（电气工程专业论文）mstp在长沙电力通信中的应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b 汛a c t a tp r e s e n t ，e l e c t r i cp o w e ri n f o r m a t i z a t i o ne n g i n e e r i n ga l s om a k e sg r e a tp r o g r e s s ，a st h e i n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o no fe v e r yw a l ko fl i f ed e v e l o p sl i k ear a g i n gf i r ei no u r c o u n t r y i nn o w a d a y si nt h i sp r o c e s s ，t h ea s s i g n m e n to fc o m m u n i c a t i o ni np o w e rs y s t e mh a s n t o n l yl i m i t e dt op r o v i d ec h a n n e l so ft h ee l e c t r i cp o w e rp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，b u ta l s oh a s b e c o m i n gt h ef o u n d a t i o no fr e a l i z i n gt h ee l e c t r i c a ln e t w o r ka u t o m a t i o n ，t h em a n a g e m e n t i n f o r m a z a t i o n m o r e o v e r , a si th a sa l r e a d ys e e p e di ne a c hs t r a t i f i c a t i o np l a n eo fp r o d u c t i o n ， m a n a g e m e n t ，d i s t r i b u t i o na n dt h es t a f fl i v e si ne l e c t r i cp o w e re n t e r p r i s e ，t h es e r v i c et h a ti t u n d e r t a k e sh a sa l s od e v e l o p e df r o mt h es i m p l et d mp r o n u n c i a t i o ns p e c i a ll i n es e r v i c et o t h ed i v e r s i f i c a t i o n ( e t h e r n e td a t a ，v i d e oi m a g ea n ds oo n ) a n dh i g hb r o a d b a n d t h e r e f o r e ，i t h a sb e c o m et h em a i np r o b l e mf a c e db yt h em o d e r ne l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h a th o wt oh i g h l ye f f e c t i v et r a n s m i te a c hk i n do fd a t aw h i l eg u a r a n t e e i n gt r a d i t i o nt d m s e r v i c et r a n s m i s s i o n a st h ec a t e g o r yo f m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，t h ec h a n g s h ae l e c t r i cp o w e r c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e l a t i v e l ys h o r tt r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n d m o r ek i n d so fb u s i n e s s b a s e do nt h et r a d i t i o n a ls d h t h ef i b e rt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki n o p e r a t i o nc u r r e n t l yt a k e so nc o r r e s p o n d i n ga d v a n t a g e si ns t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y b u tn o w i t ss h o r t c o m i n g sb e c o m em o r ea n dm o r eo b v i o u s 勰t h ed a t ab u s i n e s sd e v e l o p sg r e a t l y , e m b o d y i n gt h a tw i t hf e wv a r i e t i e so fb u s i n e s si n t e r f a c e ，i tg o e sa g a i n s tm u l t i p l eb u s i n e s s c o n n e c t i o n ；w i t hs l o wt r a n s m i s s i o nr a t e ( 6 2 2 m b i t s ) ，i tg o e sa g a i n s tt r a n s m i s s i o no fh i g h r a t eb o a r db a n db u s i n e s s ；w i t hs i m p l ea b i l i t yo fo p e r a t i n gb u s i n e s s ，i ti sl a c k o ft h e c a p a b i l i t yt ot r a n s m i td a t ab u s i n e s sf l e x i b l ya n de f f i c i e n t l ya n dt oc o n s t r u c tav a r i e t yo f v i r t u a ln e t w o r k t l l i sp a p e rp r o p o s e st h es c h e m eo fc o n s t r u c t i n gt h ec h a n g s h ap o w e rc o m m u n i c a t i o n m u l t i p l es e r v i c et r a n s m i s s i o np l a t f o r m ( m s t p ) t od e a lw i t ht h ep r o b l e mo fp o w e r i n f o r m a t i o no fd i v e r s i f i c a t i o n ，b r o a db a n d i n ga n dn e t w o r k i n g 1 1 1 ed e v e l o p m e n to fm s t pt e c h n o l o g ym o s t l ye m b o d i e st h es u p p o r tt od a t ab u s i n e s s 1 1 1 em s t pb a s e do ns d hn o to n l yi n h e r i t st h ea d v a n t a g e so fs d ht e c h n o l o g y b u ta l s o i n t r o d u c et h ev i r t u a lc o n c a t e n a t i o nt e c h n o l o g y , t h ed y n a m i cl 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 c a s ) ，g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ( g f p ) ，w h i c hi s i ng r e a t l yf a v o ro ft h e f l e x i b l ea n dt i i g he f f i c i e n tt r a n s m i s s i o no f e t h e r n e td a t a 。i na d d i t i o n ，t h em s t p 1 1 华中科技大学硕士学位论文 e m b e d d e dr p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ) ，m p l s ( 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 ) t e c h n o l o g y c a nc o n s t r u c tt h ee t h e m e tv i r t u a ll o c a la r e an e t w o r km o r ef l e x i b l ya n dr e l i a b l y t h e r e f o r e ， t h em s t pt e c h n o l o g yw i l lb ep r o v i d e dw i t hw i d e rd e v e l o p m e n tr o o ma n da p p l i e dt ob r o a d f i e l di nt h ec h a n g s h ae l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nd a t an e t w o r k k e y w o r d ：e l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o n ；m s t p ；s d h ；v i r t u a lc o n c a t e n a t i o n ；r p r ； m p l s ；p r o t e c t i o no fn e t w o r k s ；a d m i n i s t r a t i o no fn e t w o r k s j i l 独创性声明 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，除文中已标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他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：捉叹 a p 口砗口月；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 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：投破指导教师签名：了香； ，年l 。月；) 日 o _ r 年f 。月；1 日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 论文研究的背景、目的和意义 随着电力工业信息化程度越来越高，电力通信网络传送的信息业务逐渐向多样 化、数据化、高速化发展。长沙电力已有的通信网络已经不能满足高速发展的业务需 求，同时，长沙市“十一五”电力通信规划的出台也加速了长沙电力通信网络的 建设步伐，如何在现有网络的基础上进行升级改造并很好的实现业务发展的要求是目 前长沙电力通信网络迫切需要解决的问题。 当前，s d h 技术l l 】广泛应用于长沙电力通信网络，因此建设下一代长沙电力通信 网络必须与现有的技术兼容，以保证网络平滑升级，基于s d h 的m s t p ( 多业务传 送平台) 【2 】能够很好的与传统s d h 设备【3 】实现互联并大大丰富原有的网络功能，是实 现长沙电力信息多业务、高速传送的有力解决途径。 1 2 长沙电力通信的现状、特点 长沙电网现拥有5 0 0 k v 变电站一座、2 2 0 k v 变电站1 0 座、1 1 0 k v 变电站4 8 座、 3 5 k v 变电站4 0 座，年售电量达7 2 2 亿千瓦时、最高负荷1 7 9 0 兆瓦的全国一流供电 企业。随着电网规模不断扩大和现代化水平的日益提高以及企业办公自动化等新兴业 务的快速发展，长沙电力通信专网 4 】也在企业的生产、经营以及管理方面发挥着越来 越重要的作用，到2 0 0 4 年1 2 月，己形成了具有数字程控交换机、光纤、数字微波、 电力线载波、无线扩频、有线传输等多种通信方式并存并具有近百个通信站点的规模。 目前，长沙电力是以s d h 光纤通信网络为主，其他通信方式为辅的企业专网。长沙 电力通信网络规模如下： 交换：地区交换中心拥有数字程控交换系统一套，容量为一万门；七个县级分局 分别拥有数字程控交换系统一套，容量各为五百门。 传输：敷设光缆总长度为7 0 8 k m ，s d h 光传输节点7 1 个；一点多址数字微波系 统一套，共1 0 个微波站：点到点无线扩频两套，共4 个站点；电力线载波4 0 套，共 3 0 个站点。 电力通信是专门为电力生产、经营、管理服务的通信系统，其性质决定其传输和 交换的信息以及网络结构都与公网宵1 定的差别，具体体现在业务种类繁多，对某些 华中科技大学硕士学位论文 业务实时性和可靠性要求较高，网络结构复杂，业务带宽相对较窄等。电力通信网络 主要承载的信息类型主要有以下几类： 语音业务：分为行政电话系统和调度电话系统。行政电话系统主要服务于电力系 统内部间的生产和管理用电话。调度电话系统主要服务于各级电力调度之间、调度中 心与各区域调度、发电厂站、变电站之问。 自动化业务：主要包括继电保护信息、电网生产实时数据业务信息等，此类信息 速率要求不高，数据流恒定，但实时性强，可靠和安全性要求也较高。 远程抄表业务：随蓿电力系统电量远程抄表系统的不断完善和发展，通信系统应 为其提供相应的专用数据接口和通道。 视频业务：目前长沙电业局l l o k v 及以上变电站( 5 0 0 k v 变电站除外) 基本上实 现了无人职守，因此广泛采用了变电站远程图像监控技术，通信系统要为其提供高速 视频监控通道。 管理信息业务：各个通信站点对计算机和办公自动化联网的需求越来越大，尤其 是市局与各分局及基层单位的生产、管理信息业务的大力发展，通信系统应为其提供 相应的宽带接口和高速传输通道。 1 3m s t p 技术发展概况、应用意义及前景 当前，以i p 为代表的数据业务迅猛发展，宽带接入业务的广泛开展，给电力通 信专网提出了更高的容量和功能要求，同时还要快速适应新业务的发展需求。如何保 证传统t d m 业务传送的同时，高效地传输各种数据业务也成为长沙电力通信网络面 临的首要问题，其实质就是建立多业务传送平台，以支持数据业务尤其是以太网业务 和传统t d m 业务的综合传送。 传统的s d h 架构主要针对语音业务优化，不具备面对指数型增长的带宽需求及 i p 为主流的网络所需的扩展性和灵活性，传统s d h 5 】并不适宜传输i p 业务，例如i p 包带宽与s d h 虚容器带宽不匹配；s d h 固定的速率等级，难以扩展；具有不适宜i p 环境的开销，但是，随着新技术的发展，虚级联技术弥补了速率间的不匹配，提高了 s d h 的带宽利用率；g f p l a p s 等链路层协议有利于高速口业务的传送等等。m s t p ( m u l t i s e r v i c e t r a n s m i s s i o np l a t f o r m ) 多业务传输平台正是适应业务变化需求，允许 网络运营者借助不断变化的技术和带宽需求无缝地演变网络。m s t p 基于s d h 平台， 能够同时实现t d m 、a t m 、以太网业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业 务节点。除廷f j 标准的s d h 处理功能外，m s t p 设备一般还包括a t m 处理模块、以 2 华中科技大学硕士学位论文 太网处理模块，但核心处理仍然是基于s d h 虚容器通道。m s t p 传输平台是光传输 网络发展的重要里程碑，它可以集成传统的s d h 复用器、数字交叉连接设备( d x c ) 、 w d m 终端、以太网交换机和口边缘路由器等多个独立的设备，进行统一的控制和管 理。 m s t p 技术【6 j 的发展主要体现在对数据业务的支持上。随着a t m 应用逐渐减少， 对以太网业务的支持能力就成为m s t p 技术革新的主要标志。综观国内m s t p 的发展， 可以分为四个阶段：第一阶段是雏形阶段( o r i g i n a ls t a g e ) ，在此阶段，s d h 设备采 用数量较少的通道对以太网业务实现透明传送。以太网透传功能是指来自以太网接口 的信号不经过二次交换，直接进行协议封装和速率适配后，映射到s d h 虚容器中， 然后通过s d h 设备进行点到点传送。可以为运营商提供远程局域网互连，整体功能 较弱；第二阶段是灵活阶段( f l e x i b l es t a g e ) ，在此阶段，s d h 已经演化成为符合国标 要求的m s t p ，除以太网透传功能外，还能提供以太网l 2 交换以及a t m 业务的接入 和汇聚功能，以太网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s d h 虚容器的点到点通道之间，实现基于以太网链路层的数据包交换，设备功 能焕然一新；第三阶段是动态阶段( d y n a m i cs t a g e ) ，在此阶段，以太网和s d h 之间 引入了智能的中间适配层( 如r p r 和m p l s 技术) 并结合多种先进技术来提高设备 的数据处理，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的c o s 和 q o s 以及愈发安全的用户隔离功能；第四阶段是智能阶段( i n t e l l i g e n ts t a g e ) ，即在s d h 传送网的层面上，增加智能化的控制层面，从而快速响应业务层的带宽实时申请，并 更多地采用交换式连接来建立s d h 电路或波长通道，还能根据实际运营的需要随时 拆除、更新或重建电路或通道，为带宽租用和光虚拟专网( 0 v p n ) 等运营场合提供 了智能化的策略。 m s t p 技术在现有城域传输网络【7 j 中备受关注，得到了规模应用。它的技术优势 与其他技术相比，解决了s d h 技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了a t m i p 对于t d m 业务承载效率低、成本高的问题；解决了i pq o s 8 。1 0 l 不高的问题； 解决了r p r 技术组网限制问题，实现双重保护，提高业务安全系数；增强数据业务 的网络概念，提高网络监测、维护能力：降低业务选型风险；实现降低投资、统一建 网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务。m s t p 1 1 1 使传送网 络由配套网络发展为具有独立运营价值的带宽运营网络，利用自身成熟的技术优势提 供质高价廉的带宽资源，满足城域带宽需求。由于自身多业务的特性，利用b a d 设 备构建的城域传送网可以根据用户的要求提供种类丰富的带宽服务内容，m s t p 技术 体制下的b ，a d m 设备在网络调度、设备等。些方面融入运营理念、智能特性，实现 华中科技大学硕士学位论文 业务的方便、快捷的建立，从而进一步保证带宽运营的可实施性，满足市场对于城域 传送网络的需求。 1 4 长沙电力通信网络系统升级工程 目前，长沙电力通信传输网络t 1 2 1 主要是基于6 2 2 ms d h 光纤传输系统，随着电网 自动化程度越来越高、办公自动化系统的大力发展以及电力营销系统、宽带接入等新 型业务的不断涌现，传输网络在系统容量、接口种类、承载业务能力、系统功能等方 面的缺陷逐步的显现出来，电力通信【1 3 l 作为电力生产、管理、经营的支撑系统面临升 级以及更新换代已经变成紧迫性的问题。 根据这一现状，在2 0 0 4 年底制定的长沙市“十一五”电力通信规划及2 0 2 0 年 规划展望中，长沙电力通信网络规划了建设分层的2 5 g 并具有平滑升级到1 0 g 的 城域光网络，并提出在2 0 0 6 2 0 0 7 年做好城区骨干节点的系统升级工作，以全面适应 通信业务的发展需求。 第一步：2 0 0 6 2 0 0 7 年，做好城区网络部分骨干节点的系统升级( 由s t m 4 升级 到s t m 1 6 ) ，这部分节点包括：长沙市局、树木岭、榔梨、捞刀河、天顶、芙蓉、红 星、梨托、城南、城北、城东、城西分局共1 2 个站，初步构筑s t m 1 6 等级的骨干 层网络，以这1 2 个节点为依托，对网络进行区域分割管理，初步建设环状骨干网络。 第二步：进一步做好骨干层网络建设，新建学仕、城北、星沙、城南、新世纪五 个s t m - 1 6 等级光通信站，调整骨干网结构，优化接入层网络结构。 第三步：接入层建设f 接入层节点较多，在网络结构中所处的位置及作用不同， 因地制宜选择部分节点作为接入层主干网络建设，既简化网络结构，又可以节省网络 不必要投资。 因此，2 0 0 6 年的长沙电力城区光环网骨干节点的升级工程，实质上是建设长沙电 力城域光网络的第一步，它必定在多方面有别于现有运行网络，在功能上将大大加强 业务处理能力，在网络结构上将进行优化调整以明晰网络层次，在网络管理上将实现 更科学和规范的管理，并在网络发展过程中具备可扩展性。针对通信新业务的发展状 况，长沙电力城域光网络也必将是一个集大容量、丰富接口、先进处理能力、高可靠 性、高效的城域多业务传输平台。 华中科技大学硕士学位论文 1 5 本文主要工作和章节安排 从以上两节可以看到，长沙电力城区骨干通信网络正面临升级及技术革新的层 面，如何构建新一代的长沙电力通信网络、实现新的通信业务综合传送将是本文着重 研讨的问题。基于这个问题本文将重点展开以下几个方面的研究，并提出解决方案： ( 1 ) 如何在现有网络基础上科学构建新一代传输平台，科学合理的组织网络使 之有利于网络功能的实现。 ( 2 ) 如何根据发展的业务需求设计设备功能选型。 ( 3 ) 如何实现现有网络与新一代网络设备之间的互联互通及结构关系。 ( 4 ) 如何建立和实现网管平台，解决各网管和监控系统的集中管理。 本文各章节安排如下： 第一章：介绍了长沙电力通信的现状特点及发展方向，同时提出了本文需要解决 的主要问题。 第二章：主要介绍了m s t p 的关键技术和功能实现。 第三章：讲述了如何利用m s t p 来优化长沙电力通信网络。 第四章：对优化后的m s t p 网络保护实现问题做了详细的论述。 第五章：讨论了m s t p 的网络管理，并根据实际情况，提出了多厂商环境网络管 理的实现方案。 其中，第三、四章是本文的重点章节。 华中科技大学硕士学位论文 2 1s d h 技术 2 1 1 概述 2m s t p 关键技术和功能实现 s d h l l 4 是一种传输体制，是以同步传送模块的形式传输。数字速率等级、帧结构 与信息格式是s d h 的核心，s t m n 是用以支持s d h 内的段层连接的信息结构，如 图2 1 所示，由信息净负荷、段开销( s o h ) 和管理单元指针( a up t r ) 组成矩形块 状帧结构，其重复周期为1 2 5 t , t s 。块状帧由2 7 0 x n 列和9 行的字节单元组成字节 的传输是由左至右逐行进行的。s t m 1 是s d h 信号最基本也是最重要的传送模块， 网络接口速率为1 5 5 5 2 0 m b i 俸。更高等级的s t m - n 信号是将s t m 1 信号以字节间插 方式同步复用的结果，速率为s t m - 1 的n 倍，其中n 取1 、4 、1 6 、6 4 、2 5 6 等。 r s o h a u p t r p o hs t m n 净负荷 含p o h ) h 疰s o h 9 n。 2 6 1 n 2 7 1 ) x n 图2 1s t m - n 的帧结构 s d h 帧结构中安排有丰富的开销比特，为网络的管理和控制提供了强有力的支 持。段开销是s t m 帧结构中为保证信息净负荷难常灵活传送所必须的附加字节，主 要供网络运行、管理和维护使用。通道开销( p o h ) 主要用于通道层的性能监视、管 理和控制等方面。此外，采用指针方式实现净负荷信息的同步也是s d h 的重要创新。 s d h 采用同步复用方式，各种不同等级的码流在帧结构净负葑的排列是畜舰律 的，净负荷与网络又是同步的，从而酊以便捷地分插信号和简化设备。虚容器( v c ) 华中科技大学硕士学位论文 是s d h 中最重要的一种信息结构，主要支持通道层的连接，根据带宽颗粒度可分为 高阶虚容器( v c 3 v c 4 ) 和低阶虚容器( v c 1 1 1 2 2 ) 。各种信号在装载以前需要经 过映射、定位和复用等处理。映射实质上是使各种支路信号与相应的虚容器容量同步， 以使虚容器成为可以独立地进行传送、复用和交叉连接的实体。 s d h 传送网采用分层和分割的概念，从垂直方向上分为电路层、通道层和传输媒 质层，这种分层模型给网络生存性带来很大的优越性，网络运营商可以根据用户的不 同需求提供相应等级的业务生存性策略。s d h 网络通常采用具有自动保护功能的环形 结构，即所谓的自愈环。环网结构具有很高的生存性和良好的业务疏导能力，网络恢 复时间很短( 要5 0 m s ) ，考虑到s d h 网络具备的技术成熟度和电信运营级性能，即便 是它们承载数据业务时稍显逊色，传统电信运营商都不会轻易割舍现已部署的基础网 络，转而采取对其进行技术改造和功能升级的策略，这也是目前我国城域网中基于 s d h 的m s t p 受欢迎的重要原因之一。 2 1 2s d h 段开销及作用 段开销( s o h ) 中包含有定帧信息、用于维护和性能监视的信息以及其他操作功 能。如图2 1 ，再生段开销( r s o h ) 在再生段的始端产生并加入到帧结构中，在再生 段的末端终结并处理相关信息，它用于再生段的监控和维护管理，主要为s d h 的帧 定位、提取、检错等。复用段开销( m s o h ) 用于复用段的监控和维护管理，其主要 功能为s d h 的保护倒换功能的实现、网管信息和定时标识信息的传送及公务电话等。 复用段开销( m s o h ) 在复用段的始端产生并加入到帧结构中，在复用段的末端终结 并处理信息。因此复用段开销将透明地通过再生器，只能终结在a u g 的组合和分解 点，即终端设备处。 通道开销( p o h ) 在通道的生成点产生，保存到信号传送后的终端点，这样在网 内传输信号时，可以保证端对端的情况下监视传输信号的误码等状态，使高度的网络 运营维护成为可能。再有，鉴于通道是以不同的通信运营商的网络作为媒质得以运用 的，因此其后有追加了监视通道中信号的串联监视功能( t c m ) 。p o h 有两种，一种 是v c - 3 、v c 4 或者v c 4 x c ( 级联的v c 4 ) 产生的p o h ，另一种是v c 1 1 或v c 一1 2 低阶通道产生的p o h 。 2 2 虚级联技术 级联就是将多个虚容器联合起来创建承载业务的逻辑实体，合成容量仍保留比特 华中科技大学硕士学位论文 序列的完整性，实质上是虚容器的联合过程。原理上存在两种级联方式，即相邻级联 和虚级联。相邻级联和虚级联【1 5 1 都能在传输通道的终端提供数倍于容器c r l 的带宽容 量，两者的主要差别在于逻辑实体的传送方式不同。 2 ，2 1 且邻级联技术 s d h 网络在解决超过单个虚容器容量的业务传输问题时，最早应用到的就是相邻 级联技术。相邻级联要求所有级联容器在时隙上连续相邻排列，组成单一的逻辑传送 实体在s d h 网络中进行复用、交换和传输。相邻级联的容器保留单一的通道开销沿 相同的路径传输，数据的各部分之间不存在延迟差，信号传输质量高，同时避免复杂 的信息拆装过程，实现起来相对简单。 然而，相邻级联方式的应用存在着一定的局限性，它要求传输通道的所有网络节 点均支持相邻级联方式。但在实际应用中可能会遇到与原有网络设备混合应用的情 况，有些设备还无法支持相邻级联，无法实现全程业务传输。其次，客户应用的数据 速率也并非匹配s d h 标称速率，加上s d h 速率等级间存在大幅跳变，无法提供较细 的带宽颗粒，因而采用相邻级联传输有可能导致巨大的带宽浪费。 2 2 2 虚级联技术 当前的m s t p 多业务平台多采用虚级联方式来完成级联业务的传输。虚级联是一 种逆向复用技术，已得到r r u ，t g 7 0 7 建议的规范定义。虚级联技术有利于资源的充 分利用和负载均衡，能将多个物理流合并为单个逻辑流，实现传送层的链路汇聚。通 常来说，虚级联需要执行发送和接收两个方向上的功能：在发送方向，终端设备将客 户信号分装至若干个高阶或低阶容器中，使级联业务转化为可在现有网络设备上传输 的虚级联业务；在接收方向，将线路上传过来的虚级联业务重新组装为级联业务，获 取原始客户信号。目前，业界考虑的虚级联i “j 主要是针对同种级别的虚容器而言的。 图2 2 、2 3 分别给出了v c 一4 x v 和v c 1 2 x v 的帧结构。 虚级酬1 7 冶! 技术上首先要考虑的问题是延迟。参与虚级联的虚容器从逻辑上组成 所谓的虚级联组( v c g ) ，每个成员虚容器都具有自己的通道开销，可以不受相同路 由的限制而独立地在网络中传送。这就可能导致各成员虚容器到达接收端时存在传播 延迟差，在极端情况下，甚至可能出现序列号偏后的虚容器比序列号偏前的虚容器先 到达接收端，无疑给信号的还原带来了困难。 为正确提取原始客户信号，接收端必须对收到的虚级联信号进行同步对齐处理。 华中科技大学硕士学位论文 这是虚级联功能硬件实现过程中的重点和难点，目前的解决途径通常是利用容量足够 大的延迟补偿存储器缓存数据并实施序列重排。序列重排处理必须至少容许1 2 5 s 的 时延差，为使各成员虚容器间的时延最小，应尽量让它们沿相同的网络路由传输。如 果能保证延迟差获得补偿，也允许各成员虚容器在网络中通过不同的路由进行传输。 i 基。 x2 6 0 i ” c 4 = i ( c q ，。0 0 。 。j | jt 强恤 i ，一一鹤! 嘻墅：、； 。+，i 齄，j i 嬲， ； t 曩曩 ! 奠、 i v c - 4 - x v 。羔三 排 ： 1 2 5 捧# k ，v c 4 # x 9m 。? t 2 5 雌5 v c - 4 # l 图2 2v c - 4 - x v 的虚级联结构图 ix x3 4 l ， c 1 2 - x c 。1 4 i 。 5 0 0 i t i 3 5 。 v c * 1 2 x v 5 0 0 | ls v c - 1 2 # x v c 1 2 # i 牡 t 1 5 4 黼7 0 1 i1 ( 1 8 4 4 9 l i 璺| 2 3v c 一1 2 - x v 的虚级联结构图 虚级联技术对用户而言，有利于他们根据实际需求来选择合适的服务；对运营商 而言，能够更灵活地利用传送网的资源，提高资源剃用率。虚级联技术能很好的解决 传统s d h 网络承载宽带业务时带宽利用率低的问题。虚级联能将任意数量的虚容器 逻辑上连接起来，构建容量适当的字节同步传送通道以更有效地匹配业务速率，同时 容许以更精细的增量调谐链路带宽。表2 1 给出了采用午h 邻绒联与虚级联两种方式承 i 矗磊 l 4 华中科技大学硕士学位论文 载业务的带宽效率的对比。 虚级联技术还将增强s d h 网络承载业务时带宽分配的灵活性。虚级联组中的各 条成员链路可沿不同的路由独立进行网络传送，更有效的利用了网络中零散可用的带 宽。 良好的兼容性是虚级联技术得以应用的基本原因。虚级联技术对网络中间节点透 明，亦即中间节点无需支持虚级联功能。采用虚级联方式传输，只需在接入业务的源 宿端设备上添置支持虚级联的板卡，网络的其他部分均可保持不变，从而最大限度地 保留运营商的既有网络投资，数据业务也可以在需要的地方快速开展。 表2 1 相邻级联与虚级联承载业务时带宽效率的对比 业务类型比特速率相邻级联虚级联 以太网1 0v c 3 ( 2 0 ) v c 1 2 5 v ( 9 2 ) 快速以太网1 0 0v c 4 ( 6 7 ) v c 3 2 v ( 1 0 0 ) 千兆以太网1 0 0 0v c 4 1 6 c ( 4 2 )v c 4 7 v ( 9 5 ) 低速a t m2 5v c 3 ( 5 0 )v c 1 2 1 2 v ( 9 6 ) 2 0 0v c - 4 把( 1 0 0 )v c 3 4 v ( 1 0 0 ) 光纤通道 1 0 0 0v c 4 1 6 c ( 9 5 )v c 4 7 v ( 9 5 ) 2 3 链路容量调整方案( l c a s ) 2 3 1l c a s 协议 虚级联技术固然具有很多优点，但不可否认，这种技术的引入将对s d h 网络的 业务健壮性带来冲击。假设参与虚级联的某个成员链路出现故障，这将意味着整个虚 级联组( v c g ) 都不可用。当成员虚容器通过不同的传输路径承载时，发生v c g 不 可用的概率相应会成倍增长。在实际应用中，用户的带宽需求往往是随着时间的推移 而改变的。虚级联并不能为网络提供动态带宽分配的能力，用户带宽仍然是基于峰值 速率分配的，即在给定时间内是固定的。也就是说，传输管道容量的调整是静态进行 的，原有的业务将会被中断甚至丢失。对于具有多种服务等级协定( s l a ) 的网络而 言，链路带宽的可动态调整能力更是不可或缺，因为s l a 往往会限制可接受的业务 中断次数。 链路容量调犍方案( l c a s ) t s l 技术应运而生。l c a s 是由朗讯公司提出的可变 帝宽分配( v b a ) 技术发展而来的，目前l 形成i t u - t g 7 0 4 2 建议。l c a s 是对虚级 0 华中科技大学硕士学位论文 联技术的扩充，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。简单地说，l c a s 的实施是以虚级联技术的应用为前提的，能够实现在现有的基础上动态的增减带宽容 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。 l c a s l l 9 】是位于虚级联信号通道终端设各的功能，收发双方相互交换信令信息以 确定级联信道的数量与状态。l c a s 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。如图2 4 所示，每个 控制分组都是描述在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。考虑到时序关系的一致性，l c a s 控制分组应 该在接收机完成差分延迟补偿后才被处理。 图2 4l c a s 控制分组的信息配置 l c a s 控制分组和虚级联控制信息都由s d h 帧结构中同一开销字节来携带，如表 2 2 和图2 4 中阴影部分所示。从这种意义上来说，l c a s 是一种带内信令机制。l c a s 控制分组中各域的意义与用途如下： 表2 2 l c a s 控制域 数值指令注释 0 ( ) 0 0f i x e d ( 固定) 指示终端采用固定的带宽( 非l c a s 模式) o ( ) 0 1a d d ( 增加) 该成员即将添加到v c g 中 0 0 1 0n o r m ( 正常) 处于正常传输状态 0 0 1 1e o s ( 结尾)序列指示的结尾日处于正常传输状态 0 1 0 1i d l e ( 空闲) 该成员不属于v c g ，或即将从中删除 1 1 1 1d n u ( 不可用) ( 净荷) 不可用，接收端报告失效状态 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 复帧标识符域( m f i ) 在发送端，v c g 所有成员的m f i 在同一个时间点均相同，并且将逐帧增加。在 接收端，m f l 用来重排v c g 中所有成员的净荷。 ( 2 ) 序列号标识符域( s o ) 用于表示成员在v c g 中所处的位置的序列号码。v c g 中被分配唯一的序列号， 从0 开始赋值，可参照i t u - tc t 7 0 9 中有关虚级联的建议。控制域状态为i d l e 的成 员的s o 值没有实际意义。从当前v c g 中删除的成员的s o 应被分配比状态为e o s 的成员具有的最高序列号码更大的数值。 ( 3 ) 控制域( c t r l ) c t r l 域用来传递从发送端到接收端的信息，实现收发两端的同步，并提供v c g 中各成员的状态，如表2 2 所示。当v c g 发送端初始化时，所有成员都应发送 c t r l ：i d l e ，直到被添加至v c g 中为止( 发送c t r i _ = a d d ) 。 ( 4 ) 组标识符( g l i d ) 它被用作v c g 的标识符。所有v c g 成员的相同m f i 中，g i d 比特位的数值都 是相同的。g i d 为接收机提供验证信息，用于验证所有到达的成员通道是否来自同一 发送端。它的内容是伪随机的，但接收机不需与输入流同步，采用的伪随机图案，有 2 1 5 - 1 种。控制域状态为i d l e 的成员的g i d 无效。 ( 5 ) c r c 域 为简化虚级联开销中变化的确认，采用c r c 来保护各个控制分组。c r c 校验是 在每个控制分组被接收后才进行的。若校验失败，信息内容将被丢弃。如果控制分组 通过c r c 校验，将会立即使用该内容。 ( 6 ) 成员状态域( m s t ) 用于承载接收端发送给发送端的同一v c g 中所有成员的状态信息( o k = 0 ， f a i l = i ) 。每个成员占用一个状态比特位。v c g 接收端初始化时，所有成员将报告 m s t = f a i l ，所有未使用的m s t 将被置为f a i l 。当接收到控制域状态为a d d ( 或 n o r m ，或者成员被添加后状态为e o s ) 的控制分组时，m s t 状态就转变至o k 。 ( 7 ) 重新排序确认比特( r s a c k ) 接收端检测到任何有关成员序列号码的变化后，就通过反转r s a c k 比特( 如0 1 或1 一o 以v c g 为单位报告给发送端。r s a c k 比特的反转只有在所有v c g 成 员状态均被评估且序列号已有变化后方可发生。r s a c k 比特的触发会证实前述的复 帧的正确性。该反转过程可以作为发送端的指示，表明发送端发起的序列号变化已被 接受和完成，并准备接收新的m s t 信息。 华中科技大学硕士学位论文 2 3 2l c a s 应用方式 l c a s 协议在具体应用时，有三种方式： ( 1 ) 链路指定保证带宽和突发带宽，它们分别对应各自的v c 通道，当网络带 宽没有剩余时网管系统利用保证带宽所对应的v c 通道来传送数据，当网络带宽空闲 时，网管系统根据业务的优先级来决定是否添加突发带宽对应的v c 通道；这种实现 方式比较灵活，可以合理利用网络资源，提供和a r m 相类似的服务，可能成为新的 市场热点。 ( 2 ) 链路带宽指定以后新的v c 通道的添加和删除根据不同用户需求，由网管 人员利用网管系统来手工调整。 ( 3 ) 当l c a s 的控制包由其它高层协议( 如g m p l s ) 来传送时，可以实现更 加灵活的网络管理。 在具体实现中第二种方式用得较多，但是第一种方式和第三种方式的结合有着很 好的应用前景。 2 4 通用成帧规范( g f p ) 2 4 1s d h 帧封装概述 众所周知，以太网数据业务具有统计突发和不定长的特性，与严格要求同步的 s d h 帧封装存在很大区别。在实际s d h 网络【2 0 】中传送以太网业务时，需要引入合适 的数据链路层适配协议完成以太网数据的封装，包括数据缓存、队歹d 调度等，实现到 s d h 虚容器的帧映射。封装的目的就在于标识数据帧在整个数据流中的位置，以便接 收端正确地还原接收到的信息序列。 现已颁发的m s t p 标准也未对以太网到s d h 虚容器的封装格式作严格的限定， 各厂家可任意选用不同的协议，如p p p 、l a p s 、g f p 等进行以太网业务的封装处理， 必然会造成多厂家设备的互联互通实现起来困难。就目前的趋势来看，业界普遍看好 代表未来发展方向的g f p 封装协议。从3 种数据封装映射方式来看，相对于p p p 、 l a p s ，g f p 协议的标准化程度更高，适用程度更广，是数据业务封装映射到s d h 的 标准方式之一。 华中科技大学硕士学位论文 2 4 2g f p 协议简介 g f p ( g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d