《光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第4章

第4章光傳送網(wǎng)4.1傳送網(wǎng)4.2SDH傳送網(wǎng)4.3光傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要組成部分之一，可為各類業(yè)務(wù)網(wǎng)提供業(yè)務(wù)信息的傳送機制和手段。

本章首先介紹傳送網(wǎng)的基本概念、分層結(jié)構(gòu)和生存特性，然后重點介紹SDH傳送網(wǎng)和OTN光傳送網(wǎng)的概念、分層結(jié)構(gòu)、幀結(jié)構(gòu)、組成和應(yīng)用等。

4.1.1傳送網(wǎng)的概念

按照ITU-T有關(guān)傳送網(wǎng)(TransportNetwork)的定義，傳送網(wǎng)是在不同地點之間傳遞用戶信息的網(wǎng)絡(luò)的功能資源，即邏輯功能的組合。4.1傳送網(wǎng)由于以光纖為基礎(chǔ)的傳送網(wǎng)是當前傳送網(wǎng)的主體，因此通常將以光纖為傳輸媒質(zhì)的傳送網(wǎng)稱為光網(wǎng)絡(luò)。當然，傳送網(wǎng)也能傳遞各種網(wǎng)絡(luò)控制信息。所謂“光網(wǎng)絡(luò)”不是一個嚴格意義上的技術(shù)術(shù)語，而是一個通俗用語。從歷史上看，光網(wǎng)絡(luò)可以分為三代。第一代光網(wǎng)絡(luò)中光只是用來實現(xiàn)大容量傳輸，所有的交換、選路和其他智能功能都是在電層面上實現(xiàn)的，SDH就是第一代的光網(wǎng)絡(luò)，而目前正在開發(fā)的光傳送網(wǎng)(OTN)和全光網(wǎng)絡(luò)(AON)可以分別認為是第二代光網(wǎng)絡(luò)和第三代光網(wǎng)絡(luò)。OTN在功能上類似于SDH，只不過是在OTN所規(guī)范的速率和格式上實現(xiàn)而已，而全光網(wǎng)絡(luò)則不同，其傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)控和有些智能功能將在光層面上實現(xiàn)。從更廣義的角度看，光網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該覆蓋城域網(wǎng)和接入網(wǎng)領(lǐng)域，這兩個領(lǐng)域的光網(wǎng)絡(luò)不僅具有更加豐富多彩的技術(shù)選擇，而且在技術(shù)特征上也有很大的不同。光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)相比具有許多技術(shù)上和經(jīng)濟上的優(yōu)點：

(1)通信容量大，傳輸距離遠。

(2)高效的網(wǎng)絡(luò)管理和保護技術(shù)。

(3)信號串擾小，保密性能好。

(4)光纖尺寸小、重量輕，便于敷設(shè)和運輸。

(5)材料來源豐富，環(huán)境保護性好，有利于節(jié)約有色金屬銅。

(6)光纜適應(yīng)性強，壽命長。

(7)降低運營成本，增加了利潤增長點。相對于傳統(tǒng)SDH而言，ITU-T所定義的OTN的主要優(yōu)勢在于：

(1)具備更強的前向糾錯(FEC)能力。OTN的帶外FEC比SDH的帶內(nèi)FEC可以改進糾錯能力3dB~7dB。

(2)具有多級串聯(lián)連接監(jiān)視(TCM)功能。監(jiān)視連接可以是嵌套式、重疊式和/或級聯(lián)式，而SDH只允許單級。

(3)支持客戶信號的透明傳送。SDH只能支持單一的SDH客戶信號，而OTN可以透明支持所有的客戶信號。

(4)交換能力上的擴展性。SDH主要分兩個交換級別，即2Mb/s和155Mb/s，而OTN可以隨著線路速率的增加而增加任意級別的交換速率，與具體每個波長信號的比特率無關(guān)。

然而，OTN的主要不足之處是缺乏細帶寬粒度上的性能監(jiān)測和故障管理能力，對于速率要求不高的網(wǎng)絡(luò)其應(yīng)用經(jīng)濟性不佳。另外，由于現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠應(yīng)付實際應(yīng)用的需要，因此廠家開發(fā)新一代光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的驅(qū)動力不足，目前尚無成熟的產(chǎn)品可用，市場窗口是較窄的。相對于SDH和OTN而言，全光網(wǎng)絡(luò)(AON)的主要優(yōu)勢在于：

(1)解決電設(shè)備帶來的帶寬瓶頸問題。

(2)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對客戶層信號的透明性。

(3)簡化和加快了高速電路的指配和業(yè)務(wù)供給速度。

(4)實現(xiàn)光層的可重構(gòu)性。

(5)降低對業(yè)務(wù)節(jié)電的要求。

(6)降低建網(wǎng)成本和運營維護成本。

(7)同時實現(xiàn)業(yè)務(wù)層和光層聯(lián)網(wǎng)。

(8)實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。4.1.2傳送網(wǎng)模型的分層結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)已變得越來越復(fù)雜，為了便于分析和規(guī)劃，ITU-T提出了網(wǎng)絡(luò)分層和分割的概念，即任意一個網(wǎng)絡(luò)總可以從垂直方向分解為若干獨立的網(wǎng)絡(luò)層(即層網(wǎng)絡(luò))，相鄰層網(wǎng)絡(luò)之間具有客戶/服務(wù)者關(guān)系，而每一層網(wǎng)絡(luò)在水平方向又可以按照該層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分割為若干部分。網(wǎng)絡(luò)的分層和分割滿足正交關(guān)系。采用網(wǎng)絡(luò)分層模型主要有下述好處：

(1)單獨地設(shè)計和運行每一層網(wǎng)絡(luò)要比將整個網(wǎng)絡(luò)作為單個實體來設(shè)計和運行簡單和方便得多。

(2)可以利用類似的一組功能來描述每一層網(wǎng)絡(luò)，從而簡化了TMN管理目標的規(guī)定。

(3)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的觀點來看，對某一層網(wǎng)絡(luò)的增加或修改不會影響其他層網(wǎng)絡(luò)，這樣便于某一層網(wǎng)絡(luò)獨立地引進新技術(shù)和新拓撲而不影響其他層。

(4)這種簡單的建模方式便于容納多種技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)范與具體實施的方法無關(guān)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)范能保持相對的穩(wěn)定性?？偟膩砜?，這種功能分層模型擯棄了傳統(tǒng)的面向傳輸硬件的網(wǎng)絡(luò)概念，十分適應(yīng)于以業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)概念，使傳送網(wǎng)成為一個獨立于業(yè)務(wù)和應(yīng)用的動態(tài)、靈活、高度可靠和低成本的基礎(chǔ)網(wǎng)，并專職于信息比特流的傳送。而且在此基礎(chǔ)平臺之上又可以組建各種各樣的業(yè)務(wù)網(wǎng),適應(yīng)各式各樣的業(yè)務(wù)和應(yīng)用的需要。

一個適用于SDH的傳送網(wǎng)分層模型示例如圖4-1所示，其中電路層網(wǎng)絡(luò)是面向業(yè)務(wù)的，嚴格意義上是不屬于傳送層網(wǎng)絡(luò)的，因而傳送網(wǎng)大致分為二層，從上至下依次為通道層網(wǎng)絡(luò)和傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)。下面分別對包括電路層在內(nèi)的各層作簡要介紹。圖4-1傳送網(wǎng)的分層模型示例電路層網(wǎng)絡(luò)(其連接點可包含交換功能)涉及電路層接入點AP之間的信息傳遞，并直接為用戶提供通信業(yè)務(wù)。該層網(wǎng)絡(luò)是面向公用交換業(yè)務(wù)的,諸如電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)、租用線業(yè)務(wù)和B-ISDN虛通路等。按照所提供業(yè)務(wù)的不同，可以區(qū)分不同的電路層網(wǎng)絡(luò)。電路層網(wǎng)絡(luò)與相鄰的通道層網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的。

電路層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備包括用于各種交換業(yè)務(wù)的交換機(如電路交換機或分組交換機)，用于租用線業(yè)務(wù)的交叉連接設(shè)備以及路由器等。通道層網(wǎng)絡(luò)(其連接點可包含交叉連接功能)涉及通道層AP之間的信息傳遞并支持一個或多個電路層網(wǎng)絡(luò)，為其提供可支持不同類型業(yè)務(wù)所需的信息傳遞能力。例如,提供傳輸鏈路，像PDH中的2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s,SDH中的VC-12、VC-2、VC-3和VC-4,以及B-ISDN中的虛通道等。SDH網(wǎng)的一個重要特性是能夠?qū)νǖ缹泳W(wǎng)絡(luò)的連接性進行管理控制，使網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分靈活方便。通道層網(wǎng)絡(luò)與其相鄰的傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的。傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)與傳輸媒質(zhì)(光纜或無線)有關(guān)，由路徑和鏈路連接支持，不提供子網(wǎng)連接。它涉及段層AP之間的信息傳遞并支持一個或多個通道層網(wǎng)絡(luò)，為通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(如DXC)提供合適的通道容量，例如STM-N就是傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)的標準傳送容量。該層主要面向跨越線路系統(tǒng)的點到點傳送。

傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)可以進一步劃分為段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)(簡稱物理層)，其中段層網(wǎng)絡(luò)涉及保證通道層兩個節(jié)點之間信息傳遞的完整性,物理層涉及具體的支持段層網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì),如光纜或無線。在SDH網(wǎng)中,段層網(wǎng)絡(luò)還可以進一步細分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò)，其中復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)涉及復(fù)用段終端之間的端到端信息傳遞，諸如為通道層提供同步和復(fù)用功能并完成有關(guān)復(fù)用段開銷的處理和傳遞等。而再生段層網(wǎng)絡(luò)涉及再生器之間或再生器與復(fù)用段終端之間的信息傳遞，諸如定幀、擾碼、再生段誤碼監(jiān)視以及再生段開銷的處理和傳遞等。物理層網(wǎng)絡(luò)主要完成光電脈沖形式的比特傳送任務(wù)，與開銷無關(guān)。相鄰層網(wǎng)絡(luò)間符合客戶/服務(wù)者關(guān)系,而客戶/服務(wù)者聯(lián)系的地方正是服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)路徑中為客戶層網(wǎng)絡(luò)提供鏈路連接的地方。圖4-2給出了一個完全的SDH傳送網(wǎng)分層模型。

此外，利用擴展層網(wǎng)絡(luò)中路徑終端或終端連接點的方法可以將層網(wǎng)絡(luò)進一步分解為子層。以通道層為例，它可以進一步分解為一組由不同網(wǎng)絡(luò)運營者獨立管理的管理通道層。每一個管理通道層以電路層或別的管理通道層作為客戶，以傳輸媒質(zhì)層和別的通道層作為服務(wù)者。每一管理通道層可能有獨立的拓撲，而且不同管理通道層上通道的建立可以是彼此獨立的。同樣，傳輸媒質(zhì)層也可以分解為一組由不同網(wǎng)絡(luò)運營者獨立管理的管理傳輸媒質(zhì)層。圖4-2SDH傳送網(wǎng)分層模型4.1.3傳送網(wǎng)的生存特性

1.網(wǎng)絡(luò)生存性概念的提出

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進了通信技術(shù)的發(fā)展，它一方面方便了我們的生活，另一方面又使我們的生活更加依賴于通信。通信網(wǎng)絡(luò)的故障將會給人民的生活帶來極大的不便，甚至可能使整個社會陷入癱瘓。網(wǎng)絡(luò)的生存性屬于網(wǎng)絡(luò)完整性的一部分，網(wǎng)絡(luò)完整性包括通信質(zhì)量、可靠性和生存性，涉及通信系統(tǒng)多方面的技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)生存性(survivability)泛指網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)受各種故障，甚至是災(zāi)難性的大故障后仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力。在長途干線網(wǎng)的設(shè)計中，由于其業(yè)務(wù)量較大，因此系統(tǒng)的生存率定義為：當一線路段發(fā)生故障時，經(jīng)各保護環(huán)路上的備用系統(tǒng)保護后，該段線路可受到保護的系統(tǒng)數(shù)與該線路上傳輸?shù)目傁到y(tǒng)數(shù)之比。影響網(wǎng)絡(luò)生存性的因素通常有以下三個方面的原因：

(1)大量的業(yè)務(wù)集中于更大的傳輸和交換設(shè)備中，由于采用更高的速率，因此在較少的幾根光纖中集中的控制信令使得一個元件的失效將波及更大的范圍。

(2)軟件在帶來智能并提供系統(tǒng)靈活性的同時，也給系統(tǒng)埋下了整體崩潰的可能性。大型軟件測試的不可遍歷性使這種情況無法避免,但出現(xiàn)的概率相對較少。

(3)占很大比例的是可能存在的危險因素,這包括暴風雪、龍卷風、地震、火災(zāi)、洪水和海嘯等自然因素，以及人為破壞導(dǎo)致的光(電)纜斷裂和匯接局被破壞。

2.光傳送網(wǎng)OTN生存性方面的保護恢復(fù)技術(shù)

G.872為光傳送網(wǎng)OTN的分層結(jié)構(gòu)作了定義，細分為光通路層(OCh)、光復(fù)用段層(OMS)和光傳輸段層(OTS)。OCh層為各種數(shù)字化的用戶信號提供接口，它為透明地傳送SDH、PDH、ATM和IP等業(yè)務(wù)信號提供點到點的以光通路為基礎(chǔ)的組網(wǎng)功能；OMS層為經(jīng)DWDM復(fù)用的多波長信號提供組網(wǎng)功能；OTS層經(jīng)光接口與傳輸媒質(zhì)相連，它提供在光介質(zhì)上傳輸光信號的功能。OTN核心設(shè)備和業(yè)務(wù)的保護恢復(fù)的主要載體是光交叉連接設(shè)備OXC和光分插復(fù)用設(shè)備OADM，與SDH的最大區(qū)別在于SDH是基于時分復(fù)用的對時隙進行操作的“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)”，而OTN處理的對象是光載波，也就是模擬的“頻率時隙”或“光通道波長”，是一個“模擬傳送網(wǎng)絡(luò)”。但是OTN和SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，所使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)單元極為相似，因此它們的保護恢復(fù)技術(shù)基本相似，主要有以下兩種：

(1)點到點的線路(光復(fù)用段OMS)保護倒換方案。其原理是當工作鏈路傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統(tǒng)倒換設(shè)備將主信號自動地轉(zhuǎn)至備用光纖系統(tǒng)來傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號而感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)了故障。由于該保護方法只能保護傳輸鏈路，無法提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的失效保護，因此主要適用于點到點應(yīng)用的保護。

(2)核心傳輸網(wǎng)DWDM的自愈環(huán)網(wǎng)保護恢復(fù)技術(shù)——自愈環(huán)網(wǎng)SHR(SelfHealingRing)。這種技術(shù)是在無需人為干預(yù)的情況下，利用網(wǎng)絡(luò)具有發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新建立通信的能力，在極短的時間內(nèi)從失效的故障中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)的環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)APS保護方式包括兩纖單向環(huán)、兩纖雙向環(huán)和四纖雙向環(huán)。在環(huán)網(wǎng)中又分復(fù)用段保護和通道共享保護，是利用環(huán)網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)來實施的一種保護方式，屬于對資源的保護范圍?；谕ǖ赖箵Q的環(huán)是一種單向的通道保護環(huán)(UPPR)結(jié)構(gòu)，而基于線路倒換的環(huán)被稱為SPRING結(jié)構(gòu)。

3.多種保護與恢復(fù)方案的比較

一般來說，因為專用保護環(huán)的保護容量沒有共享，所以鏈路的成本最高。由此可見，在基于鏈路保護的網(wǎng)狀光網(wǎng)絡(luò)中，由于每一條主路都由一條路徑不同的備用路由來提供保護，而每一條保護路由都要跨越許多鏈路區(qū)段，在這每一區(qū)段的鏈路上都要預(yù)留專用的容量來作為保護容量使用，因此這種基于鏈路的網(wǎng)狀網(wǎng)保護恢復(fù)方案的組網(wǎng)成本是所有網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中成本最高的一種；相反地，在基于通道保護的網(wǎng)狀網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點之間的每一條連接只需要一條保護通道來提供保護功能，而且保護通道的粒度相對于鏈路保護來說要小得多，使得保護通道和工作通道所需要使用的容量也相對要小得多，另外網(wǎng)絡(luò)中的空閑容量在整個網(wǎng)絡(luò)上的分布也比較均衡。在專用環(huán)網(wǎng)保護方案中，每一條工作環(huán)路都在相反的方向上有一條保護環(huán)路與之相對應(yīng)，專用環(huán)網(wǎng)保護的組網(wǎng)成本低于網(wǎng)狀光網(wǎng)絡(luò)專用保護方案的組網(wǎng)成本而高于專用通道保護方案的組網(wǎng)成本。從對網(wǎng)絡(luò)容量的需求來說，保護比恢復(fù)需要更多的備份容量，基于容量共享的保護和恢復(fù)能夠大大降低網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)成本，但由于網(wǎng)狀網(wǎng)中空閑容量的均衡分布特性,使得共享保護環(huán)所需要的總?cè)萘咳员染W(wǎng)狀網(wǎng)的共享恢復(fù)所需要的總?cè)萘看?。在網(wǎng)狀網(wǎng)恢復(fù)策略中，基于通道的恢復(fù)比基于鏈路的恢復(fù)對空閑容量的使用效率更高。在節(jié)點的成本方面，規(guī)模相當?shù)腛ADM的成本比OXC的成本要低，如果忽略完成相同的功能時所需要的OADM的數(shù)量和需要OXC設(shè)備數(shù)量之間的差異，那么基于環(huán)網(wǎng)保護的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點成本最低。如果網(wǎng)絡(luò)是由很多的環(huán)網(wǎng)互連而構(gòu)成的，每個環(huán)網(wǎng)上的所有OADM都必須執(zhí)行互連功能時，那么基于環(huán)網(wǎng)保護的網(wǎng)絡(luò)就變得復(fù)雜了，這時就可以考慮使用成本更高的OXC設(shè)備來執(zhí)行網(wǎng)間互連以提高網(wǎng)絡(luò)的可擴展能力。事實上，在互連網(wǎng)中引入下路/直通功能將增加環(huán)網(wǎng)中節(jié)點的成本。從節(jié)點成本的角度來說，基于OXC的網(wǎng)狀網(wǎng)的節(jié)點成本要比環(huán)網(wǎng)的節(jié)點成本高得多。如果在基于專用鏈路保護的網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點外部增加光纖級交換，那么不僅可以降低節(jié)點中核心交換機構(gòu)的交換負荷，而且可以大大降低節(jié)點的成本。由于恢復(fù)在容量利用率方面比保護更加經(jīng)濟，因此為了實現(xiàn)恢復(fù)而執(zhí)行交叉連接的業(yè)務(wù)量也相對較少，使其相應(yīng)的節(jié)點成本也較低。

因為1＋1保護倒換無需使用信令協(xié)議，所以其管理成本是最低的。由于共享保護環(huán)要使用自動保護倒換APS協(xié)議，因此增加了其管理的成本。無論是集中式控制還是分布式控制的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，在執(zhí)行恢復(fù)時都需要使用信令，針對一個恢復(fù)需求往往同時存在多條備用路由，而且在動態(tài)恢復(fù)時還需要對這些備用路由進行評估，使得這些信令的執(zhí)行往往是很復(fù)雜的。另外在網(wǎng)狀網(wǎng)中執(zhí)行業(yè)務(wù)恢復(fù)時，恢復(fù)通道在其整個路由上不得不重構(gòu)和配置沿途的所有OXC交換機構(gòu)，而共享保護環(huán)卻只需在執(zhí)行交換的兩個ADM上進行倒換的橋接操作，所以網(wǎng)狀網(wǎng)恢復(fù)比共享保護環(huán)的管理成本高。

網(wǎng)絡(luò)的靈活性綜合了網(wǎng)絡(luò)面對始料未及的業(yè)務(wù)模型變化和故障類型變化的應(yīng)對能力，以及網(wǎng)絡(luò)在可擴展性方面的能力。由于環(huán)網(wǎng)不能挖掘網(wǎng)絡(luò)所有的連通性潛力，而且其保護通道是固定不變的，因此環(huán)網(wǎng)的靈活性最差。另外，要升級環(huán)網(wǎng)就必須使整個環(huán)網(wǎng)升級，而網(wǎng)狀網(wǎng)的升級可以是每個OXC和每條鏈路的升級，使環(huán)網(wǎng)比網(wǎng)狀網(wǎng)難以升級擴容。專用保護環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模僅僅依賴于網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量而與業(yè)務(wù)模型無關(guān)，面對始料未及的業(yè)務(wù)變化，專用保護環(huán)的靈活性比共享保護環(huán)的靈活性要高。由于使用了可重構(gòu)性的OXC設(shè)備，因此網(wǎng)狀網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)的靈活性最高。

一條通道的可用性是指一條通道或一個網(wǎng)絡(luò)的實際可用時間與總時間的比率。因為在環(huán)狀互連網(wǎng)絡(luò)中一條通道上的分別發(fā)生在不同環(huán)網(wǎng)中的故障都可被恢復(fù)，所以環(huán)網(wǎng)互連能夠提供最高水平的可用性。在互連節(jié)點中可以使用下路/直通功能來為環(huán)網(wǎng)互連節(jié)點提供保護，這樣就形成了具有子網(wǎng)生存能力的一種非常安全的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且覆蓋多個環(huán)網(wǎng)路徑很長的一條通道可以同時應(yīng)付多點故障。網(wǎng)狀網(wǎng)的通道保護可以為端到端的通道提供保護，一旦工作通道和保護通道都出現(xiàn)了故障，該連接就無法被恢復(fù)了。一般來說，由于恢復(fù)可以處理多點故障，因此它的靈活性很高，但網(wǎng)絡(luò)中空閑容量的多少直接決定著網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力，這時網(wǎng)絡(luò)的可用性完全依賴于空閑容量的分布和恢復(fù)策略性能的優(yōu)劣。另外，雖然基于鏈路的保護/恢復(fù)不能處理節(jié)點故障，但是它能夠很好地從多鏈路故障中恢復(fù)過來。總之，網(wǎng)絡(luò)的可用性依賴于節(jié)點和鏈路的可用率以及網(wǎng)絡(luò)中空閑容量的大小。

以上是根據(jù)不同的生存性策略分別對比和分析了不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可用性問題，但一般情況下不同的業(yè)務(wù)模型也同樣會影響網(wǎng)絡(luò)的可用性。由于業(yè)務(wù)需求的類型不同，因此對網(wǎng)絡(luò)可用性的要求也不同，有些業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)可用性的要求非?？量?，這時就必須考慮使用保護來提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。在網(wǎng)狀網(wǎng)中，不同類型的業(yè)務(wù)可以很容易地混合起來，而在環(huán)狀網(wǎng)中，也可以通過給環(huán)網(wǎng)增加對非預(yù)置空的未保護業(yè)務(wù)和預(yù)置空超量業(yè)務(wù)的支持能力來達到這個目的。

4.光網(wǎng)絡(luò)生存性的關(guān)鍵問題

1)故障檢測和定位

故障檢測和定位的目標首先是為了快速和準確地實現(xiàn)保護倒換和業(yè)務(wù)的恢復(fù)，其次是為了整個網(wǎng)絡(luò)的管理和維護。到目前為止，光域上能夠準確檢測的參數(shù)只有光功率、光信噪比(OSNR)和中心波長，而像誤碼率、LOS和LOF這類參數(shù)只能在電域上檢測。由于故障檢測是實現(xiàn)自愈的第一步，且保護倒換和路由的恢復(fù)都有嚴格的時間要求，因此故障的檢測不僅要準確，而且要快速。故障的定位是實現(xiàn)保護倒換和路由恢復(fù)的第二步，也是至關(guān)重要的一步，要實現(xiàn)自愈，必須實現(xiàn)故障的快速和準確定位。只有確定了故障的具體位置，才能進行網(wǎng)絡(luò)的保護和恢復(fù)以及進一步的業(yè)務(wù)配置。如果一個網(wǎng)絡(luò)不能進行精確的故障定位，那么網(wǎng)絡(luò)的生存性就不會得到保證。但是由于故障的傳遞性、檢測機制的不完善性以及故障檢測與故障傳遞之間的時差等原因，使得故障的定位在光網(wǎng)絡(luò)中成為一個難點。當在一個網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生光纖斷裂和節(jié)點掉電等故障時，相關(guān)的節(jié)點和檢測點均要產(chǎn)生告警，即往往是一處發(fā)生了故障，網(wǎng)絡(luò)中多處都產(chǎn)生告警。當然這也不是不可逾越的困難，故障的定位除與節(jié)點自身的功能緊密相關(guān)外，還與信令的傳送方式或者說信令網(wǎng)總的控制方式直接相關(guān)。一般而言，只有在知道全網(wǎng)的信息(包括配置和業(yè)務(wù)信息)的情況下才能實現(xiàn)故障的準確定位，但是故障的發(fā)生是帶有偶然性的，即各節(jié)點收到的信息是突發(fā)性的，不能用一般的馬爾可夫理論進行分析，即不屬于一般的M/M/X排隊模型，而是屬于D/M/X模型。如果每個節(jié)點(分布式控制)或者說主節(jié)點(集中式控制)需要收集所有的故障信息來處理，那么不僅要有一套復(fù)雜的算法，而且在節(jié)點處理該信息時必須合理地考慮故障傳遞與信息傳遞的時差問題，這樣就增加了其實現(xiàn)的復(fù)雜度，而且也難以滿足時效性的要求。針對上述問題的解決方法：對于分布式控制的網(wǎng)絡(luò)，采用分布式定位的方法，這種分布式的故障定位方法是與業(yè)務(wù)和鏈路相關(guān)的。對于集中式控制的網(wǎng)絡(luò)，即有主控節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，故障定位采用分層定位的方法，即首先由單節(jié)點承擔一部分故障的簡單分析，如該節(jié)點相關(guān)告警的過濾和屏蔽以及嚴重告警的定位，然后將處理結(jié)果上報主控節(jié)點，由主控節(jié)點進一步分析和處理，最終確定故障的具體位置。從上述分析可以看出，單節(jié)點能夠定位的故障是有限的，只有將所有相關(guān)的告警收集起來進行相關(guān)性分析，才能實現(xiàn)故障的精確定位。這就涉及單節(jié)點處理后的信息如何合理和正確地發(fā)布的問題,還有故障信息的編碼問題，合理和有效的編碼將會使故障定位真正做到快速而準確。當然，在故障信息發(fā)布的同時，必須輔以相應(yīng)的故障信息抑制，否則故障信息的不斷發(fā)布將會使故障定位產(chǎn)生連帶的錯誤。

2)故障信息的傳送

在集中式控制下，因為所有的控制信息都是由主控節(jié)點下發(fā)的，所以在檢測到故障后，應(yīng)該盡快地將該節(jié)點處理后的告警和定位信息送到主控節(jié)點，使主控節(jié)點能夠快速和準確地進行故障的分析和定位，可采用以下兩種形式：

(1)廣播式方法，即一旦檢測到故障，稍加處理后就以廣播的形式進行發(fā)送，其他非相關(guān)節(jié)點僅僅起轉(zhuǎn)接該信息的作用，只有主控節(jié)點才能接收該信息。這種處理方式的優(yōu)點是思路簡單，但是它帶來的負面影響是信令網(wǎng)中的信息流量加大，容易產(chǎn)生控制流的阻塞，而且會使非主控節(jié)點的處理變得復(fù)雜化。因為廣播信息的控制和管理是必不可少的，而這本身就是一個通信控制的難題，所以此方法實現(xiàn)起來相對較困難。

(2)最短路徑方式發(fā)送，即每個非主控節(jié)點都有路由表，該路由表上記錄了該節(jié)點到主控節(jié)點的最短路徑以及其他可達路徑的出口。故障信息就可以通過這種方式以最快的方式到達主控節(jié)點。該方式處理簡單，但它要求每個節(jié)點都儲存必需的路由表，而且在網(wǎng)絡(luò)更改或者擴容時不得不更改路由表，故不可避免地要增加系統(tǒng)的代價。在分布式控制下，各節(jié)點的地位是平等的，各節(jié)點對故障的兩層過濾都是由自己完成的。但是如果每個節(jié)點都像集中控制方式下的主控節(jié)點，不僅不經(jīng)濟，而且處理的復(fù)雜度相當大，很難滿足時效性的嚴格要求。所以其第二層處理功能應(yīng)該是僅僅收集相關(guān)鏈路或者通道的故障信息，但是這就需要該節(jié)點了解整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，在處理上還是比較困難的，需要定制一套相當復(fù)雜的算法。實現(xiàn)分布式控制下信令的傳送，是實現(xiàn)其定位的關(guān)鍵，如何將相關(guān)的故障信息收集到該節(jié)點，以實現(xiàn)故障的定位是非常復(fù)雜的。

3)保護倒換和路由恢復(fù)

光傳送網(wǎng)采用了兩種保護體系，即路徑保護和子網(wǎng)連接保護。光路徑保護采用端到端保護機理，可用于各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如網(wǎng)狀網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)或兩者混合結(jié)構(gòu))，它既可以按單向形式工作，也可以按雙向形式工作，適用于光通道層和光復(fù)用段層。在光傳輸段層中不使用路徑保護，其保護方式既可以是單向1＋1，也可以是1∶1，但在1∶1工作時，保護通路可以支持低等級業(yè)務(wù)。子網(wǎng)連接保護同樣適用于各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以用于保護網(wǎng)絡(luò)連接的全部或其中的一部分，其使用內(nèi)在的監(jiān)視方式(SNC/I保護業(yè)務(wù)層中的故障)。光傳送網(wǎng)中的子網(wǎng)連接保護有以下兩種方式：

(1)一種思路是將保護倒換和路由恢復(fù)分開考慮，即采用不同的編碼和不同的機制。這是出于對時間要求的考慮，保護倒換要求在50ms內(nèi)完成，而路由恢復(fù)的要求為2s。

(2)另一種思路是統(tǒng)一編碼和不同處理的方法，即IETF的思路。這種思路的主要出發(fā)點是為了迎合現(xiàn)在流行的IPv6協(xié)議處理模式，但是這種處理方式較復(fù)雜。其實解決了第二種思路中的問題，第一種思路也就迎刃而解。下面分析第二種思路的實現(xiàn)。不同的故障應(yīng)選用不同的保護方式。由于環(huán)網(wǎng)具有很強的自愈能力，因此全光環(huán)形網(wǎng)絡(luò)也可借用升級的環(huán)網(wǎng)APS協(xié)議來實現(xiàn)保護，但對于格形網(wǎng)而言情況就十分復(fù)雜了，因為其某一鏈路或者通道從不同的觀點來看屬于不同的簡單拓撲結(jié)構(gòu)，選用那種保護方式與其子網(wǎng)標識密切相關(guān)。為了實現(xiàn)快速的保護倒換以及增強格形網(wǎng)的“強壯”性，利用圖論的知識將格形網(wǎng)劃分為幾個子網(wǎng)(以最小環(huán)進行劃分，不能歸為最小環(huán)的標識為樹)，將這些子網(wǎng)進行標識，就可以在整個格形網(wǎng)中對不同子網(wǎng)中的故障采取不同的保護方法，例如，對環(huán)形子網(wǎng)中的故障借用環(huán)網(wǎng)的保護方法，對樹形子網(wǎng)中的故障采用相應(yīng)的1＋1或者M∶N保護。這是因為格形網(wǎng)其實就是環(huán)網(wǎng)的相交相割再加上一些樹形拓撲(或者孤島)而構(gòu)成的。對處于不同子網(wǎng)的資源和業(yè)務(wù)實施不同的保護方式，可以提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。

對于路由恢復(fù)而言，不管哪種保護方式都需要預(yù)留資源。如果一個網(wǎng)絡(luò)中全部采用保護方式的話，那么勢必會大大降低網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，所以一個網(wǎng)絡(luò)中除了采取適當?shù)谋Ｗo方式外，一般還要采用業(yè)務(wù)恢復(fù)的方法來實施對業(yè)務(wù)的保護。由于恢復(fù)路由不是預(yù)留的而是按照一定的優(yōu)化方法算出來的，因此它比保護方案更能合理地利用網(wǎng)絡(luò)的資源和優(yōu)化業(yè)務(wù)的分配。但是恢復(fù)路由是在故障情況下臨時算出來的，這勢必造成恢復(fù)時間比保護時間長。此外它必須是在故障定位信息已經(jīng)更新的情況下才能計算,故恢復(fù)時間取決于故障定位時間和算法的時間以及網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。與保護倒換不同，路由恢復(fù)和資源調(diào)度不僅需要了解線路或者通道的好壞，而且需要了解各鏈路和通道的資源使用情況。只有這樣，才能依據(jù)一定的波長路由算法進行資源的合理調(diào)配。集中式控制有利于網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，但是,由于主控節(jié)點記憶的數(shù)據(jù)量太大和處理的“事務(wù)”過多，因此其速度不高，不適合于大型網(wǎng)絡(luò)。分布式控制不是依據(jù)全網(wǎng)的信息來進行選路和恢復(fù)的，不利于網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，但是其各個節(jié)點處于同等的地位，處理相對簡單，所以其速度相對較快，而且適合于任何規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，但是隨著網(wǎng)絡(luò)的運行，可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用嚴重不合理。

根據(jù)上述分析，在一個大型網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該是兩種控制方式并存。對于實時性要求高的一些操作，例如,資源的保護和重要業(yè)務(wù)的恢復(fù)可采用分布式的控制方法，也可借用預(yù)選恢復(fù)路由的方法來實現(xiàn)；對于一些實時性要求不高的操作，例如，業(yè)務(wù)配置、性能管理和維護等可采用集中式控制的方法，這樣有利于合理配置網(wǎng)絡(luò)；對于一些要求實時性而分布式控制方法很難解決或者說解決有困難的操作，例如故障定位，則可以采用兩種控制方法結(jié)合的分節(jié)控制的方法來實現(xiàn)，這樣就可以提高網(wǎng)絡(luò)控制和管理的靈活性，從而提高實時性和合理性。

4)拓撲結(jié)構(gòu)的識別

為了在一個網(wǎng)絡(luò)中同時支持保護倒換和路由恢復(fù)，并且還要保護和恢復(fù)協(xié)調(diào)操作，這就需要借用圖論的知識將網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個子網(wǎng)。在這些不同拓撲結(jié)構(gòu)的邏輯子網(wǎng)中來分別執(zhí)行不同的保護和恢復(fù)方式。一般而言，保護是針對資源即物理層和段層的保護，而恢復(fù)是針對業(yè)務(wù)層，即僅僅針對業(yè)務(wù)的。為實現(xiàn)這個目的，就需要信令網(wǎng)具有識別拓撲結(jié)構(gòu)的能力，以及能夠按照一定的規(guī)則來劃分不同的子網(wǎng)，這是啟動保護倒換和路由恢復(fù)的依據(jù)，以及啟動何種保護倒換類型的必備信息。當然這些信息不應(yīng)實時運行，應(yīng)該具有相對的穩(wěn)定性，否則將會導(dǎo)致信令的交換時間過長，處理也十分復(fù)雜，更難保證保護和恢復(fù)等實時性要求高的操作。一般是設(shè)置一個定時器，每隔一固定的時間查詢和自動識別一次；還有就是故障觸發(fā)識別，即在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下來修改拓撲結(jié)構(gòu)；還有就是由網(wǎng)管啟動識別命令來強制識別，這通常用于系統(tǒng)的升級、擴容和改造。拓撲識別一般有兩種處理方法：

(1)由網(wǎng)管配置，即規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時將網(wǎng)絡(luò)拓撲按一定的算法或者按照設(shè)計者的要求分為幾個子網(wǎng)，然后由網(wǎng)管配置各節(jié)點的子網(wǎng)標識。這種方法的前提是必須事先知道網(wǎng)絡(luò)的物理配置,在網(wǎng)絡(luò)升級或者物理拓撲改變的情況下，需要進行重新配置。這種方法的主要好處就是簡單、易操作，便于管理；缺點就是實時性不強，對網(wǎng)絡(luò)操作者的依賴性過強，也即對維護者的知識要求較高。這種方法是相對靜態(tài)的，也是目前使用較多的方法。

(2)節(jié)點自動識別。在不同的控制方式下，實現(xiàn)的方法和難易程度是不同的。集中式控制：網(wǎng)絡(luò)拓撲的識別工作應(yīng)該交給主控節(jié)點完成，這種方式在大型網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)非常復(fù)雜，所以距離其實用化還有很長的一段路要走；分布式控制：為了識別整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲，必須知道全網(wǎng)的信息，但分布式控制機制下的節(jié)點明顯不具備這個功能，所以此功能可以交給中心網(wǎng)管來完成。集中式控制和分布式控制的區(qū)別是：集中式控制是把網(wǎng)絡(luò)的識別放在控制層完成的，速度相對較快；而分布式控制必須將網(wǎng)絡(luò)的識別交由管理層完成，速度相對較慢。

5)光通路層管理

模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的局限性及目前科技水平對全光網(wǎng)絡(luò)處理的現(xiàn)狀，想要建立一個全球或全國性的全光網(wǎng)絡(luò)是無法實現(xiàn)的，而在短期內(nèi)利用光/電設(shè)備消除模擬噪聲及光波轉(zhuǎn)變的功能卻是切實可行的。但是，網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營者希望新的光傳送網(wǎng)可以不考慮客戶信號的種類，以便減少使用光/電設(shè)備的要求，從而降低控制的復(fù)雜性與網(wǎng)絡(luò)管理的費用。為了實現(xiàn)OP層的網(wǎng)絡(luò)保護，可利用電的幀結(jié)構(gòu)來保證網(wǎng)絡(luò)可靠性。也許未來的OP網(wǎng)絡(luò)不用這種幀結(jié)構(gòu)，但在目前這是最好的方法。幀由OP開銷信道和OP負載信道組成,而SDH虛容器(VCS)、ATM信元、PDH通道信號和PPP幀都可被映射到OP負載信道中。

光傳送網(wǎng)的容錯和保護恢復(fù)能力對于運營商來說是至關(guān)重要的，光網(wǎng)絡(luò)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的保護恢復(fù)機制基本上采用了原有SDH的保護恢復(fù)方式來滿足電信級運營要求，而IP層上控制平面路由、信令和鏈路管理信息的保護恢復(fù)技術(shù)的解決方案還沒有統(tǒng)一的標準。目前ITU-T、IETF和OIF三大國際標準組織正傾向于智能光網(wǎng)絡(luò)IP層保護恢復(fù)技術(shù)方面的研究。

4.2.1SDH傳送網(wǎng)的概念

SDH(SynchronousDigitalHierarchy)是ITU-T制定的，獨立于設(shè)備制造商的NNI上的數(shù)字傳輸體制接口標準(光/電接口)。它主要用于光纖傳輸系統(tǒng)，其設(shè)計目標是定義一種技術(shù)，通過同步的、靈活的光傳送體系來運載各種不同速率的數(shù)字信號。這一目標是通過字節(jié)間插(Byte-Interleaving)的復(fù)用方式來實現(xiàn)的，字節(jié)間插使復(fù)用和段到段的管理得以簡化。4.2SDH傳送網(wǎng)

SDH的內(nèi)容包括傳輸速率、接口參數(shù)、復(fù)用方式和高速SDH傳送網(wǎng)的OAM。其主要內(nèi)容借鑒了1985年Bellcore(現(xiàn)在的TelcordiaTechnologies)向ANSI提交的SONet(SynchronousOpticalNetwork)建議，ITU-T對其做了一些修改，大部分的修改內(nèi)容是在較低的復(fù)用層，以適應(yīng)各個國家和地區(qū)網(wǎng)絡(luò)互連的復(fù)雜性要求。相關(guān)的建議包含在G.707、G.708和G.709中。SDH設(shè)備只能部分兼容SONet，兩種體系之間可以相互承載對方的業(yè)務(wù)流，但兩種體系之間的告警和性能管理信息等無法互通。

SDH之所以能夠快速發(fā)展是與它自身的特點分不開的，其具體特點如下：

(1)SDH傳輸系統(tǒng)在國際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)、數(shù)字傳輸標準速率和標準的光路接口，可使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，因此有很好的橫向兼容性。它能與現(xiàn)有的PDH完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號，形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標準，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

(2)SDH接入系統(tǒng)的不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，而凈負荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插得出低速支路信號，實現(xiàn)了一次復(fù)用的特性，克服了PDH準同步復(fù)用方式對全部高速信號進行逐級分解后再生復(fù)用的過程，大大簡化了DXC，減少了“背靠背”的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳送的透明性。

(3)由于采用了較先進的分插復(fù)用器(ADM)和數(shù)字交叉連接(DXC)，因此網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強大，具有較強的生存率。在SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了信號的5％作為開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網(wǎng)絡(luò)的維管費和生存能力起到了積極作用。

(4)SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，能增強網(wǎng)監(jiān)、運行管理和自動配置功能，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時也使網(wǎng)絡(luò)靈活、安全和可靠的運行，使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全且多樣化。

(5)SDH具有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合來實現(xiàn)不同層次和各種拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，使用起來十分靈活。

(6)SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線和同軸電纜，但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率時則需用光纖。這一特點表明，SDH既可用作干線通道，又可作支線通道。例如，我國的國家級與省級有線電視干線網(wǎng)就是采用SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)(HFC)相兼容。

(7)從OSI模型的觀點來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴格的限制，便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持ATM或IP傳輸。

(8)SDH是嚴格同步的，從而保證了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，誤碼率較低，且便于復(fù)用和調(diào)整。

(9)標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。4.2.2SDH幀結(jié)構(gòu)

1.整體結(jié)構(gòu)

SDH幀結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)SDH網(wǎng)絡(luò)功能的基礎(chǔ)，該幀結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)支路信號的同步復(fù)用、交叉連接和SDH層的交換，同時使支路信號在一幀內(nèi)分布均勻、規(guī)則和可控，以利于上/下電路傳輸。

SDH幀結(jié)構(gòu)與PDH的一樣，以125μs為幀同步周期，并采用了字節(jié)間插、指針和虛容器等關(guān)鍵技術(shù)。SDH系統(tǒng)的基本傳輸速率是STM－1(SynchronousTransportModule-1,155.520Mb/s)，其他高階信號的速率均由STM-1的整數(shù)倍構(gòu)造而成:STM-4(4×STM-1＝622.080Mb/s)、STM-16(16×STM-1＝2488.320Mb/s)和STM-64(64×STM-1＝9953.280Mb/s)。SDH信號的等級如表4-1所示。表4-1SDH的信號等級

STM-1由9行和270列字節(jié)組成，高階信號均以STM-1為基礎(chǔ)，采用字節(jié)間插方式形成，其幀格式是以字節(jié)為單位的塊狀結(jié)構(gòu)。STM-N由9行和270×N列字節(jié)組成。

STM-N幀的傳送方式與我們讀書的習慣一樣，以行為單位，自左向右、自上而下地依次發(fā)送。圖4-3STM-N幀結(jié)構(gòu)示意圖每個STM幀由段開銷SOH(SectionOverhead)、管理單元指針(AUPTR，AdministrativeUnitPointer)和STM-N凈負荷(Payload)三部分組成。

段開銷用于SDH傳輸網(wǎng)的運行、維護、管理和指配(OAM&P),它又分為再生段開銷(RegeneratorSOH)和復(fù)用段開銷(MultiplexorSOH)，分別位于SOH區(qū)的1～3行和5～9行。段開銷是保證STM凈負荷正常和靈活地傳送所必須附加的開銷。

管理單元指針AUPTR用于指示STM凈負荷中的第一個字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的起始位置，以便接收端可以正確地分離STM凈負荷，它位于RSOH和MSOH之間，即STM幀第4行的1～9列。

STM凈負荷是存放要通過STM幀傳送的各種業(yè)務(wù)信息的地方，它也包含少量用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷POH(PathOverhead)。

2.開銷字節(jié)

SDH提供了豐富的開銷字節(jié)，用于簡化支路信號的復(fù)用/解復(fù)用和增強SDH傳輸網(wǎng)OAM&P的能力。它主要有再生段開銷(RSOH)、復(fù)用段開銷(MSOH)、通道開銷(POH)和管理單元指針(AU-PTR)，分別負責管理不同層次的資源對象，圖4-4描述了SDH中再生段、復(fù)用段和通道的含義。

圖4-4再生段、復(fù)用段和通道示意圖

(1)RSOH。它負責管理再生段，在再生段的發(fā)端產(chǎn)生，并在再生段的末端終結(jié)，支持的主要功能有STM-N信號的性能監(jiān)視、幀定位和OAM&P信息傳送。

(2)MSOH。它負責管理復(fù)用段，復(fù)用段由多個再生段組成，它在復(fù)用段的發(fā)端產(chǎn)生，并在復(fù)用段的末端終結(jié)，即MSOH透明地通過再生器。它支持的主要功能有復(fù)用或串聯(lián)低階信號、性能監(jiān)視、自動保護切換和復(fù)用段維護等。

(3)POH。通道開銷(POH)主要用于端到端的通道管理，支持的主要功能有通道的性能監(jiān)視、告警指示、通道跟蹤和凈負荷內(nèi)容指示等。SDH系統(tǒng)通過POH可以識別一個VC,并評估系統(tǒng)的傳輸性能。

(4)AU-PTR。它用于定位STM-N凈負荷的起始位置。

目前,ITU只定義了部分開銷字節(jié)的功能，很多字節(jié)的功能有待進一步定義。

3．STM凈負荷的結(jié)構(gòu)

1)VC的含義

為使STM凈負荷區(qū)可以承載各種速率的同步或異步業(yè)務(wù)信息，SDH引入了虛容器VC結(jié)構(gòu)，一般將傳送VC的實體稱為通道。

VC可以承載的信息類型沒有任何限制，目前主要承載的信息類型有PDH幀、ATM信元、IP分組及LAN分組等。換句話說，任何上層業(yè)務(wù)信息必須首先裝入一個滿足其容量要求的VC，然后才能裝入STM凈負荷區(qū)，通過SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸。

VC由信息凈負荷(Container)和通道開銷(POH)兩部分組成。POH在SDH網(wǎng)的入口點加上，而在SDH網(wǎng)的出口點除去，然后信息凈負荷被送給最終用戶，而VC在SDH網(wǎng)中傳輸時保持完整不變。借助于POH，SDH傳輸系統(tǒng)可以定位VC中業(yè)務(wù)信息凈負荷的起始位置，因而可以方便靈活地在通道中的任一點進行插入和提取，并以VC為單位進行同步復(fù)用和交叉連接處理，以及評估系統(tǒng)的傳輸性能。

VC分為高階VC(VC-3和VC-4)和低階VC(VC-2、VC-11和VC-12)。需要說明的是，VC中的“虛”有兩個含義：一是VC中的字節(jié)在STM幀中并不是連續(xù)存放的，這可以提高凈負荷區(qū)的使用效率，同時也使得每個VC的寫入和讀出可以按周期的方式進行；二是一個VC可以在多個相鄰的幀中存放，即它可以在一個幀中開始而在下一個幀中結(jié)束，其起始位置在STM幀的凈負荷區(qū)中是浮動的。

2)STM凈負荷的組織

為增強STM凈負荷容量管理的靈活性，SDH引入了兩級管理結(jié)構(gòu)：管理單元(AU,AdministrativeUnit)和支路單元(TU,TributaryUnit)。

AU由AU-PTR和一個高階VC組成，它是在骨干網(wǎng)上提供帶寬的基本單元，目前AU有兩種形式，即AU-4和AU-3。AU也可以由多個低階VC組成，此時每個低階VC都包含在一個TU中。

TU由TU-PTR和一個低階VC組成，特定數(shù)目的TU根據(jù)路由編排和傳輸?shù)男枰梢越M成一個TUG(TUGroup)。目前TU有TU-11、TU-12、TU-2和TU-3等四種形式，TUG不包含額外的開銷字節(jié)。類似地，多個AU也可以構(gòu)成一個AUG以用于高階STM幀。

可以看出,AU和TU都是由兩部分組成的：固定部分＋浮動部分。固定部分是指針，浮動部分是VC，通過指針可以輕易地定位一個VC的位置。VC是SDH網(wǎng)絡(luò)中承載凈負荷的實體，也是SDH層進行交換的基本單位，它通常在靠近業(yè)務(wù)終端節(jié)點的地方創(chuàng)建和刪除。

圖4-5STM-1(AU-4)的凈負荷結(jié)構(gòu)示意圖4.2.3SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。

各種信號復(fù)用到STM幀的過程分為以下三個步驟：

(1)映射(Mapping)。映射是一種在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處(如SDH/PDH邊界處)，將各種支路信號通過增加調(diào)整比特和POH適配進VC的過程。圖4-6SDH的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

(2)定位(Aligning)。定位是指通過指針調(diào)整，使指針的值時刻指向低階VC幀的起點在TU凈負荷中或高階VC幀的起點在AU凈負荷中的具體位置，使收端能據(jù)此正確地分離相應(yīng)的VC。即利用POH進行支路信號的頻差相位的調(diào)整，定位VC中的第一個字節(jié)。

(3)復(fù)用(Multiplexing)。復(fù)用就是將多個低階通道層信號適配進高階通道層或是將多個高階通道層信號適配進復(fù)用段的過程，即通過字節(jié)間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程。為了適應(yīng)各種不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況，有異步、比特同步和字節(jié)同步三種映射方法與浮動VC和鎖定TU兩種模式。這三種映射方法和兩種工作模式共可組合成五種映射方式，當前最通用的是異步映射浮動模式。

異步映射浮動模式最適用于異步/準同步信號映射，包括將PDH通道映射進SDH通道的應(yīng)用，能直接上/下低速PDH信號，但是不能直接上/下PDH信號中的64kb/s信號。異步映射接口簡單，引入的映射時延少，可適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)和特性的數(shù)字信號，是一種最通用的映射方式，也是PDH向SDH過渡期內(nèi)必不可少的一種映射方式。當前各廠家的設(shè)備絕大多數(shù)采用的是異步映射浮動模式。浮動字節(jié)同步映射接口復(fù)雜,但能直接上/下64kb/s和N×64kb/s信號，主要用于不需要一次群接口的數(shù)字交換機互連和兩個需直接處理64kb/s和N×64kb/s業(yè)務(wù)的節(jié)點間的SDH連接。

圖4-6所示的SDH的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)是由一些基本復(fù)用映射單元組成的、有若干個中間復(fù)用步驟的復(fù)用結(jié)構(gòu)，具有一定頻差的各種支路的業(yè)務(wù)要想復(fù)用進STM-N幀都要經(jīng)歷映射、定位校準和復(fù)用三個步驟。其基本原理是：首先各種速率等級的數(shù)據(jù)流進入相應(yīng)的容器(C)，完成適配功能(主要是速率調(diào)整)；然后進入虛容器(VC)，加入通道開銷(POH)。VC在SDH網(wǎng)中傳輸時可作為一個獨立的實體在通道中任意位置取出或插入，以便進行同步復(fù)用和交叉連接處理。由VC輸出的數(shù)據(jù)流再按圖4-6中規(guī)定的路線進入管理單元(AU)或支路單元(TU)。在AU和TU中要進行速率調(diào)整，這樣使得低一級的數(shù)字流在高一級的數(shù)字流中的起始點是浮動的。為了準確地確定起始點的位置，AU和TU設(shè)置了指針(AUPRT和TUPRT)，從而在相應(yīng)的幀內(nèi)進行靈活和動態(tài)地定位。在N個AUG的基礎(chǔ)上，再附加段開銷SOH，便形成了STM-N的幀結(jié)構(gòu)。圖4-6中的定位校準是利用指針調(diào)整技術(shù)來取代傳統(tǒng)的125μs緩存器，實現(xiàn)支路頻差的校準和相位的對準。指針調(diào)整技術(shù)是數(shù)字傳輸復(fù)用技術(shù)的一項重大革新，它消除了PDH中僵硬的大量硬件配件，這種結(jié)構(gòu)有明顯的特色，意義深遠。

由于經(jīng)TUPTR和AUPTR處理后的各VC支路已實現(xiàn)了相位同步，因此復(fù)用過程為同步復(fù)用，具體的復(fù)用過程在圖4-6中已表明，即

TUG-2＝3×TUG-12或TUG-3＝1×TU-3

TUG-3＝7×TUG-2STM－1＝VC-4＝3×TUG-3

STM-N＝N×STM-1不難看到，PDH低次群信號作為容器經(jīng)過碼流調(diào)整并附加以指針后直接映射到SDH的傳輸幀中，通過指針直接“取下”或“插入”PDH低次群信號，取消了“背靠背”的多路與復(fù)用。

需要特別說明的是,N個STM-1以字節(jié)間插方式復(fù)用成STM-N時，段開銷的復(fù)用并非典型的交錯間插，而是僅以第一個STM-1的SOH和其余N－1個STM-1的SOH中A1、A2、J0和B2字節(jié)參與字節(jié)交錯間插復(fù)用，形成STM-N的指針和凈負荷。4.2.4SDH傳送網(wǎng)分層模型

如果將分組交換機、電話交換機和無線終端等看做業(yè)務(wù)節(jié)點，那么傳送網(wǎng)的角色是將這些業(yè)務(wù)節(jié)點互連在一起，使它們之間可以相互交換業(yè)務(wù)信息，以構(gòu)成相應(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)。然而對于現(xiàn)代高速大容量的骨干傳送網(wǎng)來說，僅僅在業(yè)務(wù)節(jié)點間提供鏈路組是遠遠不夠的，健壯性、靈活性、可升級性和經(jīng)濟性是其必須滿足的。

為實現(xiàn)上述目標，SDH傳送網(wǎng)按功能可分為兩層：通道層和傳輸介質(zhì)層，如圖4-7所示。

圖4-7SDH傳送網(wǎng)的分層模型1.通道層通道層負責為一個或多個電路層提供透明的通道服務(wù)，它定義了數(shù)據(jù)如何以合適的速度進行端到端的傳輸，這里的“端”是指通信網(wǎng)上的各種節(jié)點設(shè)備。

通道層又分為高階通道層(VC-3和VC-4)和低階通道層(VC-2、VC-11和VC-12)。通道的建立由網(wǎng)管系統(tǒng)和交叉連接設(shè)備負責，它可以提供較長的保持時間。由于其直接面向電路層，因此SDH簡化了電路層交換，使傳送網(wǎng)更加靈活和方便。

2．傳輸介質(zhì)層

傳輸介質(zhì)層與具體的傳輸介質(zhì)有關(guān)，它支持一個或多個通道，為通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(如DXC)提供合適的通道容量，一般用STM-N表示傳輸介質(zhì)層的標準容量。

傳輸介質(zhì)層又分為段層和光層，而段層又分為再生段層和復(fù)用段層,其中再生段層負責在點到點的光纖段上生成標準的SDH幀，它負責信號的再生與放大，不對信號做任何修改；多個再生段構(gòu)成一個復(fù)用段，復(fù)用段層負責多個支路信號的復(fù)用和解復(fù)用，以及在SDH層次的數(shù)據(jù)交換。光層是定義光纖的類型以及所使用接口的特性的，隨著WDM技術(shù)和光放大器、光ADM、光DXC等網(wǎng)元在光層的使用，光層也像段層一樣分為光復(fù)用段和光再生段兩層。4.2.5SDH網(wǎng)元設(shè)備

1．終端復(fù)用器

終端復(fù)用器(TM)主要為使用傳統(tǒng)接口的用戶(如T1/E1、FDDI和Ethernet)提供到SDH網(wǎng)絡(luò)的接入，它以類似時分復(fù)用器的方式工作，將多個PDH低階支路信號復(fù)用成一個STM-1或STM-4，TM也能完成從電信號STM-N到光載波OC-N的轉(zhuǎn)換。

2．分插復(fù)用器

分插復(fù)用器(ADM)可以提供與TM一樣的功能，但ADM的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是為了方便組建環(huán)網(wǎng)，提高光網(wǎng)絡(luò)的生存性。它負責在STM-N中插入或提取低階支路信號，利用內(nèi)部時隙交換功能實現(xiàn)兩個STM-N之間不同VC的連接。另外一個ADM環(huán)中的所有ADM可以被當成一個整體來進行管理，以執(zhí)行動態(tài)分配帶寬，提供信道操作與保護、光集成與環(huán)路保護等功能，從而減小由于光纜斷裂或設(shè)備故障而造成的影響，它是目前SDH網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)單元。

3．數(shù)字交叉連接設(shè)備

習慣上將SDH網(wǎng)中的數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)稱為SDXC，以區(qū)別于全光網(wǎng)絡(luò)中的ODXC，在美國則將它叫做DCS。一個SDXC具有多個STM-N信號端口，通過內(nèi)部軟件控制的電子交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可以提供任意兩端口速率(包括子速率)之間的交叉連接，另外SDXC也執(zhí)行檢測維護和網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)等功能。多個DXC的互連可以方便地構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)，形成多環(huán)連接的網(wǎng)孔網(wǎng)骨干結(jié)構(gòu)。與電話交換設(shè)備不同的是，SDXC的交換功能(以VC為單位)主要為SDH網(wǎng)絡(luò)的管理提供靈活性，而不是面向單個用戶的業(yè)務(wù)需求。

SDXC設(shè)備的類型用SDXCx/y的形式表示，其中，“x”代表端口速率的階數(shù)，“y”代表端口可進行交叉連接的支路信號速率的階數(shù)。例如，SDXC4/4代表端口速率的階數(shù)為155.52Mb/s，并且只能作為一個整體來交換；SDXC4/1代表端口速率的階數(shù)為155.52Mb/s，可交換的支路信號的最小單元為2Mb/s。4.2.6SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

1.SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SDH與PDH的不同點在于：PDH是面向點到點傳輸?shù)?，而SDH是面向業(yè)務(wù)的，利用ADM和DXC等設(shè)備，可以組建線型、星型、環(huán)型和網(wǎng)型等多種拓撲結(jié)構(gòu)的傳送網(wǎng)。SDH還提供了豐富的開銷字段,增強了SDH傳送網(wǎng)的可靠性和OAM&P能力，這些都是PDH系統(tǒng)所不具備的。

按地理區(qū)域來劃分，現(xiàn)階段我國SDH傳送網(wǎng)分為四個層面：省際干線網(wǎng)、省內(nèi)干線網(wǎng)、中繼網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)，如圖4-8所示。

(1)省際干線網(wǎng)。在主要省會城市和業(yè)務(wù)量大的匯接節(jié)點城市裝有DXC4/4，它們之間用STM-4、STM-16和STM-64高速光纖鏈路構(gòu)成一個網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的國家骨干傳送網(wǎng)。

(2)省內(nèi)干線網(wǎng)。在省內(nèi)主要匯接節(jié)點裝有DXC4/4或DXC4/1,它們之間用STM-1、STM-4和STM-16高速光纖鏈路構(gòu)成網(wǎng)型或環(huán)型省內(nèi)骨干傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

(3)中繼網(wǎng)。中繼網(wǎng)是指長途端局與本地網(wǎng)端局之間，以及本地網(wǎng)端局之間的部分。對中等城市一般可采用環(huán)型結(jié)構(gòu)，特大和大城市則可采用多環(huán)加DXC結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。該層面主要網(wǎng)元設(shè)備為ADM和DXC4/1，它們之間用STM-1和STM-4光纖鏈路連接。

(4)用戶接入網(wǎng)。該層面處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，業(yè)務(wù)容量要求低，且大部分業(yè)務(wù)都要匯聚于端局，因此環(huán)型和星型結(jié)構(gòu)十分適合于該層面。使用的網(wǎng)元主要有ADM和TM，所提供的接口類型也最多，主要有STM-1和STM-4，PDH體制的2M、34M或140M接口等。圖4-8我國SDH傳送網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

2.SDH的應(yīng)用

由于SDH具備了眾多優(yōu)勢，因此在廣域網(wǎng)領(lǐng)域和專用網(wǎng)領(lǐng)域得到了巨大的發(fā)展。我國的電信、聯(lián)通和廣電等部門的電信運營商都已經(jīng)大規(guī)模建設(shè)了基于SDH的骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)，利用大容量的SDH環(huán)路承載IP業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)或直接以租用電路的方式出租給企業(yè)和事業(yè)單位。一些大型的專用網(wǎng)絡(luò)也采用了SDH技術(shù)，架設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部的SDH光環(huán)路以承載各種業(yè)務(wù)，例如電力系統(tǒng)，就利用SDH環(huán)路承載內(nèi)部的數(shù)據(jù)、遠控、視頻和語音等業(yè)務(wù)。對于組網(wǎng)更加迫切而又不能架設(shè)專用SDH環(huán)路的單位，很多都采用了租用電信運營商電路的方式。由于SDH基于物理層的特點，因此租用單位可在租用電路上承載各種業(yè)務(wù)而不受傳輸?shù)南拗?。承載方式有很多種，可以是利用基于TDM技術(shù)的綜合復(fù)用設(shè)備實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的復(fù)用，也可以利用基于IP的設(shè)備實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的分組交換。SDH技術(shù)可真正實現(xiàn)租用電路的帶寬保證，安全性方面也優(yōu)于VPN等方式。在政府機關(guān)和對安全性非常注重的企業(yè)，SDH租用線路得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口，完全可以滿足各種帶寬要求，同時在價格方面也已經(jīng)為大部分單位所接受。

4.3.1光傳送網(wǎng)的概念

20世紀90年代以后，SDH/SONet已經(jīng)成為傳送網(wǎng)絡(luò)主要的底層技術(shù),其優(yōu)點是技術(shù)標準統(tǒng)一，提供對傳送網(wǎng)的性能監(jiān)視、故障隔離和保護切換，以及理論上無限的標準擴容方式；缺點是其體系結(jié)構(gòu)是面向語音業(yè)務(wù)優(yōu)化設(shè)計的，采用嚴格的TDM技術(shù)方案，對于突發(fā)性很強的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其帶寬的利用率不高。4.3光傳送網(wǎng)隨著Internet和其他面向數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)快速增長，未來電信網(wǎng)對通信帶寬的增長需求幾乎不可預(yù)知，而以電TDM為基礎(chǔ)的單纖單波長的SDH/SONET系統(tǒng)，解決帶寬增長需求的兩種手段仍不能滿足帶寬的增長需求：埋設(shè)更多光纖，但成本太高，且無法預(yù)知埋多少是合適的；采用TDM技術(shù)，提高每個信道的傳輸速度。目前商用化的SDH/SONet速度已達40Gb/s，已接近電子器件的處理極限。

下一代網(wǎng)絡(luò)NGN是面向數(shù)據(jù)和基于分組技術(shù)的，隨著Internet/Intranet上各種寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用，未來帶寬需求的增長幾乎是爆炸性的。因此，需要一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系，它能夠使運營商根據(jù)業(yè)務(wù)需求的變更靈活地進行網(wǎng)絡(luò)帶寬的擴充、指配和管理?；贒WDM技術(shù)的光傳送網(wǎng)(OTN,OpticalTransportNetwork)正是為滿足未來NGN的需求而設(shè)計的。

OTN是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。OTN是通過G.872、G.709和G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”和“光傳送體系”，將解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力差、組網(wǎng)能力弱和保護能力弱等問題。

OTN跨越了傳統(tǒng)的電域(數(shù)字傳送)和光域(模擬傳送)，是管理電域和光域的統(tǒng)一標準。OTN處理的基本對象是波長級業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進到真正的多波長光網(wǎng)絡(luò)階段。由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢，因此OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級的保護，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)。

光傳送網(wǎng)面向IP業(yè)務(wù)、適配IP業(yè)務(wù)的傳送需求已經(jīng)成為光通信下一步發(fā)展的一個重要議題。光傳送網(wǎng)從多種角度和多個方面提供了解決方案，在兼容現(xiàn)有技術(shù)的前提下，以及SDH設(shè)備大量的應(yīng)用，為了解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和傳送，在SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了MSTP設(shè)備，并已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中大量使用，很好地兼容了現(xiàn)有技術(shù)，同時也滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送功能。但是隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)顆粒的增大和對處理能力更細化的要求，業(yè)務(wù)對傳送網(wǎng)提出了兩方面的需求：一方面?zhèn)魉途W(wǎng)要提供大的管道，廣義的OTN技術(shù)(在電域為OTH，在光域為ROADM)提供了新的解決方案，它解決了SDH基于VC-12/VC4的交叉顆粒偏小、調(diào)度較復(fù)雜、不適應(yīng)大顆粒業(yè)務(wù)傳送需求的問題，也部分克服了WDM系統(tǒng)中故障定位困難，以點到點連接為主的組網(wǎng)方式，組網(wǎng)能力較弱，能夠提供的網(wǎng)絡(luò)生存性手段和能力較弱等缺點；另一方面業(yè)務(wù)對光傳送網(wǎng)提出了更加細致的處理要求，業(yè)界也提出了分組傳送網(wǎng)的解決方案，目前涉及的主要技術(shù)包括T-MPLS和PBB-TE等。數(shù)字傳送網(wǎng)的演化從最初的基于T1/E1的第一代數(shù)字傳送網(wǎng)，經(jīng)歷了基于SONET/SDH的第二代數(shù)字傳送網(wǎng)，發(fā)展到了目前以O(shè)TN為基礎(chǔ)的第三代數(shù)字傳送網(wǎng)。第一、二代傳送網(wǎng)最初是為支持語音業(yè)務(wù)而專門設(shè)計的，雖然也可用于傳送數(shù)據(jù)和圖像的業(yè)務(wù)，但是傳送效率并不高。相比之下，第三代傳送網(wǎng)技術(shù)從設(shè)計上就支持語音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，配合其他協(xié)議時可支持帶寬按需分配(BOD)、可裁剪的服務(wù)質(zhì)量(QoS)及光虛擬專網(wǎng)(OVPN)等功能。

1998年，國際電信聯(lián)盟電信標準化部門(ITU-T)正式提出了OTN的概念。從其功能上看，OTN在子網(wǎng)內(nèi)可以以全光形式傳輸，而在子網(wǎng)的邊界處采用光—電—光轉(zhuǎn)換,各個子網(wǎng)可以通過3R再生器聯(lián)接，從而構(gòu)成一個大的光網(wǎng)絡(luò)。因此，OTN可以看做是傳送網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)演化過程中的一個過渡應(yīng)用。

在OTN的功能描述中，光信號是由波長(或中心波長)來表征的。光信號的處理可以基于單個波長，或基于一個波分復(fù)用組，而基于其他光復(fù)用技術(shù)，如時分復(fù)用、光時分復(fù)用或光碼分復(fù)用的OTN還有待研究。OTN在光域內(nèi)可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)信號的傳遞、復(fù)用、路由選擇和監(jiān)控，并保證其性能要求和生存性。OTN可以支持多種上層業(yè)務(wù)或協(xié)議，如SONET/SDH、ATM、Ethernet、IP、PDH、FibreChannel、GFP、MPLS、OTN虛級聯(lián)和ODU復(fù)用等，是未來網(wǎng)絡(luò)演進的理想基礎(chǔ)。現(xiàn)在越來越多的運營商開始構(gòu)造基于OTN的新一代傳送網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)制造商們也推出具有更多OTN功能的產(chǎn)品來支持下一代傳送網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

OTN的主要優(yōu)點是完全向后兼容，它可以建立在現(xiàn)有的SONET/SDH管理功能的基礎(chǔ)上，不僅提供了存在的通信協(xié)議的完全透明，而且為WDM提供了端到端的連接和組網(wǎng)能力。它還為ROADM提供光層互聯(lián)的規(guī)范，并補充了子波長匯聚和疏導(dǎo)能力。

OTN概念涵蓋了光層網(wǎng)絡(luò)和電層網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)繼承了SDH和WDM的雙重優(yōu)勢，關(guān)鍵技術(shù)特征體現(xiàn)在:

(1)多種客戶信號封裝和透明傳輸?；贗TU-TG.709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM和以太網(wǎng)等。目前對于SDH和ATM可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。ITU-TG.sup43為10GE業(yè)務(wù)實現(xiàn)不同程度的透明傳輸提供了補充建議，而對于GE、40GE、100GE以太網(wǎng)、專網(wǎng)業(yè)務(wù)光纖通道(FC)和接入網(wǎng)業(yè)務(wù)吉比特無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)等，其到OTN幀中標準化的映射方式目前還在討論之中。

(2)大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置。OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數(shù)據(jù)單元(ODUk，k＝1,2,3)，即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。

(3)強大的開銷和維護管理能力。OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路(OCh)層的OTN幀結(jié)構(gòu)大大增強了該層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視(TCM)功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時采取端到端和多個分段同時進行性能監(jiān)視的方式成為可能。

(4)增強了組網(wǎng)和保護能力。通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDHVC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯(FEC)技術(shù)的采用顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)保護功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護(SNCP)和共享環(huán)網(wǎng)保護，基于光層的光通道或復(fù)用段保護等，但是目前共享環(huán)網(wǎng)技術(shù)尚未標準化。4.3.2OTN分層結(jié)構(gòu)

OTN是在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)中引入光層發(fā)展而來的，其分層結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。光層負責傳送電層適配到物理媒介層的信息，在ITU-TG.872建議中，它被由上至下依次細分成三個子層：光信道層(OCh,OpticalChannelLayer)、光復(fù)用段層(OMS,OpticalMultiplexingSectionLayer)和光傳輸段層(OTS，OpticalTransmissionSectionLayer)，相鄰層之間遵循OSI參考模型定義的上下層間服務(wù)關(guān)系模式。

圖4-9OTN的分層結(jié)構(gòu)

1.光信道層(OCh)

OTN一個很重要的設(shè)計目標就是要將類似SDH/SONet網(wǎng)絡(luò)中基于單波長的OMAP(OperationsAdministrationMaintenanceandProvision)功能引入到基于多波長復(fù)用技術(shù)的光網(wǎng)絡(luò)中，OCh就是為實現(xiàn)這一目標而引入的。它負責為來自電復(fù)用段層的各種類型的客戶信息選擇路由和分配波長，為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路安排光信道連接，處理光信道開銷，提供光信道層的檢測和管理功能。在故障發(fā)生時，它還支持端到端的光信道(以波長為基本交換單元)連接，并在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，執(zhí)行重選路由或進行保護切換。

2．光復(fù)用段層(OMS)

光復(fù)用段層保證相鄰兩個DWDM設(shè)備之間的DWDM信號的完整傳輸，為波長復(fù)用信號提供網(wǎng)絡(luò)功能。

OMS的功能主要包括：

(1)為支持靈活的多波長網(wǎng)絡(luò)選路重新配置光復(fù)用段功能；

(2)為保證DWDM光復(fù)用段適配信息的完整性進行光復(fù)用段開銷的處理；

(3)光復(fù)用段的運行、檢測和管理等。

3.光傳輸層(OTS)

光傳輸層為光信號在不同類型的光纖介質(zhì)上(如G.652、G.655等)提供傳輸功能，同時實現(xiàn)對光放大器和光再生中繼器的檢測和控制等功能。例如，功率均衡問題，EDFA增益控制,色散的積累和補償?shù)葐栴}。

圖4-10描述了OTN各分層之間的相互關(guān)系，各層之間形成Client/Server形式的服務(wù)關(guān)系。一個OCh層由多個OMS層組成，一個OMS層又由多個OTS層組成。如果底層出現(xiàn)故障，那么相應(yīng)的上層必然會受到影響。

圖4-10光傳送網(wǎng)各層間的關(guān)系4.3.3OTN幀結(jié)構(gòu)

1．數(shù)字封包

ITU-TG.709中定義了OTN的NNI接口、幀結(jié)構(gòu)、開銷字節(jié)、復(fù)用以及凈負荷的映射方式。

如前所述，為了在OTN中實現(xiàn)靈活的OMAP，OTN專門引入了一個OCh層，在該層采用數(shù)據(jù)封包(DigitalWrapper)技術(shù)將每個波長包裝成一個數(shù)字信封，每個數(shù)字信封由三部分組成：開銷部分、FEC部分和凈負荷部分，如圖4-11所示。

圖4-11光信道的數(shù)字封包(1)開銷部分(Overhead)。它位于信封頭部，裝載開銷字節(jié)。利用開銷字節(jié)，OTN節(jié)點可以通過網(wǎng)絡(luò)傳送和轉(zhuǎn)發(fā)管理信息、控制信息和執(zhí)行性能監(jiān)視，以及其他可能的基于每波長的網(wǎng)絡(luò)管理功能。

(2)FEC部分。它位于信封尾部，裝載前向差錯校正碼FEC(ForwardErrorCorrection)，F(xiàn)EC部分執(zhí)行差錯的檢測和校正，與SDH/SONET中采用的BIP-8(BitInterleavedParity)錯誤監(jiān)視機制不同，F(xiàn)EC有校正錯誤的能力，這使得運營商可以支持不同級別的SLA(ServiceLevelAgreement)。通過最大限度地減少差錯，F(xiàn)EC在擴展光段的距離和提高傳輸速率等方面扮演了關(guān)鍵的角色。

(3)凈負荷部分。它位于信封頭部(Header)和信封尾部(Tailer)之間，承載現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)包，而無需改變它們，因此OTN是獨立于協(xié)議的。

2．OTN的幀結(jié)構(gòu)

信號的映射

OTN中的幀被稱為光信道傳送單元(OTU,OpticalChannelTransportUnit)，如前所述，它是通過數(shù)字封包技術(shù)向客戶信號加入開銷OH(Overhead)和FEC部分而形成的。在G.709中，定義了三種不同速率的OTU-k(k＝1，2，3)幀結(jié)構(gòu)，該速率依次為2.5Gb/s、10Gb/s和40Gb/s。圖4-12OTNITU-TG.709客戶如圖4-12所示，在OTN中客戶層信號的傳送經(jīng)歷如下：

(1)客戶信號加上OPU-OH后形成OPU(OpticalChannelPayloadUnit)。

(2)OPU加上ODU-OH后形成ODU(OpticalChannelDataUnit)。

(3)FAS(FrameAlignmentSignal)、OTU-OH和FEC加入ODU后形成OTU，最后加上OCh層非隨路的開銷(通過OSC傳送)，完成OTU到OCh層的映射，并將其調(diào)制到一個光信道載波上傳輸。我們看到一個OTUk由以下三部分實體組成：

(1)OPUk。它由凈負荷部分和開銷部分組成，其中凈負荷部分包含采用特定映射技術(shù)的客戶信號，而開銷部分則包含用于支持特定客戶的適配信息，不同類型的客戶都有自己特有的開銷結(jié)構(gòu)。

(2)ODUk。除OPUk外,ODUk號包含多個開銷字段，它們是PM(PathperformanceMonitoring)、TCM(TandemConnectionMonitoring)和APS/PCC(AutomaticProtectionSwitching/ProtectionCommunicationControlchannel)等。

(3)OTUk。除ODUk外，它還包括FEC和用于管理及性能監(jiān)視的開銷SM(SectionMonitoring)。FEC是基于ITU-TG.975建議的ReedSolomon算法。

圖4-13OTN的幀結(jié)構(gòu)和開銷字節(jié)4.3.4OTN復(fù)用

OTN的時分復(fù)用采用異步映射方式，其規(guī)則為：四個ODU1復(fù)用成一個ODU2，四個ODU2復(fù)用成一個ODU3，即16個ODU1復(fù)用成一個ODU3。圖4-14描述了四個ODU1信號復(fù)用成一個ODU2的過程。包含幀定位字段(Alignment)和OTU1-OH字段為全0的ODU1信號以異步映射方式與ODU2時鐘相適配，適配后的四路ODU1信號再以字節(jié)間插的方式進入OPU2的凈負荷區(qū)；再加上ODU2的開銷字節(jié)后，將其映射到OTU2中；最后加上OTU2開銷、幀定位開銷和FEC，完成了信號的復(fù)用。