CN105024854A - 一种sdh网络故障仿真的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信仿真技术领域，尤其涉及一种SDH（Synchronous？Digital？Hierarchy同步数字体系，简称SDH）网络故障仿真的实现方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种SDH网络故障仿真的实现方法，该方法在仿真网元之间引入仿真光纤，并在仿真光纤和仿真网元之间传递增强STM-N帧，通过对增强STM-N帧中特定字段的设置和处理，在任意网络拓扑情况下实现对光纤断、光纤劣化导致误码以及网元发光端口异常导致误码的故障仿真，并且能够通过检查光功率信息进行故障定位。本发明设计简洁，易于实施，与现有的各类SDH仿真系统均具有良好的适配性，具有广阔的应用和推广前景。

Description

一种SDH网络故障仿真的实现方法

技术领域

本发明涉及通信仿真技术领域，尤其涉及一种SDH(Synchronous DigitalHierarchy同步数字体系，简称SDH)网络故障仿真的实现方法。本发明基于仿真网元、仿真光纤和增强STM-N帧结构，设置光纤断和误码类故障，并自动生成故障现象，可应用于通信、电力、广电行业中SDH设备和SDH网络运维人员的培训。

背景技术

随着互联网、物联网和能源互联网的推广应用，作为信息传输高速通道的传输网络的作用越来越重要，承载和传送的信息的种类不断丰富，数量不断增长。SDH作为最传统且应用最广泛的传输技术，其设备类型和网络规模也在不断增加和扩大。相应地，对网络运行维护人员能力也提出了新的要求，特别是对维护人员在各种复杂网络场景下故障的发现和正确处理能力有了更高的要求。目前传统的SDH培训中涉及到的故障处理内容，主要依托于实验机房中的小型实验网络，复现并演练一些简单的故障(例如光纤拔出和数据配置错误等故障)。但是对于实际工作中经常遇到的复杂故障，由于不容易复现(例如光纤断和光纤劣化导致误码故障)，或者复现成本较高(例如网元发光端口故障)，在实验机房无法提供条件让学生进行演练。目前针对SDH的仿真系统很少，而且都是根据标准SDH原理，在仿真网元之间进行标准STM-N帧的接收、处理和发送。对于引起光功率异常的故障(例如无光、光功率过低和光功率过高等故障)由于仿真程序缺少实际设备中的光检测硬件，并且无法在各网元之间传递光功率信息，所以无法模拟。另外对于误码类故障，由于必须传递完整信息净荷并运行复杂的误码检测算法才能实现对误码的发现，在目前的仿真系统中未有实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SDH网络故障仿真的实现方法，该方法在仿真网元之间引入仿真光纤，并在仿真光纤和仿真网元之间传递增强STM-N帧，通过对增强STM-N帧中特定字段的设置和处理，在任意网络拓扑情况下实现对光纤断、光纤劣化导致误码以及网元发光端口异常导致误码的故障仿真，并且能够通过检查光功率信息进行故障定位。

本发明的技术方案为：

一种SDH网络故障仿真的实现方法，包括以下步骤：

(a)创建仿真网元和仿真光纤。仿真网元的数据模型包括仿真网元标示、设备厂商名称、仿真网元类型和仿真光口的信息。仿真光口的数据模型包括仿真光口标示、当前状态标示、光功率和误码指示的信息。仿真光纤的数据模型包括仿真光纤标示、源网元标示、源光口标示、宿网元标示、宿光口标示、光纤长度、光纤介质类型、当前状态标示、光功率和误码指示的信息。

(b)仿真网元接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧。故障设置消息的数据模型包括故障类型、目标光口标示和故障参数的信息。增强STM-N帧的数据模型包括光功率和标准STM-N帧数据模型中的A1、A2、J0、B1、M1、S1、K1、K2、B2、H1、H2、H3、J1、B3、C2、G1、H4、V5、J2字段，以及2M业务状态字节的信息。其中，B1、B2和B3字段的取值范围为0、1和2，V5字段前两个比特的取值范围为0、1和2，V5字段无复帧处理，J2字段无复帧处理。若仿真网元接收到故障设置消息，则执行步骤(c)；若仿真网元接收到增强STM-N帧，则执行步骤(d)。

(c)仿真网元读取故障设置消息，查找目标光口标示所指向的仿真光口，按照故障类型修改仿真光口的当前状态标示，按照故障参数设置仿真光口的光功率和误码指示。

(d)仿真网元读取接收到的增强STM-N帧f1，依照增强STM-N帧f1进行进行故障告警处理，仿真网元生成新的增强STM-N帧f2。

(e)仿真网元定时向仿真光纤发送增强STM-N帧f2。

(f)仿真光纤接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧。若仿真光纤接收到故障设置消息，则执行步骤(g)；若仿真光纤接收到增强STM-N帧，则执行步骤(h)。

(g)仿真光纤读取故障设置消息，按照故障类型修改仿真光纤的当前状态标示，按照故障参数设置仿真光纤的光功率和误码指示。

(h)仿真光纤读取接收到的增强STM-N帧f2并生成新的增强STM-N帧f3，仿真光纤将增强STM-N帧f3发送至其宿网元标示所指向的仿真网元。

具体的，步骤(d)的实现方法包括以下步骤：

(d-1)仿真网元读取增强STM-N帧f1中的光功率。若光功率小于等于无光值，则发出告警并执行步骤(d-3)；若光功率高于额定过载值，则发出告警并执行步骤(d-3)；若光功率低于额定灵敏值，则发出告警并执行步骤(d-3)。

(d-2)仿真网元读取增强STM-N帧f1中的B1、B2和B3字段并发出相应告警。

(d-3)仿真网元按照标准SDH原理处理增强STM-N帧f1中各个字段，将所述增强STM-N帧f1中相应字段放入新的增强STM-N帧f2中。

具体的，步骤(e)的实现方法包括以下步骤：

(e-1)启动定时器T1。

(e-2)若定时器T1超时，则停止定时器T1并读取仿真网元的各个仿真光口的当前状态标示；若仿真光口的当前状态标示显示正常，则将仿真光口的正常发光值存入增强STM-N帧f2的光功率字段；若仿真光口的当前状态标示显示异常，则读取仿真光口的光功率和误码指示信息并写入增强STM-N帧f2的相应字段。

(e-3)将增强STM-N帧f2发送至与仿真光口相接的仿真光纤。

具体的，步骤(h)的实现方法包括以下步骤：

(h-1)仿真光纤读取增强STM-N帧f2中的光功率，仿真光纤读取自身的当前状态标示。若仿真光纤的当前状态标示显示正常，则执行步骤(h-2)；若仿真光纤的当前状态标示显示光纤断故障，则执行步骤(h-3)；若仿真光纤的当前状态标示显示异常，则执行步骤(h-4)。

(h-2)根据公式1计算仿真光纤的光功率损耗值y，根据公式2计算增强STM-N帧f3的光功率x₁。增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

$y=\frac{length}{1000}\×s---\left(1\right)$

x₁＝x-y        (2)

其中，y为仿真光纤的光功率损耗值，单位dBm；length为仿真光纤的长度，单位m；s为仿真光纤的单位损耗值，单位dBm/km；x为增强STM-N帧f2的光功率，单位dBm；x₁为增强STM-N帧f3的光功率，单位dBm。

(h-3)将增强STM-N帧f3中的光功率设置为无光值，增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

(h-4)读取仿真光纤的光功率和误码指示信息并写入增强STM-N帧f3的相应字段，增强STM-N帧f3中的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

(h-5)读取仿真光纤的宿网元标示，将增强STM-N帧f3发送至宿网元标示所指向的仿真网元。

本发明的有益效果：本发明构建的增强STM-N帧结构，创新性地引入了光功率字段，并修改了误码相关字段的定义，为光功率和误码信息的处理提供了基础。本发明同时提出了创建仿真网元、仿真光纤的方法，以及仿真光纤、仿真网元对增强STM-N帧中光功率和误码字段处理的方法，并提出利用仿真光纤、仿真网元接收故障触发消息以触发光纤断和误码类(包括光纤劣化导致误码、网元发光端口故障导致误码)故障的仿真方法。通过上述方法的综合运用，可以灵活方便地触发光纤断和各种误码类故障，并能准确复现故障现象，同时支持学员检查光功率等信息，进行故障定位。因此，本发明用一种简单有效的方式解决了SDH网络中最常见、最重要的光纤断和误码类故障的仿真，可以有效支撑通信运维人员的故障分析和处理能力的提升，具有很大的社会效益和经济效益。

本发明设计简洁，易于实施，与现有的各类SDH仿真系统均具有良好的适配性，具有广阔的应用和推广前景。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1,本实施例针对SDH网络故障的仿真方法，包括以下步骤：

(a)创建仿真网元和仿真光纤。扫描仿真网络脚本文件生成各个仿真网元和仿真光纤。仿真网络脚本文件对应要仿真的网络拓扑，分为两个部分，分别用于创建仿真网元和创建仿真光纤。仿真网元的数据模型包括仿真网元标示、设备厂商名称、仿真网元类型和仿真光口的信息，见表1。仿真光口的数据模型包括仿真光口标示、当前状态标示、光功率和误码指示的信息，见表2。

表1仿真网元的数据模型(不含仿真光口部分)

名称	数据类型	定义
			neid	char[8]	仿真网元标示
vendor	char[8]	设备厂商名称
			type	char[16]	仿真网元类型

表2仿真光口的数据模型

仿真网络脚本文件中，语句Create_NE:{neid＝"9-301",vendor＝"Huawei"，type＝"OSN3500",portno＝2,port＝"8-N1SL64-1",port＝"11-N1SL64-1"}表示将创建一个名称9-301的华为OSN3500设备的仿真网元，该仿真网元设有二个仿真光口，分别为8-N1SL64-1和11-N1SL64-1，以上二个仿真光口的当前状态标示均为normal,B1、B2、B3均为0。仿真光口的初始化设置时，其当前状态标示设置为normal，误码指示(即B1、B2和B3字段)均设置为0。

仿真光纤的数据模型包括仿真光纤标示、源网元标示、源光口标示、宿网元标示、宿光口标示、光纤长度、光纤介质类型、当前状态标示、光功率和误码指示的信息，见表3。

表3仿真光纤的数据模型

仿真网络脚本文件中，语句Create_Fiber:{fiberid＝"66301",srcne＝"9-301",src＝"8-N1SL64-1",destne＝"9-303",dest＝"11-N1SL64-1",level＝"stm64",length＝20,fibertype＝"G.652"}，表示将创建一个连接仿真网元9-301和仿真网元9-303的仿真光纤，并将此仿真光纤的参数设置为名称66301,速率级别为stm64,光纤长度20m,光纤介质类型G.652，该仿真光纤的当前状态标示为normal,B1、B2、B3均为0。该仿真光纤接收来自仿真网元9-301的增强STM-N帧，处理后发送新的增强STM-N帧给仿真网元9-303。仿真光纤的初始化设置时，其当前状态标示设置为normal，误码指示(即B1、B2和B3字段)均设置为0。

(b)仿真网元接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧。故障设置消息的数据模型包括故障类型、目标光口标示和故障参数的信息，见表4。故障设置消息用于通知仿真网元和仿真光纤，在故障点(即发生故障的仿真网元和仿真光纤)进行相应的参数设置。

表4故障设置消息的数据模型

增强STM-N帧的数据模型包括光功率和标准STM-N帧数据模型中的A1、A2、J0、B1、M1、S1、K1、K2、B2、H1、H2、H3、J1、B3、C2、G1、H4、V5、J2字段，以及2M业务状态字节的信息。其中，B1、B2和B3字段的取值范围为0、1和2，V5字段前两个比特的取值范围为0、1和2，V5字段无复帧处理，J2字段无复帧处理，见表5。在实际SDH网络中，各个SDH网元之间通过光纤相连并以每秒8000帧的速率传递标准STM-N帧(N＝1、4、16、64)。本发明中，在标准STM-N帧结构的基础上，加入光功率字段并修改误码相关字段的定义，提出增强STM-N帧结构，以支持对光功率和误码相关故障的触发和检测。

表5增强STM-N帧的数据模型

在增强STM-N帧(N＝1、4、16、64)中，有Power、A1、A2、J0、B1、M1、S1、K1、K2、B2字段各一个，H1、H2、H3、J1、B3、C2、G1、H4字段各N个，V5、J2、2M_Data字段各N×63个。

在增强STM-N帧中，加入标准STM-N帧中缺少的光功率字段(即Power字段)，用于传递光功率信息。对标准STM-N帧中B1、B2、B3，将其取值范围改为0、1、2，分别表示相应的信息无误码、信号劣化和误码过量。对其他标准STM-N帧中的字段，进行了保留，并保持其标准定义和使用方法。但去掉了标准STM-N帧中很多与仿真功能无关的字段，比如数据通信通路(DCC)字节D1-D12、公务联络字节E1和E2、使用者通路字节F1、F2、F3，空闲字节K3、K4，网络运营者字节N1、N2等，这样在不影响仿真效果的前提下，有效提高了处理和传递效率。

若仿真网元接收到故障设置消息，则执行步骤(c)；若仿真网元接收到增强STM-N帧，则执行步骤(d)。

(c)仿真网元读取故障设置消息，查找目标光口标示所指向的仿真光口，按照故障类型修改仿真光口的当前状态标示，按照故障参数设置仿真光口的光功率和误码指示。当仿真网元收到故障设置消息，读取消息中各字段的取值，如果type＝3，则将仿真网元中Portid对应的光口的status置为“fault”，并将消息中的Power、B1、B2、B3的值保存至此光口的对应参数中。

(d)仿真网元读取接收到的增强STM-N帧f1，依照增强STM-N帧f1进行故障告警处理，仿真网元生成新的增强STM-N帧f2。步骤(d)的实现方法包括以下步骤：

(d-1)仿真网元读取增强STM-N帧f1中的光功率。若光功率小于等于无光值(本实施例中无光值为-60)，表明断纤或者光信号太弱，则线路板程序会自动产生接收信号丢失告警(如华为设备的R_LOS告警)，执行步骤(d-3)。若光功率高于额定过载值，则发出功率过高告警(如华为设备的IN_PWR_HIGH告警)，执行步骤(d-3)。若光功率低于额定灵敏值，则发出告警(如华为设备的IN_PWR_LOW告警)，执行步骤(d-3)。

(d-2)仿真网元读取增强STM-N帧f1中的B1、B2和B3字段并发出相应告警。如果某个字段取值为1，则产生该字段对应的信号劣化告警(如华为设备B1为1时产生B1_SD告警，B2为1时产生B2_SD告警，B3为1时产生B3_SD告警)。如果某个字段取值为2，则产生该字段对应的误码过量告警(如华为设备B1为1时产生B1_EXC告警，B2为1时产生B2_EXC告警，B3为1时产生B3_EXC告警)。

(d-3)仿真网元按照标准SDH原理处理增强STM-N帧f1中各个字段，将所述增强STM-N帧f1中相应字段放入新的增强STM-N帧f2中。

(e)仿真网元定时向仿真光纤发送增强STM-N帧f2。步骤(e)的实现方法包括以下步骤：

(e-1)启动定时器T1。

(e-2)若定时器T1超时，则停止定时器T1并读取仿真网元的各个仿真光口的当前状态标示。若仿真光口的当前状态标示显示正常(status为normal时)，则将仿真光口的正常发光值存入增强STM-N帧f2的光功率字段。仿真光口的正常发光值由该仿真光口的板卡类型决定，板卡类型是板卡号的一部分。若仿真光口的当前状态标示显示异常(status为fault时)，则读取仿真光口的光功率和误码指示信息并写入增强STM-N帧f2的相应字段。

(e-3)将增强STM-N帧f2发送至与仿真光口相接的仿真光纤，该仿真光纤源网元标示(srcne)对应该仿真网元。

(f)仿真光纤接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧。若仿真光纤接收到故障设置消息，则执行步骤(g)；若仿真光纤接收到增强STM-N帧，则执行步骤(h)。

(g)仿真光纤读取故障设置消息，按照故障类型修改仿真光纤的当前状态标示，按照故障参数设置仿真光纤的光功率和误码指示。仿真光纤接收到故障设置消息，读取消息中各字段的取值，如果type＝1，则将该仿真光纤的status置为“down”；如果type＝2，则将仿真光纤的status状态置为“fault”，并将消息中的Power、B1、B2、B3的值保存至该光纤对象的对应参数中。

(h)仿真光纤读取接收到的增强STM-N帧f2并生成新的增强STM-N帧f3，仿真光纤将增强STM-N帧f3发送至其宿网元标示所指向的仿真网元。步骤(h)的实现方法包括以下步骤：

(h-1)仿真光纤读取增强STM-N帧f2中的光功率，仿真光纤读取自身的当前状态标示。若仿真光纤的当前状态标示显示正常，则执行步骤(h-2)；若仿真光纤的当前状态标示显示光纤断故障，则执行步骤(h-3)；若仿真光纤的当前状态标示显示异常，则执行步骤(h-4)。

(h-2)根据公式1计算仿真光纤的光功率损耗值y，根据公式2计算增强STM-N帧f3的光功率x₁。增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

$y=\frac{length}{1000}\×s---\left(1\right)$

x₁＝x-y           (2)

其中，y为仿真光纤的光功率损耗值，单位dBm；length为仿真光纤的长度，单位m；为仿真光纤的单位损耗值，单位dBm/km，单位损耗值s可通过光纤介质类型(fibertype)确定；x为增强STM-N帧f2的光功率，单位dBm；x₁为增强STM-N帧f3的光功率，单位dBm。

(h-3)将增强STM-N帧f3中的光功率设置为无光值(本实施例中，无光值为-60)，增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

(h-4)读取仿真光纤的光功率和误码指示信息(Power、B1、B2和B3字段)并写入增强STM-N帧f3的相应字段(Power、B1、B2和B3字段)，增强STM-N帧f3中的其他字段均与增强STM-N帧f2相同，执行步骤(h-5)。

(h-5)读取仿真光纤的宿网元标示(destne)，将增强STM-N帧f3发送至宿网元标示所指向的仿真网元。

需要说明的是，阻断攻击源IP为本领域(网络安全领域)的公知常识，即使本发明未进行详细说明，本领域技术人员也应当清楚这一步骤。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种SDH网络故障仿真的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)创建仿真网元和仿真光纤；所述仿真网元的数据模型包括仿真网元标示、设备厂商名称、仿真网元类型和仿真光口的信息；所述仿真光口的数据模型包括仿真光口标示、当前状态标示、光功率和误码指示的信息；所述仿真光纤的数据模型包括仿真光纤标示、源网元标示、源光口标示、宿网元标示、宿光口标示、光纤长度、光纤介质类型、当前状态标示、光功率和误码指示的信息；

(b)所述仿真网元接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧；所述故障设置消息的数据模型包括故障类型、目标光口标示和故障参数的信息；所述增强STM-N帧的数据模型包括光功率和标准STM-N帧数据模型中的A1、A2、J0、B1、M1、S1、K1、K2、B2、H1、H2、H3、J1、B3、C2、G1、H4、V5、J2字段，以及2M业务状态字节的信息，所述B1、B2和B3字段的取值范围为0、1和2，所述V5字段前两个比特的取值范围为0、1和2，所述V5字段无复帧处理，所述J2字段无复帧处理；若仿真网元接收到故障设置消息，则执行步骤(c)；若仿真网元接收到增强STM-N帧，则执行步骤(d)；

(c)所述仿真网元读取所述故障设置消息，查找所述目标光口标示所指向的仿真光口，按照所述故障类型修改所述仿真光口的当前状态标示，按照所述故障参数设置所述仿真光口的光功率和误码指示；

(d)所述仿真网元读取接收到的增强STM-N帧f1，依照增强STM-N帧f1进行故障告警处理，所述仿真网元生成新的增强STM-N帧f2；

(e)所述仿真网元定时向仿真光纤发送增强STM-N帧f2；

(f)所述仿真光纤接收并处理故障设置消息或增强STM-N帧；若仿真光纤接收到故障设置消息，则执行步骤(g)；若仿真光纤接收到增强STM-N帧，则执行步骤(h)；

(g)所述仿真光纤读取所述故障设置消息，按照所述故障类型修改所述仿真光纤的当前状态标示，按照所述故障参数设置所述仿真光纤的光功率和误码指示；

(h)所述仿真光纤读取接收到的增强STM-N帧f2并生成新的增强STM-N帧f3，所述仿真光纤将增强STM-N帧f3发送至与所述宿网元标示相对应的仿真网元。

2.根据权利要求1所述的一种SDH网络故障仿真的实现方法，其特征在于步骤(d)的实现方法包括以下步骤：

(d-1)所述仿真网元读取增强STM-N帧f1中的光功率；若所述光功率小于等于无光值，则发出告警并执行步骤(d-3)；若所述光功率高于额定过载值，则发出告警并执行步骤(d-3)；若所述光功率低于额定灵敏值，则发出告警并执行步骤(d-3)；

(d-2)所述仿真网元读取增强STM-N帧f1中的B1、B2和B3字段并发出相应告警；

(d-3)所述仿真网元按照标准SDH原理处理增强STM-N帧f1中各个字段，将所述增强STM-N帧f1中相应字段放入新的增强STM-N帧f2中。

3.根据权利要求1所述的一种SDH网络故障仿真的实现方法，其特征在于步骤(e)的实现方法包括以下步骤：

(e-1)启动定时器T1；

(e-2)若定时器T1超时，则停止定时器T1并读取所述仿真网元的各个仿真光口的当前状态标示；若所述仿真光口的当前状态标示显示正常，则将所述仿真光口的正常发光值存入所述增强STM-N帧f2的光功率字段；若所述仿真光口的当前状态标示显示异常，则读取所述仿真光口的光功率和误码指示信息并写入所述增强STM-N帧f2的相应字段；

(e-3)将所述增强STM-N帧f2发送至与所述仿真光口相接的仿真光纤。

4.根据权利要求1所述的一种SDH网络故障仿真的实现方法，其特征在于步骤(h)的实现方法包括以下步骤：

(h-1)所述仿真光纤读取增强STM-N帧f2中的光功率，所述仿真光纤读取自身的当前状态标示；若所述仿真光纤的当前状态标示显示正常，则执行步骤(h-2)；若所述仿真光纤的当前状态标示显示光纤断故障，则执行步骤(h-3)；若所述仿真光纤的当前状态标示显示异常，则执行步骤(h-4)；

(h-2)根据公式1计算所述仿真光纤的光功率损耗值y，根据公式2计算所述增强STM-N帧f3的光功率x₁；所述增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同；执行步骤(h-5)；

x₁＝x-y   (2)

其中，y为仿真光纤的光功率损耗值，单位dBm；length为仿真光纤的长度，单位m；s为仿真光纤的单位损耗值，单位dBm/km；x为增强STM-N帧f2的光功率，单位dBm；x₁为增强STM-N帧f3的光功率，单位dBm；

(h-3)将所述增强STM-N帧f3中的光功率设置为无光值，所述增强STM-N帧f3中除光功率以外的其他字段均与增强STM-N帧f2相同；执行步骤(h-5)；

(h-4)读取所述仿真光纤的光功率和误码指示信息并写入所述增强STM-N帧f3的相应字段，所述增强STM-N帧f3中的其他字段均与增强STM-N帧f2相同；执行步骤(h-5)；

(h-5)读取所述仿真光纤的宿网元标示，将所述增强STM-N帧f3发送至与所述宿网元标示相对应的仿真网元。