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PDH→SDH→MSTP→PTN→OTN,電信通小編帶你了解光傳輸網那些事
2016-08-05 11:09:22

1 傳輸網的演進和結構

光傳送網的發展歷程:


 

傳輸網主要分為三層:接入層、匯聚層和骨干層。

 

本地傳輸網由傳輸系統、光纖網、管道/光交、匯聚機房組成,其中,傳輸系統指SDH/PTN/OTN和PON網絡。

 

2 PDH

 

PDH,準同步數字系列。

 

PDH主要有兩大系列標準:

1)E1,即PCM30/32路,2.048Mbps,歐洲和我國采用此標準。

2)T1,即PCM24/路,1.544Mbps,北美采用此標準。

原理:

PCM脈沖調制,對模擬信號采樣,8000個樣值每S,每個樣值8bit,所以一個話路的速率為64kbps。E1有32個時隙,TS0用來同步,TS16用來傳送信令,其中30路用來傳話音信號的,32個話路的速率為2.048Mbps,即PCM基群,也叫一次群。…,他們的速率是四倍關系。 

T1的采樣與E1相同,只是有24個話路,其速率為64kbps*24 = 1.544Mbps 四個一次群復用為一個二次群,當然一個二次群的速率比四個一次群的速率總和還要多一些,用于同步的碼元。四個二次群復用為一個三次群,依次類推。 E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368Mbps ……

PDH的缺點:

1)沒有世界性的標準(歐洲、北美和日本的速率標準不同)。

2)沒有世界性的標準光接口規范。

3)結構復雜,硬件數量大,上下電路成本高,也缺乏靈活性。

4)網絡運行、維護和管理能力差。

因此,要滿足現代電信網絡的發展需求,SDH作為一種結合高速大容量光傳輸技術和智能網絡技術的新體制,就在這種情況下誕生了。

SDH

隨著以微處理器支持的智能網元的出現,使得高速大容量光纖傳輸技術和智能網絡技術的結合,SDH光同步傳輸網應運而生。

SDH全稱為同步數字傳輸體制,它規范了數字信號的幀結構、復用方式、傳輸速率等級,接口碼型等特性。同時,SDH改善了PDH的不利于大容量傳輸缺點。

SDH的優點:

1)速率和光接口統一。

2)管理能力強。

3)上下電路方便。

基站里的SDH設備

基站綜合柜里的SDH設備連接關系圖

SDH幀結構

 

SDH的幀結構為塊狀幀結構。 

 

信息凈負荷(9行×261列)

STM-N幀中放置各種業務信息的地方。

2M/34M/140M等PDH信號、ATM信號、IP信息包等打包成信息包后,放于其中。然后由STM-N信號承載,在SDH網上傳輸。若將STM-N信號幀比做一輛貨車,其凈負荷區即為該貨車的車廂。

在將低速信號打包裝箱時,在每一個信息包中加入通道開銷POH,以完成對每一個“貨物包”在“運輸”中的監視。

段開銷

段開銷完成對STM-N整體信號流進行監控。即對STM-N“車廂”中所有“貨物包”進行整體上的性能監控。

 

●再生段開銷(RSOH)—完成對STM-N整體信息結構進行監控

●復用段開銷(MSOH)—完成對STM-N中的復用段層信息結構進行監控

●RSOH、MSOH、POH組成SDH層層細化的監控體制

●二者區別:宏觀(RSOH)和微觀(MSOH)

管理單元指針——AU-PTR

 

●定位低速信號在STM-N幀中(凈負荷)的位置,使低速信號在高速信號中的位置可預知。

●發端在將信號包裝入STM-N凈負荷時,加入AU-PTR,指示信號包在凈負荷中的位置,即將裝入“車廂”的“貨物包”,賦予一個位置坐標值。

●收端根據AU指針值,從STM-N幀凈負荷中直接拆分出所需的低速支路信號;即依據“貨物包”位置坐標,從“車廂”中直接所需要的那一個“貨包”。

●由于“車廂”中的“貨物包”是以一定的規律擺放的——字節間插復用方式;所以對貨物包的定位僅需定位“車廂”中第一個“貨物包”即可。

SDH 的幀傳輸時按由左到右,由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸,每幀傳輸時間為125us,每秒傳輸8000 幀,對 STM-l 而言每幀字節,8 比特/字節×(9×270×1)字節=19440比特,則 STM-l 的傳輸速率為19440×8000 = 155.520Mbit/s。同理, 

●STM-4——622.08Mbit/s 

●STM-16——2488.32Mbit/s(2.5G) 

●STM-64——10Gbit/s 

PDH的E1信號也是8000幀/秒。但是,SDH的幀周期恒定,使STM-N信號的速率有其規律性。比如,STM-16恒定等于STM-4的4倍,等于STM-1的16倍。但是,PDH中的E2信號速率≠E1信號速率的4倍。所以,SDH簡化了復用和分用技術,上下路方便,特別適用于大容量的傳輸情況。

SDH的復用

SDH的復用包括兩種情況:一種是低階的SDH信號復用成高階SDH信號;另一種是低速支路信號(例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s)復用成SDH信號STM-N。 

復用是依復用路線圖進行的,ITU-T規定的路線圖有多種,但通常一個國家或地區僅使用一種。

第一種情況,復用的方法主要通過字節間插復用方式來完成的,復用的個數是4合一,即4×STM-1→STM-4,4×STM-4→STM-16。在復用過程中保持幀頻不變(8000幀/秒),這就意味著高一級的STM-N信號是低一級的STM-N信號速率的4倍。在進行字節間插復用過程中,各幀的信息凈負荷和指針字節按原值進行間插復用,而段開銷則會有些取舍。在復用成的STM-N幀中,SOH并不是所有低階SDH幀中的段開銷間插復用而成,而是舍棄了一些低階幀中的段開銷 第二種情況用得最多的就是將PDH信號復用進STM-N信號中去。

C-容器、VC-虛容器、TU-支路單元、TUG-支路單元組、AU-管理單元、AUG-管理單元組  

SDH傳輸業務信號時各種業務信號要進入SDH的幀都要經過映射、定位和復用三個步驟:映射是將各種速率的信號先經過碼速調整裝入相應的標準容器(C),再加入通道開銷 (POH)形成虛容器(VC)的過程,幀相位發生偏差稱為幀偏移;定位即是將幀偏移信息收進支路單元(TU)或管理單元(AU)的過程,它通過支路單元指針(TU PTR)或管理單元指針(AU PTR)的功能來實現;復用則是將多個低價通道層信號通過碼速調整使之進入高價通道或將多個高價通道層信號通過碼速調整使之進入復用層的過程。

VC4是與140Mbit/sPDH信號相對應的標準虛容器,此過程相當于對C4信號再打一個包封,將對通道進行監控管理的開銷(POH)打入包封中去,以實現對通道信號的實時監控。 

虛容器(VC)的包封速率也是與SDH網絡同步的,不同的VC(例如與2Mbit/s相對應的VC12、與34Mbit/s相對應的VC3)是相互同步的,而虛容器內部卻允許裝載來自不同容器的異步凈負荷。虛容器這種信息結構在SDH網絡傳輸中保持其完整性不變,也就是可將其看成獨立的單位(貨包),十分靈活和方便地在通道中任一點插入或取出,進行同步復用和交叉連接處理。  

也就是說SDH的最小單元是個容器,其大小是固定的。SDH是專門為語音設計的,可應用于固定速率的業務。也就是說用固定的容器傳送固定速率的話音業務。用VC傳固定速率的語音,帶寬利用率較高,但是對于數據業務這種不固定速率的業務,SDH的利用率較低。容器的大小是固定的,用來裝水可以滿滿的,用來裝石頭則間隙比較大,空間利用率要小。

SDH組網

 

有個形象的比喻:

把sdh理解成沿著環形鐵路線運行的火車,先不考慮保護。

假設北京、上海、廣州間用stm-16組成sdh環網。

北京附近的地區用stm-4組成環網,作為北京stm-16網元的子網,以此類推,stm-4環網下面再有stm-1組成的子網。

把stm-1組成的環網,想象成一節火車車廂,里面有3個集裝箱,每個集裝箱里有7個小柜子,每個柜子里又有3個小箱子;疖囓噹褪莢c4,小箱子就是vc12.

火車沿著環路不停運行,每到一站,車站就根據做的業務,打開小箱子,把vc12里的信息取出,或者放進2m,占用的是一個stm-1中的vc12時隙。

SDH采樣二纖雙向復用段保護環組網,一個很大的優點是采用自愈混合環形網結構。

 

 

SDH有抗單次故障能力,采樣雙向復用保護環。一個通道出現故障,可以從另外一條保護通道進行傳輸。

環形組網的自愈能力是SDH的一個很重要的特點。  

MSTP

MSTP,全稱為Multi-Service Transmission Platform。

SDH協議最初是針對語音業務(即固定帶寬業務)設計的,主要提供TDM(各種可以間差復用的SDH中的業務,如E1,E3等)接入。由于SDH協議極高的服務質量,及可維護管理性,受到了全球電信運營商的青睞,SDH一度統治了傳輸網。

隨著SDH傳輸的日益普及,和電信網上數據業務的比例越來越高,各種各樣接入的業務都需要在SDH上承載,因此逐漸發展出了MSTP技術。

通過GFP,HDLC,PPP等封裝協議,MSTP可以把非固定帶寬業務封裝到SDH幀中。因此,MSTP可以支持ETHERNET,ATM/IMA等業務的接入。

MSTP的出現,將SDH的輝煌延長了至少10年。

但是,隨著基于MPLS-TP技術的PTN技術的大行其道,MSTP已經成為昨日黃花了。

MSTP = SDH + 以太網(二層交換) + ATM(傳信令) 也就是在SDH的用戶側增加了以太網接口或ATM接口,實現IP化接口。IP over SDH。 

MSTP的核心仍然是SDH,在SDH的基礎上進行了改進。

▲MSTP功能架構

MSTP的關鍵技術

(1) 協議封裝 

我們知道IP是三層協議,也就是網絡層,而SDH屬于物理層,那么IP over SDH就需要在IP和SDH之間有一個二層的東西進行轉換。也就是說需要把IP包封裝為幀在SDH上進行傳送。 

EOS(Ethernet over SDH) 

EOS是把數據封裝為以太幀再映射到SDH的虛容器的方法。

EOS的接口速率和以太的速率相同,10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps,還有40Gbps和100Gbps 

(2) 級聯技術 

在上面提到,IP的包可能會很大,在封裝時需要進行分片,而容器相對于大速率來說太小,由此引出了級聯技術,復用成一個更大的容器。VC12、VC3、VC4,它們分別對應著2M、34M/45M、140M/155M,相對于以太速率來說不是很匹配。 

有兩種級聯技術: 

●相鄰級聯

將SDH幀中相鄰的5個VC12虛容器級聯起來。一個Vc12是2M,5個級聯起來就是10M,這種級聯需要在同一幀內完成.

●虛級聯

虛級聯可以使不連續的5個VC12,也可以跨幀.

(3) LCAS鏈路容量調整機制 

這是個信令技術,由網管發出LCAS指令,改變虛級聯的個數來調整帶寬。

PTN

PTN叫做packet translate network(包傳送網)。因為MSTP/SDH電路交換為核心,承載IP業務效率低,帶寬獨占,調度靈活性差,所以,PTN應運而生。

 

PTN最簡單的方程式為:PTN=MPLS+OAM+保護-IP,其增強了開銷(吸取了SDH的優勢)、對業務的保護(吸取了SDH的優勢),“-IP”可以簡單的看做是“對MPLS的簡化”,去掉我們不需要的東西(例如復雜的各種握手協議等)。

OAM(Operation Administartion and Maintenance):是為保障網絡與業務正常、安全、有效運行而采取的生產組織管理活動,簡單運行管理維護或運維管理。

從字面上解釋,PTN叫做packet translate network(包傳送網),而SDH叫做同步數字體系。從傳輸單元上看,PTN傳送的最小單元是IP報文,而SDH傳輸的是時隙,最小單元是E1即2M電路。PTN的報文大小有彈性,而SDH的電路帶寬是固定的。這就是PTN與SDH承載性能的最本質區別。

從協議上看,PTN遵循的叫做TMPLS,即經過改進的MPLS(多協議標簽交換),即TMPLS=MPLS-IP+OAM。

MPLS

了解MPLS前,我們先看一看傳統IP路由網絡的缺陷。

傳統的IP路由技術是不可管理、不可控制的。IP逐級轉發,每經過一個路由器都要進行路由查詢(可能多次查找),速度緩慢,這種轉發機制不適合大型網絡。

而MPLS(全稱為:多協議標簽交換)是通過事先分配好的標簽,為報文建立一條標簽轉發通道(LSP),在通道經過的每一臺設備處,只需要進行快速的標簽交換即可(一次查找),從而節約了處理時間。

從業務管理能力看,PTN通過硬件收發管理報文來實現對信道的監控和管理,而SDH通過開銷字節實現系統的OAM。

OAM這塊卻是最大的賣點。相比“MPLS也能做OAM”,PTN引入的OAM更多的是仿照傳統SDH的開銷,能夠提供50ms以內的電信級LSP保護和環保護——這個是運營商特別特別看重的!可以說沒有這個為前提,PTN不可能發展起來。

然后,PTN的OAM所提供的各種在線、離線的管理維護信息十分豐富,對PTN每層都作了高效率而且規范的定義,可以說不比SDH引以為豪的開銷字節差多少。 

總之,

 

Packet:分組內核,多業務處理,層次化QOS能力。

Tranport:類SDH的保護機制:快速、豐富,從業務接入到網絡側以及設備級的完整保護方案;類SDH的豐富OAM維護手段;綜合的接入能力、完整的時鐘同步方案。

Network:業務端到端,管理端到端。

基站里的PTN設備:

OTN

簡單的說,OTN = SDH + WDM。

WDM(波分復用)

WDM是把不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送的方式(每個波長承載一個業務信號) ,主要功能是傳送和復用。

SDH就好比在高速公路上只能行駛一輛車,而WDM好比在高速公路上可并行多輛車。WDM的出現解決了SDH網絡容量不足的問題:每個波長帶寬10G,WDM的帶寬可達80Gbps,而SDH網絡帶寬最大為10G。

同時,WDM能夠遠距離傳送,600km—2000km,所以WDM可以起到一個大容量、遠距離的作用。

但是,WDM類似PDH系統,只能組點對點連接,不能組成環,不能對波長進行靈活調度,無法組成復雜網絡,且不支持ASON智能特性,無法向智能光網絡演進,這就需要利用SDH。

OTN就是在WDM基礎上,融合了SDH的一些優點,如豐富的OAM開銷、靈活的業務調度、完善的保護方式等,OTN對業務的調度分為:光層調度和電層調度;光層調度可以理解為是WDM的范疇;電層調度可以理解為SDH的范疇。

OTN業務和組網場景

OTN設備:

PON

PON網絡-寬帶無源光網絡:由OLT(光線路終端)、Splitter(分光器)、ONU(光網絡單元)組成。具有高帶寬,高效率,大覆蓋范圍,用戶接口豐富等眾多優點,被視為實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的理想技術。 

從OLT到ONU之間那部分線路是無源的,所以稱之為無源光網絡。

PON系統采用WDM(波分復用)技術,實現單纖雙向傳輸。

PON應用場景—FTTx

 

PON設備:


傳輸網網絡拓撲

傳輸網一般分為:核心層-骨干層-匯聚層-接入層。

骨干層一般采用OTN設備或DWDM設備,匯聚層一般式采用大容量的10G/2.5G SDH或10GE PTN設備,接入層一般采用小容量的155M/622M SDH設備或 GE PTN設備 。

OTN+PTN+PON的基本拓撲

PTN專線主要解決大顆粒的專線業務,不是所有的小區和家庭用戶都是大客戶,EPON/GPON是綜合業務接入設備主要用于綜合業務區,覆蓋小區,提供語音、數據等綜合業務

OTN是用在:核心層-->骨干層

PTN是用在:骨干層--->匯聚層--->接入層 

PON是用在:接入層

        隨著寬帶接入技術的不斷更新以及客戶需求的不斷變化和豐富,作為寬帶運營商的電信通一直以來都再不斷堅持著多元化接入技術的應用和成熟當中。面對國家對于寬帶領域大提速的號召,電信通可以充分利用以上的技術,通過內部網絡優化以及外網帶寬升級的方式,以期提高終端社區用戶和企業寬帶用戶的良好體驗。而且隨著跨區域跨國的集團型公司的出現,MPLS和SDH組網的技術可以極大的豐富
電信通的服務領域。目前在北京市城區內,點對點專線應用的技術更多為SDH,而涉及到跨區域的點對點需求,MPLS技術又可以依托電信通龐大的組網優勢實現國內的點對點技術的實現。伴隨著電信通海底光纜的順利接通,在不久的將來,跨國際領域的點對點將不再是一級運營商一家獨大的局面。
(本文由北京電信通官網www.237429.live發布,歡迎各位技術點評和交流,如需轉載請注明轉載于北京電信通官網)


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