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PDH_SDH_MSTP_ASON/PTN_OTN技术介绍

发布时间:2018-5-14 9:40:53浏览次数:资料来源:www.szdingwei.net

PDHSDHMSTPASON/PTNOTN技术介绍 
 
第一部分:PDH准同步数字系列
(1)    PCM30/32路 即E1 欧洲和我国采用此标准
(2)    PCM24/路 即T1 北美采用此标准
一、            E1和T1
PCM脉冲调制,对模拟信号采样,8000个样值每S,每个样值8bit,所以一个话路的速率为64kbps。E1有32个时隙,TS0用来同步,TS16用来传送信令,其中30路用来传话音信号的,32个话路的速率为2.048Mbps,即PCM基群,也叫一次群。…,他们的速率是四倍关系。
T1的采样与E1相同,只是有24个话路,其速率为64kbps*24 = 1.544Mbps
四个一次群复用为一个二次群,当然一个二次群的速率比四个一次群的速率总和还要多一些,用于同步的码元。四个二次群复用为一个三次群,依次类推。
E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368Mbps ……
 
二、            在传送网上传送时

现在的PDH体制中,只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号是同步的,其他速率的信号都是异步的,需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。
由于PDH采用异步复用方式,那么就导致当低速信号复用到高速信号时,其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性。也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置,而这一点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的关键所在。所以在传送过程中,难于从高次群信号中直接分出低次群甚至基群的信号,也就是说四次群必须先分接为三次群,而不能直接分接为一次群,这就使得在对中继站上、下话路时,需要进行多级的复用分接,使得上下话路不方便,而且较多的接口对于信号的损伤非常大。使得提取的时钟出现不一致。也增加了设备的复杂性,降低了效率和可靠性。又存在多个制式,接口不统一,这就促成了PDH发展为SDH——数字同步系列。

此部分介绍了PDH中的E1,和PDH组网的缺陷。
第二部分:SDH数值同步系列
一、SDH的帧结构
SDH的帧结构为块状帧结构。
段开销SOH(3+5个字节):
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OAM使用的字节。包括两部分:
|  再生段开销RSOH—负责对整个STM-N信号的监控管理。
|  复用段开销MSOH—负责对STM-N中每一个STM-1信号的监控管理。
管理单元指针AU-PTR(1个字节):
指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置,以便在接收端正确地分解。
其中STM-N,N = 14, 16, 64
以STM-1为例,下图中的N=1
 


SDH 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125us,每秒传输8000 帧,对 STM-l 而言每帧字节,8 比特/字节×(9×270×1)字节=19440比特,则 STM-l 的传输速率为19440×8000 = 155.520Mbit/s。同理,
| STM-4——622.08Mbit/s
| STM-16——2488.32Mbit/s(2.5G)
| STM-64——10Gbit/s
 
ITU-T规定对于任何级别的STM等级,帧频是8000帧/秒,也就是帧长或帧周期为恒定的125μs 。PDH的E1信号也是8000帧/秒。
对于任何STM级别帧频都是8000帧/秒,帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。想想看PDH不同等级信号的帧周期是否恒定?由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍,STM-16恒定等于STM-4的4倍,等于STM-1的16倍。而PDH中的E2信号速率≠E1信号速率的4倍。SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分/插出低速SDH信号(或者低速SDH支路信号)成为可能,特别适用于大容量的传输情况。也就是说低速SDH信号以字节间插方式复用在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的。N个STM-1复用组成STM-N,SDH简化了复用和分用技术,可以直接接入到低速支路,而不经过高速到低速的逐级分用,上下路方便。
 
SDH的复用:
SDH的复用包括两种情况:一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号;另一种是低速支路信号(例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s)复用成SDH信号STM-N。
第一种情况,复用的方法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×STM-1→STM-4,4×STM-4→STM-16。在复用过程中保持帧频不变(8000帧/秒),这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-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。在复用成的STM-N帧中,SOH并不是所有低阶SDH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PDH信号复用进STM-N信号中去 

 
C-容器、VC-虚容器、TU-支路单元、TUG-支路单元组、AU-管理单元、AUG-管理单元组VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器,此过程相当于对C4信号再打一个包封,将对通道进行监控管理的开销(POH)打入包封中去,以实现对通道信号的实时监控。
虚容器(VC)的包封速率也是与SDH网络同步的,不同的VC(例如与2Mbit/s相对应的VC12、与34Mbit/s相对应的VC3)是相互同步的,而虚容器内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷。虚容器这种信息结构在SDH网络传输中保持其完整性不变,也就是可将其看成独立的单位(货包),十分灵活和方便地在通道中任一点插入或取出,进行同步复用和交叉连接处理。
 
也就是说SDH的最小单元是个容器,其大小是固定的。SDH是专门为语音设计的,可应用于固定速率的业务。也就是说用固定的容器传送固定速率的话音业务。用VC传固定速率的语音,带宽利用率较高,但是对于数据业务这种不固定速率的业务,SDH的利用率较低。容器的大小是固定的,用来装水可以满满的,用来装石头则间隙比较大,空间利用率要小。
 
 
SDH采样二纤双向复用段保护环组网,一个很大的优点是采用自愈混合环形网结构。

SDH有抗单次故障能力,采样双向复用保护环。一个通道出现故障,可以从另外一条保护通道进行传输。承载网的现状如下图。

 
环形组网的自愈能力是SDH的一个很重要的特点。
 
SDH只能管理单个波长的通道,可以进行电交叉,是环形组网。
WDM光分复用,管理的是多个波长,光交叉。
OTN=SDH+WDM(在一定程度上这样讲),OTN同时管理多个波长上的多个业务电路,有电交叉,也有光交叉。
 
SDH除了上述提到的不能适应数据业务的发展,还不能对传输的质量进行保证,也不能对性能进行监控,也就是说不能进行网管。IP技术的发展,对动态的带宽提出了要求,SDH也就向前发展到了MSTP——多业务传送平台。
 
此部分介绍了SDH的帧结构、STM-N速率、SDH的复用、和SDH的优缺点。
 
第三部分:MSTP
MSTP = SDH + 以太网(二层交换) + ATM(传信令)
也就是在SDH的用户侧增加了以太网接口或ATM接口,实现IP化接口。IP over SDH。
MSTP的核心仍然是SDH,在SDH的基础上进行了改进。
MSTP的关键技术:
(1)    协议封装
我们知道IP是三层协议,也就是网络层,而SDH属于物理层,那么IP over SDH就需要在IP和SDH之间有一个二层的东西进行转换。也就是说需要把IP包封装为帧在SDH上进行传送。
协议封装有三种
l PPP/HDLC点对点协议/高级数据链路控制
l LAPS链路接入规程 由武汉邮科研究院提出
l GFP由ITU-T提出的通用成帧规程
先介绍EOS(Ethernet over SDH)
EOS是把数据封装为以太帧再映射到SDH的虚容器的方法。
 
           6                   6          2          46 ~ 1500           4
 

       目的MAC    源MAC   长度           数据               FCS
 
以太帧长在64~1518字节之间,IP包最大长度为65535字节。
从实现上来说,是将以太网的数据流通过某种封装方式来映射到SDH的通道中,SDH的通道颗粒可以是VC12、VC4。以太网板卡可以将以太网业务,如10M、100M、1000M通过封装后映射到一个或多个VC中并由SDH系统进行传送。
对于三种协议封装方式:
PPP/HDLC需要建立物理连接,再逻辑连接也就是数据链路层的连接。需要三次握手,所以时延比较大,适用于155Mbps。
LAPS从本质上说也是HDLC协议族的一种,是一种简化的PPP-HDLC。它没有链路层控制协议和网络层控制协议,只规定了数据传输规程,所以不需要连接建立过程,直接连通。适用于2.5G——STM-16
GFP(1)具备低延迟的传输与处理能力,适合高速广域网的应用(如存储区域网络SAN);(2)支持可用于宽带传送的业务适配协议;(3)提供高效的QOS保证机制,能够将物理层或逻辑链路层信号映射到字节同步的信道中;(4)具备客户端管理能力,支持基本的客户端控制功能;(5)采用和ATM技术相似的帧定界方式,减小了定位字节开销,避免传输内容对传输效率的影响;(6)打破了链路层适配协议只能支持点到点拓扑结构的局限性,可以实现对不同拓扑结构的支持。
GFP最常见的应用就是在MSTP设备中,直接将IEEE802.3的Ethernet MAC帧映射入GFP帧中。这也是所有业务将来必选的协议。
EOS的接口速率和以太的速率相同,10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps,还有40Gbps和100Gbps
(2)    级联技术
在上面提到,IP的包可能会很大,在封装时需要进行分片,而容器相对于大速率来说太小,由此引出了级联技术,复用成一个更大的容器。VC12、VC3、VC4,它们分别对应着2M、34M/45M、140M/155M,相对于以太速率来说不是很匹配。
有两种级联技术
l 相邻级联VC12-5C
这种级联技术,在应用时需要所有的设备都支持才可以。将SDH帧中相邻的5个VC12虚容器级联起来。一个Vc12是2M,5个级联起来就是10M,这种级联需要在同一帧内完成
l 虚级联VC12-5V
虚级联可以使不连续的5个VC12,也可以跨帧,所以这就只要求在传送两端的设备支持此种级联即可
 
(3)    LCAS链路容量调整机制
这是个信令技术,由网管发出LCAS指令,改变虚级联的个数来调整带宽。
 
本部分主要介绍了MSTP的关键技术
 
第四部分:ASON—自动交换光网络和PTN
由用户发出请求,根据用户要求灵活调整带宽。
基于SDH/MSTP的ASON 解决<40G传输
基于OTN的ASON 解决40G、100G传输
 
ASON = SDH/MSTP + IP 在传送平面SDH的基础上增加了控制平面管理平面
 
传统的IP技术 TCP/IP是不可管理、不可控制的
MPLS:不像传统的IP一样到达一个节点后需要经过第三层查询路由表转发,而是直接根据第二层的标记由硬件进行转发。使得IP和ATM结合的更好:IP在ATM主干网传送时,路由器不再维护庞大的映射表。MPLS = ATM + 路由器技术
 
MPLS中的标签是对电域打标签,将其扩展到光域标签,即GMPLS,这也是ASON控制平面的主要技术。
GMPLS有以下几部分组成:
1.      信令协议
l RSVP-TE 基于流量工程的资源预留 这是目前主要使用的
l CR-LDP   基于约束路由的标签分配协议
l PNNI     专用网络网络接口协议
2.      路由协议
l OSPF-TE 开放最短路径优先协议 目前主用的,支持流量工程
l IS-IS-TE   中间系统-中间系统
l BGP4     边界网关版本4
3.      链路管理协议LMP
工作过程:路由协议经过链路管理协议选择好路由,再由信令协议建立链路
 
PTN分组传送网 = router + SDH
一个是PBB-TE/PBT北电,一个是T-MPLS(MPLS-TP)
ITU-T提出了T-MPLS传送的多协议标签交换 = MPLS-IP + OAM
但是MPLS是由IEEE最先提出的,所以T-MPLS改名为了MPLS-TP传送轮廓
T-MPLS/MPLS-TP的组成:
1. 信令协议 RSVP-TE
2. 路由协议 OSPF-TE
3. 链路管理协议 LMP
4. 伪线仿真 PWE3(Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge)在分组网络中建立点到点的虚电路来传话音
 
不同颗粒的IP包在入口处需要有拥塞控制和流量控制,2.5G以下的颗粒通过PTN来实现,2.5G以上的颗粒调度则需要OTN。SDH网络在城域网中正逐渐被PTN边缘化,在省际干线中,也在被OTN、WDM边缘化。
 
本部分介绍了ASON 和 PTN的关键技术
 
前面提到OTN = SDH + WDM
其中WDM是物理层技术,多个波长在发送端合为一起  
每个波长带宽10G,WDM的带宽为80Gbps。WDM能够远距离传送,600km—2000km
所以WDM可以起到一个大容量、远距离的作用,但是WDM不能组成环,这就需要利用SDH
 
OTN交换:
OTN包括光域和电域,光域完成光交叉,电域完成电交叉。
(1)    光纤交换 两个OTN的光纤信号与光纤信号进行交换
(2)    波带交换
(3)    波长交换
(4)    某个波长上的SDH帧交换 TDM交换 子波长交换 属于业务交换
(5)    SDH上的帧交换
(6)    SDH帧中的IP包分组交换
 
前三个属于光交叉,后三个属于电交叉,电交叉也叫ODU交换,ODUk (k=1 2 3)
1代表2.5G颗粒,2代表10G颗粒,3代表40G颗粒
所以OTN的上层可以说是具有WDM的特性,属于光层,下层具有SDH的特性,属于电层。
OTN吸收了SDH的优点,用ODU颗粒封装业务,可以交叉调度
OTN吸收了WDM的优点,可以长距离传送    合波 — 放大 — 分波
 
OTN与SDH的区别:
1、复用技术不同,但都面向连接
2、由于DWDM技术独立于具体的业务,光纤上不同波长的接口速率和数据格式独立,一个OTN支持多种业务
3、SDH是单波长,OTN是多波长
4、小于GE的小颗粒业务可以用SDH,大于GE的大颗粒业务可以用OTN
 
 
OTN信号映射和分层结构:

 
 
OTU加上OCh层非随路的开销,完成OTU到OCh层的映射,并将其调制到一个光信道载波上传输。
 
OTN复用结构与SDH复用结构的比较:




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