SDH設(shè)備包括FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)模塊和CPU(中心處理單元)控制模塊，E1接口芯片配有連接8路E1同軸電纜接口，以太網(wǎng)物理層芯片連接8+1路以太網(wǎng)接口，E1映射模塊連接E1接口芯片、以太網(wǎng)映射模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片，SDH開銷處理模塊也連接連接2路2XSTM-16光纖接口，E1映射模塊、以太網(wǎng)映射模塊和SDH開銷處理模塊都連接至交叉連接單元，交叉連接單元統(tǒng)一進(jìn)行交叉連接處理。FPGA模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片，CPU控制模塊經(jīng)交換模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片。

所述前端SDH設(shè)備中增加MAC(Medium Access Control介子訪問控制)地址學(xué)習(xí)模塊，與以太網(wǎng)物理層芯片連接。

所述前端的控制計算機(jī)為雙網(wǎng)卡，一主一備，均經(jīng)2條以太網(wǎng)線分別連接SDH A和SDH B設(shè)備。

所述后端的管理計算機(jī)為雙網(wǎng)卡，一主一備；所述后端交換系統(tǒng)包括第一交換機(jī)和第二交換機(jī)，第一交換機(jī)為主設(shè)備，第二交換機(jī)為冗余備用設(shè)備，第一交換機(jī)和第二交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)相互連接，第一交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)連接SDH D設(shè)備，第二交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)連接SDH C設(shè)備，為冗余備用通道。后端的管理計算機(jī)的兩個網(wǎng)卡均經(jīng)2條以太網(wǎng)線分別連接第一交換機(jī)和第二交換機(jī)。

所述后端的管理計算機(jī)發(fā)送的IP數(shù)據(jù)經(jīng)后端交換系統(tǒng)和以太網(wǎng)，通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)送至前端的控制計算機(jī)。

所述后端的話音交換設(shè)備和前端的話音傳輸設(shè)備分別連接本端的熱線直通電話線、普通電話線、中繼線和磁石電話中的一種或多種。后端的話音交換設(shè)備將所接各電話線發(fā)送的話音信號經(jīng)E1同軸電纜通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)送至前端的話音傳輸設(shè)備所接的各電話線上。

所述前端的視頻傳輸設(shè)備連接攝像頭和視頻播放設(shè)備，后端的視頻監(jiān)控設(shè)備連接顯示器和監(jiān)控器，前端的視頻傳輸設(shè)備將所連接的視頻設(shè)備發(fā)送的視頻信號經(jīng)以太網(wǎng)，通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)送至后端的視頻監(jiān)控設(shè)備，在其所接顯示器和監(jiān)控器上顯示。

為確保系統(tǒng)中各接口狀態(tài)信息快速準(zhǔn)確傳遞至整個SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)，每臺SDH設(shè)備與其它SDH設(shè)備各通過兩路光纖接口經(jīng)兩組光纖連接。

前、后端系統(tǒng)之間通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)相互進(jìn)行IP數(shù)據(jù)傳輸，前端系統(tǒng)通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)接受后端系統(tǒng)發(fā)送的音視頻信息。

為了實(shí)現(xiàn)話音數(shù)據(jù)的保護(hù)，本系統(tǒng)所述后端的話音交換設(shè)備和前端的話音傳輸設(shè)備各經(jīng)2路E1同軸電纜與SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)連接。

本實(shí)用新型設(shè)計的一種基于SDH的冗余通信系統(tǒng)在冗余保護(hù)時，選擇傳輸路徑的原則是選擇SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先級高的傳輸路徑，SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)中的主設(shè)備和主鏈路的優(yōu)先級高于備用設(shè)備和備用鏈路，SDH A和SDH D為主設(shè)備，SDH B和SDH C為備用設(shè)備，SDH A和SDH D之間的光纖鏈路為主鏈路，以前端控制系統(tǒng)為P1節(jié)點(diǎn)，后端控制系統(tǒng)和后端交換系統(tǒng)為P2節(jié)點(diǎn)，SDH A和P1節(jié)點(diǎn)，SDH D和P2節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑也為主鏈路。

若系統(tǒng)當(dāng)前傳輸順暢，或者發(fā)生故障但不影響當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸，不進(jìn)行切換；若發(fā)生故障影響當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸，4臺SDH設(shè)備立即同時切換到系統(tǒng)故障發(fā)生后該數(shù)據(jù)可用傳輸路徑中優(yōu)先級最高的路徑；而當(dāng)故障消除后若出現(xiàn)優(yōu)先級高于當(dāng)前傳輸路徑的可用傳輸路徑時，采取切換方式，在故障恢復(fù)后延時1～3秒時間，4臺SDH設(shè)備同時切換到可用傳輸路徑中優(yōu)先級最高的路徑；若故障消除后出現(xiàn)的可用傳輸路徑優(yōu)先級低于當(dāng)前傳輸路徑則不進(jìn)行切換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種基于SDH的冗余通信系統(tǒng)的有益效果是：1、4臺SDH設(shè)備構(gòu)成的SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)，SDH設(shè)備自動檢測各端口狀態(tài)，并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其它設(shè)備中。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路或接口出現(xiàn)故障時，可在800ms內(nèi)完成線路切換并恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸；2、4臺SDH設(shè)備同時切換，減少業(yè)務(wù)的中斷時間，2個節(jié)點(diǎn)之間只要存在一條傳輸路徑，就能恢復(fù)正常數(shù)據(jù)傳輸；3、各傳輸路徑按主設(shè)備主鏈路優(yōu)先級高進(jìn)行排序，當(dāng)傳輸線路出現(xiàn)故障時，無需從新計算路由，切換速度快，20ms內(nèi)即完成網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)；4、SDH設(shè)備中增加的MAC地址學(xué)習(xí)模塊實(shí)時截取后端系統(tǒng)發(fā)往前端系統(tǒng)的IP包，分解得到以太網(wǎng)MAC地址和IP地址，周期性的向后端交換系統(tǒng)發(fā)送地址學(xué)習(xí)包，其得到地址的時間少于3S，避免數(shù)據(jù)丟失的時間過長；5、當(dāng)發(fā)生SDH設(shè)備斷電、光纖或接口故障，當(dāng)前傳輸路徑切換、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)恢復(fù)的時間為50ms～800ms；當(dāng)某臺SDH設(shè)備斷電或光纖故障時，其它SDH設(shè)備端口狀態(tài)的快速檢測和快速傳遞，SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)立即切換新的傳輸路徑，該故障下以太網(wǎng)業(yè)務(wù)恢復(fù)時間在100ms內(nèi)；當(dāng)前端系統(tǒng)的以太網(wǎng)鏈路故障時，因前端控制計算機(jī)有雙網(wǎng)卡雙以太網(wǎng)線，通過SDH設(shè)備端口狀態(tài)快速檢測和快速傳遞，SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)立即切換到前端系統(tǒng)的其它可用的以太網(wǎng)鏈路，該故障下以太網(wǎng)業(yè)務(wù)恢復(fù)時間在300ms內(nèi)；當(dāng)后端系統(tǒng)以太網(wǎng)鏈路故障時，因前端控制計算機(jī)有雙網(wǎng)卡雙以太網(wǎng)線并有主備兩臺交換機(jī)，通過SDH設(shè)備端口狀態(tài)快速檢測、快速傳遞及MAC快速地址學(xué)習(xí)，SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)立即切換到后端系統(tǒng)的其它可用的以太網(wǎng)鏈路，該故障下的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)恢復(fù)時間在800ms內(nèi)；6、采用了“雙發(fā)優(yōu)收”的保護(hù)協(xié)議保護(hù)話音數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，相同話音信號熱備份通過兩路E1經(jīng)不同的傳輸路徑傳輸，即使有一路出現(xiàn)故障，也能從另一正確的線路上接收數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例SDH設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例IP數(shù)據(jù)傳輸路徑結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例話音信號傳輸路徑結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例視頻信號傳輸路徑結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本基于SDH的冗余通信系統(tǒng)實(shí)施例如圖1所示，包括前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)，前端系統(tǒng)包括前端控制系統(tǒng)和前端SDH系統(tǒng)，前端控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、視頻傳輸設(shè)備和話音傳輸設(shè)備中的一種或多種，控制計算機(jī)和視頻傳輸設(shè)備分別通過以太網(wǎng)與SDH設(shè)備不同的以太網(wǎng)接口連接，話音傳輸設(shè)備通過E1同軸電纜與SDH設(shè)備的E1同軸電纜接口連接。

后端系統(tǒng)包括后端交換系統(tǒng)、后端控制系統(tǒng)和后端SDH系統(tǒng)，后端控制系統(tǒng)包括管理計算機(jī)、視頻監(jiān)控設(shè)備和話音交換設(shè)備中的一種或多種，管理計算機(jī)和后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接，后端交換系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)連接后端SDH系統(tǒng)，視頻監(jiān)控設(shè)備通過以太網(wǎng)與SDH設(shè)備不同的以太網(wǎng)接口連接，話音交換設(shè)備通過E1同軸電纜與SDH設(shè)備的E1同軸電纜接口連接。

本例前端SDH系統(tǒng)包括光纖連接的兩臺SDH設(shè)備，其中SDH A設(shè)備為主設(shè)備，SDH B設(shè)備為冗余備用設(shè)備，SDH A設(shè)備和SDH B設(shè)備通過其第二路光纖接口經(jīng)光纖互連；后端SDH系統(tǒng)也包括兩臺光纖連接的SDH設(shè)備，其中SDH D設(shè)備為主設(shè)備，SDH C設(shè)備為冗余備用設(shè)備，SDH D設(shè)備和SDHC設(shè)備通過其第二路光纖接口經(jīng)光纖互連；SDH A設(shè)備和SDH D設(shè)備通過其第一路光纖接口經(jīng)小于或等于40Km的光纖互連，為前、后端系統(tǒng)的主鏈路，SDH B設(shè)備和SDH C設(shè)備也通過其第一路光纖接口經(jīng)小于或等于40Km的光纖互連，為前、后端系統(tǒng)的冗余備用鏈路。前、后端的4臺SDH設(shè)備構(gòu)成本系統(tǒng)的SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)。本例每臺SDH設(shè)備與其它SDH設(shè)備各通過兩路光纖接口經(jīng)兩組光纖連接。

本例SDH設(shè)備如圖2所示包括FPGA模塊和CPU控制模塊，E1接口芯片配有連接8路E1同軸電纜接口，以太網(wǎng)物理層芯片連接8+1路以太網(wǎng)接口，E1映射模塊連接E1接口芯片，以太網(wǎng)映射模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片，SDH開銷處理模塊連接2路2XSTM-16光纖接口，E1映射模塊、以太網(wǎng)映射模塊和SDH開銷處理模塊都連接交叉連接單元，交叉連接單元統(tǒng)一進(jìn)行交叉連接處理。FPGA模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片，CPU控制模塊經(jīng)交換模塊連接以太網(wǎng)物理層芯片。

本前端SDH設(shè)備中還增加MAC地址學(xué)習(xí)模塊，與以太網(wǎng)物理層芯片連接。

本例前端的控制計算機(jī)為雙網(wǎng)卡，一主一備，均經(jīng)2條以太網(wǎng)線分別連接SDH A和SDH B設(shè)備。

本例后端的管理計算機(jī)為雙網(wǎng)卡，一主一備；所述后端交換系統(tǒng)包括第一交換機(jī)和第二交換機(jī)，第一交換機(jī)為主設(shè)備，第二交換機(jī)為冗余備用設(shè)備，第一交換機(jī)和第二交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)相互連接，第一交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)連接SDH D設(shè)備，第二交換機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)連接SDH C設(shè)備，為冗余備用通道。后端的管理計算機(jī)的兩個網(wǎng)卡均經(jīng)2條以太網(wǎng)線分別連接第一交換機(jī)和第二交換機(jī)。

如圖3所示，以前端控制系統(tǒng)為P1節(jié)點(diǎn)，后端控制系統(tǒng)和后端交換系統(tǒng)為P2節(jié)點(diǎn)，本例后端的管理計算機(jī)發(fā)送的IP數(shù)據(jù)經(jīng)后端交換系統(tǒng)和以太網(wǎng)，通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)的SDH A和SDH D送至前端的控制計算機(jī)。

如圖4所示，本例后端的話音交換設(shè)備和前端的話音傳輸設(shè)備分別連接本端的熱線直通電話線、普通電話線、中繼線和磁石電話中的一種或多種。后端的話音交換設(shè)備將所接各電話線發(fā)送的話音信號經(jīng)E1同軸電纜通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)送至前端的話音傳輸設(shè)備所接的各電話線上。本例后端的話音交換設(shè)備和前端的話音傳輸設(shè)備各經(jīng)2路E1同軸電纜與SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)連接。

如圖5所示，本例前端的視頻傳輸設(shè)備連接攝像頭和視頻播放設(shè)備，后端的視頻監(jiān)控設(shè)備連接顯示器和監(jiān)控器，前端的視頻傳輸設(shè)備將所連接的視頻設(shè)備發(fā)送的視頻信號經(jīng)以太網(wǎng)，通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)送至后端的視頻監(jiān)控設(shè)備，在其所接顯示器和監(jiān)控器上顯示。

前、后端系統(tǒng)之間通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)相互進(jìn)行IP數(shù)據(jù)傳輸，后端系統(tǒng)通過SDH冗余通信網(wǎng)絡(luò)接受前端系統(tǒng)發(fā)送的音視頻信息。

上述實(shí)施例，僅為對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。