（通信与信息系统专业论文）立体网状网的组建—光传输网络优化.pdf

南京邮电大学工程硕士研究生学位论文摘要 摘要 在现有设备和线路情况下，追求光传输网络的最佳性能是所有运营商的目标和 要求。组建立体网状网络，将现有网络优化到最佳性能，是本文的研究主题。 本文主要研究光传输网络立体网状网的组建。通过对sdh 基本原理的学习和 研究，参照as0n 的原理模型，研究开发现有sdh 设备的性能，研究现有网络 存在的多种问题，寻求解决问题所需要的基本原理和实际组建立体网状网络所需的 各种条件。结合eci 的sdh 设备，经过实验并试运行，发现立体网组建尚未准 各充分的要因，找出最终的解决方案，提供优化传输网络切实可行的立体网状网组 建流程。最后，给出一个成功的立体网组建案例。 关键词：s i ) h 原理：光传输网；立体网状网； 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 a bs t r a c t t h eb e s tp e r f o r m a n c eo fo p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki st h eo b j e c t i v e sa n d r e q u i r e m e n t so f a l lo p e r a t o r si ne x i s t i n ge q u i p m e n ta n dl i n e s t h et h e m eo ft h i sp a p e ri st o o p t i m i z et h ee x i s t i n gn e t w o r k t oo p t i m a l p e r f o r m a n c el e v e lb yt h ef o r m a t i o no fs t e r e o m e s hn e t w o r k t h i sp a p e rs t u d i e so nt h ef o r m a t i o no fo p t i c a lt r a n s m i s s i o ns t e r e om e s hn e t w o r k t h r o u g ht h el e a r n i n ga n d r e s e a r c ho fs d hb a s i cp r i n c i p l e s ，a n dr e f e r e n c i n ga s o nm o d e l ， t h i sp a p e rw i l lr e s e a r c ht h ep e r f o r m a n c eo fe x i s t i n gs d he q u i p m e n t ，s t u d yt h ed i f f e r e n t p r o b l e m so fe x i s t i n gn e t w o r k s ，a n df i n dt h eb a s i cp r i n c i p l e sf o rs o l u t i o n st op r o b l e m sa n d t h e c o n d i t i o n sr e q u i r e df o rt h ea c t u a lf o r m a t i o no fs t e r e om e s hn e t w o r k w i t ht h es d h e q u i p m e n t so fe c i ，b ye x p e r i m e n t i n ga n do p e r a t i o nt e s t ，t h i sp a p e rh a sf o u n dt h er e a s o n t h a tt h es t e r e on e t w o r kh a sn o ty e ts e tu pt op r e p a r ef o rt h ef u l l ，h a sf o u n daf i n a ls o l u t i o n , a n dp r o v i d e daf o r m a t i o np r o c e s so fs t e r e om e s hn e t w o r k f i n a l l y ，t h i sp a p e rh a sg i v e na s u c c e s s f u lf o r m i n gc a s eo fs t e r e on e t w o r k k e y w o r d s ：s d hb a s i cp r i n c i p l e s ：o p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r k ：s t e r e o m e s hn e t w o r k ： 南京邮电大学论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作所取得的研 究成果尽我所知，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，也不包括为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸制论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文 被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括 刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：! 篁丝!导师签名： 日期：丝垦2 ：厂 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 中国联通青岛分公司的基础传输网自1 9 9 9 年以来，开始采用e c l 公司的s d h 设备， 先后经历了8 期大规模的传输网络建设，网络规模日益扩大。但随着公司各项业务飞速发 展，以及网络规模的逐步扩大等诸多因素，致使我公司以前所组成的传输网络存在着很多 问题，大大限制了公司各种业务的发展。 1 、网络安全问题 以前，青岛分公司的本地传输网全部组成了双纤环路，但是，在骨干环路下挂接入层 环路时，采用单节点挂环的组网方式，若挂环的单节点出现瘫痪性故障，那将导致整个下 挂的子环网上的业务全部中断，网络的安全性和可靠性存在很大隐患，若不进行优化，一 旦骨干节点出现瘫痪性故障，将会发生难以想象的后果。 2 、网络容量问题 随着联通业务的不断发展壮大，数据业务量所需的2 m 业务增加迅猛：移动基站所需 的2 m 业务也在增加，这给现有的本地传输网络造成了巨大的电路调度压力，如何解决现 有的传输网络容量，满足公司日益发展的业务需要，是我部门此次优化另一个需要考虑的 重要问题。 3 、网络调度能力的问题 由于各环上所分配的网元节点数以及各环上所使用的电路数量的不同，造成有的环上 容量已满，有的环上容量还有很大空闲，给电路调度造成很大的困难，加上网络结构不合 理，导致d c c 结构不合理，且我公司目前传输网所用的网管设备还是四期工程时定购的网 管，对网络进行操作时网管处理速度非常慢，已经很难满足大批量电路调度、割接的要求。 4 、日常的抢修维护问题 传输环网上节点数目比较多，并且环网拓扑结构繁琐，组织不合理，给日常的维护抢 修工作造成了很大的麻烦。 为了解决以上诸多问题，我们紧急抽调技术骨干成立本地传输网优化组，对现有本地 传输网进行优化调整。但是，如果只是简单的光环分拆，对于问题的解决不能得到根本性 的改变，为此，我们决定进行一次实质性的网络优化调整，打破现有思维模式，从设备本 身具有的功能出发，寻求新的组网思路，即从原有的单节点接入方式改变为双层面的双节 点接入模式，并最终建成为立体网状网传输网络。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第二章s d h 基本原理 第二章s o h 基本原理 随着通信业务的快速发展，满足业务发展所需要的支撑平台一传输网络得以飞速发 展。传输设备的进展更是突飞猛进，从p d h 设备到s d h 设备，到d w d m 设备到a s o n 设备。 传输网络的组建也是日益改进，从最初的点对点到环路到层叠的环路。可以说传输体制从 p d h 到s d h 是传输发展的一个大的里程碑，经过与光传输的结合，充分发挥了s d h 体制的 优势，为世界的通信事业发展提供了宽广的基础平台。下面，我们简单了解一下s d h 的工 作原理。 在讲s d h 传输体制之前，我们首先要搞清楚s d h 到底是什么。那么s d h 是什么呢? s d h 全称叫做同步数字传输体制，由此可见s d h 是一种传输的体制( 协议) ，就象p d h 准 同步数字传输体制一样，s d h 这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速 率等级，接口码型等特性。 2 1s d h 的帧结构 s d h 体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。基本的信号传输结 构等级是同步传输模块s t m l ，相应的速率是1 5 5 m b i t s 。高等级的数字信号系列例如： 6 2 2 m b i t s ( s t m 一4 ) 、2 5 g b i t s ( s t m 一1 6 ) 等，是通过将低速率等级的信息模块( 例如 s t m - i ) 通过字节间插同步复接而成，复接的个数是4 的倍数，例如：s t m 一4 = 4xs t m 一1 ， s t m - 1 6 = 4xs t m 一4 。 低速s d h 信号是以字节间插方式复用进高速s d h 信号的帧结构中的，这样就使低速s d h 信号在高速s d h 信号的帧中的位置是固定的、有规律的，也就是说是可预见的。 s t m - n 信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地、有规律的排列。 这样便于实现支路低速信号的分插、复用和交换，说到底就为了方便的从高速s d h 信号 中直接上下低速支路信号。鉴于此，i t u t 规定了s t m n 的帧是以字节( 8 b i t ) 为单位的 矩形块状帧结构，如图2 - i 所示。 2 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第二章s d h 基本原理 图2 - 1s t m - n 帧结构图 从图2 - 1 中看出，s t m n 的帧结构由3 部分组成：段开销，包括再生段开销( r s o h ) 和复用段开销( m s o h ) ：管理单元指针( a u p t r ) ：信息净负荷( p a y l o a d ) 。下面我们 讲述这三大部分的功能。 2 1 1 信息净负荷( p a y l o a d ) 信息净负荷( p a y l o a d ) 是在s t m n 帧结构中存放将由s t m - n 传送的各种信息码块的 地方。 2 1 2 段开销( s o h ) 段开销是为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护 ( o a m ) 使用的字节。s o h 和p o h 还有一些管理功能。 段开销又分为再生段开销( r s o h ) 和复用段开销( m s o h ) ，分别对相应的段层进行监 控。段其实也相当于一条大的传输通道，r s o h 和m s o h 的作用也就是对这一条大的传输通 道进行监控。那么，r s o h 和m s o h 的区别是什么呢? 简单的讲二者的区别在于监管的范围 不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是2 5 g 信号，那么，r s o h 监控的是s t m - 1 6 整体 的传输性能，而m s o h 则是监控s t m - 1 6 信号中每一个s t m 一1 的性能情况。再生段开销在s t m - n 帧中的位置是第- n 第三行的第- n 第9 x n 列，共3 9 n 个字节；复用段开销在s t m - n 帧中的位置是第5 到第9 行的第- n 第9 x n 列，共5 x 9 n 个字节。与p d h 信号的帧结 构相比较，段开销丰富是s d h 信号帧结构的一个重要的特点。 s t m - n 帧的段开销位于帧结构的( 卜9 ) 行x ( 卜9 n ) 列。注：第4 行为a u p t r 除外。 我们以s t m - 1 信号为例来讲述段开销各字节的用途。对于s t m - 1 信号，段开销包括位于帧 中的( 卜3 ) 行x ( 卜9 ) 列的r s o h 和位于( 5 9 ) 行x ( 卜9 ) 列的m s o h 。如图2 - 2 所示。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第二章s d h 基本原理 卜一9 列叫 a 1 b 1 d 1摧 l l e l i l 盔硅虹 b 2 d 4 d 7 ) 1 ( s 1 k 1 d 5 d 8 d 1 。 d d d 1 m 1 l e 2 ix x r s o h m s o h 为与传输媒质有关的特征字节( 暂用) ； 为国内使用保留字节： f 为不扰码字节； 所有未标记字节待将来国际标准确定( 与媒质有关的应用，附加国内使用和其他用途) 图2 - 2s t m n 帧的段开销字节示意图 2 1 3 通道开销 段开销负责段层的o a m 功能，而通道开销负责的是通道层的0 a m 功能。就类似于在货 物装在集装箱中运输的过程中，不仅要监测一集装箱的货物的整体损坏情况( s o h ) ，还 要知道集装箱中某一件货物的损坏情况( p o h ) 。 根据监测通道的“宽窄( 监测货物的大小) ，通道开销又分为高阶通道开销和低阶 通道开销。在本课程我们指高阶通道开销是对v c 4 级别的通道进行监测，可对1 4 0 m b i t s 在s t m - n 帧中的传输情况进行监测；低阶通道开销是完成v c l 2 通道级别的o a m 功能，也 就是监测2 m b i t s 在s t m - n 帧中的传输性能。 高阶通道开销：h p - p o h 高阶通道开销的位置在v c 4 帧中的第一列，共9 个字节，如图2 3 所示。 12 6 1 图2 - 3 高阶通道开销的结构图 低阶通道开销：l p - p o h 低阶通道开销这里指的是v c l 2 中的通道开销，当然它监控的是v c l 2 通道级别的传输 性能，也就是监控2 m b i t s 的p d h 信号在s t m - n 帧中传输的情况。 4 下ll_-甲ijl上 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第二章s d h 基本原理 2 1 4 管理单元指针( a u p t r ) 管理单元指针位于s t m n 帧中第4 行的9 n 列，共9 n 个字节，a u - p t r 起什么作用 呢? 我们讲过s d h 能够从高速信号中直接分插出低速支路信号( 例如2 m b i t s ) ，为什么 会这样呢? 这是因为低速支路信号在高速s d h 信号帧中的位置有预见性，也就是有规律性。 预见性的实现就在于s d h 帧结构中指针开销字节功能。a u p t r 是用来指示信息净负荷的第 一个字节在s t m n 帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值( 指针 值) 正确分离信息净负荷。其实指针有高、低阶之分，高阶指针是a u - p t r ，低阶指针是 t u p t r ( 支路单元指针) ，t u p t r 的作用类似于a u p t r ，只不过所指示的货物堆更小一 些而已。 2 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 。 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) 和固定位置映射法。 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2 4 。 图2 - 4g 7 0 9 复用映射结构 从图2 - 4 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 g 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) 。 从2 m b i t s 复用进s t m - n 信号的复用步骤可以看出3 个t u l 2 复用成一个t u g 2 ，7 个 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第二章s d h 基本原理 t u g 2 复用成个t u g 3 ，3 个t u g 3 复用进一个v c 4 ，一个v c 4 复用进1 个s t m - 1 ，也就是说 2 m b i t s 的复用结构是3 7 3 结构。由于复用的方式是字节间插方式，所在在一个v c 4 中的6 3 个v c l 2 的排列方式不是顺序来排列的。头一个t u l 2 的序号和紧跟其后的t u l 2 的 序号相差2 1 。 有个计算同一个v c 4 中不同位置t u l 2 的序号的公式： v c l 2 序号= t u g 3 编号+ ( t u g 2 编号一1 ) 3 - t - ( t u l 2 编号一1 ) x 2 1 。t u l 2 的位置 在v c 4 帧中相邻是指t u g 3 编号相同，t u g 2 编号相同，而t u l 2 编号相差为1 的两个t u l 2 。 v c 4 1 t u g 3 2 t u g 3 1 2 3 1 2 此处指的是位置编号 3 1 2 3 3 伍固 图2 - 5v c 4 中t u g 3 、t u g 2 、t u l 2 的排放结构 2 3s 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、网络故障自愈等。下面我们讲述s d h 网中常 见网元的特点和基本功能。 2 3 1n 卜终端复用器 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， 如图2 6 所示。 6 一一一一一一一一 ，一一一 2一一一：7一一 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第二章s d h 基本原理 1 4 0 t m fi i m b i t ，s2 m b i t s 3 4 w 卜饧一s t m - n m b i v s 注：m n s i m m 图2 - 6t m 模型 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。请注意它的线路端口输入输出一路s 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 - i 信号复用进线路上 的s t m - 1 6 信号中的任意位置上，也就是指复用在l 1 6 个s t 妒1 的任一个位置上。将支路 的2 m b i t s 信号可复用到一个s t m - i 中6 3 个v c l 2 的任一个位置上去。对于华为设备，t m 的线路端口( 光口) 般以西向端口默认表示的。 2 3 2a d m 一分插复用器 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，如图2 - 7 所示。 s t m n m n 1 4 0 m b i v s 图2 - 7a d m 模型 a d m 有两个线路端口和一个支路端v i 。两个线路端1 3 各接一侧的光缆( 每侧收发共两 根光纤) ，为了描述方便我们将其分为西( w ) 向、东向( e ) 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 # s t m 一1 与西向s t m 一1 6 中的1 5 # s t m l 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 。 7 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第二章s d h 基本原理 2 3 3r e g 一再生中继器 光传输网的再生中继器有两种，一种是纯光的再生中继器，主要进行光功率放大以延 长光传输距离；另一种是用于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、电光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波 形的完好性。此处讲的是后一种再生中继器，r e g 是双端口器件，只有两个线路端口叫、 e 。如图2 - 8 所示： w s t m - n 卜 s t m n 图2 - 8 电再生中继器 它的作用是将w e 侧的光信号经o e 、抽样、判决、再生整形、e o 在e 或w 侧发出。 注意到没有，r e g 与a d m 相比仅少了支路端口，所以a d m 若本地不上下话路( 支路不上 下信号) 时完全可以等效一个r e g 。 真正的r e g 只需处理s t m n 帧中的r s o h ，且不需要交叉连接功能( 甚r _ e 直通即可) ， 而a d m 和t m 因为要完成将低速支路信号分插到s t m n 中，所以不仅要处理r s o h ，而且还 要处理m s o h ；另外a d m 和t m 都具有交叉复用能力( 有交叉连接功能) ，因此用a d m 来等 效r e g 有点大材小用了。 2 3 4d 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 _ 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，完成各个信号间的交叉连接，如图2 - 9 所示。 等效为 入线：m 出线：n f 、 图2 - 9d x c 功能图 d x c 可将输入的i l l 路s t m - n 信号交叉连接到输出的n 路s t m - n 信号上，上图表示有m 条入光纤和r l 条出光纤。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 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 m n 来表示一个d x c 的类型和性能( 注m n ) ，m 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9 x c 的交叉灵活性越大。m 和n 的相应数值的含义见表2 - 1 ： 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第二章s d h 基本原理 表2 1m 、n 数值与速率对应表 m 或n 012345 6 速率 6 4 k b i t s2 m b i f f s8 m b i f f s3 4 m b i t l4 0 m b i t s 6 2 2 m b i t s2 5 g b i t s sl5 5 m b i t s 9 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 第三章s d h 光传输网络的保护机制 前面已经说过，随着光传输设备的不断发展，光传输网络的组网方式也出现多样化， 并向着复杂化发展。我们来了解几种采用s d h 设备常见的方式和网络的自愈保护机理。 3 1 基本的网络拓扑结构 s d h 网是由s d h 网元设备通过光缆互连而成的，网络节点( 网元) 和传输线路的几何 排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性( 信道的利用率) 、可靠性和经济性在很大 程度上与其拓扑结构有关。 3 1 1 网络拓扑的基本结构 网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图3 - 1 所示。 l 、链形网 此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较 经济，在s d h 网的早期用得较多，主要用于专网( 如铁路网) 中。 2 、星形网 此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点 互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特 殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在特殊节点的安全保障 和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地 网( 接入网和用户网) 。 1 0 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章s d h 光传输网络的保护机制 ( a ) 链形 ( b ) 星形 ( c ) 树形 ( d ) 环形 ( e ) 网孔形 图3 - 1 基本网络拓扑图 3 、树形网 此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处 理能力的潜在瓶颈。 4 、环形网 环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开 放的网络拓扑形式。这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性， 即自愈功能较强。环形网常用于本地网( 接入网和用户网) 、局间中继网。 5 、网孔形网 将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。这种网络拓扑为两网元节点间 提供多个传输路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题。但是由于系统的冗 余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。网孔形网主要用于长途网中，以提 供网络的高可靠性。 3 1 2 链网 当前用得最多的网络拓扑是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复杂的网 络。本节主要讲述链网的组成和特点和环网的几种主要的自愈形式( 自愈环) 的工作机理 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章s d h 光传输网络的保护机制 及特点。 1 、链网和自愈环 传输网上的业务按流向可分为单向业务和双向业务。以环网为例说明单向业务和双向 业务的区别。如图3 - 2 所示。 图3 - 2 环形网络 若a 和c 之间互通业务，a 到c 的业务路由假定是a b c ，若此时c 到a 的业务路 由是c b a ，则业务从a 到c 和从c 到a 的路由相同，称为一致路由。 若此时c 到a 的路由是c d a ，那么业务从a 到c 和业务从c 到a 的路由不同，称 为分离路由。 我们称一致路由的业务为双向业务，分离路由的业务为单向业务。 常见组网的业务方向和路由表 组网类型 路由业务方向 链形网 一致路由双向 环形网 双向通道环 一致路由双向 双向复用段环 一致路由双向 单向通道环 分离路由单向 单向复用段环 分离路由单向 2 、链形网 典型的链形网如图3 3 所示。 a b s t m n c d 支路业务支路业务支路业务支路业务 ，、，、 ，、 ，、 ，、 ，、 ，、 yx 时时 隙隙 x x 时时 隙 隙 x x 时 时 隙 隙 图3 3 链形网络图 x y 时 时 隙 隙 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 链形网的特点是具有时隙复用功能，即线路s t m - n 信号中某一序号的v c 可在不同的 传输光缆段上重复利用。如图3 3 中j 卜b 、b c 、c d 以及a _ d 之间通有业务，这时可 将卜b 之间的业务占用a b 光缆段x 时隙( 序号为x 的v c ，例如3 v c 4 的第4 8 个v c l 2 ) ， 将b 弋的业务占用b 弋光缆段的x 时隙( 第3 v c 4 的第4 8 v c l 2 ) ，将c _ d 的业务占用c d 光缆段的x 时隙( 第3 v c 4 的第4 8 个v c l 2 ) ，这种情况就是时隙重复利用。这时p 卜- d 的业务因为光缆的x 时隙己被占用，所以只能占用光路上的其它时隙y 时隙，例如第3 v c 4 的第4 9 v c l 2 或者第7 v c 4 的第4 8 个v c l 2 。 链网的这种时隙重复利用功能，使网络的业务容量较大。网络的业务容量指能在网上 传输的业务总量。网络的业务容量和网络拓扑，网络的自愈方式和网元节点间业务分布关 系有关。 链网的最小业务量发生在链网的端站为业务主站的情况下，所谓业务主站是指各网元 都与主站互通业务，其余网元间无业务互通。以图5 - 3 为例，若a 为业务主站，那么b 、c 、 d 之间无业务互通。此时，c 、b 、d 分别与网元a 通信。这时由于a b 光缆段上的最大容 量为s t m n ( 因系统的速率级别为s t m - n ) ，则网络的业务容量为s t m - n 。 链网达到业务容量最大的条件是链网中只存在相邻网元间的业务。如图3 3 ，此时网 络中只有a _ b 、b _ _ c 、c - _ d 的业务不存在a d 的业务。这时可时隙重复利用，那么在每 一个光缆段上业务都可占用整个s t m n 的所有时隙，若链网有m 个网元，此时网上的业务 最大容量为( m - 1 ) xs t m - n ，m - 1 为光缆段数。 常见的链网有二纤链不提供业务的保护功能( 不提供自愈功能) ；四纤链一 般提供业务的1 + 1 或1 ：1 保护。四纤链中两根光纤收发作主用信道，另外两根收发作 备用信道。1 ：n 保护方式中n 最大只能到1 4 。为什么? 这是由k 1 字节的b 5 一b 8 限定的， k 1 的b 5 一b 8 的0 0 0 1 11 1 0 1 一1 4 指示要求倒换的主用信道编号。 3 1 3 环网自愈环 1 、自愈的概念 当今社会各行各业对信息的依赖愈来愈大，要求通信网络能及时准确的传递信息。随 着网上传输的信息越来越多，传输信号的速率越来越快，一旦网络出现故障( 这是难以避 免的，例如土建施工中将光缆挖断) ，将对整个社会造成极大的损坏。因此网络的生存能 力即网络的安全性是当今第一要考虑的问题。 2 、自愈环的分类 目前环形网络的拓扑结构用得最多，因为环形网具有较强的自愈功能。自愈环的分类 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 可按保护的业务级别、环上业务的方向、网元节点间光纤数来划分。 按环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可 将自愈环划分为双纤环( 一对收发光纤) 和四纤环( 两对收发光纤) ；按保护的业务级 别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。 下面讲讲通道保护环和复用段保护环的区别。对于通道保护环，业务的保护是以通道 为基础的，也就是保护的是s t m - n 信号中的某个v c ( 某一路p d h 信号) ，倒换与否按环上 的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的t u - a i s 信号来 决定该通道是否应进行倒换。例如在s t m - 1 6 环上，若收端收到第4 v c 4 的第4 8 个t u - 1 2 有t u - a i s ，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。 复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决 定的。倒换是由k l 、k 2 ( b 1 一b 5 ) 字节所携带的a p s 协议来启动的，当复用段出现问题时， 环上整个s t m - n 或i 2 s t m n 的业务信号都切换到备用信道上。复用段保护倒换的条件是 l o f 、l o s 、m s - a i s 、m s - e x c 告警信号。 3 、二纤单向通道保护环 二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环s l ；一个为备环p 1 。 两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功 能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发 到主环s l 、各环p l 上，两环上业务 完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收 主环下支路的业务，如图3 - 4 ( a ) 所示。 若环网中网元a 与c 互通业务，网元a 和c 都将上环的支路业务“并发 到环s l 和 p l 上，s 1 和p 1 上的所传业务相同且流向相反s 1 逆时针，p 1 为顺时针。在网络正常 时，网元a 和c 都选收主环s l 上的业务。那么a 与c 业务互通的方式是a 到c 的业务经 过网元d 穿通，由s 1 光纤传到c ( 主环业务) ；由p 1 光纤经过网元b 穿通传到c ( 备环 业务) 。在网元c 支路板“选收 主环s 1 上的a c 业务，完成网元a 到网元c 的业务传 输。网元c 到网元a 的业务传输与此类似。 1 4 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章s d h 光传输网络的保护机制 c a a c c a a c 图3 - 4( a ) 二纤单向通道倒换环 当b c 光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是 此时s 1 环和p 1 环上的业务还是一样的。如图3 4 ( b ) 所示。 g a a g 图3 - 4 ( b ) 二纤单向通道倒换环 我们看看这时网元a 与网元c 之间的业务如何被保护。网元a 到网元c 的业务由网元 a 的支路板并发到s l 和p 1 光纤上，其中s 1 业务经光纤由网元d 穿通传至网元c ，p l 光纤 的业务经网元b 穿通，由于b 弋间光缆断，所以光纤p 1 上的业务无法传到网元c ，不过 由于网元c 默认选收主环s 1 上的业务，这时网元a 到网c 的业务并未中断，网元c 的支 路板不进行保护倒换。 网元c 的支路板将到网元a 的业务并发到s l 环和p l 环上，其中p l 环上的c 到a 业 务经网元d 穿通传到网元a ，s 1 环上的c 到a 业务，由于b 一_ c 间光纤断所以无法传到网 元a ，网元a 默认是选收主环s 1 上的业务，此时由于s 1 环上的c a 的业务传不过来，这 时网元a 的支路板就会收到s 1 环上t u - a i s 告警信号。网元a 的支路板收到s 1 光纤上的 t u - a i s 告警后，立即切换到选收备环p 1 光纤上的c 到a 的业务，于是c a 的业务得以恢 复，完成环上业务的通道保护，此时网元a 的支路板处于通道保护倒换状态切换到选 收备环方式。 网元发生了通道保护倒换后，支路板同时监测主环s 1 上业务的状态，当连续一段时 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 间( 华为的设备是1 0 分钟左右) 未发现t u a i s 时，发生切换网元的支路板将选收切回到 收主环业务，恢复成正常时的默认状态。 二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际上是1 + 1 保护。倒换速度快，业务流向简捷明了，便于配置维护。缺点是网络的业务容量不大。 二纤单向保护环的业务容量恒定是s t m - n ，与环上的节点数和网元间业务分布无关。为什 么? 举个例子，当网元a 和网元d 之间有一业务占用x 时隙，由于业务是单向业务，那么 a d 的业务占用主环的a d 光缆段的x 时隙( 占用备环的a b 、b 1 、c d 光缆段的x 时隙) ；h 的业务占用主环的沪c 、c _ b 、b a 的x 时隙( 备环的h 光缆段的x 时 隙) 。也就是说a - d 间占x 时隙的业务会将环上全部光缆的( 主环、备环) x 时隙占用， 其它业务将不能再使用该时隙( 没有时隙重复利用功能) 了。这样，当a _ d 之间的业务 为s t m n 时，其它网元将不能再互通业务了即环上无法再增加业务了，因为环上整个 s t m n 的时隙资源都己被占用，所以单向通道保护环的最大业务容量是s t m - n 。 二纤单向通道环多用于环上有一站点是业务主站业务集中站的情况，华为公司设 备在目前组网中，二纤单向通道环多用于1 5 5 、6 2 2 系统。 4 、二纤双向通道保护环 二纤双向通道保护环网上业务为双向( 一致路由) ，保护机理也是支路的“并发选收 ， 业务保护是l + 1 的，网上业务容量与单向通道保护二纤环相同，但结构更复杂，与二纤 单向通道环相比无明显优势，故一般不用这种自愈方式。如图3 5 所示。 5 、二纤单向复用段环 前面讲过复用段环保护的业务单位是复用段级别的业务，需通过s t m n 信号中k 1 、k 2 字节承载的a p s 协议来控制倒换的完成。由于倒换要通过运行a p s 协议，所以倒换速度不 如通道保护环快。 下面我们讲一讲单向复用段保护倒换环的自愈机理，如图3 - 6 所示。 1 6 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 图3 - 5 二纤双向通道保护环 ( a ) s t m n ( b ) 图3 - 6 二纤单向复用段倒换环 若环上网元a 与网元c 互通业务，构成环的两根光纤s 1 、p 1 分别称之为主纤和备纤， 上面传送的业务不是1 + 1 的业务而是l ：l 的业务主环s l 上传主用业务，备环p 1 上 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章s d h 光传输网络的保护机制 传备用业务：因此复用段保护环上业务的保护方式为l ：1 保护，有别于通道保护环。 在环路正常时，网元a 往主纤s l 上发送到网元c 的主用业务，往备纤p 1 上发送到网 元c 的备用业务，网元c 从主纤上选收主纤s l 上来的网元a 发来的主用业务，从备纤p 1 上收网元a 发来的备用业务( 额外业务) ，图3 - 6 中只画出了收主用业务的情况。网元c 到网元a 业务的互通与此类似，如图5 - 4 - 1 所示。 在c b 光缆段间的光纤都被切断时，在故障端点的两网元c 、b 产生一个环回功能， 见图3 - 4 - 2 。网元a 到网元c 的主用业务先由网元a 发到s 1 光纤上，到故障端点站b 处环 回到p l 光纤上，这时p l 光纤上的额外业务被清掉，改传网元a 到网元c 的主用业务，经 a 、d 网元穿通，由p l 光纤传到网元c ，由于网元c 只从主纤s l 上提取主用业务，所以 这时p 1 光纤上的网元a 到网元c 的主用业务在c 点处( 故障端点站) 环回到s 1 光纤上， 网元c 从s 1 光纤上下载网元a 到网元c 的主用业务。网元c 到网元a 的主用业务因为c d a 的主用业务路由业中断，所以c 到a 的主用业务的传输与正常时无异只不过备用业 务此时被清除。 通过这种方式，故障段的业务被恢复，完成业务自愈功能。 二纤单向复用段环的最大业务容量的推算方法与二纤单向通道环类似，只不过是环上 的业务是1 ：1 保护的，在正常时备环p l 上可传额外业务，因此二纤单向复用段保护环环 的最大业务容量在正常时为2 s t m n ( 包括了额外业务) ，发生保护倒换时为1x s t m n 。 二纤单向复用段保护环由于业务容量与二纤单向通道保护环相差不大，倒换速率比二 纤单向通道环慢，所以优势不明显，在组网时应用不多。 6 、四纤双向复用段保护环 前面讲的三种自愈方式，网上业务的容量与网元节点数无关，随着环上网元的增多， 平均每个网元可上下的最大业务随之减少，网络信道利用率不高。例如二纤单向通道环 为s t m 一1 6 系统时，若环上有1 6 个网元节点，平均每个2 5 0 0 节点最大上下业务只有一个 s t m l ，这对资源是很大的浪费。为克服这种情况，出现了四纤双向复用段保护环这种自 愈方式，这种自愈方式环上业务量随着网元节点数的增加而增加。如图5 7 所示。 1 8 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文第三章s d h 光传输网络的保护机制 ( a ) ca ac s t m n ( b ) 图3 6四纤双向复用段倒换环 四纤环肯定是由4 根光纤组成，这4 根光纤分别为s 1 、p 1 、s 2 、p 2 。其中，s 1 、s 2 为主纤传送主用业务；p l 、p 2 为备纤传送备用业务；也就是说p 1 、p 2 光纤分别用来在主 纤故障时保护s 1 、s 2 上的主用业务。请注意s 1 、p l 、s 2 、p 2 光纤的业务流向，s l 与s 2 光纤业务流向相反( 一致路由，双向环) ，s 1 、p l 和s 2 、p 2 两对光纤上业务流向也相反， 从图3 - 7 ( a ) 可看出s 1 和p 2 ，s 2 和p l 光纤上业务流向相同( 这是以后讲双纤双向复用段 环的基础，双纤双向复用段保护环就是因为s 1 和p 2 ，s 2 和p l 光纤上业务流向相同，才 得以将四纤环转化为二纤环) 。另外，要注意的是，四纤环上每个网元节点的配置要求是 双a d m 系统，为什么? 因为一个a d m 只有东西两个线路端口( 一对收发光纤称之为一个 线路端口) ，而四纤环上的网元节点是东西向各有两个线路端口，所以要配置成双a d m 系统。 在环网正常时，网元a 到网元c 的主用业务从s 1 光纤经b 网元到网元c ，网元c 到网 元a 的业务经s 2 光纤经网元b 到网元a ( 双向业务) 。网元a 与网元c 的额外业务分别通 过p 1 和p 2 光纤传送。网元a 和网元c 通过收主纤上的业务互通两网元之间的主用业务， 通过收备纤上的业务互通两网之间的备用业务，见图3 - 7 ( a ) 。 当b 弋间光缆段光纤均被切断后，在故障两端的网元b 、c 的光纤s 1 和p l 、s 2 和p 2 1 9 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章s d h 光传输网络的保护机制 有一个环回功能见图3 - 7 ( b ) ( 故障端点的网元环回) 。这时，网元a 到网元c 的主用业务 沿s l 光纤传到b 网元处，在此b 网元执行环回功能，将s 1 光纤上的网元a 到网元c 的主 用业务环到p 1 光纤上传输，p 1 光纤上的额外业