基于SDH仿真平台的时钟成环规避方法研究

【摘要】 SDH环网中网元间配置双向线路时钟源时，容易出现时钟成环问题。针对该问题，本文提出一种基于破坏时钟成环条件原则的时钟源配置规则。对于环网中配置有环外时钟源的网元，通过配置一个线路时钟源或不配置线路时钟源的方式，来避免时钟成环条件的成立，从而避免环路中时钟成环的出现。并在SDH仿真平台上对单环网络以及多环网络的时钟配置进行分析，验证了规则的有效性。

【关键词】 SDH 时钟成环 时钟配置

SDH网络是光同步传输网络，网内各网元的时钟频率必须同步或控制在一定的容差范围之内，以保证网内各网元间的正常数据信息的交换。网元之间的时钟是否同步严重影响着整个网络的传输性能，而如果网内出现时钟成环现象，时钟会劣化到不确定的值，网络性能下降，产生不可预知的故障。因此，在配置SDH网的时钟时，应该避免时钟成环的出现。为了防止时钟成环，文献­[1]介绍了一种分布式的时钟源选择控制算法，既能有效地防止产生定时环路，有能自动选择最优时钟源用于网同步。文献[2]提出一种时钟同步规划，建议网元的时钟同步逐步支持公司私有算法，简化时钟配置和减少时钟故障。文献[3]扩展了ESMC报文，提出了eSSM（扩展同步状态消息）算法。采用该算法可以有效防止在多种时钟故障情况下的时钟成环，并且能优化时钟树，提高时钟性能。文献[4]分析了几种SDH组网类型的时钟配置可能出现的时钟成环情况和导致时钟成环的原因，得出了几种避免时钟成环的结论。

一、时钟同步技术简介

时钟同步有伪同步和主从同步两种方式，目前国内传输网基本都采用主从同步方式。同步方法是在网内设一主站，有高稳定的时钟，它产生标准频率，并传递给各从站，使全网都服从此主时钟，达到全网频率一致的目的。主从同步法的优点是从站的设备比较简单、经济，性能也较好，在数字通信网中得到了广泛的应用。主从同步法的缺点是当主站发生故障时，各从站会失去统一的时间标准而无法工作，以致造成全网通信中断。其解决办法就是按时钟等级设置多个时钟源，当原时钟源质量下降时，选择预先设置的顺序选取时钟源[2]。SDH网络中的站点的同步配置有三种工作方式：外同步定时、信号同步定时、内同步定时。采用外同步定时方式时，网元的同步时钟是由外部定时源提供。信号同步定时是目前广泛应用的一种同步定时方式。随着应用场合的不同，该方式又细分为通过定时、环路定时和线路定时3种方式。内同步定时是指在外同步源丢失时可以使用内部自身的定时源进行定时。在SDH网络中，不同的配置方式会导致整体的时钟抽取方式有差异，有可能导致时钟成环问题[5]。

二、时钟成环问题的出现及规避措施

2.1 时钟成环的出现

在SDH环网中，网元间配置双向线路时钟源并且环网中配置了多个外时钟源时，根据ITU-T时钟源标准算法可能会导致时钟成环。定时环路是指环网内网元的时钟都与基准时钟隔离，出现网元的时钟通过另外的链路收到自己发出的定时信号的情况，网元定时自身的反馈导致时钟频率不稳，从而导致网络性能下降，产生不可预知的故障。下面利用SDH仿真平台对单环网络的两种会出现时钟成环的配置进行分析。我们的SDH仿真平台依据ITU-T标准构建，实现了对SDH板卡、网元、网络的仿真。针对本文讨论的时钟配置问题，SDH仿真平台可以配置网元的时钟优先级，显示网元当前跟踪的时钟源信息，配置界面如图1所示。同时仿真平台还可以显示网络运行时，网元的时钟跟踪方向以及当前网络的同步的时钟质量等级，如图2。

单环网络的拓扑图如图3所示，该网络共有6个网元（A、B、C、D、E、F）。其中A网元配置质量为0x02的外时钟源1，D网元配置质量为0x04的外时钟源2。其中配置一的时钟配置遵循的原则是所有网元按照同一个方向抽取线路时钟，配置二的时钟配置遵循的原则是所有网元到外时钟源1抽时钟的路径最短。

2.1.1配置一

配置一的时钟配置遵循的原则为所有网元按照同一个方向抽取线路时钟，如表1所示。

当中断外时钟源1后，A网元进行时钟倒换，此时只有B网元传来的时钟质量为0x02的时钟可用，故A网元抽取B网元时钟，而其他网元的时钟状态不变，从而时钟成环，最终网络的时钟锁定情况如图4所示，0f表示不抽取时钟，02表示线路时钟的抽取方向和时钟质量为0x02。故该配置一会在外时钟源1中断后出现时钟成环，配置不可用。

2.1.2配置二

配置二的时钟配置遵循的原则为所有网元到外时钟源1抽时钟的路径最短，如表2所示。

当外时钟源1和外时钟源2中断其中一个时，网络中时钟同步正常，并未出现成环现象。当外时钟1先中断后，网元跟踪外时钟源2，时钟锁定正常。外时钟源2接着中断后，D网元发生时钟切换，由于只有从E网元过来的质量为0x04的时钟源可用，D网元锁定抽取E网元时钟，从而导致了时钟成环，最终网络的时钟锁定情况如图5所示，0f表示不抽取时钟，04表示线路时钟的抽取方向和时钟质量为0x04。故该配置一会在外时钟源1、2先后中断后出现时钟成环，配置不可用。

2.2 避免成环的配置规则

通过对上述成环配置的分析，发现环网出现时钟成环，主要是由于各个网元均配置了双向互抽的时钟源。SDH环网时钟成环的必要条件：单独考虑网络中配置的线路时钟，若网元按同一方向抽取线路时钟能形成一个闭合环路，则该网络有可能成环。配置一、二都满足成环条件，故在外时钟源中断后，出现了时钟成环。

故避免成环条件的成立，就能避免时钟成环的产生，所以本文提出时钟配置规则：对于环网中配置了环外时钟源的网元，通过配置一个或者不配置线路时钟源的方式，避免环网中网元按同一方向抽取线路时钟时形成闭合环路。

下面通过实例来说明该配置规则的有效性，所有网络的配置分析都在SDH仿真平台上进行。

2.3 单环时钟成环问题的规避方法及验证

该时钟配置遵循本文提出的配置规则，配置情况如图6、7所示，图中红色箭头表示未配置线路时钟源双向互抽的网元间连接。其中，各个网元的时钟源优先级可以通过抽取外时钟源1的最短路径路径原则配置。可以发现该配置中，网络中没有出现同一方向抽取线路时钟成环的情况，这样避免了成环条件的出现，故该配置能避免成环现象。利用SDH仿真平台对该配置进行测试，没有出现时钟成环现象。

2.4 相切多环网络的时钟成环规避方法及验证

该配置规则同样适用于多环网络的时钟源配置，多环网络拓扑如图8所示。网络中共有12个网元（A-L），形成了3个相切的环形网络，其中B网元配置质量为0x02的外时钟源1，E网元配置质量为0x04的外时钟源2。

利用本文提出的配置规则来对该SDH网络的时钟源配置。首先配置网络中间的环网A-B-C-D-E-F-A，根据之前配置单环的方法，可以配置成A到B和F到E或者C到B和D到E的单向时钟抽取。我们选取A到B和F到E的单向时钟抽取配置，接下来配置左边的环网A-G-H-I-A，环网中A配置了环外时钟源，可以配置成G到A和I到A的单向时钟抽取。最后，配置右边的环网D-J-K-L-D，其中D配置了环外时钟源，可以配置成J到D和L到D的单向时钟抽取，最终时钟源配置如图9所示，图中红色箭头表示未配置线路时钟源双向互抽的网元间连接。

通过最短路径原则对各网元的各时钟源进行优先级排序，完成完整的时钟源配置。通过SDH仿真平台的验证，应用该配置的多环网络没有出现时钟成环现象。

三、结论

本文提出一种基于破坏时钟成环条件原则的时钟源配置规则，对于环网中配置有环外时钟源的网元，通过配置一个或不配置线路时钟源的方式，来避免时钟成环条件的成立，从而避免环路中时钟成环的出现。通过SDH仿真平台的验证，采用该配置规则配置的网络能有效地避免时钟成环。该配置方法适用于各种内部具有环形结构的网络拓扑。

联系方式：

叶彬斌，华南理工大学电子与信息学院，广东省广州市天河区五山路381号华南理大学西八宿舍，510640，meepo_ye@163.com， 15920126970

作者简介：

刘植伟，第一作者，男，本科，深圳供电局有限公司，工程师，运维工程师，主要研究方向为电力通信。

叶彬斌，男，在读硕士研究生，华南理工大学电子与信息学院，主要研究方向光通信和仿真系统设计。

黄鋆，男，在读硕士研究生，华南理工大学电子与信息学院，主要研究方向为传输网技术和仿真系统设计。

洪涛，男，硕士，深圳供电局有限公司，工程师，运维工程师，主要研究方向为电力通信。