（光学工程专业论文）sdh光通信实验平台的开发应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着光纤通信的发展，逐步导致了同步数字体系( s d h ) 的形成，s d h 的出现又为 光纤通信的的发展开创了崭新的局面。由于s d h 具有可扩展性、便于管理、恢复时间 可靠、方便与e t h e m e t 互通等优点。s d h 与d w d m 的高效率系统集成，更使s d h 网 的发展得到了人们广泛的关注。如何获得方便的测试与管理的光通信构架就成为通信平 台构建者最关心的问题，本文以s d h 网络的局域通信平台为研究对象，在s d h 测试、 s d h 接口规范的面向对象编程，基于j 越，a 的测试数据处理模块构建与界面设计等方面 开展工作。 本文首先讨论了同步数字体系s d h 在传输过程中的各种参数的测试原理，并对光接 口特性、误码特性、抖动特性等参数的测量方法进行了详细叙述；讨论了s d h 网络管 理功能，并对网管编程工具的选择进行了阐述。在对同步数字体系的测试过程中，结合 设计的光通信实验平台，主要对同步数字体系的光接口测试，误码测试，抖动测试三类 参数进行了测量试验，得到了一些实际的测试数据。 在软件的实现中，充分利用了j a v a 语言的各种优势，实现了s d h 传输管理的功能， 同时尽可能用面向对象的设计模式来实现局域s d h 通信平台的管理。通过结合网络测 试的具体步骤和管理信息模型，运用u m l 的方法对网络测试功能模块进行建模，并给 出了时序图，其中包括中断业务下的误码测试、在线误码测试、光接收灵敏度测试和抖 动测试等。运用v i s u a lj + + 6 0 编制出光网络管理界面，该软件具有网元测试，测试结 果分析并给出告警，用户管理等功能。 关键词：s d h光接口测试误码测试抖动测试网络管理 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to ff i b e ro p t i cc o m m u n i c a t i o n ，h a v ec a u s e dt h ef o r m i n go ft h e s y n c h r o n o u sd i g i t a ls y s t e m ( s d h ) p r o g r e s s i v e l y , a p p e a r a n c eo fs d hs t a r tt h eb r a n d - n e w s i t u a t i o n f o rd e v e l o p m e n to ff i b e ro p t i cc o m m u n i c a t i o n b e c a u s es d hh a v ee x p a n s i b i l i t y , e a s yt om a n a g e ，r e s u m et i m er e l i a b l e ，h e l pw i t he t h e r n e tp e r s o nw h oi n t e r f l o wa d v a n t a g e ， t h eh i g h - e f f i c i e n c ys y s t e mi n t e g r a t i o no fs d ha n dd w d m ，m a k es d hn e t w o r kd e v e l o p m e n t g e tp e o p l e s e x t e n s i v ec o n c e r ne v e nm o r e h o wo b t a i nc o n v e n i e n tt e s ta n dp h o t o c o m m u n i c a t i o nf r a m e w o r ko fm a n a g e m e n tb e c o m ec o m m u n i c a t i o np l a t f o r mq u e s t i o nt h a t c a r em o s to fs t r u c t u r i n ge t c ，t h i st e x tr e g a r do f f i c el a n dc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mo fs d h n e t w o r ka sr e s e a r c ho b j e c t ，i ns d ht e s t ，s d hi n t e r f a c en o r mf a c et a r g e t sp r o g r a m m i n g ，t h e t e s td a t ap r o c e s s i n gm o d u l eb a s e do nj a v as t r u c t u r e sr e s p e c to fd e s i g n i n gw i 也t h ei n t e r f a c e e t c a n dp r o m o t e so n e sw o r k t h i st e x th a sd i s c u s s e dt h es y n c h r o n o u sd i g i t a ls y s t e ms d ht e s tp r i n c i p l e so fd i f f e r e n t p a r a m e t e r si nt h ec o u r s eo ft r a n s m i t t i n ga tf i r s t ，a n dt om e r ei n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c ，y a r d so f c h a r a c t e r i s t i cb ym i s t a k e ，s h a k ec h a r a c t e r i s t i c ，e t c m e a s u r e m e n tm e t h o do fp a r a m e t e rg oo n i nd e t a i ln a r r a t i n g ；h a v ed i s c u s s e dt h ef u n c t i o n so fm a n a g e m e n to fs d hn e t w o r k ，a n dh a s e x p l a i n e dt h ec h o i c eo ft h ep r o g r a m m i n gt o o lo fn e t w o r km a n a g e m e n t i nt h et e s tc o u r s et o t h es y n c h r o n o u sd i g i t a l s y s t e m ，c o m b i n et h ep h o t o c o m m u n i c a t i o ne x p e r i m e n tp l a t f o r m d e s i g n e d ，t e s tt os y n c h r o n o u sd i g i t a lm e r ei n t e r f a c eo fs y s t e mm a i n l y , y a r db ym i s t a k et e s t ，i s i tt e s tt h r e ep a r a m e t e rg oo nt e s to f m e a s u r i n gt os h a k e ，h a v er e c e i v e ds o m er e a lt e s td a t a i nt h er e a l i z a t i o no ft h es o f t w a r e ，h a v ef u l l yu t i l i z e dv a r i o u sk i n d so fa d v a n t a g e so fj a v a ， t r a n s m i t t e dt h ef u n c t i o no fm a n a g e m e n ta f t e r r e a l i z i n gs d h ，i s i tr e a l i z e o f f i c e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n to fp l a t f o r m ，s d ho fl a n d ，t oc o m e 砸血t a r g e t o r i e n t e dd e s i g n m o d ea sm u c ha sp o s s i b l ea tt h es a m et i m e t h r o u g hc o m b i n ec o n c r e t es t e pa n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nm o d e lt h a tn e t w o r kt e s t ，m e t h o dt ob s eu m lt e s tt on e t w o r kf u n c t i o nm o d u l eg o o nm o d e l i n g ，a n dp r o v i d ec h r o n o l o g i c a lc h a r t ，i si tc u to f fb u s i n e s sy a r dt e s t ，n o to n l i n ey a r d t e s t ，r e c e i v es e n s i t i v i t yt e s ta n di si tt e s te r e t os h a k eo n l yb ym i s t a k eb ym i s t a k et oi n c l u d e u s e + 十6 0v i s u a lji si th a p p e na l ln e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c et ow o r ko u t ，s o f c w a r et h i s h a v en e t w o r ky u a nt e s t ，a n a l y s ea n dp r o v i d ea n dr e p o r ta ne m e r g e n c ya n da s kf o rh e l po r i n c r e a s e dv i g i l a n c ei nt e s tr e s u l t ，s u c hf u n c t i o n sa su s e r sm a n a g e k e y w o r d s ：s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h yo p t i c a l - i n t e r f a c et e s t e r r o rd a t at e s t d i t h e r i n gt e s t n e t w o r km a n a g e m e n t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导f 进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：占 畜未、 日期： 2 一硒- 年q - 月巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：昌f 友未， 1 日期：研年乒月西日 指导狮签名：彳扣前 日期：瓣( 朋才扫 华中科技大学硕士学位论文 l 选题背景及s d h 技术概述 光纤通信的发展导致了同步数字体系( s d h ) 的形成，s d h 的出现又为光纤通信的发 展开创了崭新的局面。s d h 的国际标准确立至今近代2 0 年，以s d h 为基础的传送网就 成为我国以及国际上通信网建设的主导力量。在网络的带宽，灵活性，可靠性以及带 宽对资源的可管理性等方面，s d h 网比传统的p d h 网有了很大提高。这样，s d h 在服务 质量，传送容量，经济效益，建设速度等方面及时满足并促进了通信业务的不断增长。 s d h 提供的良好发展环境，使从未停止而且常常超出网络规划预测的通信业务需求飞速 增长，其增长速度在近年来甚至加快到足以超过s d h 设备自身发展的速度，或可以说使 s d h 在电域内的发展迅速达到当前电子器件的最高经济限度。光通信发展处于一个快速 发展时期，已从过去纯粹满足骨干网长途传输的需要向城域网、接入网拓展，并出现了 长途、城域、接入系列传输。这种形势促进了波分复用( w d m 和d w 删) 的发展。w d m 技 术正向人们展示全光网( a l l o p t i c a ln e t w o r k i n g 或o p t i c a ln e t w o r k s ) 的巨大潜力 和光辉前景0 3 。 本课题基于对高校“光信息科学与技术”专业学生培养的需要，实现对光网络的原 理及网络运行、管理进行实验展示的目的，结合武汉职业技术学院的学科建设的现状而 开展工作，具有十分重要的现实意义。“光通信实验平台的测试与管理实现”的研究， 对其他高校的“光信息科学与技术”专业学生培养的实践具有重要的参考价值。 1 1数字同步体系( s d h ) 的发展 从脉冲编码调制( p c m ) 的发明到话音数字化传输的实际应用经历了2 5 年。晶体管 的发明是该项技术能实用化的关键，数字交换机的发展加速了电信网从模拟向数字的过 渡。p c m 系统非常庞大、可靠性差，无法实用。以后的十年发明的晶体管，大约在1 9 5 7 年进入商用，解决了p c m 商用化的关键技术问题。p d h 的传输媒质，最初是市话对称电 缆，然后发展到同轴电缆和微波。第一个在电话网上引入数字交换技术的是法国，从 1 9 7 0 年开始试验到1 9 7 5 年才在网上正式使用。 激光器和光纤的发明和实用化，使光传输和数字通信结合起来，数字光通信技术使电信 网数字化的进程产生了一个质的飞跃，光纤数字传输网的建立标志着电信新时代的至0 来嘲。 从第一个商用p c m 数字传输系统进入电信网到标准制定大约经过了3 年，到形成国 际标准经过了1 0 年“1 。国际电联在p d f i 体系的标准化工作上处于“先有设备后出标准” 华中科技大学硕士学位论文 的状况，几乎所有的建议都是在相应的设备已经形成或将要形成产品进入商用之后才由 各个国家提出提案，由于是在已有相当丰富的实践基础上，用总结经验的方式来制定标 准，形成的标准自然基础上比较完善。 光纤可以提供极大的通信容量，因此人们开始研究与之相应的数字传输系统；既要 克服p d h 的固有缺点并与现存系统兼容，又能适应全球通信发展的新的传输体系。1 9 8 4 年初，美国贝尔通信研究所首先开始了同步信号光传输体系的研究。1 9 8 5 年美国国家 标准协会根据贝尔通信研究所提出的建立全同步网的构想，起草光同步网标准，命名为 同步光网络( s o n e t ) 。s o n e t 的最初目标是要使各个供应商生产的设备由统一的标准光 接口，使网络在光路上能够互通。后来的发展大大超出了这个目标。形成了新的传输体 系，从而引出了传送网的概念。它已不再是只针对某种数字光通信设备或系统的规范， 而是一个全网的概念。s d h 体系就是在这样的背景下诞生0 1 。 我国数字通信发展迅速，1 5 年间完成了从模拟到数字的过渡，又开始从p d h 向8 d h 过渡。现在，s d h 已在全球范围的传输网中广泛应用，这就使得建设一种宽带而便于管 理的传送网成为可能，它是向宽带综合业务数字网( b i s d n ) 发展的一个关键部分。 这样的传送网可以作为建设信息高速公路的基层，或说是信息高速公路的传输平台。从 目前的应用来看，s d h 所能提供的好处，可以列举许多条，但有三条是基本的。即：兼 容而经济的传输设备基础：灵活的带宽分配；强有力的网络管理。近年来，s d h 网络在 干线及城市中继网内迅速发展，广泛应用。从网上应用的系统看，“九五“期间的干线 建设全部采用了s d hs t m - 1 6 系统，1 9 9 8 、1 9 9 9 年建设的w 1 ) m 系统承载的也全是s d h s t m - 1 6 系统。这标志着s d h 系统和承载s d h 系统的w d m 系统已成为省际干线传输的主 力军。从网络拓扑上看，当前建设的w d m 全是点到点的线性系统，正向全网状结构发展， 逐步采用如o a d m ( 光分插复用设各) 等设备。在有业务上下的节点上，采用了复用器 解复用器的背对背方式。世界上大规模建设的w d m 系统基本上都是这种系统，环型或 其他结构的w d m 网络在技术成熟后才会应用。 作为网络发展趋势，为企业网和接入网提供宽带服务将给s d h 提供新的发展机会， 同时也向s d h 提出新的挑战。因为现有的s d h 设备和标准均是针对接入网以上的网络( 或 叫核心网) ，接入网( 包括用户宅内) 的环境、业务特点均会对设备的技术经济指标提 出更为苛刻的要求。作为新的信息转移模式，异步转移模式( a t m ) 代表着s d h 未来的 另一空间，这是向b i s d n 发展的另一关键技术。a t m 与s d h 的关系，一段时间已来曾 引起不少混淆，在某种程度上这也反映了对基本概念的误解。在开放互连( o s i ) 模型 华中科技大学硕士学位论文 中，s d h 属于物理层，a t m 却在数据链路层内，在当前3 g 通信兴起的前夜，似乎光网络 的a t m 接入正成为一个技术热点。 综上所述，可以预计s d h 技术将不断地发展，它将进一步向用户延伸，为终端用户 提供宽带服务。在迎接a t m 、c a t v 、多媒体、因特网( i n t e r n e t ) 全光网络带来的机会 和提出的挑战中，将得到广泛的应用。 1 2 数字同步体系( s d h ) 的本质 s d h 提出了一整套传送网的国际性标准，它不只是规定了复用方法，还描述了组网 原理。所以说s d h 的本质是网络或联网。传送网应当是一个灵活的、高可靠性的，并且 可以实行集中的智能化管理的网络。s d h 正是基于这样的出发点发展起来的新一代的传 送网技术体制，它完全可以满足今后新业务发展的要求。 过去的传统电话网由传输系统和电话交换机组成，交换机之间用模拟传输系统连接 构成一个通信网络。数字传输系统的早期发展只不过是用来取代模拟传输的，仍然是单 纯的传输系统“1 。随着电话业务、特别是租用电路等业务的发展，在电信网中使用了称 为数字交叉连接设备( d x c ) 的一种网络实体。通过d x c 给电话以外的其他业务提供半 永久性连接，这样形成新一代的传输网。我国已建设了大量的p d h 传输系统，没来得及 引进d x c ，将跨国p d h 传输网，直接进行s d h 传输网的建设。 正在建设中的s d h 传输网是一种全新的传输网络，由数字交叉连接设备( d x c ) 和 分、插复用设备( a d m ) 组成节点，与大容量光纤传输链路连接，构成具有高度灵活性 和自愈功能的网络。这个网络面向所有业务，又相对独立于各种业务，具有一定智能， 从电信传输发展到了传送网的阶段。传统的传输概念已经发生变化，形成内涵更加丰富 的传送网概念。 人们谈及s d h 是一项新技术时，往往想到s d h 是一种新设备一一同步复用设备，或 想到s d h 是一种新的传输系统一一大容量高速光纤传输系统，这些只是s d h 的特点，s d h 的本质是一种新的网络技术一一同步传送网络。随着s d h 与w d m 的结合，i p 业务的强 劲推动，s d h 传输与管理的新技术也不断出现，综上s d h 技术是一种经得起考验的传输 体系方式。 1 3 数字同步体系( s d h ) 的优点 s d h 有如下一些优点m “3 ： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 一次到位的同步复用方式使传输系统的硬件数量减少。s d h 帧结构中，字节安 排规律有序，在各级s t m 。n 帧中，开销和净荷各有固定的位置，各s t 卅l 信号字节排列 有规律：在s t m 一1 帧中，各速率等级的p d h 支路信号字节有固定的位置，并用指针指示 其位置。很容易从s t m n 信号中分出或插入s t m l 和p d h 支路信号。因而传输局站使用 的设备数量大大减少。而且设备功能增加，能够通过软件配置进行管理，可以迅速地对 传输需求的增长和变化作出反映，满足业务要求。 ( 2 ) 高度标准化的光接口s d h 规范了开放的标准光接口。加上s t m - n 帧中含有管理 线路终端功能的开销，就可以把线路终端功能和复用功能综合在一起，实现光，电端机 合一，使s d h 网元设备简化，标准化程度更高，在网中有多厂家设备的情况下也能有效 的组网。 ( 3 ) 具有强有力的标准化网管功能各级s t m - n 信号中有较多的开销字节。它包括四 大类：再生段开销( r s o h ) ，复用段开销( m s o h ) ，高阶通道开销( h p o h ) 。其中除现在 以定义了许多开销字节的功能之外，还保留有充足的开销字节以备将来使用；不仅能满 足当前网络运行，管理和维护( o a m ) 需要，而且能适应未来的o a m 需要。有效的s d h 网管和网路动态配置功能，还使s d h 网络的物理路由与逻辑拓扑可以分离，容易实现自 愈网，在设备或系统发生故障时。能迅速恢复业务，提高网络的可用性，降低维护费用。 ( 4 ) 既兼容现有的p d h 系列，又能满足将来的发展。s b h 网能透明传送现有的p d h 信号。兼容1 5 4 4 k b i t s 和2 0 4 8 k b i t s 两大系列，是各国部接受的标准结构，为国际通 信网提供了便利。 s d h 为未来的高速传输做好了准备，采用同步字节复用方式完成s t m - i 往上的复用， 特别是高阶虚容器级联应用实现技术简单，效率高便于往更高速率发展，有利于在传 输节点上实行交换。s d h 的标准有长远的考虑，为将来的应用做好准备。s d h 的标准化 工作与宽带综合业务数字网( b i s d n ) 的国际标准化工作几乎同时进行，互相得以补充 的协调：s d h 己被选定为运载异步传输模式( a t m ) 信号的传送网络；s t m - i 和s t m - 4 的速 率( 1 5 5 5 2 0 k b i t s 和6 2 2 0 8 0 k h i t s ) 已被选定为b - i s d n 的用户网络接口( u n i ) 的标 准数率。 综上所述，s d h 的优点可总结为以下四条“”： ( 1 ) 灵活、兼容的映射方式及帧结构 一一简单的复接和分接 一一低速支路容易上下 4 华中科技大学硕士学位论文 一一有效地支持向更高地传送速率发展 ( 2 ) 与业务无关地灵活、兼容地传送平台 一一加速新一代业务 一一便于端一端管理业务 ( 3 ) 嵌入信号内的管理、维护信息量大，可改进业务质量 一一提供网络监控功能 一一便于网络恢复业务 ( 4 ) 开放地网络提供了新的灵活性 一一标准化贯穿全网o a m 能力 一一对来自不同地供应商设备构成的光链路是完全兼容 从上述s d h 的优点可以看出，p d h 的点对点电信传输发展到了s d h 的传输，不仅是 概念上的革新，而且引起了整个传输体制上的重大变化，对传输规划，设计，设备开发 和维护管理都将产生重大影响。已建与正在建设的s d h 网也就成为信息高速公路的物理 平台。 1 4 电信传输网的结构 随着电信业务量和业务种类的急剧增加，网络运营商对网络提出了新的要求，主要 在高灵活性、高生存性和可发展性等方面。这不仅导致网的构成和功能的变化，而且引 起网的体系结构的变化。s d h 的发明和应用推动了网络结构研究。尽管电信网的网络体 系结构研究内容要比s d h 网更广泛，但在理论和方法上有不少共同之处。 拓扑学将网络的结构分为线性网、树形网、星形网、环形网和网格形网。网络拓扑 结构研究广泛用于网络优化和网络生存性、抗毁性、连通性等性能分析。信息网是一个 非常复杂的网络。i t u t 对网络结构采用水平和垂直的分解方法描述，见图1 4 1 、图 1 4 2 。 图1 4 1 水平观点网络结构 图1 4 1 是水平观点的网络结构，偏重于网络的物理连接，将网络分解为用户住地 华中科技大学硕士学位论文 网( c p n ) 、接入网和核心网。 图1 4 2 为垂直观点的网络结构偏重于网络的逻辑功能，将信息网分解为应用层、 业务网和传送网n “。 电信网中有两大类功能群“。一类是传送功能群，它可以将任何信息从一点传送到另 一些点；另一类是控制功能群，它可以实现各种辅助服务和操作维护功能。所谓传送网就 是完成传送的手段、定义为在不同地点之间传递用户信息和网络功能资源。“传送” ( t r a n s l m r t ) 强调的是信息传递的功能过程，所以传送网主要是指逻辑功能意义上的网 络。“传输”( t r a n s m i s s i o n ) 强调的是信息信号通过具体物理媒质传输过程，传输网通常 是指各种设备和媒质组成的实体网络。传送网可以用来泛指全部逻辑网和实体网。 图1 4 2 为垂直观点的网络结构 i t u tg 8 7 2 建议给出了光纤光缆作传输媒质的传送网结构。如图1 4 3 ，相邻层 之间构成客户和服务者之间的关系，上层是客户层，下层是服务层。 电路层 通道层 复用段层 再生段层 物理层( 光纤) 电路层 电通道层 电复用段层 光层 物理层( 光纤) s阴网wum网 电路层电路层虚通道 p d t 通道层s d h 通道层虚通道 电复用段层电复用段层 复用段层 光通道层 光 光复用段层 层 光传输段层 物理层( 光纤) 光传送网 图1 4 3 光纤光缆作传输媒质的传送网结构 6 华中科技大学硕士学位论文 本章内容主要是介绍同步数字体系s d h 系统的有关背景，以及同步数字体系s d h 系统 的发展历史和发展前景。s d h 提出了一整套传送网的国际性标准，它不只是规定了复用方 法，还描述了组网原理。所以说s d h 的本质是网络或联网。s d h 又很多有优点：灵活、兼 容的映射方式及帧结构；与业务无关地灵活、兼容地传送平台；嵌入信号内地管理、维护 信息量大，可改进业务质量：开放地网络提供了新的灵活性“心。同时，s d h 网是一个非常 复杂的网络，i t u - t 对网络结构采用水平和垂直的分解方法。另一方面，介绍光通信业务 平台的构成核d 卜- 同步数字传输体系s d h 的本质特征，从原理上看，s d h 是传送层技术， 并不清楚所承载的净负荷内容，因此传统s d h 技术难以有效处理数据传送要求。然而，面 对电信业务的加速数据化和i p 化以及多样化的业务环境，s d h 正在不断改进，以便有效处 理各种重要数据业务。从理论上看，s d h 根据通道开销字节得知净负荷内容的类型，据此 可以开发出将不同数据业务映射进s d h 虚容器的新方法，从而产生s d h 多业务平台的概念。 s d h 多业务平台不仅在端口密度和集成度上有大幅度提高，而且能够在s d h 设旋上支持多 种数据业务的传送和终结，实施数据业务透传或二层交换和本地汇聚功能。其中点到点透 传方式直接将数据映射封装到预先分配的s d h 虚容器中传送，减少了p o s ( p a c k e to v e rs d h ) 口，成本低；具有较好的用户带宽保证和安全隔离功能，适合有较高q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 要求的数据租线业务和核心层应用。但带宽利用率较低，网络硬件资源消耗较大， 缺乏灵活性。而二层交换和汇聚方式用户在端口处以多点到单点汇聚方式迸入网络，具有 带宽共享、端口汇聚能力，通过虚拟局域网( v l a n ) 方式还可以实现用户隔离和速率限制， 利用s d h 环或快速生成树保护实现二层以太网业务保护和环上的带宽共享，节省网络资源 和端口。然而，二层交换竞争带宽的特性，使得在网络拥塞特别是以太环网应用中难以确 保用户实际带宽。安全性稍差。带有二层交换和汇聚功能的s d h 多业务平台可以明显减少 节点的业务端口，降低网络成本，减轻三层交换机路由器负担，组网灵活，适合于汇聚 层和接入层应用以及对安全性要求较低的用户及其浏览和视频点播类业务。总的看，新一 代s d h 多业务平台的出现和发展不仅成功地延长了s d h 的技术寿命，而且提供了一个融合 的简化的网络边缘，可以更灵活有效地支持分组数据业务，增强业务拓展能力，保护已有 投资，降低网络成本和投资风险，有助于实现从电路交换网向分组网过渡和最终融合网方 向发展“”1 。最后对s d h 传输网结构作了横向和纵向的分析。 1 5 作者主要工作 在目前的情况下，本实验平台主要依据武汉烽火通信的g f 1 5 5 bs d h 设备系统的 华中科技大学硕士学位论文 实际情况，根据光同步数字传输系统测试的要求，对实验平台进行了测试和实现。 本文作者具体工作如下： ( 1 ) 依据高校“光信息科学与技术专业”的学科要求，基于已有的光通信若干独立 实验的初步实践，深入进行了光通信实验平台系统的调研，详尽分析了该实验平台的功 能原理，讨论并确定了总体实验方案，最后构建了一个实际的光通信实验平台系统。 ( 2 ) 该实验平台涉及多个光通信终端、管理模块和测试设备间的s d h 协议交互处 理，针对s d h 实现协议的具体情况，提出采用二层软件体系结构来实现平台的管理方 案，以增加平台中参数的独立性和可测性，并对部分参数进行了具体的测试分析，编制 了基于j a v a 的系统测试结果图形用户界面( g u i ) ； ( 3 ) 对该平台系统的部分参数测试过程进行了详细设计，其他包括平台参数管理维 护模块的设计与实现；根据本学科对人才培养的要求，设计了一系列人机友好的窗口界 面。 华中科技大学硕士学位论文 2s d h 光通信实验平台方案论证 武汉职业技术学院光通信实验室现拥有一套s d h 环网设备，码速率分别为s t m - 1 和 s t m 一4 ，环与环之间由数字交叉连接设备( d x c ) 连接，可以提供2 m b s 、1 5 5 m b s 等电 支路接口，同时配置的s d h 网络管理系统包括网元层管理系统和网络层管理系统。目前 待开设的实验有s d h 系统基本光指标测试、s d h 单机指标测试、s d h 系统性能测试、网 管系统参数配置、网管系统故障查询及分析、网管系统性能监视等。本章主要讨论同步 数字体系( s d h ) 参数的测试方法及网管编程工具的选择。 2 1同步数字体系( s d h ) 测试 根据电信设备及网络所处的状态，s d h 的测试分为三类。“； ( 1 ) 单机测试。指单个网络单元测试，包括功能，物理参数验证等。 ( 2 ) 系统测试。网络单元在互联情况下的系统指标测试，检测链路是否合乎设计要 求，如误码性能，网络管理，服务质量等。 ( 3 ) 维护测试。指系统已经开通运行，当网络的业务质量下降时，通常系统自身的 检测系统能够给出哪部分失常，即系统能够进行自动的故障定位。但有时也需要机房的 维护人员利用仪表测试进行故障判断。 由于试验条件的限制只能进行单机测试和简单的系统测试而不能进行维护测试，笔 者主要测试的是同步数字体系的以下一些特性。 ( 1 ) 光接口参数测试：指对光接口的参数进行测量。 ( 2 ) 误码测试：是数字传输网的直接测试，其传输质量的好坏直接反映在误码性能 上。 ( 3 ) 抖动测试：抖动会造成误码，是由于设备时钟恢复的取样时间与信号源之间有 时间差异。 ( 4 ) 定时和同步：检测设备提取时钟的方式，不同时钟方式之间的转换，设备时钟 的精度以及跟踪外时钟的能力，时钟参考信号之间的保护倒换功能。 ( 5 ) 保护倒换：一般测量其保护倒换的条件，保护倒换时间，以及考察设备所能进 行保护倒换的种类。 ( 6 ) 开销和维护信号：其目的不仅在于检测设备的功能是否强劲，还要检查设备厂 商设置的开销是否符合国际标准。 华中科技大学硕士学位论文 对于以上六点的测试范围大致可以分为以下四大类。儿”： ( 1 ) 传送能力的测试：包括b e r 测试，映射和去映射测试等，用以显示s d h 传送净 负荷的能力。即考察净负荷通过网络传输后的完整性。 ( 2 ) 指针测试：包括定时偏移，净负荷输出抖动测试等，用以显示s d h 容许异步工 作的能力。即考察净负荷通过网络传输后，信息码流的频率即相位的变化。 ( 3 ) 嵌入开销测试：包括告警和性能监视功能测试，协议分析等，用以确认开销功 能，检查设备对开销字节的利用情况。 ( 4 ) 线路接口测试：包括一系列电接口和光接口参数的测试，用以保证光路上的横 向兼容性，以及保证网络的传输质量。根据以上的一些特性就能判断出一个网络或一个 设备的基本性能的好坏。 2 1 1 光接口参数的测试 s d h 的物理层可以是光，也可以是电，光纤传输可以从低速到高速，从短距离到长 距离多种场合应用。s d h 有统一的光接口规范，在再生段上实现横向兼容性。 为了实现不同厂商的s d h 设备在光链路上互通，s d h 光接口的光特性需要标准化， i t u t 的建议同步数字体系( s d h ) 设备和系统的光接口规范了s t m l 到s t m 一1 6 无 光放大器的光接口参数。 根据s d h 系统中是否使用光放大器，以及速率是否达到s t m 一6 4 ，将s d h 光接口分为 两大类： 第1 类接口是不包括任何光放大器，速率低于s t m 一6 4 的系统： 第1 i 类接口是包括光放大器或速率为s t m 一6 4 、s t m 一2 5 6 的系统。 光接口按应用场合和传输距离的不同主要分为三类：局内通信，短距离局间通信， 长距离局间通信。 光接口指标主要有：平均发送光功率、消光比、眼图、激光器工作波长、最大均方 根谱宽、最大一2 0 d b 谱宽、最小边模抑制比( s m s r ) 、接收机灵敏度、接收机过载功率、 光通道代价、接收机反射系数、接收机老化余度、光通道衰减、光通道射散、光缆s 点 回波损耗以及s r 点间离散反射系数等。由于测试光源光谱性质的仪器昂贵。就只对常 用的光接收机灵敏度和过载功率的测量进行讨论。 ( 1 ) 平均发送光功率的测量 平均发送光功率是发送机耦合到光纤的伪随机数字序列的平均功率在参考点上的测 0 华中科技大学硕士学位论文 试值，指标可见表2 1 汹m 1 。表中给出了最大和最小平均发送光功率，这并不意味着平 均发送光功率在此范围内就一定合格。产品的使用者应根据需要，在该范围内选定一个 具体的数值作为指标，同时按激光器类型或厂商产品类型说明选定发送机余度，若实测 值小于平均发送光功率与发送机余度的和，则被视为合格。 表2 1 的伪随机数字序列的平均功率在参考点上的测试值指标 比特率( k b i t s ) 容差测试用p r b s 2 0 4 8 ( v c 1 2 ) 士5 0 + i o e - 6 ( 2 0 4 8 0 0 0 1 0 3 b i 如) 2 1 5 1 3 4 3 6 8 ( v c 一3 ) 4 - 2 0 + 1 0 e - 6 ( 3 4 3 6 8 0 0 0 + 6 8 8 b i t s ) 2 n 2 3 一l 1 5 5 5 2 0 ( v c - 4 )士2 0 1 0 e - 6 ( 1 5 5 5 2 0 0 0 0 3 1 1 l b i t s 1 2 2 3 一l 测试设备配置如图2 1 1 ，图中的图案发生器是一个总称，它接于被测设备的输入 口，实际使用的仪表类型与输入口的速率等级有关。 测试光纤 图2 1 1 平均发送光功率测试配置 线路光发送口的测试相应可能有几个输入口，有时需要有一个输入口送信号。如果 输入口是p d h 接口，图案发生器是传输分析仪( 或误码分析仪) 的发送部分；如果输入 口是s t m - n 的接口，图案发生器是s d h 分析仪的发送部分：如果输入口既有p d h 又有 s t 卅n 接口，当需要送信号时，一般在一个s t b l n 输入口送信号。 支路光发送测试，通常只有一个相应的s t m - n 输入口，有时需要在s t m - n 信号中与 被测支路相关的v c 内送测试信号，则图案发送器是s d h 分析仪的发送部分。 操作步骤： 1 ) 按图2 1 i 接好电路。 2 ) 对于s d h 设备输入口一般不需要送信号：如需要送信号，按输入口的速率等级， 并依照表2 1 ，图案发生器选择适当的伪随机二元序列( p r b s ) ，向输入口送测试信号。 3 ) 如有需要，测量并记录激光器的偏置电流( 或输入功率) 及温度。 4 ) 光功率计设置在被测光波长上，待输出功率稳定，从光功率计读出平均发送光 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = # = = = = = ；= = ；= 目= = = = ；# = = = = = ；= = # = = = 功率。 该测试注意事项如下： 1 ) 该项测试一定要清洁光接头，并保持连接良好。 2 ) 如有需要，光连接器和测试光纤的衰减可认为是已知定值，对光功率读出的平 均发送光功率进行修正。 3 ) 精细的测试，可通过多次测试取平均值，然后再用光连接器和测试光纤的衰减 对平均值进行修正。 4 ) 如果系统具有激光器自动关闭功能，则在断开设备尾纤与线路的连接时，需按 下设备上的强制发光按键或通过软件设置强制设备光口发送。 ( 2 ) 光灵敏度的测量 灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示光接收机接收弱光的能力。接收机灵 敏度定义为能使r 点b e r 值维持在i e l o 所需要的最小平均接收光功率。 线路光接收测试见图2 1 2 。 辅助设备 图2 1 2 线路光接收测试 如果被测设备有几个支路输入口，应在一个比特率较高的支路口送信号并检测误 码。如果输入支路是s t m - n 接口。则图案发生器和误码检测器应分别是s d h 分析仪的发 送和接收部分。 支路光接收测试见图2 1 3 ，通常在线路口送测试信号和检测误码。s d 1 分析仪应 1 2 华中科技大学硕士学位论文 处于被测支路有关的通道发送和接收伪随机序列中。 操作步骤： 辅助设备 图2 1 - 3 支路光接收测试 1 ) 按图2 1 2 和图2 1 3 接好电路； 2 ) 按监视误码的通道速率等级，图案发生器( s d h 分析仪) 选择适当的p r b s ，向支路 输入口( 或线路输入口与被测支路相关的通道) 送测试信号： 3 ) 调整光衰减器，逐渐加大衰减值，使误码监测器检测到的误码尽量接近，但不大 于规定的b e r ： 4 ) 断开r 点的活动连接器，将光衰减器与光功率计相连，读出r 点的接收光功率： 5 ) 对于精确的测量，应考虑r ，r ，r 。各点光功率的差异，用活动连接器的衰减值 对读出的接收光功率进行修正。 2 1 2 误码特性测试 误码是指在传输过程中码元发生了错误。确切的讲，误码是接收与发送数字信号之 间单个数字的差错。误码过程是一个随机过程，对误码的描述需要用概率论和数理统计 的理论和方法，这是制定误码指标及应用这些指标的困难原因之一。现在误码指标规范， 从实际需要出发，只选用了很少的几个参数来描述和规范误码。 1 3 华中科技大学硕士学位论文 误码特性是光纤通信系统的重要指标之一。从理论上说，数字传输质量可以与传输 距离无关，但这个假设只有当信号在接收端被正确的读出时才成立。与p d h 网一样，误 码也是光同步数字传输网中的主要传输损伤，但其产生机理，分布特性等并不完全相同， 因而具有许多自己的特点。 在传输设备设计、制造，传输系统工程设计的场合，需要将误码率与信噪比联系起 来规范指标。对于光传输系统，只谈误码率不问相应的接收光功率是毫无意义的。通常 采用误码率和接收光功率的关系来描述误码性能。 误码性能参数的评价只有在通道处于可用状态时才有意义i t u t 规定，当连续出现 l o 个s e s 事件包括这1 0 秒起算作不可用时间；当连续出现1 0 个非s e s 事件，认为不 可用时间结束，可用时间从这1 0 秒开始时刻算起。 目前i t u _ t g 8 2 6 规定了三个误码性能参数见表2 2 ，国标与其相同： ( 1 ) 误码秒比e s r 当某一秒中出现差错块时称为误码秒e s 。在规定的测量时间间隔内出现的e s 数与 总的可用时间之比称为误码秒比e s r 。 ( 2 ) 严重误码秒比s e s r 当某一秒中包括有不少于y ( y 暂定为3 0 ) 的差错块或至少出现1 个严重扰动期( s d p ) 时认为该秒为严重误码秒s e s 。在规定测量时间内出现s e s 数于总的可用时间之比称为 严重误码秒比s e s r 。 ( 3 ) 背景块差错比b b e r 背景块差错b b e 指扣除不可用时间和s e s 期间出现的差错块。b b e 数与扣除不可用 时间和s e s 期间所有块数后之比为b b e r 。该参数大小值反映系统的背景误码水平。 表2 2 误码