（计算机软件与理论专业论文）光网络中数字包封技术开销信息的研究与处理.pdf

西华大学硕士学位论文 光网络中数字包封技术开销信息 的研究与处理 计算机软件与理论 研究生李玮指导教师李兵 摘要 随着光通信技术和光纤技术的发展，光通信网络在现代信息社会发挥着至关 重要的作用。如何高效率、低威席铷甥罐瓤野塑蚍网络藏显j 导相当重要了。到目 前为止，还没有个业界所普遍接受的有关光传送网( o r n ) 的管理标准。针对 光传送网的发展状况，国际电信联盟( m j 1 ) 提出了g 7 0 9 协议，数字包封技 术就是它的核j 心内容。 数字包封技术是个基于标准的光网络的管理技术，这种先进技术能够封装 原始信号，而不改变客户层信号的比特率、帧格式和定时方式，因i 配之= 矧夺任何 客户层信号在光网络中传输。当在同光纤中传输更多的信号时，业务管理变得 更加复杂，为了重新分配路由或者进行蒯瘴恢复，网络必须能监视每个业务通 道。数字包封技7 l 酢为具有在光层上管理光信道( o c h ) 的操作、管理、维护 ( o a m ) 的能力和光信道性能监测能力的光网络管理技术之一，是在o i n 中 实现随路o 凸- - o h 的最佳方案。数字包封技术具有丰富的开销字节，如何实时、 高效的从数字包封帧结构中提取和插入这些开销信息，以对光信道进行操作、管 理和维护，是目前数字包封技术研究的主要课题之一 由于大量先进的e d a ( 电子设计自动化) 工具的出现使得数字系统设计门 槛大大降低，除了采用传统的硬件逻辑电路外，还可以用h d l ( 硬件描述语言) 语言设计f p g a h l g a 特有的并行处理方式和较低的延迟非常适合超高速和实 时信号处理，从而在通信领域得到了广泛的应用。 西华大学硕士学位论文 本文对数字包封技术和其它各种光层管理方法进行了比较；详细讨论了数字 包封技术开销信息在光传送网中的应用；实现了对光传送网的帧定位和对其开销 信息的插入和提取处理方案：基于有限状态机，讨论了f p ( 捷设计中r a m 状态 的设湘缸优化；以m 醒+ p h l s 为设湃平台，运用v h d l 进，糯言编程，实珊 销信息处理的时：亭仿真。 关键字：数字包封，开销信息，光层管理，i 西华大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n dt r a n s a c t i o no fd i g i t a lw r a p p e r a b s t r a c t a l 舳gw i t h t h ed c v e l o p m mo fq 垴c a lc o m m u n i c a t i o n 把出n i q i 圮a n d 丘b 盯 t c d m o l o g y , 叫t r a n s p o r tn c t w o r k ( o t n ) p l a y sa c r i t i c a lr o l e 缸t h em o d e m i n f o r m a t i o ns o c i e t y i ti sav e r y 缸l p 删a c a d e m i ct o p i ct h a th o wt om a n a g et h e 唰t r a n s l x a tn e t w o r kw i t ha c o s t - e f f e c t i v ew a y , s of a r ，t h e r ei sn o tag e n e r a l l y m a n a g 目n c n ts t a n d a r d s 卸。e p t c db yt h e 妇l u s t r yo fo t n ob a s e d 0 1 1t h e 伽删 d e v e l o p m e n ts t a t eo f 呱t h e i n t e r n a t i o n a lt c l c c o n a n t u d c a f i o nu n i o n0 t u - t ) p r o p o s e d g 7 0 9 ，d i g i t a l w r a p p 日i s t h e c o r e o f t h i s p r o t o c 0 1 d i g i t a lw r a p p e r i sa m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo f 呱恤a d v a n c e dt e c h n o l o g y 锄e n v e l o p et h e 班i n l a i ys i g n a lw i t h o u ta n yc a a n 萨o fl i l tr a t e , f t a m es m l c t u ma n d 血n 缸9 0 f c l i 衄t l a y e f 蛐t b i 撇i t 跚麟a l lc i i 咖刚惝t r a 咖i 【i n o t n i tb e g d i n em o i 己c o m p l e xt h a tm a n g c m c a tb a s e d0 1 1s e r v i c ew h m a a m n i t t i n gm o r e s i g n a l o ns a m e f i b e t or e d i s a r 皿e r o u t i n g o r f a u l t r e c o v e r y ，t h e 删m u s t b e a b l e t om o n i 妇e v c r ys e r v i c ec h a n n e li ) i g i t a lw r a p p e ri so mo f t h em a n a g e m e n tm c t t h o d $ o no p 6 c a lc h a n n e l w i t ht h e 蚴o fo a m ( 0 p c j 隘咄a h 觚咖a 吼 m a i n t e n a n 0 0a n dt h ec a p a ：i t yo fm o n i t o 堍q 舾i c h a n a d t h e r ei sr i c ho v c l ：h c a d b y t e si no t n f r a 眦t h a tu s e sd i g i t a lw r a p p 旺i ti sam a i nt o p i ch o wt 0e x t r a c t e df l i o s e o v c l h c a db y t e sf i o mo t nf l d m cl 麟d i g i t a lw r a p l 攒o rh s c a c dt h e mi n t ot h e 妇e r e a l - 6 m e l ya n de f f e c t i v e l yi no w n m 西华大学硕士学位论文 d u et ot h ed c v e l o p m e n to fa d v m c c dt o o l so f 圈w 啦m 础【咖葩d e s i g n a u i 咖凹, w c 面n o t n e e d m o r c a 甲硎辩炯nh a i d w 瓣c i r c u i t f o r f p g a & s i g n i na d d i t i o nt ot h et r a d i t i o n a lm e t h o db yh a r d w a r el o g i cd 栅j lw e 啪a l s ol l s e 如) i 抓l i 】v ：辩d c 懒i a n 删f o rf p g ad 菌乒a s t h eu n i q u ea d v a m 寥o f p a r a l l e l 珥黯曲】ga n dl o w & l a y , f p g a i ss u i t a b l ef o ri 血【洲垂晡p 。e da n dr e a l 痂 洌p 瞄咖吕t h u sf i 州3 ah a s aw i d er a n g eo f 叩p l b 缅i nt h ef i e l do f c o m m u n i c a t i o n s t h e m a m 砧吲玳：h m e 幽a n d 吐匝越l c 】蒯岱缸l b j s p 叩盯矾罄旬o w ： t h e m p a i i s b e t w c c i ld i 班a lw r a p p 口a n do t h e r0 p t i c a ll a y 酉m 卸a 簪删 m c l ：h o d d i 妇l s s i o f o v 捌o f d i 鲋w 瓣 r e a r z a t i m o f t h e f r a m e a l i g n m e n t o f o t n f r a m e u s e d d i s t a l w r a p p 屯 k a l i 翻j 舳a n d 叩血1 蛐0 f 删曲d 嘲t h c 丘d i i c 或如删 t n n e - s i m u h t m o f o v e r h e a d p r o c e s s i n g o n m a x + p l u s i i k e y w o r d ：d g r a l w r a p p e r ，o v e r h e a d , o p t i c a l l a y e r m a n a g e m e n t ，v h d l 西华大学硕士学位论文 a p s a s o n a t m c p l d d w d m e d f a f e c p p g a g a l g b p s g e i p i s d n i t u - t i t u t s 0 a d m o a h l p o d u 0 m s o p u o s c o t s 0 r r u o e 一0 缩略语表 a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h 自动保护倒换 a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k 自动交换光网络 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e 复杂可编程逻辑器件 d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 密集波分复用 e r b i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r s 掺铒光纤放大器 f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错 f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y 现场可编程门阵列 g e n e r a la r r a yl o g i c 通用阵列逻辑 g i g a b i t sp e rs e c o n d 吉比特每秒 g i g a b i te t h e r n e t 千兆以太网 i n t e r n e tp r o t o c o l 互联网协议 i n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o n sp r o v i d e r 综合业务数字网 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 国际电信联盟 i t u - t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r 国际电信 联盟电信标准部 0 p l t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r 光分插复用器 o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c ea n dp r o t e c t i o n 操 作维护管理和保护 o p l t i c a ld a t au n i t 光数据单元 0 p t i c a lm u l t i p l e x i n gs e c t i o nl a y e r 光复用段层 o p t i c a lp a y l o a du n i t 光负载单元 o p t i c a ls u p e r v i s o r yc h a n n e l 光监控信道 o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o nl a y e r 光传输段层 o p t i c a lt r a n s p o r tu n i t 光传输单元 o p t i c a lt oe l e c t r i c a la n dt h e nb a c kt oo p t i c a la g a i n 光 电光转换 5 7 西华大学硕士学位论文 o t n 0 x c p a l p d h p s t n o o s s c m s d h s o n e t t d m v c d l 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 o p t i c a lc r o s s c o n n e c t 光交叉连接 p r o g r a m m a b l ea r r a yl o g i c 可编程阵列逻辑 p l e i s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 准同步数字序列 p u b l i cs w i t c ht e l e p h o n en e t w o r k 公共交换电话网络 q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 s u b - c a r t i e rm o d u l a t i o n 副载波调制 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 同步数字序列 s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k 同步光网络 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 时分复用 v i r t u a lc o n t a i n e r 虚容器 v e r yh i g hs p e e di n t e g r a t e dc i r c u i th a r d w a r ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e 超高速集成电路硬件描述语言 5 8 西华大学硕士学位论文 申明 本人申明所里交的学位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。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其他教 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 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论 文成果归西华大学所有，特此申明。 储鹕姆呵年f 月o 日 导师签置躲9 年f 月雩q 日 6 3 西华大学硕士学位论文 l 引言 1 1 下一代电信网发展趋势 下一代电信网是包含了电话网、数据网和i n t e r n e t ，以i p 为中心的同 时可以支持话音、数据和多媒体业务的融合网络；它不是现有电信网和 i p 网的简单延伸和叠加，而是两者的融合结果。下一代电信网业务的传 输将最终统一于i p 网络，因而能否有效的支持i p 业务将成为检验电信网 络基础物理设施技术先进与否的标准之一。下面主要从业务提供模式与光 网络物理层传输技术两个方面进行论述和比较。 伴随网络技术的发展，网络业务也经历了一个从基础网络设备提供、 本地业务平台提供到智能网络提供的逐步演进的过程。这种发展趋势，导 致了整个网络从单一的呼叫控制层面上分离出业务层面，并且这些层面比 重越来越大，越来越丰富。 初期的电信网络业务主要是话音业务，通常由分散在网络中的基础设 备来提供，如公共交换电话网综合业务数字网( p s n q i s d n ) 。这种提供 方式的主要特点是业务完全分散在网络的各个设备中，业务修改或新业务 开发需要全网络交换机同步改动，提供的业务功能比较简单 随着人们对业务需求的增加，业务的复杂程度不断提高，因为新业务 的引入将导致基础网络较大的改动，由基础网络设备提供的基本业务和补 充业务已经无法满足人们的需求，于是本地业务平台应用而生。这种方式 的主要特点是平台集呼叫转接和业务处理于一身，处理能力有限；业务相 对集中于本地业务平台，叠加在基础网络之上，便于业务处理。 智能网络提供模式下，业务控制、业务数据和业务管理完全分离开来， 由业务控制点( s c p ) 设备实现业务逻辑的统一控制，由业务数据点( s d p ) 设备实现业务数据的集中存储，由业务管理点( s m p ) 设备实现业务的集 中配置和管理【1 1 。智能网作为一种重要的业务提供方式，是下一代电信网 发展的主要方向 下一代电信网业务和网络分离的特点导致了网络业务提供模式的变 化。从而可见，下一代电信网不再是提供简单的通信服务，而是综合信息 服务。下一代电信网将吸收有益的、先进的口技术，保证业务的认证、 1 西华大学硕士学位论文 计费、安全性和服务质量( q o s ) 的要求。有效的支持种类繁多的业 务将是对下一代电信网业务提供模式的最基本的要求 1 2 口业务的发展 从目前光纤传送网的物理层来看，s d h 和d w d m 正并行发展，分别在时 分复用和光频分复用领域各领风骚。按照大多数业界人士的观点，i p 和 a t m 会趋于融合，而s d h 和d w d m 亦趋于融合，另外一种观点是s d h 退出物 理网络，与i p 、a t m 等并列成为电层网络，而d w d m 系列的光终端复用( o 聊) 、 光分插复用( o a d m ) 和光交叉连接( o x c ) 等设备会用来组建光层网络， 从而成为最底层的物理网络。在过渡阶段，a t i d 和s d h 都会暂时充当网络 层与物理层之间的数据链路层，从而在一定程度上保证业务的服务质量。 1 2 1i p o v c i s d h 技术 s d h 采用基于8 k h z 的t d m 制式，属于同步传送模式( s t m ) ，其帧结构 拥有丰富的开销字节，具备强大的操作、管理和维护功能。 传统的s t m 技术将带宽分成几个固定容量的通道，分别对应各种虚容 器v c ，比如v c 1 1 1 2 3 4 ，这种通道的分层结构也间接反映了传输 设备的分级【2 1 随着对应不同传输比特率的各种业务的增长，分级的问题 也变得越来越突出s d h 对固定比特率业务比如传统话音业务，可以很容 易地将之适配到对应的固定容量通道中，但对于可变比特率( 、，b r ) 业务 和任意速率( 如非2 m b i t s 的整数倍) 的新业务，s d h 系统则显得不够灵 活。 i po v e rs d h 的方式和要点包括【3 l ： 1 将i p 数据包通过点到点协议( p p p ) 转换成高级数据链路控制( d l c ) 帧结构映射到s d h 的虚容器v c 中； 2 将i p 数据包转换成l a p s ( s d h 链路接入规程) 帧结构映射到s d h 虚容 器v cq 效率高于p p p 皿l c 方式，这是中国人自己提出的i po v e rs d h 提案，已被正式批准作为国际电联标准； 3 因为基于h d l c 的数据链路层很难把速率扩展到s t m - 1 6 以上，为了解决 - 2 西华大学硕士学位论文 这个问题，将i p 数据包通过简化数据链路协议( s d l ) 的方式映射到s d h 虚容器v c 中，目前看来，效率很高； 4 要求s d h 具备级联功能，需要在芯片级和系统级分别进行处理，比如 c 2 和h 4 字节的处理。 i po v e rs d h 相对i po v e rs t m 而言，简化了网络结构，具备较高的 传送效率，省掉了大量的开销，适应广域网( 1 7 _ a n ) 传输。但其缺点是流 量和拥塞控制能力较弱，能保证业务分级( c o s ) ，但不能完全保证服务质 量( o o s ) ，不适合话图像和多业务平台现阶段吉比特和太比特路由器的 硬件、软件性能已大幅度提升，吞吐量以及转发延时指标比较优良，并行 c p u 处理技术保证了较短的响应时间和较高处理效率。s d h 最适合t 咖业 务传送，然而却不适应i p 和a t m 业务。目前解决的主要措施是提供连续 级联和虚级联功能v c 一4 的虚级联在h 4 字节定义，同时利用k 4 字节的 部分比特作为v c i i 、v c l 2 的复帧信号标记和帧定位信号。相邻级联和虚 级联的组合使用在光传输网中并没有明显的优势，要传输4 0 g b i t s 的数 据业务，直接映射到光通道中传输的效率要优于在以s d h 方式传输的效 率。 1 2 2i po v c rd w d m 技术 密集波分复用( d w d m ) 技术可以增加光纤的容量，密集波分复用系统 使用不同的波长，可以承载多个通道的信息，如果波长间隔越窄，可利用 的光通道数就越多。现阶段每波长通道速率l o g b i t s 的商用化系统已非 常普遍。商用化的d w d m 波长数已达8 0 个，并即将突破1 0 0 个最初d w d m 设备主要是搭建点对点网络，随着技术的逐步成熟，光分插复用器( o a 蹦) 和光交叉连接设备( o x c ) 的大规模应用，光波长路由器也会找到实用空 间和用武之地。这样，随着网络的不断演进和业务的不断发展，一个崭新 的光传送网络将诞生。原先主要由s d h 、s - d x c 支撑的电层网络业务也会 逐步过渡到o t n 上来。 i po v e rd w d m 取消了a t m 和s d h 两层，映射结构更简单，效率更高。 通常采用的方式可以是s d h 、p p p h d l c ，也可以是g e 。分别对应的形式如 3 - 西华大学硕士学位论文 下：i p s d h 一光信道( 0 c h ) ；i p - - g em a c - * g ep 1 1 一光信道( 0 c h ) ； i p p p p 一皿l c 一光信道( o c h ) ；i p - - s d h - - 光信道( o c h ) 【4 】。采用s d h 帧格式的优点前面已有论述，主要是s d h 具有强大的o 埘功能，采用a p s 能保证网络生存性等；但s d h 是基于8 k h z 话音同步取样的，在传送数据 业务时有很多不必要的开销，造成带宽浪费，而且采用s d h 帧格式，需 要将i p 包装入s d h 帧，需要增加拆装设备，既浪费资源又浪费成本。 从长远的目光看，将来的i p 光网络应该采用一种新的帧结构，集中 s d h 帧和千兆比以太网帧结构的优点，既能面向数据业务进行优化，提供 较高的传输效率，又有足够的开销用于网络的性能监测和维护管理，以确 保网络的安全性和健壮性。最先由朗讯提出现在已成为i t u - t 协议的数字 包封( d i g i t a lw r a p p e r ) 技术顺应了这一潮流关于数字包封技术的优 势和特点在将本文以后部分进行详细的论述。 i po v e rd w d m 具有如下的优势： 1 d w d m 系统提供集成式和开放式两种类型，可灵活接入不同厂家的设备， 满足多厂家环境互联互通； 2 具备优异的再放大、再整形和再生( 3 r ) 功能，保证跟s d h 、a t m 和千 兆以太网( g b e ) 的接口匹配性，具备优良的外调制和色散管理能力，以实 现超长距离无电中继传输，通过级联后获得可观的最终传输距离； 3 o a d m 能实现可重构( r e - c o n f i g u r a b l e ) 上下所需波长数目，可实现链 型、环型、十字型等组网方式，可提供点对点光复用段1 + 1 保护、二纤单 向环光复用段保护以及二纤双向环光复用段保护等方式，依靠响应速度快 的光开关和高效的a p s 协议，保证保护倒换时间尽可能短； 4 波长路由器具备波长选路功能，具备以波长为单位的灵活的带宽分配能 力； 5 o x c 具备虚波长功能，具备低成本、无阻塞和链路模块等特性； 6 城域网d w d m 设备成本低廉、结构紧凑，提供灵活的波长上下能力，任 一波长可保证顺利接入a t m 、i p 、g e 、t d m 等多种类型信号，快速以太网 g e ( i 0 0 m b i t s ) 信号可以先通过时分复用后，再映射到波长通道中去； 7 结合数字包封技术，真正保证i po v e rd w d m 的服务质量 4 西华大学硕士学位论文 由此可见，在光传输网( o t n ) 的发展过程中，s d h 与a t m 技术作为一 种过渡技术，最后必然要被d w d m 技术所取代，成为承载i p 业务最理想的方 式。 1 3 光传送网开销管理技术 目前许多运营商采用s d h 帧结构的p a c k e to v e rs d h 来组建网络。 因为一方面i p 信号借助于s d h 的同步传输技术能充分保证网络的传输 性能，且技术非常成熟：另一方面i p 业务层网管系统可利用s d h 帧结构 中提供的开销和维护信号实现0 a p 功能，使传输网络具有更好的可靠 性。但是随着光传送网段开销( s o h ) 技术标准化的加速，未来的i p 信号帧 可以直接映射到光层进行传送。光信道开销将支持o a m p 功能和长距离 传输，那时i p 信号不再需要s d h 作为过渡。实现了真正的i po v e ro t n ， 即i p 信号直接由光网络传送。基于这些技术的全新光联网具有两大吸引 力：一是直接通过光的互联可以节省用于s o n e t s d h 系统升级的花费： 二是使用户以波长接入接出成为可能，这样能更好地对网络进行控制。 另外与s o n e t s d h 相比，o t n 提供了更透明、更开放的传送平台，可以支 持不同比特率、不同数据格式和不同业务质量( q o s ) 要求的业务的传送， 使各种网络的融合成为可能阁【6 】。 在g 7 0 9 协议中把光传送网o t n 分为了光信道层( o c h ，o p t i c a l c h a n n e ll a y e r ) ，光复用段层( o m s ，o p t i c a lm u l t i p l e x i n gs e c t i o n l a y e r ) 和光传输段层( 0 r r s ，o p t i c a l 。t r a n s m i s s i o ns e c t i o nl a y e r ) 。 而整个全光网络由客户层、光传送网o t n 和物理媒质层组成。 客户层主要是将不同格式的客户信号，如s d h 、p d h 、a t m 、i p 等，转 换成适合在光传送网中传送的形式。光信道层为透明传送各种不同格式的 客户层信号提供端到端的光信道联网功能，并产生和插入有关光通道配置 的开销。光复用断层为多波长光信号提供联网功能，包括插入确保信号完 整性的各种段开销，并提供复用段层的生存性，这一层的设备包括光波长 复用器和光交叉连接设备，呻光传输段层为光信号在各种不同的光纤上提供 传输功能，光放大器是属于这一层的设备。物理媒质层是指物理媒介网络， 这一层的类型由光纤类型决定川。 5 - 西华大学硕士学位论文 在光传送网中，需要一些开销信息来对光信道层、光复用段层和光传 送段层进行操作、管理和维护。目前主要的开销技术有数字包封( d i g i t a l w r a p p e r ) 技术，副载波调制( s c m ) 技术，光监控信道( o s c ) 技术。根据 开销的传送方式可以分为随路和共路两种。其中数字包封技术和副载波调 制技术是随路开销传送技术，光监控信道技术是共路开销传送技术。 1 3 1 副载波调制技术 副载波调制技术是让各路基带电信号经过一次电载波的频分复用，再 将已经频分复用的电信号对光载波进行调制，然后在光纤上传输。在接收 端，经过光电转换，恢复出电频分复用信号群，再经过电解调，恢复出 原来的各路基带电信号。第一次调制用的电载波被称为副载波嘲。利用副 载波调制技术，所传输的信号之间是相互独立的，因而可以实现模拟电话、 数字电话、图像信号以及各种数据业务的兼容。在光通信中的副载波调制 技术实际上是在每一个携带信号的光波上叠加了一个特定频率的低频波 信号。不同的波长具有不同的载波，每经过一个光电转换点就更改一批载 波波长，这样的好处是不必进行光电转换，利用频谱仪就可以监测出该波 长的来源，确保每段链路均满足传输标准。 副载波调制的优点是实现了带内信号而没有额外占用一个可用波长， 但它同时也存在很大的局限性。由于副载波调制技术要在现有的信号上调 制一个低频信号，用来传送开销信息；这在本质上增加了光信道层客户信 号的噪声，不利于数据的高速传输。同时用于副载调制的低频信号与光信 道层的客户信号的低频部分也存在冲突。 利用副载波调制来实现随路的光信道层开销技术将存在如下缺点： 1 为了最大程度地减小对客户信号的损伤，利用副载波实现的随路的光 信道层开销将受到比特速率的限制。 2 由于副载波频率和比特率与光信道层客户信息类型是相关的，副载波 将引起客户信息一定程度的性能恶化。 3 利用副载波实现的随路的光信道层开销在支持子层监视方面存在一些 问题。 6 - 西华大学硕士学位论文 另外，随着光网络规模不断的增大，随着光网络中节点数目的增多， 可用波长数量增加时，不可能让每一个节点发出的每一个波长都有一个特 定的载波。这些缺陷都导致了副载波调制技术作为一种光网络开销管理技 术，已经不能够满足目前光网络发展的要求。 1 3 2 光监控信道技术 光监控信道技术在光传送网中是一种带外、共路开销传送技术，主要 是指利用额外的光频率在光传输段层传送实体间传递开销信息的光载波。 承载高速数据信息的波长信道和承载管理信息的光监控信道在传输过程 中复用，只在网络节点处通过解复用器分离分别进行处理，从而实现带 外方式的开销通信1 9 1 1 1 0 l 。对于光监控信道技术的应用，目前主要有带外波 长监控技术，带内波长监控技术和带内、带外结合波长监控技术。 带内、带外的命名方式是根据光监控通道使用的光波波长为依据的 带外波长监控技术就是选用位于e d f a 增益带宽之外的波长作为光监控通 道的。此时监控信号不能通过e d f a ，监控信号必须在e d f a 之前取出，在 e d f a 之后插入带内波长监控技术是在e d f a 增益带宽之内选用波长；相 对于带外波长监控技术，其优点是能利用即f a 增益，提高监控系统的传 输速率带内、带外结合波长监控技术是以光传送网的分层架构为基础， 在e d f a 的增益带宽之外指定一个专门用于光传输层的信道，同时在e d f a 增益带宽之内设置一个专门用于光复用段和光通道层通信的信道。由于这 种技术需要划分光传送网络各子层管理功能以及光复用段的交叉功能，所 以这种技术的在实际应用中意义并不大。 目前在光传送网中，带外波长监控技术是应用比较多的共路开销管理 技术。开销和净负荷相互独立传送，终结于光传输段层，o s c 是一个独立的 信道，它载送网管所需的开销信息。o m s 和o t s 层的管理信息可一起合用 一条o s c 。为了监控o t s 和0 m s 层中的多路信号，可为每个传输方向提供一 条o s c 。虽然o s c 是终结于光传输段层，但是可以携带多种开销信息并且某 些开销可被其他层网络使用，甚至可以利用o s c 集成所有层( 叽s 、o m $ 、o c h ) 需要传送的开销信息。其优点是可以减少用于网络监控所牺牲的带宽，同 一7 - 西华大学硕士学位论文 时也避免了在密集波分复用系统中占用净负荷的带宽。 如图1 1 所示，光监控信道帧由帧定位信号( f a s ) 和净负荷组成，光监 控信道的净负荷可分为两类信息：维护信号和管理信息【l 。维护信号是在 网元之间进行交换的，采用面向比特的协议，用来传送光网络的状态信 息。我们可以把维护信号按网络分层结构进行划分光通道层开销分成m 份，m 为可复用的最大波长数。 f i 9 1 1f a a m es h u c 疵o fo s c 图1 1 光监控信道帧格式 管理信息实现数据通信通道，用来在网元与操作系统之间传递管理 数据，是面向消息的信息，需要专门的协议处理，网元管理信息是通过 管理信息的数据通信通道传输的。 在采用面向比特的方式传输维护信号管理信息时，应该对o s c 帧结构 中比特的含义和可能的操作方法做出规定。依照相关的规定和标准，并结 合光传送网中的分层结构，可以将o s c 需完成的开销功能分为以下四部分： 通用管理功能开销、o t s 开销、o m s 开销和0 c h 开销。 通用管理功能开销包括o s c 组帧所需要的帧定位同步码，以及其他的 一些功能，如用户通道、o s c 工作状态指示等。 o t s 开销主要是用来实现o t s 的连通性和连续性管理。光传输段( 0 r r s ) 的数据控制信道d c c 用来传递组成光复用段的各个光传输段的工作状态， 包括传输段节点和线路的状态，光线路放大器的告警状态等 o m s 开销主要用来实现o m s 的连通性和连续性管理。包括网络的连接 8 西华大学硕士学位论文 的创建、删除和管理，节点状态的监测和传输以及复用段故障条件下的保 护倒换问题。 o c h 层开销主要用于监控和管理0 c h 层的连接，目前一般只提供光 信道层的缺陷指示信号( f d i b d i ) 以监控波长连接的连续性。 1 3 3 数字包封技术 全光网技术要求直接在光层上传输业务信息的同时，还必须在光层上 提供光信道( 0 c h ) 上的操作、管理、维护能力和光信道性能监测能力。当 在同一光纤中传输更多的信号时，业务管理也变得更加复杂和困难。为了 重新分配路由或者进行故障恢复，网络必须能监视每一个业务通道。针对 以上这些在全光网络技术革新中出现的问题，l u c e n t 提出了数字封包技 术，它是对客户层信息采用数字封包形式来实现随路开销。这种方案充分 考虑了光信号再生、随路开销的传送以及各种客户层信息的接入等问题， 很容易地解决了光传送网中性能监视的难题。此外，数字封包不会像副载 波调制那样恶化客户层信号，同时可以引入前向纠错( f e c ) 技术，可以 有效地改善客户层信号的误码性能，迸一步减少对光电转换的需求；同 时，数字包封技术也提供了s o n e t s 阴网所具有的强大的管理功能和高可 靠性保证。数字包封器方法采用如图1 2 所示的帧格式，主要由光信道净 负荷、光信道开销和前向纠错( f e c ) 三部分组成，i t u tg 8 7 2 规定了数 字包封所提供的网络管理功能主要有光层上的性能监控、f e c 以及环路保 护。数字包封技术将原在s o n e t s 阴层完成的某些功能移到光网络层上 来完成，大大简化了通信网络的分层结构，对各种通信业务具有很好的 开放透明性，可进一步提高其总体传输效率和网络的利用率及可靠性，增 强网络的生存能力和安全性旧 对于光信道来说，随路的和非随路0 c h 管理信号的实现方法可能都需 要，对于随路管理信号，i t u ts g l 5 已明确数字包封技术是在o t n 中实 现随路0 c h - o h 的最佳方案。数字包封提供的主要功能有。多业务的统一 封装，在o t n 侧提供统一的告警和性能监视，与封装内容无关；信号质 量的分层、分段监视；丰富的开销，支持操作、维护和管理( 0 a m ) ； f e c 9 西华大学硕士学位论文 改善信号传输质量【1 3 1 目前，2 5 g b i t s 和1 0g b i t s 数字包封技术已 比较成熟，并己广泛应用于光传送网络中，但其潜力还有待进一步发掘， 特别是在智能光网络方面。 a t m 、s o n e t s 。h 、p 。h 、f d d i 、g e e 、m 、之j 7 i o v e r h e a d p a y l o a d f e c i ( 4 。1 6 )( 4 3 0 3 8 )( 4 + 2 5 6 ) f i 9 1 2f r a m es t r u c t u r eo fd i g i t a lw r a p p e r 图1 2 数字包封帧结构 数字包封技术的优点可以总结如下【1 4 l ； ( 1 ) 能够提供可靠的、电信级的功能来支持光域管理和智能控制。利用数 字包封技术，通过在光信道中安排一个“数字包封”，每一个波长或光信 道，都能被监控和管理，在发送到光网络之前，一个数字系统开销带宽部 分被加到客户层信号上。通过这种办法，客户层信号和光传送网络本身的 管理和控制信息，能够一同在网络中传送。 ( 2 ) 具备保护功能的高级光传送系统，通过智能化地保护光层的大容量业 务，能够提高运营效率。该特点是通过综合各种网络中独立存在的其它协 议( 如s o n e t s d h 、a t m 、传输控制协议) 的保护功能，达到简化电信 级网络的目的。数字包封的光信道系统开销( o c h - o h ) 能提供光保护信 令和管理功能。此外，那些本身不受保护的协议，现在也能够在光域上受 到保护。 ( 3 ) 与现有的许多网络通信协议相兼容。由于数字包封在封装本地信号时 不损害信号的比特率、帧格式和定时关系，光传送网就能从逻辑上支持任 何一种客户层信号的传输，这使得数字包封对所承载的协议实现了透明 化。光传送网中的光转发器能够支持吉比特以太网、a t m 、帧中继、口 1 0 西华大学硕士学位论文 和其它与速率无关的协议。 在数字包封技术中除了使用开销字节来提供光域的性能监测之外，还 采用了目前已经相当成熟的前向纠错( f e c ) 技术，能够高效地检测和纠 正光纤链路中出现的错误。与s o n 】玎s d h 中采用的传统b i p 8 误码检测 方法相比，使用f e c 技术的系统能够报告检测到的误码率( b e r ) ，在用 户还未发现业务质量恶化之前，就能让业务提供商知道光信道性能恶化的 情况。借助于智能化的操作系统，网络管理人员能够定义和设置d w d m 光传送网中的每一个信道的b e l l 门限。结合f e c 等功能的智能化系统， 能够为业务提供商测量、传递不同性能等级的光业务。 数字包封中的前向纠错码为r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ) 码，在2 5 5 个符号长的 码字中，总共能够纠正8 个错误符号( 在这种情况下，1 个符号= 1 个字节) 数字包封帧的每一个子帧都包含在它自己的r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ) 码中，对子 帧中所有的字节，包括所有的系统开销字节都要进行处理。 此外，使用数字包封技术，可以有效的减少光网络中光一电一光 ( o _ e o ) 的转换次数，从而减少光网络维护的复杂度和成本开支，同时 也能够提高可靠性和效率，增加光网络的透明度。典型的o - e - o 转换是体 现在光信号上的“3 r ”功能：再放大、再整形和再生。采用e d f a 能够实 现“2 r ”( 再放大、再整形) ，这是d w d m 技术成功的主要因素，因为它能 够再生多路光信号而不必实现o _ e - o 的全部转换。但是，不把光信号转换 为数字信号，就无法处理光信号的管理信息，因为在全透明的光网络中， 网络的管理信息仍然是不可见的。与透明的0 t n 相比，在半透明的o w n 中， 每个节点对其承载的光信号执行全部的“3 r ”功能，不管它是不是目的节 点。显然，这造成非常低的效率，失去了光网络的许多优点。 由于完全透明的光网络不切实际且半透明的光网络成本高而且效率 低，那么理想的光网络，在减少o - e - 0 转换次数的情况下，应该为有效的 网络管理提供足够的可见度。在采用数字包封技术的网络中，当客户层信 号映射到数字包封内，然后转换到光信道上时，“3 r ”再生是在光网络的 入口处进行的。在网络的传送过程中，信道始终保持光信号的形式，直到 目的节点，信号在此通过“3 r ”再生重新恢复成电信号。这种结构减少了 - 1 1 西华大学硕士学位论文 光网络中的o p o 转换次数，在光信道的任一端，在需要网络管理的地方 为每个波长提供可见度。表1 1 是对目前光传输中较常采用的几种管理技 术的比较，从表中可以看出，数字包封技术为光传送网提供了最强大的功 能。 表1 1 光信道管理方法功能比较 功能光监控通道副载波调制数字包封 ( o s c )( s c m ) ( d 町 光通道层保护信号( a l a s )有有 追踪字节( t t i )有有 服务质量( s 聊b q i )有 前向纠错( f e c ) 有 信号标识( s l ) 有 有 级联监测( t c i i )有 缺陷指示( f i ) i b o i )有有 1 4 课题的背景及特色【1 r h 3 3 1 ， 1 4 1 课题背景和研究意义 从上世纪八十年代开始到现在的的二十多年间，光通信技术得到了飞 速的发展。目前光通信已在骨干通信网络中占据了