（通信与信息系统专业论文）sdh系统中交叉连接模块的设计与实现.pdf

摘要 y 五0 5 2 乏乏 ( 在智能型的同步数字序列( s d h ) 传输系统r h 交义连接单元的嫂计刘系统 的应用功能有着重要作用，t 本文在简要论述了1 5 5 ms d h 设备的设计原理与系统 构成后，重点论述了sd l j 条统中交叉连接单元的设计思想和交叉连接模块的软硬件 设计原理。 为实现s d h 系统配置的灵活性和功能的多样性，在交叉连接部分硬件设计 中，本文给出了种三级交叉连接矩阵的实现方法，既可以实现高阶群路( v c 一4 级) 信号的交叉连接，以实现复用段保护应用，又可以实现低阶通路( v 诃j 一缓) 信号的交 叉连接，以实现通道保护和链路保护的应用。 ( 、在软件部分的设计中，采用分层技术设计，构建单独的操作系统层，提供消 息驱动机制，在此之上建立功能软件，既利予软件丌发与调试，又利于软什的移植。 在文中也给出了设计与调试过程中的有关注意点，以及典型应用中的在某些 具体应用场合中，有关交叉连接配置方案与保护倒换的实现方法。心 关键词：同步数字序列交叉连接保护倒焕 a b s t r a c t i na n i n t e l l i g e n t i z e ds d h ( s y n c h r o n o u s d i g i t a lh i e r a r c h y ) s y s t e m , t h e c r o s sc o n n e c t i n gm o d u l ei sav e r yi m p o r t a n tu n i t t h i sp a p e rd e s c r i b e st h e f o u n d a t i o na n ds t r u c t u r eo fs d h s y s t e m e s p e c i a l l y ，i td e s c r i b e st h ep r i n c i p l e a n d d e s i g no f t h ec r o s s c o n n e c t i n gm o d u l ei nd e t a i l i no r d e rt o i m p l e m e n tt h e f l e x i b l ea n dm u l t i p l e xa p p l i c a t i o no ft h es d h s y s e t m ，at h r e e _ l e v e ls w i t c hn e t w o r k u s e di nt h ed e s i g no ft h ec r o s s _ c o n n e c t i n g m o d u l ei si n t r o d u c e d b a s e do nt h i sd e s i g n ，t h ec r o s s _ c o n n e c t i n gm o d u l en o to n l y c a na c c o m p l i s ht h ec r o s sc o n n e c t i n gb e t w e e nv c - 4 s ，b u ta l s oc a ni m p l e m e n tt h e c r o s sc o n n e c t i n go fa n yv c - 1 2 s t h eh i e r a r c h i c a lt h i n k i n gi nt h es o f t w a r ed e s i g ni sa l s oi n t r o d u c e di nt h i sp a p e r b yt h i sw a y ，t h es o f t w a r ec o m p l e t e dh a sag o o dp e r f o r m a n c ei nm a i n t a i n a b i l i t y a n d t r a n s p o r t a b i l i t y f i n a l l y , t h i sp a p e r d e s c r i b e st h e i m p l e m e n t a t i o na n dc o n f i g u r a t i o no ft h e c r o s s _ c o n n e c t i n g m o d u l ei nd i f f e r e n t a p s ( a u t o m a t i c p r o t e c t i o n s w i t c h i n g ) n e t w o r k a p p l i c a t i o n k e y w o r d ：s d hc r o s s - c o n n e c t i n g a p s 第一秆绪论 第一章绪论 i 1 弓l 言 在通信应用技术飞速发展的今天，随着应用范围从核心网到接入网的延 伸，s d i i ( 同步数字系列) 光传输系统的应用需求也在4 i 断增加，技术的进步也使得设 备的功能与设计方法随之发展。 如今的s d h 系统多为智能型的系统，可以通过设置，灵活地配置成终端复用 器、分插复用器和中继器等多种应用，同时也能提供链路保护、通道保护和复用段 保护等多种保护工作方式。交叉连接部分的设计作为关键技术之一，对系统应用与 配置的灵活性和功能的多样性有着不可或缺的作用。 在某公司的1 5 5 ) 4s d h 系统的研制丌发过程中，我参与研制开发其中的内置的 交叉连接功能模块的设计，本文所论述的是在研制丌发过程中的设计思想和实现方 法，具体论述了有关s d h 系统中交叉连接模块的软硬件设计原理。 在交叉连接部分硬件设计r h 采月j 了三级交换网络结构，既可以实现高阶群 路( v c 一4 级) 信号的交义连接，以实现复j n 段保护应川，义可以实现低阶通路( v c 1 2 级) 信号的交叉连接，以实现通道保护和链路保护的应用。 在软件部分的设计中，采用分层技术设计，构建单独的操作系统层，提供消 息驱动机制，在此之上建立功能软件，既利于软件丌发与调试，又利于软件的移植。 在文中也给出了设计与调试过程中的有关注意点，以及在某些具体应用场合 中，有关交叉连接部分的具体配置实现。 1 2 本文内容安排 为便于叙述与说明，对本文的内容作了安排： 第一章为绪论，简要介绍了本文的内容来源与依据，论文的基本内容以及本论 文的内容安排。 第二章具体介绍了s d h ( 同步数字序列) 的同步复用基本原理及其标准帧结构， 并给出了具体的1 5 5 ms d i 传输系统的具体性能指标与功能和接口要求，作为本文 的理论基础及技术设计要求。 第三章具体介绍了交叉连接单元的功能要求，s d h 体系中交叉连接的实现原理 和实现方法，以及s d h 保护倒换的实现原理。作为交叉连接应用与配景的理论说明。 第四章详细介纠了变义连接单冗硬件_ l f 分的具体实现，给出了三级交叉连接网 络的具体设汁说j ，以及系统控制部分的设汁原理与实现。并且给出了设计与调试 过程中的有关注意事项。 s d h 系统中交叉连接模块的l 墩 l ，实现 第五章详细介绍了交叉连接单元软件部分的设计思想，给出了软件设计中有关 的状态定义和消息定义，以及各个处理部分的软件流程图。j , $ j l - 也给出了软件设计 中的有关注意事项。 第六章介绍了在几种典型的保护环应用中，交叉连接单元的具体配置以及保护 倒换的实现方法与过程。 结束语部分【目颇了本次论文所做的工作，给山了在研制，i ：发过程中的部分心得 与体会，同时也指出了有待继续探索的方面。 由于市场竞争原因以及有关公司保密规定，本文没有给出详细的硬件电路原理 图和软件具体程序代码。 第二章s d h 基本原理与系统构成 第二章$ d h 基本原理与系统构成 2 1s d h 的产生与特点 传输是通信网络的重要组成i _ l j 分，随着传输信息和各种支持系统( 辅助系统) 的增多，随着更多交换功能与智能赋予传输系统，人们已经用“传送网”( t r a n s p o r t n e t w o r k ) 概念来代替“传输系统”( t r a n s m i s s o ns y s t e m ) 了。因为传送网比传 输系统的意义更确切，包含的功能与作用更丰富更广泛。 在8 0 年代和9 0 年代初广泛应用的数字传输产品是p d h ( p l e s i o c h r o n o u s d i g i t a l h i e r a r c h y ) 准同步数字体系设备，主要适用于点对点通信，随着电信网的迅速发 展和对灵活联网要求的日益迫切，p d h 系统已暴露出许多缺陷。例如： 1 全世界有三种不同的数字传输体制，标准互不兼容，造成国际互通困难。 2 没有统一的标准光接口，在光路上无法互通和调配电路，限制了联网应 用的灵活性。 3 复用设备复杂，硬件数量大，上下支路的业务费用高。 4 管理维护用的信息比特和传输通路少，无法适应电信网向高度灵活、动 态和智能化的方向发展。 为了适应高速大容量光缆传送技术和高度灵活、便于管理控制的智能网络的 需求，1 9 8 5 年美国贝尔通信研究所提出了同步光纤网( s o n e t ) 的概念。1 9 8 8 年c c l t l l 在s o n i f f 的瑟础l 二经过修改形成了c c i l l 的s d h 体系。它不仅适用 于光缆通信，也适用于微波和卫星通信。 s d h 作为一种传输体制，及由s d h 传输系统组成的s d h ( s y n c h r o n o o sd i 画t a l h i e r a r c h y ) 同步数字体系传送网，其主要优点有： 1 使三利- 4 i 同的数字传输体制在s t m 一1 等级以l 获得统一，真j f 实现了数 字传输体制的世界性标准。 2 其复用结构使不同等级的码流在洲m 帧结构- l ，的排列是规律的，净负荷 信息与网络同步。因而利用软件就可以从高速信号中一次分支插入低速支路信 号，省去了背靠背复用设备。不仅使上、下支路十分容易、大大简化数字交叉连 接( d x c ) 的实现，而且降低了成本、提高了可靠性。 3 帧结构中安排了丰富的维护管理比特( 大约占信号的5 ) ，使网络的维 护管理能力大大加强。 4 各种不同的s d h 设备或网元都有标准的光接口，在基本光缆段上实现了 横向兼容，满足使用多厂家产品的需要。 ! 坚丛墨垫尘銮墨些堕堡丛塑坠! ! ：! ! 塞型 一一一45 s d h 信号结构的设汁考虑了网络传输和交换应用的最佳化，使s d h 传 送网具有信息净负荷的透明性和定时透叨性卅i 仅能在准同步的环境下很好工 作，还有能力经受定时批准的丢失，减少了管理实体数量、简化了网络管理。 6 s d h 传送网与p d h 传送网能完全兼容还能容纳新的各种业务信号， 例如局域网的光纾分，n j 数据接口( f d d i ) 信号，城域网的分布排队双总线 ( d q d b ) 信号、以及b i s d nr | 的a ，1 1 m 信，i 等。 综上所述，s d h 光传输产品以同步复刚、标准光接口和强大的网管能力等 核心特点在9 0 年代中后期得到广泛应用，逐步取代了p d h 设备。 2 2 s d h ( i b 步数字体系) 的坂理与帧结构 同步数字体系( 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 ) 是一整套可进行同步 数字传输、复用和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。s d h 传送网所传输 的信号由不同等级的同步传送模块( s t m n ) 信号所组成，n 为正整数。 s t m 一1 信号是s d h 的第1 级，是基本同步传送模块信号，比特率为1 5 5 5 2 0 k b i t s ( 以下均简写为k b s ) ：s t m n 信号是s d h 的较高等级的同步传送模块信号。 比特率是s t m 1 的n 倍：其等级为第n 级。 s d h 信号在网络节点接l = i 处的比特率见表2 1 。 表2 1s d h 信号的比特率 s d h 信譬比特率( k b s ) s t m 一11 5 5 5 2 0 s t m 一46 2 2 0 8 0 s 1 m 一1 62 4 8 8 3 2 0 s t m 6 49 9 5 3 2 8 0 2 2 1s t m - n 帧结构 据g 7 0 7 的定义，在s d h 体系中，同步传送模块( s t m ) 是用来支持复用 段层连接的一利，信息结构，它由信息净( 负) 荷区和段，r 销区一起形成- - i p 重复 周期为1 2 5 u s 的块状帧结构。这些信息安排得适于在选定的媒质上，以某一与网 络相同步的速率进行传输，基本的s t m 是速率定于1 5 5 5 2 0 k b i t s 的s t m 1 ，更高 容量的s t m 是以此基本速率乘n 的速率形成。g 7 0 7 规定的s t m nl i ! ! f f 结构如 图2 1 所示。n u 珂已定义的n 为1 、4 、1 6 、6 4 。即有s t m 一1 、s t m 4 、s t m 1 6 、 s t m 一6 4 四个复用档次。为了简单起见，我们先考虑s t m 一1 ，t ： f ：重新画出它的帧 结构，同时标出帧的起止时问，信息发送( 扫描) 次序和方向( 见图2 2 ) 。发 筇_ 二带s d i i 丛小原理系统构成 送总是先从左到右，再从上到下。姆# 内的权值最高位在最左边，称比特1 ( b i t 1 ) ，它总是第一个发送。同步传送模块( s i a m ) 是用来支持复用段层连接的一 种信息结构。 k 型盟( 呈纠鱼趔盟( 呈屿i i l i ! l - 段j j ( r s o i i ) 管理单元指针 s t m n 净负荷 队i j1 1 t i ) ( i ) a yl o a d ) 复用段，1 ：销 ( m s o l i ) 图2 1s 1 1 m n i i i | j 结构 百 i i9 行 业 传送顺序) 广先 后0 型+ ，一 ! 盟 一- 9 3 0 ( r s o i ) ( a l lp t r ) s t m 一1 净负荷 ( p a y l o a d ) ( m s o i i ) 1 2 ，肛s j 冬l2 2s t m 一1 帧结构 由图2 1 、图2 2 可看出，s t m n 都是安排成九行2 7 0 x n 列，每列宽为 一字节( 8 b i t ) 。s q l m ，n 是山n 个s t m 一1 同步复用而成。由图2 2 可以方便地 算出s t m 1 信息速率：1 5 5 5 2 0 k b i t s ，山f 同步复用，各复用等级之间的速率准 确地相差n 倍，所以据$ 1 7 v 1 1 速率可以直接算出s t m n 的速率，而不像p d h 中相邻复用等级之间速率递增关系为4 倍再多一个不规则的余数。 s t m 帧具体由三部分组成： 段开销( s o h ) 一一f i 9 列的1 ，3 行为弭生段丌销( r s o h ) ，5 - 9 行为 复用段丌销( m s o h ) 。 a u 指针一一d 口9 列的第4 j ：。 信息净筒一其余的2 6 1 列，h | j 第1 0 2 7 0 列的全部字节。 ! 旦! 墨堡史窑墨整垫垡些塑丝堕! ! 壅些一一6 在s t m 一1 中，放净荷的区域叫做虚容器v c 4 ，它也是一种块状信息结构， 其重复周期也是1 2 5 u s 。v c 一4 在s d h 设备中是常用的信息处理模块a 从网络功 能来说，它用来支持s d h 的通路层连接。类似_ j ：s | j m n 模块，包括v c 一4 在内 的所有v c 一。均由它自身的净荷及通路) l ：销( p o h ) 组成。由于s d h j 引入了， 强大的网管及网络分层的概念，所以它必然要分别在段层与通路层的s 1 1 m n 和 v c - n 的信息模块中引入对应的管理字节行销。这样，对应的话务信息t 即净荷 传到哪，相应的监视管理就跟到哪。并做到层次分明，管理及时。 s o h 是一些在网络节点接口的数据流中扣除净负荷的字节，作运行、维护 和管理用。象冗余码一样是不可少的额外信息开支和消费字节，故简称为丌销。 占据s t m n 信号帧的第一列到第九列中的第一行到第三行，以及第五行至第九 行。开销字节的分布结构如图1 3 所示，其中空白字节可用于传输额外业务。 a 1a 1a 1a 2a 2a 2j ox x + b 1e l f 1xx d l d 2d 3 a u p 1 1 r b 2b 2b 2k lk 2 d 4d 5d 6 d 7d 8d 9 d 1 0d l ld 1 2 s 1m le 2xx x 国“使h 字节 x 不扰码国内使j | j 字节 与传输媒质有笑的字肖 图2 - 3j 1 ：销数据结构 ) 啪h 2 2 2 复用原则与复刚原理 s d h 基本的复用原则是将多个低阶通道信号适配进商阶通道，并将1 个或 多个高阶通道层信号适配进线路复用层。 通常，有两种传统方法可以将低速支路信号复用成高速信号。其为正比特 塞入法，又称正码速调整。它利用位于固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比 特究竟载有真实数据还是伪数据。这种方法的优点是可以容许被复用净负荷有较 大的频率差异( 异步方式) 。 然而，要想从复用后的高速信号中直接接入和墩出各种净负荷是儿乎刁；可能 的。因为支路信号必须去掉塞入比特，然后再识别净负荷的定帧图案，这在高速 信号中是难以做到的。 其二为固定位置映射法，即利川低速支路信吁徂：高速信譬i - 的特殊吲定比特 位置来携带低速同步信号。这利方法在数字交换机川得较多时比较可行，此时町 m s o h 第一二章 s d i 基本原理与系统构成 以将传输信号同步于网络时钟。这种方法允许比较方便地接入和墩出传送支路净 负荷，但不能保证高速信号与支路信号的相位对准，以及由于同步网故障或1 作 于准同步刚环境i i j 产生的两者之i 日j 的小频率差，凶此在复用设备接口处需用1 2 5 u s 的缓存器来进行相位对准和频率校矿，从而导致信号延时和滑动性能损伤。 在s d h 中采用了净负荷指针技术，这样既可以避免采用1 2 5 u s 缓存器和存 复用设备接口的滑动，又允许容易地接入同步净负荷，因而是一重要革新。指针 指示了净负荷在s t m n 帧内第1 个字节的位置，因而净负荷在s t m n 帧内是浮 动的。对于净负荷的不大的频率变化，只须增加或减小指针值即可。但对于过大 的异步频率差则无法调整。这种方法可以避免滑动及其带来的数据丢失，只须阅 读一下指针值即町知道同步净负荷的相位，因此比较完满地结合了正比特塞入法 和固定位置映射法的特点。而付出的代价是必须处理指针，好在使用超大规模集 成电路技术是刁i 成问题的。 s d i - i 的具体复片j 过程是山一些基本复川单) c 组成若二1 二中间复朋步骤进行们， e t s i 和中国的复片j 映射结构如图2 4 所示： 画撇 一驵川 一一定位投玳 1 卜一映射 群帆机 群3 e 习埘8 l _ j 由群4 m臣习 互p 掣3 图2 4e t s l 和t p 囡的复用映射结构 在复用过程中所用的复用单元有：n 阶容器( c n ) 、n 阶虚容器( v c n ) 、 n 阶支路单元( t u n ) 和支路单元组( ，l | u g n ) ，以及n 阶管理单元( a u n ) 和 管理单元组( a u g n ) 。n 数值人小表明阶位的商低 首先，各种迷率等级的数字流先进入卡l i 应的：4 l n j 接u 容器c n 。容器c 。n 足 一种信息结构，主要完成适配功能，止那些最常使用的准同步数字体系信号能够 进入有限数目的标准容器。它为对应等级的虚容器v c n 形成相应的网络同步信 息净负荷。 山标准容器出来的数字流加上通道j 1 ：销后就构成了所谓的虚容器( v c n ) ， 这是s d h 中最重要的一种信息结构，主要支持通道层连接。通道层又有低阶通 ! ! 型! 墨丝! ! 窒墨堕垄堕丛盟坠! = ! ：! ! 茎些一! 道和高阶通道之分，高阶通道由低阶通道复用而成或直接由v c 一4 ( v c 3 ) 形成。 v c 的包封速率是与网络同步的，因而不同v c 的包封是互相同步的，而包封内 部却允许装载各种不同容量的准同步支路信号。除了在v c 的组合点和分解点( 即 p d h s d h 网边界处) 外，v c 在s d h 网中传输时总是保持完整不变的，因而可 以作为一个独立的实体在通道中任一点耿出或插入，进行同步复用和交叉连接处 理，十分方便和灵活。出v c 出来的数字流再按图c i | 规定路线进入管理单元或支 路单元。 a u 是一种为高阶通道层和复用段层提供适配功能的信息结构，它由高阶v c 和a u p t r 组成。其中a u p t r 用来指明高阶v c ( v c 一3 4 ) 的帧起点与复用段 帧起点之间的时间差，但a u i r i m 本身在s t m n 帧内位胃是固定的。 一个或多个在s t m 帧中占有固定位置的a u 组成管理单元组( a u g ) ，它 由若干个a u 一3 或单个a u 一4 按字节问插方式均匀组成。单个a u g 与段丌销 ( s o h ) 一起形成一个s t m 一1 ，n 个a u g 与s o h 结合即构成s t m n 。 t u n 是一种为低阶通道层与商阶通道层提供适配功能的信息结构。它由低 阶虚容器( v c 1 2 ) 和支路单元指针( r u p l r r ) 组成。一个或多个在商阶v c r l 净负荷中占有固定位置的t u 组成支路单元组( t u g ) ，共有t u g 一2 年l l i u g 3 两种。它们是以这样的方式来定义的，即：使得由不同容量的t u n 构成的混合 净荷容量可以为传送网络提供尽可能多的灵活性。由图2 4 的通用复用映射结 构知，一个t u 一2 或由几个同样的t u 1 2 复用在一起组成一个r u g 2 ，一个t u 一3 或几个t u g 一2 复用在一起组成一个t u g 3 。 在a u 和t u 中要进行速率调整，因而低一级数字流在高一级数字流中的起 始点是浮动的。为了准确地确定起始点的位置，设置a ul r i r 和t uf i * r 分另1 x q 高阶v c 在相应a u 帧内的位置以及v c 1 ，2 ，3 在相应t u 帧内的位置进行灵活 动态的定位。最后，在n 个a u g 的基础上再附加段丌销( s o h ) 便形成了最终 的s t m n 帧结构。 同步复用和映射方法是s d h 最有特色的内容之，它使数字复用由p d h 的 僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配簧。 2 3s d h 系统的组成与实现 s d h 在传输上的基本网络单元主要有终端复用器( t m ) 、再生器( r e g ) ， 分插复用器( a d m ) 等。虽然其功能各异，但却都有统一的标准光接口，能够 在网络中的光缆段上实现横向兼容，即设备互通。 s d h 的拓朴结构线形、树形、环形、网状形等，在实际应用中可能是这些 筇：尊s d i i 丛木原p l ! j 系统构成 结构的组合。 2 3 1s d h 的i i 耍嘲络j 丫i 冗蜕| j ： 1 终端复f j 器( t m ) 终端复川器的主要任务足将低速史路f u 信号平低等级的s d t tl 乜信号纳入 s t m n 帧结构，1 ：l ! 圣l 乜光转换为s t m n 光线路信号，其逆过程正好相反。 终端复川器终结所有通过它的信号，f m 没有直通信号，其示意图如下： ，5 2 0 m b p s 光ii 2 m ，3 4 m 图2 5终端复川器示意图 2 分插复用器( ad m ) 分插复用器是指可以使低速的史路信号( 如2 m b i t s ) 直接从( 向) 高速信 号流q j 一次分出( 插入) 。 分插复用器既可以上下支路，又可以直通支路，直通支路无损伤穿通，上 下支路接口要符合各种规范，a d m 收端终结r s o h ，发端重新发起r s o h 。其 示意图如下： 15 5 ，5 2 0 m b p s h + 光口 2 m b p s3 4 m b p s 图2 6分插复朋器示意图 3 再生中继器( reg ) 再生中继器恢复时钟，对信号进行再生，收端终结r s o h ，发端重新起始 r s o h 。 5 5 ，5 图2 7再生t l | 继器示意图 m b p s s d i i 系统中交叉连接模块的改汁实现 2 3 2s d h 设备特点 针对s d h 技术应用的发展与需求，我们进行了1 5 5 ms d h 设备的研制与 开发，系统主要功能特点如下： 1 兼容多种支路信号：可分别接入6 3 个2 mp d h 信号，3 个3 4 mp d h 信号，也可同时接入总共一个s t m 1 容量的3 4 m 和2 m 混合信号。 2 具有指针调整的功能：从而可以容纳凶异源而造成的a u 、t u 信号指 针调整。 3 具有交叉连接功能：可以实现v c - 1 2 级别上的任意时隙交叉，以提供 灵活的组网能力，也可提供v c 4 级别上的交叉。 4 a d m 的功能：可以任意上下若干支路信号。 5 保护倒换功能：本系统为点对点应用、链路应用、环网应用提供了多种 保护倒换功能。 6 可灵活配簧成终端复用器( t m ) ，分捅复j i j 器( a d m ) 和再生器( r e g ) 。 2 3 _ 3设备接口 1 s t m 1 光接口： 1 5 5 5 m b s 比特率；n r z 编码：二l 作波k ：1 3 1 0 r a m 。1 5 5 0 r a n 。 2 3 4 m ( c 3 ) ： 3 4 3 6 8 m b s 比特率；h d b 3 编码：阻抗：7 5 欧姆不5 f 衡。 3 2 m ( c 1 2 ) ： 2 0 4 8 m b s 比特率；h d b 3 编码；阻抗：7 s 欧姆不平衡。 4 同步接口： 外部输入： 2 0 4 8 m b s ，2 4 0 8 m h z ( 可选) ，h d b 3 编码，阻抗7 5 欧姆升i 平衡。 外部输出： 2 0 4 8 m b s ，2 4 0 8 m h z ( 可选) ，h d b 3 编码，阻抗7 5 欧姆不平衡。 5 网管接口： e t h e r n c t 接口，提高与网管的接l j 。 2 3 4系统实现原理与方法 在系统的设计c | j 采用我国采j l 】的映射结构，如图2 4 所示。系统实现的 功能方框图如图2 8 。 为便于功能实现以及系统研发，在通信系统的没计过程中一般采用软硬件 系统在功能划分清楚的条件下，分别进行设汁，这样在，1 ：发过程中软硬件系统 开发可以同时进行，且界线清晰；但是这就要求在总体设计的过程小咧晰软硬 笙三童兰型蕉查堕堡兰墨竺丝盛旦 件接口，定义好硬件子系统，软件予系统，接口以及测试接口，以便于系统分 阶段进行与研发与调试。 在本系统的j i ：发过程中，也采川了i 同样的办法，酋九分清软硬件界面，定 义好各子系统功能与对外接口，之后对软硬件同时进行设计。 2 mb r &2 m b i , j s 图2 8s d h 设备系统方框图 2 3 5功能单元划分与实现 从整个系统来看，提供的对外接口如2 2 2 所定义，系统是由各单板通过 背板连接而成，采用1 9 英寸标准机框组装。整个系统按功能划分为几个子模块 ( 单板) 实现。 依据系统功能实现方法，将系统分为以下儿个模块，分别为光路处理模块、 交叉处理模块、支路模块、时钟模块、公务模块及总控模块，各模块之间的关 系与信号连接如图2 9 所示。 各模块的具体功能分工如下： 1 光线路模块 完成光电转换、扰码解码处理、时钟处理、帧同步，溪码统计、s d m 1 段开销处理、a u 4 通道丌销处理、告警信号检出、a p s 协议处理等功能。 告警信号包括：l o s ，l o f 。m s h i s ，l o p ，f e r f ，a u f e r f ，i o e 3 误等。 a p s 协泌与交叉模块共同处理实现二纤单向复用段倒换环。 s d i i 系统l l 交叉连接模块的驶汁，实现 性能采集：包括物理参数、再生段性能、复用段性能和高阶通道性能。 2 交叉处理模块 完成直通信号延时，a d m t m 模式选择，保护倒换的实现等功能。 能够实现四个群路( 1 5 5 m ) 方向的任意时隙全交叉，完成4 4 的v c 一 4 交叉和相应的v c 1 2 时隙交叉。 采用总线切换和环回方式，以支持链路l + 1 保护方式、二纤单向复用 段倒换环，与支路模块结合实现二纤通道倒换环。 3 支路模块 完成p d h2 m 信号的映射和去映射，及t u 1 2 向s t m 1 复用和解复用， t u 1 2 可进行时隙指定，对外提供h d b 3 码的e l 接口。 软件完成v c l 2 时隙支路的配置。 实现两纤单向通道保护。 提取和处理低阶p o h 。 告警扫描：t u l o s ，t u a i s 。 性能采集：低阶通道性能( v 5 字1 ，f f j 第l 、2 比特通道f e b e 和缺陷 事件计数，b b e 、e s 、s e s 、u a s 、f e b e 等) 。 4 时钟模块 为整个网元提供定时，具有自动跟踪、保持、倒换时钟源功能。 根据时钟源优先级配置命令，完成1 1 寸 0 1 源选择。 实时扫描并报告当前时钟运行状况。 5 公务模块 提供s d h 网元问的语音联络。按照i t u t 的标准，使用r s o h 和m s o h 中的e l 、e 2 字节，实现网之间的通信。 完成摘挂机检测、l 呼叫处理功能，可实现点对点呼叫、群呼和会议电 话功能。 采用共路信念方式，使刚s o h 的e l 、e 2 作为话者通道。 6 主控模块 主控模块足所在刚元的生计算机控制f i | j 件，负责维护、告警、配置和 性能管理，即对网元进行运行中的监测和控制，传递设备上的各模块 笙j 垦兰业些查堕堡! ! 墨丛丝垡一卫 间的监控信息，向后台计算机汇报系统运行状态，接收后台发出的控 制命令，初始化并设置各模块的工作状态。 提供以太网接口与予网管理中心进行通讯，接收控制命令并l 报各种 告警或状态消息。 提供串口以提收便携机的网络管理，或为其它互联设备提供管理维护 接口。 解释、转发由e c c 传米的分组，完成与其它模块的通讯，对其它模块 进行控制，下达指令与接收告警，以及下达各种配置信息。 图2 9 功能模块之间的信号连接与接口关系图 2 3 6软件系统功能与实现 s d h 系统一个重要的特点就是具有丰富的) i ：销，便于网络管理，我们将软 件系统分为网管部分与在板部分。 1 网管系统功能 网管部分主要是通过管理终端对设备进行控制、监视、维护等操作。网管 系统能管理一个子网或多个子网，提供网元管理层功能。网管系统要实现故障 ( 维护) 管理、性能管理、配置管理、安全管理和系统管理五类管理功能。 故障( 维护) 管理 故障( 维护) 管理提供告警监视、告警记录管理、告警过滤、故障定 位等功能以及必要的维护与测试功能。 性能管理 性能管理包括性能数据采集、性能监视与记录、性能门限值设定、性 s d h 系统中交叉连接模块的世汁j 实现 能数据分析以及性能数据报告等功能。 配置管理 配置管理包括网络配鬻、子网配置、网元配置、保护倒换配置、时隙 配置、时钟配置、j 1 ：销配置以及勤务 u 活配置等功能。 安全管理 安全管理提供登录管理、用j 、，管耻、l _ j 令管理以及系统同志等功能。 系统管理 系统管理提供e c c 管理、系统时问管理以及有关软件配鼍和版本等的 软件管理功能。 2 在板软件主要功能是： 接收网管的命令和数据，l f 确地驱动硬件部分，实现所指定的操作， 正确地执行网管的命令，对本单元硬件进行数据配置。 运行中监测本单元运行状念，及时按要求进行故障告警或异常消息上 报或者按系统保护策略进行保护或切换。 对本单元硬件进行自检与测试。 箜三皇銮墨垄垄苎堑塑堡生堕堡竖 第三章交叉连接单元的设计原理 3 1 交义连接单元的功能 交叉连接部分在s d h 系统中处于一个相对核心的位置，它完成光路到支路 的连接，同时也配合系统应用中完成复捌段或通道保护与倒换。 在本系统中，交叉连接模块可以实现4 4 个v c 4 的全交叉，以及四个群 路( 1 5 5 m ) 方向的任意时隙交叉，应用系统的业务连接配置的完成主要是在交叉 连接部分和支路模块完成的，因此交叉连接部分的实现直接关系到系统功能的实 现与应用。 3 2 交叉连接的原理 数字交叉连接即是在高速数字信号流中的任意数字通路信号之间进行交叉连 接。由于s d h 的帧结构以及同步特性，使之特别适合于实现交叉连接，以2 m b i t s 信号对应的v c 一1 2 为例可以作如下分析。 由映射图( 图1 4 ) 可知，v c 1 2 形成t u 1 2 以后经t u g 2 和t u g 3 复用 进入v c 4 。由于这是简单的三级字+ i ，i h j 插复用，对应的v c 1 2 在v c 4 中的位置 是固定的，并且可预知的，v c 4 町l h3 个t u g 3 组成，它们可分别编成# l 、 # 2 、# 3 ，于是： t u g 一3 # l ，位于v c 4 的4 ，7 ，1 0 ，2 5 9 列； t u g 一3 # 2 ，位于v c 4 的5 ，8 ，l l ，。2 6 0 列； t u g - 3 # 3 ，位于v c 4 的6 ，9 ，1 2 ，2 6 1 列。 每个t u g 3 可由7 个t u g 2 的编号为# lc , o # 7 ；每个t u g 2 可山3 个t u 1 2 ( 编号为# 1 一# 3 ) 组成。若刚# k 、# l 、# m ，分别代表t u g 一3 、t u g 一2 和t u - 1 2 的编号，则任何t u 1 2 都有一组对应的k 、l 、m 数。于是，按下面的 公式可以算出某个t u 1 2 ( k 、l 、m ) 在v c - 4 帧中占有的列数： 第x 歹4 = 1 0 + 【k l 】+ 3 【l i + 2 1 m - 1 + 6 3 【x 1 】 x = i 到4 因为每个2 m b i t s 帧信号内有3 2 个通路时隙( 字节) ，它在v c 4 帧中应占有 4 列。所以。t u 1 2 ( 1 ，l ，1 ) 位于v c 4 内的1 0 、7 3 、1 3 6 和1 9 9 列，t u 1 2 ( 3 ， 7 ，3 ) 位于7 2 、1 3 5 、】9 8 和2 6 1 列。于是对v c 4 ( 剥应于1 5 5 5 2 0 m b i t s 信号) 中的v c - 1 2 ( 对应于2 m b i t s 信号) 交叉连接就变成把据上列x 公式算出的两组 四列字节的位置一一对调。这就是s d h 环境下可以采用的一种特有的交叉连接 方式列交换。运用时隙交换( t s i ) 技术可以方便地进行这种列交换。由 于不同类型的v c - n 在v c - 4 内的位置都足同定的，所以就不难看列交换可提供 的好处： s i ) 1 1 系统叶_ 交义连接模块的避，实脱 可以交叉连接所有类型的v c - n 交叉连接的速率可以从低等级向更高等级升级丽不需改变交叉硬件； 可以灵活有效地将数字通路分类导入s t m 1 帧结构r h 3 3 交叉连接实现办式 交义连接仃蜊t 办j l = 实现，川形。；j 分交换，寸分交换或此瞬者的结合。 3 3 1 空分交换 空分交换是指利用空分交换鲥! 阶对同类硝的信号的一组信号进行交叉连 接，在连接过程中不对信号进- t l r 处理，只对信号通路进行交叉连接，因此可以保 证信号做到无损连接。 在s d h 系统中，空分交换通常用于执j j ：商阶v c 交叉连接功能，执行交叉 连接前先终接两个或更多的s t m - n 数据流，将这些s t m - n 调整到该网元的参考 时钟上，并对它们的指针作相应的调节。如果把它们解问插到a u ，则就可在一 只单一的空分交换矩阵中对它们同步地做交义连接，对这些输入数据流的同步对 位凋整是在矩阵中作无损伤再安排的保证。以这种方式1 ，f 以构成容量相当大的 v c - 3 或v c 4 交换矩阵。 3 3 2 时分交换 在时分复用结构- l j 从每个随机到达的数据流来的字节先是按它们的次序秽 写入存储器。l ，。随后，按照一个控f l ；| ；j ： 提供的时隙交换( t s i ) 格式调换后的次 序将它们读出( 参见图3 1 ) 。 图3 1时分交换原理图 3 2 3 时- 空一时( t s t ) 交换 t s t 是空分交换与时分交换 古台构成的种：绂交换结构，中问为空分矩 阵，两端为时分矩眸。这种结构通台。j ：人容f d ：的交换。 3 4 保护倒换的实现原理 i t u tg 8 4 1 把s d h1 ) i j 9 络的保护o i , n 分为两人类： 即s d h 路径保护和s d h 予刚连接保护，相应地也将保护倒换分为两种类型： s d h 路径保护和子网连接保护。山于在段层的路径称为段，在通道层巾的路径叫 通道，于是就有了相应的复用段保护和通道保护。 s d h 的| ) 【) 9 络保护是通过自动保护切换( a p s ) 实现的。不同的保护结构或保 护机制有不同的a p s 协议和不同的a p s 算法。l t u tg 8 4 1 及原生的g 7 8 3 对 几种a p s 操作( 包括协议、算法) 已作了舰定为了协调传送实体的保护部分和 被保护部分以及它们各处两端( 例如复用段、通道) 的倒换动作，诸如，为了控 制双端切换，或为了在保护通路传送额外业务，除了a p s 算法外，还需要育一个 a p s 信息传输通路，这通常由s d h 的开销提供。例如，m s o h 中的k l 和k 2 字 节。a p p s 通路通常只由保护通路载送。 以下以线性复用段保护( m s p ) ，说明保护的基本原理，其环路保拶切换的 原理与实现见第五章。 线性复用段保护可以按专门或共享保护机制工作，它保护复用段层，适用于 点对点的物理刚络，足一利基小的复川段保护办武。在复j i l j 段两端：m s ? 功能利 用m s p 字节( 即保护段的m s o h 中的k l 和k 2 字节) 提出切换请求和对切换动 作作出响应。m s p 协议是面向比特的，这些字节中各比特的作用在i t i t 的建 议中均有具体舰定。 m s p 有两种结构：l + 1 和l ：n 。图3 2 与图3 3 分别示出了i 的逻辑 结构例子。 呦i _ 二 一1 _ ； 二搿1 永久桥接i 1i 作段2 豳3 2m s p 切换l + l 结构例子 1 + 1 结构中，工作通路的发端( 头) 永久地桥接于主用( 工作) 复用段和 备用( 保护) 复用段。因此，切换与否的判决只是由收端( 尾) 作出。显然，这 种a p s 操作具有简单、可靠、快速的特点，但是它不可能载送额外业务信号。 l ：n 结构的a p s 动作过程大致如图3 4 示。 0 通路 j ：作如 上= 作如 额外业务 通路0 5 1 j ：作段i 【：作段2 保护段0 桥接选择器 图3 3m s p 切换- 1 ：n 结构例子 当发现故障后，尾端发出的k l 字节向首端指明有问题的通路。收到k 1 字 节后，首端使西一东的通路桥接，并发出k l 和k 2 字节；这k l 字节要求尾端作 桥接( 在双向切换时) ，k 2 字节起确认作用。在尾端，收到的k 2 字节确认通路 号码，于是西一东的通路保护倒换完成( a ) 。在此同时，据k l 字节的要求， 把东一西的通路桥接好( b ) 。为了完成双向倒换，尾端义发出一个k 2 字节， 首端收到这个k 2 字节后，东一西的通路切换过来，到此整个a p s 过程完成，如 图中过程所示。 17 作信母k 2 一一保护信号 p s保护倒换逻辑 图3 4自动保护切换过程 k i 字节指出柴一通路请求的切换动作。其一h 比特( b i t ) 1 - 4 指出请求的类型( 见表3 1 ) 。 一个请求( r e q u e s t ) 可以是： 第二三帝交义连接竹，l 的跌计原理 某一段的条件( s f 和s d ) ，条件( c o n d i t i o n ) 有高和低优先级之分，优 先等级是按每个通路设置的； m s p 功能的某种状态( s t a t e ) ，| j 等待恢复( w a i t t o r e s t o r e ，w t r ) 、别 返回( r e v e r t ) 、无请求、反向请求： 一个外部请求( 封锁保扩 l o c k o u to fp r o t e c t i o n l 、强制