（通信与信息系统专业论文）sdh设备中stm1板间低阶通道保护的实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文简要介绍了s d h 的产生、发展趋势和技术特点。自愈功能是s d h 网络的主要 特点之一，链路结构中的1 + 1 复用段保护和环路结构中的两纤复用段及两纤单向通道 保护是实际工程中采用最多的保护方式。 随着电信业务的迅猛发展，设备运营商对s d h 系统的可靠性提出了更高的要求。 采用s t m - 1 板间低阶通道保护相比与s t m 1 板内低阶通道保护将有效降低由于s t m - 1 板卡故障导致业务失效的概率，有着重要的实际意义。 本文通过深入论述s d h 的帧结构，t u l 2 和t u 3 业务的不同映射方式，低阶通道 告警a i s ，l o p 及低阶通道信号劣化的监测，高阶指针调整转化为低阶指针调整， s t m 1 电信号的总线速率选取，s t m 1 板间直通业务和上下话业务采用不同的逻辑处 理方式等几个方面的技术要点较为透彻的明晰了板间低阶通道保护的实现机理。采用 v h d l 语言进行f p g a 设计并结合6 8 3 0 2 单片机的软件控制，通过三个站的组环测试 实现了自动倒换，锁定到主用，锁定到备用的保护功能，倒换时间满足玎u t 小于5 0 毫 秒的指标。 文章最后探讨了板间保护功能的深化，提出了s t m - 1 板间i + i m s p 保护的实现方 案和软件倒换无误码的策略以进一步完善保护功能。 关键词：s d h通道保护低阶帧结构 f p g a 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , t h eh i s t o r y ，d e v e l o p i n gt r e n da n dm a i nc h a r a c t e r i s t i c so fs d ha l e i n t r o d u c e di nb r i e f t h e l f - h e a l i n gf u n c t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp o i n t so fs d h n e t 1 + il i n e a rm u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o n ，t w of i b e ru n i d i r e c t i o n a lp a t hs w i t c h e dr i n ga n d t w of i b e rm ss h a r e dp r o t e c t i o nr i n ga r eo f t e nu s e di ns d h p r o j e c t s a sc o m m u n i c a t i o nw a f f l eh a si n c r e a s e dr a p i d l y , s e r v i c e sp r o v i d e rs h o wm o r ec o n c e r n o nr e l i a b i l i t yo fs d hn e t l o wo r d e rp a t hp r o t e c t i o nt h a ti sr e a l i z e db e t w e e nt w os t m - 1 c a r d sc a no b v i o u s l yd e c r e a s et h ep r o b a b i l i t yo f t r a f f i cf a i l u r ec o m p a r i n gw i ml o wo r d e rp a t h p r o t e c t i o nt h a ti sr e a l i z e di no n es t m - 1c a r d ，w h e nt h es t a t eo f s t m - ic a r di sa b n o r m a l t h ek e yt e c h n i q u e st or e a l i z et h ep r o t e c t i o ni n c l u d i n gt h ef r a m es t r u c t u r eo fs d h ，t h e w a y t h a tt u l 2a n dt u 3a r em a p p e di n t os d h 五_ a l n e m o n i t o r i n gf o ra i s l o pa l a r ma n d s i g n a ld e g r a d a t i o ni nl o wo r d e rp a t h ，c o n v e r s i o nf r o m a up o i n t e ra d j u s t m e n tt ot u p o i n t e r a d j u s t m e n t ，b u ss e l e c t i o na tt h es t m 一1r a t ea n dd i f f e r e n tc o n t r o ll o g i ct h a ti sa d o p t e d b e t w e e np a s s i n gt h r o u g ht r a f f i ca n du p - d o w nt r a f f i ca r ea n a l y s e di nd e t a i l t h ef u n c t i o no f a u t os w i t c h , l o c k i n gm a i np a t ha n dl o c k i n gb a c k u pp a t ha r ea c h i e v e db yf p g ad e s i g np l u s m c uc o n t r 0 1 t h es w i t c ht i m eo f5 0 m si na6 n gf o r m e db yt h r e es t a t i o n sm e e t st h e r e q u i r e m e n to f l t u t f i n a l l y , t h ef u r t h e rp r o t e c t i o nf u n c t i o nb e t w e e nt w os t m - 1c a r d si sd i s c u s s e dt oi m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo f p r o t e c t i o n k e y w o r d s ：s d h p a t hp r o t e c t i o nl o wo r d e rf r a m es t r u c t u r ef p g a 独创性声明 y 1 0 1 g 2 2 7 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除文中己标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 人或集体己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， 均己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：隙坦、兕、 日期：t 辟f 月日 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 ( 请在以上方框内打4 ) 、r f 学位论文作者签名：能露髫指导教师签名：_ 拽阢 日期： 一即z 年，月日日期：年( f 月乙日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1s d h 的产生 上世纪8 0 年代随着基于点对点传输的准同步p d h 光纤通信系统的大规模商 用，p d h 的一些固有弱点也渐渐暴露出来。诸如缺乏标准的数字信号速率、帧结构标准、 光接口规范，僵硬的复用结构，极其有限的网管能力等，无法形成网络规模，而且网 络生存性较差。电信网的发展需要一种全新的技术体制解决这些问题，光同步传送网 s d h 应运而生。 最早提出s d h 概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络( s o n e t ) 。它是 高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。 最初的目的是在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高 网络的灵活性。1 9 8 8 年，国际电报电话咨询委员会( c c 肿) 接受了s o n e t 的概念， 重新命名为“同步数字系列( s d h ) ”，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传 输的技术体制。1 9 8 8 年l1 月，第一批s d h 标准g 7 0 7 ，g 7 0 8 和g 7 0 9 获得通过。这 些标准定义了网络节点接口( n n d 的传输速度，信号格式、复用结构和支路映射，网络 节点接口刚n i ) ，即同步数字系列的国际标准接口。之后盯u - t 颁布了涉及网络、设备、 接口、性能、同步、保护和网管等一套1 5 个建议，而且日臻趋于完善。目前，s d h 已 成为公认的未来信息高速公路的主要物理传送平台1 1 l 。 1 2s d h 的技术优点和不足 具体来说，s d h 技术与原来我们所用的p d h ( 准同步数字体系) 相比，具有较大的 优越性，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) s d h 具有世界标准，使1 5 m b i t s 和2 m b i t s 两大数字体系在s t m - 1 等级上得 到统一。 ( 2 ) 高度灵活性：s d h 传输网具有信息透明性，可以传输各种净负荷及混合体。 ( 3 ) 灵活的复用映射结构，使各种业务能灵活上下【2 1 。 ( 尘! 旦旦选鱼焦旦堂盐塑墅垫丕! 亘丝查圣查堕笪量麴圣塑塑垡占堑差墨： 华中科技大学硕士学位论文 ( 5 ) s d h 设备兼容现有p d h 中的各种速率 3 1 同时能容纳各种新的业务信号，如宽带 i s d n 、f d d i ( 光纤分布式数据接口) 、a t m ( 异步转移模式) 等。 ( 6 ) s d h 帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使网络的操作维护管理功能大大加 强，便于集中统一管理，大大节约了维护费用的开支。 ( 7 ) 由于s d h 网络大都采用自愈环的网络结构 4 1 4 6 1 ，可靠性高、业务恢复时间短、 经济性好，十分适应现代传输网的发展趋向。 不足之处体现在以下几点： ( 1 ) 带宽可用效率低，由于在s d h 的信号s t m - n 帧中加入了大量的用于维护管理 功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，p d h 信号所占用的 频带( 传输速率) 要比s d h 信号所占用的频带( 传输速率) 窄，即p d h 信号所用的 速率低。例如：s d h 的s t m - 1 信号可复用进6 3 个2 m b i t s 或3 个3 4 m b i t s 或1 个 1 4 0 m b i t s 的p d h 信号。当p d h 信号是以1 4 0 m b i t s 的信号复用进s t m - i 信号的帧时， 它的信号速率是1 5 5 m b i t s ，速率要高于p d h 同样信息容量的e 4 信号( 1 4 0 m b i t s ) ， 也就是说s t m 1 所占用的传输频带要大于p d h e 4 信号的传输频带( - - 者的信息容量 是样的) 。e 1 ( 2 m b i t s ) ，e 3 信号( 3 4 m b i t s ) 复用进s t m - 1 信号时存在着同样的 问题。 ( 2 ) 随着互联网的普及应用，i p 数据业务不断增长而s d h 原本是为传输话音业务 设计的最适合承载时分复用( t d v 0 业务，对数据业务的承载效率不高。 ( 3 ) 不能实时的灵活分配带宽，只能人为通过网管为业务配置带宽，同时保护针对 链形和环形做的较好而对更复杂的拓扑如网状结构不能很好的支持。 1 3s d h 的发展 针对前文所述问题2 出现了m s r p 技术，m s 即技术的迅速发展主要体现在对以 太网业务的支持上，大致可以划分为三个阶段。第一代m s t p 的特点是提供以太网点 到点透传。它是将以太网信号直接映射到s d h 的虚容器( 、，c ) 中进行点到点传送，还不能 提供不同以太网业务的q o s 区分、流量控制、多个以太网业务流的统计复用和带宽共 享以及以太网业务层的保护等功能。 2 华中科技大学硕士学位论文 第二代m s t p 的特点是支持以太网二层交换。相对于第一代m s t p ，第二代m s t p 作了许多改进，它可提供基于8 0 2 3 x 的流量控制、多用户隔离和v l a n 划分、基于 s t p 的以太网业务层保护以及基于8 0 2 1 p 的优先级转发等多项以太网方面的支持。目 前正在使用的m s t p 产品大多都属于第二代m s t p 技术。但是，与以太网业务需求相 比，第二代m s t p 仍然存在着许多的不足，比如不能提供良好的q o s 支持，业务带宽 粒度仍然受限于v c ，基于s t p 的业务层保护时间太慢，v l a n 功能也不适合大型城 域公网应用，还不能实现环上不同位置节点的公平接入，基于8 0 2 3 x 的流量控制只是 针对点到点链路，等等【7 j 。 基于m p l s 的第三代m s t p 网络中，采用g f p s 封装，当i p 数据包进入网络时， 由网络标记边缘路由器l e r 对i p 包头的信息进行分析，并且按它的目的地址和业务 等级加以区分，通过转发等价类f e c 将输入的数据流映射到一条l s p 上 9 1 。m p l s 技 术结合了第二层交换和第三层路由的特点，将第二层的基础设施和第三层的路由有机 地结合起来；第三层路由在网络的边缘实施，而第二层交换则由m p l s 网络的核心完 成。这使得基于m p l s 的第三代m s t p 网络具有以下技术特点： ( 1 ) 网络中的分组转发基于定长标签，简化了转发机制，使得转发路由器容量很容 易扩展到大比特级；( 2 ) 充分利用原有口路由，并加以改进，保证了m p l s 网络路由 具有灵活性；( 3 ) 利用a t m 的高效传输交换方式，同时抛弃了复杂的a t m 信令，无 缝地将口技术优点融合到a t m 的高效硬件转发中；( 4 ) 数据传输和路由计算分开，是 一种面向连接的传输技术，能够提供有效的q o s 保证；( 5 ) 不但支持多种网络层技术， 而且是一种与链路层无关的技术，它同时支持x 2 5 、帧中继、a t m 、p p p 、s d h 、 d w d m ，保证了多种网络的互连互通，使得各种不同的网络传输技术统一在同一 个m p l s 平台上；( 6 ) 支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的网络扩展性；( 7 ) 标签合并机制支持不同数据流的合并传输；( 8 ) 支持流量工程、c o s 、q o s 和大规模的 虚拟专用网。 第三代m s t p 中，在全面克服前两代m s t p 系统缺点的基础上可支持q o s 、多点 到多点的连接、用户隔离和带宽共享等功能，能够实现业务等级协定( s l a ) 增强、阻塞 华中科技大学硕士学位论文 控制以及公平接入等【1 0 1 。可以说，第三代m s t p 为以太网业务发展提供了全面优异的 支持。 针对前文所述问题3 出现了a s o n 技术【l ，光传送网络可以提供更灵活的网络指 配和高效快速的网络保护恢复能力。通过控制平面来完成自动交换和连接控制的光传 送网，它是以光纤为物理传输媒质，s d h 和o t n 等光传输系统构成的具有智能的光传 送网。在a s o n 网络结构中引入控制平面具有以下特点【1 2 】：1 支持快速的业务配置， 满足紧急的业务需求。2 支持流量工程，允许网络资源的动态分配，满足网络结构的不 断调整和业务增长的不均衡，同时还可满足各种临时性业务，能提高网络资源利用率， 发掘网络潜力，提升运营商投入产出及资源利用效率。3 采用专门的控制平面协议，可 适用于各种不同的传送技术。4 根据实时的传送网络状态实现恢复功能，提供m e s h 保护恢复能力，抗多节点失效，提高网络的生存性和抗灾难能力。5 支持多厂家环境下 的连接控制。6 可引入新的补充业务( 例如，封闭用户组和虚拟专网) ，随着运营商竞争 的加剧，可提供s l a 网络，可以更多地实现用户的定制服务，为重点大客户提供更具 吸引力的服务，提升运营商的整体竞争能力【1 3 1 。 m s t p 加载自动交换光网络( a s o n ) 控制平面是s d h 的进一步发展趋势。目前， a s o n 控制平面处理的颗粒主要是v c - 4 3 颗粒或者v c - 4 3 的连续级联或者虚级联颗 粒。因为接入到m s t p 的数据业务主要通过v c - n 的虚级联来传递，比如一个千兆以 太网( g e ) 业务可以通过8 个v c - 4 的虚级联来承载和传送。如果将以太网的客户层面 和m s t p 的服务层面严格分开，那么一个g e 呼叫对应着一个g e 连接，但是却对应着 8 个v c - 4 连接，这就是一个呼叫包含多个连接的问题或者多层呼叫和连接的问题， 也是在严格的网络层次分割环境中务必要考虑和解决的问题。由于一个客户设备所需 的g e 业务可以通过8 个v c - 4 的虚级联来承载和传送，如果忽略控制平面，m s t p 传 送平面的任意一个v c - 4 有故障，可以在网管系统的操纵下，在传送平面依靠l c a s 机制来进行带宽调整，这是已经实现的成熟技术。考虑到未来a s o n 的应用主要是按 需提供带宽( b o d ) 以及光虚拟专网( o - v p n ) ，则需要考虑依靠控制平面来实现b o d 功 能，而且不一定是在故障情况下。比如g e 接口处的实际流量已降低为8 0 0m b s 甚至 6 0 0m b s ，已经不是g e 的满流量，在检测到此情况后，能否通过用户网络接t ( u n i ) 4 华中科技大学硕士学位论文 发起新的连接请求将8 个v c - 4 的带宽降低为6 个甚至4 个v c - 4 在传送平面已经支持 l c a s 的情况下，控制平面实现此功能是没有什么问题的，问题的关键在于，如果流量 变化太过实时，则会引起控制平面的带宽反复调整，这种“震荡性”对于成熟稳定的 a s o n 应用应该不会带来风险，但在a s o n 应用初期会导致一些问题。举例来说，原 来业务设备所需要的s d h 电路在网管界面上都会有明晰的显示，电路的建立、修改、 释放都在网管操作人员的掌控之中，电路矩阵图也可以在网络规划之后预先得到，但 在a s o n 环境中，电路资源的发现是自动进行的，电路的建立、调整和释放是由客户 设备提起申请的，在绝大多数情况下，网管并不需要参与到这些过程中。 可以预期，市场对m s t p 的需求将会越来越强劲，而随着骨干网络容量的日益增 大以及城域接入能力的多样化，对传输网络具备良好自适应能力的需求逐步提上日程， 对网络带宽进行动态分配并具有高性价比的解决方案也成为运营商追求的主要目标。 下一代光网络将是m s t p + a s o n 的天下1 1 4 j 。 1 4 传统s d h 自愈网的实现方式 s d h 自愈网是指无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失策效故障中自动恢 复所携带的业务，这种网络保护方式灵活，可靠性高、业务恢复时间短，大大提高了网 络的生存性【4 】。这里介绍传统自愈网的方式不涉及a s o n ，实现方式有以下几种： 1 在点到点链路拓扑中采用的1 + 1 ，1 ：1 ，i ：n m s p 线路保护倒换方式。其工作原 理就是当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动转 到备用光纤系统传输。1 + 1 ，1 ：1 ，i ：n 的区别是：正常工作无倒换时1 + 1 的备用信道传 送与工作信道一样的业务，而1 ：i ，i ：n 的备用信道空闲或者传送额外业务，其中i ：n 是 n 路工作信道共用l 路备用信道保护。线路保护倒换该方式对网络节点的光或电的原 部件失效故障十分有效的。缺点是如果当光缆被切断，则同一缆芯内的所有光纤( 包 括主用和备用) 一起被切断，则保护就完全丧失【1 5 1 。1 + 1m s p 线路保护在工程中应用 的较多。 2 环形网的保护【1 6 1 。环形网保护特点是将网络连接成环形，网络节点可以是d x c 或a d m ，这样在两根光纤同时被切断时仍可实现保护，利用a d m 的分插能力和智能构 华中科技大学硕士学位论文 成的自愈环是s d h 特色之一。自愈环的结构可以分为两大类：通道倒换环和复用段倒 换环。对于通道倒换，环业务量的保护是以通道为基础，倒换与否按离开环的每一个 通道信号质量的优劣而定，通道是利用简单的a i s 信号来决定是否应该倒换，对于复 用段倒换环，业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一个对节点间的复用 段信号质量优劣而定，通道倒换环与复用段倒换一个重要区别【1 7 1 ，是前者往往使用专 用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用；后者往往使 用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享。两纤单向通 道倒换环，二纤单向复用段倒换环，二纤双向复用段倒换环，四纤双向复用端倒换环 是四种典型的环形网。其中两纤单向通道倒换环和二纤双向复用段倒换环在工程中应 用的较多。 1 5 两纤单向通道倒换环 两纤单向通道倒换环使用“并发选收”的结构，见下图1 一l 。w 纤用于传输主用信道 的信号，p 纤用于传输备用信道的信号。以站l 到站3 的业务为例，站l 上话的业务同 时馈入w 纤和p 纤，即并发。w 纤按顺时针方向将业务信号送至站3 ，p 纤按逆时针 方向将业务信号送至站3 。接收点站3 同时接收到两个方向来的同样的业务信号，根据 信号的优劣决定选哪一路下话，即选收。正常情况下选择w 纤上的信号，业务路径如 蓝线所示。当站2 与站3 问的光纤被切断时，如图1 2 所示，站l 通过w 纤顺时针方 向传输给站3 的业务中断，此时站3 倒收，选择接受站l 通过p 纤逆时针方向传输给 站3 的业务，业务路径如蓝线所示 通道环分为高阶通道环和低阶通道环，区别是高阶通道环在a u 4 的层面上进行选 收，a u a i s a ul o p 告警作为倒换保护的准则，低阶通道环在t u l 2 、t u 3 的层面上 进行选收，t ua i s ，t ul o p 告警作为倒换保护的准则。以a i s ，l o p 告警信号来启动 的保护倒换也称为s n c p i 指的是固有监视的子网连接保护，它利用服务层固有可用的 数据所得到的信息来启动保护倒换。除了固有可用的数据可以做为保护条件以外，与 通道传输质量相关的一些其他数据也可以做为保护倒换条件。例如误码、通道未装载， 信号标签失配，通道踪迹标识失配等通道信号劣化的告警也可以做为倒换条件，这种保 6 华中科技大学硕士学位论文 护称为s n c p n 是利用非介入式监测的子网连接保护，它使用桥接到子网连接的路径 终端来监视子网【l 硼。 站1 图i - i 两纤单向通道倒换环 站1 图1 2 两纤单向通道倒换环的倒换 1 6 课题背景、来源和意义 随着电信业务的迅猛发展，设备运营商对s d h 系统的业务质量提出了更高的要求。 在宏观上即针对网络出现了a s o n 技术，强调对各种复杂的网络拓扑提供有效快速的 保护。而在微观上即针对单站设备各板卡的稳定工作性提出了要求。例如，s d h 设备 7 华中科技大学硕士学位论文 的核心部件一时钟和交叉板卡，采用1 + 1 工作方式【1 9 1 ，主用和备用模块同时工作，主、 备模块将交叉数据以及系统时钟也都同时送回各板卡。当主用板卡发生故障，业务可 通过备用板卡正常工作。判断发生故障较为常用的方法为：利用各个模块上的监控单 元，采集各种可监测的信号，当信号异常时，监控单元产生告警，告警信号送入其它 板卡，指导其它板卡选用正确的业务。s d h 设备的2 m 接口板卡也有l ：n 的保护方 式【2 0 】，保护盘位单独设置，不占用工作盘位，系统无论工作在正常状态或保护状态上下话 业务容量不变。 s d h 系统中s t m 1 环的保护方式通常采用低阶通道保护，如图l - 3 所示三个站各 一块0 1 5 5 2 板卡通过本板卡内的两个光口即可以组成一个通道保护环，将板卡内的光 口l 定义为西向光口，光口2 定义为东向光口，各站之间西接东，东接西就构成了一 个环( 每根连线包含了收发两根纤) 。但如果某板卡出现故障，两个光口将同时无法 工作，本站结点失效，上下话的业务中断。 站1 图1 - 3 板内成环 8 华中科技大学顽士学位论文 图l - 4 是两个光口分布在两块0 1 5 5 - 2 板卡上，由三个站构成的板间低阶通道保护 环，我们规定每个站左边板卡的光口为西向光口1 ，2 ，右边板卡的光口为东向光口1 、 2 。站l 的东向光口l 通过光纤与站2 的西向光口l 相连，站2 的东向光口l 通过光纤 与站3 的西向光口l 相连，站3 的东向光口l 通过光纤与站1 的西向光口1 相连，这 样就构成了一个板间低阶通道保护环( 每根连线包含了收发两根纤) 。同理每个站的 西向光口2 和东向光口2 也可以再构成一个保护环。即使其中一块板卡出现故障，由 于另一块0 1 5 5 - 2 板卡仍在正常工作，通过低阶通道的保护倒换，本站上下话的业务将 不会中断，实际上这种保护可以近似理解为s t m 1 板卡的1 + 1 保护。由于这样的保护 将业务的失效概率降低很多，因此市场对烽火设备的s t m 1 板间低阶通道保护的功能 提出了需求。 站b 图1 - 4 板间成环 9 华中科技大学硕士学位论文 2s t m - 1 板问低阶通道保护的技术要点 2 1s d h 的帧结构 r r u t 规定了s t m - n 的帧是以字节( 8 位) 为单位的矩形块状帧结构口”，如图2 1 所示。s t m - n 的信号是9 行x 2 7 0 x n 列的帧结构。此处的n 与s t m - n 的n 相一致， 取值范围：l ，4 ，1 6 ，6 4 。表示此信号由n 个s t m 1 信号通过字节间插复用而成。 r r u - t 规定对于任何的s t m 等级，帧频是8 0 0 0 帧秒，也就是帧长或帧周期为恒定的 1 2 5 p s 。s t m 1 信号的帧结构是9 行x 2 7 0 列的块状帧。 卜蝌一z s 斌一 图2 - ls t m - n 的帧结构 由图2 1 可知大体分为四个主要区域： 1 再生段开销( r s o h ) 区域位于横向第1 至9 x n 列，纵向第l 至3 行，包含a l ， a 2 ，j 0 ，b 1 ，e 1 ，f 1 ，d 1 d 3 字节。a i 、a 2 字节的用途是识别每一帧的起始位置。 当收端收到a 1 、a 2 字节且确认其码型正确无误，便认定是新一帧码流的开始，从而 做到使收、发同步，故又称之为帧同步字节。j o 为再生段跟踪字节，重复地发送再生 段“接入点标识符”，以便使接收机能够确认它是否和所要连接的发送机确实保持着连 接状态。b l 为再生段奇偶校验字节，该字节用于再生段的误码检测。误码检测的方法 1 0 华中科技大学硕士学位论文 是比特间插偶校验，因为b 1 字节为8 比特，故又称b i p - 8 。在发送端，b l 字节的内容， 是通过对上一帧扰码后的全部比特进行偶校验的结果。并放在扰码前的b l 字节位置。 在接收端，b 1 字节的内容，是通过对当前帧解扰码前的全部比特进行偶校验的结果。 并将该结果和下一帧收到的b 1 字节( 即发送端对当前帧扰码后的偶校验结果) 进行比 较。若不一致便认为产生一个误码块。e l 曲公务联络字节为再生段提供公务语音通道， 可在再生段接入，速率为6 4 k b i t s ，可提供一路公务电话。f l 为使用者通路字节该字节 留给使用者( 通常为网络提供者) 使用，主要为维护目的提供速率为6 4 k b i t s 的数据， 音频通路。d 1 d 3 和d 4 d 1 2 字节构成s d h 网元之间管理信息的传送通道。d l d 3 是用于再生段传递的运行、维护和管理信息，可提供速率达1 9 2 k b i t s 的d c c 通路。 2 复用段开销( m s o h ) 区域位于横向第l 至9 x n 列，纵向第5 至9 行，包含b 2 ， k i ，k 2 ，d 4 d 1 2 ，s i ，m 1 ，e 2 字节。b 2 字节用于复用段的误码检测。其误码检测 的方法与b 1 字节完全一样即比特间插偶校验，但因为在s t m - n 的段开销中共有3 n 个b 2 字节，共计2 4 n 比特，故又称之为b i p 2 4 n 。k 1 ，k 2 这两个字节专门用于系统 的自动保护倒换。k l 字节：其内容是保护倒换的类型、倒换原因和请求保护倒换的局 站编号。其中的b l b 4 比特：指示倒换类型，如是强迫保护倒换还是人工保护倒换； 倒换原因如是由信号失效还是信号劣化而引起的倒换。b 5 b 8 比特：为请求保护倒换 的局站编号。因为2 4 = 1 6 ，所以一般来讲，能对网络提供保护倒换的局站数目不能超过 1 6 个。k 2 字节：其内容是确认桥接到保护信道上的局站编号、保护方式和复用段远端 缺陷指示( m s r d i ) 。其中的b l b 4 比特：为桥接到保护信道上的局站编号。b 5 比 特：长路径短路径标识，其中为0 时表示短路径；为“l ”时表示长路径。b 6 b 8 比特： 复用段远端缺陷指示( m s r d i ) 。m s r d i 向发送侧回送一个指示，表示已经检测到上 游段有缺陷或者收到复用段告警指示信号( m s a i s ) 。d 4 d 1 2 用于复用段传递运行、 维护和管理信息。可提供速率达5 7 6 k b i t s 的数据通信通路。s 1 字节即同步状态字节不 同的比特图案表示r r u t 的不同时钟质量级别，使设备能据此判定接收的时钟信号的 质量，以此决定是否切换时钟源，即切换到较高质量的时钟源上。，有效地使用它可 以保证整个s d h 网络系统处于良好的同步状态，并能防止定时环路的产生。m 1 字节 华中科技大学硕士学位论文 用来指示b 2 ( b i p 2 4 n ) 对复用段误码块检测的结果，即误块数指示。e 2 字节为复用 段提供公务语音通道，可在复用段接入。速率为6 4 k b i f f s ，可提供一路公务电话。 3 管理单元指针( a u 4p t r ) 区域位于横向第l 至9 x n 列，纵向第4 行，管理单 元指针a u 4p t r 的主要作用就是指示v c - 4 在a u 4 帧中的位置，即v c - 4 的第一个 字节相对于a u - 4p t r 最后一个字节( 第三个h 3 ) 的偏移量。它还可以通过调整a u 4 p t r ，可在a u - 4 帧内灵活、动态地调整v c 4 的位置，从而不仅能适应v c 4 和s o h 的相位差，而且还能适应帧速率的差异。指针调整的过程与v c - 4 的实际内容无关。 4 净负荷区域位于横向第1 0 x n 至2 7 0 x n 列纵向第l 至9 行共2 6 1 x 9 x n 个字节包 含净负荷和v c 4 ，v c 3 ，v c l 2 的通道开销。 2 2t u l 2 、t u 3 复用至v c 4 的线路 1 1 1 丌规定了最完整的s d h 复用映射结构【2 2 1 ，在此基础上欧洲电信标准协会( e t s i ) 制定了欧洲的复用映射结构，美国国家标准协会( a n s i ) * d 定了北美的复用映射结构。上 述两种标准相对于i t u t 的标准均做了简化，省去了某些接口和复用映射路径。图2 2 是我国的s d h 复用映射结构是e t s i 标准的进一步简化嘲。 匝誉迄毯一 图2 - 2 我国的s d h 复用映射结构 t u l 2 的l 帧9 行4 列共3 6 个字节。如图2 3 所示，3 个t u - 1 2 经过字节问插复用 合成t u g - 2 ，此时的帧结构是9 行x 1 2 列。t u l 2 a ) 【，t u l 2 b 】【，t u l 2 c x 分别指第1 2 ，3 个t u l 2 的第x 列。 燃 麟 艏辑黼榭 口乏 华中科技大学硕士学位论文 tttttttttttt uuuuuuuuuuuu 1 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 2 abca b c abc abc 11l222333444 图2 - 3 t u g - 2 的帧结构 7 个t u g - 2 经过字节间插复用合成t u g - 3 的信息结构9 行x 8 4 列，为满足t u g 3 的信息结构9 行x 8 6 列，在7 个t u g - 2 合成的信息结构前加入两列固定塞入比特，如图 2 _ 4 所示。t u g 2 a ) 【，t u g 2 b x t u g 2 g x 分别指第1 , 2 ，7 个t u g 2 的第x 列。 塞塞 ttttt t 入入 uuuuuu 字字 gogggg 22 222 2 节节 a bgab g lll 1 21 2 1 2 图2 4t u g - 2 复用至t u g - 3 的帧结构 如果是通过v c 3 构成t u g - 3 ，则没有两列固定塞入比特。如图2 - 5 所示在v c 3 的 帧上加了3 个字节的指针h 1 ，h 2 ，h 3 构成t u - 3 ，将缺口部分补上，其中r 为塞入的 伪随机信息，这时的信息结构为t u g 3 。 日i86l： 图2 5t u 3 复用至t u g 3 的帧结构 t u g 3 是9 行x 8 6 列的信息结构，3 个t u g 3 通过字节间插复用方式复合后的信息 结构是9 行x 2 5 8 列的块状帧结构，在3 x t u g 3 的合成结构前面加两列塞入比特，再加 华中科技大学硕士学位论文 入v c 4 的p o h 构成如图2 - 6 所示的9 行x 2 6 1 列的v c 4 帧结构。t u g 3 a 】【 t u g 3 b x t u g 3 c x 分别指第l 2 ，3 个t u g 3 的第x 列。 v 塞塞 ttt tt t c 入入 u uuuuu 4 字字 gggggg p 节 节 333333 oabc abc h ll l8 68 68 6 2 6 l 图2 - 6 v c 4 帧结构 综上所述，t u l 2 在v c 4 帧中每l 行上2 5 2 个( 除去v c 4 p o h 和塞入字节) 字节中 的信息分布如图2 7 所示，1 6 3 代表6 3 个t u l 2 时隙，每l 行上1 个时隙占用4 个字节，9 行共占用3 6 个字节，即l 帧t u l 2 。t u 3 在v c 4 帧中每1 行上2 5 8 个( 除去v c 4 p o h 和 塞入字节) 字节中的信息分布如图2 8 所示，1 3 代表3 个t u 3 时隙，每l 行上1 个时隙 占用8 6 个字节，9 行共占用8 6 x 9 个字节，即1 帧t u 3 。 图2 - 7 t u l 2 在v c 4 帧中的分布 图2 - 8 t u 3 在v c 4 帧中的分布 2 3 低阶通道告警的监测 前文所述a i s ，l o p 告警信号来启动的保护倒换也称为s n c p i 即固有监视的子网 连接保护。a i s ，l o p 告警是通过t u l 2 t u 3 的指针解释来获取的。 支路单元指针t u 1 2p t r 位于t u - 1 2 帧的第一个字节的位置共有四个字节，即 1 4 华中科技大学硕士学位论文 v 1 、v 2 、v 3 、v 4 字节。通过它可以在t u 1 2 复帧内灵活、动态地调整v c 1 2 的位置， 其过程与净负荷的实际内容无关。t u 1 2 通常以复帧形式出现，如5 0 0 雌复帧、2 m s 复帧、3 m s 复帧等。一般采用5 0 0 0 s 复帧，每个复帧包括4 个子帧，这4 个子帧中的 t u 1 2p t r 依次为v i 、v 2 、v 3 、v 4 字节。如图2 - 9 所示。其中v 4 字节留作备用， 而v 1 、v 2 字节的功能安排如图2 1 0 所示。v 1 、v 2 字节是联合使用的，其中v 1 字节 的前4 个比特用于新数据标识( n d f ) 。净负荷无变化时，n n n n 为正常值“0 1 1 0 ”。在 净负荷有变化的那一帧，n n n n 反转为“1 0 0 1 ”，此即n d f 。n d f 出现的那一帧指针值 随之改变为指示v c 新位置的新值称为新数据。若净负荷不再变化，下一帧n d f 又返 回到正常值“0 1 1 0 ”并至少在3 帧内不作指针值增减操作。第5 、6 比特用来指示本支路 单元t u 的类别，t u l 2 的s s 比特为1 0 ，t u l l 的s s 比特为1 l 。v 1 字节的第7 、8 比 特和v 2 字节的8 个比特组成1 0 比特指针，指示v c - 1 2 中v 5 字节在5 0 0 邺复帧内的 位置。这l o 个b i t 中奇数比特记为i 比特，偶数比特记为d 比特。以5 个i 比特和5 个d 比特中的全部或大多数发生反转来分别表示指针值将进行加1 或减l 操作，因此 i 比特又叫做增加比特，d 比特叫做减少比特。v 3 字节则为负调整字节，用来容纳进 行负调整时的净负荷信息。由于携带指针值的比特为l o 个，它可以表示2 1 0 = 1 0 2 4 个指 针值，而实际的需要量仅为0 1 3 9 个。这是因为5 0 0s 复帧的每个子帧有9 4 1 = 3 5 个字节，4 个子帧共有1 4 0 个字节。实际调整时按单字节进行，即一个单位指针代表一 个字节的偏移量。 划 乎 v c - 1 2 馈 2 v 2i 孑 。 v c - 1 2 * 毒划 v c 1 2 手 t 4 型 v c ，2 子 镰 图2 - 9 复帧的t u - 1 2 p t r 安排 华中科技大学硕士学位论文 图2 1 0v 1 、v 2 字节功能安排 在t u - 1 2 以复帧形式出现时，除了用v 1 、v 2 、v 3 字节指示净负荷在复帧内的位 置之外，还需要对子帧作出相应的指示，这由高阶通道开销v c - 4 v c 3p o h 中的h 4 字节来完成，对于5 0 0 p s 复帧，可用h 4 简化编码来确定t u - 1 2 子帧的位置，如表2 1 所示。h 4 最低两位比特为o o 时表示下一帧出现v 1 字节，最低两位比特为0 1 时表示 下一帧出现v 2 字节，以此类推。 表2 - 1h 4 字节的简化编码 b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b l b 0 子帧序号 1 l x x 0 0o x x l l x 0 1l x x l l x l o2 x x l l x x l l3 支路单元指针t u - 3p t r 共有三个字节，即为h i 、h 2 、h 3 。h 1 、h 2 字节是联合 使用的，定义与v 1 ，v 2 字节类似，其中h i 字节的前4 个比特用于新数据标识( n d f ) ； 第5 、6 ( s s ) 比特用来指示本支路单元t u 的种类，t u 3 类型的s s 比特为1 0 ，h 1 字节的第7 、8 比特和i - 1 2 字节的8 个比特组成1 0 比特指针，指示净负荷信息在t u 3 帧内的位置。h 3 字节则为负调整字节，用来容纳进行负调整时的净负荷信息。由于携 带指针值的比特为l o 个，同t u l 2 一样可以表示2 1 0 = 1 0 2 4 个指针值，而实际的需要量 为0 7 6 4 个，因为v c 3 每帧共有9 x 8 5 = 7 6 5 个字节，实际调整时按单字节进行，即 1 6 华中科技大学硕士学位论文 一个单位指针代表一个字节的偏移量。 t u 指针解释算法采用以下图2 1 l 的状态图嗍： 图2 1 l t u 指针解释状态图 指针解释算法中定义如下三种状态： 正常运行状态：即n o r m 状态( 标记为n o r m ) ； 告警状态：即a i s 状态( 标记为a i s ) ： 指针丢失状态：即l o p 状态( 标记为l o p ) 。 指针解释状态的转换条件取决于原状态和转换到的状态类型，图中事件指示定义 如下： n o r m - p o i n t ：指针常规指示。净荷位置不变，指针现行值指示净荷实际位置。其 中h 1 n 1 、i - 1 2 n 2 取值为：禁止n d f 代码+ s s + 指针现行值( 等于净荷位置) 。 n d f e n a b l e ：指针取新数据标志选通代码。其中h i v i 、h 2 n 2 取值为：选通n d f 代码+ s s + 指针现行值在0 7 6 4 1 3 9 范围内。 a i s i n d ：a i s 告警状态指示。h i n l 、h 2 n 2 取全“l ”值，即h 1 v i = o x f f ， h 2 ，v 2 = o 】( f f 。 i n c - i n d ：增计数指示，进行过正码速调整h 3 n 3 字节后是填充字节应去掉。现净荷 内容未变，前3 帧指针未调整。其中h 1 n i 、h