（光学工程专业论文）melit光纤传输平台及其isdn接口模块的研究和实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 发展地铁轻轨对改变城市的交通结构、改善城市的大气环境质量及促进经济 发展具有重要的意义。而地铁轻轨中的通信系统是调度指挥、集中监控监测和公 务管理等的重要基础设施。以武汉迈力特光通信有限公司命名的m e l i t 光纤传输 平台就是为满足城市快速轨道交通及专用领域( 高速公路、电力传输网络、管道 设施) 等环境下通信传输系统的需求而开发的多业务综合信息光纤传输平台。 本论文介绍了m e l i t 光纤传输平台的组成、功髓及主要特点，在此基础上，提 出了m e l i t 光纤综合业务传输网的设计思想，其中就目前存在的几种网络传输体 制进行比较，最后得出：s d h 是承载地铁轻轨、高速公路等延伸环境下话音、 音频、数据、视频及l a n 业务的最佳技术平台。在网络总体结构的设计中，提 出了拓扑结构、复用映射结构的设计思想及传输容量的理论计算。网络单元的设 计方案中对几个主要模块最终实现的功能及实现框图作了简单的描述。 本论文从硬件和软件的角度重点探讨了m e l i t 光纤综合业务传输网中i s d n 接口模块的研究和实现。在硬件实现方面，将接口模块按系统功能划分为3 个部 分：2 b + d2 线u 接口、b 通道的交换矩阵和通信处理器最小系统，并分别加以 论述。在方案的实旌上，本论文注重了严格的理论分析和创新性。i s d n 接口模 块中通信处理器的最小系统采用了m o t o r o l a 公司第三代嵌入式通信处理c p u ： m p c 8 6 0 系列，使系统具备了高度的灵活性和强大的处理能力。在模块2 b + d2 线u 接口的实施中，采用了m o t o r o l a 公司的s i n g l ec h a n n e l m c l 4 5 5 7 2 ，以保证与 系统设备的良好兼容性和供货问题。b 通道的交换矩阵采用具有2 5 6 2 5 6 时隙交 换能力的m t 8 9 8 5 数字交换芯片。 软件实现方面，采用了美国源代码操作系统商a t i 公司推出的新一代嵌入式 操作系统n u c l e u sp l u s 实时操作系统。并介绍了i s d n 的分层结构，在此基础上， 提出了同步激活去激活的实现方法及其i s d n 用户网络接口的软件设计步骤。 关键词：光纤综合业务传输网 i s d n 协议n u c l e u sp l u s激活去激活 i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i ti s v e r ym e a n i n g f u l t o d e v e l o pm e t r o l i g h t r a i l ，w h i c hc a n c h a n g e t h e t r a n s p o r t a t i o ns t r u c t u r eo f a c i t y , i m p r o v e t h ea t m o s p h e r e q u a l i t y o fa c i t y , a n dp r o m o t e e c o n o m i c d e v e l o p m e n t o fa c i t y w h a t sm o r e ，t h e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m o f l i g h t t r a c k o r s u b w a yi sv e r yi m p o r t a n t f u n d a m e n t a le s t a b l i s h m e n t ，i th a sm a n y f u n c t i o n s ，s u c ha ss c h e d u l i n g ，c o m m a n d i n g ，c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g ， m a n a g i n gp u b l i ca f f a i r sa n ds oo n m e l i to p t i c a lf i b e rt r a n s m i s s i o np l a t f o r m ，w h i c hi s n a m e da f t e rw u h a nm e l i to p t i c a lc o m m u n i c a t i o nc o ，l t d m e l i ti sa ni n t e g r a t e d s e r v i c e st r a n s m i s s i o nn e t w o r kt om e e tt h em a r k e td e m a n d sf o rc o f n r n u n j c a t i o ni n u r b a nm e t r o ，l i g h t r a i lt r a n s p o r t a t i o na n do t h e rp r i v a t ee n v i r o n m e n t sl i k ei n t e l l i g e n t h i g h w a y , e l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o nn e t w o r k ，p i p et r a n s p o r t a t i o n s ，e t c t h et h e s i s m a i n l yg i v e s i n f o r m a t i o no nm e l i t o p t i c a l f i b e rt r a n s m i s s i o n p l a t f o r m 一一i t sc o n s t i t u e n t s ，i t sf u n c t i o n s ，a n di t sp r i n c i p a lc h a r a c t e r i s t i c s o nt h eb a s i s o ft h i s i n f o r m a t i o n ，ad e s i g nt h i n k i n g o fm e l i t o p t i c a l f i b e r i n t e g r a t e d s e r v i c e s t r a n s m i s s i o nn e t w o r ki s p u t f o r w a r d t h ea u t h o r c o m p a r e s s e v e r a ln e t w o r k t r a n s m i s s i o ns y s t e m sa tp r e s e n t ，a n dt h e nd r a w sac o n c l u s i o n ：s d hi st h eo p t i m u m t e c h n i q u ep l a t f o r mw h i c hc a l lt r a n s p o r t sa n yk i n d so fs e r v i c e s ( v o i c e ，a u d i o ，d a t a ， v i d e o ，a n dl a n ) ，e v e ni nt h ee x t e n d e de n v i r o n m e n t so fm e t r o l i g h tr a i la n dh i g h w a y ， i nt h ed e s i g np a r to fn e t w o r ko v e r a l ls t r u c t u r e ，t h ea u t h o rp r o p o s e st h ed e s i g ni d e a so f t o p o l o g i c a ls t r u c t u r e ，m u l t i p l e x i n gs t r u c t u r ea n da l s ot h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no f t r a n s m i s s i o nc a p a c i t y i nt h ed e s i g ns c h e m e p a r to fn e t w o r ke l e m e n t ，t h ea u t h o rs i m p l y d e s c r i b e st h ef m a l t yr e a l i z e df u n c t i o n sa n dr e a l i z e df r a m e w o r k so fs e v e r a lp r i m a r y m o d u l e s t h et h e s i s p a r t i c u l a r l yp r o b e s i n t oi s d ni n t e r f a c em o d u l e sr e s e a r c ha n d r e a l i z a t i o nf r o mt w oa s p e c t s ：h a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，w h i c hi so n e p a r to f m e l i t o p t i c a l f i b e ri n t e g r a t e ds e r v i c e st r a n s m i s s i o nn e t w o r k o nt h ea s p e c to fh a r d w a r er e a l i z a t i o n ， i i 华中科技大学硕士学位论文 i nt h el i g h to fs y s t e mf u n c t i o n ，i n t e r f a c em o d u l ei sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：2 b + d2 l i n e sui n t e r f a c e ，s w i t c hm a t r i xo fbc h a n n e la n dc o m m u n i c a t i o np r o c e s s o r s m i n i m u ms y s t e m ，f u r t h e r m o r e ，t h et h r e ep a r t s a r e r e s p e c t i v e l yd i s c u s s e d o nt h e i m p l e m e n t i n go ft h es c h e m e ，t h ea u t h o re m p h a s i z e st h er i g i dt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d t h ea b i l i t yo fb r i n g i n gf o r t hn e wi d e a s b e c a u s eo fu s i n gt h et h i r dg e n e r a t i o ni n l a y i n g c o m m u n i c a t i o np r o c e s s o rc p u ：m p c 8 6 0s e r i e s i nt h ec o m m u n i c a t i o np r o c e s s o r s m i n i m u ms y s t e mo fi s d ni n t e r f a c em o d u l e ，t h es y s t e mh a sh i g h l ym o b i l i t ya n d p o w e r f u l l yh a n d l i n ga b i l i t y a n do n t h ei m p l e m e n t i n go f2 b + d2l i n e sui n t e r f a c eo f m o d u l e ，s i n g l ec h a n n e lm c l 4 5 5 7 2 o fm o t o r o l ac o m p a n yi sa d o p t e d ，s ot h a tt h eg o o d c o m p a t i b i l i v yo fs y s t e me q u i p m e n t sa n d t h ep r o b l e mo f g o o d ss u p p l yc a n b ea s s u r e d bc h a n n e l ss w i t c hm a t r i xu s e sm t 8 9 8 5d i g i t a ls w i t c hc h i pw h i c hh a s2 5 6 2 5 6 t i m e s l o t ss w i t c ha b i l i t y o nt h ea s p e c to fs o f t w a r er e a l i z a t i o n ，n u c l e u sp l u sr e a lt i m eo p e r a t i o ns y s t e mi s a d o p t e d ，t h i ss y s t e mc o m e s f r o mt h el a t e s tg e n e r a t i o ni n l a y i n go p e r a t i o ns y s t e mw h i c h i s p r o p o s e db ya m e r i c a ns o a r c ec o d eo p e r a t i o ns y s t e mt r a d ea t ic o m p a n y i nt h e f o l l o w i n g ，t h e a u t h o ri n t r o d u c e si s d n ss t r a t i f i c a t i o n s t r u c t u r e ，a c c o r d i n g t ot h e i n t r o d u c t i o n ，t h ea u t h o rp u t sf o r w a r dt h er e a l i z a t i o nm e a n so fa c t i v a t i o n d e a c t i v a t i o n ， a n ds o f t w a r ed e s i g ns t e p so fi s d n l su s e r n e t w o r ki n t e r f a c e k e y w o r d s ：o p t i c a lf i b e ri n t e g r a t e ds e r v i c e st r a n s m i s s i o nn e t w o r k i s d n p r o t o c o ln u c l e u sp l u sa c t i v a t i o nd e a c t i v a t i o n 1 1 1 华中科技大学硕士学位论文 1 前言 1 1 发展城市快速轨道交通的意义 首先，2 l 世纪是中国城市轨道交通的纪元，经济改革伴随着更大的都市化， 为适应城市现代化的需要，发展城市快速轨道交通对促进城市发展具有重要的意 义。随着城市人口的不断膨胀，许多大城市交通日益困难，仅靠增加地面交通的 方法已不能从根本上解决城市公共交通问题。发展快速轨道交通可有效地减轻 城市交通堵塞，提高公交系统的运载能力和速度。因此，城市轨道交通将是中国 解决城市长期交通堵塞的唯选择，发展地铁和轻轨解决城市公共交通已成为大 都市的重点基础工程和长期发展目标。 其次，随着国民经济的迅速发展，机动车辆的日益增多，城市交通变得拥挤 不堪，空气也变得越来越污浊，受污染也愈加严重。以轨道交通代替部分公交车， 不但改变了城市的交通结构，而且也会大大改善城市的大气环境质量，主要表现 为可减少汽车尾气排放、汽车行驶扬尘的污染。 1 2 通信系统在地铁轻轨中的重要性 地铁轻轨交通是十分特殊的工作环境，对通信系统也有许多特殊功能要求， 它应能准确传递语音、文字、图象和数据等多种信息。在正常情况下，该通信系 统是调度指挥、集中监控监测和公务管理等的重要基础设施，它保证列车安全运 营、为乘客提供高质量的出行服务；在发生紧急情况时，可有效地疏散乘客，缩 小列车秩序混乱的时间，并为沿线维修提供方便快捷的联络通信。地铁轻轨中的 通信系统不是一个单一的子系统，而是多个相对独立的子系统的组合。各个系统 应能对各自的故障进行检测和报警，从而确保整个通信系统的可靠性。本论文中 介绍的迈力特平台就是这样一个可传输、处理和配置城市快速轨道交通中所需的 话音、数据、文字和图象等各种信息的综合业务网络。 华中科技大学硕士学位论文 1 , 3 城市快速轨道交通中的通信系统的技术发展现状 目前城市快速轨道交通领域通信传输系统主要采用下列主要技术来满足地铁 轻轨运营环境的要求： ( 1 ) 各通信子系统和其它分系统单独组网( 如北京地铁环线) ( 2 ) 专用帧结构t d m 系统( 如西f 子公司的o t n 设备、德国、英国、比利时、 土耳其、香港、中国等国家应用较多) 。 ( 3 ) p d h 设备加p c md i 设备( 上海地铁l 号线采用3 4 m b i t sp d h 系统、北 京地铁复八线采用日本n e c3 4 m b i t sp d h 系统) 。 ( 4 ) s d h 设备加p c md i 设备( 上海地铁3 号线采用6 2 2 m b i g ss d h 系统) 。 ( 5 ) s d h 光纤接入网( 地铁正在考虑采用) 。 ( 6 ) f d d i i i 设备( 新加坡、台湾、澳大利亚应用较多) 。 ( 7 ) a t m 设备( 德国、新加坡等国家生产厂商已着手这方面的开发， 已有产品问世，上海地铁3 号线公安系统采用a t m 设备) 。 国内地铁轻轨传输系统目前主要采用德国西门子公司的o t n ( b o t n ) 设 备，也有采用3 4 m b i f f sp d h 设备加p c md i 设备。o t n ( b o t n ) 是一开放传 输网络，它最突出的优点是直接提供工业标准的通信接口( 如话音、r s 2 3 2 4 8 5 、 l a n 、视频、a t m 、e 1 等) 。另外，o t n 具有设备简单( 一体化设备) 、网络可 靠、组网灵活、扩容方便( 3 6 m - - + 1 5 0 m - - - 6 0 0 m ) 等优点。o t n ( b o t n ) 设备 也在世界上其它城市的地铁轻轨线上得到广泛应用。 另外，美国i n t e l l e c t 公司的s o n e t l y n x 、澳大利亚a w a 公司的 a w a n e t 一1 0 0 、英国r a c a l 公司的p r e m n e t 5 0 0 0 、新加坡c e t 公司的s u p e m e t 综合通信系统、法国t h o m s o n c s f 公司的s g d 系统也可用于类似地铁轻轨环境 传输系统。目前，国内尚无厂商为地铁轻轨传输系统开发专用设备，大部分采用 公网中的技术直接应用于地铁轻轨，这种公网技术很难直接应用于地铁轻轨等 延伸环境。 华中科技大学硕士学位论文 1 4 课题的主要任务及论文结构安排 本课题的主要任务是完成i s d n 接口模块的总体设计，本人所完成的主要任 务：1 ) 2 b + d2 线u 接口的设计，其中包括m c l 4 5 5 7 2 u 接口的自环测试、时隙 选择和u 接口的帧同步传输延迟的分析。2 ) b 通道的交换矩阵的设计，包括 m t 8 9 8 5 的初始化和m t 8 9 8 5 的延时设置等。3 ) m p c 8 6 0 的仿真调试。4 ) i s d n 接口模块底层驱动程序，包括激活去激活功能的实现及交换控制等。 第章为前言，主要介绍了目前城市快速轨道交通领域通信传输系统的国内 外技术发展状态。第二章就平台的主要特点、组成及系统功能对m e l i t 光纤传输 平台进行了一个总体介绍。第三章提出了m e l i t 光纤综合业务传输网的设计思想， 包括网络传输体制的选择，网络的总体结构及网络单元的设计方案。第四章和第 五章分别从硬件和软件的角度，阐述了m e i i t 光纤综合业务传输网中 s d n 接口模 块的研究和实现。 华中科技大学硕士学位论文 2 m e l i t 光纤传输平台的总体介绍 m e l i t 光纤传输平台( 以下简称为m e l i t 平台) 是武汉迈力特光通信有限公司 为满足城市快速轨道交通、专用领域( 高速公路、电力传输网络、管道设施) 等 环境下通信传输系统的需求开发的多业务综合信息光纤传输平台。它以国际电联 s d h 传输标准为基础，通过标准通信协议接口模块在光纤网络上高速、全透明、 直接地传输任何种类的信息，如话音、音频、数据、视频及l a n 业务，网络结 构如图2 一l 所示。 图2 - 1 m e l i t 平台的罔络结构 2 1 迈力特平台的主要特点1 j 1 2 ( 1 ) i t u t 最新的s d h 传输标准 ( 2 ) 扩容能力强，5 l m 一1 5 5 m 一6 2 2 m ( 3 ) 所有关键模块热备份 华中科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 组网灵活，可组成点对点、线形、环形等不同拓扑结构的网络 ( 5 ) 全数字、全透明、直接地传输话音、音频、数据、视频及l a n 业务数据 ( 6 ) 提供点对点、点对多点、总线及e t h e r n e t 共享环等多种通信方式 ( 7 ) 软件集中监控，中文界面友好直观，直接管理至通信接口模块 ( 8 ) 丰富的标准通信协议接口类型，可满足任何专用领域信息传输的要求，这 些接口包括f x o ，f x s 、i s d n l 5 中继、4 w e m 、g 7 0 3 e 1 、r s 。2 3 2 4 2 2 4 8 5 ( 异步) 、v 3 5 ( 同步) 、2 0 k h z 音频、复合视频、i e e e8 0 2 31 0 1 0 0m e t h e r n e t 接口等 ( 9 ) 内置视频编解码器和切换传输功能，h 2 6 1 或m p e g - 2 压缩标准，可满足 不同场合的电视监控和视频分配的应用 ( 1 0 ) 可线速、全透明传输1 0 ，1 0 0 me t h e r n e t 数据 ( 1 1 ) 不同的光接口应用模块，传输距离可达8 0 公里 ( 1 2 ) 所有的电路功能模块可热插拔 ( 1 3 ) 6 u 高度、1 9 英寸标准机箱，1 2 个用户接口模块插槽，可最大限度地满 足用户的需求 2 2 m e l i t 平台的组成 m e l i t 平台由下列设备组成： ( 1 ) 网络单元( n e ) ( 2 ) 网络管理终端( n m t ) ( 3 ) 视频切换控制台( v s c ) 网络单元是m e l i t 平台的核心设备，它采用s d h 标准的物理传输标准，通过 适配层将各种话音、音频、数据、视频及l p 业务映射至s d h 标准帧结构中透明 传输，如图2 2 所示。网络单元分为三层：用户业务接入层、适配层和s d h 传输 层。用户业务接入层主要完成各种业务的直接接入和数字编解码；适配层主要完 成不同结构的业务与s d h 板结构的适配、综合；s d h 传输层实现支路信号的交 叉与标准s d h 帧结构信号的传输。网络管理m p u 模块对n e 的三层进行配置、 华中科技大学硕士学位论文 性能及故障管理。 话音音频数据视频i p 用户业务接入层 网络 适配层 管理 s d h 传输层( m p u ) 光纤 图2 - 2 霸终单元( n e ) 的功能结构圈 2 3 网络单元的组成 网络单元n e 由下列模块组成： ( 1 ) 网管接口模块( m p u ) ( 2 ) s t m 4 光群路模块( o a m ) ( 3 ) e 1 复用及交叉模块( m c m ) ( 4 ) 各种标准通信协议接口模块，包括： h 2 6 1 压缩视频输入模块( v i m - h 2 ) l 2 6 l 解压缩视频输出模块( v o m h 2 ) m p e g 2 压缩视频输入模块( v i m m 2 ) m p e g 2 解压缩视频输出模块( v o m m 2 ) 音频接口模块( a i m ) f x o 接口模块( f x o ) 6 华中科技大学硕士学位论文 f x 0 接口模块( f x s ) 4 w e & m 接口模块( 4 w e m l i s d nu p 接口模块( i i m p ) i s d nu t 接口模块( i i m t ) 低速异步数据接口模块( l o d i m ) 高速异步数据接口模块( h i d i m ) 同步数据接口模块( s y n d i m ) 1 0e t h e r a e t o v e re 1 接口模块( e i m e 1 ) 1 0e t h e m e t o v e r 4 e l 接口模块( e l m 4 e 1 ) 1 0 1 0 0 m e t h e m e to v e rs d h 接口模块( f e i m ) 客户定制的通信协议接口模块 上述这些用户接口模块中，a i m 模块集音频编码及解码于体，通过板上硬 件跳线实现音频编码或音频解码，音频编码模块连结广播音源，音频解码模块连 结功率放大器：v i m 模块连接摄像机或视频源，v o m 模块连接监视器：f x o 模 块与f x s 模块相互对应，分别连接交换机用户接口板和普通电话机；i i m p 与 i i m - t 模块相互对应，分别连结i s d n 交换枫的t s d n 接口板及n t i 终端。 网络单元是一标准6 u 高度、1 9 英寸宽的机箱共有1 6 个槽位，从左至右定义 为1 萍、2 ； 、1 6 # 槽位，如图2 3 所示。i 撑至4 # 槽位固定插入4 个功能模块，分 别是： ( 1 ) 网管接口模块( m p u ) ( 2 ) s t m 一4 光群路接口模块( o a m ) ( 占2 个槽位，对应业务光纤和保护光纤) ( 3 ) e 1 复用及交叉模块( m c m ) 5 样l 甜槽位分为二组，5 牡l l 撑为宽带业务槽位，1 2 # 1 6 # 为窄带业务槽位。 v i m m 2 、v o m m 2 、e i m 4 e l 及f e i m 模块只能插入宽带业务槽位，其它模块 既可插入宽带业务槽位，也可插入窄带业务槽位。 除提供上述用户业务接口模块外，m e l i t 还将不断推出各种新的应用接口模 块，以满足用户不断增长的需求。 华中科技大学硕士学位论文 moom paac um mm ll li 图2 - 3 罔络单元机箱槽位分配 网络管理终端( n m t ) 可与平台中任何网络单元( ne ) 相连，它通过s d h 帧结构中的d c c 信道对整个m e l i t 平台进行集中管理，包括配置管理、性能管理、 故障管理、安全管理、日志管理等。 视频切换控制台( v s c ) 是数字视频切换传输的必备设备，它与m e l i t 平台 网络单元的l o d i m 模块相连。v s c 发出的切换控制命令通过l o d i m 模块的数 据通道广播发送至平台的各个n e ，n e 根据收到的命令将选择的摄像机视频信号 传输至对应的监视器。m e l i t 平台中可设置多个独立的v s c ，以满足控制中心不 同管理人员的电视监控需求。如在系统中不需要视频切换传输功能，v s c 就不需 配置。 2 4 系统功能 m e l i t 平台可提供下列功能： ( 1 1s d h 二纤单向通道自愈环，保证系统的高可靠性传输 f 2 ) 3 k h z 话音数字透明传输 ( 3 ) i s d n 2 b + d u 中继 ( 4 ) 2 0 k - i z 音频数字透明传输 ( 5 ) g 7 0 3e l 信号透明传输 ( 6 13 0 0 b i f f s 至4 6 0 8 k b i t s 异步数据透明传输 华中科技大学硕士学位论文 ( 7 ) 3 0 0 b i t s 至1 9 2 m b i t s 同步数据透明传输 ( 8 ) i o i o o me t h e r n e t 数据传输 ( 9 ) h 2 6 1 或m p e g 一2 压缩方式视频数字传输 ( 1 0 ) 视频数字切换传输 ( 儿) 提供点对点、点对多点、总线及e t h e m e t 共享环通信模式 0 2 ) 集中网络管理 2 4 1 嘲络蕾理功偿剐4 1 ( 1 ) 故障管理 故障管理主要包括告警监视、告警历史管理和各用户接口模块是否正常工作。 网络管理软件n m t 1 0 可自动报告s d h 的再生段( r s ) 、复用段( m s ) 、高阶通道 ( h o v c ) 、低阶通道( l o v c ) 和标准通信协议接口模块故障的告警指示，包括： 发送失效( t f ) 信号丢失( l o s ) 指针丢失( l o p ) 帧丢失( l o f ) 复帧丢失( l o m ) 远端接收失效( f e r f ) 告警( a i s ) 信号标记失配( s l m ) 追踪识别符失配( t i m ) 各标准通信协议接口模块故障 n m t 1 0 可纪录告警发生的时间并自动打印输出( 需配置打印机) ，同时以文 件的形式保存。n m t 可存储1 个月( 或客户要求时间) 的告警纪录，并可转存到 外部的存储介质( 如磁带) 。 ( 2 ) 性能管理 性能管理主要监视s d h 的传输性能及性能历史管理，s d h 的r s 、m s 、h o v c 和l o v c 传输性能指标包括： 误码块( e b ) 9 华中科技大学硕士学位论文 背景误码块( b b e ) 误码秒( e s ) 严重误码秒( s e s ) 指针调整事件( p j e ) 上述这些性能指标在网络单元中有分别有两个寄存器：1 5 分钟寄存器和2 4 小时寄存器，n m t 可读取这些寄存器数值以进行故障的区段定位。n m t 同时以 文件的形式保存这些性能纪录以备查找。 ( 3 1 配置管理 配置管理是m e l i t 平台n m t 最重要的的功能，整个m e l i t 平台配置管理包括： 各种业务时隙分配 通信关系配置( 点对点、点对多点、总线和e t h e m e t 共享环) s d ht u 一1 2 交叉连结关系配置 n x 6 4 k b i t s 交叉连结关系配置 各种标准通信协议接口模块的参数配置 ( 4 ) 安全管理功能 安全管理主要用于防止未经许可的用户进入n m t 篡改一些关键数据，特别 是配置数据库n m t 设置了多级口令预防非法用户进入。 f 5 ) 日志管理 日志管理主要是操作日志纪录，n m t 可纪录每次操作的进入和退出时间，以 便进行有效管理。 2 4 2 视频切换控制台功能 ( 1 ) 可以将任意摄像机的视频信号人工切换至指定的监视器上( 正常情况下 可设置默认摄像机) ( 2 ) 轮循显示功能。某一监视器或一组监视器可通过编程循环显示某些摄像 机或全部摄像机的视频信号，循环间隔的时间可任意设置 ( 3 ) 对相同的摄像机群，可设置多个视频切换控制台( 如行车调度控制台， 防灾调度控制台，总调控制台、公安调度控制台等) ，一个切换控制台对 应不同的监视器组。控制台之间的切换控制相互独立。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 3 m e l i t 光纤综合业务传输网设计思想 3 1 几种网络传输体制的比较5 l 7 1 就目前的技术发展而言，能够实现话音、音频、数据、视频、l a n 等业务综 合传输的技术有： ( 1 ) 专用帧结构的t d m 系统 ( 2 ) 标准帧结构的t d m 系统 ( 3 ) 帧中继系统( f r 系统) ( 4 ) a t m ( 5 ) i p 网络 专用t d m 系统采用一种专用帧结构的协议来传输不同业务种类。其典型优 点是系统设计者可设计一种专用数据帧结构来灵活接入各种不同的通信协议，不 足之处在于设计者需自行开发专用a s i c 芯线，系统测试、维护与培训需要专用 仪器仪表和专门训练的人员，同时系统的价格较高。 标准帧结构t d m 系统包括p d h 、s p d h ( 具有s d h 功能的p d h 系统) 、s d h 与f d d i - i i 。p d h 系统典型传输容量有2 m 、8 m 、3 4 m 、1 4 0 m ，也有6 8 m 、8 4 m 的s p d h 系统，随着多媒体宽带业务的发展，这些传输容量越来越无法满足用户 日益增长的需要，同时p d h 固有的比特同步交错复接技术使得支路信号的插入和 提取需要复杂的背靠背复用与解复用设备，p d h 的其它不足之处包括只有地区性 速率和帧结构标准，光接口之间互相不兼容，帧结构中辅助信道容量小，这些特 点使得p d h 逐步退出历史舞台而被技术先进、功能强大、网络更加可靠的s d h 系统所取代。 s d h 技术是国际上9 0 年代初提出并付之商用的新一代大容量光纤传输系统。 它技术先进，具有标准帧结构与光接口、强大的网络管理能力和灵活分插支路等 特点；组网灵活，可组成点对点、星形、线形、环形等不同拓扑结构网络：扩容 能力强，系统很容易从1 5 5 m 升级到6 2 2 m ，甚至2 5 g ；网络可靠，具有复用段 华中科技大学硕士学位论文 保护、通道保护、自愈环等各种切换保护手段；能够承载目前广泛应用的i p 协议， 在某些技术方面i po v e rs d h 优于i p o v e ra t m 。 f d d i i i 是美国a n s i 标准的1 0 0 m 光纤自愈环路。其典型缺点是扩容能力差， 无高速率版本标准，随着用户业务带宽需求的增长，将无法满足日益增长的多媒 体业务带宽的需求。f d d ! 一i i 的另一不足是支持厂商少。 f r 系统主要用于l a n 网络之间的互连，典型速率有2 m 、3 4 m 、4 5 m 。虽然 目前在f r 系统上可传输话音，但大量使用这种技术还需多年。 a t m 采用5 3 个8 位组的定长分组，即信元结构作为各种信息传输和交换的 基础结构和统一平台。因而可将各类不同的业务( 数据、话音、视频) ，不同的业 务特征( 比特率、服务质量q o s ，、突发和时延特性) ，在不同的媒体上传送：a t m 具有可伸缩性，传输速率可从m b i t s 到g b i t s ；能灵活有效地支持己知和未知新 业务的特性要求；a t m 能有效地利用资源，可承接所有业务，并能达到最佳的统 计共享资源状态，能对所有用户动态地实现按需分配( 带宽、优先级别、时延等) ： a t m 是一种通用网络，既适用于公用网，也适应于专用网或局域网。由于a t m 技术的复杂性( 从而带来价格偏高) ，加上各项标准制订迟缓，特别是近年来交换 式千兆位路由器( g s r ) 的出现对a t m 技术的冲击，使得a t m 技术未能得到大 规模应用。 i p 网是无连接的分组传送网。i p 协议可使不同种类、不同媒体、隶属于不同 单位且分布在全球的各类网络和主机实现无缝连接。i p 网是目前发展最为迅速的 网络。虽然目前v o l p 发展迅速，但要承载地铁轻轨等延伸环境下大量的话音数 据等实时业务还需多年的努力。 综上所述，s d h 和a t m 是承载地铁轻轨、高速公路等延伸环境下话音、音 频、数据、视频及l a n 业务的最佳技术平台。由于a t m 协议处理的复杂性、标 准没有完全完善、本项目的研制周期等因素，设计最终选用s d h 传输体制作为 g c w 型m e l i t 光纤综合业务传输网的骨干传输标准，其基本构架如图3 1 所示。 在图3 1 中，适配层主要完成话音、音频、数据、视频及l a n 业务数据如何 装配至s d h 标准帧结构中。 华中科技大学硕士学位论文 话音音频数据视频l a n 适配层 s d h 传输层 圈3 1m e l r 网络的基本构架 3 2 网络总体结构的设计 3 2 1 几种s d h 自意环特性的比较8 对地铁轻轨、高速公路、电力传输设施等运营环境，其最基本的要求是能够 可靠地传送各种业务信息。作为骨干传输的s d h 体制，有两种保护结构，即路径 保护和子网连接保护。路径保护主要是指复用段保护，而s d h 子网连接保护的典 型例子是“通道倒换环”。表3 1 给出了各种s d h 自愈环特性的比较。 衰3 - 1各种自愈环特性的比较 类别 二纤单向二纤单向复四纤双向复= 纤敢向复 项目 通道倒换环用段倒换环用段倒换环用段倒换环 节点数k kk k 线路速率 s t m - n舛m - ns _ n “- ns t m - n 最大业务容量s t m - n s t m nk xs t m - n k ，2x s t m - n a p s 变化不要求要求要求要求 系统复杂性最俪单简单简单复杂 产品兼容性没问题目前不行目前不行目前不行 节点成本低低高 由 1 3 华中科技大学硕士学位论文 一般来说，通道倒换坏简单、成本低，而复用段倒换环复杂、成本较高。对 于延伸环境下的应用( 如地铁轻轨线、高速公路、电力传输网) 具有自愈功能 的二纤单向通道环较为合适。从接入网的角度，g c w 型m e l i t 光纤综合业务传输 网属于接入网的范畴，而s d h 本地接入网大量使用结构最简单、最便宜的二纤单 向通道保护方式。因此本网络设计的拓朴结构最终采用二纤单向通道倒换环。 3 2 2 本传输赠中的复用映射结构设计纠 s d h 是在p d h 传输体制上发展起来的一种新型传输体制，为了与其兼容， i t u tg 7 0 7 建议定义了5 种标准容器将p d h 信号映射至s d h 数据帧后进行传 输，这5 种标准容器为：c 1 1 ( 1 5 4 4 m b i t s ) 、c 1 2 ( 2 0 4 8 m b i t s ) 、c 2 ( 6 ，3 1 2 m b i t s ) 、 c 3 ( 3 4 3 6 8 m b i t s 或4 4 7 3 6 m b i t s ) 、c 4 ( 1 3 9 2 6 4 m b i t s ) 。适合我国传输体系的容 器有3 种：c 1 2 、c 3 和c 4 。一个s t m 1 信号只能装载3 个c 3 信号，其效率不 到6 9 ，造成极大浪费，因此我国不推荐使用c 3 容器。针对延伸环境下的实际 应用隋况，能够采用的只有c 1 2 容器。因此本传输网设计采用图3 2 所示的映射 结构，它是g 7 0 7 建议中的复用映射结构的一个子集。 3 2 3 传输容量的理论计算 图3 - 2 复用映射结构 根据市场调研信息，一个地铁轻轨车站的典型业务如下： ( 1 ) 话音：3 0 门一6 0 门( 包括模拟电话、数字电话、调度分机、无线话音及 专用电话) ( 2 ) 数据：2 0 路( 用于时钟系统、c c t v 控制、广播控制、电力s c a d a 、 1 4 华中科技大学硕士学位论文 b a s 、f a s 、a f c 、a t s 等) ( 3 ) 宽带音频：l 路( 用于o c c 对各车站的广播) ( 4 ) 视频：8 路( 8 路摄像机) ( 5 ) l a n ：1 路e t l l e m e t ( 用于b a s 或a f c 或a t s 系统) ( 6 ) e 1 接口：o c c 、车辆段和车站配置不一样，但公务通信系统总要求一般 不会超过1 0 路 一条地铁轻轨沿线车站一般为1 0 2 0 个车站，按2 0 个车站计算，一条地铁 轻轨线的传输容量大致为： 【( 6 0 ( 话音) + 2 0 ( 数据) ) 6 4 k b i t s 】2 0 + l 1 5 3 6 k b i t s ( 宽带音频) + 8 ( 视频) x 2 m b i t s x 2 0 + 1 1 0 m ( e t h e m e t 业务共事传输) + f o x 2 m b i t s ( e l 业务) = 4 5 3 9 3 6 m b i 魄 上述视频业务传输容量的计算是依据所有摄像机视频数据( h 2 6 1 压缩数据 流) 全部点对点方式传送到o c c 。 对于高速公路、电力传输网等延伸环境下的应用，每个业务接入点的用户业 务可能比地铁轻轨少，因此在本设计中g c w 型m e l i t 光纤综合业务传输网的容 量选定为6 2 2 m b i f f s ( s t m - 4 等级) ，这一传输速率足以满足今后若干年延伸环境 下用户业务需求的增长。 3 2 4 传输距离 对于地铁轻轨运营环境，相邻车站之间的距离为5 0 0 m - - 3 0 0 0 m ，若采用环 形拓朴结构，各车站之间传输节点设备采用单跳方式组网，则各车站传输节点之 间的距离最大为6 k m 。 对于电力传输网，高速公路业务接入点之间的距离大约为1 5 k m 2 0 k m ，若 按环形拓朴结构、单跳方式组网，