（信息与通信工程专业论文）sdh专用分接器的研究与实现.pdf

电子科技大学工学硕士学位论文 摘要 同步数字体系( s d h ) 和同步光纤网络( s o n e t ) 在世界范围广 泛应用于城域主干网，长途通信网和广域网。s d h 是一种结合了高速 大容量光纤传输技术和智能网络技术的传输体制。它能提供方便有效 的数据复用和解复用功能，并能可靠地传输数据。 本论文阐述了“s d h 专用分接器”的研究和实现。论文先分析了 s d h 相关协议，然后对“s d h 专用分接器”的实现指标进行分析，根 据项目的具体要求，提出了设计方案，即在单板上实现项目所提指标。 在该方案的基础上，进行硬件设计，软件开发平台的搭建，部分单板 驱动底层软件的编程和基于f p g a 的逻辑设计。在软硬件设计时，对 结构功能进行迸一步的细化、模块化，分为：e 1 支路信号分接；d s 3 支路分接；s t m - l 输出。 本论文方案设计从具体的项目需求出发，在对现有通用光传输设 备的分析基础上，提出自己的设计方案，并对方案的可行性进行了论 证。 本论文硬件设计部分涉及到高速混合信号电路设计，光模块的输 出信号速率高达2 ，5 g ，在p c b 设计中，充分考虑信号完整性设计及电 磁兼容设计。对阻抗控制，阻抗匹配和端接从理论上和工程实现上进 行了较为详尽的分析。 本文软件设计分为两个部分，四个层次，即软件开发平台建立部 分( 包括m c f 5 2 4 9 的b o o t l o a d e r 设计和pc l i n u x 在m c f 5 2 4 9 上 的移植) 和驱动程序和应用程序设计部分。 【关键词】s d h ；f p g a ；m c f 5 2 4 9 ；t e l e c o m b u s ；阻抗匹配 电子科技大学工学硕士学位论文 a b s t r a e t 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 ( s d h ) a n ds y n c h r o n o u so p t i c a l n e t w o r k ( s o n e t ) a r en o wa p p l i e dw o r l d w i d eb o t hi nc a r r i e rb a c k b o n e n e t w o r k s ，b ym e t r o p o l i t a ns e r v i c ep r o v i d e r sa n di nl a r g es c a l ew a n sb y e n d u s e r o r g a n i z a t i o n s s d h i sa n o p t i c a l b a s e d c a r r i e rn e t w o r ku s i n g s y n c h r o n o u so p e r a t i o n s b e t w e e n c o m p o n e n t s i t p r o v i d e sh i g h a v a i l a b i l i t y a n dv e r yr e l i a b l et r a n s p o r tw i t hp o w e r f u lm u l t i p l e x i n ga n d d e m u l t i p l e x i n gc a p a b i l i t i e s t h i sd i s s e r t a t i o na d d r e s s e st h e r e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no f “t h e s p e c i f i cd e m u l t i p l e x e r o fs d h ”a t f i r s t ，t h e a u t h o r a n y l i z e s t h e c o r r e l a t i v e p r o t o c o l s ，a n d t h e n a n y l i z e s t h e t a r g e t s o f t h e s p e c i f i c d e m u l t i p l e x e ro fs d h ”，a n dt a k e st h es p e c i f i cd e m a n d so fp r o j e c ti n t o f u l lc o n s i d e r a t i o n o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa n dc o n s i d e r a t i o no ft h e s e s ， t h ea u t h o rg i v e so u tt h ed e s i g ns c h e m e t h e nt h ea u t h o rd o e sh a r d w a r e d e s i g n ，b u i l d st h eb a c k g r o u n do f t h es o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，a n dc o m p i l e s t h ep r o g r a m m eo ft h eb o t t o md r i v e r ，a n dd o e ss o m el o g i cd e s i g nb a s i n g o nt h ef p g a w h e nd o i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r e d e s i g n s ，t h e a u t h o r d i v i d e st h ec o n s t r u c tf u n c t i o ni n t os o m em o d u l e s t h em o d u l e sa r et h e d e m u l t i p l e x e ro fe 1 s i g n a l ，t h ed u m u l t i p l e x e ro fd s 3 ，a n dt h eo u t p u to f t h es t m 1 。 a f t e rh a v i n ga n a l i z e dt h es p e c i f i ct a r g e t so ft h ep r o j e c t ，t h ea u t h o r a n a l i z e st h ec u r r e n tc o m m u n i c a t i o nd e v i c e s ，a n dt h e np u t sf o r w a r dt h e s c h e m eo ft h e p r o j e c t t h e a u t h o rd e m o n s t r a t e st h e f e a s i b i l i t y o ft h e s c h e m ea l s o t h eh a r d w a r ed e s i g no ft h i sd i s s e r t a t i o ni n v o l v e st h eh i g hs p e e da n d m i xs i g n a le l e c t r o n i c d e s i g n t h es p e e do ft h es i g n a l ，o u t p u tf r o mt h e o p t i c a lm o d u l e ，i sa b o u t2 5 g b p s d u r i n gt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r dd e s i g n t h ea u t h o rt a k e st h e s i g n a li n t e g r i t y a n d e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e d e s i g ni n t of u l lc o n s i d e r a t i o n t h ea u t h o ra n a l i z e st h ei m p e d a n c ec o n t r o l ， i m p e d a n c em a t e h i n g ，a n dt e r m i n a t i o ns c h e m e sf r o mt h et h e o r yr e s e a c ht o t h er e a l i z a t i o no f e n g i n e e r i n gi nd e t a i l t h es o f t w a r ed e s i g no ft h ed i s s e r t a t i o ni s s e p a r a t e di n t ot w op a r t s 电子科技大学工学硕士学位论文 p r i m a r i l y ，i n c l u d i n g f o u r a s p e c t s t h e f i r s t p a r t ist h e b u i l d i n g o ft h e s o f t w a r e b a c k g r o u n d ，w h i c h i n c l u d e st h eb o o tl o a d e rd e s i g n o ft h e m c f 5 2 4 9 ，a n d t h e b u i l d i n g o ft h eu c l i n u x o p e r a t i o ns y s t e m o nt h e m c f 5 2 4 9 t h es e c o n dp a r t i n c l u d e st h ed r i v e rs o f t w a r e a s p e c t a n d a p p l i c a t i o ns o f t w a r ed e s i g na s p e c t 【k e y w o r d s 】s d h ；f p g a ；m c f 5 2 4 9 ；t e l e c o m b u s ；i m p e d a n c e c o n t r o l l 1 1 i 电子科技大学研究生论文 独创性声明 本人声明所呈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。据我所知，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名2 p 缸l 孟翻l 日期：2 0 0 5 年f 月7 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：阜幺弛导师签名：么龇 日期：2 0 0 5 年f 月p 日 电子科技大学工学硕士学位论文 1 1 开发背景 第1 章引言 8 0 年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用。其应 用场合已逐步从长途通信，市话局中继通信转向用户按入网。光纤通 信的廉阶、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。然而， 随着电信网的发展和用户要求的提高，光纤通信中的准同步数字体系 ( p d h ) 正暴露出一些固有的弱点。同步数字体制( s d h ) 取代p d h 而 成为通信网的主要传输方式。 1 1 1p d h 的局限性 p d h 的局限性主要表现在以下五个方面 2 1 ： ( 1 ) 没有统一的世界性标准，存在着北美、日本及欧洲三种标准， 三者互不兼容，造成国际互通的困难。图l 一1 是通用的三种信号速率 等级系列。分别是日本系列，北美系列，欧洲系列，而中国采用的是 欧洲系列标准。 图1 1 三种信号速率等级系列 电子科技大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 除了几个低速率等级的信号采用同步复用外，其他多数等级 的信号均采用异步复用。异步复用结构复杂，难以从高速信号中直接 识别和提取低速支路信号。复用和解复用时必须逐级进行，缺乏灵活 性。 ( 3 ) 用于网络运行、管理和维护( 0 a m ) 的开销资源不足，阻碍 了网络管理能力的增强和提高，无法适应不断演变的电信网的要求。 ( 4 ) 缺乏统一的标准光接口规范，导致各厂家开发的专用光接口 互不兼容。限制了联网应用的灵活性，也增加了网络的复杂性和运营 成本。 ( 5 ) 由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使得 数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务流量的大部 分。 1 1 2s d h 产生的背景及优越性 由于p d h 存在的上述局限性是由p d h 固有的缺陷造成的，因此， 要想继续在原有的体制和技术框架内解决这些问题就显得无能为力 了，唯一的出路是从技术体制上进行根本的变革1 2 。 率先完成这一改革任务的是美国贝尔通信研究所的科学家。他们 提出了“同步光网络( s o n e t ) ”的概念和相应的标准，并于1 9 8 6 年 将s o n e t 确立为美国新数字传输体系的标准。制定s o n e t 标准的最 初目的是为了阻止相互不兼容的光接口大量滋生，实现光接口标准化 以便各个厂家的设备能在光路上互通。然而，以后的发展大大超出了 这一最初的目标，s o n e t 已经扩展成为一个全新的数字传输网体制。 1 9 8 8 年，原国际电报电话咨询委员会c c i t t ( 现国际电信联盟标 准化部i t u t ) 接受了s o n e t 的概念，并重新将其命名为同步数字体 制( s d h ) ，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星通信的技术 体制。在随后的几年间，i t u t 又多次通过或修改了一系列有关s d h 国际标准的建议，形成s d h 的基本框架，在世界范围内就s d h 的基 本软硬件问题达成致的协议，为在全球大力发展s d h 开辟通路。作 为一种全叛的传输体制，与p d h 相比，s d h 系统具有以下优点： 2 电子科技大学工学顿士学位论文 ( 1 ) s d h 采用同步复用方式和灵活的映射复用结构，各种不同等 级的码流在帧结构的净负荷内的排列是有规律的，而且净负荷与网络 是同步的，因而只需软件即可使高速信号直接分插低速信号，避免了 p d h 逐级进行的复用解复用，节省了全套的背靠背复用设备，从而简 化了数字复接和分接过程。此外，背靠背接口的减少还可以改善网络 的业务透明性，便于业务的管理，也使网络易于接纳各种新的宽待业 务。 ( 2 ) s d h 采用统一的接口标准，使得p d h 的三个地区性标准在 s t m 1 等级以上获得统一。今后，数字信号在跨越国界通信时，不再 需要转换成另一种标准，从而真正实现了世界性的数字传输体制标准。 ( 3 ) s d h 具有强大的网管能力。s d h 帧结构中安排了丰富的开 销比特( 大约占信号的5 ) ，因而使网络的o a m 能力( 诸如故障检 测、故障定位、端对端的性能监视等) 大大加强。此外，通过嵌入在 段开销( s o h ) 中的控制通道可以使部分网管能力分配到网络单元 ( n e ) ，从而实现分布式管理，也使新功能的开发变得比较容易。 ( 4 ) s d h 网络具有信息定时的透明性。s d h 网络可以传送各种 净负荷及其混合体而不管其具体的信息结构。净负荷与s d h 网的接口 仅仅在网络边界上才有，一旦净负荷载入虚容器( v c ) 后，网络内部所 有设备只需处理v c ，网络对信息是透明的。另外，s d h 采用了指针调 整技术使得净负荷可以在不同的同步岛之间传送而不影响业务质量， 即s d h 网络具有定时的透明性。 ( 5 ) s d h 网与现有的其它网络能够完全的兼容。它可以兼容p d h 的各种速率。同时，s d h 网络还能够兼容各种新业务信号，如高速城 域霹的光纤分布式数据接口( f d d i ) 信号城域网的分布排队双总线 ( d q d b ) 信号、宽带综合业务网中的异步传输模式( a t m ) 信元以及 因特网业务( i p ) 信号。因而，s d h 具有很好的向前和向后的兼容性。 ( 6 ) 强大的自愈能力。具有智能检测的s d h 网管系统和网络动 态配置功能，使s d h 网络容易实现自愈，在设备或系统发生故障时， 能迅速恢复业务，提高网络的可靠性，降低维护费用。 ( 7 ) s d h 具有标准的光接口规范，不同厂家的设备可以在光网络 上互联，真正实现横向兼容。 上述特点中最核心的有3 条，即同步复用、标准光接口和强大的 网管能力。正是这些p d h 无法比拟的特点使得s d h 一经出现，就显 电子科技大学工学硕士学位论文 示出了强大的生命力，在通信网中得到了越来越广泛的应用。 电信传输方式自模拟转变为数字以来，一直沿用的是p d h 传输方 式，然而，随着现代电信技术的迅猛发展，p d h 传输方式暴露出较多 的不足之处。在这种形式下，s d h 的出现并发展就成为电信技术进一 步发展的必然趋势。 1 2 本论文的研究意义 光传输网是整个电信网的基础，它为整个网络的业务提供传输通道 和传输平台。随着近年来电信业务对带宽需求的不断提高，光传输网 的规模在不断扩大，为业务提供了巨大的带宽资源，同时在网络的生 存性、可扩展性方面也有了巨大的进步。发展到今天，光传输网已经 在带宽和容量上能够满足业务的需求，在技术上已经比较成熟。但传 统的光传输设备体积较大，而且功能复杂，不适合一些特殊的应用场 合。 本文研究的s d h 专用分接器具有特殊的应用场合。该项目要求输 出d s 3 支路在国内较为少见；在一个单板上实现一个简化的a d m 设 备的功能也具有较强的专用性。 在s d h 技术较为成熟的今天，根据特殊的应用背景，进行有针对 性的研究具有较大是实用阶值和现实意义。 1 3 本论文的研究内容与主要工作 本论主要研究一种专用的s d h 分接器，要求该分接器能够输出 e 1 ，d s 3 ，s t m 1 信号，且该分接器的输入信号等级为s t m 1 6 。 本论文在深入理解s d h 体系结构的基础上，结合指标要求提出设 计方案；利用光模块、s d h 的相关套片、f p g a 芯片以及m 5 2 4 9 c 3 开 发板完成硬件设计：在m c f 5 2 4 9 上移植1 tc l i n u x 建立相应的软件开发 平台；完成f p g a 部分代码的设计和验证。 在本论文中，作者做的主要工作有： 1 分析并理解s d h 协议。 2 进行指标分析，结合用户需求进行方案设计。 3 完成硬件电路设计。 4 搭建软件开发平台，并对驱动软件进行分析。 电子科技大学工学硕士学位论文 5 编写f p g a 部分代码并进行验证。 6 提出系统的测试方案。 1 4 本论文的章节安排 本论文分为七章。第一章引言主要阐述项目的研究背景、研究意 义及研究内容；第二章分析同步数字体制协议，讲解了复用和分接的 基本原理：第三章提出方案，并进行分析；第四章介绍s d h 专用分接 器的硬件详细设计。第五章介绍软件设计；第六章提出测试方案并给 出相应的测试结果：第七章对整个设计进行总结；在附录中给出专用 词汇缩略语、本次设计相应的p c b 图和原理图。 电子科技大学工学硕士学位论文 第2 章同步数字体制协议分析 下面将从s d h 的速率等级、帧结构、指针功能、映射复用结构、 组网、分层模型、设备的逻辑框图等方面入手，阐述s d h 的基本概念。 2 1s o h 速率等级及帧结构 电信传输网是由传输设备和网络节点这两种基本设备构成的。传 输设备可以是光缆线路系统、微波接力系统或是卫星通信系统。网络 节点指可以对连接进行交换或选路的设备，如6 4 k b p s 电路节点、宽带 节点。网络节点通常包含终结、交叉连接、复用和交换功能。网络节 点接口( n n i ) 在概念上是网络节点之间的接口，从具体实现上看就是 传输设备和网络节点之间的接口。n n i 在网络中的可能位置可以用图2 1 来表示】。 n n in n in n in n i t r t r t r 慢j | l ：j i r t r t r ：支路信号l i n e ：线路系统d x c ：数字交叉连接设备 s m ：同步复用器r a d i o ：无线系统e a ：外部接入设备 幽2 ln n i 在网络中的位置 s d h 实际上是网络节点接口的一个统一规范j ，这个规范中首先 统一的就是接口速率等级和帧结构安排。s d h 按一定的规律组成块状 结构，称制为同步传输模块( s t m ) ，它以网络同步的速率串行传输。 s d h 信号最基本也是最重要的模块信号是s t m 1 ，其速率为 1 5 5 5 2 0 m b p s ，相应的光接口线路信号只是s t m 1 信号经过扰码后的 电光转换的结果。其速率保持不变。各个等级的s t m n 信号由n 个 s t m 。1 信号以同步复用、字节间插方式而成，其速率是s t m 一1 的n 倍。 n 取整数1 、4 、1 6 、6 4 。表2 1 列出了s d h 的标准速率等级。 电子科技大学工学硕士学位论文 表2 1s d h 标准速率等级 i 信号s t m - 1 s t m 一4s t m 1 6s t m 一6 4 l 速率 1 5 5 5 2 m b p s 6 2 2 0 8m b p s2 4 8 8 3 2m b p s9 95 3 2 8m b p s 国际电联( i t u ) 在i t u g 7 0 7 建议中【3 】，对s t m n 信号的帧结 构作了规定。规定s d h 采用以字节为基础的矩形块状帧结构，其结构 安排如图2 2 所示。s t m n 帧由9 行2 7 0 n 列的字节数据块构成， 传输对按由左到右、由上到下的顺序排成串行码流依次传输，帧频为 8 k h z 。由图2 2 可以看出，整个帧结构可以分为3 个主要区域。一是 段开销区域( s o h ) ，s o h 又分为再生段开销( r s o h ) 和复用段开销 ( m s o h ) 。段开销是指s t m 帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传 递所必须的附加字节，主要是供网络运行、管理和维护使用的字节。 如帧定位字节、数据通道、公务通道以及误码校验字节等。二是管理 单元指针( a up t r ) 区域。管理单元指针用来指示数据在净荷区的实 际起始点。采用指针方式是s d h 的重要创新，可以使之在准同步环境 中完成复用同步和s t m n 信号的帧定位。三是净负荷( p a y l o a d ) 区域，它包含业务数据和低阶信号在向高阶信号复用时所加入的通道 开销( p o h ) 。 2 28 d h 指针功能 图2 2s d h 的帧结构 指针是s d h 引入的一个重要概念。指针分为管理单元指针和支路 单元指针，分别指示和确定净负荷的第一个字节在s t m n 帧内或支路 单元( t u ) 中的准确位置。指针的作用可归纳为4 点：第一，当网络 电子科技大学工学硕士学位论文 处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准。第二， 当网络失去同步时，指针用作频率和相位校准。当网络处于异步工作 时，指针用作频率跟踪校准。第三，指针还可以用来容纳网络中的相 位抖动和漂移。第四，通过帧定位可以使t u 位置固定。以便能够方 便地进行分插复用( a d m ) 和交叉连接( d x c ) 。 2 3s d h 映射复用结构 作为新一代的数字传输体制，s d h 能够兼容传统的p d h 信号，同 时又能能够容纳各种新业务，如a t m 、f d d i 及i p 等信号。映射的实 质是各种支路信号与相应的虚容器( v c ) 容量同步，以便使v c 成为可 以独立地进行传送、复用和交叉连接的实体。为了将各种信号装入s d h 帧的净荷区，需要经过映射、定位及复用等三个步骤，其一般过程如 图2 3 所示。 首先，p d h 等信号经过码速调整打包成容器c ，加上通道开销后 进入虚容器v c 这个过程就称为映射。然后经指针调整被定位到支路 单元t u 中，由t u 开始实现低阶信号向高阶信号的复用。t u 通过字 节间插复用成支路单元组t u g ，t u g 再复用进高阶的v c ，然后再经 过指针调整被适配进管理单元a u 及管理单元组a u g ，a u g 再经n 倍 的复用最后加上段开销部分构成s d h 的s t m - n 帧”j 。 图2 3s t m n 的映射复用结构 尽管一种信号复用成s d h 的s t m n 信号的路线有多种，但是对 于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化。我国的光同步传输网技 术体制规定了以2 m b p s 信号为基础的p d h 系列作为s d h 的有效负荷 8 电子科技大学工学硕士学位论文 并选用a u 4 的复用路线其结构见图2 4 所示。 图2 4 我国的s d h 基本复用映射结构 2 4s d h 网络的常见网元 s d h 传输网是由不同类型的网元( n e ) 通过线路的连接组成的， 通过不同的网元完成s d h 网的传送功能，包括：上下业务、交叉连接 业务、网络故障自愈等。 ( 一) 终端复用器( t m ) 终端复用器( t m ) 用在网络的终端站点上，它是一个双端口器件。 如图2 5 所示。 图2 5t m 模型 t m 的功能是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号 s t m n 中或从s t m n 的信号中分接出低速支路信号。 ( 二) 分插复用器 分插复用器( a d m ) 用于s d h 传输网络的转接站点处，是s d h 网 上使用最多最重要的一种网元。它是一个三端口的器件如图2 6 所示 9 电子科技大学工学硕士学位论文 s s f 耀一n m 信号 图2 6a d m 模型 a d m 的主要功能是从线路信号中分出和插入低阶信号。同时可以 将两侧的s t m n 信号送行交叉连接。从銎中可以看出，a d m 可以等 效成两个t m 。 ( 三) 霉生孛继器 光传输网的再生中继器( r e g ) 有两种，一种是纯光的再生中继 器主要进彳亍光功率放大以延长光传输距离；另一种是用予脉冲再生整 形的电再生中继器。主要通过光电变换、电信号抽样、判决、再生、 整形、电光交换以达到不积累线路嗓声保证线路上传送信号波形的完 好性。通常再生中继器还要产生新的再生段开销加到承载信号，并能 对线路信号质量进行鉴视。r e g 是双溃口器件，如图2 7 所示。 s s t m - n 图2 7 再生中继器 从图中可以看出。r e g 和a d m 褶比，只少了支路端口，如果a d m 在本地部上下话路，可以等效为一个r e g 。 ( 四) 数字交叉连接设备 数字交叉连接设备( d x c ) 主要完成s t m n 信号的交叉连接功能。 它是一个多端口器件，它实际上相当于一个交叉矩阵完成各个信号问 的交叉连接。如图2 8 所示 图2 8d x c 功能图 1 0 嗡一 电子科技大学工学硕士学位论文 d x c 允许接入不同等级速率的数字信号；能对接入信号的全部或 一部分进行交叉连接。功能强的d x c 能够完成高速信号在交叉矩阵内 的低阶交叉。 2 5s d h 组网 s d h 技术的核心在于组网，只有在网络的环境中，s d h 的优越性 才能充分发挥出来。s d h 传送网由分插复用设备( a d m ) 和数字交叉 连接设备( d x c ) 等基本网元( n e ) 组成节点，以大容量的光纤传输链 路相连接。构成具有高度灵活性和较强自愈能力的网络。s d h 系统有 多种组网方式，如链型、星型、环型及网格型等。图2 9 为我国的 s d h 网络结构1 5 1 。 图2 9s d h 组网 1 1 电子科技大学工学硕士学位论文 2 6s d h 网的分层模型 传送网的分层模型如图2 1 0 下所示1 2 1 。 示例 l 6 路4 k 交b i 换t s 网电) ( 分组交换网) ( 租用电路网： ill s d hv c i n 通道刚 s d hv c 一4 通道网 1 壹1 2 壶 l - il 。- + 。 传送网 图2 一10 传送网的分层模型示例 ( 一) 电路层网络 电路层网络涉及到电路层a p 之间的信息传递，并直接为用户提供 通信业务。其典型设备用于各种交换业务的交换机，用于租用线业务 的交叉连接设备以及i p 路由器等。 ( 二) 通道层网络 通道层网络涉及通道层a p 之间的信息传递，并支持一到多个电路 层网络。为电路层网络节点提供透明的通道。在s d h 传输网中，通道 层网络可分为高阶通道层网络和低阶通道层网络。 ( 三) 传输媒质层网络 其中传输媒质层网络可以进一步划分为段层网络和物理媒质层网 络，段层网络涉及保证通道层两个节点之间信息传递的完整性，而物 理层网络涉及具体的支持段层网络的传输媒质，如光缆或者天线。在 s d h 中段层网络进步细化为复用段层网络和再生段层网络。复用段 层网络涉及复用段终端之间的端到端信息传递。再生段层网络涉及再 生器之间或再生器与复用段终端之间的信息处理和传递等。物理层网 络主要完成光电脉冲形式的比特传送任务，与开销无关。 1 2 电子科技大学工学硕士学位论文 2 7s d h 告警指示信号 图2 1 1 是一个较详细的s d h 设备各功能块的告警流程图通过它 可看出s d h 设备各功能块产告警维护信号的相互关系。 r s t! m s t ； m s a ；h p t - h p a | 撺t r s - t i m ：= y、a i s 8 i p e r r 一一 m s - a i s | s m s b i pe n i ：= 7 y m 譬船 到 i m 摹r 瑚 - j 。 “ 1 l 曲氛 a u l o p：二二y 。、 “1 “ h p - s 山h p 粕q天 h p 二n m：= 刀、 ：一一 a l s h p - 4 5 i pe h l h 卜r 日 | h p r d 1 1 j - n s。j ”1 ” 3 ) 1 1 j - l o p ：二7 弋 、 u ，l 附量q一 u 1 u 堋m：= 歹， 、朋 l p - b i p e 哦： l p i 疆童 ，_ ， l p 删 。1 “ l p - $ 1 k叉瞄 o 襄示产生出辐应的告警或信号 表示检翻l l i 相麻的告警 图2 一1 1s d h 各功能块告警流程图 2 8s d h 设备的逻辑功能块 s d h 体制要求不同厂家的产品实现横向兼容，即要求设备的实现 要按照标准的规范。 t u t 采用功能参考模型的方法对s d h 设备进行 1 3 电子科技大学工学硕士学位论文 规范，将设备分解为一系列基本功能模块，对每一基本功能模块的内 部过程及输入和输出参考点原始信息流进行严格描述，而对整个设备 功能只进行一般化描述。不同的设备可以由这些基本功能模块灵活组 合而成，以完成其不同功能。逻辑功能块的典型示例如图2 一1 2 所示。 丑一渊鼬 口 口 叵 巨乎一外蕊步 图2 12s d h 逻辑设备功能块构成 下面对图2 1 2 的复合功能块作简要的介绍 6 1 。 ( 1 ) 传送终端功能( t t f ) 传送终端模块包括s d h 物理接口( s p i ) 、再生段终端( r s t ) 、复 用段终端( m s t ) 、复用段保护( m s p ) 和复用段适配( m s a ) 5 个基 本功能模块。传送终端功能主要作用是将网元接收到的s t m n 信号转 换成净负荷信号，并终结开销，或作相反的变换。 ( 2 ) 高阶通道连接( h p c ) 高阶通道连接( h p c ) 的核心是一个连接矩阵，它将若干个输入 的v c 4 连接到若干个输出v c 4 ，输入和输出具有相同的格式，只是 逻辑次序上有所不同而已。连接过程不影响信号的信息特征。高阶通 道连接是实现高阶通道d x c 和a d m 的关键。物理设备通常由交叉板 或时隙分配板来完成h p c 的功能。 电子科技大学工学硕士学位论文 ( 3 ) 高阶组装器( h o a ) 高阶组装器的主要功能是按照映射复用路线将低阶通道信号复用 成高阶通道信号，或作相反的处理。由高阶通道终端( h p t ) 和高阶 通道适配( h p a ) 功能块组成。 ( 4 ) 高阶接口( h o i ) 高阶接口功能块( h o i ) 的主要功能是将1 4 0 m b p s 信号映射到c 一4 中，并加上高阶通道开销( p o h ) 构成完整的v c 4 信号，或者作相反 的处理，即从v c 一4 信号中恢复出1 4 0 m b p sp d h 信号，并解读通道开 销。h o i 由p d h 物理接口( p p i ) 、低阶通道适配( l p a ) 、高阶通道终 端( h p t ) 组成。 ( 5 ) 低阶通道连接( l p c ) l p c 的功能是将输入口的低阶通道( v c 一1 2 v c 3 ) 分配给输出口 的低阶通道( v c 一1 2 v c 一3 ) ，其输入、输出口的信号格式相似，不同的 只是逻辑次序不同，连接的过程不影响信号的信息特征。在物理设备 上，此功能通常与h p c 起由交叉板实现。 ( 6 ) 低阶接口( l o i ) 低阶接口( l o i ) 功能块的主要功能是2 m b p s 或3 4 m b p sp d h 信 号映射到c 1 2 或c 3 中，加入通道开销( p o h ) ，构成完整的v c 1 2 或者v c 一3 ；或作相反的处理，低阶接口由低阶通道终端( l p t ) 、低阶 通道保护( l p p ) 、低阶通道适配( l p a ) 和p d h 物理接口( p p i ) 组 成的复合功能。 ( 7 ) 辅助功能块 s d h 设备要实用化，除了主信道的功能块以外，还必须含有定时、 开销和管理等辅助功能块。主要是同步设备管理功能( s e m f ) 、消息 通信功能( m c f ) 、同步设备定时源( s e t s ) 、同步设备定时物理接口 ( s e t p i ) 、开销接入接口( o h a ) 。 电子科技大学工学硕士学位论文 第3 章方案设计及论证 本文方案设计从项目的具体要求出发，在对现有通用光传输设备 的分析基础上，提出本文的设计方案，并对方案的可行牲进行了论证。 3 1 单板分接方案 方案的设计主要考虑项目的需求、方案的可实现性、时间节点等 要素。单板分接方案的提出借鉴了设备分接的方案，根据s d h 逻辑功 能的划分来设计。下面先对项目的需求进行分析。 3 1 1 项目需求分析 本项目要求设计一个s d h 专用的分接器，该分接器的输入速率是 s t m 1 6 等级，能够进行可编程的输出，输出支路速率分别为2 0 4 8 m b p s ( e 1 ) 和4 4 7 3 6 m b p s ( d s 3 ) ，输出群路速率分别为15 5 5 2 m b p s ( s t m 一1 ) 和9 9 5 3 2 8m b p s ( s t m 1 6 ) 。其中s t m 1 6 和s t m 1 以光接口的形式 输出，d s 3 ，e 1 以电接口的形式输出，告警作简化处理。 该项目要求能够从s t m 一16 速率中分接出e 1 支路信号和d s 3 支路 信号，并可以产生s t m 1 群路信号。同时该项目要求，经过时隙交换 队后，能够以s t m 1 6 的形式输出。可以分析得出该项目要求实现一 个简化的a d m 的功能，如图3 1 所示。该s d i q 专用分接器对告警处 理要求不高，同时只要求作分接处理。从而在处理中可以对告警的处 理进行相应的简化。但是为了测试方便，在设计实现中对e 1 支路、 d s 3 支路以及s t m 1 群路完成分接和复接的功能。 曼l d s 3 s i 贮l 图3 一l 专用a d m 框图 1 6 电子科技大学工学硕士学位论文 3 1 2 设备分接方案分析 光传输设备的主体结构功能框图通常如图3 2 所示，主要由线路 接口部分、交叉连接部分、支路部分、时钟处理部分、开销处理部分、 主控部分组成。线路单元和支路单元的主信号通过交叉连接部分相连 【6 1 。 图3 2 设备主体结构框图 一般来说，将以上各个单板装在子架上，组成一个设备。根据实 际的需要，选择一定的电路板插入到子架相应的插板区就可以形成不 同二的设备。 ( 一) 线路光接口板 线路接口分为光接口和电接口两种。s t m 1 6 光线路接口板主要完 成s t m 1 6 同步数字信号开销处理，并提供与交叉连接板之间的接口。 该接口板组成包括下列功能块：同步物理接口功能( s p i ) ，再生段终 端( r s t ) ，复用段终端( m s t ) ，复用段保护( m s p ) ，复用段适配( m s a ) 和高阶通道终端功能( h p t ) 。s t m 1 6 光线路接口板的功能框图如图3 3 所示。 。一。一一。一一一。一一一一一。一一一一一一一一一。一一。一一一一。一一一一一一一一一一一 图3 3 光线路接口板的功能框图 1 7 电子科技大学工学硕：t 学位论文 原理框图如图3 4 所示。 图3 4 光s t m 1 6 光接口扳的原理框图 其中c p u ，控制逻辑和邮箱组成的控制管理电路对于本单元电路 的所用监测点s 实施实时的监视和维护管理，与主控板一起共同完成 同步设备管理功能( s e m f ) 块的功能。 具体的告警类型如表3 1 所示。 告警类型告警描述参考点位置紧急程度 l o s信号丢失s 1危急 l o f帧丢失s 2危急 m s a i s复用段告警指示s 3危急 t f激光器发送失效s 1主要 b 2 e x cb 2 过量s 3次要 m s r d l复用段远端缺陷指示s 3次要 a u a 1 s管理单元告警指示s 4次要 a u l o p管理单元指针丢失s 4次要 h p t m高阶通道踪迹识别符适配s 6次要 h p s l m高阶通道信号标识适配s 6次要 t u l o m支路单元复帧丢失s 6次要 ( 二) e 1 支路电接口板 e 1 支路电接口板完成e l 信号的线路收、发转换及2 m h z 时钟的 提取、实现e 1 信号经t u g 一2 到v c 一4 的映射和解映射。同时收集支路 电于科技大学工学硕士学位论文 告警信号上报。该接口板组成包括下列功能块：p d h 物理接口( p p i ) ， 低阶通道适配( l p a ) ，低阶通道终端( l p t ) ，高阶通道适配( h p a ) 。 e 1 支路电接口板功能如图3 5 所示，原理图如图3 6 所示。 厂一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1 图3 5e 1 支路电接口板功能框图 。 1 ， 一一 + r - ir f l 解t t d 码b 3h 映射陋叫 l 。，一l i 、一一l 。+ 一 交叉板 二一 凹u i 叶二三；手享乎主控板 图3 6e 1 支路电接口板原理图 具体的告警类型如表3 2 所示。 表3 2e 1 支路电接口板告警类型表 告警类型告警描述参考点位置紧急程度 t u l o pt u 指针丢失s 7危急 t u a 1 st u 告警指示s 7危急 l p s l m低阶通道信号标记失配s 9主要 l p r d l低阶通道远端缺陷指示s 9次要 a l o s输入支路信号丢失s l l主要 母 电子科技大学工学硬士学位论文 ( 三) 开销处理板( 0 h p ) 开销处理板主要完成公务字节e l 和e 2 、使用者通过字节f l 和其 它数据字节的提取、插入、交换和处理。o h p 板由开销接入( o h a ) 功能块组成。 ( 四) 时钟板 时钟板主要完成同步设备定时源功能和同步定时物理接口。原理 框图如图3 7 所示。 图3 7 时钟板原理框图 ( 五) 主控板 主控板主要完成对同步设备的管理及通信功能，为设备提供与网 管理系统的接口。主控板主要由同步设备管理功能块和消息通信功能 块构成。其原理框图如图3 8 所示。 。1 。1 。”。一 ( 六) 交叉板 图3 8 主控板原理框图 电子科技大学工学硕士学位论文 交叉板实现高阶交叉和低价交叉，完成v c 1 2 到v c 4 的各个级 别的交叉连接。利用交叉连接功能可以实现设备类型、网络应用方式、 业务保护方式等各种配置，实现线路与线路、线路与支路之间的交叉 连接和执行