（电路与系统专业论文）sdh数字交叉连接系统的设计与实现.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名： 山东大学硕士学位论文 摘要 随着当代通信和网络的进一步发展，话音、数据和图像等多媒体通信成为当 前研究的热点，数据传输量以指数形式增加，这对通信传输系统的处理能力和吞 吐能力提出了更高的要求，使同步数字体系( s d h ) 网络趋于复杂，容量也越来 越大。s d h 是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体，可实现网络保护管理、 实时业务监控等多项功能，能大大提高网络资源利用率、实现灵活可靠和高效的 网络运行与维护，成为当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点。 s i ) h 数字交叉连接设备( s d x c ) 作为s d h 传输系统的重要组成部分，是一种兼有 复用、配线、保护恢复、监控和网管的多功能传输设备，对整个光纤系统的传 输能力有着直接的影响，已经成为评价s d h 系统传输能力的一个重要指标。 论文介绍了同步数字体系s d h 的基本知识，包括s d h 的概念、基本原理、 特点、帧结构、复用原理及设备模型，对s d x c 的基本概念、设备类型划分及系 统构成做了具体介绍；重点对s d h 数字交叉连接系统设计的工作原理、系统结构、 模块划分、电路实现及仿真验证等方面进行了深入探讨。 系统采用自项向下的设计方法，独立完成r t l 级v e r i l o gh d l 的代码编写。 开发环境基于x i l i n x 公司的i s e9 1 i 、m e n t o rg r a p h i c 的m o d e l s i mx e 。首先通过 m o d e l s i m 工具完成功能仿真，生成代码文件转至i s e 环境，使用x s t 完成了综合； 然后依次完成转换及映射、布局布线；继而使用m o d e l s i m 进行时序仿真；结合 m o d e l s i mx e 进行了布局布线后仿真；基于对设计规模和各厂家f p g a 芯片性能等 的综合考虑，器件选择了x i l i n x 公司s p a r t a n3 ef p g a 实验板，器件型号为x 3 c 5 0 0 e f g 3 2 0 ，最后，使用f p g a 硬件板进行器件下载给予验证，验证的结果完全符合设 计要求。 本设计根据实际传输系统需要并严格按照i t u t 建议要求和国家有关标准要 求设计，结构简单，功能专一，可以实现4 条s t m 1 输入信号中1 2 6 个t u 一1 2 支路 之间任意的完全无阻塞交叉连接，并使s d h 传输网络具有灵活的组网方式及有效 的自动化管理和维护功能。系统实现源代码均由笔者独立编写完成，并通过了功 能仿真、综合与实现、时序仿真和f p g a 器件下载的验证。 关键词：同步数字体系；专用集成电路；v e r i l o g 硬件描述语言；同步数字交 叉连接设备：交叉连接矩阵；f p g a ；i s e 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e s ey e a r s ，w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r k t e c h n o l o g i e s ，m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ，s u c ha st h et r a n s m i s s i o no fv i o c e ，d a t aa n d p i c t u r e s ，h a sb e c o m e sar e s e a r c hh o t s p o t t h et h r o u g h p u to fd a t at r a n s m i s s i o ns e r v i c e i n c r e a s e se x p o n e n t i a l l y , s oi tr e q u i r e st h ec o m m u n i c a t i o nt r a n s m i s s i o ns y s t e m s p r o v i d i n gm u c he n h a n c e dd a t ap r o g r e s s i n ga b i l i t ya n dc a p a c i t y a tt h es a m et i m e ， s d hn e t w o r kh a st oa c c o m m o d a t ei t sc o m p l e x i t ya n dp e r f o r m a n c et od a t a t r a n s m i s s i o ns e r v i c e a so n eo ft h em o s tk e yp a r t so fs d ht r a n s m i s s i o ns y s t e m ，s d h d i g i t a l c r o s s c o n n e c te q u i p m e n th a v em u t i p l ef u n c t i o n s ，s u c h 懿m u l t i p l e x i n g ， c o n n e c t i o nl a y o u t ，p r o t e c t i o n r e c o v e r y , r e a l t i m ec h e c ka n dc o n t r o la n dn e t w o r k m a n a g e m e n t t h ep e r f o r m a n c e o fs d x ch a sg r e a te f f e c to nt h ew h o l eo p t i c c o m m u n i c a t i o n ，a n di sc o n s i d e r e da sa ni m p o r t a n tp e r f o r m a n c eg u i d l i n eo fs d h t r a n s m i s s i o ne q u i p m e n tc a p a b i l i t i e s f i r s t l yt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a s i ck n o w l e d g eo fs d h ，i n c l u d i n gt h em a i n c h a r a c t e r i s t i co fs d h ，f la m es t r u c t u r eo fs t m - nf r a m e ，m u l t i p l e x i n gp r i n c i p l ea n d e q u i p m e n tc o n s t i t u t i t i o n t h e nt h es d x cs y s t e mi si n t r o d u c e db r i e f l y b a s d eo nt h i s ， t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ef u n c t i o n a lm o d u l e sp a r t i t i o no ft h es d hd i g i t a lc r o s s c o n n e c t s y s t e m ，t h e np r e s e n t st h ed e s i g nr o u t em a p ，g e n e r a ld e s i g ns c h e m ea n dt h es i m u l a t i o n e n v i r o n m e n to ft h ew h o l ed e s i g n p r i m a r i l y t h ef u n d a m e n t a la n dd e s i g nm e t h o do fm a i n m o d u l e si ns d x cs y s t e ma r ep r e s e n t e di nd e t a i l v e r i l o gh d l a n dt o p - d o w nd e s i g nm e t h o d o l o g ya r ea d o p t e di nt h i sd e s i g n t h e f u n c t i o ns i m u l a t i o no ft h ed e s i g ni sa c c o m p l i s h d e dw i t hx i l i n x i s e9 1i d e s i g n e n v i r o n m e n t ，m o d e l s i m x e ，a n di ss y n t h e s i s e db y x s ts o f t w a r e t h ef p g a v e r i f i c a t i o no ft h ek e ym o d u l e si sd e v e l o p e di nt h ep l a t f o r mo fx i l i n xf p g ad e v i c e s p a r t a n3 ex 3 c 5 0 0 e 一4 f g 3 2 0 。 t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g np r i n c i p l eo fat u 一12l e v e ls d x cm a t r i xu s e di n 15 5 m h z b i t hs d h o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e m t h es d x c m a t r i xi si m p l e m e n t e dw i t h f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ( f p g a ) t h ep a p e ri n t r o d u c e ss y s t e m i ct h es d x c ，t h e 2 山东大学硕士学位论文 p a r a l l e l i n gs c r a m b l ea n dd e s c r a m b l eo ft h ed a t a ，t h ep o i n t e ri n t e r p r e t m i o nt e c h n o l o g y a n dt h ef r a m ea l i g n e rt e c h n o l o g y t h ef o c u si sk e p to nt h ed e s i g nf u n d a m e n t a lo ft h e t i m e s l o tc o n t r o lm o d u l eo ft h es d hg lo s sc o n n e c tm a t r i x s oi tc a nb eu s e dm o r e a b r o a d l y i td i s c u s s e sp a r a l l e l i n gd i g i t a lc o r r e l a t o rd e s i g nm e t h o d ，w h i c hi sb a s e do n f l o wl i n e , t om e e tt h er e q u i r eo fs d ha s i c a n di ta l s od i s c u s s e st h ep o i n t e r i n t e r p r e t a t i o nd e s i g nm e t h o d ，w h i c hi sb a s e do ns t a t e s ，a f t e ra n a l y s i n gt h ep o i n t e r f u n d a m e n t a l k e yw o r d s ：s d h ；a s i c ；v e r i l o gh d l ；s d x c ；c r o s s - c o n n e c tm a t r i x ；f p g a ；i s e 3 山东大学硕士学位论文 1 1 论文背景 第一章绪论 随着电信技术的飞速发展，大容量光纤数字通信传输系统的采用以及各种 新型业务的引入，使得通信网络日趋复杂。为了有效地保护和管理通信网络， 便于控制和分配网络带宽资源，及时为各种不同的用户提供高可靠、低成本和 灵活多样的服务，必须使通信网络具有更高的智能化。 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 ，同步数字体系) 是一种将复接、线路 传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，原型 为美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络( s o n e t ) 。1 9 8 8 年，国际电 话电报咨询委员会( c c i t t ) 接受了s o n e t 概念并重新命名为s d h ，使其成 为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有 效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能， 能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网 络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点， 受到人们的广泛重视【1 】【3 【6 1 。 s d h 数字交叉连接设备( s d x c ) 作为s d h 传输系统的重要网络单元( n e ) 之一，作为一种新颖的程控数字交换技术，是一种兼有复用、配线、保护恢 复、监控和网管的多功能传输设备，它对整个光纤系统的传输能力有着直接的 影响，已经成为评价s d h 系统整体传输能力的一个重要指标。 1 2 研究意义 在某公司的1 5 5 ms d x c 系统的研发团队中，作者有幸成为交叉连接矩阵 模块的主要设计者，重点实现不同s t m 一1 信号之间的完全无阻塞交叉连接。该 公司主要从事光通信传输设备、数据通信设备等的研发与生产，为了更好地适 应市场需要，降低产品成本，使原有产品升级换代，特进行此系统的研发。 数字交叉连接设备( d x c ) 是具有一个或多个准同步数字体系( g 7 0 2 ) 或同步数字体系( g 7 0 7 ) 信号端口，并至少可以对任何端口信号速率( 和或 其子速率信号) 与其它端口信号速率( 和或其子速率信号) 间进行可控制连接 4 山东大学硕士学位论文 和再连接的设备。 目前国外进口的s d x c 专用集成电路，由于为了兼顾各种不同速率信号间 的交叉连接，大都价格昂贵、功能冗余、结构复杂。本设计根据实际传输系统 需要而设计，结构简单，功能专一，使用现场可编程逻辑阵列( f p g a ) 即可实 现。该s d x c 矩阵可以实现4 条s t m 1 输入信号中1 2 6 个t u 1 2 支路之间任意的完 全无阻塞交叉连接，并使s d h 传输网络具有灵活的组网方式及有效的自动化管 理和维护功能，从而更好的适应产品更新换代的要求。 1 3 论文内容安排 本论文所论述的是在研制开发过程中的设计思想和实现方法，围绕着能更 好地适应市场需要，降低产品成本这个思路，对论文的内容作了如下安排： 第一章简要介绍了本论文研究背景，数字交叉连接矩阵的研究意义和论文 内容安排。 第二章具体介绍了同步数字体系的技术基础。首先简要介绍了s d h 的主要 特点，其次介绍了s d h 的帧结构及其复用原理，最后对s d h 设备参考模型进 行了简要介绍。本章是本论文的理论基础。 第三章主要对数字交叉连接系统设计的技术路线和总体设计进行了介绍， 并对本数字交叉连接系统主要模块的设计进行了详细介绍。 第四章介绍了s d h 数字交叉连接矩阵的设计与实现。首先阐明了本交叉连 接矩阵在s d x c 系统中的位置与作用，以及其交换实质，然后重点分析讨论了 采用两级结构实现的4 x 4 交叉连接矩阵的设计与电路实现，最后设计了数字交 叉连接矩阵的s d h 网络自愈环保护。 第五章实现了数字交叉连接矩阵的仿真验证。首先介绍了验证系统，然后 对主要模块的仿真综合图进行了分析及说明，最后对设计与调试过程中出现的 主要问题和相应的解决方法进行了介绍。 第六章对本次论文所做的工作进行了总结。 山东大学硕士学位论文 第二章同步数字体系( s d h ) 本章对同步数字体系( s d h ) 的技术基础进行详细介绍，主要包括s d h 的 概念、原理、主要特点、s d h 的帧结构、复用原理和s d h 设备参考模型。 2 1s d h 概述 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 ，同步数字体系) 技术的诞生有其必然 性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和 视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在7 0 至8 0 年代，陆续出现了 t i ( d s l ) e 1 载波系统( 1 5 4 4 2 0 4 8 m b p s ) 、x 2 5 帧中继、i s d n ( 综合业务数字 网) 和f d d i ( 光纤分布式数据接口) 等多种网络技术。随着信息社会的到来，人 们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述 网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架 内修改或完善已无济于事。s d h 就是在这种背景下发展起来的。在各种宽带光 纤接入网技术中，采用了s d h 技术的接入网系统是应用最普遍的。s d h 的诞生 解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，而产 生了用户与核心网之间的接入”瓶颈”的问题，同时提高了传输网上大量带宽的 利用率。s d h 技术自从9 0 年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术， 在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将s d h 技术在 核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用s d h 同步复 用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好 处，在接入网的建设发展中长期受益。 s d h 是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操 作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络 ( s o n e t ) 。国际电话电报咨询委员会( c c i t t ) ( 现i t u t ) 于1 9 8 8 年接受 了s o n e t 概念并重新命名为s d h ，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和 卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络 维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低 管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信 息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视1 7 】【1 9 1 2 3 】【4 7 1 。 2 2s d h 的基本原理 s d h 采用的信息结构等级称为同步传送模块s t m n ( s y n c h r o n o u s t r a n s p o r t ，n = i ，4 ，1 6 ，6 4 ) ，最基本的模块为s t m 一1 ，四个s t m l 同步 6 山东大学硕士学位论文 复用构成s t m 一4 ，1 6 个s t m 一1 或四个s t m 一4 同步复用构成s t m 一1 6 ； s d h 采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9 行和横向2 7 0 n 列字节组 成，每个字节含8 b i t ，整个帧结构分成段开销( s e c t i o no v e r h e a d ，s d h ) 区、 s t m n 净负荷区和管理单元指针( a up t r ) 区三个区域，其中段开销区主要 用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分 为再生段开销( r e g e n e r a t o rs e c t i o no v e r h e a d ，r s o h ) 和复用段开销( m u l t i p l e x s e c t i o no v e r h e a d ，m s o h ) ；净负荷区用于存放真j 下用于信息业务的比特和 少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内 的信息首字节在s t m n 帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。s d h 的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时 间为1 2 5 9 s ，每秒传输1 1 2 5 x1 0 0 0 0 0 0 帧，对s t m l 而言每帧字节为8 b i t ( 9 2 7 0 1 ) = 1 9 4 4 0 b i t ，则s t m 一1 的传输速率为1 9 4 4 0 8 0 0 0 = 1 5 5 5 2 0 m b i t s ；而s t m 一4 的传输速率为4x1 5 5 5 2 0 m b i t s = 6 2 2 0 8 0 m b it s ：s t m 一 1 6 的传输速率为1 6 1 5 5 5 2 0 ( 或4 6 2 2 0 8 0 ) = 2 4 8 8 3 2 0 m b i t s 。 s d h 传输业务信号时各种业务信号要进入s d h 的帧都要经过映射、定位 和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容 器( c ) ，再加入通道开销( p o h ) 形成虚容器( v c ) 的过程，帧相位发生偏 差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元( t u ) 或管理单元( a u ) 的过程，它通过支路单元指针( t up t r ) 或管理单元指针( a op t r ) 的功能来 实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多 个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程【9 1 。 2 3s d h 帧结构 国际电联在i t u tg 7 0 7 中，对s t m 1 信号的帧结构作了规定【7 】，规定s t m - n 帧由9 行、2 7 0 x n 列字节( 8 b i t 字节) 组成，为矩形块状帧结构【1 6 】【4 3 】。传输时 按由左到右、由上到下的顺序排成串行码流逐字节传输，帧周期为1 2 5 9 s 。 图2 1s t m - n 帧结构图 7 山东大学硕士学位论文 如图2 1 所示，s t m n 的帧结构由3 部分组成：段开销、管理单元指针和 信息净负荷。 段开销( s o h ) 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、管理和维护使用的字节。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。再生段开销( r s o h ) 在s t m n 帧 中的位置是第l 到第3 行的第l 到第9 x n 列，共3 x 9 x n 个字节。复用段开销 ( m s o h ) 在s t m n 帧中的位置是第5 到第9 行的第1 到第9 x n 列，共5 x 9 x n 个字节。与p d h 信号的帧结构相比，段开销丰富是s d h 信号帧结构的一个重要 的特点。 管理单元指针( a u p t r ) 位于s t m n 帧中第4 行的9 x n 列，共9 x n 个字 节。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 帧内准确位置的指 示符，以便接收端能根据这个位置指示符的值j 下确分离信息净负荷。 信息净负荷( p a y l o a d ) 是在s t m n 帧中存放各种信息码块的地方，其中还 含有监控开销字节通道开销字节( p o h ) 。 s d h 的基本传输单元s t m 1 帧共有9 x 2 7 0 个字节，帧周期1 2 5 9 s ，所以比 特率为15 5 5 2 m b i t s 。 高等级的模块s t m n 是由n 个s t m 1 经字节间插同步复用而组成的，s t m n 的传输速率是s t m 1 的n 倍，各速率等级的标称比特率如表2 1 所示【1 8 】。 s d h 速率等级标称比特率( m b i t s ) s t m 11 5 5 5 2 0 s 1 1 4 6 2 2 0 8 0 s t m 1 6 2 4 8 8 3 2 0 s t m 斟 9 9 5 3 2 8 0 表2 - 1s d h 的速翠等级 2 4s d h 复用分类 s d h 的复用包括两类：一类是低阶的s d h 信号复用成高阶s d h 信号；另 一类是低速支路信号复用成s d h 信号s t m n 【6 】【1 2 1 。 第一类复用，主要通过字节间插复用方式来完成。复用的个数是四合一， 即4 个s t m 1 复用成1 个s t m - 4 ，4 个s t m _ 4 复用成1 个s t m 1 6 。在复用过 程中，保持帧频( 8 0 0 0 帧秒) 不变。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时，各帧的信息净负荷和指 针字节按原值进行i 、日j 插复用，而段丌销则会有所取舍( 会舍弃部分低阶信号帧中 8 山东大学硕士学位论文 的段开销) 。 第二类复用，用得最多的是将p d h 信号复用进s t m n 信号中。 i t u tr e c g 7 0 7 1 3 2 2 规定了一套完整的复用结构( 即复用路线) ，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，其具 体复用过程如图2 2 所示【16 1 。 图2 - 2s d h 复用过程 从图2 2 中可以看出，此复用结构包括了一些基本的复用单元：容器( c ) 、 虚容器( v c ) 、支路单元( t u ) 、支路单元组( t u g ) 、管理单元( a u ) 、 管理单元组( a u g ) ，这些复用单元的下标表示与此复用单元相应的信号级别。 在图中还可以看出，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，也就是说可以有多种复用方法。例如2 0 4 8 k b i t 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。 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 或地区来说，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 0 4 8m b i t s 信号为基础的p d h 系列作为s d h 的有效负荷，并选用a u 4 的复用 路线。其结构见图2 3 所示。 图2 - 3 我国的s d h 基本复用过程 首先，准同步信号e l ( 2 0 4 8m b i t s 信号) 进入容器c 1 2 ，经过码速调整被 映射进虚容器v c 1 2 ，然后经指针调整被适配到支路单元t u 1 2 中，由t u 1 2 9 = = 一 山东大学硕士学位论文 开始实现低阶信号向高阶信号的复用。3 个t u 1 2 的时隙数据通过字节问插复用 成1 个支路单元组t u g 2 ；7 个t u g 2 通过7 个字节的字节间插复用成1 个更 大的支路单元组t u g 3 ；同样，3 个t u g 3 通过3 字节的问插复用进入虚容器 v c 4 ，然后再经指针调整被适配进管理单元a u 4 及管理单元组a u g ，最后加 上开销部分构成s d h 的s t m 1 帧。 2 5s d h 设备参考模型 2 5 1s d h 设备基本功能块 si h 亟h 兰辟：薹昌u i h 覃卜呲接口 t ! h 鬲m 翠卜，恫步 网2 4s d h i f 冶跨续绸戊 随着对复用概念和复用方法的国际标准的制定，人们的注意力集中于s d h 网络中所用的设备的标准化上。对于s d h 网络来说，需要的基本功能与s d h 功能大体相同，即复接、交叉连接和线路传输。为此，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) 【2 4 1 ，图2 4 是s d h 设备的一般化逻辑功能框图，该图概括了所有s d h 设备的 功能，即是说，任何一种s d h 设备将是图2 4 所示图中的部分或全部功能的组 合。图中的每- d , 方块代表一个基本功能，不同功能块之间的连接点是逻辑点， 而非内部接口点。 为了更好地理解图2 4 ，对图中出现的功能块名称说明如下： i o 山东大学硕士学位论文 h o a 高阶组装器 h o i 高阶接口 h p a 高阶通道适配 h p c 高阶通道连接 h p t高阶通道终端 l o i低阶接口 l p a低阶通道适配 l p c低阶通道连接 l p t低阶通道终端 m c f消息通信功能 m s a复用段适配 m s p 复用段保护 m s t复用段终端 n再生段d c c 参考点 o h a开销接入功能 p复用段d c c 参考点 p p ip d h 物理接口 r s t 再生段终端 s 管理参考点 s e m f同步设备管理功能 s e t p i同步设备时钟物理接口 s e t s 同步设备时钟源 s p is d h 物理接口 t时钟参考点 t t f 传送终端功能 u 开销接入参考消息点 y 同步状态参考点 2 5 2 数字复用设备 在s d h 网络中主要由三种复用设备，分别是终端复用设备( t m ) ，分插复 用设备( a d m ) 和再生中继设备( r e g ) 。s d h 传输网通过不同的复用设备完 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。下面分别 对这三种复用设备进行介绍。 1 终端复用设备( t m ) 终端复用设备的主要任务是将一系列的支路端口低速信号p d h 、s t m m ( m n ) 复接成高速信号s t m n 并将其转换成s t m - n 接口的实际信号，或者实 施上述过程的逆过程。因为有h p c 和l p c 功能块，所以此t m 有高、低阶v c 的 交叉复用功能。其逻辑功能图如图2 5 所示： 孙加i t ，s 3 4 m b i $ 图2 - 5 终端复用设备逻辑功能示意图 由上图可知，终端复用器将终结所有通过它的信号，而没有直通信号。 2 分插复用设备( a d m ) 分插复用设备的作用是将低速支路信号( p d h 、s t m m ) 交叉复用到东( e ) 山东大学硕士学位论文 西( w ) 向线路的s t m n 信号中，以及e w 线路的s t m n 信号间进行交叉连接。 其功能示意图如图2 - 6 所示t 2 i i 肪彬s 3 4 v l l ：l i 土| $ 图2 6a d i d 功能不意图 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 。 3 再生中继设备( r e g ) 再生中继设备有两种，一种是纯光的再生中继设备，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设备，如下图2 7 所示，它的作用是完成信号的再生整形，将西( w ) 东( e ) 侧的s t m n 信号传 n e w 俱* 线路上去。但此设备不具备交叉能力。 图2 - 7r e g 功能示意图 除上述三个基本复用设备外，还有s d h 数字交叉连接( s d x c ) 设备，后面 的章节会详细讨论。虽然s d h 网络的这些数字复用设备功能各异，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。 2 6s d h 的主要特点 与p d h 相比，s d h 是一种新理念、一种新体制、一项新标准，其本质是 网络。s d h 作为一种新的光纤传送网体制，具有如下特剧4 】： 1 高度标准化的光接口 s d h 具有标准的光接口规范，它可使不同厂家的设备在同一网络中互连互 通并有效地组网，真正实现同一速率等级上光节点的横向兼容。 2 较好的后向兼容性和前向兼容性 后向兼容性是指s d h 的s t m 1 既可复用2 m b i t s 系列的p d h 信号，又可 复用1 5 m b i t s 系列的p d h 信号，使两大系列( 3 个地区性标准) 在s t m 1 等 级上得到统一，便于实现国际互通，也便于顺利地从p d h 向s d h 过渡，真j 下 山东大学硕士学位论文 实现了数字传输体制上的世界性标准。前向兼容性是指s d h 标准有长远的考 虑，它兼容将来的宽带综合业务数字网中的异步传递模式( a t m ，a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 信号，s t m 1 和s t m 4 的速率( 1 5 5 5 2 0 m b i t s 和6 2 2 0 8 0 m b i t s ) 已经被选定为b i s d n 的用户一网络接口的标准速率。 3 灵活的分插功能 s d h 技术采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，各种不同速率等级 的码流在帧结构中净负荷内的排列是有规律的，并且支路信号在s d h 帧结构 ( s t m n ，s y n c h r o n o u st r a n s p o r tl e v e ln ) 中的位置是透明的，因此可以直接 从s t m n 信号中灵活地上下支路信号，无需通过逐级复用解复用实现分插功 能，使上下业务十分容易，从而减少了设备的数量，简化了网络结构。 4 强大的网络管理能力 s d h 的帧机构中安排了丰富的开销字节，包括段开销( s o h ，s e c t i o n o v e r h e a d ) 和通道开销( p o h ，p a t ho v e r h e a d ) ，使网络的运行、管理和维护 ( o a m ，o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ) 能力大大加强，不仅满足 目前的故障检测、告警、性能监控、网络配置、业务倒换和公务联络等方面的 需要，而且还保留有充足的开销字节以备将来使用，可满足未来网络运行、管 理和维护的需要。 5 强大的自愈功能 s d h 具有智能检测的网管系统和网络动态配置管理功能，使网络容易实现 自愈，在设备或系统发生故障时，无需人为的干预，就能在极短的时间内迅速 恢复业务，从而提高网络的可靠性和生存性，降低了网络的维护费用。 山东大学硕士学位论文 第三章s d h 数字交叉连接系统( s d x c ) 3 1s d x c 基本概念 d x c 是同步数字体系( s d h ，s y n c h r o u n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 设备大家族 中的一员，是一种具有一个或多个i t u t 建议g 7 0 2 ( p d h ) 或g 7 0 7 ( s d h ) 定义的 信号速率端口，并可以在任何端口信号速率与其它端口信号速率间实现可控连 接和再连接的设备。在自动配线、路由调度、通信保护恢复、网络资源优化配 置和网络管理等方面发挥着重要的作用，并可使网络具有更高的智能化。 适用于s d h 的数字交叉连接( d x c ) 则能进一步在接1 ：3 端口间提供可控的v c 透明连接和再连接，这些接口端口信号既可以是s d h 速率，也可以是p d h 速 率。s d x c 除了具有核心的交叉连接功能外，还能支持g 7 8 4 所规定的控制和管 理功能 【4 2 1 。 f - ；m 分用臣 交叉连接一m ：i 复用i r 输入； 矩阵 x i n 个书 t - m 分用臣习m ：- 复用i 图3 一ls d x c 的简化结构 s d x c 可以用图3 1 的简化结构来表示，其接入端n ( a p 输入输出端口) 与传 输系统相连。s d x c 的核心部分是交叉连接功能，参与交叉连接的速率一般等 于或者低于接入速率。交叉连接速率和接入速率之间的转换需要由复接和分接 功能来完成。首先，每个输入信号被分接成m 个并行的交叉连接信号。然后， 内部的交叉连接网采用时隙交换技术( t s i ) ，按照预先存放的交叉连接图或者动 态计算的交叉连接图对这些交叉连接通道进行重新安排，最后再利用复接功能 将这些重新安排后的信号复接成高速信号输出。整个交叉连接过程由连至 s d x c 的本地操作系统或者连至t m n 的支持设备控制和维护。由于s d h 特定的 v c 总是处于净负荷帧中的特定列数，因而对v c 实施交叉连接只需对特定的列 进行交换即可。因而s d x c 实际是一种列交换机，利用外部编程命令即可实现 交叉连接功能。 s d x c 在传输网中的基本用途是进行自动化网络管理，着眼点在网络。主 要功能有：( 1 ) 分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务( 例如专 用电路) 迅速提供路由；( 2 ) 为临时重要事件迅速提供电路；( 3 ) 当网络出故障时， 1 4 山东大学硕士学位论文 迅速提供网络的重新配置；( 4 ) 按业务流量的季节性变化使网络最佳化；( 5 ) 网络 运营者可以自由的在网中混合使用不同的数字体系( p d h 或s d h ) ，并作为p d h 与s d h 的网关使用。简言之，s d x c 是一种兼有复用、配线、保护恢复、监控 和网管的多功能传输设备。它不仅直接代替了复用器和数字配线架( d d f ) ，具 有尺寸小可靠性高的特点，而且可以为网络提供迅速有效的连接和网络保护恢 复功能，并能经济有效的提供各种业务，尤其是租用业务，增加运营收入，具 有很好的经济效益。 3 2s d x c 设备的类型 s d x c 设备在功能块组成上与s d h 其他复用设备基本相似，不同的是s d x c 必须具有h p c l p c 功能块，也常常有h c s l c s ( 高阶连接监扮低阶连接监控) 功 能块。 i t u t 建议g 7 8 2 根据s d x c 是提供在高阶v c 的交叉连接，还是提供在低阶 v c 的交叉连接，或者是两者均提供的情况，可以将s d x c 设备为三种类型 4 1 1 3 4 1 。 1 s d x c 类型i $ t m - n t t f s 钟ut 。u 瓠t t t ph 亭t - 即c 伽3 上h 上h h o i g 7 0 呷且等化甜 广二士士 i s s s s - r s ! h 垂m p 苤n 亡：羹昌 s ui h 蓝卜吣接口 图3 2s d x c 类型i s d x c 类型i 如图3 2 所示，这类设备仅仅提供高阶v c ( h o v c ) 的交叉连接 功能。外部接入h o w 时，对于s t m n 接口可以通过传送终端功能块t t f 实现；对 c l 7 0 3 ( p d h ) 接口，可以通过高阶接口( h o d 功能块实现。在前一种情况下， s d x c 包含有h c s 功能块，h p c 连接矩阵的控制则通过s e m f 功能块。这种类型 的典型设备是s d x c 4 4 ，其端口速率为1 4 0 15 5 m b i d s ，在v c 4 等级上实现交叉 连接，交叉连接矩阵常为多级空分结构，典型为3 级c l o s 空分矩阵，延时很 山东大学硕士学位论文 小，仅几个微秒。s d x c 4 4 设备无法看n v c 4 的内容，只能将其作为一个整体 作交叉连接。s d x c 类型i 主要用于长途网的保护恢复和自动监控。 2 s d x c 类型i i s 图3 3s d x c 类型i i s d x c 类型i i 如图3 3 所示，这类设备仅仅提供低阶v c ( l o v c ) 的交叉连 接。外部接入l o w 时，对s t m n 接口可以通过t t f 和高阶组装器( h o a ) 功能块 实现：对于g 7 0 3 ( p d h ) 接口，可以通过低阶接n ( l o i ) 功能块实现。在前一种情况 下，s d x c 包含有l c s 功能块，而l p c 连接矩阵的控制则通过s e m f 功能块。 这种类型的典型设备是未配置独立v c - 4 交叉矩阵的s d x c 4 1 ，其端口速率 为1 4 0 15 5 m b i t s ，3 4 m b i t s 和2 m b i d s ，可在v c 1 2 ，v c 2 和v c 3 等级上实现交叉