PDH→SDH→MSTP→PTN→OTN,光传输网那些事

1、PDH f SDH f MSTP f PTN f OTN，光传输网那些事1 传输网的演进和结构 光传送网的发展历程：传输网主要分为三层：接入层、汇聚 层和骨干层。本地传输网由传输系统、光纤网、管道 /光交、 汇聚机房组成，其中，传输系统指 SDH/PTN/OTN 和 PON 网络。2 PDHPDH，准同步数字系列。PDH主要有两大系列标准：1) E1,即PCM30/32路， 2.048Mbps，欧洲和我国采用此标准。2)T1，即PCM24/路，1.544Mbps，北美采用此标准。原理： 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 64k

2、bps。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 ,PDH 的缺点： 1）没有世界性的标准（欧洲、北美和日本的 速率标准不同） 。2）没

3、有世界性的标准光接口规范。3）结构复杂，硬件数量大，上下电路成本高，也缺乏灵活性。4）网络运行、维护和管理能力差。因此， 要满足现代电信网络的发展需求， SDH 作为一种结合 高速大容量光传输技术和智能网络技术的新体制，就在这种 情况下诞生了。SDH 随着以微处理器支持的智能网元的出现，使得高速大容量光 纤传输技术和智能网络技术的结合， SDH 光同步传输网应运 而生。SDH 全称为同步数字传输体制，它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。 同时， SDH 改善了 PDH 的不利于大容量传输缺点。SDH 的优点： 1）速率和光接口统一。 2）管理能力强。 3）

4、上下电路方便。基站里的 SDH 设备基站综合柜里的 SDH 设备连接关系图SDH 帧结构SDH的帧结构为块状帧结构。信息净负荷（9行X 261列）STM-N 帧中放置各种业务信息的地方。2M/34M/140M 等 PDH 信号、 ATM 信号、 IP 信息包等打包 成信息包后，放于其中。然后由 STM-N 信号承载，在 SDH网上传输。若将 STM-N 信号帧比做一辆货车，其净负荷区 即为该货车的车厢。 在将低速信号打包装箱时，在每一个信息包中加入通道开销 POH，以完成对每一个“货物包”在“运输”中的监视。段 开销段开销完成对STM-N整体信号流进行监控。即对STM-N “车 厢”中所有“货

5、物包”进行整体上的性能监控。再生段开销 （RSOH） 完成对 STM-N 整体信息结构进行监 控复用段开销（MSOH）完成对STM-N中的复用段层信息 结构进行监控 RSOH、MSOH、POH组成SDH层层细化的 监控体制二者区别：宏观（ RSOH）和微观（MSOH） 管理单元指针 AU-PTR 定位低速信号在 STM-N 帧中 （净负荷 ）的位置，使低速信号在高速信号中的位置可预知。 发端在将信号包装入 STM-N 净负荷时，加入 AU-PTR ， 指示信号包在净负荷中的位置，即将装入“车厢”的“货物 包”，赋予一个位置坐标值。收端根据 AU 指针值，从 STM-N 帧净负荷中直接拆分出 所

6、需的低速支路信号；即依据“货物包”位置坐标，从“车 厢”中直接所需要的那一个“货包” 。由于“车厢”中的“货物包”是以一定的规律摆放的 字节间插复用方式；所以对货物包的定位仅需定位“车厢” 中第一个“货物包”即可。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-I而言每帧字节，8比特/字节X （9 X 270 X 1）字节 =19440比特，贝U STM-I的传输速率为 19440 X 8000 = 155.520Mbit/s 。同理， STM-4 622.08Mbit/s STM-16 2488.32Mbit/s

7、（2.5G） STM-64 1 0Gbit/sPDH 的 E1 信号也是 8000 帧/秒。但是， SDH 的帧周期恒定， 使 STM-N 信号的速率有其规律性。 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 信号速率工E1信号速率的4倍。所以，SDH简化了复用和 分用技术，上下路方便，特别适用于大容量的传输情况。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

8、-N 。 复用是依复用路线图进行的， ITU-T 规定的路线图有多种， 但通常一个国家或地区仅使用一种。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，即卩4X STM-1 STM-4,4X 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

9、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 SDH 传输业务信号时 各种业务信号要进入 SDH 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（POH）形成虚容器（VC ）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（ TU ）或管理单元（ AU ）的过程， 它通过支路单元指针 （TU PTR ）或管理单元指针（AU PTR ） 的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速

10、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。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

11、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 组网有个形象的比喻： 把 sdh 理解成沿着环形铁路线运 行的火车， 先不考虑保护。 假设北京、 上海、广州间用 stm-16 组成 sdh 环网。北京附近的地区用 stm-4

12、组成环网，作为北 京 stm-16 网元的子网， 以此类推， stm-4 环网下面再有 stm-1 组成的子网。把 stm-1 组成的环网，想象成一节火车车厢， 里面有 3 个集装箱，每个集装箱里有7 个小柜子，每个柜子里又有3个小箱子。火车车厢就是 vc4，小箱子就是vc12. 火车沿着环路不停运行，每到一站，车站就根据做的业务， 打开小箱子，把vc12里的信息取出，或者放进 2m，占用的 是一个 stm-1 中的 vc12 时隙。,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

13、外一条保护通道 进行传输。环形组网的自愈能力是 SDH 的一个很重要的特点。MSTPMSTP ，全称为 Multi-Service Transmission Platform 。SDH 协议最初是针对语音业务（即固定带宽业务）设计的， 主要提供TDM （各种可以间差复用的 SDH中的业务，如E1 , E3 等）接入。由于 SDH 协议极高的服务质量，及可维护管 理性， 受到了全球电信运营商的青睐， SDH 一度统治了传输 网。随着 SDH 传输的日益普及，和电信网上数据业务的比例越 来越高，各种各样接入的业务都需要在 SDH 上承载，因此 逐渐发展出了 MSTP 技术。通过GFP, HDLC

14、, PPP等封装协议，MSTP可以把非固定 带宽业务封装到 SDH 帧中。因此， MSTP 可以支持 ETHERNET ， ATM/IMA 等业务的接入。MSTP 的出现，将 SDH 的辉煌延长了至少 10 年。 但是，随着基于 MPLS-TP 技术的 PTN 技术的大行其道， MSTP 已经成为昨日黄花了。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 功能架构MSTP 的关键技术（

15、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。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。EOS 的接口速率和以太的速率相同， 10Mbps 、 100Mbps 、IGbps、lOGbps,还有 40Gbps 和 lOOGbps（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

16、用 成一个更大的容器。 VC12 、 VC3、 VC4 ，它们分别对应着 2M、 34M/45M 、 14OM/155M ，相对于以太速率来说不是很匹配。 有两种级联技术 : 相邻级联将 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 1OM ， 这种级联需要在同一帧内完成 .虚级联虚级联可以使不连续的5个VC12，也可以跨帧.（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。PTNPTN 叫做 packet translate network （包传送网）。因为MSTP/SDH

17、 电路交换为核心，承载 IP 业务效率低，带宽独 占，调度灵活性差，所以， PTN 应运而生。 PTN 最简单的方 程式为：PTN=MPLS+OAM+保护-IP，其增强了开销（吸取 了 SDH的优势）、对业务的保护（吸取了 SDH的优势）“-IP” 可以简单的看做是“对 MPLS 的简化”，去掉我们不需要的 东西（例如复杂的各种握手协议等） 。OAM（Operation Administartion and Maintenance） ：是为保障网 络与业务正常、 安全、有效运行而采取的生产组织管理活动， 简单运行管理维护或运维管理。从字面上解释， PTN 叫做 packet translate

18、 network（ 包传送网）， 而 SDH 叫做同步数字体系。从传输单元上看， PTN 传送的 最小单元是 IP 报文， 而 SDH 传输的是时隙， 最小单元是 E1 即 2M 电路。 PTN 的报文大小有弹性，而 SDH 的电路带宽 是固定的。这就是 PTN 与 SDH 承载性能的最本质区别。 从协议上看， PTN 遵循的叫做 TMPLS ，即经过改进的 MPLS（多协议标签交换） ，即 TMPLS=MPLS-IP+OAM 。MPLS 了解 MPLS 前，我们先看一看传统 IP 路由网络的缺陷。传 统的 IP 路由技术是不可管理、不可控制的。 IP 逐级转发， 每经过一个路由器都要进行路由

19、查询（可能多次查找） ，速 度缓慢，这种转发机制不适合大型网络。而 MPLS （全称为：多协议标签交换）是通过事先分配好的 标签，为报文建立一条标签转发通道（ LSP ），在通道经过的 每一台设备处，只需要进行快速的标签交换即可（一次查 找），从而节约了处理时间。从业务管理能力看， PTN 通过 硬件收发管理报文来实现对信道的监控和管理，而 SDH 通 过开销字节实现系统的 OAM 。OAM 这块却是最大的卖点。相比“ MPLS 也能做 OAM ”， PTN 引入的 OAM 更多的是仿照传统 SDH 的开销，能够提 供 50ms 以内的电信级 LSP 保护和环保护这个是运营商 特别特别看重的！

20、 ！可以说没有这个为前提， PTN 不可能发 展起来。然后， PTN 的 OAM 所提供的各种在线、离线的管理维护信 息十分丰富， 对 PTN 每层都作了高效率而且规范的定义， 可 以说不比 SDH 引以为豪的开销字节差多少。总之，Packet:分组内核，多业务处理，层次化QOS能力。Tranport :类SDH的保护机制：快速、丰富，从业务接入到 网络侧以及设备级的完整保护方案； 类 SDH 的丰富 OAM 维 护手段；综合的接入能力、完整的时钟同步方案。Network ：业务端到端，管理端到端。 基站里的 PTN 设备： OTN 简单的说， OTN = SDH + WDM 。WDM （波分复用） WDM 是把不同波长的光信号复用到一根 光纤中进行传送的方式（每个波长承载一个业务信号） ， 主要功能是传送和复用。SDH 就好比在高速公路上只能行驶一辆车， 而 WDM 好比在 高速公路上可并行多辆车。 WDM 的出现解决了 SDH 网络容 量不足的问题：每个波长带宽 10G， WDM 的带宽可达 80Gbps,而SDH网络带宽最大为 10G。同时， WDM 能够远距离传送， 600km2000km ，所以 WDM 可以起到一个大容量、远距离的作用。但是， WDM 类似 PDH 系统，只能组点对点连接， 不能组成 环，不能对波长进行灵活