（电磁场与微波技术专业论文）otn设备电交叉连接技术的研究与实现.pdf

j f 、 t l l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 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 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作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：幺：! ：涩同期： 掣f a 。丕、2 垒 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电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i 叫论文工作的知识产权单位n t t 京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位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、汇编学位论文。 本人签名： 导师签名： 韵、扬 同期： 盟坦墨! ! 墨 同期。1 垮矽帮 一 - o t n 设备电交叉连接技术的研究与实现 摘要 o t n ( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，光传送网) 融合s d h 与w d m 技术 优势而成，既具备超大容量的数据业务承载能力，又能实现更大粒度 上的灵活业务调度，同时还具备完善的管理维护能力，能够满足运营 商对于i p 数据业务大颗粒接入、大容量交叉、透明传输及灵活业务调 度的要求，是构建省际干线传送网、省内干线传送网以及城域( 本地) 传送网核心层的关键技术之一。作为调度枢纽，0 t n 设备必须具备超 大容量电交叉功能，否则将限制其在大型干线节点中的应用。 本论文围绕国家8 6 3 计划重大课题“大容量光传送网( o t n ) 关 键技术与设备系统 而展开，针对o t n 设备电交叉连接的设计与实现 展开研究，采用f p g a 进行相应设计实现，并通过了测试验证，同时 针对o t n 承载1 0 0 g e 业务的相关标准进行了研究，提出了相关建议。 本论文的主要工作包括： 1 ) 针对o t n 电交叉连接技术特点及国内外应用现状，进行了o t n 设备电交叉连接功能需求分析，确定了o t n 电交叉连接功能的实现方 案。 2 ) 完成了基于v c ( v i r t u a lc o n t a i n e r ) 虚容器粒度交换芯片实现 o t n o d u ( o p t i c a lc h a n n e l d a t au n i t ) 电交叉连接的方案设计，包括 功能模块的划分、模块接口的设计以及f p g a 实现等，并进行了实际 测试验证，测试结果表明此方案合理可行。该方案的核心思想是，通 过帧格式转换等手段将o d u k 粒度的交叉连接转换为v c 粒度的交叉 连接予以实现，从而可以利用已经大规模商用、技术成熟、价格低廉 的v c 粒度交换芯片，缩短开发周期，节约成本。 3 ) 研究了i e e e8 0 2 3 b a 标准矛h i t u tg 7 0 9 标准中有关o t n 承载 1 0 0 g e 业务相关规范及关键技术，根据各解决方案所采用映射方式及 o t n 承载单元的不同进行对比分析，指出各方案适用的场合，并针对 客户业务种类的增多及映射方式的增加对o t n 复用映射机制提出了 相关完善建议。 关键词o t n电交叉连接虚容器 10 0 g e 一 ， 一 一| j 、 - 一 一 _ t h ei m p l e m e n l a t l 0 n0 f0 t n 0 d u kc r o ss c o n n e c t i n gf u nc t l 0 n a bs t r a c t o t n ( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) i n t e g r a t e sa d v a n t a g e so fb o t h s d ha n dw d m i th o l d sl a r g eb a n d w i d t hf o rh i g hs p e e dd a t as e r v i c e s a n ds u p p o r t sf l e x i b l es c h e d u l ef o rb i gg r a n u l a r i t y ，a l s oi th a sp e r f e c t m a i n t e n a n c ea n da d m i n i s t r a t i o nc a p a b i l i t i e sa tw d m1 a y e r 0 t nw i l l b e c o m et h ec o r et e c h n i q u eo fn e x tg e n e r a t i o no fb a c k b o n et r a n s p o r t n e t w o r ks i n c ei ts u p p o r t sb i gg r a n u l a r i t yf o rd a t as e r v i c e s ，l a r g ec a p a c i t y f o rc r o s s - c o n n e c t i n ge q u i p m e n t sa n df l e x i b l es c h e d u l ef o rt r a n s p a r e n t t r a n s p o r t i n gs e r v i c e s a sad i s p a t c hh u b ，0 t ne q u i p m e n tm u s th a v et h e s u p e r l a r g ec a p a c i t ye l e c t r i c a lc r o s s c o n n e c t i n gf u n c t i o n ，o rt h e yw i l l 1 i m i ti t st r u n kn o d ef u n c t i o ni nal a r g ea p p l i c a t i o n ， t h er e s e a r c hi nt h i st h e s i si ss p o n s o r e db yn a t i o n a l8 6 3k e yp r o j e c t ”o t nk e yt e c h n o l o g i e sa n de q u i p m e n t s ，f o c u s i n go nt h ed e s i g na n d f p g ai m p l e m e n t a t i o no fo t ne l e c t r i c a lc r o s s c o n n e c t i n gf u n c t i o n a n d t h es c h e m ei nt h i st h e s i sh a sp a s s e dt h et e s tv a l i d a t i o n a tt h es a m et i m e t h er e s e a r c hf o c u s e so ns t a n d a r d sa b o u to t n c a r r y i n glo o g es e r v i c e s a n dp u t sf o r w a r dr e l e v a n tr e c o m m e n d a t i o n s t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w i n g ： 1 ) a n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i ca n de x i s t i n gi n t e m a t i o n a la p p l i c a t i o n o f0 t ne l e c t r i c a lc r o s s c o n n e c t i n gf u n c t i o n a c c o m p l i s h e dr e q u i r e m e n t a n a l y s i sa n db r o u g h tf o r w a r da ni m p l e m e n t a t i o ns c h e m e 2 ) a c c o m p l i s h e ds c h e m ed e s i g no f o t no d u f o p t i c a lc h a n n e l d a t au n i t ) e l e c t r i c a lc r o s s c o n n e c t i n gf u n c t i o nb a s e do nv c ( v i r t u a l c o n t a i n e r ) g r a n u l a r i t ys w i t c hc h i p ，i n c l u d i n gt h ep a r t i t i o no ff u n c t i o n m o d u l e s ，m o d u l ei n t e r f a c ed e s i g n ，f p g ai m p l e m e n t a t i o na n dt e s t v a l i d a t i o n t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h es c h e m ei sf e a s i b l ea n dr i g h t t h e c o r ei d e ao ft h es c h e m ei si m p l e m e n t i n go d u k g r a n u l a r i t y c r o s s c o n n e c t i n gb a s e d o ne x i s t i n gs w i t c hc h i p sb yt r a n s f o r m i n g c r o s s c o n n e c t i n gg r a n u l a r i t yf r o mo d u k t ov c s i n c ee x i s t i n g c o m m e r c i a lv cs w i t c hc h i p sa r em a t u r ea n dc h e a p ，b o t hd e v e l o pp e r i o d a n dc o s ta r ec u td o w n 3 ) s t u d i e di e e e8 0 2 3 b aa n di t u tg 7 0 9 ，f o c u s i n go ns t a n d a r d s a n dk e yt e c h n o l o g i e sa b o u to t n c a r r y i n g10 0 g es e r v i c e s 。a n a l y z e dt h e d i f f e r e n c ei nm a p p i n gp r o c e d u r e sa n do t nc a r r i e r sa m o n gv a r i o u s s o l u t i o n sa n di n d i c a t e dp r o p e ra p p l i c a t i o n sf o re a c hs o l u t i o n a tt h es a m e t i m e ，p r o v i d e ds o m ep r o p o s a l ss i n c et h eo t nm u l t i p l e x i n ga n dm a p p i n g m e c h a n i s mh a sc h a n g e db yt h ek i n do fc l i e n ts e r v i c e si n c r e a s i n ga n d m a p p i n gp r o c e d u r e si m p r o v i n g k e yw o r d so t ne l e c t r i c a lc r o s s - c o n n e c t i n g v i r t u a lc o n t a i n e r 1 0 0 g e 、 目录 第一章绪论。l 1 1研究背景及意义l 1 1 10 t n 技术简介：1 1 1 20 t n 的优点6 1 1 3 课题来源9 1 2本文主要研究内容及结构9 第二章o t n 电交义连接技术研究l l 2 1o t n 电交义连接技术概述1 l 2 2 o t n 电交义连接技术应用现状研究1 2 第三章基于v c 交换芯片的o t n 电交义连接设计与实现1 4 3 1 需求分析1 4 3 2 方案设计1 4 3 3 模块设计及实现1 5 3 3 1v c 成帧器15 3 3 2t fi - 5 成帧器。l8 3 3 3v c 交换芯片2 l 3 3 4t f 卜5 解映射器2 2 3 3 5v c 解映射器2 3 3 4开发1 ：具选择2 6 3 4 1 开发语言的选择2 6 3 4 2f p g a 的选择2 8 3 4 3 开发环境的选择2 9 3 5实测验证3 0 3 5 1 测试，i ：具3 0 3 5 2 测试环境3 0 3 5 3 测试结果3 0 第四章o t n 标准的研究与建议3 2 4 1o t n 承载1 0 0 g e 的研究3 2 4 1 110 0 g e 体系结构3 2 4 1 20 t n 承载1 0 0 g e 的解决方案3 5 4 2 o t n 复川映射机制的建议4 7 第无章结束语4 9 5 1 论文i ：作总结4 9 5 2朱米i ：作展望5 0 缩写词51 参考文献：5 2 致谢5 3 攻读硕十期间所发表的学术论文和参加科研课题情况5 4 r 1 一 - 北京邮电人学硕+ l ：学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 近几年来，随着分组业务的迅猛发展，电信业务最明显的变化就是所有业务 核心的i p 化，并且这一趋势仍将在未来延续。在国内电信市场，各大电信运营 商都把提供综合信息服务作为主要的拓展方向，将原来的电信业务向信息服务业 务延伸，这也就意味着基于i p 为核心的数据业务将得到大量应用；在国际电信 市场，各国各大运营商都在身体力行地推动向i p 网络的转型，如英国电信、r 本n t t 以及西班牙电信等固网运营商已经将网络向融合网改造，而移动运营商 如沃达丰等也在发展移动业务的同时，开始加强对固网业务的关注。 随着i n t e m e t 、3 g 、i p t v 等高带宽数据业务的飞速发展，传输光网络面临着 巨大的转型压力，传统s d h + w d m 模式的传输网络在处理海量数据业务方面已 经逐步显现出效率、灵活性等方面的不足。s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ， 同步数字体系) 虽然具备灵活的调度、管理和保护能力，但是其以虚容器( v c ， v i r t u a lc o n t a i n e r ) 为基本调度颗粒，在承载大颗粒业务方面受到很大的限制，已 不能很好地适应融合化的i p 传送需求与发展趋势；简单w d m ( w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，波分复用) 虽然可以提供大容量传输、满足大颗粒业务的 接入，但其组网能力太弱，只能实现点对点组网或组建简单的环网，业务调度十 分不灵活，缺乏有效的网络管理维护手段。为适应未来传输网络应该能够很好 地传送数据业务这一趋势，许多运营商提出了诸如“i po v e rd w d m ”或类似的 传输网络建设理念，以从网络中逐步剔除不适应当前网络建没需求的s d h ( 或 基于s d h 的m s t p ) 层面，但这一层面的消失，将会使一些依附于这一层面的 原本非常有用的网络能力也不复存在，例如o a m 能力、业务的物理层调度能力 及s d h 的各种电信级保护能力等。 所以，迫切需要一种大容量、高可靠的光网络技术来支撑未来的可信化网络 体系。新一代的光传送网( o t n ，o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) 设备提供了满足这 一要求、极具应用前景的解决方案，o t n 是未来可信化网络体系的重要支撑， 也是技术领域重要发展方向之一，符合国家战略需要，应用前景广阔1 2 1 。 1 1 1o t n 技术简介 o t n 技术融合s d h 与w d m 技术优势而成，既具备超大容量的数据业务承载 能力，又能实现更大粒度上的灵活业务调度，同时还具备完善的管理维护能力， 能够满足运营商对于i p 数据业务大颗粒接入、大容量交叉、透明传输及灵活业务 调度的要求，是下一代骨干传送网的发展方向。相l l s d h ，g 7 0 9 标准中定义的 o t n 帧结构更加简单，同时，通过在o t u k 中引入前向误码纠错( f e c ，f o r w a r d e r r o rc o r r e c t i o n ) 开销，可以满足更低光信噪比和更长传输距离的要求，通过引 入支持多级串联连接监视( t c m ，t a n d e mc o n n e c t i o nm o n i t o r i n g ) 开销，可以 在o t n 中实现电信级运营、维护和管理( o a m ，o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o na n d m a n a g e m e n t ) 功能。 o t n 接口结构 i t u tg 7 0 9 规范为o t n 定义了两种光传送模块( o t m ，o p t i c a lt r a n s p o r t m o d u l e ) ，一种是完全功能光传送模块( o t m n 肌) ，另一种是简化功能光传 送模块( o t m 0 m ，o t m n r 肌) ，两种模块的基本信号结构如图1 1 所示1 3 i 。 o t m - n m 定义了o t n 透明域内接e 1 ，而o t m n r m 定义了o t n 透明域间接口。这 里m 表示接口所能支持的信号速率类型或组合，n 表示接口传送系统允许的最低 速率信号时所能支持的最多光波长数目。当n 为0 时，o t m n r m 即演变为 o t m 0 m ，这时物理接口只是单个无特定频率的光波。 从客户业务适配到光通道层( o c h ) ，信号的处理都是在电域内进行，包含 业务负荷的映射复用、o t n 开销的插入，这部分信号处理处于时分复用( t d m ) 的范围；从光通道层( o c h ) 到光传输段( o t s ) ，信号的处理是在光域内进行， 包含光信号的复用、放大及光监控通道( o o s o s c ) 的加入，这部分信号处理 处于波分复用( w d m ) 的范围。 g 9 5 9 1 规范定义了简化功能光传送模块的物理接口，分别是单跨距单波长 接口( o t m 0 1 2 5 g ，o t m 0 2 1 0 g 和o t m 0 3 4 0 g ) 及单跨距1 6 波长接口 ( o t m 1 6 r 1 2 5 g ，o t m 1 6 r 2 1 0 g ) 1 4 1 ，物理接口的标准化使得域问互通成为 可能。但是完全功能光传送模块( o t m n m ) 尚没有统一的标准，因为这种接口 定义在光透明域内部，一般是同一设备商所提供的网元组成的网络，而设备制造 商通常有自己的物理层工程规范包括传输技术、光学参数、波长数目等指标，另 外，不同设备制造商使用不同的o s c 信息结构及光通道传送单元( o t u k v 1 ) ， 这使得不同设备制造商的设备难以在完全功能光传送模块这一层上互通。 2 北京邮l 乜人学硕- 1 学位论文 明产t 僻龆s t m n a t m ，i p 邑h e m 簋，o t n ，o o u i t 0 c h ，结 构 o t m r l m 垒功绕o t m 接口 o t m 国m 。o t m - n r m 碱化功能o t m 接口 图l lo t n 基本接口结构 o t n 帧格式 与s d h 信息单元格式类似，o t n 信息单元也具有块状帧结构，且不同速率 级别的g 7 0 9o t u k 信号拥有相同的帧尺寸，仅帧周期不同，与s d hs t m n 帧 周期固定为1 2 5 微秒、不同速率级别信号拥有不同帧尺寸有所不同。 ( 1 ) 光通路净负荷单元( o p u k ，k = l ，2 ，3 ) o p u k 是一种将客户层信号( 如s t m n 、a t m 、i p 和e t h e m e t ) 适配到光通路 上传输的信息结构。 o p u k 的帧结构为4 行x3 8 1 0 列8 比特字节构成的块状帧结构，由o p u k 净负荷( 即客户层信息) 以及o p u k 丌销组成，其开销的主要功能是进行客户层信 号速率和o p u k 净负荷速率之间的适配并支持客户层信号的传输。 ( 2 ) 光通路数据单元( o d u k ，k = l ，2 ，3 ) o d u k 是4 行x3 8 2 4 列的8 比特字节组成的块状帧结构，由o p u k 加上o d u k 丌销组成。 o d u k 又包括o d u k 通道( o d u k p ) 矛i o d u k 串联监测( o d u k t ) 。o d u k p 是 支持端到端o d u k 踪迹的信息结构，而o d u k t 是支持串联监澳i j ( t c m ) 踪迹的信 息结构，最多可以支持6 个t c m 子层，6 级t c m 丌销可以以堆叠或嵌套的方式 实现，从而允许o t n 连接在跨越多个光学网络或管理域时实现任意段的监控。 ( 3 ) 光通路传输单元( o t u k ，k = l ，2 ，3 ) o t u k 是4 行x 4 0 8 0 列的8 比特字节组成的块状帧结构，由o d u k 加上o t u k 开销( 如f e c 和光通道连接管理开销) 组成的。o t u k 是在一个或多个光通路连接 上传输o d u k 的信息结构。 列 行 2 3 8 n 2 3 8 n 净荷 。 开销( 4 * 3 8 0 8 字节) 留 | 、 2 3 ”，i j l2345 6 7891 0l l1 2 1 31 4 1 51 6 1 51 6 l o d s s l q j l 帧定位开销2 7 8 n 开销 2 & r q f d w 7 & o) 7 3 6 s h f l i l f 25 ( 67 & 0 67 & 0 57 & 0 4 3 6 ，i $ 7 ) 2 3 8 n 4 开销 |37 & 0 37 & 0 27 & o f3 0( ：3 o 3 7 4牛敞1木矗2$ 3 6 3 5 ( 6l o d s s l o j 5 ( 6 ：为将来喇际标准乘留7 & o ：串联连接； c 测 & r q f d ) $ 7 ：一活去一活控制通道) 7 ) ：故障类型故障侮簧i ：报通道 6 s h f l i l f 3 0 ：路径j i i 测( ：3 ：实偿 2 5 5 3 ：保护通信控制通道3 6 ，：净葡结构标t ； 图i - 2o t n 帧格式 o t n 复用映射结构 早期的o t n 网络只定义了o d u i 2 3 数据单元分别用于承载速率为 2 5 1 0 4 0 g b p s 的客户信号，但随着客户业务速率与光传送网络的不断发展，这 种结构逐渐暴露出不足，例如其不支持2 5 g b p s 速率以下客户业务的映射与调 度、没有很好地考虑以太网业务信号完全透明传送的问题，所以当通过超频方式 实现1 0 g el a n 业务比特透传的方案提出以后，出现了与已定义o d u 2 速率不 一致的o d u 2 e 颗粒用以承载1 0 g el a n 业务信号，4 0 g e 业务的承载也面临着 同样的问题，这使得o t n 组网时可能出现一些j 务透明度不够或者传送颗粒速 率不匹配的问题。为了解决上述矛盾，i t u tg 7 0 9 标准补充完善了一套相对完 整的o t n 网络业务映射体系，如图1 3 所示。 用户信号或光通路数据单元支路单元群( o d t u g k ) 首先被映射到相应速率 级别的o p u k ，o p u k 再被映射到o d u k ，然后o d u k 再被映射到o t u k v 】， o t u k v 再被映射到o c h r ，最后o c h r 被调制到o c c r 。若o c c r 不经复用 4 北京邮1 1 1 人学颂i ：学位论文 直接映射进o t m ，则形成o t m 0 m ，若要形成o t m n 【r 】m ( n 1 ) 则还须经过下 面所述复用过程。 客户层信号映射进o c c r 后，n ( n 1 ) 个o c c r 再通过w d m 方式复用进 o c g n r m ，而o c g n 【r m 最后将在o t m n r m 中传输。在o c g - n 【r 】m 中， o c c r 支路时隙的大小可以不同，而在全功能o t m n m 接口上，o s c 也是采用 w d m 的方式复用进o t m n m 的。 北京邮i 乜人学硕。 ：学位论文 -_-_一 0 d u 4 0 d u 3 x l x ：蹰o d u 3 ( l ) 1 x 1 竺业! 沁 0 d u 3 0 d u 3 ( h ) o p u 3 - x 0 p u 3 ( l ) 0 d u 2 o d u 2 e 0 d u 3 0 d u l l e x c 1l e n ts i g n a l c 1l e n t s i g n a l o d u l 0 d u 2 o d u 0 o d u 2 e o o u f l e x o d u 2 o t u 2 v x i x ：叼o d u 2 ( l ) fx 1 o d u 2 0 d u l o p u 2 - x o p u 2 ( l ) c 1 l e n ts i g n a l c 1l e n ts i g n a l 型同一三 x l x o p u l x o d t u g 2 卜盟一_ 面而订卜o d u 1 p t = 2 0 i。一 c 1l e n ts i g n a l 1堕r 1业r _ = = _ 图i - 3o t n 复用映射结构 1 1 2o t n 的优点 o t n 应用于光传送网具有独特的优势5 i ： 6 箸一 t r【 北京邮 【1 人学硕i ：学位论文 透明的传送能力 o t n 按照信号波长来进行信号处理，因此对所传送数字信号的传输速率、 数据格式及调制方式完全透明，这意味着光传送网不仅可以透明传送今天已经广 泛使用的s d h 、i p 、以太网、a t m 等信号，也完全可以透明传送今后使用的新 型数字业务信号。 口比特透明：当客户信号如s o n e t s d h 通过o t n 传送时，除客户信号负 荷以外其它丌销字节均保持不变，客户信号的完整性得到保持。 口定时透明：当恒定速率的客户信号以比特同步方式映射到o t n 帧时，产 生的o t n 线路信号与客户信号具有相同的定时特性，并将定时特性向下 游传送以支持在解映射时提取恢复原定时信息；即使恒定速率客户信号 以异步映射方式被映射到o t n 帧，其定时特性也是通过o t n 帧内调整 控制字节而得以保留，在远端客户信号解映射时，通过参考o t n 帧内调 整控制字节可以恢复定时信息。 支持多种客户信号的封装传送 为了减少在各种业务网络上的运营成本及不必要的投资成本，很多网络运营 商开始考虑网络融合，试图以尽量少的基础设施来提供尽量多的业务类型。为尽 快取得投资回报，传统电信运营商也正试图把居民宽带接入、大企业数据及视频 接入业务等集成到已有的语音业务网络中。 o t n 帧可以支持s o n e t s d h 、a t m 、g f p 、e t h e m e t 等多种客户信号的映 射，这就使得o t n 可以传送这些信号格式或以这些信号为载体的更高层次的客 户信号如以太网、m p l s 、光纤通道、h d l c p p p 、p r p 、i p 、f i c o n 、e s c o n 及d v b a s t 视频信号等，这就使得不同应用的客户业务可以统一到一个传送平 台，更重要的是o t n 是目前业界唯一能在i p 以太网交换机和路由器i 日j 全速传送 1 0 g 以太网业务的传送平台，在目前向以i p 以太网为基础业务架构的演化中， o t n 越来越成为网络运营商首选的传送平台。 交叉连接的可升级性 自从8 0 年代中期以传送语音业务为最初目的的s o n e t s d h 数字传送技术 丌始应用以来，v c 1 1 v c 1 2 作为低阶交叉粒度直接支持t i e 1 语音信号， v c 3 v c 4 作为高阶交叉粒度实现对业务工程管理，而更高比特速率的交叉粒度 还没有出现。但如今单路数字信号速率已经发展到了4 0 g b p s ，例如要实现4 个 1 0 gs d h 支路信号到一路4 0 gs d h 线路信号的复用，即使使用高阶交叉粒度如 v c 4 来实习交叉连接，也需要对2 5 6 个v c 4 进行处理，这种复用方案不仅使 得硬件设计复杂，而且管理和操作也是一个很大的负担。而o t n 提供了简单得 多的方案，每个1 0 gs d h 信号先映射到o t no d u 2 中，然后四个o d u 2 复用 7 北京邮电大学硕i ：学位论文 为一个o d u 3 即可在线路中传输，过程相对比较简单，管理操作也容易得多。 强大的带外前向纠错功能( f e c ) f e c 已经被证明在信噪比受限及色散受限的系统中对提高传输性能是非常 有效的，在o t n 中使用f e c 带来的好处有： 口增加了最大单跨距距离或是跨距的数目，从而可以延长信号的总传输距 离； 口在一个光放输出总功率有限的情况下，可以通过降低每通道光功率来增 加光通道数，在线性条件下，降低单通道光功率即降低信号到达接收端 的光信噪比，但f e c 可以抵消光信噪比的降低，使业务仍然无误码传输； 口f e c 的实用降低了对器件指标和系统配置的要求，在一定程度上弥补了 信号在传输过程中所经历的损伤而带来的代价，同时也提高了信号对路 径变化的容忍度。 串联监控 为了便于监测o t n 信号跨越多个光学网络时的传输特性，o t n 设置了多达 6 级的串联监控开销t c m l 6 用来监测每一级的踪迹字节( t t i ) 、负荷误码 ( b i p 8 ) 、远端误码指示( b e i ) 、反向缺陷指示( b d i ) 及判断当前信号是否是 维护信号( o d u k l c k 、o d u k o c i 、o d u k a i s ) 等。6 个串联监控功能可以以 堆叠或嵌套的方式实现，从而允许o t n 连接在跨越多个光学网络或管理域时实 现任意段的监控。 完全后向兼容 o t n 可以完全建立在现有s o n e t s d h 管理功能基础上，不仅提供现存通 信协议的完全透明性，还为w d m 提供了端到端的连接与组网能力，为多维度可 重构光分插复用器( r o a d m ) 提供光层互联的规范并补充了子波长汇聚和疏导能 力，是e t h e m e t 传输的良好平台，是电信级以太网有竞争力的方案之一，使运营 商可以充分利用现有网络资源。 增强的组网和保护能力 o t n 帧结构的定义和多维度可重构光分插复用器的引入，大大增强了光传 送网的组网能力，改变了目前w d m 主要提供点到点传送带宽的现状。而采用前 向纠错编码技术，显著增加了光层的传输距离( 若采用g 7 0 9 标准定义的f e c 编 码，则光信噪h , ( o s n r ) 容限可降低5 d b 左右，若采用其他增强型f e c 编码，则 o s n r 容限降低得更多) 。同时，o t n 可以提供更为灵活的基于电层和光层的业务 保护功能，如基于o d u k 层的光子网连接保护( s n c p ) 矛i i 共享坏网保护、基于光 层的光通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。 o t n 在电域和光域可以支持不同的保护恢复技术。电域支持基于o d u k 的 北京邮电大学硕上学位论文 子网连接保护、环网共享保护等，光域支持光通道1 + 1 保护( 含基于子波长的1 + 1 保护) 、光通道共享保护和光复用段1 + 1 保护等，另外基于控制平面的保护与恢 复也同样适用于o t n 网络。目前o t n 设备实现大都是电域支持s n c p 和私有 的环网共享保护，光域主要支持光通道1 + 1 保护( 含基于子波长的1 + 1 保护) 、光 通道共享保护等。另外，部分厂家的o t n 设备在光域支持基于光通道的控制平 面，也支持一定程度的保护与恢复功能。随着o t n 技术的发展与逐步规模应用， 以光通道和o d u k 为调度颗粒、基于控制平面的保护恢复技术将会逐渐完善实 现和应用。 丰富的维护丌销 o t n 提供了丰富的维护信号用以进行故障隔离和告警抑制，极大地减轻了 系统维护的负担。 1 1 3 课题来源 随着长途骨干网承载的业务量越来越大，网络业务的灵活调度和生存性等问 题f 1 益突出，为了提高网络运行质量，更有效地使用传送网络资源，提高中继电 路的利用率，在长途骨干节点应用超大容量的调度枢纽是非常必要的1 6 i 。o t n 技 术的最大优势就在于其可以提供超大颗粒带宽的调度与传送，是构建省际干线传 送网、省内干线传送网以及城域( 本地) 传送网核心层的关键技术之一，而作为 调度枢纽的o t n 交叉设备，必须具备超大容量的电交叉矩阵，否则将限制其在 大型干线节点中的应用，同时矩阵容量还必须能够成倍扩展以满足业务，的迅猛增 长，所以o t n 电交叉连接设备的设计与开发在o t n 的大规模应用中起着关键 作用。 本人所在“信息光子学与光通信”教育部重点实验室与中兴通讯公司合作， 联合承担了国家8 6 3 计划重大课题大容量光传送网( o t n ) 关键技术与设备 系统。针对目前国内外尚无一家a s s p ( a p p l i c a t i o n s p e c i f i cs t a n d a r dp r o d u c t ， 专用标准产品) 厂家提供支持o t n 电交叉连接设备的大容量o d u k 商用交换芯 片的现状，决策自主设计实现o t n 电交叉连接功能，从而掌握核心知识产权， 为实现可持续的创新与发展奠定基础。 1 2 本文主要研究内容及结构 本人的论文主要分为五章，具体的划分为： 第一章绪论。介绍o t n 相关技术及其优势，阐述本论文研究内容的意义和 本文选题的背景。 第二章o t n 电交叉连接技术的应用研究。首先概括性介绍o t n 电交叉连 接技术相关知识，然后在此基础上对国内外应用现状进行调研分析。 第三章基于v c 粒度交换芯片的o t n 电交叉连接的设计与实现。首先明确 9 北京邮 u 人学硕l j 学位论文 基于v c 粒度交换芯片实现o t n 电交叉连接的需求舰格，进行方案设计，然后 分别进行模块设计及接口设计，在此基础上选择合适f p g a 及开发工具实现该方 案，最后对此实现方案进行实测验证。 第四章o t n 标准的研究与建议。首先针对1 e e e8 0 2 3 b a 标准和i t u tg 7 0 9 标准中有关o t n 承载10 0 g e 业务相关规范及关键技术进行调研分析，然后根据 各解决方案所采用映射方式及o t n 承载单元的不同分别进行对比分析，总结各 方案适用的场合，最后针对客户业务种类的增多及映射方式的完善对o t n 复用 映射机制所带来的影响提出相关完善建议。 第五章结束语。总结了本文所做的工作，指出存在的问题和不足，并对o t n 电交叉连接技术的进一步研究开发工作进行了展望。 1 0 北京邮i 乜人学硕。i ：学位论文 第二章o t n 电交叉连接技术研究 大容量、多粒度的o t n 交叉连接技术包括电交叉连接、光交叉连接、光电 混合交叉连接3 种实现方案1 7 1 。 o t n 电交叉连接设备类似于现存s d h 交叉设备，采用光电光的处理方式， 支持波长和子波长粒度的带宽调用，完成o d u k 级别的电路交叉功能，便于实 现对光信号的监视与再生，为o t n 网络提供灵活的电路调度和保护能力，但有 限的调度容量限制了其在大容量节点组网中的应用。o t n 光交叉连接设备 ( r o a d m ) 的主要优势是基于波长调度，子网内部全光操作，省去了光电光转换 功能单元，目前最大容量可以达到8 到9 个维度，单维度支持8 0 波长，有效地 实现了在增加组网灵活性的同时降低光电变换等组网成本的目标，但组网半径和 物理参数限制等因素在一定程度上妨碍了r o a d m 在大范围和传输线路复杂环 境下的组网应用。同时支持光电混合调度的o t n 设备能够同时提供o d u k 电层 和o c h 光层调度能力，波长级别的业务可以直接通过o c h 交叉，其他需要调度 的业务经过o d u k 交叉，从而在一定程度上解决上述问题，但在实际组网应用 中，同时支持光电混合调度的o t n 设备也并不是任何场景都适用。 所以，选择何种o t n 设备类型，应该根据其应用的网络层面、业务传送需 求和实际组网成本等多方面因素综合考虑，并可以采用分域的方式解决组网的一 些限制因素。在城域传送网核心层层面，由于节点调度与处理要求中等，网络规 模较小但调度需求较大，所以一般选择o d u k 交叉和波长交叉或者o d u k 和波 长混合交叉功能，同时提供对于o t n 接口功能的支持；在省内干线层面，由于 节点调度与处理要求较大，网络规模和调度需求较大，所以一般选择波长交叉或 者仅选择o t n 接口功能；在省级干线层面，由于节点调度与处理要求很大，网 络规模大，但调度需求一般，所以一般选择o t n 接口功能，有特殊需求时可局 部选择波长交叉功能。 2 1o t n 电交叉连接技术概述 o t n 电交叉连接设备是在传输网络出现大颗粒业务调度、保护等需求的情 况下出现的，其解决了s d h 基于v c 1 2 v c 4 的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不 适应大颗粒业务传送需求的问题，也部