（通信与信息系统专业论文）多业务传送平台的设计与实现.pdf

摘要 本文首先介绍多业务传送平台( m s t p ) 及其发展状祝。概述s d h 基本原理以及 基于s d h 的多业务平台的系统原理。结合深圳华跃通信技术有限公司的项目 “c g c s 1 0 0 0 多业务传送平台”，详细研究s t m - 1 系统中光接口、p d h 接口、p c m 业务接口、以太网接口、交叉连接和保护倒换等模块的设计与实现。讨论系统的 硬件功能、告警维护和性能参数管理等方面的软硬件调试，并给出了部分入网测 试结果及其分析。设计了s t m - 4 系统的总体方案，包括光接口、交叉连接、支路 单元净荷处理和以太网接口等模块，并对通用成帧规程、虚级联和动态链路调整 等关键技术进行研究。最后提出了若干s t m 1 系统的改进措施，并探讨了多业务 传送平台的发展前景。 关键词：同步数字序列多业务传送平台交叉连接s d h 上的以太网传送 a b s l r a c t a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s ti n t r o d u c e sm u l t i - s e r v i c et r a n z p o r tp l a t f o r m ( m s t p ) a n di t s d e v e l o p m e n ts t a t u s ，a n ds u m m a r i z e st h e f u n d a m e n t a l so fs d ha n ds y s t e m a t i c p r i n c i p l e so fm s t pb a s e do ns d h a s s o c i a t e dw i t ht h ep r o j e c to fs h e n z h e nh u a y u e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc o ，l t d ，t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fo p t i c a l i n t e r f a c e ，p d hi n t e r f a c e ，p c ms e r v i c ei n t e r f a c e ，e t h e m e ti n t e r f a c e ，c r o s s c o n n e c t i n g ， a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n ga n do t h e rm o d u l e si nt h es t m - 1s y s t e ma r es t u d i e di n d e t a i l t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r et e s to ft h es y s t e ma r ea l s od i s c u s s e d ，s u c ha s h a r d w a r ef u n c t i o n ，a l a r mm a i n t e n a n c ea n dp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s m a n a g e m e n t m e a n w h i l e ，s o m et e s tr e s u l t sa n di t sa n a l y s i sa r eg i v e n m o r e o v e rt h ew h o l es c h e m eo f t h es t m 一4s y s t e mi sp r o p o s e da n dd e s i g h e di n c l u d i n go p t i c a li m e r f a c e ，e t h e m e t i n t e r f a c e ，c r o s s - c o n n e c t i n ga n dt r i b u t a r yu n i tp a y l o a dp r o c e s s o rm o d u l e s s o m ek e y t e c h n o l o g i e so fg e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ，v i r t u a lc o n c a t e n a t i o na n dl i n kc a p a c i t y a d j u s t m e n ts c h e m ea r ea d d r e s s e d f i n a l l y ，t h ep a p e rp r e s e n t ss o m em e t h o d sf o r i m p r o v i n gt h es t m 一1s y s t e ma n d t h ep r o s p e c to f m s t p k e yw o r d s ：s d h m u l t i - s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m c r o s s - c o n n e c t i n g e t h e r n e to v e rs d h 创新性声明 y 5 只3 8 0 1 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外。论文 中不包宙其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志所做的任 何觉献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期川论文一 作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：立荜 日期：2 - 争, 栅p 9 l 一 导师签名：飘，日期：一塑竺二! ：乒 第一章绪论 第一章绪论 1 1 多业务传送平台及其发展状况 传送网可横向分割为核心网、城域网和接入网三大部分，随着波分复用技术和 高速以太网技术的发展，使得骨干网的容量和本地局域网的带宽呈几何级数增长， 网络容量的瓶颈转移到城域网上，特别是电子商务、企业事业单位的多种业务、 局域网互联、高速数据的传送、上网浏览、视频点播及视频会议等新旧业务的大 量需求，更加促进了城域网的发展。 城域网是个高度竞争和开放的网络，其业务类型多样化，业务流向流量具不 确定性，它不仅是传统广域网与局域网的桥接区，也是底层接入网与上层业务网 的融合区，还是传统电信网与数据网的交叉融合地带。因而，各种不同背景的技 术在此碰撞交融，其解决方案概括起来主要有四类：第一类是以s d h 为基础的多 业务传送平台，即m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) i l l ：第二类是基于二 层交换和三层选路的以太网解决方案；第三类是以w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 为基础的多业务平台；第四类是以a t m 为基础的多业务平台方案。 对于运营商和网络提供者而言，要求大规模的扩展自己的网络以适应数据业 务的巨大冲击，要求满足用户对话音、视频和数据业务的快速提供的能力，要求 可以灵活的实现向i p 网络结构和低成本方面的平滑过渡。我们知道，传统的s d h 光传送系统在t d m 时代得到广泛的应用，它具有技术成熟、管理维护功能强大、 业务保护能力强、扩展性好和成本低等优点。目前拥有大量的s d h 网络资源，面 向t d m 业务的s d h 传送体制将在一定时期内继续存在。因此，基于s d h 的新一 代多业务传送平台成为且前较理想的选择，尤其在需求混合型业务的网络边缘。 总之，m s t p 是多种业务发展的需要，是传统的s d h 网络结构向i po v e rd w d m 结构演进的需要，是各种新技术不断发展的需要。 由于m s t p 沿用了标准成熟的s d h 技术，其标准化进程发展非常快，经历了从 支持以太网透传的第一代m s t p 到支持二层交换的第二代m s t p 再到当前支持以太 网业务q o s 的第三代m s t p 的发展历程。第一代m s t p 以支持以太网透传为主要特 征，由于不支持数据带宽共享和以太环网等缺点而不适合数据传送。在此背景下 出现了第二代m s t p ，它以支持二层交换为主要特点，支持基于g f p ( g e n e r i c f r a m i n gp r o c e d u r e ) 的映射，支持虚级联的v c 通道组网，支持基于弹性分组环 ( r e s i l i e n t p a c k e t r i n g ，r p r ) 机制的以太环网，从而达到充分的数据带宽共享。但 由于现有的以太网技术是无连接的，尚没有足够q o s 处理能力，因此，需要在以太 多业务传送平台中关键拉术的设计与实现 网和s d h 间引入一个中阳j 的智能适配层柬处理以太网业务的q o s 要求，第三代 m s t p 由此产生。它以支持以太网业务q o s 为特色，应用多协议标记交换 ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 和分组环技术。成为城域光传输网领域的 新亮点2 1 。 在应用方面，随着市场的需求和大规模集成电路技术的发展，国内外设备提 供商针对不同的市场需求，结合自己的技术特点，推出了完整的城域网多业务传 送平台的解决方案。华为公司的m e t r o1 0 0 0 m e t r o3 0 0 0 m e t r o6 0 0 0 o p t i x1 0 g 系 列产品提供了一套完整的从接入层到汇聚层再到骨干层的解决方案，并且配置 t 2 0 0 0 强大的网络管理平台。上海贝尔阿尔卡特领先推出了基于m p l s 的第三代 m s t po m s n 系列产品，其性能全面覆盖了上述新一代m s t p 设备具有的所有特 征。另外，中兴通讯、烽火科技以及朗讯等等国内外厂家都推出了相应的系列产 品。同时，国内外很多芯片公司不断的推出了支持a t m 业务和以太网业务的相关 芯片，如t r a n s w i t c h 公司推出的支持级联、l c a s ( l i n kc a p a c i t ya d j u s t m e n t s c h e m e ) 、l a p s ( l i n ka c c e s sp r o c e d u r e s d h ) 和g f p 等协议的e t h e r m a p x 系列 e o s ( e t h e m e to v e rs d h ) 芯片。还有p m c 、a g e r e 、武汉烽火和西安深亚等公司 也推出了相关的芯片。 1 2 本文研究背景与内容安排 深圳华跃通信技术有限公司针对城域网和民用专网市场，尤其是电力专网， 推出了紧凑型的“c g c s 1 0 0 0s t m 1 s t m - 4 系统多业务传送平台”设备，它支持 传统的p d h s d h 业务、以太网业务和n x 6 4 k 的低速业务，支持以太网业务的透 传、二层交换方式，支持v l a n ( v i r t u a ll a n ) 、级联、l a p s g f p 封装等技术实 现带宽的有效管理。该产品是一套经济有效的、宽窄带一体化的多业务传送平台， 拥有自主研发的交叉连接、保护倒换等功能实现的核心模块。目前，s t m - 1 系统 已经在电力市场商用化，s t m 4 系统正在开发之中，在民用专网市场具有很好的 发展前景。 在该产品的研制过程中，本人参与了s t m 一1 系统的光口和p d h 接口的硬件设 计与实现，以及交叉连接、保护倒换等关键技术的研究；并且，主持了s t m 一4 系 统的初步总体方案设计，对p d h s d h 业务接口、以太网业务接v i 和交叉连接等方 面进行了总体的设计。本文比较完整的讲述了m s t p 的产品化过程及部分关键技 术的设计与实现。 便于叙述，对本文的基本内容作如下安排： 第一章为绪论，简要介绍了研究多业务传送平台的意义及其国内外发展现状， 以及本文的内容来源和基本内容安排。 第一章绪论 第二鬻具体的介缨了关于s d h 旗零帧结构、簸用原理和指针调整等方颟的基 本蘸瑾，缀遮了m s t p ( 多盈务蕊送带台) 韵蓦零凌裁缝筠、缀翅与应爱等。 第三章详细研究了c g c s 一1 0 0 0s t m 一1 系统的硬件设计与嶷现，主要包括光接 口、p d h 接口和以太网接口，以及交叉连接、保护倒换等关键技术的设计与实现， 提供了一褰经滚套效竣瓣决方案。 第西激主要研究了s t m 1 系统盼软硬停调试，包括了硬彳牛功能、告警维护衽 性能参数镣理等方面，以及m s t p 产品的入网测试要求和该产晶的部分测试结果 及其分拆。 第五露磷究了c g c s m l 0 0 0s t m 4 系统翡饔多总体设诗方察，并对e o s g f p 、 级联和l c a s 等关键技术进行了研究。 最后，对本次论文工作进行回顾，提出了若干s t m - 1 系统的改进措施。并对多 业务簧送平台夔发最遴行了震望。 第二二龋s d h 与多业务干鸯送平台 第二章s d h 与多鼗务传送平台 2 1s d h 的綦本原理 谯8 0 年代和9 0 年代初期，得到广泛应用的准同步数字体系( p d h ) 针对于 点对点通信，随蔚电信网的迅遮发展，为了邋应高速大容爨的传送技术和高度灵 活、矮予管理整翻麴智能弼终蕊爨裘，1 9 8 5 年美国炙零遴穰繇究囊提爨了嚣步党 纾网( s o n e t ) 的概念，1 9 8 8 筇c c i t t 在此基础上经过修改形成了c c i t t 的丽 步数警体系( s d h ) 体系 3 1 。北燕使用s o n e t 机制，欧洲和我国等采用s d h 机 铡，本文主要班s d h 为基擐| l 迸行浚诗。 汽同步数字传送阙具有嚼赣酶优点，梵獒楚其灵活静阏步复用映射方式、整 界统的标准光接豳和强大的管理维护功能这三大优点，使得s d h 光传输产品在 9 0 年代中后期得到广泛的应用，并且在一段时蚓内仍将得剿广泛的应阁，同时得 翼不酝豹笈震襄能亿。 2 1 。l 帧速率与基本复用结构 s d h 瓣基本模块信号是速零为1 5 5 。5 2 0 m b p s 豹s t m 一1 信号，更毫蘧攀麴售号 s t m - n ，其中n 为4 、1 6 、6 4 ，它对应煎速率也为s t m - 1 的n 倍。在黼络接口处 的标糯比特率关系如袭2 1 所示。 袭2 。1s d h 熬椽准速率 等级速率( m b i f f s ) s t m - 11 5 5 5 2 0 s t m 4 6 2 2 0 8 0 s t m 1 6 2 4 8 8 3 2 0 s t m 6 49 9 5 3 2 8 0 s d h 鹣具箨复惩过程，是壅一些基本复建攀元组成若于中翅复蠲步骤完藏豹。 一般簸用结构如图2 1 所示。备种速率等级的数字流先进入相应的接妇容器c _ n ( g 7 0 7 规定了c - l l 、c 一1 2 、c - 2 、c 3 、c - 4 五种标准容器及其相应的接口速率) ， 然后麴上通道开镑构成相应的纛容器v c - n ，出v c 。r i 出来魏数字流再按圈中瓶定 静鼹线遥入a u 警爨擎元帮t u 支鼹单元，最露嬲上高除邋邋开销和段开镄维或了 完整的s t m - n 帧。其中a u 管理单元由高阶廉容器v c 和a up t r 组成，a up t r 用来怒位高阶v c 的起点与复用段起点之间的时间差，但它本身在s t m - n 帧内位 6多业务传送平台中关键技术的设计峙实现 囊霆定：w 支跨单元綮毽籀痘兹低除v c 。 图2 1p d h 与s t m - n 信号复用线路等级结构酗 曼卜_ 1 3 9 2 6 4 k b p s ( ：i 互 t 一4 3 4 4 3 7 8 3 8 6 k k b b p 。i c 一1 2 p2 0 4 8 k b p s ! 二! ! 卜1 5 4 4 k b p s 2 1 。2 帧结构及开销字节功能 s t m - n 的帧结构怒一种鼓字节络构为基础的矩形块状梭络构，如匿2 。2 掰示， 一个s t m 1 幽9 行2 7 0 别的8 比特字节组成，而s t m - n 帧结构是由n 个s t m 1 帧进行字节间接组成，冀帧速率为1 2 5 u s 。它具有事富的开销字节，提供强大的网 络管理与维护功韪。 圈2 2s t m - n 的帧结构 它包括段开销( s o h ) 、管理单元指针( a up 1 r 和信息净负荷区三部分， 冀孛s 0 差塞再生段芬镶( r s o h ) 黢复雳段开镑( m s o h ) 缀戏，净蔫区娃 蠢羧 通道开销( p o h ) 和v c 组成。下面对主要的开销字节进行解析。 1 ) 帧定位字节：a l 和a 2 对于s t m - n 售号，遐过翔錾连续鹣3 n 个a 1 、a 2 兹毽遴行嫉定位，一般设 置为固定德0 x f 6 和0 x 2 8 。 2 ) 踪迹字节：j o 、j 1 和j 2 j o 、j l 鞠j 2 分别为横生段、高阶遴道和低阶通道踪迹字节，妫来重复发送接 第二啦s d h 与多业务传送甲台 入点谈爨褥号，馘狻认是蚕与攒定豹发送瓿懿予持续豹连接状态。j o 辩予餮际弼 边界戏不同运营者嘲边界采用e 1 6 4 编号格式的1 6 字节，对于国内网和单一运营 者网络中采用0 x 0 1 表示不处理；j l 对于国内网和单运髂者网络中聚用6 4 字节 无格斌字符串，丽对于国际网边界或不同运落者网豹边界采用 6 字节e + 1 6 4 编码 格式；泛采翅1 6 节格式。蒸依辫式霹参考g 8 3 1 裁定。 3 ) 数据通信通道( d c c ) ：d l - d 1 2 用来传送s d h 的网络管理信息，由再生段d c c ( d i d 3 ，速率为1 9 2 k b p s ) 移复麓毅d c c ( d 4 , - - d 1 2 ，速搴必5 7 6 k b p s ) 缌或。 4 ) 公务字节：e 1 和e 2 提供两个字节的公务联络谬声通道。 5 ) 奇偶校验秘：b l 、b 2 翻b 3 转l 。采焉b 强8 静奇偶较验礴，进行再生蔽误褐整褫。b i p 一8 码对撬褥后静嚣一 s t m 1 帧的所有比特进行计算，把结果放在扰码前的b 1 字节位置。b 2 ( b i p n t 2 4 ) 和b 3 ( b i p 8 ) 分别为复用段和低阶通道提供误鸦监视功能。 室凌绦护弼抉( a p s ) 邋爨：k 1 帮戴l b 专门用于上下游站点之间传送保护倒换信息，响应时间很快。 7 ) 同步状态：s i ( b 5 b 8 ) 为s d h 网络的各个站点提供弱步质量等缴信息，使褥搿驭跟踪疑步等级最高 的懿镑信号。 8 ) 复用段远端误块指示( m sr e d ：m t 用来传递b 2 梭测到的比特误码数。 鲂复溪毅远瀵靛殪摇示( m sr d i ) ：k 2 ( b 6 b 8 ) 阁来向发送潲回送指示，袋示接收端融检测到上游端失效或收到m sm s ( a l a r m i n d i c a t i o i ls i g n a l ) 。 l o ) 位置指示字节：h 4 溉可默为净贸衙提供一般位鬟撸示，也可孩作力复蘸搿示。 1 1 ) 通道状态字节：g l 、v 5 掰来表示高低盼通道的性能状态等信息。 1 2 ) 萁镌 迸有丰富的未用字节和未定义字节，具有很强的升级功能。 2 。2 多垃务传送平台系统原壤 m s t p 在s d h 平台之上镥遴i p 、a t m 、t d m 等多种业务，具有协议终结和 转换功能，使运嫠港可以在网络边缘提供多釉不同业务，薅同时蒋这魈业务的协 多业务传送平台中关键技术的设计与实现 议转换成其特有的骨干网协议。下面对m s t p 的功能原理、组网应用等方面进行 介绍分析。 2 2 1m s t p 的功能原理 m s t p 的设计思想是从我们熟悉和信任的s d h 技术出发，特别是其保护恢复 能力和固定延时性能等方面的优点，通过应用各种技术以支持多种业务，尤其是 对以太网和i p 形式的数据业务的支持。它将各种业务通过v c 级联等方式映射进 不同的s t m n 时隙，再经过s t m n 的复用段开销和再生段玎销处理后组成完整 的s t m - n 帧在光纤上传送，同时与l 2 l 3 及更高层分组设备集成在一起，由统一 的网络管理平台控制。m s t p 的系统原理框图如图2 4 所示。 p d h 接u a t m 接叫 以太网接i s t m n 接u ( 支持级) a t k l 层处理 纛旷 l 再生段丌 l 销处理 p p p l a p s g f p v c 映 射 复州段丌 销处理 交 叉 连 接 v c n 复 再 蒯生 段段 开_ +开 销销 处处 理理 图2 4m s t p 的系统原理框图 下面简单分析m s t p 的各业务接口和交叉连接部分的功能原理等。 l 、p d h s d h 业务接口 m s t p 可提供传统的t d m 业务，包括n x 6 4 k 、2 m 、3 4 m 、4 5 m 、1 4 0 m 、1 5 5 m 、 6 2 2 m 直到1 0 g b p s ，既有交换机中继线、基站业务，又有3 4 4 5 m 的图像业务，还 可以提供多种速率的光口满足各种组网的需要，可满足传统s d h 用户以及未来用 户对t d m 业务的需求。其基本设计方法如图2 4 所示的s t m - n 接口和p d h 接口， 本文的第三至第五章将具体研究其设计原理和实现方法。 2 ) 以太网业务接口 以太网业务接口是m s t p 设备的关键部分，对m s t p 的发展起着非常重要的 作用。实践早已证明，以太网是传送i p 数据的最好技术之，已经占据局域网约 9 0 的市场。在s d h 上传送以太网业务，具有很大的市场需求和技术要求。 它可以经济有效的在s d h 上提供高带宽的数据业务目前主要有以太网透传 的方式和支持二层交换的方式。透传方式主要是以太网数据直接映射到s d h 的虚 容器v c 中，然后通过s d h 设备迸行点对点传送：而二层交换的方式是指一个或 第章s d h 与多业务传送，r 台 多个用户侧以太网物理接口与一个或多个独立的系统侧的v c 通道之间，实现基于 以太网链路层的数据帧交换。它具有带宽共享、端口汇聚能力，可通过v l a n 实 现用户隔离，业务保护方式有基于s d h 的复用段保护、子网连接保护和基于二层 保护的快速生成树协议，且组网灵活。 针对e o s 的数据封装协议，目前流行的主要有三种。最初是基于p p p h d l c 协议的帧封装方式，它将i p 数据通过p p p ( p o i n tt op o i n tp r o t o c 0 1 ) 进行分组，然 后使用h d l c 协议重新组帧并且映射到s d h 的虚容器中，最后加上s d h 的通道 开销字节和段开销字节组成s t m - n 的帧结构传送。第二种是我国武汉邮科院向 i t u t 提出的i t u tx 8 6 协议，即l a p s ( l i n ka c e s sp r o t o c o lo v e rs d h ) 。它直 接把m a c 帧直接封装为l a p s 协议帧，然后映射到s d h 上。第三种为i t u t g 7 0 4 1 规定的g f p 协议，它是一种通用映射技术，可将变长或定长的数据分组进行统一 的适配处理，实现数据业务在多种高速物理传输通道中的传输。并且，采用了适 合高速数据流传递的自定界技术，可通过扩展头信息支持以太网业务的统计复用 和带内o a m 功能，支持多种业务类型的封装，简化了网络的体系结构，其标准化 程度更高、适用程度更广，具有良好的市场前景。 e o s 功能模块的基本设计思路如图2 4 所示的以太网接口部分，以太网数据帧 通过l a p s g f p 等协议封装并映射进s t m - n 的虚容器v c - n 中，然后根据时隙配 置交换到相应的时隙输出口，再经过复用段丌销和再生段开销处理后组成完整的 s t m - n 帧传送到目的地。 3 1a t m 业务接口 体现了m s t p 设备的多业务支持能力，具有更强的融合性。a t m 技术是一种 非常出色的、基于信元交换的异步传送技术，具有带宽可控、安全性好、延时小 等优越特点。但由于各种原因，目前主要在骨干网和传输质量要求很高的环境拥 有一定的网络资源和应用。 m s t p 对a t m 接口模块的支持是指a t m 业务通过a t m 协议处理后，直接映 射到v c 虚容器中，然后在s d h 上传送。a t m 功能模块的基本设计思路如图2 4 所示的a t m 接口部分。 4 ) 交叉连接模块 交叉连接是m s t p 的核心模块，从各类具体设备支持数据承载的实施方案看， 可以大致分为四类。 第一类称为多层s d h 交换结构，是在标准s d ht d m 交换结构基础上实施统 计复用。内部采用单一的标准s d h t d m 时隙处理，利用分离的s d h 时隙分别处 理t d m 、i p 、a t m 业务，在进行最后的t d m 之前，先利用a t m 交换、i p 选路 或以太网交换对数据业务量实旌统计复用，以提高t d m 通路的带宽利用率。陔方 案技术成熟、易实现，最适合t d m 业务量为主的混合型业务量；但是，对分组业 多业务传送平台中关键技术的设计与实现 务量而言多层交换结构比较多余，且低效昂贵。 第二类称为混合的多交换结构，内部具有分离的t d m 交换结构和数据交换结 构。在系统入口处对进来的业务量按不同的业务类型分开，分别进入各自的交换 结构，即t d m 交叉连接、a t m 交换或以太网交换。这样，各种业务量处于独立 对等位置，可以在各自的交换结构中分别最佳化，提高带宽利用率；但是，混合 业务量的分布由内部硬件决定，不能随外界实际业务量的变化而灵活更改。 第三类称为单交换结构，即内部使用单个非t d m 交换结构来支持混合的t d m 和数据业务。设备本身保留一个简单的、可扩展的核心交换结构，而将交叉连接、 交换和选路等功能转移到网络边缘，在每一个端口上实施，系统需严格的定时和 同步控制，需优先级控制。系统复杂度从核心交换结构转移到网络边缘，系统扩 展性好，只需单一的交换结构，避免了多交换结构的规划、成本和容量等问题。 第四类是所谓轻便的s d h ( s d hl i t e ) 方案，完全消去了传统的s d ht d m 结 构，直接在w d m 上运行。把所有业务量封装进s d h 帧结构，直接在w d m 上运 行，s d h 只保留基本的物理层成帧和简单的失效通告等功能，而q o s 由a t m 、电 路交换和动态同步传递模式等技术保证。 在本文的c g c s 一1 0 0 0 系统中，采用了技术成熟的第一类交叉连接，即多层s d h 交换结构。 2 2 2m s t p 的组网与应用 在介绍m s t p 的组网与应用之前，先简单介绍几种传统的s d h 网元设备。主 下面以s t m 1 信号为例，说明终端复用器( t m ) 的功能和特点。终端复用器 的主要任务是将各种p d h 信号和s d h 电信号纳入s t m 一1 帧结构中经电，光转换为 盱t m 1 5 光5 t d u b p 8 一 + 分插复用器是网络中应用最为广泛的网元形式，可通过东、西向上下业务， 第二章s d h 与多业务传送平台 图如图2 6 所示。 1 5 5 m b p s 厂1 5 5 m b p s _ 卜_ 一t m 卜- 一+ 光口l 一光u e 1 t 1e 3 t 3 00 图2 6 分插复用器示意图 再生器( r e g ) 再生器主要是完成信号的再生、放大与中继传输功能。如图2 7 所示为再生 器功能示意图。 1 5 5 m b p s _ 一 光口 1 5 5 m b p s 卜 光口 图2 7 再生器功能图 数字交叉连接设备( d x c ) d x c 主要完成s t m - n 信号的交叉连接功能，它相当于一个交叉矩阵，完成各 个信号间的交叉连接。通常用d x c m n 来表示一个d x c 的类型和性能，其中m 表示 可接入d x c 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d x c 的承载容量越大，n 越小表示d x c 的交叉灵活性越大。其功能 图如图2 8 所示。 m _ 一移一卜卜 d x c n 叫卜 幽z 8d x c 功能豳 由以上几种传统的s d h 设备也可以支持环形、链型、环带链、树型、环相切、 网孔型等复杂形式的组网。但是，随着网络的复杂化、业务的宽带化和业务种类 的多样化，显然已经无法很好的满足要求，这就需要更好的解决方法。 m s t p 将传统的s d h 复用器、数字交叉链接器( d x c ) 、w d m 终端、网络二 层交换机和i p 边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，可支持基于 s d h 的环形、树型、环相切、网孔型等复杂形式的组网，且由统一的网管平台进 行管理维护。应用非常广泛方便，基于m s t p 传送网的网络结构如图2 9 所示，很 方便的满足各种组网方式需求，各网元设备能够对t d m 业务采用传统方式进行传 送，对以太网业务通过v l a n 、汇聚、透传、g f p 封装等技术实现带宽的有效管 理，并可以通过l 2 交换实现收敛j 同时对a t m 业务可以通过v p - r i n g 等技术实 j 多业务传送平台中关键技术的设计与实现 现带宽共享。 图2 9 基于m s t p 传送网的网络结构 2 3 网络的保护与恢复 为了提高业务传送的可靠性，可采用保护和恢复两种方式，s d h 传送网提供 了完整的保护与恢复策略，m s t p 也就是采用基于s d h 的保护机制。保护是利用 传送节点预先安排的容量，用一定的备用容量去保护一定的主用容量，备用资源 无法在网络大范围内共享：恢复是可以利用节点间的任何可用容量来恢复业务， 如当发生链路或节点失效时，网络可以用重新选择路由的算法，广泛调用网络中 的任何可用容量来恢复业务。由于保护方式可达到9 9 9 9 的业务在5 0 m s 内实现 倒换，而恢复通常需要几分钟，目前主要采用以下几种保护方式。 1 ) 线性复用段保护 线性复用段保护是一种专用保护机制，它对复用段层提供保护，适用于点到 点的物理网络。一个复用段保护用于保护一定数量( n ) 的工作复用段，但不能对 节点故障提供保护，它可工作于单端或双端方式。此外，复用段保护在备用状念 时还可用来丌通无需保护的额外业务。 2 ) 复用段共享保护环 复用段共享保护环的工作通道传送业务，其保护通道则留作业务信号的保护 之用，复用段共享保护环需要使用a p s 协议，其保护倒换时间为5 0 m s ，分为二纤 和四纤双向复用段共享保护环两种保护方式。 复用段共享保护环多用于s t m 1 6 和s 1 m 6 4 干线网以及中继网，尤其是二纤 在s 1 m - 4 和s t m 1 6 系统中常常用到。 第= 帮s i g h 与多业务梅遴平台 3 ) 遴道傈护环 邋道保护环的娩务保护是戳邋道为基磁酶，是否进行保护倒换要根据出、入 环的个别通道信号膜量的优劣来决定。通道僳护环一般采用1 + i 保护方式，即工 作遥遂与保护通道在发送端永久性地桥接在一起，接收端剡扶中选取磺量好鞠信 号终为工作僖号。在送行逶遴绦轳瑙挟霹，只需在接收端熬开关歇工作遂遂倒换 到保护通道上，所以不需要使用a p s 倒换协议，其保护俐换时间是所有倒换方式 中最快的。常用的通道保护环有二纤单向通道保护环和二纤双向通道保护环两种。 4 ) t 子爨连接缳妒 予随连接保护( s n c p ) 建撮对菜一子网涟接预先安辩专鬻的保护路出，这样 一旦予网发生故障，专用保护路由便取代子网担当在整个网络中的传送任务。子 网连接保护包括利煺固有豹子嘲连接保护( s n c ，i ) 和利用薯# 介入式监测豹子网连 接徐轳( s n c n ) ；辫有益溅是攒秘焉鼹络酶溺寿可焉信惑魏连接狡念、毪能数掇 等，来间接地检测涟接情况，能防止服务层敞障。非介入式监测是指利用对原来 特征信息的只听监测( 非介入) _ 来直接地监测连接情况，能舫止连接住故障。 s n c p 在弼终中戆配置绦护涟装方覆其纛穰大豹灵漂憋，特裂逶翘予不鼗变 化、辩朱来传输需求不能预测的、根据需要就可以灵活增加连接的网络，故而它 能够威用于干线网、中继网、接入网等网络，以及树形、环形、网状的各种网络 据羚，茭保护结构为1 + 1 方式，邸每个工传连接都有一个穗应备爆遘搂，操护 可经_ j 蠹簧于v c l 2 、v c 2 、v c 3 、v c 4 通遭，蠲样，运营鬻谗能决定帮黧连接需要 保护，那些连接不需要保护。当间时在复用段进行保护时，传输信号将有可能被 双重保护。 m s t p 霹络提绥务耱s d h 懿黪蓬层鼗务爨护，磊器雩对i pr i n g 镰轳簿a t m v p r i n g 保护的网络级链路层保护。 第三章c o c s t o o o ( s t m - 1 ) 系统的设计与实现 第三章c g c s 1 0 0 0 ( s t m 一1 ) 系统的设计与实现 3 1 产品体系结构 c g c s 1 0 0 0 ( c h a n g n a ng u a n gc h u a ns h u - 1 0 0 0 ) 为s t m i l s t m 一4 系列化紧凑 型多业务传送平台，形状为标准的1 9 英寸、3 u 高，整机结构为对插式，背板装 于设备中间，后面插一块主板和六块业务板，前面插一块电源板，风扇通过固定 板装在右侧，采用强制抽风散热，进风口位于左侧。产品体系结构如图3 1 所示。 凹3 1 产品体系结构 系统包括一块主板和六块业务板组成，可时提供p d h 业务、s d h 光口业务、 以太网业务和n x6 4 k b p s 的低速业务。业务板板卡类型分布如表3 1 所示。 表3 。1 业务板扳卡类型分布 c 2 槽位( 微)c 1 槽位( 怨谚撕) b 2 槽位( s t m - l 板8 x1 0 0 m e o s 板、b 1 槽位( s t m - 1 板8 1 0 0 m e o s 板、 8 e 1 叛e o s 叛、f g 葚f g )8 e l 板、e o s 叛、低遽叛) a 2 槽位( s t m 4 n xs t m - 1 光口板、a 1 槽位( s t m - 4 n x s t m - 1 光口板、 g x1 0 0 me o st t 扳s t m - 1 光l ：7 叛、8xi o o me o s 板i s t m - i 光日叛， 2 0 e 1 板、低速板)2 0 e 1 叛、低速板) s t m 1 s t m ，4 系统主板 其中，n 取值为1 、2 、4 ，s t m 。l 系统只提供斜体标记的业务板板卡类型，s t m 4 系统提供所有的业务板，其中兼容s t m 1 系统的低速业务板、e o s 板和2 0 e i 板。 多业务传送甲台中关键技术的设计与实现 3 2 系统设计 本章主要对s t m 一1 系统进行设计，该系统最多可提供三个光口，支持链网、 环网和环带链的组网方式，且环网时支持单向通道保护倒换。 系统通过子板槽位提供s t m 一1 光口、多e 1 业务、以太网业务和6 4 k b p s 的低 速业务，可根据用户需求灵活配置板卡类型。 系统主板主要包括主控模块、光口及映射模块、f p g a 模块、低速业务模块、 时钟模块和公务电话模块，s t m 。1 系统主板的原理框图如图3 _ 2 所示。系统主板可 以完成主备光口数据的发送和接收、s d h 的开销处理和指针调整、高低阶时隙交 叉、时钟同步处理、告警和性能参数的采集和处理、s c c ( s e r i a lc o m m u n i c a t i o n c h a r m e d 通信、接口处理、公务电话处理等功能。 背板 奉+ + j lji s p ib u s 删b u s多路f e 1 j e 2 s 点4 ，l 上 公务kt 1l 低速i 1 9 mo u s1 9 mb u s l 映刺 电话k l 业务| l 器 【，一 l 赢 m p c 8 6 0一 r i 时钟 f p g a i 处理 十f r s 一2 3 2 1 0 mb u s1 9 mb u ： s c c l s cc 3 小 t 商向呷2 ：良蟪 f 时钟i l 接口l s 图3 2s t m - 1 系统主板原理框图 其中主光口和备光口完成环网结构时的保护倒换功能；f p g a 通过1 9 4 4 m h z 速率的t e l e c o m b u s 总线完成本地业务的上下以及保护倒换的实施：m p c 8 6 0 提供 的四个s c c 口，分别与网口和三个光口方向的再生段数据通信通道d i d 3 的通 信接口一对一连接，以完成网管信息的传递；映射器可以完成2 8 路e 1 信号到v c - 4 的映射过程及其相反过程；公务电话模块处理各个光1 2 1 方向的公务字节e l e 2 ，并 进行语音信令处理，以实现点对点通话、会议电话等功能：低速业务模块实现了 对e 1 信号的成帧、解帧过程，完成提取n x 6 4 k 时隙的目的，并且通过h w 总线 完成n x 6 4 k 的时隙交叉；主板和各个业务板之间通过串行外设接口( s e f i a l p e r i p h e r a li n t e r f a c e ，s p i ) 进行通信，以完成子板程序的配置和性能告警等中断信 第三章c g c s - 1 0 0 0 ( s t m - i ) 系统的设计与实现 号熬提交；对镑楚毽模块在簿台& 8 1 3 要求豹三缀辩镑鲍参考下，完成对本她毫精 度时钟、备个s t m - n 光口方向的线路时钟和各辩潞时钟的闽步，良这戴金潮同步， 并且向外提供同步僚曝。 系统生板和各个子扳通过点对点方式的背扳完成信号逐搂，各个子檄邋过薪 壅2 m m 的欧式褒速连接器连接。警鹜援连接豹掰有痞号嚣甏经过疆动器怒毽渡完 成对信号的整形、隔离等处理，系统最高速率为1 9 4 4 m h z ，不需作仿真。该背板 为s t m ”l 和s 喇- 4 系统兼容，其系统总线分稚如图3 _ 3 示。 e 2 稽懋e l 糖爱 l b 2 槽能 一 b 1 槽位 t ： l f 、t i v、l a 2 槽能 ，、， | a l 槽位l jkjk 。王j ：j 1 f 下 那：1 r r、r r + + 专一缀婚q 总线 _ _ 八组e 1 信号 卜一组s p i 和一组h w 倍母 翻3 3 系统总线分镬 3 3 硬件设计与实现 该部癸耋患骚究了先接墨、p d h 接强醣及交叉连接、保护餮换等关镳搜零匏 详细设计与实现，还研究了以太网业务和时钟间步的设计方法。 3 。3 1 光接口 光接口主要包括沌器件和歼硝她遵芯片酃可完成。 1 ) 光器件 光嚣传完藏光曦、逛，先转换功能。歇成本鸯蕊，选用国内厂家生产的+ 5 v 供 惫静s c 蠹摇式收发一体模块，鬯话薤距、长鼹聋鼙越长距。烹要毽话p e c l 邀平蘸 接收发邀数据信号和告警检测信譬，以及电源、地。 在数据传输过稷中，通过r i d 、r d ，t d 、t d 进行数搬的接收和发送，s d 是揍狡帮分静无光惫磐，趸霉祷熬下必毫电乎，无意为羝滚挚。发袈积羧浚部分 的负电源般接地。在发送部分的工作电流为8 0 m a ，接收部分的工作电流为 1 2 0 m a ，功耗比较大。 多业务传送平台中关键技术的设计与实现 2 ) 开销处理芯片p h a s t - 3 n 系统采用了国外芯公司t r a n s w i t c h 的一套经济有效的解决方案，选用其开销 处理芯片p h a s t - 3 n 和2 8 路映射芯片t e m x 2 8 。其中，p h a s t - 3 n 完成s t m 1 的 段开销和高阶通道开销字节处理，其内部逻辑框图如图3 4 所示。 幽3 4 p h a s t - 3 n 内部逻辑框图 主要包括接收侧、发送侧、丌销字节接口和微处理器接口等功能部分。 接收侧 完成1 5 5 m h z 串行或1 9 4 4 m h z 并行的s t m 。l 数据流到v c 4 形式的处理过程。 接收线路侧的数据流在外部1 9 4 4 m h z 的全局参考时钟作用下，通过内部的c d r 提取出定时信息1 9 4 4 m h z 或8 k h z ，同时搜索a 1 、a 2 帧头信息进行定帧。