专利名称：一种主备同步数字系列设备定时源的无损切换方法
技术领域：
本发明涉及在同步数字系列(SDH)系统提供平稳定时信号的方法，具体地涉及在同步数字系列(SDH)系统中对同步数字系列定时源(SETS)功能模块(或者包含此类模块的其他模块)进行无损切换的方法。
背景技术：
为SDH系统的正常运行，一般在系统中提供两个同步数字系列定时源模块(SETS)，其中一个作为主模块而另一个作为备模块，主模块和备模块互为备份。在SDH系统的工作过程中，一旦SETS主模块出现运行故障，系统启动处于热备份状态的备模块，实现主备自动切换。当需要进行系统维护时，或维护人员在升级模块的软硬件时，需要人工拔插SETS主模块和备模块，也存在主模块和备模块的切换问题。对于线路接口模块而言，来自SETS的时钟信号会有一个瞬时中断，随着中断时间的长短不同，SDH系统的表现也大不一样。有时只会产生定时信号的较大抖动，有时会产生线路小误码，大误码，甚至段层主要告警，从而导致双环结构的光纤传输网络进行环倒换以便维持通信，这严重影响了传输网的稳定性和可靠性。
在传统的SDH系统设计中，SETS功能模块的冗余设计如图1所示，图中系统参考定时源包括外定时(T3)，线路定时(T1)和支路定时(T2)。模块工作状态信号表示模块的主备状况，“0”表示主，“1”表示备。此类状态指示信号一方面作为本模块定时输出的控制信号(有些系统从减小系统噪声和模块功耗的角度考虑，关闭备模块的定时输出)，另一方面，该状态指示信号还作为线路接口模块进行定时选择的控制信号。
在如图2所示的一些SETS系统中，为了简化设计而将主模块位置固定，线路接口模块只由固定的SETS主模块提供一个状态指示信号线，备用的SETS功能模块对该指示信号线上拉。此时只有主模块不在位或者失效的情况下，备模块才开始工作。
对于图1和图2所示的两种SETS主备模块设置方式，同步定时的输出受控于互控状态线以及三态控制逻辑门。
线路接口模块一般采取如图3所示的接口方式，其中由主模块状态信号和备模块状态信号控制两个二选一的逻辑电路从主模块时钟/备模块时钟中选择一路作为模块内系统时钟，从主模块帧脉冲/备模块帧脉冲中选择一路作为模块内系统帧脉冲。
综上所述，在SDH系统中影响时钟中断的因素有如下几方面第一，主备SETS功能模块内互控状态线的跳变时间与时刻；第二，主备SETS功能模块输出状态指示线(一般由互控的状态指示线产生)的跳变时间与时刻；第三，在切换时，备SETS功能模块的定时信号(时钟信号和帧定位脉冲信号)到达线路接口模块的时间和时刻；第四，线路接口模块中二选一逻辑电路的固有响应时间。
并且本领域比较常见的做法是通过专用芯片实现SETS功能模块的，主要解决了如下问题主备SETS功能模块切换时做到切换后的时钟与切换前的时钟同频同相；具有抖动抑制效果；支持几种SETS模式自由振荡，保持和锁定；其他辅助监测功能。但是，同时又产生了如下问题扩展性受到限制；由于模拟锁相环带宽较宽，对于前级数字锁相环产生的噪声无法抑制，片内输出的时钟需要经过去抖处理，不仅对PCB的布局布线要求较高，而且在成本方面是一个很大的提升。
发明内容
本发明目的是提供一种主备同步数字系列设备定时源的无损切换方法，该方法可解决现有技术中所存在的问题，缩短同步数字系列系统中主定时源模块和备定时源模块之间切换动作所花费的时间、选择主备定时源模块之间切换的最佳时刻、确保定时源功能模块在切换前后输出的系统时钟和8KHz帧定位脉冲信号的相位相同、实现线路接口模块对系统时钟信号的平滑处理以便具有中断保持作用。
本发明提供的一种用于同步数字系列传输系统的主、备同步数字系列设备定时源模块的无损切换方法包括如下步骤将主模块内压控振荡器时钟输出给主模块、备模块内的二选一逻辑电路，同时也将备模块内压控振荡器时钟输出给主模块、备模块内的二选一逻辑电路，以实行主备模块之间互送时钟；在自由运行模式下，以互控状态信号控制主、备同步数字系列设备定时源模块中的二选一逻辑电路，使得主模块选择本模块内压控振荡器的输出时钟，同时使得备模块也选择主模块压控振荡器的输出时钟，以保证主备两模块的输出系统时钟和系统帧定位脉冲完全一致；在锁定模式下，主模块和备模块内各自的压控振荡器跟踪相同的定时源，以便在主备模块内的二选一逻辑电路的输入端两个时钟信号同频同相，当主模块与备模块之间相互切换时，两个功能模块在切换瞬间保持输出的时钟频率只有很小的变化，以便实现无逢切换；在主、备模块之间提供互控帧定位脉冲信号，控制主、备模块输出的帧定位脉冲同相以及在切换过程中帧定位脉冲不改变相位；对帧定位脉冲进行二选一处理，同时将主备模块切换时刻选择为数据帧头范围，保证帧定位脉冲不中断。
在本发明的定时源主备模块无损切换方法中，还使备模块的定时输出不受控制，保持永久处于输出状态；为减少差拍干扰，还降低了系统时钟的频率；在对主备模块实行硬切换之前，通过远程网管或本地切换开关发出切换启动信号，实现主备模块软切换，减少因为切换动作导致定时信号(时钟和帧定位脉冲)的中断时间。
通过同步数字系列主备设备定时源的无损切换方法，可以实现在切换过程中定时源时钟输出不中断、时钟相位保持不变。
图1是一种现有技术的同步数字系列设备定时源主备模块配置的示意图；
图2是另一种现有技术的同步数字系列设备定时源主备模块配置的示意图；图3是现有技术的线路接口模块示意图；图4是本发明方法所使用的同步数字系列设备定时源主备模块配置的示意图；图5是应用本发明方法的切换开关的示意图及产生的信号；图6是应用本发明方法的时钟源信号时序图；图7是应用本发明方法的时钟源模块中的功能模块结构组成的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明方法的具体实施方式
进行详细说明。
在本发明方法的具体实施过程中，以下列具体方式对主备定时源模块进行使用首先，二选一逻辑电路受控于“互控状态线”，主模块选择本模块内压控振荡器(38.88MHz)的输出时钟，备模块选择主模块送来的时钟；保证在正常主模式下两个模块的输出系统时钟和系统帧定位脉冲完全一致；其次，在锁定模式下，由于主模块和备模块内各自的压控振荡器(38.88MHz)跟踪相同的定时源，因而在二选一逻辑电路的输入端，两个时钟信号具有同频同相的特点；在主模块和备模块之间相互切换时，对于两个模块输出的系统时钟而言，过程是无缝的，消除切换过程中的时钟中断是由线路接口模块中的功能模块实现的(后文有详尽描述)；对于两个模块输出的系统帧定位脉冲而言，由于产生帧定位脉冲的时钟在模块内经过了“功能模块”的处理，过程是无缝的，而且是没有中断的；第三，互控帧脉冲的作用在于使备模块输出的系统帧定位脉冲与主模块的输出的系统帧定位脉冲同相；为了保证系统输出的帧定位脉冲无中断，除了要求产生此脉冲的时钟不中断外，还通过互控帧定位脉冲来保证定位脉冲在切换过程中相位不改变，由于我们控制切换的时刻在帧头处，即在SDH信息流中，处于SOH的第一行，在A1和A2的交界面之后，因此互控帧定位脉冲处于帧头以外的任意位置都不会导致系统输出的帧定位脉冲中断；最后，线路接口模块中对系统帧定位脉冲要经过二选一处理，该处理如图3所示，在不经过平滑处理时，必然会产生中断，由于我们选择在数据的帧头处进行切换动作，使得切换位置离系统帧定位脉冲的位置较远，两个位置在时序上经测量为数据帧头滞后于系统帧定位脉冲1088ns(此值会因不同的SDH系统而异)，因而二选一逻辑门的处理不会导致此定位脉冲的中断。
为了减少切换过程的时间，采取两种方法第一方法，使备模块的定时输出不受控，处于常输出状态。此时，考虑到备模块的输出信号会给系统带来差拍干扰，我们采取降低系统时钟的频率(设计为38.88MHz)的办法，减小系统干扰。第二方法，将直接的拔掉主模块的硬切换方式过渡到通过远程网管控制或通过本地切换开工控制的软切换方式。为实行本地控制的软切换，需要在SETS功能模块的面板上设置一个返回式的按钮，人工触发处于备状态的备模块上的按钮一次或多次，备模块通过互控状态线激活本模块为主模块，同时去激活原先的主模块，到达软切换的目的。此时拔出去激活的模块，间接实现硬切换。
由于人工操作按钮的随机性，在按钮被按下的过程中，可能会出现多次下降沿，模块内中央处理器(CPU)控制部分只响应一次下降沿动作，一旦接收到人工按钮的切换指令，即发生主备状态的切换。其它的下降沿对于已经为主模块的触发是无效的，从而避免了多次触发。
另外，由于操作主模块按钮，会导致瞬时出现两个均为备用的瞬态，操作备模块的按钮会导致两个均为主用的瞬态，从时钟中断的时间长短来看，前者的时间要长。因此，我们设计为不响应主模块的按钮控制，只响应备模块的按钮控制。
值得一提的是，由于维护现场的多样化，往往在维护人员的附近没有可以操作的网管，因此直接拔掉主模块实现切换的现象是相当常见的，采用上述方法将硬切换过渡到软切换，既满足了维护人员硬切换的现实需求，同时将切换时间控制在软切换的时间范围内。
由于主备时钟输出不受控，切换过程实际上由模块状态指示信号线控制。我们通过主备互送的系统帧定位脉冲，控制切换动作在帧的边界处发生，不至于影响净荷部分的比特流。
图6表示了选择切换时刻以及切换过程中系统帧定位脉冲信号、系统时钟信号的时序图。其中的SDH信息流包括净负荷和管理开销，管理开销又包括了段开销和通道开销；虚线部分表示线路接口模块内的时钟变化过程，在短暂的抖动后达到与原主的时钟同频同相。
SETS功能模块通过以上的处理后保证了切换过程是无缝的快速切换，切换的时刻在帧的边界(开销字节处)，线路接口模块在进行时钟选择时不可避免出现时钟源的中断，因而我们提供低成本的平滑功能模块，保证选择前后的时钟频偏控制在系统容许范围内(实际达到10～20ppm)。
下面详细介绍图4中“功能模块”的具体结构和工作方式，图7为该功能模块的具体结构示意图。利用晶体振荡器频率控制范围小的特点，无需鉴频鉴相器，只需考虑采用单一的鉴相器即可。当晶体振荡器锁定在输入参考时钟上时，利用晶体振荡器的标准性好的特点，使控制电压处于中心电平附近；而当输入参考时钟中断时，异或门的输出处于中心电平，这样晶体振荡器在有无参考输入时钟时其控制电压变化很小，因此其频率的变化也很小，具体在±10ppm的数值范围以内。当系统时钟切换时，晶体振荡器的输出时钟频率的变化趋势是±10ppm数值范围以内，使得时钟切换的时间很短，因此晶体振荡器的输出时钟频率的变化很小，从而为时钟的无缝切换创造了条件。
利用图4所示的主备定时源配置方式，利用本发明方法，在10G带宽的SDH同步复用设备上完成了切换实验，反复切换达到三十次以上没有出现误码或中断现象。较使用常规方案的设备有了明显的改善。
权利要求
1.一种用于同步数字系列传输系统的主、备同步数字系列设备定时源模块的无损切换方法，其特征在于该方法包括如下步骤将主模块内压控振荡器时钟或源自该振荡器的时钟输出给主模块、备模块内的二选一逻辑电路，同时也将备模块内压控振荡器时钟或源自该振荡器的时钟输出给主模块、备模块内的二选一逻辑电路，以实行主备模块之间互送时钟；以互控状态信号控制主、备同步数字系列设备定时源模块中的二选一逻辑电路，使得主模块选择本模块内压控振荡器的输出时钟，同时使得备模块也选择主模块压控振荡器的输出时钟，以保证主备两模块的输出系统时钟和系统帧定位脉冲完全一致；在锁定模式下，主模块和备模块内各自的压控振荡器跟踪相同的定时源，以便在主备模块内的二选一逻辑电路的输入端两个时钟信号同频同相，当主模块与备模块之间相互切换时，两个功能模块在切换瞬间保持输出至线路接口模块的时钟频率只有很小的变化，以便实现无逢切换；利用功能模块对主、备模块内产生互控帧定位脉冲信号和系统帧脉冲信号的时钟进行平滑处理，以便消除在切换过程中时钟频率的微小变化；在主、备模块之间提供互控帧定位脉冲信号，并使得该脉冲信号处于帧头以外的任意位置，控制主、备模块输出的帧定位脉冲同相以及在切换过程中帧定位脉冲不改变相位；对帧定位脉冲进行二选一处理，同时将主备模块切换时刻选择为数据帧头范围，保证处于帧头以外的固定位置的帧定位脉冲在切换过程中不中断。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于使备模块的定时输出不受控制，保持永久处于输出状态。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于降低了系统时钟的频率，使该频率为38.88MHz或更低频率。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于对主备模块实行硬切换之前，通过远程网管或本地切换开关发出切换启动信号，实现主备模块软切换。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于主备模块输出的时钟信号经过线路接口模块内的二选一电路后会出现瞬时的中断，通过线路接口模块内功能模块对时钟信号进行平滑处理，以保证二选一电路后的时钟不会中断。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于功能模块对时钟信号的平滑处理由该模块内的单一的低成本的鉴相器和一般的晶体振荡器实现。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还可以用于同步数字系列传输系统中包含同步数字系列设备定时源模块的其它模块的无损切换。
全文摘要
一种在同步数字系列(SDH)系统中对同步数字系列定时源(SETS)功能模块(或者包含此类模块的其他模块)进行无损切换的方法包括主备模块之间互送时钟和帧定位脉冲；以互控状态信号控制主、备定时源中的二选一逻辑电路，使主备两模块的输出系统时钟和系统帧定位脉冲相位和频率完全一致；主、备模块内各自的压控振荡器跟踪相同的定时源；在主备模块内各设置一个返回式的按钮，人工触发此按钮控制备模块切换为主模块，同时去激活原先的主模块，实现切换；备模块输出时钟和帧定位脉冲不受三态输出控制，处于常输出状态；将主备模块切换时刻选择为数据帧头范围，使帧定位脉冲不中断；线路接口模块对于主备定时源功能模块送来的时钟在经过二选一逻辑电路后进行平滑处理。
文档编号H04L29/00GK1555168SQ20031012178
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月24日 优先权日2003年12月24日
发明者陈永洲, 龙熙平 申请人:烽火通信科技股份有限公司