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2.1.1接口方面
(1)电接口方面
接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。
SDH体制对网络节点接口NNI作了统一的规范。
规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。
于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连,也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备,体现了横向兼容性。
SDH体制有一套标准的信息结构等级,即有一套标准的速率等级。
基本的信号传输结构等级是同步传输模块--STM-1,相应的速率是155Mbit/s,高等级的数字信号系列,例如622Mbit/s(STM-4)、2.5Gbit/s(STM-16)等,可通过将低速率等级的信息模块,例如STM-1,通过字节间插同步复接而成,复接的个数是4的倍数,例如STM-4=4×
STM-1,STM-16=4×
STM-4。
(2)光接口方面
线路接口(这里指光口)采用世界性统一标准规范。
SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码,不再进行冗余码的插入。
扰码的标准是世界统一的,这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。
扰码的目的是抑制线路码中的长连0和长连1,便于从线路信号中提取时钟信号。
2.1.2复用方式
由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的,这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的,也就是说是可预见的,这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s(STM-16)中直接分/插出低速SDH信号,例如155Mbit/s(STM-1)这样就简化了信号的复接和分接,使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。
另外由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构,可将PDH低速支路信号,例如2Mbit/s复用进SDH信号的帧中去(STM-N),这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的,于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号,于是节省了大量的复接/分接设备(背靠背设备),增加了可靠性,减少了信号损伤、设备成本功耗、复杂性等,使业务的上下更加简便。
SDH的这种复用方式使数字交叉连接DXC功能更易于实现,使网络具有了很强的自愈功能,便于用户按需动态组网,实时灵活的业务调配。
2.1.3运行维护方面
SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护OAM功能的开销字节,使网络的监控功能大大加强,也就是说维护的自动化程度大大加强。
SDH信号丰富的开销占用整个帧所有比特的1/20,大大加强了OAM功能,这样就使系统的维护费用大大降低。
2.1.4兼容性
SDH有很强的兼容性。
这也就意味着当组建SDH传输网时,原有的PDH传输网不会作废,两种传输网可以共同存在,也就是说可以用SDH网传送PDH业务。
另外异步转移模式的信号ATM等其他体制的信号也可用SDH网来传输。
2.2SDH网络的常见网元
SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的,通过不同的网元完成SDH网的传送功能:
上/下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等,下面我们讲述SDH网中常见网元的特点和基本功能。
(1)TM终端复用器
终端复用器用在网络的终端站点上,例如一条链的两个端点,它是一个双端口器件。
它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM-N中,或从STM-N的信号中分出低速支路信号。
(2)ADM分/插复用器
分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处,例如链的中间结点或环上结点,它是一个三端口的器件。
ADM的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去,或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。
另外还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接。
(3)REG再生中继器
光传输网的再生中继器有两种。
一种是纯光的再生中继器,主要进行光功率放大,以延长光传输距离,另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器,主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换,以达到不积累线路噪声,保证线路上传送信号波形的完好性。
再生中继器REG是双端口器件只有两个线路端口W、E。
(4)DXC数字交叉连接设备
数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能,它是一个多端口器件,相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。
DXC可将输入的m路信号交叉连接到输出的n路信号上,通常用DXCm/n来表示一个DXC的类型和性能,注m≥n,m表示可接入DXC的最高速率等级,n表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速率级别,m越大表示DXC的承载容量越大,n越小表示DXC的交叉灵活性越大。
2.3映射、定位和复用的概念
将低速PDH支路信号复用成STM-N信号过程中需要经历了3种不同步骤:
映射、定位、复用。
(1)映射:
映射(Mapping)是一种在SDH网络边界处(例如SDH/PDH边界处),将支路信号适配进虚容器的过程。
例如,将各种速率(140M、34M、2M和45Mbit/s)PDH支路信号先经过码速调整,分别装入到各自相应的标准容器C中,再加上相应的通道开销,形成各自相应的虚容器VC的过程,称为映射。
为了适应各种不同的网络应用情况,有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种映射模式。
(2)定位:
定位(Alignment)是一种当支路单元或管理单元适配到它的支持层帧结构时,将帧偏移量收进支路单元或管理单元的过程。
它依靠TU-PTR或AU-PTR功能来实现。
定位校准总是伴随指针调整事件同步进行的。
(3)复用:
复用(Multiplex)是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层(例如TU-12(×
3)→TUG-2(×
7)→TUG-3(×
3)→VC-4),或把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程(例如AU-4(×
1)→AUG(×
N)→STM-N)。
复用的基本方法是将低阶信号按字节间插后再加上一些塞入比特和规定的开销形成高阶信号,这就是SDH的复用。
2.4SDH的开销
开销是开销字节或比特的统称,是指STM-N帧结构中除了承载业务信息(净荷)以外的其他字节。
开销用于支持传输网的运行、管理和维护(OAM)。
2.4.1段开销字节
STM-N帧的段开销位于帧结构的(1~9)行×
(1~9N)列(其中第4行为AU-PTR除外)。
我们以STM-1信号为例来讲述段开销各字节的用途。
对于STM-1信号,段开销包括位于帧中的(1~3)行×
(1~9)列的RSOH再生段开销和位于(5~9)行×
(1~9)列的MSOH复用段开销。
如图1所示再生段开销和复用段开销在STM-1帧中的位置,它们的区别是什么呢?
区别在于监控的范围不同,RSOH是对应一个大的范围—STM-N,即对每个再生段实行监管;
MSOH是对应这个大的范围中的一个小的范围—STM-1,对每个复用段实行监管。
图1STM-1段开销字节安排
(1)定帧字节A1和A2:
定帧字节的作用是识别帧的起始点,以便接收端能与发送端保持帧同步。
A1、A2字节就能起到定帧的作用,通过它,收端可从信息流中定位、分离出STM-N帧。
(2)再生段踪迹字节:
J0字节被用来重复地发送段接入点标识符,以便使接收端能据此确认与指定的发送端处于持续连接状态。
(3)数据通信通路(DCC)字节:
D1~D12用于OAM功能的数据信息——下发的命令、查询上来的告警性能数据等。
其中,D1~D3字节是再生段数据通路(DCCR),用于再生段终端间传送OAM信息;
D4~D12字节是复用段数据通路(DCCM),用于在复用段终端间传送OAM信息。
(4)公务联络字节:
E1和E2可分别提供一个64kbit/s的公务联络语声通道,语音信息放于这两个字节中传输。
(5)使用者通路字节:
F1提供速率为64kbit/s数据/语音通路,保留给使用者(通常指网络提供者)用于特定维护目的的公务联络。
(6)比特间插奇偶校验8位码BIP-8:
B1字节就是用于再生段层误码监测的(B1位于再生段开销中第2行第1列)。
(7)比特间插奇偶校验N×
24位的(BIP-N×
24)字节:
检测的是复用段层的误码情况。
(8)复用段远端误码块指示(B2-FEBBE)字节:
M1字节是个对告信息,由接收端回送给发送端。
M1字节用来传送接收端由B2所检出的误块数,以便发送端据此了解接收端的收信误码情况。
(9)自动保护倒换(APS)通路字节:
K1、K2(b1-b5)用作传送自动保护倒换(APS)信息,用于支持设备能在故障时进行自动切换,使网络业务得以自动恢复(自愈),它专门用于复用段自动保护倒换。
(10)复用段远端失效指示(MS-RDI)字节:
K2(b6~b8)这3个比特用于表示复用段远端告警的反馈信息,由收端(信宿)回送给发端(信源)的反馈信息,它表示收信端检测到接收方向的故障或正收到复用段告警指示信号。
也就是说当收端收信劣化,这时回送给发端MS-RDI告警信号,以使发端知道收端的状况。
若收到的K2的b6~b8为110码,则表示对端检测到缺陷的告警(MS-RDI);
若收到的K2的b6~b8为111,则表示本端收到告警指示信号(MS-AIS),此时要向对端发MS-RDI信号,即在发往对端的信号帧STM-N的K2的b6~b8置入110值。
(11)同步状态字节:
S1(b5~b8)表示ITU-T的不同时钟质量级别,使设备能据此判定接收的时钟信号的质量,以此决定是否切换时钟源,即切换到较高质量的时钟源上。
(12)与传输媒质有关的字节:
△字节专用于具体传输媒质的特殊功能,例如用单根光纤做双向传输时,可用此字节来实现辨明信号方向的功能。
(13)国内保留使用的字节:
×
用途待由将来的国际标准确定。
2.4.2高阶通道开销:
HP-POH
高阶通道开销的位置在VC-4帧中的第一列,共9个字节。
(1)通道踪迹字节J1:
AU-PTR指针指的是VC-4的起点在AU-4中的具体位置,即VC-4的首字节的位置,以使收信端能据此AU-PTR的值,准确地在AU-4中分离出VC-4。
J1正是VC-4的首字节,那AU-PTR所指向的正是J1字节的位置。
(2)高阶通道误码监视字节(BIP-8):
B3利用BIP-8原理,B3字节负责监测VC-4在传输中的误码性能,监测机理与B1、B2相类似,只不过B3是对VC-4帧进行BIP-8校验。
(3)信号标记字节:
C2用来指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质。
(4)通道状态字节:
G1用来将通道终端状态和性能情况回送给VC-4通道源设备,从而允许在通道的任一端或通道中任一点对整个双向通道的状态和性能进行监视。
F2、F3这两个字节提供通道单元间的公务通信(与净负荷有关),目前很少使用。
(6)TU位置指示字节:
H4指示有效负荷的复帧类别和净负荷的位置。
(7)自动保护倒换通道:
K3字节的b1~b4用于传送高阶通道保护倒换指令。
(8)网络运营者字节:
N1用于高阶通道的串联连接监视(TCM)功能。
2.4.3低阶通道开销:
LP-POH
低阶通道开销这里指的是VC-12中的通道开销,它监控的是VC-12通道级别的传输性能。
(1)通道状态和信号标记字节:
V5具有误码检测、信号标记和VC-12通道状态显示等功能。
(2)VC-12通道踪迹字节:
J2的作用类似于J0、J1,它被用来重复发送内容——由收发两端商定的低阶通道接入点标识符,使接收端能据此确认与发送端在此通道上处于持续连接状态。
(3)网络运营者字节:
N2用于低阶通道的串联连接监视(TCM)功能。
(4)自动保护倒换通道K4:
b1~b4比特用于通道保护,b5~b7比特是增强型低阶通道远端缺陷指示,而b8比特为备用。
2.4.4SDH的指针
指针的作用就是定位,通过定位使收端能准确地从STM-N码流中拆离出相应的VC,进而通过拆VC、C的包封分离出PDH低速信号,即能实现从STM-N信号中直接分支出低速支路信号的功能。
(1)管理单元指针(AU-PTR):
AU-PTR的位置在STM-1帧的第4行1~9列共9个字节,用以指示VC-4的首字节J1在AU-4净负荷的具体位置,以便接收端能据此准确分离VC-4。
当VC-4的速率(帧频)于AU-4的速率(帧频)不同步时,需要进行指针调整。
(2)支路单元指针(TU-PTR):
TU-12指针用以指示VC-12的首字节(V5)在TU-12净负荷中的具体位置,以便接收端能准确分离出VC-12。
2.4.5SDH设备的逻辑功能块
现以一个TM设备的典型功能块组成,来讲述各个基本功能块的作用。
图2SDH设备的逻辑功能构成
图中出现的功能块名称说明如下:
SPI:
SDH物理接口TTF:
传送终端功能
RST:
再生段终端HOI:
高阶接口
MST:
复用段终端LOI:
低阶接口
MSP:
复用段保护HOA:
高阶组装器
MSA:
复用段适配HPC:
高阶通道连接
PPI:
PDH物理接口OHA:
开销接入功能
LPA:
低阶通道适配SEMF:
同步设备管理功能
LPT:
低阶通道终端MCF:
消息通信功能
LPC:
低阶通道连接SETS:
同步设备时钟源
HPA:
高阶通道适配SETPI:
同步设备定时物理接口
HPT:
高阶通道终端
3.关键技术
3.1通用成帧规程(GFP)
GFP(GenericFramingProcedure,通用成帧规程)是一种新型的数据链路成帧协议,主要针对基于位同步传输信道的块状编码或面向分组的数据流。
一方面,GFP采用灵活的帧封装以支持固定或可变长度的数据,GFP能对可变长度的用户PDU(ProtocolDataUnit,协议数据单元)进行全封装,免去对数据的拆分、重组及对帧的填充,简化了系统的操作,提高了系统的处理速度和稳定度;
另一方面,GFP不像HDLC以特定字符填充帧头来确定帧边界,GFP使用以HEC(HeadErrorCheck,帧头错误检验)为基础的自描述技术,通过两字节当前帧的净负荷长度和两字节的帧头错误检验来确定帧的边界,因此克服了靠帧标志定位带来的种种缺点,进一步加快了处理速度,适应下一代SDH高速的要求。
在SDH上传输数据包一般采用PoS(packet-over-SDH)协议,原有以点对点协议(PPP)为基础的PoS技术已不符合应用要求,因为PoS仅把数据包或帧用PPP、帧中继(FR)或高级数据链路控制(HDLC)协议封装,再映射到SDH中。
PoS不能区别不同的数据包流,因此也不能对每个流的流量工程、保护和带宽进行管理,不能提供许多用户需要的1Mbit/s-10Mbit/s以太网带宽颗粒,它实际上是靠高层的路由器等设备来实现流量工程和业务生成功能。
3.2虚级联(VC)技术
级联可以分为相邻级联和虚级联(VirtualConcatenation,VC),相邻级联是在同一个STM-N中,利用相邻的VC-4级联成为VC-4-Xc,成为一个整体结构进行传输;
而虚级联是将分布在不同STM-N中的VC-4/VC-3等(可能同一路由,也可能不同路由)按级联的方法,形成一个虚拟的大结构VC-4-Xv/VC-3-Xv进行传输,也就是把几个小的信道按数据传输所需带宽的要求合成一个大的信道来传输用户数据,待各个VC-n的数据到达目的终端后,再按原定的级联关系重新组合。
因而具有很强的灵活性,能克服相邻级联由带宽分段带来的缺点,充分利用系统的带宽,同时由于能对带宽灵活分配,所以它使SDH能高效率地传输各种接口(速率)的信号。
SDH级联传送要求每个SDH网元都具有级联处理功能,而虚级联传送只要求终端设备具有相应功能即可,因此易于实现SDH设备使用相邻级联涉及大量设备硬件改动。
3.3链路容量调整方案(LCAS)
作为基于SDH的协议,链路容量调整方案(LCAS)也是通过定义SDH帧结构中的空闲开销字节来实现的。
对于高阶VC和低阶VC,LCAS分别利用VC4通道开销的H4字节和VCl2通道开销的K4字节。
LCAS技术是建立在VC基础上的,与VC相同的是,它们的信息都定义在同样的开销字节中;
与VC不同的是,LCAS是一个双向握手协议。
在传送净荷前,发送端和接收端通过交换控制信息,保持双方动作一致。
显然,LCAS需要定义更多开销来完成其较复杂的控制。
LCAS的最大优点是具有动态调整链路容量的功能。
作为一个双向握手协议,当某一端向对端传输数据时若增加或删除成员,对端也要在反方向重复这些动作,发给源端,其中对端的相应动作不必与源端同步。
调整分为增加或减少成员,需要调整VCG中成员的序列号,其中控制域EOS是指VCG序列号的最后一个。
下面介绍不同情况下的调整方法:
(1)带宽减少,暂时删除成员。
当VC成员失效时,VCG链路的末端节点首先检测出故障,并向首端节点发送成员失效的消息,指出失效成员;
首端节点把该成员的控制字段设置为“不可用(DNU)”,发往末端节点;
末端节点把仍能正常传送的VC重组VCG(即把失效的VC从VCG中暂时删除),此时首端节点也把失效的VC从VCG中暂时删除,仅采用正常的VC发送数据;
然后,首端节点把动作信息上报给网管系统。
(2)业务量增大,新加入成员。
当VC成员恢复时,VCG链路的末端节点首先检测出失效VC已恢复,向首端节点发送成员恢复消息;
首端节点把该成员的控制字段设置为“正常(NORM)”,并发往末端节点;
首端节点把恢复正常的VC重新纳入VCG,末端节点也把恢复正常的VC纳入VCG;
最后,首端节点把动作信息上报给网管系统。
如前所述,LCAS是对VC技术的有效补充,可根据业务流量模式提供动态灵活的带宽分配和保护机制。
按需带宽分配(BOD)业务是未来智能光网络的杀手级应用,LCAS实现VC带宽动态调整,为实现端到端的带宽智能化分配提供了有效的手段。
在突发性数据业务增多的应用环境下,VC和LCAS是衡量带宽是否有效利用的重要指标。
因此,LCAS使虚级联的使用更加灵活,使SDH能高效、灵活、迅速地分配带宽,提高带宽的利用率,实现各种数据在SDH上高效、高速、可靠的传输。
4.网络生存性
为了提高业务传送的可靠性,SDH传送网提供了一整套保护和恢复策略。
保护和恢复概念的区别在于:
保护只能利用传送节点间预先安排的容量,一定的备用容量为一定的主用容量所用,备用资源无法在网络大范围内共享。
恢复则可以利用节点间的任何可用容量,当主用通道失效时,网络可以利用算法为业务重新选择路由。
近几年来,一种自愈网(Self-healingnetwork)的概念应运而生,SDH网络在全程范围内实现了网络自愈的功能,所谓自愈网是指当网络发生故障时,无需人为干预,网络就能在极短的时间内(ITU-T规定在50ms以内),从失效故障中自动恢复所携带的业务,使用户感觉不到网络除了故障。
自愈网的分类方式分为多种,按照网络拓扑的方式可以分为:
4.1链形网络业务保护方式
(1)1+1通道保护:
通道1+1保护是以通道为基础的,倒换与否按分出的每一通道信号质量的优劣而定。
通道1+1保护使用并发优收原则。
插入时,通道业务信号同时馈入工作通路和保护通路;
分出时,同时收到工作通路和保护通路两个通道信号,按其信号的优劣来选择一路作为分路信号.通常利用简单的通道PATH-AIS信号作为倒换依据,而不需APS协议,倒换时间不超过10ms。
(2)1+1复用段保护:
复用段保护是以复用段为基础的,倒换与否按每两站间的复用段信号质量的优劣而定。
当复用段出故障时,整个站间的业务信号都转到保护通路,从而达到保护的目的.复用段1+1保护方式中,业务信号发送时同时跨接在工作通路和保护通路。
正常时工作通路接收业务信号,当系统检测到LOS、LOF、MS-AIS以及误码>10E-3告警时,则切换到保护通路接收业务信号。
(3)1:
1复用段保护:
复用段1:
1保护与复用段1+1保护不同,业务信号并不总是同时跨接在工作通路和保护通路上的,所以还可以在保护通路上开通低优先级的额外业务。
当工作通路发生故障时,保护通路将丢掉额外业务,根据APS协议,通过跨接和切换的操作,完成业务信号的保护。
4.2环形网络业务保护方式
环形网保护分为通道环保护和复用段环保护。
表1通道环与复用段环的区别
项目
通道保护环
复用段倒换环
保护单元
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