毕业设计-SDH传输网的应用规划与网络设计.doc

四川理工学院毕业设计（论文）SDH传输网的应用规划与网络设计学 生：学 号：05021030101专 业：通信工程班 级：2005.1指导教师：二九年六月- 1 -摘 要本文介绍同步数字体系（SDH Synchronous Digital Hierarchy）与多业务传送平台 (Multi Service Transport Platform，MSTP)的相应技术。针对X市本地光纤传输网的现状与日益增长的数据业务需求进行SDH的设计，制定网络建设目标与要求。根据数据业务量进行路由的设置、核心节点与设备的选取以及网络的保护等的设计，实现了一种基于城域网SDH技术 的综合多业务传送平台。关键词：同步数字体系；多业务传送平台；城域光传输网AbstractThis paper introduced relevant technologies of Synchronous Digital Hierarchy (SDH) and Multi Service Transport Platform (MSTP). Aiming at the state of optical fiber transmission network in X city and increasing demand for data services, the SDH was designed and the goal and request of network construction was set up. According to the amount of data services, some designs, such as the set of routes, the selection of core nodes and the devices and the protection of network, were realized, and the multi service transport platform based on metropolitan area network (MAN) SDH technologies was achieved.Key words: Synchronous Digital Hierarchy (SDH); Multi Service Transport Platform (MSTP); Metropolitan Area Optical Network- II -四川理工学院毕业设计（论文）目录摘 要IAbstractII第一章绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的主要目的和内容1第二章SDH技术概论22.1 SDH的概念22.2 SDH的主要特点22.3 SDH的网络节点接口、速率和帧结构32.3.1 网络节点接口32.3.2 同步数字体系的速率42.3.3 帧结构52.4 SDH中的基本复用、映射结构62.4.1 SDH复用结构和步骤62.4.2 复用单元82.4.3关于通道、复用段和再生段的说明92.5 SDH传输网设备102.6 SDH传送网122.6.1 SDH网络拓扑结构122.6.2 我国的SDH网络结构122.7 网络安全132.7.1 网络保护132.7.2 网络同步142.8 SDH的应用15第三章MSTP在城域网中的应用163.1 MSTP技术的定义163.2 MSTP的特点173.3 MSTP的结构183.4 基于MSTP的宽带城域网中业务193.5 MSTP在城域传输网中的应用与发展20第四章X市城域光网络组网方案224.1 背景224.2 网络建设目标和指导234.3 业务需求244.4 核心节点的选取254.5 网络路由设定264.6 技术和设备的选择264.7 组网建设284.7.1 核心层建设初步设定路由284.7.2 优化核心节点和路由设置，建设和完善接入层294.8 接入层建设304.9网络保护314.10 小结31结束语32致 谢33参考文献34附录135附录236四川理工学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 课题研究的背景SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1(DS1)E1载波系统(1.5442.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网) 和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH就是在这种背景下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入瓶颈的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益1。1.2 课题研究的主要目的和内容 本文研究的主要目的是对基于SDH的多业务平台在城域光传输网络中的应用与发展。主要介绍了SDH的概念、结构、传输设备和网络应用以及对基于SDH的MSTP平台，最后以X市本地SDH传输网络设计规划为实际例子简单介绍了其在实际中的应用与发展。- 35 -第二章 SDH技术概论2.1 SDH的概念SDH全称叫做同步数字传输体制，是一种传输的体制（协议），就像PDH准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展。当前世界各国大力发展的信息高速公路，其中一个重点就是组建大容量的光纤传输网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，就好比一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路。同时用户希望传输网能有世界范围的接口标准，能实现我们这个地球村中的每一个用户随时随地便捷地通信。目前传统的PDH传输网，由于其复用方式不能满足信号大容量传输要求，而且PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，由此看出在通信网向大容量、标准化发展的今天，PDH的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展3。2.2 SDH的主要特点 1. 统一的网络节点接口不同的网络节点接口（NNI），具有不同的功能，其中简单节点仅具有复用功能，而复杂节点还具有终结、交叉连接、复用和交换等功能。所谓网络节点接口是指传输设备和网络节点的接口，为了使含PDH支路信息的SDH网元之间能互通，因而有必要就其各网络节点接口上，对信号的速率等级、帧结构、复接方式、线路接口、监控管理等都进行统一的规范，以此使SDH实现多厂家环境下的操作，体现出其具有横向兼容性。2. 全面的兼容能力虽然，北美、日本和欧洲现存在相互独立的三大数字系列，但就以1.544Mbit/s和2.048Mbit/s为基群的各大系列数字信号均可以装入相应的“容器”，然后被复接到155.520Mbit/sSDH的STM-1信息帧结构中的净负荷区内，从而顺利完成由PDH向SDH的过渡，使其具有后向兼容性，同时155.520Mbit/s和622.080Mbit/s信号又和异步转移模式（ATM）的用户环路信元的速率相一致，使其具有宽带业务的支撑能力，即具有前向兼容性。3. 灵活的上、下话路技术和动态组网技术由于SDH的帧结构采用矩形块状结构，使低速的支路在帧中有规律地、均匀地分布，这样利用软件控制从高速信号中一次直接分插出低速信号，而又不影响其他支路信号，同时也简化了操作，避免对高速复用信号进行解复用的过程，省去了一系列背靠背的复用设备，使上下电路快速、准确地实现。SDH同步和灵活的复用方式也大大地简化了数字交叉连接（DXC）功能的实现过程。DXC的引入增强了网络的自愈功能2。可以根据用户的需求进行动态组网，便于新业务的引入。4. 充分的开销比特在SDH帧结构中，拥有丰富的开销比特，可以用来传输大量的网管信息，使得网络的操作管理与维护能力大大加强。此外，由于SDH中的DXC和ADM等是一类智能化网元，它通过在SDH中的控制通路中嵌入控制字，可以将部分网络管理能力分配到网元，以实现分布式管理，便于新特性和新功能的开发。5. 网络同步当各网络单元工作在高精度基准时钟时，可以减少调整频率，同时改善网络性能，因而在SDH网络中，采用主同步方式，即使用一系列分级时钟，使每一级时钟都与其上一级时钟保持同步，这样网络中各节点都保持与高精度、高稳定性的主时钟同步，使各网络节点接口上的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围之内，以便使网络内各交换节点上的全部数字流能实现正确有效的交换。2.3 SDH的网络节点接口、速率和帧结构2.3.1 网络节点接口从基本原理上看，一个庞大的传输网是由两种基本设备构成的，即传输设备和网络节点。传输设备可以是光缆线路系统，也可以是微波接力系统。网络节点则有多种，例如64kbit/s电路节点、宽带节点等。简单节点只有复用功能，复杂节点则包含网络节点的全部功能，即终结、交叉连接、复用和交换功能。网络节点接口（NNI）从概念上讲是网络节点之间的接口，从具体实现上看就是传输设备和网络节点之间的接口。如果能规范一个唯一的标准NNI，它不受限于特定的传输媒质，也不局限于特定的网络节点，而能结合所有上述这些不同的传输设备和网络节点，构成唯一统一的传输、复用、交叉连接和交换接口，则这个NNI对将来网络的演变和发展将具有很强的适应性和灵活性，并可能最终构成一个统一的电信网络基础设施。NNI在网络中的可能位置可以用图2.1来表示。 TR:支路信号 Line:线路系统 DXC：数字交叉连接设备SM:同步复用器 Radio:无线系统 EA：外部接入设备图2.1 NNI在网络中的位置当然，要想规范一个统一的NNI需要进行大量的工作，其中首先要统一的就是接口速率等级和帧结构安排3。2.3.2 同步数字体系的速率同步数字体系信号的最基本的、最重要的模块信号就是STM-1，其速率为155.520Mbit/s，相应的光接口线路信号只是STM-1信号经过扰码后的电/光转换结果，因而速率不变。更高等级的STM-N信号可以近似看作是将基本模块信号STM-1按同步复用，经字节间插后的结果，其中N是正整数。G.707规定的SDH的等级名称为STM-N，标准分级N取1、4、16、64，但也有可选级，N取0、8、12、128、256。对于标准分级的比特率，其后级与前级均是4的整倍数的关系，因为SDH采用的是同步复用，在低次群合成高次群时无需插入比特，这一点是与PDH不同的。ITU-T建议G.707规定了一种矩型块状的STM-N帧结构，其结构如图2.2所示，由图可知，STM-N由270列和9行的字节组成。同时G.707规定，SDH的帧长（与PDH相同）为125us，即每秒传送8000帧4。为此，STM-N的复用速率应为：STM-N=2709N字节8比特8000帧/s=155.520N(Mbit/s)N=1，4，16，64图2.2 STM-N 帧结构图2.3.3 帧结构ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8位）为单位的矩形块状帧结构，如图2.2所示。从上图看出STM-N的信号是9行270N列的帧结构。此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：1，4，16，64表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。由此可知，STM-1信号的帧结构是9行270列的块状帧。由上图看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8位）从左到右，从上到下一个字节一个字节的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。ITU-T规定对于任何的STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125s。E1 PDH信号的帧频也是8000帧/秒。需要注意的是，对于任何STM级别帧频都是8000帧/秒，帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。而PDH中的8.448Mbit/s信号速率2.048Mbit/s信号速率的4倍。SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。1. 段开销段开销是为了保证信息净负荷正常灵活传送所附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。2.管理单元指针 AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节（起始字节）在STM-N帧内准确位置的指示符，以便信号的接收端能根据这个指针值所指示的位置找到信息净负荷。管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9N列，共9N个字节。3.信息净负荷信息净负荷由STM-N帧传送的各种业务信号组成。为了实时监测低速业务信号在传输过程中是否出错，在装载低速信号的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。POH作为信息净负荷的一部分与业务信号一起装载在STM-N帧中，在SDH网中传送。它负责对低速信号进行通道性能监视、管理和控制5。2.4 SDH中的基本复用、映射结构2.4.1 SDH复用结构和步骤SDH的复用包括两种情况：一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号（如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。第一种情况复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，利用的个数是四合一，即4STM-1STM-4，4STM-4STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，SOH并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去。传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种6。1. 比特塞入法又叫做码速调整法这种方法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是PDH的复用方式。2. 固定位置映射法这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125 us （8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷,比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号；固定位置映射法引入的信号时延过大。SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如：将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤，这就要求SDH需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125 us缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。ITU-T规定了一整套完整的复用结构（也就是复用路线），通过这些路线可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。ITU-T规定的复用路线如图2.3。图2.3 G.709复用映射结构从图2.3中可以看到此复用结构包括了一些基本的复用单元:C（容器）、VC（虚容器）、TU（支路单元）、TUG（支路单元组）、AU（管理单元）、AUG（管理单元组），这些复用单元的下标表示与此复用单元相应的信号级别。在图中从一个有效负荷到STM-N的复用路线不是唯一的，有多条路线（也就是说有多种复用方法）。例如：2Mbit/s的信号有两条复用路线，也就是说可用两种方法复用成STM-N信号。尽管一种信号复用成SDH的STM-N信号的路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化，我国的光同步传输网技术体制规定了2Mbit/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用路线，其结构见图2.4所示图2.4 我国的SDH复用映射结构2.4.2 复用单元基本的复用原则是将多个低阶通道信号适配进高阶通道，并将1个或多个高阶通道层信号适配时线路复用层进行传输。在复用过程中所用的复用单元有：n阶容器（C-n）、n阶虚容器（VC-n）、n阶支路单元（TU-n）和支路单元组（TUG-n），以及n阶管单元（AU-n）和管理单元组（AUG-n），n的数值大小表明阶位的高低。SDH的复用结构是由一系列的基本复用单元组成，而复用单元实际上是一种信息结构，不同的复用单元，其信息结构不同，因而在复用过程中所起的功能各不相同。常用的复用单元有容器（C）、虚容器（VC）、管理单元（AU）、支路单元（TU）等。1. 容器C所谓容器实际上是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，主要完成PDH信号与VC之间的适配功能（如码速调整等）。2.虚容器VCVC是用来支持SDH通道层连接的信息结构，它是由标准容器C的信号再加上用以对信号进行维护与管理的通道开销（POH）构成的。3.支路单元TU支路单元TU是为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的一种信息结构，它是由一个低阶VC和指示其在高阶VC中初始字节的支路单元指针（TU-PTR）组成。可见低阶VC可以在高阶VC中浮动，并且由一个或多个在高阶VC净负荷中占有固定位置的TU组成一个支路单元组（TUG）。4.管理单元AU管理单元AU是在高阶通道层与复用段层之间提供适配的一种信息结构。它是由高阶VC的指示高阶VC在STM-N中的起始字节位置的管理单元指针（AU-PTR）构成，同样高阶VC在STM-N中的位置也是浮动的，但AU指针在STM-N帧结构中的位置是固定的。一个或多个在STM帧中占有固定位置的AU组成一个管理单元组（AUG）。5.同步传送模块STM。在N个AUG的基础上，加上起到运行、维护和管理作用的段开销，便形成了STM-N信号，由前面的分析可知，不同的STM-N，其信息等级不同，一般N=1，4，16，64，与此对应，可以存在STM-1，STM-4，STM-16和STM-64若干等级的同步传送模块3。2.4.3关于通道、复用段和再生段的说明SDH传输系统中，通道、复用段、再生段间的关系如图2.5所示。图中，PT指通道终端，是虚容器的组合分解点，完成对净负荷的复用和解复用，并完成对通道开销的处理。MST指复用终端，完成复用段的功能，其中如产生和终结复用段开销（MSOH）。相应的设备有：光缆线路终端、高阶复用器、宽带交叉连接器等。RST指再生段终端，它的功能块在构成SDH帧结构过程中产生再生段开销RSOH，在相反方向则终结再生段开销RSOH.图中还可以看出，通道、复用段、再生段的定义与分界。 图2.5 SDH传输系统中通道、复用段、再生段间的关系为了便于理解，将上述关于通道、复用段、再生段的划分与相应的设备联系起来，其示意如图2.6所示。图2.6 SDH传输系统与通道、复用段、再生段间的对应关系2.5 SDH传输网设备SDH是由一些基本网络单元（NE）组成，在光纤上可以进行同步信息传输、复用、分/插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口（NNI），从面简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程；有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64）。帧结构为页面工，具有丰富的用于维护管理的比特，所有网络单元都有统一的标准光接口8。还有一套特殊灵活的复用结构和指针调整技术，现存准同步数字体系，同步数字体系和B-ISDN等信号都能进入其帧结构，因而有着广泛的适应性，还大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和特性的增加比较方便，适用于将来的不断发展。SDH的基本网络单元有终端复用设备（TM）、分/插复用设备（ADM）、再生中继设备（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）等等。下面以STM-1等级为例，说明各网络单元的主要功能。终端复用设备的主要任务是将低速支路电信号和155Mbit/s电信号纳入STM-1帧结构，并经过电/光转换为STM-1光线路信号，其逆过程正好相反。如图2.7所示。图2.7终端复用设备功能图2.8数字交叉连接设备功能同步数字交叉连接设备具有多个准同步数字体系或同步数字体系信号端口，可以任意信号端口进行VC（Virtual Container）级的可控连接和再连接。其功能如图2.8所示。分/插复用设备将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活分/插任意支路信号的能力，在网络设计上有很大灵活性。其功能如图2.9所示。图2.9分/插复用设备功能而再生中继器设备的主要任务是将接收到的幅度衰减、波形失真的信号进行再生整形和放大，还原出发端一模一样的信号。其功能如图2.10所示。图2.10再生中继设备功能2.6 SDH传送网2.6.1 SDH网络拓扑结构任何复杂的SDH网络都是由SDH网元设备通过光缆互连而成。网元设备和光缆的几何排列就构成了网络的拓扑结构。不考虑网元设备的具体功能，网络有效性（信道利用率）、可靠性、经济性与网络的拓扑结构有很大关系，基本拓扑结构共有五种，总线拓扑结构、星型拓扑结构、树型拓扑结构、环型网络拓扑结构和网型拓扑结构，任何复杂的网络都是这五种基本拓扑结构的组合。2.6.2 我国的SDH网络结构我国的同步网采用分级的主从同步方式，即同步网中的时钟依据其在网络中的位置和重要性被分为四个等级，其中基准时钟为第一级时钟，其他三级依次为转接局、本地局和设备从时钟。每一级从时钟需要和上一级或同级时钟保持同步。目前我国分别在北京和武汉建立两个基准时钟，这样可将全国分为两大同步区，各同步区中的各个网络节点通过同步分配网的同步链路与各自的基准时钟保持同步，同时武汉的基准时钟以随时跟踪北京的基准时钟信号，使两大同步区彼此同步，并互为备用，从而确保网络的正常工作16。2.7 网络安全2.7.1 网络保护SDH网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，使整个传输网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。SDH网络主要依靠保护（Protection）和恢复（Restoration）这两种互不相同的作用机制，保证通信业务在故障情况下可以得到保持。保护通常是指一个较快的转换过程，其转换的执行是由倒换开关的部件自动确定的。保护作用后，占用了在各网络节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道也具有预先确定的路由9。现在SDH的自愈保护机制有如下4类：1.路径保护当工作路径失效或者性能劣于某一必要的水平时，工作路径将由保护路径所代替。它主要用来保护传输媒介和再生中继器以及终端（TM）和分插复用设备（ADM）的线路终端接口（例如光/电与电/光转换部分），而不保护终端TM或ADM节点的故障。2.子网连接保护当工作子网连接（或网络连接）失效或者性能劣于某一必要水平时，工作子网（或网络连接）将由保护子网连接（或网络连接）代替。子网连接保护可以看作是一种缺陷条件的检出是在服务层网络、子层或其他传送层网络，而保护倒换的激活却发生在客户层网络的保护方法。3.环间双节点互通连接保护环网间的环间互通业务可分为SNI（单节点互通连接）方式和DNI（双节点互通连接）方式，对于前者，可以采用线路保护的方式对其进行保护，但这种方式只能对光纤和光发送/接收端口进行保护，在互通节点失效的情况下无法进行保护。在后一种方式下，G.842建议对环间业务的保护方式作出了具体的规定，由于该建议规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环和通道环工作方式下的保护方式，因此采用该建议规定的保护方式，可实现不同厂家设备、不同保护方式组成的两个环网间互通业务的保护，且对光纤失效、节点失效均可进行保护14。4.共享光纤虚拟路径护设备引入逻辑子系统，采用专有的共享光纤虚拟路径保护技术，可将一根物理光纤等效为多根逻辑光纤，在一根光纤中可同时支持多种保护方式，支持上述保护方式在同一光纤上组合，保护级别可按VC-12或VC-4级别设置，实现业务分类保护和复杂网络的保护10。2.7.2 网络同步同步是SDH网络的最大特点，也是SDH网络的最大优势。所谓同步，是使网内运行的所有数字设备都工作在一个相同的平均速率上。如果数字传输不能保持同步，如两个数字网络之间不同步、或同一数字网内的设备彼此不同步、或收发之间不同步等，则会使被传输的数字信号发生混乱，根本无法达到预定通信目的。如若发送时钟快于接收时钟，接收端就会丢失一些数据，即所谓漏读滑动；如若发送时钟慢于接收时钟，接收端就会重读一些数据，即所谓重读滑动。因此为保证传输质量，不仅要使网络中的设备保持良好的同步状态，而且还应保证网络本身、网络与网络之间保持良好的同步状态3。在目前的SDH网络中节点时钟的同步有两种方式：主从同步方式和相互同步方式。1.主从同步方式主从同步方式使用一系列分级的时钟，每一级时钟都与其上一级时钟同步。在网络中最高一级的时钟称为基准主时钟或基准时钟（PRC），它是一个高精度和高稳定度的时钟，该时钟经同步分配网（即定时基准分配网）分配给下面的各级时钟。2.相互同步方式在互同步系统中，不分时钟级别，不设主时钟，所有的时钟皆采用互连方式。即每个时钟通过锁相环受所有接收定时基准信号的共同加权控制，在各时钟的相互作用下，如果网络参数选择合适，可以实现网内时钟的同步。由于高稳定、高可靠基准时钟的出现，主从同步法获得广泛应用；而互同步法因易形成扰动，实际中已经很少采用。2.8 SDH的应用 由于以上所述的SDH的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了SDH技术，架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。比如电力系统，就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。 而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。由于SDH基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。承载方式有很多种，可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用，也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于VPN等方式。在政府机关和对安全性非常注重的企业，SDH租用线路得到了广泛的应用。一般来说，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口，完全可以满足各种带宽要求。同时在价格方面，也已经为大部分单位所接受。第三章 MSTP在城域网中的应用3.1 MSTP技术的定义MSTP（Muti-Service Tansport Platform）是基于SDH的多业务传送节点的标准。MSTP作为一个综合业务接入平台，可以在一个设备上综合接入各种业务，包括ATM业务、TDM业务和以太网业务等基于SDH的MSTP的基本思想是，在传统的SDH传输平台上集成2层以太网、ATM等处理能力，将SDH对实时业务的有效承载和网络2层、甚至3层技术（如以太网、ATM、RPR、MPLS等）所有数据业务处理能力有机结合起来，以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力4。图3.1示意了基于SDH的MSTP的协议参考模型。图3.1 基于SDH的MSTP的协议参考模型我国行业标准YD/T1238-2002基于SDH的多业务传送节点技术要求对基于SDH的多业务传送节点作了这样的定义：基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等多种业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。因此，基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外，还应具有以下基本功能： 具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能； 具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能，包括点到点的透明传送功能； 具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能； 具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。MSTP可以应用于城域网的各个层次。在城域网核心层，MSTP主要完成城域网核心节点之间高速SDH、IP、ATM业务的传送、高度；在城域网汇聚层，MSTP主要完成多种类型业务从接入层到核心层的汇聚；在城域网接入层，MSTP主要负责将不同城域网用户所需的各类业务接入到城域网络中12。3.2 MSTP的特点1. 业务的带宽灵活配置，MSTP上提供的10/100/1000Mbit/s系列接口，通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求；2. 可以根据业务的需要，工作在端口组方式和VLAN方式，其中VLAN方式可以分为接入模式和干线模式：端口组方式：单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。这种方式只能应用于点对点对开的业务。换句话说，也就是任何一个用户端口和任何一个系统端口（因为只有一个方向，所以没有必要启动所有的系统端口，一个就足够了）被启用了，网线插在任何一个启用的用户端口上，那个用户口就享有了所有带宽，业务就可以开通。VLAN方式：分为接入模式和干线模式。其中的接入模式，如果不设定VLAN ID，则端口处于端口组的工作方式下，单板上全部的系统和用户端口均在一个端口组内。如果设定了VLAN ID，需要设定“端口VLAN标记”。这是因为交换芯片会为收到的数据包增加VLAN ID，然后通过系统端口走光纤发到对端同样VLAN ID的端口上7。比如某个用户口VLAN ID为2，则对应站点的用户端口的VLAN ID也应该设定为2。这种模式可以应用于多个方向的MSTP业务，这时每个方向的端口都要设置不同的VLAN ID。然后把该方向的用户端口和系统端口放置到一个虚拟网桥中（该虚拟网桥的VLAN ID必须与“端口VLAN标记”一样）。3. 可以工作在全双工、半双工和自适应模式下，具备MAC地址自学习功能；4. QoS设置：QoS实际上限制端口的发送，原理是发送端口根据业务优先级上有许多发送队列，根据QoS的配置和一定的算法完成各类优先级业务的发送。因此，当一个端口可能发送来自多个来源的业务，而且总的流量可能超过发送端口的发送带宽时，可以设置端口的QoS能力，并相应地设置各种业务的优先级配置。当QoS不作配置时，带宽平均分配，多个来源的业务尽力传输。QoS的配置就是规定各端口在共享同一带宽时的优先级及所占用带宽的额度。5. 对每个客户独立运行生成树协议。3.3 MSTP的结构以SDH为基础的多业务平台的出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术，特别是对其保护恢复能力和确保的延时性加以改造，以适应多业务应用，支持第2层或第3层的数据传输。基本思想是将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙，而SDH设备与第2层和第3层乃至第4层分组设备在物理上集成为一个实体。结果是减少了机架数、机房占地、功耗及架间互联，简化了电路指配，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了运营维护和培训成本，还可以提供储如VPN或视频广播等新的增值业务。特别是集成了IP选路、以太网、帧中继或ATM后，可以通过统计复用来提高TDM通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数，使现有SDH基础设施最佳化。最后，SDH多业务节点还可以方便地完成协议终结和转换功能，使运营者可以在网络边缘提供多种不同业务，并同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议12。MSTP除具有所有标准SDH传送节点所具有的功能模块外，一般还包括ATM处理模块、以太网处理模块。基于SDH的多业务传送节点是目前应用最多的产品。为了适应城域网多业务的需求，SDH从单纯支持2Mbit/s、155Mbit/s等话音业务接口向包括以太网和ATM等多业务接口的演进，将多种不同业务通过VC或VC级联方式映射入SDH时隙进行处理。SDH多业务节点将传送与各种业务节点融合在一起，各厂商只是融合程度不同。SDH多业务传送节点是将2层和3层的功能作为SDH附加功能来支持完成，如图3.2所示。其对2层或ATM层处理都是与SDH处理相分离的，但都可以映射到SDH的VC时隙进行重组或交叉到群路接口。从功能上看，MSTP除了具有SDH功能外，还具有2层MAC层功能和ATM功能。图3.2 基于SDH的多业务模块以太网业务是一个非常重要的业务，在局域网和城域网应用十分广泛。MSTP 2层交换功能是指在1个或多个用户侧以太网物理接口与1个或多个独立的系统侧的VC通道之间，可以实现基于以太网链路层的数据包的交换。MSTP对2层的处理多数是通过分享的模块来实现的，以太网业务（如FE/GE）和TDM业务(2Mbit/s)被分别送至两个不同处理模块来处理，两个模块通过VC-n的总线相连接。MSTP对以太网透明传输减少了POS端口应用，路由器/以太网交换直接采用GE/FE接口进行传输，节约设备成本。而对2层交换功能的支持则实现了以太环上共享带宽，环上所有节点的以太网处理板卡通过SDH通道组成形，共享以太网环带宽，带宽利用率大提高。另外仅需要在每个以太网处理板上进行左右两个方向的以太网映射，而不需要基于每个以太网业务端口进行映射，大大降低了网络造价。在一个区域内支持VLAN的应用，更有利于客户应用。3.4 基于MSTP的宽带城域网中业务最初MSTP设计初衷是包罗万象，能够在城域网的接入层和汇聚层面接入和替代部分数据设备和其他业务设备。可是随着网络的不断发展，MSTP的定位更加清晰，MSTP利用自身SDH成熟平台的优势和同数据网结合紧密的优势，发挥了自身在城域网中的作用。 MSTP在城域网最直接的业务就是大客户专线，经过DDN、帧中继和2M专线多年的发展，客户在对专线的认同度不断提高，政府、金融、企业、小区、教育网等用户都表现了对专线业务的需求。但随着大客户内部网络的改造和升级，专线业务量不断增大，特别是DDN网络容量已经很难满足企业专线带宽的要求。而帧中继专线也因为用户端设备的IP化导致效率降低，大量的客户从租用DDN、帧中继向自购终端路由器租用E1电路方式转化，同时由于E1业务容量上的受限、终端路由器的投资和维护等等原因，在这种转化的过程中有一定量的用户提出直接租用以太网业务的需求。目前各运营商的具有MPLS功能的数据网可以开展VPN，MSTP网络也可以利用以太网功能开展大客户以太网专线，但从大客户对VPN的QOS、安全、可管理角度来看，由于认识不同大致可以分为政府、金融、企业以及小区和教育网两类。前一类由于对DDN和E1时代专线的信任和对业务要求高等原因，对MSTP网络开展以太网大客户专线更加信任；而后一类则因为成本原因会选择IP数据网提供的VPN，大客户业务发生了分流，MSTP为运营商留住了最能带来利益的一部分大客户专线业务11。 MSTP技术不断发展，随着L2、MPLS、RPR等技术的融入已经具备了对数据网络的承载能力。同时，IP数据网络仍面临安全、OAM(网络管理)、资源管理、网络扩展性等一系列问题的困扰，虽然自身技术上也在不断完善，但从现网来看IP技术几年内还很难改变在非重要的internet浏览、下载等业务的定位。令运营者感到急迫的是随着LAN接入和ADSL接入的发展，数据网用户在不断增长，随着内容服务的增加，数据接入的ARPU值也能够保持在高于PSTN的水平，并且开展的业务类型不断增多，包括了会议电视、视频电话等新多媒体业务。随着这种变化的不断增加，对网络的要求已经提升到一定的高度，现有IP承载网络和技术本身对NGN网络也无法达到完全支持，网络和需求发生了严重的矛盾。这样的矛盾不断加深的结果必然导致IP网络必须在12年内通过完善传送网进行平台承载的现象，而MSTP是近几年内解决此矛盾最好的办法，也是唯一完善的办法13。3.5 MSTP在城域传输网中的应用与发展 MSTP技术在现有城域传输网络中备受关注，得到了规模应用，并且即将作为业界的一项行业标准而发布。它的技术优势与其他技术相比在于：解决了SDH技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了ATM/IP 对于TDM业务承载效率低、成本高的问题；解决了IP QoS不高的问题；解决了RPR技术组网限制问题，实现双重保护，提高业务安全系数；增强数据业务的网络概念，提高网络监测、维护能力；降低业务选型风险；实现降低投资、统一建网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务15。MSTP使传输网络由配套网络发展为具有独立运营价值的带宽运营网络，利用自身成熟的技术优势提供质高价廉的带宽资源，满足城域带宽需求。由于自身多业务的特性，利用B-ADM 设备构建的城域传输网可以根据用户的要求提供种类丰富的带宽服务内容，MSTP技术体制下的B-ADM设备在网络调度、设备等一些方面融入运营理念、智能特性，实现业务的方便、快捷的建立，从而进一步保证带宽运营的可实施性，满足市场对于城域传输网络的需求。从当前以太网业务来看，数据包长度不断下降，小帧比例越来越高，而数据包越短，MSTP处理小帧的封装效率越低，系统处理数据的负荷越重，因此要解决MSTP设备处理小帧的能力。同时MSTP在支持传统以太网业务的基础上，还将支持数据网络的新技术标准，如GMPLS信令等。MSTP技术仍在不断的发展之中，今后的发展将进入智能化服务发展阶段，引入自动交换光网络(ASON)功能，利用独立的ASON控制平面来实施自动连接管理，快速响应业务的需求，提供业务的自动配置、网络拓扑的自动发现、带宽动态分配等更为智能化的策略，大大增强MSTP自身的灵活有效支持数据业务的能力11。综上所述，由于MSTP广泛应用于城域传输网络，激发了城域传输网络的活力，带给运营商更大的利益空间。各大设备供应商也在不断地针对MSTP进行研究与开发，MSTP的内涵也在逐步得到丰富。相信MSTP的发展依然存在巨大的空间，本身技术的能量也同样具有巨大的潜力等待挖掘。MSTP将在城域建设中起到决定性的作用，成为网络建设的首选方案。第四章 X市城域光网络组网方案4.1 背景本方案是X市某典型电信运营商的城域光网络方案，如同大多数存在于大城市里的电信运营商一样，他们具有一定的城域本地光传输网络资源，并在已有的传输核心层建有STM-16或STM-64 SDH ADM设备，在接入层有STM-16/STM-4 SDH 设备和部分PDH 设备。其网络主要针对语音业务，所以整个网络最小颗粒业务以2Mbit/s（VC-2）为主，并提供少量STM-1（VC-4）业务。随着日益增长的新业务特别是数据业务的发展，该电信运营商和其他城域运营商面临着同样的问题：即日益增长的用户需求和固有的网络语音业务运行维护模式之间的矛盾。主要体现在如下方面：1. 多业务的趋势和现有的网络结构之间的矛盾 现有的网络结构只是租用64 Kbit/s、124 Kbit/s、2 Mbit/s 为主和少量155 Mbit/s业务端口。现在有了更多的速率要求和更灵活的服务要求，如用户要求提供10/100 Mbit/s和10 Gbit/s以太网业务端口，并要求其带宽速率可变，如10 Mbit/s，12 Mbit/s，100 Mbit/s，200 Mbit/s甚至千兆。另外，某些用户还要求按照不同的服务等级SL（如流量、时段）、不同的可靠性等级灵活地进行计费等。租用电路占用网络容量的提高和新业务的增长要求网络对综合业务提供支持，而现有网络以话音业务为基础，接口类别少，不能适应新业务的发展需要；适合语音的网络结构和层次使专线租用业务开展困难并增大成本（转接次数多、故障点多、查障困难以及宽带利用率低）。2.新业务运行维护成本与现有网络设备及网管之间的矛盾由于数据业务的利润比语音业务的利润低，所以对于运行维护成本更加敏感且新业务对网管系统的灵活性及核心的智能化要求进一步提高。而原有适应语音业务的网元设备往往体积和数量庞大、耗费局站面积、店员工耗较高、设备间连接过多并大量使用DDF 架，导致网络维护量大，智能化水平低。3.网络的安全可靠性和网络建设的矛盾由于过去计划经济时期各种原因及当时技术条件的限制，加上业务发展的突发性和不可预测，造成网络建设和业务增长不匹配的现状。此外，网络扩容和优化往往过于