通信论文

湖北省邮电学院毕业设计（论文） 湖湖 北北 省省 邮邮 电电 学学 院院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 通信原理发展与实际维护通信原理发展与实际维护 学生姓名 余思颖余思颖 学 号 Z2009019 专业班级 通信技术 指导教师 20102010 年年 2 2 月月 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 摘要摘要 随着 Internet 应用时代的到来，以及 Intranet 中采用了大量不同的数据协议和 技术，并且他们都最终构架在了 SDH/SONET 网络之上，问题就出现了。一个原 本适应静态流量的网络怎样去适应速率不完全匹配的动态业务。在处理日益增长 的数据业务流量问题时，SDH 网络的构架和带宽利用问题成了需要研究和改进的 地方。 本论文第 1 章首先对 SDH 产生额技术背景和 SDH 在国内的发展现状做了分 析，提出了 SDH 所面临的挑战，并且给出了 SDH 网络的发展趋势；第 2 章对基 于 SDH 的多业务传输平台（MSTP）做了初步的介绍，提出了 SDH 级联技术在 其中起到的重要作用。第 3 章集中分析了在 SDH 网络中的级联技术和级联方案， 讨论了其存在的必要性；第 4 章针对虚级联技术在实际应用中所出现的不稳定的 现象，提出了链路容量调整机制（LACS），实现了在不中断业务的前提下动态 的改变传输通道的大小，真正意义上实现了通道的“弹性”变化；第 5 章介绍了 LCAS 在 MSTP 的实现方法；第 6 章对全文进行了总结。 关键词：关键词：同步数字传输系列；级联技术；虚级联；多业务传输平台；链路容量 调整机制 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 SDH 产生的技术背景介绍.1 1.2 国内 SDH 传输网发展现状及趋势.2 1.3 SDH 基本概念和特点.2 1.4 SDH 技术面临的挑战及级联技术的引进.3 第第 2 章章 基于基于 SDH 的的 MSTP .5 2.1 MSTP 的概念及其特点.5 2.2 MSTP 的主要功能.6 第第 3 章章 SDH 网中的级联技术网中的级联技术.8 3.1 相邻级联.8 3.2 虚级联.9 第第 4 章章 链路容量调整机制链路容量调整机制15 4.1 链路容量调整机制（LCAS）概述15 4.2 LCAS 的实现原理 15 4.3 LCAS 技术的特点 19 第第 5 章章 LCAS 技术在技术在 MSTP 中的实现中的实现.21 5.1 EOS 试验平台的研制21 5.2 LCAS 技术的实现.23 第 6 章 线路维护与实际实例 6.1 线路维护基础知识 6.2 一、本地电话网络（局部）的基本结构一、本地电话网络（局部）的基本结构 二、接入方式二、接入方式 三、配线架（三、配线架（MDF） 四、跳线方式四、跳线方式 五、交接箱五、交接箱 六、分线盒六、分线盒 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 七、用户线七、用户线 八、通信线路常见故障八、通信线路常见故障 九九. . 常见错误代码及解决方式常见错误代码及解决方式 第第 7 章章 总结与展望总结与展望27 参考文献参考文献28 致致 谢谢29 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 1 第第 1 章章 绪论绪论 传输网是为各类业务网提供业务信息传送手段的基础设施，是通信网的重要组成 部分，传输网的好坏直接制约着通信网的发展。现在各运营商的本地传输网经过 近几年的快速发展已初具规模，为各项业务的开展提供了必要的通道，但也存在 着一些问题。本章对国内外光传输网的发展现状及趋势作了介绍，通过分析目前 光传输网存在的问题，提出了光网络优化的必要性。同时对本课题的研究目的、 意义、主要内容及创新点作出了说明。 1.1 SDH 产生的技术背景介绍产生的技术背景介绍 SDH 是一个将复接、线路传输及交叉功能结合在一起并由统一网管系统进行管理 操作的综合信息网络技术。传输系统是现代通信网的主要组成成分，而传统的准 同步数字体系（PDH）已经不适应现代通信网的发展的要求，主要有以下几个原 因： 1. 只有地区性的电接口规范，造成国际互通困难； 2. 没有标准的光接口，有各厂家自行开发线路码型，因此无法实现横向兼容； 3. 只有 2Mbit/s 和 1.5Mbit/s 的同步复用，其他从低次群到高次群采用异步复 接，需要通过码速调整来达到速率的匹配和容纳时钟频率的偏差，而且每提高一 个次群，都要经历复杂的码变换、码速调整、定时、复接/分接过程； 4. 开销少，无法对传输网实现分层管理和对通道的传输性能实现端对端的监 控； 5. 网络运行和管理主要靠人工对数字信号交叉连接，无法经济地对网络组织、 电路带宽和业务提供在线实时控制。 为了解决上述问题，美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的准数 字传递结构组成同步光网络(SONET)，后来 CCITT 于 1988 年重新命名为同步数 字体系(SDH) 。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 2 1.2 国内国内 SDH 传输网发展现状及趋势传输网发展现状及趋势 SDH 不能纯粹强调技术，而是关注用户的实际需要。SDH 是当前最主要的传输 手段，已经从核心层延展到了接入层。现在世界 SDH 的发展方向有 3 个： 1. 向高端产品发展：10G、40G（重点是克服电子瓶颈、提高性价比） ； 2. 在城域网支持业务汇聚功能：MSTP（重点是优化对 IP 技术支持） ； 3. 简化的 SDH 技术来实现城域网接入功能：AON（开销、单纤） 。 目前在我国现在基于 SDH 构建的 MSTP 得到了越来越多的重视。 1.3 SDH 基本概念和特点基本概念和特点 SDH 是同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy） 。将复用、线路传输和交叉 功能结合在一起，并由统一网管进行管理操作的综合信息网。SDH 网是由终端复 用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生中继器(REG)和同步数字交叉连接设备 (SDXC)基本网元组成,在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网 络。 SDH 网络可以抽象由图 1.1 表示。 图图 1.11.1 SDH 网络抽象图网络抽象图 SDH 有如下特点： 1. 对网络节点接口进行了统一的规范(速率等级、帧结构、复接方法、线路 接口、监控管理等)，使各厂家设备横向兼容； 2. 可容纳北美、日本和欧洲准同步数字系列(1.5M、2M、6.3M、34M、45M 和 140M)，便于 PDH 向 SDH 过渡 3. 采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，因而只需利用软件即可从高 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 3 速信号中直接分插出低速信号，使上下业务十分容易； 4. SDH 的网同步和灵活的复用方式，大大简化了数字交叉连接功能的实现， 便于根据用户的需要进行动态组网和新业务接入； 5. 帧结构中安排了丰富的开销比特(段开销 和通道开销)，提高了网络的运行、 管理和维护能力； 6. SDH 是智能化的设备，兼有终结、分插复用和交叉连接功能，可通过远控 灵活组网和管理； 7. 采用级联技术，实现了 IP over SDH。 SDH 的主要优点有：同步复用，标准的光接口，强大的网管能力。 1.4 SDH 技术面临的挑战及级联技术的引进技术面临的挑战及级联技术的引进 随着数据业务逐渐成为全网的主要业务，传统的电路交换网将逐渐向分组网 特别是 IP 网演进。作为支持电路交换方式的 SDH 的 TDM 结构将越来越不适应 未来业务的发展，独立的 SDH 设备的长远命运正在受到严重挑战。SDH 网络的 主要缺点有如下几点： 1. 频带利用率不如 PDH 系统； 2. 技术和功能上的复杂性大大增加； 3. 强大的软件控制能力潜在重大故障隐患（病毒、操作失误或死机等） 。 SDH 作为一项代表性的技术仍在不断发展，以寻求更大的生存空间。这种挑 战在中国这样的环境下，SDH 在中近期仍将继续发展： 1. 考虑我国的电路交换网在 5 年左右的时间内仍将继续发展； 2. SDH 本身高低端的发展潜力（高于 40Gbs，低于 155Mbs） ； 3. 未来的超大容量的核心光传送网需要更多的 SDH 接入设备； 4. 近期仍然是可靠性和生存性最高的传送网技术。 在 MSTP 的基础上为了满足数据业务的带宽变化大，突发性大的特点，以及 很多数据业务的速率与 SDH VC 的标准速率的不匹配的要求，便引入了 SDH 的 级联技术。从原理上讲，可以把级联看成是把多个小的 VC 组合为一个比较大的 VC 来传输数据业务的技术，使级联技术可以实现对以太网带宽和 SDH VC 之间 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 4 的速率适配。级联技术主要解决的问题就是标准 SDH VC 速率与数据业务速率不 匹配。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 5 第 2 章 基于 SDH 的 MSTP 随着宽带业务的高速发展，分组业务在电信网中的比重越来越大。虚拟专用 网（VPN）和专线服务，IPTV，视频点播（VOD）和视频游戏等新业务对带宽的 需求也越来越高。传统的以电路交换技术设计的传输网络已经不能适应分组交换 的需要。现有的城域网存在多个网络重叠建网的方式，如 SDH,P,ATM 等，这些 网络虽各自都能很好地提供数据，语音和专线服务，但存在网络建设与维护成本 高，资源利用率低的问题。MSTP 是 SDH 技术的基础上吸取了以太网， ATM，MPLS，RPR 等数据技术的优点，能够提供丰富的业务接口，并具有强大 的数据处理能力。MSTP 使 SDH 成为真正意义上的公共传输平台，同时也使 SDH 应用范围不断扩大。 2.1 MSTP 的概念及其特点的概念及其特点 MSTP 是一种城域传输技术，它能将 SDH，以太网，ATM，POS 等多种技术 进行有机融合。MSTP 以 SDH 技术为基础，将多种业务进行汇集并进行有效适配， 实现多业务的综合接入和传送，实现 SDH 从单纯传送网向传送网和业务网一体 化的多业务平台转变。以太网新业务的要求推动着 MSTP 技术的发展。 MSTP 简化了边缘网设备的构成，将传送设备集中为一个物理实体。MSTP 技术具有以下特点： 1. MSTP 是以 SDH 为基础演化过来的，因此，它完全继承了 SDH 的诸多优 点，包括高低阶交叉，VC 级联，SDH 开销字节的使用等。此外，MSTP 具有良 好的网络保护倒换性能，对 TDM 业务有较好的支持能力。 2. 支持多种物理接口。 3. 提供综合网络管理功能。 4. 直接提供带宽数据接口。 5. 支持多种协议。 6. 支持带宽分配。 7. 提供集成的数字交叉连接交换。 8. 协议和接口的分离。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 6 2.2 MSTP 的主要功能的主要功能 2.2.1 SDHSDH 功能功能 基于 SDH 的 MSTP 应满足 SDH 节点的基本功能要求，并符合相关的标准， 如 SDH 的帧结构及 VC 映射部分应满足 G.707 规范：对于级联和虚级联业务的要 求，不仅能提供高阶通道 VC-3/VC-4 级别的相邻级联或虚级联功能，也能提供低 级通道 VC-12 级别的虚级联功能，并提供级联条件下的 VC 通道的交叉处理功能。 2.2.22.2.2 以太网业务处理功能以太网业务处理功能 MSTP 的以太网二层交换功能是指在一个或多个用户以太网接口与一个或多 个独立的基于 SDH 虚容器的点到点链路之间实现基于以太网路层的数据帧交换。 MSTP 应满足如下要求：实现转发、过滤以太网数据帧的功能，并符合 IEEE802.1D 协议的规定：能够识别 IEEE.1q 的数据帧，并根据 VLAN 信息转发、 过滤数据帧：提供自学习和静态配置两种可选的方式维护 MAC 地址表：实现用 于决定转发。过滤数据帧的信息和功能：支持 IEEE802.1d 生成树协议和 IEEE802.1w 快速树协议：可以支持多链路聚合来实现灵活高带宽和链路冗余：支 持以太网端口流量控制：支持组播：支持业务分类。 2.2.32.2.3 弹性分组环弹性分组环 MACMAC 层功能层功能 基于 SDH 的内嵌分组环的 MSTP 设备可通过 RPR 增强 MSTP 对数据业务的 支持能力，使其同时有 SDH 和 RPR 的优势。它适用于建设以 TDM 业务为主， 数据业务为辅的传统运营网络，以及在兼容现有 SDH 网络的前提下提供数据业 务传送能力的网络升级改造功能。MSTP 中的弹性分组环 MAC 层的功能应该完 全符合 IEEE802.17 协议的相关规定。MSTP 应具有如下功能：等级分类和按业务 等级转发的功能：计算和配置桥接的拓扑结构，提供用户标示，扩展用户业务的 安全隔离能力。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 7 2.2.42.2.4 ATMATM 交换处理功能交换处理功能 MSTP 继承了 SDH 功能，具有透明传送 ATM 业务功能。此时，SDH 要为接 入的每个 ATM 业务分配一个通道带宽。导致大量带宽闲置，造成浪费。增加 ATM 交换处理能力后，可以在线路上提供一部分带宽给各个站点共享，每个站 点可以将本地的业务和直通的业务进行汇聚，在放到共享的 155M 带宽传送到下 个站点。增加 ATM 交换处理功能的 MSTP 设备允许多个 ATM 使用同一个通道 传送业务，在同一个通道带宽内实现各节点业务的统计复用和保护，从而提高了 带宽利用率。 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。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 8 第第 3 章章 SDH 网中的级联技术网中的级联技术 所谓级联，就是将多个 VC 的内容彼此关联复合在一起，一维持比特系列完 整性。ITU-T 规定的级联方法有两种：相邻级联和虚级联。两种级联方法在路径 终端所提供的级联带宽是 C-N 的 X 倍，路径终端的差别是传输。相邻级联在整 个传输过程中保持连续带宽，即需要各个级联的 VC 是相邻的：虚级联则是将连 续带宽分解到多个 VCs 重新组合成连续带宽。虚级联只是在终端设备需要级联 功能，而相邻级联则是在每个网元上都要有级联功能。 3.1 相邻级联相邻级联 将 X 个 C-4 级联的容器记为 C-4-Xc，表示可用于映射的容量是 C-4 的 X 倍， X 分别为 4，16，64，256 是所提供的净负荷容量分别为： 599.04Mbit/s，2396.16Mbit/s，9584.640Mbit/s，38338.56Mbit/s。相应地，VC-4- Xc 加上 VC-4-Xc POH 即构成 VC-4-Xc，如图 3.1 所示。 图图 3.1 VC-4-Xc 结构图结构图 VC-4-Xc 帧的第一列为 VC-4-Xc POH。第 2 到 X 列规定为固定填充字节。 VC-4-Xc 是在 STM-N 信息中的 X 个连续 AU-4 中进行传输。通常采用 AU-4 指针 值（在此称为级联指示 CI）表明相邻级联的应用。它指明在 VC-4-Xc 中携带的 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 9 C-4 净负荷应捆绑在一起，并可作为单个实体在 SDH 网中复用，交叉连接和传送。 VC-4-Xc 中第一个 AU-4 应具有正常的指针值，即指向 VC-4-Xc 的第一字节 J1，其余 X-1 帧的 AU-4 PTR 应设置为 1001SS1111111111（注，SS 在此应用中 没有规定） 。级联指针限定指针处理器应执行与第一个 AU-4 同样的操作。 相邻级联技术实现简单，虽然允许承载 PDH 接口速率等级以外的新业务， 但是由于容量增加的单位太大（VC-4-Xc，X=4,16,64） ，不够灵活，而且不支持 低阶 VC（如 VC-12）的级联。例如，如果一个以太网连接需要 160Mbit/s 的带宽， 用一个 VC-4 负荷不够承载，而只能用 VC-4-4c（622Mbit/s）来承载，大部分容 量被浪费掉。 3.2 虚级联虚级联 虚级联技术可以将不同速率的小容器进行组合李海勇，能够做到较小的颗粒 的带宽调整，相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。虚级联技术实 现了使用 SDH 经济有效的提供合适大小的信给数据业务，避免了带宽的浪费， 这也是虚级联技术的最大优势。虚级联技术的出现很好的解决了传统 SDH 网承 载带宽业务是带宽利用率低的问题，提高了 SDH 网承载带宽业务时带宽分配的 灵活性。下表列出了采用标准 VC 映射带宽业务的采用 VC 虚级联方法承载相应 业务时的带宽利用率。从表 3.1 总可以很明显的看出虚级联对 SDH 带宽利用率的 改善。 表表 3.1 不同映射方式的带宽利用率比较不同映射方式的带宽利用率比较 数据业务实际容量要求SDH 标准容器类型映射效率SDH VC 虚级联映射效率 以太网10M bit/sC-320%C-12-5c98% ATM 技术25M bit/sC-350%C-12-12c96% 快速以太网100M bit/sC-467%C-12-48C100% 企业业务链接200M bit/sC-4-4c33%C-3-4c100% 400M bit/sC-4-4c67%C-3-8c100% 光纤通信 800M bit/sC-4-16c33%C-4-6c89% 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 10 G 比特以太网1Gbit/sC-4-16c42%C-4-7c95% 10G 比特以太网10Gbit/sC-4-64c100%C-4-64c100% 虚级联表示为 VC-n-Xv，其中 X 表示参与级联的 VC 的个数，取值与 VC 的 等级有关：对于 VC-3 和 VC-4，取值范围为 1 到 256：对与 VC-12，取值范围为 1 到 64.虚级联是通过将多个 VC（如 VC-12 或 vc-4）捆绑在一起作为一个虚级联 组（VCG）形成逻辑链路。虚级联可以将分布不同的 STM-N 的 VC-N（同一路由 或者不同路由）按照级联的方式形成一个虚拟的大结构（VC-n-Xv）进行传输， 其中，每一个 VC-N 均具有独立的结果和相应的 POH，具有完整的 VC-n 结果。 几个 VC-n 虚级联就相当于数个 VC-n 间插，虚级联的每一个 VC-n 都可以独立的 传送，且可选择不同的路径：对中间传输设备无特殊的要求，仅两端设备要协议 支持 VC-3/4 的虚级联。 3.2.13.2.1 VC-3/4VC-3/4 的虚级联的虚级联 一个 VC-3/4-Xv 可提供 X 个 C-3/4 的连续净负荷域，如图 3.2 所示。由于 VC-3-Xv 与 VC-4-Xv 的结构完全类似，为了简化起见，此处仅对 VC-4-Xv 做扼 要的分析。 图图 3.2 VC-3-Xv 的结构的结构 在图 3.3 中可以看出，C-4 被映射到构成 VC-4-Xv 的 X 个独立的 VC-4 中。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 11 每个 VC-4 具有各自的 POH,POH 的规范与一般 VC-4 的 POH 的规范相同。只是 POH 中的 H4 字节作用虚级联的规定序列号和复帧指示。H4 的代码规定如表 3.2 所示。 图图 3.3 VC-4-Xv 的结构的结构 表表 3.2 VC-4-Xv 序列和复帧的序列和复帧的 H4H4 编码编码 H4 字节数 b1b2b3b4b5b6b7b8 帧编码 第一级复帧指示 MFI1一级复帧二级复帧 序列指示 SQ-MSB(b-1 到 b-4)111014 序列指示 SQ-MSB(b-5 到 b-8)111115n-1 第 2 级复帧指示 MFI2-MSB(b-1 到 b-4)00000 第 2 级复帧指示 MFI2-LSB(b-5 到 b-8)00011 预留（“0000”）00102 预留（“0000”）00113 预留（“0000”）01004 预留（“0000”）01015 预留（“0000”）01106 预留（“0000”）01117 预留（“0000”）10008 预留（“0000”）10019 预留（“0000”）101010 预留（“0000”）101111 预留（“0000”）110012 预留（“0000”）110113 序列指示 SQ-MSB（b-1 到 b-4）111014 序列指示 SQ-LSB（b-5 到 b-8）111115n 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 12 第 2 级复帧指示 MFI2-MSB(b-1 到 b-4)00000 第 2 级复帧指示 MFI2-LSB(b-5 到 b-8)00011 序列指示 SQ-MSB(b-1 到 b-4)11100 序列指示 SQ-LSB(b-5 到 b-8)11111n+1 VC-4 虚级联的复帧设计如下： 从图 3.3 中可以看出，虚级联中的每个 VC 在网络中是独立传送的，不同的 VC 之间有不同的传输延迟。未来重新恢复连续的净负荷，接收端必须对每个 VC 重新定位，即容纳所有的时延差，这样解决了帧定位的问题。 SDH 虚级联引入了一种可以覆盖 125 纳秒到 256 微秒时延差的 512 微秒两级 帧结构方式。第一步利用 H4 字节的 5 到 8bit 作为第一级复帧指示符 MFI1，该指 示符随基本 VC-4 帧从 0 到 15 逐一递增计数，构成一级复帧;第 2 级复帧指示符 MFI2 有 8bit 构成：第 1 级复帧中第 0 帧的 H4 字节 1 到 4bit 构成 MFI2 的 1 到 4bit,一级复帧中第 1 帧的 H4 字节 1 到 4bit 构成 MFI2 的 5 到 8bit，MFI2 随第 1 级复帧的周期从 0 到 255 逐一计数递增，这样整个复帧就有 4096（16*256）帧长， 跨时为 512 微秒（125 纳秒*4096） 。 复帧的序列指示符（SQ）将构成虚级联组 VC-4-Xv 的 VC-4 的序号标示出来。 虚级联中每一个 VC-4 拥有一个固定的唯一的序列号，范围是 0 到（x-1） 。传送 VC-4-Xv 第 1 个时隙的 VC-4 编号为 0，传送 C-4/3-Xv 第 2 个时隙的 VC-4 编号 为 2，依次类推，传送 VC-4-Xv 的第 X 个时隙的 VC-4 编号为 X-1。详情如图 3-4 图和表 3-2 所示。 8 比特的序列号可支持 X 值达到 256。在表 3-2 中，用复帧中的第 14 帧的 H4 字节的 1 到 4bit 传送序列号的高 4 位；用复帧中的第 15 帧的 H4 字节的 1 到 4 比特传送序列号的低 4 位。 对于固定带宽的应用，序列号是固定分配的，一般不可配置，这样允许不 使用踪迹识别符而对 VC-4-Xv 的结构进行检查。 对于动态带宽分配而言，序列号是可变的，不同的 VC 数就应该有不同的与 之相应的序列号。 复帧中其他所以帧的 H4 字节 1 到 4 比特可用于传送 LCAS 协议。若不使用， 置为全“0”。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 13 3.2.23.2.2 VC-3/4VC-3/4 的虚级联的虚级联 低价通道 VC-2/12 的虚级联相比与相邻级联而言，所承载的速率业务更丰富， 可提供的各种速率值表 3.3 所示（由于我国没有应用 VC-11 速率，故此不加说明） 。 表表 3.3 低阶通道虚级联低阶通道虚级联 VC-2/12-Xv 的容量的容量 承载容器X 值容量增量 VC-12-XvVC-31 到 212176 到 45696kbit/s2176kbit/s VC-12-XvVC-41 到 632176 到 137088kbit/s2176kbit/s VC-12-Xv未定1 到 642176 到 139264kbit/s2176kbit/s VC-2-XvVC-31 到 72176 到 47448kbit/s6487kbit/s VC-2-XvVC-41 到 212176 到 14246kbit/s6487kbit/s VC-2-Xv未定1 到 642176 到 434176kbit/s6487kbit/s VC-2 的级联主要用于传输图像等业务，VC-2-Xv 的结构如图 3.4 所示。VC- 12 的级联用于速率略高于 2.048kbit/s，VC-12-v 的结构入图 3.5 所示。 图图 3.4 VC-2-Xv 的结构的结构 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 14 图图 3.5 VC-12-Xv 的结构的结构 容器 C-2/12-Xc 适配进 X 个独立的 VC-2/12 中，每个 VC/12 拥有其独立的通 道开销 POH。这些 VC-2/12 组成一个集合就是虚级联组 VC-2/12-Xv。 与高阶虚级联一样，每个低阶虚级联 VC-2/12-Xv 的组成但愿 VC-2/12 是独 立通过网络的，不同的 VC-2/12 之间仍然会有时延差，在虚级联终接点处的定位 和顺序就会发生变化。为重建虚级联组携带的连续净负荷 VC-2/12-Xv，必须对这 些独立传送的 VC 进行重排和重定位。经过权衡实现的可行性和恢复性能，比较 一致的看法是至少容纳 125 纳秒的时延差。因此，为了将虚级联组重新定位，就 要缓冲和吸收组内不同的 VC 经历的时延差，还要能够识别每一个 VC 的序列号。 目前，ITU-T 建议采用 VC-2/12 的低阶通道开销 POH 的 K4 字节比特 2 在收发端 携带相应信息。图 3.6 所示为 32 个复帧中的 K4 字节比特 2 组成一个字，每 128 帧（16 微秒）重复一次。 图图 3.6 K4 字节比特字节比特 2 复帧结构复帧结构 图 3.6 中的 1 到 5 比特 FC 为帧计数，可计 32 个 16 微秒的复帧共 512 微秒 时间段；6 到 11bit SI 为序列指示符，用来识别续集廉组中 VC 的序列号或顺序， 据此合成连续的容器 C-2/12-Xc。级联组中每一个 VC 拥有在 0 到 X-1 之间唯一 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 15 的固定序列号，传送 C-2/12-Xc 第一个时隙的 VC-2/12 序列号为 X-1。图 2-3-9 中 的 R 为保留比特。为了建立 K4 字节比特 2 复帧，必须使用扩展信号标签，上述 低阶虚级联指示信息应与 K4 字节比特 1 组成的扩展信号标签同相位。宿端在接 收扩展信号标签时要进行相位判别。这里序列指示符只有 6bit，为 STM-1 中 VC- 2/12 使用的，限制了虚级联组中 VC 的数目。实际应用可以协商扩展保留比特。 第第 4 章链路容量调整机制章链路容量调整机制 4.1 链路容量调整机制（链路容量调整机制（LCAS）概述）概述 SDH 传输技术以其同步复用，标准光接口，强大的网管能力等特点，在以语 音业务为主的传输网络中表现了无可比拟的优势，成为现今传送网中大容量信息 传输的主要手段之一，并且已经像城域网和接入网领域渗透。随着数据，图像等 多业务传送的需求的不断增长，业务环境发生了很大的变化，即数据业务逐渐替 代语音业务成为了电信网上的主流业务，传统的 SDH 暴露出诸多问题，例如， 承载业务的效率较低；人工通过网管分配带宽，缺乏灵活性服务提供较慢，不能 满足数据业务突发性的要求等。 LCAS 的基本思想是在虚级联的源端和宿端之间适配地建立一种链路容量控 制机制，可以在不中断业务的情况下无损伤地增加或减少传送中的虚级联信号的 链路容量，同时提供临时删除失效链路的能力，而不至于中断现有业务或预留带 宽资源。当虚级联组中部分成员失效时能够临时扣除失效的成员，系统自动减少 容量，有效成员仍然能够正常传输，当失效成员修复之后，系统又能够自动恢复 虚级联组的带宽。 4.2 LCAS 的实现原理的实现原理 为了保证容量调整时虚级联链路源端和宿端的动作一致，LCAS 定义了一套 控制分组，控制分组负责描述虚级联的通道状态并控制通道源端和宿端动作。高 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 16 阶 VC(VC-4,VC-4)和利用 POH 中的 H4 字节携带的 LCAS 信息；低阶 VC（VC- 11,VC-12）利用 POH 中的 K4 字节携带 LCAS 信息。这两种方式的 LCAS 信息包 结构基本相同。 4.2.14.2.1 LCASLCAS 的控制帧的控制帧 1. 高阶高阶 LCAS 的控制帧的控制帧 如前所述，高阶通道中的虚级联有 VC-3/4 的 H4 字节组成两级复帧结构，第 1 级复帧有 16 个基本帧组成，其中包含 16 个 H4 字节。每个 H4 字节的 5 到 8bit 作为指示符 MFI1,表示一条完整的 LCAS 信息。第 2 级复帧由 256 个一级复帧组 成，指示符为 MFI2。第 2 级复帧由一级复帧第 0 帧的 H4 字节 1 到 4bit 和第 1 帧 的 H4 的 1 到 4bit 组成，取值范围是 0 到 255。若要完成一组 VCG 控制信息的传 输，取值范围 0 到 4095 帧（15*256） ，所需要时间为 0 到 512 微秒（4096*125 纳 秒） 。所能容忍的最大时延差为-256 微秒到+256 微秒。高阶虚级联的 LCAS 的帧 结构入如表 4.1 所示。 表表 4.14.1 高阶虚级联的高阶虚级联的 LCASLCAS 帧结构帧结构 bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit7bit8 MFI2 复帧指示器 2（1-4）0000 MFI2 复帧指示器 2（5-8）0001 CTRL 控制字0010 GID 组别识别符0011 保留（0000）0100 保留（0000）0101 CRC-80110 CRC-80111 MST 成员状态1000 MST 成员状态1001 保留（0000）1010 保留（0000）1011 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 17 保留（0000）1100 保留（0000）1101 SQ 序列指示器（1-4）1110 SQ 序列指示器（5-8）1111 2. 低阶低阶 LCAS 的控制帧的控制帧 在低阶虚级联 VC-2/12 中，LCAS 的控制帧是通过低阶通道开销 K4 字节中 的第 2bit 来实现的。低阶通道开销的映射采用了复帧结构（每个复帧由 4 个基本 帧构成） ，即 K4 每隔 500 纳秒（125 纳秒*4）出现一次。LCAS 控制信息由 32 个 复帧构成，完成一组 LCAS 控制信息需要 16 微秒（500 纳秒*32） 。低阶虚级联的 LCAS 帧结构如图 4-1 所示。图 4-4-2 中的复帧指示器（MFI）为前 5bit，取值范 围是 0 到 31，可标识的时间范围是 0 到 512 微秒（32*16 微秒） 。所以低阶虚级 联可以容忍的最大时延差也是-256 微秒到+256 微秒。两种 LCAS 控制信息的 MFI 结构基本相同。 图图 4.14.1 低阶虚级联的低阶虚级联的 LCASLCAS 的帧结构的帧结构 为了保证容量调整时虚级联链路源端（So）和宿端（Sk）之间的同步， LCAS 定义了一套控制字，每个控制字描述了下一个控制包的链路状态；链路变 化的信息会预先发出，以保证接收机能够尽快倒换到新的配置状态。LCAS 控制 帧内有复帧指示器（MFI） ，序列指示器(SQ)，控制字(CTRL)，成员状态字(MST)， 重排序确认比特(RS-ACK)，组识别符(GID)，校验字段(CRC)。 (1) 复帧指示器（MFI） 复帧指示器可以看成是一个帧计数器，当前帧的 MFI 值总是前一帧值加 1.对 于 SDH 同步系统，每帧所占的时隙都是相同的。在源端，复帧指示标识帧序列 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 18 的先后顺序；宿端可以通过解读复帧指示器的值，判断来自不同路径的帧之间时 延差的大小，并重新排序以实现帧同步。 (2) 序列指示器(SQ) SQ 用来指示各个虚级联成员在虚级联组(VCG)中的位置，如图 4.2 所示。一 个成员就是一个基本的级联单位，一个 VCG 就是若干个成员组成的一个整体。 显然，SQ 的最大值决定了一个 VCG 可以包含的最多成员数。高阶虚级联和低阶 虚级联的 SQ 值分别用 8bit 和 6bit 来表示。因此，高阶虚级联和低阶虚级联的最 大级联数分别是 256 和 64。同一 VCG 中的每一个虚级联成员被分配一个唯一的 序列号，并重 0 开始。SQ 对 VCG 中的成员在控制字段中发送了 IDIE 时是无效 的。从 VCG 中删除了成员的 SQ 应该分配一个比当前最高序列号成员更大的序列 号，最高序列号成员的控制域中为 EOS（End Of Sequence） 。 图图 4.24.2 MFMF 和和 ISQ,MermberISQ,Mermber 和和 VCGVCG 之间的关系之间的关系 (3) 控制字（CTRL） CTRL 主要作用是使源端和宿端同步，并能表示当前成员的状态。 例如，最后一个成员的控制字为 EOS，空闲的成员控制字为 IDLE。源端 VCG 中的控制字一开始发 IDLE，直到这些成员被加到 VCG 中 CTRL 才变为 ADD。LCAS 的控制字 CTRL 如表 4.2 所示。 表表 4.24.2 控制字控制字 CTRLCTRL 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 19 CTRL命令备注 0000FIXED适用固定带宽（即不支持 LCAS） 0001ADD将当前成员加入 VCG 组 0010NORM传送正常 0011EOS传送正常且该组序列中的最后一个成员 0101IDLE 当前成员不是 VCG 组成员或将要从 VCG 组删除 1111DNU在宿端未使用的成员，并报告为失效状态 (4) 组识别符(GID) GID 是一个伪随机数，同一个 VCG 中所有的成员都拥有的 GID。宿端将用 GID 识别来自同一源端的成员，宿端并不要求数据流同步。当 VCG 组内 CTRL=IDLE 是空闲成员 GID 是无效的。 (5) 循环冗余校验(CRC) CRC 对整个控制包进行校验。为了简化对虚级联开销中变化的确认，可在接 收到控制包后对其进行 CRC 校验，如果校验失效，内容将被丢弃；如果通过了 CRC 校验，内容将会被采用。 (6) 成员状态(MST) MST 用来表从宿端到源端的同组 VCG 成员的状态信息。它有两个状态：正 常（OK=0）和失效（OK=1） ，每个成员占用一个状态比特位。VCG 宿端初始变 化，所有成员将报告 MST=FAIL，所有未使用 MST=FAIL。当接收到控制字段为 ADD(或 NORM，或成员被增加后状态为 EOS)的控制分组时，MST 状态就转变 为 OK。所有未用的 MST 与控制字段为 IDLE 的成员应该置为 FAIL。 (7) 重排序确认比特（RS-ACK） 容量调整后宿端通过将 RS-ACK 取反来表示调整过程结束。如果宿端监测到 组员序列号 SQ 的次序列发生变化后，指示宿端确认了本次 LCAS 的调整，并通 过使 RS-ACK 发生翻转报告源端。RS-ACK 翻转只是在监测完成所有成员的状态 并且序列改变时发生。RS-ACK 的翻转将确认上一复帧的 MST，源端将该信息作 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 20 为自己发生的信息已被接收的确认指示，并启动接收新 MST 信息。 RS-ACK 翻转只在 ADD 和 REMOVE 完成时触发。在上述 4 种情况下，如果 RS-ACK 没有翻转，源端在检测到 RS-ACK 翻转计数器超时，就会出现此时 RS- ACK 已经翻转，并开始使用新的 MST。 4.3 LCAS 技术的特点技术的特点 LCAS 是对虚级联技术的扩充，是以虚级联技术的应用为前提的，允许无损 伤地调整传送网中虚级联信号的链路容量，而不至于中断现有业务或预留带宽资 源，是一种收发双方握手的传送层信令协议，即其实施能够实现在现有带宽基础 上动态地增减带宽容量，满足虚级联业务的变化要求，还可以增强虚级联业务的 健壮性，提高业务的传输质量。LCAS 控制分组负责描述通道的状态并控制收发 两端的动作，以保证网络发生变化时收发双方能及时响应并保持同步。每个控制 分组都是描述下一控制分组持续期间的链路状态，容量变化信息事先送出，以便 接收机可尽快倒换到新的配置状态。LCAS 的优点在于提高了配置的速度，可以 在配置带宽范围内动态无损伤地调整系统带宽。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 21 第第 5 章章 LCAS 技术在技术在 MSTP 中的实现中的实现 随着密集波分复用（DWDM）技术在长途干线上的大规模应用以及带宽接入 的迅猛发展，通信网络的容量瓶颈已经逐渐转移到城域网，如何解决城域网的带 宽问题也已经受到电信运营商的广泛重视。针对目前城域网面临的问题，业界比 较关注的新一代多业务传输平台（MSTP）解决方案是对传统同步数字系列 （SDH）网络的技术改造与功能升级，主要体现在对数据业务尤其是以太网业务 的支持能力上。与传统 SDH 设备相比，MSTP 在封装协议，带宽分配方式和调整 机制上都有较大的进步：通过通用成帧程序（GFP）协议实现以太网帧到 SDH 虚 容器的有效映射，同时利用虚级联（VC）和链路容量调整机制（LCAS）技术来 增强虚容器带宽分配的灵活性和效率，以支持数据业务尤其是以太网业务和传统 话音为主的 TDM 业务的综合传送。在数据业务应用环境下，由于业务的突发特 征，虚级联与 LCAS 技术史衡量是否有效利用多业务平台带宽的重要指标，在智 能光网络部署中也将发挥重要的作用。 5.1 EoS 试验平台的研制试验平台的研制 以太网与 SDH 时现代通行领域中的两大主流传输技术。EoS（Ethernet over SDH）技术的出现有机的融合了以太网技术与 SDH 技术的多种优点，既可以保 护现有网络资源和运营商的投资，延长 SDH 技术的使用寿命，又可以解决以太 网技术在广域网应用中的不足，尤其是在传送距离上的限制。 随着 ATM 应用日渐减少，数据业务量的增长将主要立足于以太网业务。在 传统 SDH 设备上集成各种速率的以太网接口，能在 SDH 业务中这节上下路以太 网业务信号，同时还可以让电信网中的 SDH 网络与数据网中的以太网灵活地连 接起来，使 SDH 直接连接到桌面局域网。有鉴于此，为了深入研究和论证 MSTP 技术方案，我们将 MSTP 技术实现的重点放在 EoS 实验平台的自主设计和研制上。 在功能选择上仍然遵循 MSTP 当前的发展趋势，结合 GFP，虚级联和 LCAS 等技 术，实现传统 SDH 网络中以太网业务的有效传送。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 22 EoS 实验平台的总体功能结构可划分为支路接口、交叉连接、线路接口、时 钟控制和网络管理等单元，如图 5.1 所示。 图图 5.15.1 EoSEoS 的总体功能结构的总体功能结构 为了将图 5.1 所示的功能模型落实到具体的硬件板卡上，我们将线路接口单 元、支路接口单元，交叉连接单元和主控单元设计成分别独立 的线路卡、支路 卡、交叉卡和控制板，如图 5-2 所示。其中在支路卡中，我们选取了 TranSwitch 公司支持 GFP、虚级联和 LCAS 技术的 EtherMap 一 3Plus 芯片。从图 5.2 可以看 出，实验平台主要采用集中式控制，各板卡通过控制总线与 MPC860 控制板相连。 由 MPC860 控制板集中处理各种控制信息，包括：硬件初始配置，业务及工作模 式 的选择、出错中断处理、状态收集，等等。当然，某些频率较高的查询任务 由各个板卡自己完成，旨在节省 CPU 资源，当查询发现错误后再向 MPC860 发 起错误中断。 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 23 图图 5.25.2 EoSEoS 实验平台的板卡划分实验平台的板卡划分 研究中，复制了 4 个 M 节点，采用两纤单向通道倒换环组网。每个 MSTP 节点包括一块 MPC860 控制板、两块线路卡，一块交叉卡，一块支路卡以及一块 背板。 5.2 LCAS 技术的实现技术的实现 5.2.15.2.1支持支持 LCASLCAS 的实验平台硬件条件的实验平台硬件条件 我们的 EoS 实验平台提供了支持 LCAS 功能的硬件条件，当使用 SONETSDH 模式下的高低阶 VC 时，每个高低阶 VCG 都能被独立可选地 配置为 LCAS 工作模式。在发送和接收方向，对工作于 LCAS 模式的高低阶 VCG 中的每个成员而言 EtherMap-3Plus 设备为发送端和接收端提供基于 ITU TG.7042Y。1305 状态机的 LCAS 硬件。同时，对于发送端，硬件还支持下列 额外功能： 1.组标识符(GID)比特域的伪随机二进制系列码(PRBS)的产生； 2.CRC-3CRC-8 码的产生； 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 24 3.LCAS 序列标识符(SQ)域的产生； 4.LCAS 控制(CTRL)域的产生； 5.添加删除操作期间成员间的消息； 6.对于 LCAS 模式下的各发送端高低阶 VCG 接收方向上承载成员状态 (MST)和序列重排确认(RSAck)信息的高低阶成员的选择； 7.对应的接收端 LCAS 状态机发出的 MST 和 RSAck 信息的终结； 8.可配置的高低阶 permember 和 perVCG 期满(timeout)计数器，以检 测添加删除操作期间的故障； 9.指明 LCAS 发送端状态机状态的告警的产生对于接收端，硬件还支持下 列额外功能； 10. 组标识符域不匹配检测； 11. CRC-3CRC-8 校验； 12. LCAS 序列标识符域的处理； 13. CTRL 域的处理； 14. MST 和 RS-Ack 信息的产生； 15. 路径信号失效(TSF)状态的检测和处理； 16. 对于 LCAS 模式下的各接收端低阶 VCG，用于传送 MST 和 RS-Ack 信息 的发送端低阶 VCG 的选择； 17. 指明 LCAS 接收端状态机状态的告警的产生。 18. 添加支路成员时，必须先对接收端进行操作，然后再对发送端进行操作。 删除支路成员时则相反，必须先对发送端进行操作，然后再对接 收端进行操作。 这是因为 ADD 指令是发送端与接收端的握手交互过程。当发送端发起一个 ADD 指令时，接 收端必须处于准备响应 LCAS 指令的模式，删除支路成员时则反之。 19. 如果有多个支路成员需要添加，添加过程必须对每个支路成员依次分别 进行操作。这是因为每次添加成员时接收到 ADD 指令后都必须对发送端发送 “MsT=OK”的控制信息，而发送端发出 ADD 指令后，会有计数器开始计时，若 一定时间内仍无应答则产生告警，同时对多个支路成员进行操作时，对后面的支 湖北省邮电学院毕业设计（论文） 25 路成员很可