（通信与信息系统专业论文）基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现.pdf

北方交通火学硕士学位论文 y 8 7 9 2 0 5 基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 摘要 随着我们电信传输网络建设的逐步完善，如何对现有的网络资源 进行管理，进而发挥出更大的经济效益，成为各个电信运营商和运营 支撑服务提供商面对的共同挑战和机遇。 本文首先阐述了系统所涉及的主流传输技术，如：s d h 、d w d m 等。介绍了s d h 和d w d m 技术的基本概念和技术特点；以2 m 链路 的复用为例，详细的描述了s d h 的复用过程和步骤；介绍了d w d m 的工作方式和和对光信号的分出和插入。 其次，基于逻辑网的角度，详细的描述了传输资源管理系统的设 计与实现。对系统的各个模块做了详细的介绍。包括：设备管理模块、 端口配置模块、时隙分配模块、电路管理模块等；对系统的网络结构、 软件结构、数据库结构以及分层结构进行了描述。 然后，对系统所涉及的三个关键技术( 最短路径选择算法、m a p x 技术以及0 m c l es 口a t i a l 空间数据库) 在系统中的实现做了详细的介绍。 最后分析了本系统的开发应用的成功之处，并对系统的发展前景 提出了展望。 本系统功能强大，操作简单。在理论和实践上都具有一定的实用 价值。 关键词：s d h ，d w d m ，最短路径算法，时隙，电路，m a p x 北方交通大学硕士学位论文 基于逻辑嗣的传输资源管理系统的设计与实现 a b s t r a c t w i t ht h cr a p i dd e v e l o p m e n to ft r a n s p o r tn e t 、o r k ，h o wt om a l l a l l g e e x i s t i n gn e t w o r kr e s o u r c ea n dg e tm o r ee c o n o m i cb e n e f i ti s ac h a l l c n g a 1 1 dao p p o r t u n i t y w “c ha ut e l e c o mc o r p o r 砒i o na i l db o s sc o r p o r a t i o n f a c e t o f i r s t ，m a i nt r a n s p o nt e c h n o l o g i e sa r ei i l 仃o d u c e d ，s u c ha ss d ha n d d w d m w bs p e c i f yb a s i cc o n c 印t i o na i l dc h a r a c t e r i s t i co fs d ha i l d d w d m ；m u l t i p l e x i n gp r o c e s sw a si m m d u c e dt h r o u 曲2 ml i n k a sa e x 锄p l e ；w o ! km o d eo f d w d m a r l dd i v i s i o na n di n s e r to f o p t i c a ls i g n a l a n dm e n ，b a s eo n1 0 9 i cn e t w o r k ，w es p e c i 毋w h 0 1 ea n dd e t a i l e dd e s i g no f t h e s y s t e m e v e r y m o d u l ew a si n t r o d u c e d i n c l u d i n ge q u i p m e n t m a n a g e m e n t ，p o nm a n a g e m e n t ， t i m es l i c e m a n a g e m e m ， c i r c l l i t m a n a g e m e n t t h ea r c h i t e c t u r eo f t 1 1 i ss y s t e ms u c ha sn e t w o r ks t r u c t l l r e 、 s o n w a r es t m c t u r ea 1 1 dh i e r a r c h y t h i r d iy ，w ea n a l y z e da n di n 仃o d u c e dt 1 1 et h r e ek e yt e c l l l l o l o g y i n c l u d i n gr o u t e ra i l dd a t aw a r e h o u s i n g 、m a p xa n d 0 r a c l es p a t i a l a tl a s t ，廿l ep 印e rs u m m a r i z em es y s t e m sa p p l i c a t i o ni n s 伽1 c e ，a i l d p u tf o n v a r de x p e c t a t i o nf o ri t sd e v e l o p m e m t h es y s t e mi m m d u c e di nt h i sp a p e ri se a s yp r a c t i c a b l ea 1 1 dp o w e r f u l ， w h i c hi sv e r yv a l u a b l eb a t hi nt h e o r ya n di np r a c t i c e k e yw o r d s ：s d h ，d w d m ，d 巧k s t r a ，t i m e s l i c e ，c i r c u i t ，m a p x 2 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 第一章绪论 1 1 选题的背景和意义 传输资源是通信公司最宝贵的资源之一，网络的合理规划、建设 和管理对于通信公司的发展具有重要的意义。随着网络规模的不断扩 大，技术的不断发展和网络上承载的业务种类的扩大，对传输网管理 效率提出了更高的要求。然而，在厂商网管系统管理接口互不兼容和 对网络管理以上层面功能缺乏进一步开发的情况下，仅仅依靠厂商网 管系统，运营商已经很难对整个传输网的运营进行有效地管理。 厂商网管系统提供的功能与目前网络环境对网管的需求之间的矛 盾日益显现。作为传输0 s s 组成部分的传输网资源管理系统就是在这 种背景下提出的，许多运营商已经建立了传输网资源管理系统并将其 纳入到了自己的传输0 s s 。但是，在新的电信业务竞争环境下，它在 传输0 s s 中的作用以及如何进一步完善等问题，有一个再认识过程。 1 2 传输资源管理的现状 1 2 1 传输网建设现状 电信传输资源可分为物理资源和逻辑资源量大类，其中物理资源 主要包括：管道网网络资源，电缆网网络资源，光缆网网络资源，机房空 间及设备资源逻辑资源包括：w d m 系统、d w d m 系统、s d h 系统、 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 p d h 系统、段、通道、时隙等逻辑资源。这些传输资源之间的数据依 赖关系如下图所示： 传输嘲逻辑资髯 电扭啊嘲络簧膏i 机房空同爰设备资冀l 光摁翻一路壹潭 管道嘲喇磐资谭 图1 1 资源关系依赖图 干线光缆传输网是我国通信发展的立身之本。经过“八五”、“九 五”期间的大规模建设，我国电信基础设施进一步完善，网络容量快 速增长、技术水平显著提高，综合通信能力实现质的飞跃。半个世纪 筑就的“八纵八横”的布局，我国干线光缆传输网已具相当规模，网 络资源已相当丰富。 从我国目前传输网整体情况来看，我国长途干线传输网已具有相 当规模，网络资源相当丰富。到2 0 0 1 年末，全国公用电信网光缆线 路长度约1 5 8 万公里，其中长途干线光缆4 0 万公里，在2 0 0 0 年的基 础上，分别新增了3 8 万和1 2 万公里，增长了3 0 和3 8 。建成中 韩、环球、亚太、亚欧、中美、中俄、中日等多条国际海陆光缆，已 通达世界上主要的国家和地区。 主体呈“八纵八横”结构的全国长途干线光缆网基本覆盖全国所 有的地市及大部分县( 市) ，芯线长度达到9 9 0 多万芯公里。在业务 量大的城市和重点城市间已具备两个以上的物理路由。重要干线沿线 上有多条光缆，主要节点之间的光缆芯数均在1 0 0 芯以上，尤其是东 中部地区，个别路段的光缆芯线数达2 0 0 多芯，甚至3 0 0 多芯。从容 量上看，已基本满足现阶段和未来一段时间内经济和社会发展的需 要，目前我国的干线网络资源已经相当丰富。 北方交通_ = 学硕上学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 1 2 1传输网管理系统建设现状 近几年，中国电信业迎来了空前的大改革。通过改革，中国的 电信运营市场呈现垄断逐步瓦解、竞争日趋规范和激烈、市场越来越 开放的局面。与此同时，2oo1 年年底中国加入wto ，更对国内 的电信运营商提出了新的挑战。所有这些表明，中国电信业正在走向 新运营时代。这一时代具有以下几个关键特点： 首先，运营商企业化的运作使生产效益和利润成为核心问题： 其次，开放竞争的市场使客户成为运营商关注的焦点，服务的竞争同 趋激烈；第三，随着网络技术实力的提升和接近，市场和业务的争夺 成为运营商成败的关键。新运营时代的到来，对整个电信运营架构都 带来了冲击。为构建新的高效的运营服务体系，bss oss 的建 设势在必行。 一些专家指出，中国电信业中的很多运营公司，看上去也有很 强的实力，但跟国际大运营公司相比，中国的电信运营商的管理能力、 bss oss 的整体能力还不是很完善。目前，中国的电信运营商 的网络覆盖和技术水平已居于世界前列，但网络的管理水平、运营水 平、效益水平与其还有差距。入世以后，电信运营商都面临“怎样降 低成本、留住用户”的问题，除日益面临的外部压力以外，内部市场 也有压力。现在很多运营商所提供的业务相互之间的替代性比较强， 客户的选择度比较大，这对运营商来讲就面临着如何提高管理、运营、 服务能力，进而提升核心竞争力的问题，这也成为广大运营商的当务 之急和重要战略。中国移动已经启动boss 项目，中国联通也在做 这些工作，中国电信和其他的电信公司也在从不同的角度做工作，最 终大家都希望走到bss oss 系统上来。 北方交通大学硕十学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 有效的传输资源管理系统能对系统和网络进行有效的管理，保 证整个系统安全、可靠、高效地运行，快速查找故障及瓶颈，使系统 提供更优质的服务。同时对业务的正常开展提供基础支持，也为业务 开发及发展规划提供基础数据。但是复杂的传输网现状，给传输网的 运行维护和综合管理带来了很大的困难。在传输网建设的初始阶段， 这个问题尚不突出。但是随着网络建设的完善，维护的要求就越来越 强烈。而现有的管理维护方式存在着很多问题，主要表现在： l 、分散监控、管理各个厂家设备，各个厂家提供的网管系统互不兼 容，造成维护力量分散，人力资源紧张； 2 、缺乏对全网资源的运行、使用情况的掌握和了解，无法实现全网 运行质量的评估，不能进行全网的宏观调控。 用户对出租电路的需求日益增多，传输网已从早先的幕后走到前 台。在现有各自独立、互不沟通的网络管理现状下，只有通过人 工长时间的复杂调查、核实才能实现一条跨系统、跨区域的通道 开通，无法做到快速响应用户的电路开通需求； 4 、各级管理人员对传输网络的运行情况都缺少一种科学、合理的智 能评估手段，还停留在人工汇总、人工分析阶段，不仅工作量大， 其真实性、有效性也值得商榷； 5 、现有资源管理系统中传输资源数据大都采用人工维护方式，对于 智能设备，数据复杂，并且数据量非常大，仅采用人工维护方式 很难保证数据的完整性和准确性，在这种情况下，资源管理系统 无法发挥其应有的功效； 6 、管理和维护自动化程度不高，历史资料多为手工记录；资料保存费 时，费力，占地；查询某个设备，某条光缆或电缆等的信息需要耗费大 量的人力物力； 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 没有统一的电信传输资源管理系统，各个部门的资料分别建立和保存， 造成资料不统一，必须花费大量的时间进行数据处理和交流。 1 3 国内外动态 随着国内运营格局得形成和运营商之间竞争得加剧，国内电信运 营商为了提高其资源利用率和服务水平、降低成本、增强其自身得竞 争力，纷纷开始关注企业得电信业务运营支撑系统得建设，而传输资 源管理是运营支撑系统得核心内容之一。 各个电信运营商和厂商正在不断得开发和探索和开发 ( b s s 0 s s ) ( 电信运营支撑系统业务支撑系统) 。例如：移动得b 0 s s 、 亚信和思科共同推出得0 s s b s s 解决方案等、各个厂商对于下一代 运营支撑系统( n g b o s s ) 的研究也在进行之中。 与此同时，对于b o s s 标准也在紧锣密鼓的制订当中。我国对 0 s s b s s 标准制订跟踪工作于上世纪末期有了较大发展，主要集中于 i t u t 的t m n 所建议的本地化工作。目前，已经在0 s s 标准方面开 展工作的主要有中国通信标准化协会。其下设有无线通信、i p 与多媒 体通信、传输网与接入网、网络与交换、网络管理、通信电源产品和 电磁环境影响保护等研究组进行相关的标准研究工作。主要工作集中 在网元、网络管理、业务提供等方面的研究，而没有完善覆盖电信服 务方面，尤其是o s s b s s 。2 0 0 1 年，中国移动推出中国移动b o s s 系统业务规范和技术规范。2 0 0 1 年1 1 月，亚信与思科合作成立了 0 s s b s s 实验室。当月，同天集团也建立o s s b s s 实验室。2 0 0 2 年 6 月，中国电信系统集成公司与中国惠普联合建立0 s s b s s 实验室， 并于同年1 2 月召开了0 s s b s s 实验室技术高峰会议。但是在 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 o s s b s s 的标准的研究和制定上，始终没有取得太多实质性的进展。 目前已经提出的下一代运营支撑系统标准体系主要有：i t u t 提出 的t m n 、t m f 提出的n g o s s ( 包括t o h 及e 1 。o m ) 等，其中n g o s s 尤其受到关注，相关标准和软件包在迅速制订和开发中。 1 4 论文所研究的内容 本系统是基于逻辑网和数据库技术来实现的一个传输资源管理系统。 因此对于传输资源逻辑管理是研究的主要内容，也是本文研究的难 点。 本论文包含一下几个方面： 1 、第一章论述了选题的背景和意义，国内外的动态，以及传输资源 管理的现状。 2 、第二章讲述了系统相关的技术，如s d h 和d w d m 技术。详细讲 述了2 m 链路的复用过程。 3 、第三章是本文的重点，详细的介绍了系统各个模块的功能和实现， 包括：电路管理模块、时隙分配模块、端口配置模块、设备管理 模块、线缆管理模块、故障处理模块。还详细描述了系统的结构。 4 、第四章讲述了系统所采用的关键技术的实现，如最短路径算法、 数据库技术等。 5 、第五章对论文做了总结，并提出了系统的展望。 北方交通大学硕士学位论_ 直= 基于逻辑| = j 】j 的传输资源管理系统的吐训与实现 第二章系统涉及的主要技术 2 1s d h 技术 2 1 1s d h 技术的基本概念 、同步数字体系( s d h ) 产生的必然性： 电信传输方式自模拟转变成数字以来，一直沿用的是准同步 数字体系( p d h ) 的传输方式。这种以点到点为主的传输方式曾 在电信网中发挥过重要作用，有力地推动了电信网中数字传输技 术向前发展。然而，随着现代电信技术的迅猛发展，p d h 的传输 方式j e 逐渐暴露出不足之处，愈来愈不能适应信息时代对电信网 的要求，在这种形势下同步数字体系( s d h ) 的出现就成了电信 传输技术进一步发展的必然趋势。 在数字信号的复用结构中，存在两种不同的传输体制和三大 地区( 欧洲、北美、日本) 的不同标准。这种传输力式称为准同 步数字体系( p d h ) 。毫无疑问，p d h 在通信传输技术由模拟转 变为数字的发展过程中发挥过很大作用，过去在电信网的传输中 一直占据着主导地位，至今网络中还有相当部分的传输系统在沿 用p d h 的传输体制。但是，随着电信网的发展和用户要求的提高， p d h 正暴露出它固有的以下缺点。 现代通信的趋势是向宽带化和多样化的方向发展，在这种形 势下，以话音业务为基础设计的p d i 显然难于满足要求。 p d h 的传输线路主要足点对点的连接，缺乏网络拓扑的灵活 性，嘲络的调度性和自愈功能较差。建立在点对点传输基础 性，网络的调度性和自愈功能较差。建矗在点对点传输基础 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 上的体制无法提供最佳的路由选择，数字通道设备的利用率 不高。 复用结构复杂，缺乏灵活的软件控制。例如，要从电话传输 业务的高次群电路中上下一个话路，需进行逐级的码速调整 复用解复用，要配备背靠背的复用解复用器，增加了设 备的复杂程度。 没有统一的世界性的标准，存在着相互独立的三大地区性数 字体系，它们互不兼容，造成国际互通的困难。 用于网络运行、管理和维护( o a m ) 的开销资源明显不足， 阻碍了网络管理能力的增强和提高，无法适应不断发展的电 信网的要求，也影响了电信管理网现代化的实现。 缺乏统一的标准光接口规范，导致各个厂家自行开发的专用 光接口互不兼容，必须通过光电转换后，在标准电接口( g 7 0 3 ) 上才能互通。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。 p d h 存在的以上缺陷，阻碍了电信网的进一步发展。在这种背景 下 ，同步数字体系( s d h ) 的产生就成了必然结果。与p d h 相b e ， s d h 具有许多优点： s d h 采用了同步复用方式和灵活的利用映射结构，简化了数 字复接分接过程，避免了p d h 复用、解复用时固有的分插过 程。 使p d h 的1 5 4 4 m b i 讹和2 0 4 8 m b i t ，s 两大数字体系( 三个地 区性标准) 在s t m 一1 等级上获得了统一。s d h 网具有良好的 后向兼容和前向兼容性。向后看，可与现有的p d h 网完全兼 容；向前看，s d h 充分考虑了未来的发展，可以容纳各种新 北方交通大学硕士学位论文 基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 的数字业务信号。 帧结构中安排了丰富的开销比特，使s d h 网络的运行管理和 维护( 0 a m ) 能力大大增强，能够适应将来向电信管理网 ( t m n ) 发展。 具有全世界统一的网络节点接口( n n i ) ，并对各网络单元的 光接口有严格的规范要求。 采用了先进的分插复用器( a d m ) 、数字交叉连接( d x c ) 等设备，使组网能力和自愈能力大大增强，同时，也降低了 网络的维护管理费用。 正是由于s d h 具有上述这些p d h 无法比拟的优点，使得s d h 一经出现，就充分显示出了强大的生命力。 2 、s d h 的技术特点 s d h 具有许多较为鲜明的特点，归纳起来，其中最为核心的是统 一了光接口、同步复用和强大的网管能力。 ( 1 ) 网络节点接口 一般来讲，传输网是由传输设备和网络节点组成的，所谓网络节 点接口就是指传输设备和网络节点之间的接口。网络节点可包括诸如 6 4 k b i t s 电路节点、宽带节点等。要规定一个统一的标准接口，使该 接口不受限于特定的传输媒介，也不局限于特定的网络节点，而能结 合所有的设备和节点，构成一个统一的传输、复用、交叉连接和交换 接口。这样，一个网络节点接口对将来的网络演变和发展具有很强的 适应性和灵活性，并可能最终构成一个统一的电信网络基础设施。要 规范一个统一的网络节点接口，首要的任务必须对接口的传输速率帧 结构和复用结构等进行标准化，而这一切都在sdh 的框架内作了较 为明确的规范。 北方交通太学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 ( 2 ) 速率与帧结构 s d h 规定了一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块 s t m - n ( n = 1 ，4 ，1 6 ，6 4 ) 。其中最基本的模块是s t m 一1 ，其速率 为l5 5 5 2 0 m b i 讹。对于更高等级的s t m n 信号的速率，可以从该基 本速率的整数倍得出，表示方法也可以用基本速率的相应倍数来表 示，它们之间是4 的整数倍的关系，由此可以获得s t m 4 ，s t m 1 6 ， s t m 6 4 等。 s d h 传输技术的基础是帧结构。s d h 帧结构与p d h 不同，是采 用以字节为单位的块状帧结构，如图1 1 所示，整个帧结构可以分为 三个基本区域，即段开销( s o h ) 区域、信息净负荷( p a y l o a d ) 区域 和管理单元指针( a up t r ) 区域。 图2 1s d h 帧结构 ( 1 ) 段开销( s o h ) 区域 帧结构中的第1 到第9 n 列、第1 到第3 行和第5 至第9 行的7 2 + n 个字节分配作为段开销区域。段开销中所含的字节 主要是供网络的运行、管理和维护使用的，是s t m 帧结构中为 了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节。在帧结构 1 4 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 中，共有4 6 0 8 m b i “s 用于网络运行、管理和维护的目的。由于 具有丰富的开销，为增强s d h 网络管理的功能奠定了基础，这 是s d h 的重要特点之一。 段开销又可分为再生段开销( r s o h ) 和复用段开销 ( m s o h ) 两个部分。 ( 2 ) 信息净负荷( p a y l o a d ) 区域 所谓信息净负荷区域是指帧结构中用于存放各种信息的地 方。 ( 3 ) 管理单元指针( a u p t r ) 区域 管理单元指针由帧结构的第4 行中第1 9 + n 个字节构 成，用来指示信息净负荷的第1 个字节在s t m - n 帧中的准确位 置。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。这一方法消除了常规 准同步系统中滑动缓存器引起的延时和性能损伤。 2 1 2s d h 的复用结构和步骤 s d h 的复用包括两种情况：一种是低阶的s d h 信号复用成高阶s d h 信号，另一种是低速支路信号例如2 m b i t s 、3 4 m b i t s 、1 4 0 m b i t s 复 用成s d h 信号s t m n 第一种情况主要通过字节间插复用方式来完成的复用的个数是4 合一即，4 s t m 1 s t m 一4 、4 s t m 一4 一 s t m 1 6 在复用过程中保 持帧频不变8 0 0 0 帧秒，这就意味着高一级的s t m - n 信号是低一级的 s t m - n 信号速率的4 倍。在进行字节间插复用过程中各帧的信息净负 荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用 北方变通大学硕士学位论文 基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 成的s t m n 帧中，s o h 并不是所有低阶s d h 帧中的段开销间插复用而 成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。 第二种情况用得最多的就是将p d h 信号复用进s t m n 信号中去。 传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种： 比特塞入法又叫做码速调整法 这种方法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载 有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异异步复用因 为存在一个比特塞入和去塞入的过程。码速调整而不能将支路信 号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也 就是说不能直接从高速信号中上下，低速支路信号要一级一级的 进行。这也就是p d h 的复用方式。 固定位置映射法 这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置，来携带低速 同步信号。要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致， 可方便的从高速信号中直接上下低速支路信号，但当高速信号和 低速信号间出现频差和相差( 不同步) 时要用1 2 5 峪( 8 0 0 0 帧秒) 缓存器来进行频率校正和相位对准。导致信号较大延时和滑动损 伤。 从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高 速信号中上下低速支路信号。固定位罱映射法引入的信号时延过大。 s d h 网的兼容性要求s d h 的复用方式既能满足异步复用，例如将p d h 信号复用进s t m n 。又能满足同步复用，例如( s t m 一1 一 s t m 4 ) ，而 且能方便地由高速s t m n 信号分插出低速信号，同时不造成较大的 信号时延和滑动损伤。这就要求s d h 需采用自己独特的一套复用步骤 北方交通大学硕十学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计弓实现 和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代1 2 5 “s 缓存器，用以校正支路信号频差和实现相位对准。各种业务信号复用 进s t m - n 帧的过程都要经历映射( 相当于信号打包) ，定位( 相当于 指针调整) ，复用( 相当于字节间插复用) 三个步骤。 i t u t 规定了一整套完整的复用结构，也就是复用路线通过这些 路线，可将p d h 的3 个系列的数字信号，以多种方法复用成s t m n 信 号。 i t u t 规定的复用路线如图： 图2 - 2 g 7 0 9 复用映射结构 从图2 2 中可以看到此复用结构包括了一些基本的复用单元：c 一 容器，v c 一虚容器，t u 一支路单元，t u e 一支路单元组，a u 一管理 单元，a u g 一管理单元组。这些复用单元的下标表示与此复用单元相 应的信号级别。在图中从一个有效负荷到s t m - n 的复用路线不是唯一 的有多条路线，也就是说有多种复用方法例如2 m b i “s 的信号有两条复 用路线，也就是说可用两种方法复用成s t m - n 信号。 2 m b i t s 信号的复用方法和步骤： 当前运用得最多的复用方式是将2 m b i t s 信号复用进s t m _ n 信号 中。它也是p d h 信号复用进s d h 信号最复杂的一种复用方式。 1 ) 首先，将2 m b i “s 的p d h 信号经过速率适配装载到对应的标准容器 北方交通大学硕上学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 c 1 2 中。为了便于速率的适配采用了复帧的概念，即将4 个c 1 2 基帧组 成一个复帧。c 1 2 的基帧帧频也是8 0 0 0 帧秒，那么c 1 2 复帧的帧频就 成了2 0 0 0 帧秒。 采用复帧纯粹是为了码速适配的方便。例如若e 1 信号的速率是标 准的2 0 4 8 m b i t s 。那么装入c 1 2 时正好是每个基帧装入3 2 个字节，2 5 6 比特有效信息。这是因为c 1 2 帧频8 0 0 0 帧秒。p c m 3 0 3 2 【e 1 】信号也是 8 0 0 0 帧秒。但当e 1 信号的速率不是标准速率2 0 4 8 m b i t s 时，那么装入 每个c 1 2 的平均比特数就不是整数例如e l 速率。是2 0 4 6 m b i t s 时，那 么将此信号装入c 1 2 基帧时，平均每帧装入的比特数是( 2 0 4 61 0 6 b 秒) ( 8 0 0 0 帧秒) = 2 5 5 7 5 b i t 有效信息比特数不是整数，因此无法进行 装入。若此时取4 个基帧为一个复帧，c 1 2 复帧结构和字节安排如图3 所示： yw wgw w gwwmnw ww ww w ww wwww ww w ww ww wwww ww 第四个 ww w 第三个 ww 第三个c - 1 2 基帧 w 第个 w w wc 1 2 基帧wwo l z 基帧ww0 1 2 熬帧w w结构9 w 缔捣9 结构9 结构9 4 2 w4 - 2 = 3 2 www4 2 = 3 2 www4 2 = 3 2 ww w= 3 l w lw + 2 y+ l y l g+ l y + 1 gy + wwwwww ww t m + l n ww wwww ww wwyl 7wywwywwy 图2 3 c 一1 2 复帧结构和字节安排 那么正好一个复帧装入的比特数为( 2 0 4 6 1 0 6 b i 们少) ( 2 0 0 0 帧秒) = 1 0 2 3 b i t ，可在前三个基帧每帧装入2 5 6 b i t ( 3 2 字节) 有效信息，在 第4 帧装入2 5 5 个b i t 的有效信息。这样就可将此速率的e 1 信号完整的适 配进c 1 2 中去。 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 c 1 2 基帧结构是9 4 2 个字节的带缺口的块状帧，4 个基帧组成 一个复帧，一个复帧共有c 1 2 复帧= 4 ( 9 4 2 ) = 1 3 6 字节= 1 2 7 w + 5 y + 2 g + 1 m + 1 n = ( 1 0 2 3 i + s 1 + s 2 ) + 3 c 1 + 4 9 r + 8 0 = 1 0 8 8 b i t ， 其中负、正调整控制比特c 1 、c 2 分别控制负、正调整机会s 1 、s 2 。 当c l c l c l = 0 0 0 时，s 1 放有效信息比特i ，而c l c l c l = 1 1 l 时s 1 放塞 入比特r ，c 2 以同样方式控制s 2 。 那么复帧可容纳有效信息负荷的允许速率范围是： c 一1 2 复帧m a x = ( 1 0 2 3 + 1 + 1 ) 2 0 0 0 = 2 0 5 0 m b i “s c 一1 2 复帧m i n = ( 1 0 2 3 + 0 + o ) 2 0 0 0 = 2 0 4 6 m b i “s 也就是说，当e 1 信号适配进c 1 2 时只要e 1 信号的速率范围在 2 0 4 6 m b i t s 2 0 5 0 m b i t s 的范围内，就可以将其装载进标准的c 1 2 容器中，也就是说可以经过码速调整将其速率调整成标准的c 1 2 速率 2 1 7 6 m b i “s 。 2 ) 其次，为了在s d h 网的传输中能实时监测任一个2 m b i _ 【s 通道信号 的性能，需将c 1 2 再打包加入相应的通道开销低阶通道开销，使其成 为v c l 2 的信息结构。此处l p p o h 低阶通道开销是加在每个基帧左 上角的缺口上的；一个复帧有一组低阶通道开销，共4 个字节v 5 、j 2 、 n 2 、k 4 。因为v c 可看成一个独立的实体，因此对2 m b i “s 的业务的调 配是以v c l 2 为单位的 一组通道开销监测的是整个一个复帧在网络上传输的状态，一个 c 1 2 复帧装载的是4 帧p c m 3 0 3 2 的信号，因此，一组l p p o h 监控的是 4 帧p c m 3 0 3 2 信号的传输状态。 3 ) 为了使收端能正确定位v c l 2 的帧，在v c l 2 复帧的4 个缺口上再加 上 4 个字节的t u p t r 。这时信号的信息结构就变成了t u l 2 。9 行4 列 t u - p t r 指示复帧中第一个v c l 2 的起点在t u l 2 复帧中的具体位置。 1 9 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 4 ) 3 个t u l 2 经过字节间插复用合成t u g 2 。此时的帧结构是9 行1 2 列。 5 ) 7 个t u g 2 经过字节间插复用合成t u g 3 的信息结构，7 个t u g 2 合 成的信息结构是9 行8 4 列，为满足t u g 3 的信息结构，9 行8 6 列则需在7 个t u g 一2 合成的信息结构前加入两列固定塞入比特。 6 ) t u g 3 信息结构再复用进s t m n 中 2 1 3s d h 设备的逻辑组成 1 ) s d h 网络的常见网元 s d h 传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的通过 不同的网元完成s d h 网的传送功能上下业务交叉连接业务网络故障 白愈等。 s d h 网中常见网元的特点和基本功能： t m 终端复用器： 终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点上。 它是一个双端口器件。它的作用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 的信号中分出低速支路信号。 它的线路端口输入输出一路t m n 信号，而支路端口却可以输出输入 多路低速支路信号。在将低速支路信号复用进s t m n 帧将低速信号复 用到线路上时，有一个交叉的功能。例如可将支路的一个s t m 1 信号 复用进线路上的s t m 一1 6 信号中的任意位置上，也就是指复用在1 1 6 个s t m 一1 的任一个位置上，将支路的2 m b 州s 信号可复用到一个s t m 一1 中6 3 个v c l 2 的任一个位置上去。 a d m 分，插复用器： 分插复用器用于s d h 传输网络的转接站点处。例如，链的中间结 北方交通大学硕士学位论文基十逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 点或环上结点。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。a d m 有两个线路端口和一个支路端口，两个线路端口各 接一侧的光缆，每侧收发共两根光纤，为了描述方便将其分为( 西) w 向、( 东) e 向。两个线路端口a d m 的作用是，将低速支路信号交 叉复用进东或西向线路上去或从东或西侧线路端口收的线路信号中 拆分出低速支路信号，另外，还可将东西向线路侧的s t m - n 信号进 行交叉连接。例如，将东向s t m 1 6 中的3 捍s 1 m 一1 与西向s t m - 1 6 中的 】5 # s t m 1 相连接。a d m 是s d h 最重要的一种网元，通过它可等效成 其它网元，即能完成其它网元的功能，例如一个a d m 可等效成两个 t m 。 d x c 数字交叉连接设备 数字交叉连接设备完成的主要是s t m 悄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，完成各个信号间 的交叉连接。d x c 可将输入的m 路s t m _ n 信号交叉连接到输出的n 路 s t m n 信号上。d x c 的核心是交叉连接，功能强的d x c 能完成高速( 例 s t m 一1 6 ) 信号在交叉矩阵内的低级别交叉( 例如v c l 2 ) 级别的交叉 通常用d x c i l l n 来表示一个d x c 的类型和性能注mnm 表示可接入 d x c 的最高速率等级n 表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速 率级别m 越大表示d x c 的承载容量越大n 越小表示d x c 的交叉灵活性 越大m 和n 的相应数值的含义见下表： 1 瞅bo1235 8 程2 喇 9 建雅 斛删2 白e 括强雌3 4 m 晡他t 4 酬瞻 晒铀z 5 g 嘲 2 ) s 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，这就必然会要求设 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 备的实现要按照标准的规范。而不同厂家的设备千差万别那么怎样才 能实现设备的标准化以达到互连的要求呢? i t u t 采用功能参考模型的方法对s d h 设备进行规范。它将设备 所应完成的功能分解为各种基本的标准功能块。功能块的实现与设备 的物理实现无关，以哪种方法实现不受限制。不同的设备由这些基本 的功能块灵活组合而成，以完成设备不同的功能。通过基本功能块的 标准化来规范了设备的标准化。同时也使规范具有普遍性叙述清晰简 单。 s d h 设备的逻辑功能构成如图： 图2 4s d h 设备的逻辑功能结构 功能块名称说明如下： s p i s d h 物理接口 t t f 传送终端功能 r s t 再生段终端 北方交通人学硕士学位论文 基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 h o i高阶接口 m s t复用段终端 l o i 低阶接口 m s p 复用段保护 h o a 高阶组装器 m s a 复用段适配 h p c高阶通道连接 p p i p d h 物理接口 o h a开销接入功能 l p a 低阶通道适配 s e m f 同步设备管理功能 l p t 低阶通道终端 m c f消息通信功能 l p c 低阶通道连接 s e t s 同步设备时钟源 h p a高阶通道适配 s e t p i 同步设备定时物理接口 h p t高阶通道终端 图4 为一个t m 的功能块组成图，其信号流程是线路上的s t m n 信号从 设备的a 参考点进入设备，依次经过a b c d e f g l m 拆分成 1 4 0 m b i t s 的p d h 信号；经过a b c d e f g h i j k 拆分成2 m b i t s 或 3 4 m b i t s 的p d h 信号。这里以2 m b i t s 信号为例，在这里将其定义为设 备的收方向，相应的发方向，就是沿这两条路径的反方向，将1 4 0 m b i “s 和2 m b i “s 、3 4 m b i t ，s 的p d h 信号，复用到线路上的s t m _ n 信号帧中。 设备的这些功能是由各个基本功能块共同完成的。 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 2 2d w d m 技术 2 2 1d w d m 概念 d w d m 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个 波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道 系统相比，密集w d m ( d w d m ) 不仅极大地提高了网络系统的通信 容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸 多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光 明。 与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统 中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率( 或波长) 不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现 多路光信号的复用传输。人们通常把光信道间隔较大( 甚至在光纤不 同窗口上) 的复用称为光波分复用( w d m ) ，再把在同一窗口中信道 间隔较小的d w d m 称为密集波分复用( d w d m ) 。随着科技的进步， 现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波 长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格 而已，因此把波长间隔较小的8 个波、1 6 个波、3 2 乃至更多个波长 的复用称为d w d m 。 2 2 2d w d m 的系统构成 d w d m 系统的构成及光谱示意图如图所示 2 4 北方交通大学坝士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 竺二jl 一 光 被 匡卜 长 卜 复 1 _ 用 器 光功率放大 画一 光 旬 波 卜 长 o 一伊 分 用 姑 光前置放大 旬 光 谱 图2 5d w d m 系统的构成及频谱示意图 2 2 3d w d m 的工作方式 双纤双向传输： 如0 6 所示，一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号 的传输由另一根光纤来完成。因此，同一波长在两个方向上可以 重复利用。 这种d w d m 系统可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光 纤的传输容量扩大几倍至几十倍。在长途网中，可以根据实际业 务量的需要逐步增加波长来实现扩容，十分灵活。在不清楚实际 光缆色散的前提下，也是一种暂时避免采用超高速光系统而利用 多个2 5 g b i “s 系统实现超大量传输的手段。 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 图2 6 双纤双向传输的d w d m 系统 单纤双向传输 如o 所示，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个 方向光信号应安排在不同波长上。 图2 7单纤双向传输的d w d m 系统 单纤双向传输允许单根光纤携带全双工通路，通常可以比单向传输节 北方交通人学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 约一半的光纤器件，由于两个方向传输的信号不交互产生f w m ( 四 波混频) 产物，因此其总的f w m 产物比双纤单向传输少很多，但缺 点是该系统需要采用特殊的措施来对付光反射( 包括由于光接头引起 的离散反射和光纤本身的瑞利后向反射) ，以防多径干扰；当需要将 光信号放大以延长传输距离时，必须采用双向光纤放大器以及光环形 器等元件，但其噪声系数稍差 2 2 4 光信号的分出和插入 图2 8光分出和插入传输 通过光分插复用器( o a d m ) 可以实现各波长的光信号在中间站 的分出与插入，即完成上下光路，利用这种方式可以完成d w d m 系 统的环形组网。 光复用器是专门为波分复用( w d w ) 系统设计的部件，气功能 是将两个或者更多的波长耦合进同一根光纤。分用器将复用器复合的 通路拆开；它把复用在光线上的各个波长分离并送到许多光纤。 o a d m 有选择的从复用的光纤内的许多波长中移出( 分支) ，也就是 在这个通路上的业务流，然后插入相同方向的相同波长但内容不同的 数据流。 北方交通大学硕士学位论文基于逻辑网的传输资源管理系统的设计与实现 光分插复用器在w d m 系统中有选择地上下所需速率、格式和 协议类型的光波长信号。它不像在传统长距离系统中使用的常规光耦 合器那样将所有波长信号全部解复用，而是在节点上只分接插入所 需波长信号，其它波长信号则光学透明地通过这个节点。 动态( 灵活、可重构或可编程) 的光分插复用器是城域光网络得 以实现的根本。局际光学环网使用动态的光分插复用