SDH级联技术的研究与实现

1、毕业设计(论文)SDH技术的研究与实现SDH级联的研究与实现 摘要随着互联网应用时代的到来，从内部网采用了大量不同的数据协议和技术，最终都建立在SDH/SONET网络上，于是问题就产生了。原本适应静态流量的网络如何适应匹配率不完全的动态流量？在处理日益增长的数据业务时，SDH网络的架构和带宽利用率成为一个需要研究和改进的问题。本文第一章首先分析了SDH产生的技术背景和我国SDH的发展现状，提出了SDH面临的挑战，并给出了SDH网络的发展趋势。第二章对基于SDH的多业务传输平台(MSTP)做了初步介绍，提出了SDH级联技术在其中的重要作用。第三章重点分析了SDH网络中的级联技术和方案，并讨论了它

2、们存在的必要性。第四章针对虚级联技术在实际应用中的不稳定现象，提出了链路容量调整方案机制(LACS)，可以在不中断业务的情况下动态改变传输信道的大小，真正实现信道的“弹性”变化。第五章介绍了生命周期评价在MSTP的实施方法；第六章总结全文。关键词:同步数字传输系列；级联技术；虚拟级联；多业务传输平台；链路容量调整方案目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247120 第1章 绪论1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247121 1.1 SDH产生的技术背景介绍1 HYPERLINK l _RefHeading

3、_Toc228247122 1.2 国SDH传输网发展现状与趋势2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247123 1.3 SDH基本概念和特点2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247124 1.4 SDH技术面临的挑战与级联技术的引进3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247125 第2章 基于SDH的MSTP5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247126 2.1 MSTP的概念与其特点5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247127 2.2 MSTP

4、的主要功能6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247128 第3章 SDH网中的级联技术8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247129 3.1 相邻级联8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247130 3.2 虚级联9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247131 第4章链路容量调整机制15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247132 4.1 链路容量调整机制（LCAS）概述15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247133

5、 4.2 LCAS的实现原理16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247134 4.3 LCAS技术的特点26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247135 第5章 LCAS技术在MSTP中的实现27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247136 5.1 EoS试验平台的研制27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247137 5.3 实验平台的功能设计29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247138 5.4 LCAS技术的实现30 HYPERLINK l

6、 _RefHeading_Toc228247139 5.5 功能测试分析33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247140 第6章 总结与展望35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247141 参考文献36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247142 后记37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc228247143 附录 主要英文缩写语对照表38第一章引言传输网络是为各类业务网络提供业务信息传输手段的基础设施，是通信网络的重要组成部分。传输网络的质量直接制约着通信网络的发展。目前，运营商的本

7、地传输网经过近几年的快速发展，已初具规模，为各项业务的发展提供了必要的渠道，但也存在一些问题。本章介绍了国外光传输网络的发展现状和趋势，通过分析光传输网络存在的问题，提出了光网络优化的必要性。同时说明了本课题的研究目的、意义、主要内容和创新点。1.1 SDH一代技术背景介绍SDH是集复用、线路传输和交叉功能于一体的综合信息网络技术，由统一的网络管理系统管理和运营。传输系统是现代通信网络的主要组成部分，传统的准同步数字体系(PDH)已不能满足现代通信网络发展的要求，主要原因如下:1.只有地区电气接口代码，国际通信困难；2.没有标准的光接口，各厂商自行开发线路编码，无法实现横向兼容；3.只有2Mb

8、it/s和1.5Mbit/s的同步复用，以及从较低分组到较高分组的异步复用，需要调整码速以匹配速率和容纳时钟频率的偏差，并且每增加一个分组，都要经历复杂的码转换、码速调整、定时、复用/解复用过程；4.开销少，无法实现传输网络的分级管理和信道传输性能的端到端监控；5.网络运行和管理主要依靠人工交叉连接数字信号，无法经济地提供网络组织、电路带宽和业务的在线实时控制。为了解决上述问题，美国贝尔通信研究所首先提出了一套分层准数字传输结构来组成同步光网络(SONET)，后来CCITT在1988年将其改名为同步数字体系(SDH)1。1.2中国SDH传输网的发展现状和趋势考虑到SDH在国内还有一定的发展空间

9、，这个时候就要找到SDH的发展方向。SDH不能只强调技术，要关注用户的实际需求。毕竟SDH是目前最主要的传输方式，已经从核心层延伸到了接入层。现在世界上SDH有三个发展方向:1.向高端产品发展:10G、40G(重点克服电子瓶颈，提高性价比)；2.支持城域网中的业务汇聚功能:MSTP(重点优化IP技术支持)；3.实现城域接入功能的简化SDH技术:AON(架空、单纤)。韦乐平建议，对于大多数运营公司来说，近期的安全策略是选择以SDH为主的多业务平台方案，以ATM为主的多业务平台方案为辅。中长期来看，边缘可以采用基于二层交换和三层路由的解决方案，核心网采用WDM/OTN解决方案。将在适当的时候引入A

10、SON，进一步实现动态分配，部署波长通道，满足IP流量的需求。因此基于SDH的MSTP在国内越来越受到重视2。1.3 SDH的基本概念和特点SDH是一种同步数字体系。结合了多路复用、线路传输和交叉功能的综合信息网络，由统一的网络管理系统管理和操作。SDH网络由终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生中继器(REG)和同步数字交叉连接(SDXC)组成，可以在光纤上传输、复用、分插和交叉连接同步信息。SDH网络可以抽象地用图1.1来表示。图1.1 SDH网络抽象图SDH具有以下特点:1.网络节点接口已经标准化(速率级别、帧结构、复用方法、线路接口、监控和管理等)。)，使各厂商的设备横向兼容；

11、2.可容纳北美、日本和欧洲准同步数字体系(1.5M、2M、6.3M、34M、45M和140M)，方便从PDH向SDH过渡；3.采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，只需用软件就可以直接从高速信号中加入和分出低速信号，上下业务非常容易；4.SDH网络同步和灵活复用大大简化了数字交叉连接功能的实现，便于根据用户需求动态组网和新业务接入；5.在帧结构中安排了丰富的开销比特(段开销和信道开销)，提高了网络运行、管理和维护的能力；6.SDH是一种智能设备，具有端接、分插复用和交叉连接功能，可以通过远程控制灵活组网和管理；7.利用级联技术，实现了IP over SDH。SDH的主要优点是:同步复用、标准光

12、接口和强大的网络管理能力。1.4 SDH技术面临的挑战及级联技术的引入随着数据业务逐渐成为全网的主要业务，传统的电路交换网络将逐渐向分组网络演进，尤其是IP网络。作为电路交换SDH，TDM结构将不适应未来的业务发展，独立SDH设备的长期命运正受到严重挑战。SDH网络的主要缺点如下:频带利用率不如PDH系统；大大增加了技术和功能的复杂性；软件控制能力强，潜在重大隐患(病毒、操作错误或崩溃等。).随着非SDH设备中出现了大量的SDH接口，上层业务直接转换成STM-N帧信号，光传输网的再次出现导致SDH作为接口的长期存在，作为专用传输网将逐渐淡出。SDH作为代表性技术，为了寻求更大的生存空间，还在不

13、断发展。这种挑战在中国，SDH在不久的将来还会继续发展。原因如下:1.考虑到中国电路交换网将在5年左右继续发展；2.2的发展潜力。SDH本身在高低端(高于40GB/s，低于155 MB/s)；3.未来的超大容量核心光传输网需要更多的SDH接入设备；4.在不久的将来，它仍然是可靠性和生存性最高的传输网络技术。在MSTP的基础上，为了适应带宽变化大、数据业务变化突然的特点，以及满足许多数据业务的速率与SDH VC的标准速率不匹配的要求，引入了SDH级联技术。对于传统的PDH信号，无论是采用异步映射还是同步映射，传输信号的净荷都与SDH VC的标准速率相匹配，映射后的VC可以作为单个实体在SDH网络

14、中复用、交叉连接、灵活上下。为了满足新技术的要求，在实际应用中，一些传输的信息载荷与各种SDH VCs的标准速率不完全匹配。在实际应用中，一些传输的信息载荷与各种SDH VCs的标准速率并不完全匹配，例如数字编码信号和IP路由器信号。VC级联模式应运而生。原则上，级联可以被视为将几个小VC组合成一个大VC来传输数据业务的技术。级联技术可以实现以太网带宽和SDH VC之间的速率适配。级联技术解决的主要问题是标准SDH VC速率和数据业务速率不匹配3。第二章基于SDH的MSTP随着宽带业务的快速发展，分组业务在电信网络中的比重越来越大。虚拟专用网(VPN)和专线服务、IPTV、视频点播(VOD)和

15、视频游戏等新业务对带宽的要求越来越高。采用电路交换技术设计的传统传输网络已经不能满足分组交换的需要。现有的城域网有很多重叠的建网方式，如SDH、P、ATM等。虽然这些网络可以很好地提供数据、语音和专线业务，但存在网络建设和维护成本高、资源利用率低的问题。多业务交付平台的出现解决了网络资源共享的问题，节约了网络运营成本。MSTP以SDH技术为基础，吸收了以太网、ATM、MPLS、RPR等数据技术的优点。它可以提供丰富的服务接口，并具有强大的数据处理能力。MSTP使SDH成为真正意义上的公共传输平台，同时也扩大了SDH的应用范围。基于SDH的MSTP是指同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、

16、处理和传输，并提供统一网络管理的多业务节点。随着WDM技术的发展，最初主要用于骨干网的SDH逐渐扩展到网络边缘。由于边缘网络离用户近，业务需求多种多样，这就要求SDH的功能必须进行调整。SDH技术构建的MSTP之所以受到重视，是因为SDH是一种复用技术，时间敏感的业务传输保证了时延。目前，IP网络仍然不能提供相同级别的服务质量。其次，SDH通过提供故障链路的备份路由，对故障有很强的容忍度，服务提供商熟悉并信任SDH。2.1 MSTP的概念和特征MSTP是一种城域传输技术，可以有机地融合SDH、以太网、ATM、POS等技术。MSTP以SDH技术为基础，对各种业务进行有效收集和适配，实现多种业务的

17、综合接入和传输，实现SDH从单纯的传输网向传输网和业务网一体化的多业务平台的转变。随着近年来数据和带宽等IP业务的快速增长，MSTP技术的发展主要体现在对以太网业务的支持上。新的以太网业务需求推动了MSTP技术的发展。MSTP简化了边缘网络设备的结构，将传输设备集中到一个物理实体中。MSTP技术有以下特点。1.MSTP是基于SDH的，所以完全继承了SDH的很多优点，包括高低阶交叉、VC级联、SDH开销字节的使用等。此外，MSTP具有良好的网络保护倒换性能和对TDM业务的良好支持能力。2.支持多个物理接口。3.提供集成的网络管理功能。4.直接提供带宽数据接口。5.支持多种协议。6.支持带宽分配。

18、7.提供集成的数字交叉连接交换。8.协议和接口的分离。2.2 main的主要功能2 . 2 . 1 DH功能基于SDH的MSTP应满足SDH节点的基本功能要求，并符合相关标准。比如SDH的帧结构和VC映射部分要满足G.707规定:对于级联和虚级联业务的要求，既能提供高层信道VC-3/VC-4的相邻级联或虚级联功能，又能提供低层信道VC-12的虚级联功能，提供级联条件下VC信道的交叉处理功能。2.2.2以太网业务处理功能MSTP的以太网二层交换功能是指在一个或多个用户以太网接口和一个或多个基于SDH虚拟容器的独立点对点链路之间交换基于以太网层的数据帧。MSTP应满足以下要求:实现以太网数据帧的转

19、发和过滤功能，符合IEEE802.1D协议的规定:能够识别IEEE.1q数据帧，根据VLAN信息转发和过滤数据帧；提供自学习和静态配置两种可选方式来维护MAC地址表；并实现它来决定转发。过滤数据帧的信息和功能:支持IEEE802.1d生成树协议和IEEE802.1w快速树协议；支持多链路聚合，实现灵活的高带宽和链路冗余；支持以太网端口流量控制；支持组播；支持服务分类。基于SDH的多业务传输节点的以太环网功能是指在SDH环网带宽内传输以太网业务。MSTP应具备以下功能:配置以太环网的传输链路带宽；以太网环路带宽的统计复用；以太网环路中节点端口带宽的动态分配:以太网环路的保护切换。2.2.3弹性分

20、组环的MAC层功能基于SDH嵌入式分组环的MSTP设备可以增强MSTP通过RPR支持数据业务的能力，使其同时具备SDH和RPR的优势。适用于建设以TDM业务为主、数据业务为辅的传统运营网络，在兼容现有SDH网络的前提下，升级改造提供数据业务传输能力的网络。MSTP弹性分组环MAC层的功能应完全符合IEEE802.17协议的相关规定。MSTP应具备以下功能:按服务级别分层分类转发:计算和配置桥接拓扑，提供用户身份识别，扩展用户服务的安全隔离能力。2.2.4ATM交换处理功能MSTP继承了SDH的功能，具有ATM业务透明传输的功能。这时，SDH应该为每个接入的ATM业务分配一个信道带宽。导致大量的

21、空闲带宽和浪费。ATM交换处理能力增加后，线路上的所有站点可以共享一部分带宽，每个站点可以聚合本地业务和直通业务，然后放到共享的155M带宽中，传输到下一个站点。增加了ATM交换处理功能的MSTP设备，允许多台ATM使用同一通道传输业务，实现了同一通道带宽内各节点业务的统计复用和保护，提高了带宽利用率。综上所述，MSTP在城域传输网中的广泛应用，激发了城域传输网的活力，给运营商带来了更大的利润空间。各大设备供应商也在不断研发MSTP，MSTP的内涵逐渐丰富。相信MSTP还有巨大的发展空间，自身技术的能量也有巨大的潜力可以挖掘4。第三章SDH网络中的级联技术所谓串联，就是把多个VC的内容组合起来

22、，保持比特串的完整性。ITU-T规定的级联方式有两种:相邻级联和虚级联。两种级联方式在路径端提供的级联带宽是C-N的X倍，路径端之间的差别就是传输。相邻级联在整个传输过程中保持连续的带宽，即每个级联的VC需要相邻；虚拟级联将连续带宽分解成多个虚电路，并将其重新组合成连续带宽。虚拟级联只需要终端设备中的级联功能，而相邻级联需要各网元中的级联功能。3.1相邻级联C-4级联中的X个容器被命名为C-4-Xc，这意味着可用于映射的容量是C-4的X倍，X分别为4、16、64和256。提供的有效载荷容量分别为599.04Mbit/s、2396.16Mbit/s、9584.640Mbit/s和3836。相应地

23、，VC-4-Xc加上VC-4-Xc POH就构成了VC-4-Xc，如图3.1所示。图3.1 VC-4-XC的结构图VC-4-Xc帧的第一列是VC-4-Xc POH。列2到x被指定为固定填充字节。VC-4-Xc在STM-N信息中的x个连续au-4中传输。AU-4指针值(此处称为级联指示CI)通常用于指示相邻级联的应用。这表明VC-4-Xc中承载的C-4有效载荷应该捆绑在一起，并且可以作为单个实体在SDH网络中重用、交叉连接和传输。VC-4-Xc中的第一个AU-4应该有一个正常的指针值，即指向VC-4-Xc的第一个字节J1，其余X-1帧的AU-4 PTR应该设置为1001SS1111111111(

24、注意，本应用中没有指定SS)。级联指针受限指针处理器应该执行与第一个AU-4相同的操作。相邻级联技术的实现很简单。虽然允许承载PDH接口速率级别以外的新业务，但由于容量增加单元过大(VC-4-Xc，X=4，16，64)，不够灵活，且不支持低阶VC的级联(如VC-12)。例如，如果一个以太网连接需要160Mbit/s的带宽，它只能由VC-4-4C (622 Mbit/s)承载，而不是由VC-4负载承载，大部分容量被浪费了5。3.2虚拟级联虚拟级联技术可以组合不同速率的小容器，可以调节更小粒子的带宽，级联后对应的最大带宽也可以在小范围内调节。虚级联技术实现了经济有效地利用SDH提供适当规模的数据业

25、务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术的最大优势。虚级联技术的出现解决了传统SDH网络带宽利用率低的问题，提高了SDH网络承载带宽业务时带宽分配的灵活性。下表列出了使用标准VC映射带宽服务以及通过VC虚级联方法承载相应服务时的带宽利用率。从表3.1中可以清楚地看出，虚拟级联提高了SDH带宽利用率。表3.1不同映射方法的带宽利用率比较实际数据容量需求SDH标准容器类型映射效率Sdh虚拟级联映射效率以太网10兆位/秒碳-320%C-12-5c98%ATM技术25兆位/秒碳-350%C-12-12c96%快速以太网100兆位/秒补体第四成份67%C-12-48C100%企业业务200兆位/秒碳-4-

26、4c33%C-3-4c100%光纤通信400兆位/秒碳-4-4c67%丙-3-8c100%800兆位/秒C-4-16c33%C4-6c89%千兆位以太网1Gbit秒C-4-16c42%C4-7c95%万兆以太网10g比特/秒C-4-64c100%C-4-64c100%虚拟级联表示为VC-n-Xv，其中X表示参与级联的VC数量。值与VCs的级别有关:对于VC-3和VC-4，取值范围是1到256；对于VC-12，取值范围是1到64。虚拟级联是将多个VC(如VC-12或vc-4)捆绑在一起形成一个虚拟级联组(VCs虚拟级联可以通过级联不同STM-N分布的VC-n(相同路由或不同路由)形成一个虚拟大结

27、构(VC-N-XV)进行传输，其中每个VC-N都有一个独立的结果和对应的POH，以及一个完整的VC-N结果。几个VC-n虚级联相当于几个VC-n插入，一个虚级联中的每个VC-n都可以独立传输，可以选择不同的路径:对中间传输设备没有特殊要求，只需要两端的设备通过协议支持VC-3/4虚级联即可。3 . 2 . 1 VC-3/4的虚拟级联一个VC-3/4-Xv可以提供X个C-3/4连续净负载域，如图3.2所示。由于VC-3-Xv的结构与VC-4-Xv完全相似，为了简化起见，这里只对VC-4-Xv进行简要分析。图3.2 VC-3-XV的结构从图3.3中可以看出，C-4被映射到组成VC-4-Xv的X个独

28、立的VC-4。每个VC-4都有自己的POH，规则POH，POH和一般VC-4是一样的。只有POH中的H4字节充当虚拟级联的指定序列号和多帧指示。表3.2中规定了H4。图3.3 VC-4-XV的结构表3.2 VC-4-XV序列和多帧的H4编码H4字节帧编码b1b2b3b4b5b6b7b8第一级多帧表示MFI1初级多帧次级多帧显示了序列SQ-MSB(b-1至b-4)。一个一个一个014n-1显示了序列SQ-MSB(b-5至b-8)。一个一个一个一个152级多帧表示MFI2-MSB(b-1至b-4)00000n2级多帧表示MFI2-LSB(b-5至b-8)000一个一个保留(“0000”)00一个0

29、2保留(“0000”)00一个一个三保留(“0000”)0一个00四保留(“0000”)0一个0一个五保留(“0000”)0一个一个0六保留(“0000”)0一个一个一个七保留(“0000”)一个000八保留(“0000”)一个00一个九保留(“0000”)一个0一个010保留(“0000”)一个0一个一个11保留(“0000”)一个一个0012保留(“0000”)一个一个0一个13显示了序列SQ-MSB(b-1至b-4)。一个一个一个014显示了序列SQ-LSB(b-5至b-8)。一个一个一个一个152级多帧表示MFI2-MSB(b-1至b-4)00000n+12级多帧表示MFI2-LSB(

30、b-5至b-8)000一个一个显示了序列SQ-MSB(b-1至b-4)。一个一个一个00显示了序列SQ-LSB(b-5至b-8)。一个一个一个一个一个VC-4虚拟级联的多帧设计如下:从图3.3可以看出，虚拟级联中的每个VC在网络中是独立传输的，不同的VC有不同的传输时延。为了在未来恢复连续的有效载荷，接收端必须重新定位每个VC，即容纳所有的延迟差，从而解决帧定位的问题。SDH虚级联引入了一个512微秒的两级帧结构，它可以覆盖125纳秒到256微秒的延迟差。第一步，将H4字节的5-8位作为第一级复帧指示符MFI1，用基本VC-4帧从0到15逐一递增计数，形成第一级复帧；2级复帧指示符MFI2由8

31、位组成:1级复帧中0帧的1至4位H4字节构成MFI2的1至4位，1级复帧中1帧的1至4位H4字节构成MFI2的5至8位。MFI2以1级复帧为周期从0到255逐一递增计数，这样整个复帧为4096(16*256)长，跨越时间。复合帧的顺序指示符(SQ)指示构成虚拟级联组VC-4-Xv的VC-4的顺序号。虚拟级联中的每个VC-4都有一个固定且唯一的序列号，范围从0到(x-1)。发送VC-4-Xv的第一个时隙的VC-4号为0，发送C-4/3-Xv的第二个时隙的VC-4号为2，以此类推，发送VC-4-Xv的第X个时隙的VC-4号为X-1。详见图3-4和表3-2。8位序列号可支持最高256的x值。在表3-

32、2中，序列号的高4位由复帧中第14帧的H4字节的1-4位传输；序列号的低4位与复帧中第15帧的H4字节的1至4位一起传输。对于固定带宽的应用，序列号是固定的，一般是不可配置的，这就允许在不使用trace identifier的情况下检查VC-4-Xv的结构。对于动态带宽分配，序号是可变的，不同的VC号应该有不同的对应序号。复帧中其他帧的H4字节的1至4位可用于传输LCAS协议。如果不使用，将其设置为全“0”。3 . 2 . 2 VC-3/4的虚拟级联与相邻级联相比，低成本通道VC-2/12的虚拟级联承载了更多的速率业务，可提供的各种速率值如表3.3所示(由于VC-11速率在国内不适用，不做说明

33、)。表3.3低阶通道虚拟级联VC-2/12-Xv的容量轴承容器x值容量增量VC-12-XvVC-31至21276到45696千位/秒2176千比特/秒VC-12-XvVC-41至63岁276到137088千位/秒2176千比特/秒VC-12-Xv不确定1至64岁276到139264千比特/秒2176千比特/秒VC-2-XvVC-31到7276到47448千位/秒6487千比特/秒VC-2-XvVC-41至21276到14246千位/秒6487千比特/秒VC-2-Xv不确定1至64岁276到434176千位/秒6487千比特/秒VC-2的级联主要用于图像传输等业务。VC-2-Xv的结构如图3.4

34、所示。VC-12的级联速度略高于2.048kbit/s，VC-12-v的结构如图3.5所示。图3.4 VC-2-XV的结构图3.5 VC-12-XV的结构容器C-2/12-Xc适合于X独立的VC-2/12，并且每个VC/12都有自己的通道开销POH。由这些VC-2/12组成的集合就是虚拟级联组VC-2/12-Xv。和高阶虚级联一样，每个低阶虚级联VC-2/12-Xv的组成都希望VC-2/12独立通过网络，不同VC-2/12之间仍然会有时间延迟，虚级联端点的定位和顺序会发生变化。为了重构虚拟级联组承载的连续有效载荷VC-2/12-Xv，需要重新排列和重新定位这些独立的VC。在权衡了实现的可行性和

35、恢复性能之后，一致的观点是容纳至少125纳秒的延迟差。因此，为了重新定位虚拟级联组，需要缓冲和吸收组中不同VC经历的延迟差异，并且能够识别每个VC的序列号。目前ITU-T建议在发送端和接收端使用VC-2/12的低阶信道开销POH的K4字节比特2来携带相应的信息。图3.6显示32个复帧中的K4字节位2形成一个字，每128帧(16微秒)重复一次。图3.6 K4字节位2多帧结构图3.6中的1-5位FC是帧计数，可以计数32个16微秒的复帧，总共512微秒；从6到11的Bitsi是顺序指示符，用来标识续集中VC的序号或顺序，然后合成连续容器C-2/12-Xc。级联组中的每个VC都有一个唯一的固定序列号

36、，在0到X-1之间，发送C-2/12-Xc的第一个时隙中VC-2/12的序列号为X-1。图2-3-9中的r是保留位。为了建立K4字节比特2复帧，必须使用扩展信号标签，上述低阶虚级联指示信息应该与K4字节比特1组成的扩展信号标签同相。当接收器接收到扩展信号标签时，它应该进行相位鉴别。这里，顺序指示符只有6位，由STM-1中的VC-2/12使用，并限制虚拟级联组中的VC数量。应用程序实际上可以协商扩展保留位6。第四章链路容量调整方案机制4.1链路容量调整方案机制(LCAS)概述SDH传输技术以其同步复用、标准光接口、强大的网络管理能力等特点，在基于语音的传输网络中显示出无可比拟的优势，成为当今传输

37、网络中容量信息传输的主要手段之一，已经像城域网和接入网一样渗透。随着数据、图像等多业务传输需求的增加，业务环境发生了很大变化，即数据业务逐渐取代语音业务成为电信网络上的主流业务，传统的SDH暴露出许多问题，例如，承载业务效率低；人工网管分配带宽，缺乏灵活性，服务速度慢，不能满足数据业务的突发性需求。VC虚级联技术和链路调整机制的出现解决了这些问题。4.1.1VC虚拟级联的限制虚级联技术的出现主要是为了解决SDH带宽和以太网带宽不匹配的问题。它将多个VC绑定在一起作为一个虚级联组(VCG)形成一条逻辑链路，这样SDH的带宽可以是N*2Mbit/s或N * 155 Mbit/s，VC虚级联技术在S

38、DH帧的信道开销中定义了多帧指示符(MFI)和序列指示符(SQ)。利用这些指示符，虚级联组的每个成员可以通过不同的路径到达接收端。通过该指示符，接收端可以通过不同的路径正确地组合具有不同时延的成员。虚拟级联根据业务需要创建一个大小合适的通道，但是这个通道一旦建立，就不能随意改变大小。如果参与级联的一条VC失效，整个VCG将不可用，而当VCG通过不同的传输路径承载时，VCG不可用的可能性会成倍增加。LCAS技术作为VC的延伸，主要用于解决在不中断业务的情况下灵活改变带宽的问题。也就是说，LCAS技术可以使VC虚级联建立的通道变得“灵活”，真正实现带宽按需分配。4.1.2生命周期评价的基本思想LC

39、AS可以自动将有效载荷映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，既提高了带宽分配速度，又不损害业务。当系统出现故障时，无需人工接入即可动态调整系统带宽，从而在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。LCAS的基本思想是在虚拟级联的源和宿之间自适应地建立一种链路容量控制机制，可以在不中断业务的情况下增加或减少传输中虚拟级联信号的链路容量，同时提供临时删除故障链路的能力，而不中断现有业务或预留带宽资源。当虚拟级联组中的部分成员失效时，失效成员可以被临时扣除，系统自动降低容量，有效成员仍然可以正常传输。故障成员修复后，系统可以自动恢复虚拟级联组的带宽。LCAS采用双向握手协议。在进行任何调整之前，

40、发送方和接收方需要先交换控制信息，然后传输有效载荷，以保证两端容量变化的同步。LCAS设置:当发送端和接收端需要建立信道以增加或减少链路容量时，每个链路成员的点对点信道的建立和删除由网络和网元管理系统完成。4.2生命周期评价的实施原则为了保证虚级联链路的源和宿在容量调整时的动作一致，LCAS定义了一组控制包，负责描述虚级联的信道状态，控制信道的源和宿的动作。POH中H4字节携带的高阶VC(VC-4，VC-4)和LCAS信息；低阶VC(VC-11，VC-12)使用POH中的K4字节携带LCAS信息。两种方式下LCAS包的结构基本相同。4.2.1LCAS控制框架1.高阶LCAS的控制框架如前所述，

41、VC-3/4的H4字节在高阶信道中的虚拟级联构成了两级复帧结构，第一级复帧由16个基本帧组成，其中包括16个H4字节。每个H4字节的5-8比特被用作指示符MFI1，指示一条完整的LCAS信息。第二级复帧由256个第一级复帧组成，指示符为MFI2。第2级复帧由第0帧的1到4位H4字节和第1级复帧的第1帧的1到4位H4组成，取值范围为0到255。完成一组VCG控制信息的传输，取值范围为0 4095帧(15*256)，所需时间范围为0 512微秒(4096*125纳秒)。最大容许延迟差是-256微秒到+256微秒。虚拟级联LCAS的帧结构如表4.1所示7。表4.1高阶虚拟级联的LCAS帧结构位1第2

42、位第3位第4位第5位第6位第7位第8位MFI2多帧指示器2(1-4)0000MFI2多帧指示器2(5-8)000一个CTRL控制字00一个0GID组标识符00一个一个保留(0000)0一个00保留(0000)0一个0一个CRC-80一个一个0CRC-80一个一个一个MST成员状态一个000MST成员状态一个00一个保留(0000)一个0一个0保留(0000)一个0一个一个保留(0000)一个一个00保留(0000)一个一个0一个SQ顺序指示器(1-4)一个一个一个0SQ顺序指示器(5-8)一个一个一个一个2.低阶LCAS的控制框架在低阶虚级联VC-2/12中，LCAS的控制帧由低阶信道开销K4

43、字节中的第二个2比特实现。低阶信道开销的映射采用复帧结构(每个复帧由4个基本帧组成)，即每500纳秒(125纳秒*4)出现一次K4。LCAS控制信息由32个复帧组成，完成一组LCAS控制信息需要16微秒(500纳秒*32)。低阶虚级联的LCAS帧结构如图4-1所示。图4-4-2中的复帧指示符(MFI)是前5位，取值范围是0到31，可识别的时间范围是0到512微秒(32*16微秒)。因此，低阶虚拟级联所能容忍的最大延迟差为-256微秒至+256微秒。两种LCAS控制信息的MFI结构基本相同。图4.1低阶虚拟级联LCAS的帧结构为了保证容量调整时虚级联链路的源(So)和宿(Sk)同步，LCAS定义

44、了一组控制字，每个控制字描述下一个控制包的链路状态；链路改变信息将被提前发送出去，以确保接收机能够尽快切换到新的配置状态。LCAS控制帧包括多帧指示符(MFI)、序列指示符(SQ)、控制字(CTRL)、成员状态字(MST)、重新排序确认位(RS-ACK)、组标识符(GID)和校验字段(CRC)。多帧指示器多帧指示符可以看作是帧计数器，当前帧的MFI值总是前一帧的值加1。对于SDH同步系统，每帧占用的时隙是相同的。在源端，多帧表示标识帧的序列；信宿可以通过读取复帧指示符的值来判断来自不同路径的帧之间的延迟差异，并对它们进行重新排序以实现帧同步。顺序指示器SQ用于指示每个虚拟级联成员在虚拟级联组(

45、VCG)中的位置，如图4.2所示。一个成员是一个基本的级联单元，一个VCG是由几个成员组成的整体。显然，SQ的最大值决定了VCG可以包含的最大成员数。高阶虚级联和低阶虚级联的SQ值分别用8bit和6bit表示。因此，高阶虚拟级联和低阶虚拟级联的最大数量分别为256和64。同一VCG中的每个虚拟级联成员都被分配了一个唯一的序列号，并再次从0开始。向控制字段中的VCG成员发送IDIE时，SQ无效。成员从VCG删除的SQ应分配一个比当前最高序列号成员更大的序列号，最高序列号成员的控制域是EOS(序列结束)。图4.2与ISQ、默伯和VCG的关系控制字CTRL主要用于同步源和宿，可以指示当前成员的状态。

46、比如最后一个成员的控制字是EOS，空闲成员的控制字是IDLE。源VCG中的控制字开始空闲，直到这些成员被添加到VCG，CTRL才变成ADD。LCAS的控制字CTRL如表4.2所示。表4.2控制字CTRL计算机的Ctrl按键(控制键)命令评论0000固定的；不变的适用带宽(即不支持LCAS)0001模拟数字音乐制碟将当前成员加入VCG小组0010标准传输正常。0011黎明的女神传输正常，组序列的最后一个成员0101闲置的该成员目前不是VCG集团的成员，或将从VCG集团中删除。1111迪安优接收器中未使用的成员被报告为无效。组标识符(GID)GID是伪随机数，由同一个VCG的所有成员拥有。接收器将

47、使用GID来标识来自相同源的成员，并且接收器不需要数据流同步。当VCG组CTRL=IDLE是空闲成员时，GID无效。循环冗余校验检查整个CRC控制包。为了简化虚级联开销变化的确认，可以在接收到控制分组之后通过CRC对其进行检查。如果检查失败，数据包将被丢弃。如果CRC校验通过，容量将被采用。成员状态(MST)MST用于从汇聚端到源端统计同一组中VCG成员的状态信息。它有两种状态:正常(OK=0)和无效(OK=1)，每个成员占用一个状态位。VCG接收器的初始更改，所有成员将报告MST=FAIL，所有未使用的MST=FAIL。当接收到具有控制字段ADD(或NORM，或成员添加后的EOS)的控制分组

48、时，MST状态变为OK。所有未使用的MST和控制字段空闲的成员都应该设置为失败。重新排序确认位(RS-ACK)容量调整后，宿端通过反相RS-ACK结束调整过程。如果宿终端监测到组成员序列号SQ的次级序列的变化，它指示宿终端确认该LCAS的调整，并通过翻转RS-ACK向源终端报告。RS-ACK翻转仅在所有成员的状态被监控并且序列改变时发生。RS-ACK的翻转将确认前一个复帧的MST，信源将使用该信息作为其自身信息已被接收的确认指示，并开始接收新的MST信息。RS-ACK翻转仅在添加和移除完成时触发。在上述四种情况下，如果RS-ACK没有翻转，并且信源检测到RS-ACK翻转计数器超时，则表明RS-

49、ACK已经翻转并开始使用新的MST8。4.2.2链路容量调整方案流程LCAS技术的优势在于可以动态调整链路容量。通过网管系统，可以在线路运行过程中改变配置，为某个VCG增加一个或多个通道，动态无缝增加传输带宽；您还可以从VCG中删除一个或多个频道，以动态、无缝地减少传输带宽。当链源检测到有通道连接失败时，会自动临时删除失败的通道；当故障通道的连接恢复正常时，通道将自动恢复。LCAS信息的控制字(CRTL)用于指示VCG中的信道状态，以便调整链路容量。1.链路容量增加过程在实际情况下，VCG中的每个VC-n可能采用不同的路径，因此sink接收到的数据净荷具有不同的延迟，并且sink需要对齐才能正

50、确输出数据。每次LCAS调整都会导致校准电路重复校准，无法输出正确的数据。因此，在实践中，LCAS一次只能调整VCG的一个成员。虚拟链路容量增加的控制流程如图4.3所示。图4.3链路容量增加流程控制流程图当系统要增加一个成员时，给新增加的成员分配一个大于当前CTRL状态为EOS的成员的最高序列的序列号；添加多个成员时，必须为每个新成员分配一个全球唯一的序列号，以便每个请求加入的成员都有一个唯一的MST响应。接收到ADD命令后，接收器首先用MST=OK响应成员，并将其分配给下一个最高的序列号。同时，它应该发送成员的CTRL=ADD信息，直到收到MST=OK。当添加了多个新成员，并且源同时接收到来

51、自多个成员的MST=OK信息时，序列号分配是任意的，顺序选择当前最高序列号之后的值。其中一个新加入的成员被赋予最高的序列号，其对应的控制字CTRL = EOS；原最高序号成员和其他新成员的CTRL字设置为NORM。加入成员的过程中必须进行连通性测试，包括:控制包的CRC校验:相对于原成员通道，新加入成员通道的传输延迟是否在允许范围内；新增成员信道的误码率是否在可接受的范围内；水槽的可用容量等。只有连通性检测成功后，sink才向新成员通道发送MST=OK信息，并将对应的控制包CTRL字设置为NORM或EOS。接收到CTRL=NORM命令后，sink开始在成员信道上接收用户数据并重新组织信息，同时

52、向source发送RS-ACK转发的LCAS控制包。接收到RS-ACK转发的控制信息后，信源确认添加成员的操作已经完成9。表4.3显示了链路容量增加过程中成员字段的状态变化。表4.3链路容量增加期间成员字段状态的变化给作注解成员a-1成员a(新)成员a+1(新)计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间初态黎明的女神n-1好闲置的消防秋天闲置的消防秋天NMS向发送端和接收端的LCAS控制器发出添加命令。黎明的女神n-1好闲置的消防秋天闲置的消防秋天End (a)发送CTRL=ADD，sq =

53、n；源(a+1)发送CTRL=ADD和SQ=n+2黎明的女神n-1好模拟数字音乐制碟n秋天模拟数字音乐制碟n+1秋天接收器(a+2)向源发送MST=OK。标准n-1好模拟数字音乐制碟n秋天模拟数字音乐制碟n+1好源(a-1)发送CTRL = NORM；源(a+1)发送CTRL=EOS和SQ=n+2标准n-1好模拟数字音乐制碟n+1秋天黎明的女神n好序列号改变，RS-ACK位翻转。标准n-1好模拟数字音乐制碟n+1秋天黎明的女神n好接收器(a)向源发送MST=OK标准n-1好模拟数字音乐制碟n+1好黎明的女神n好源(a)发送CTRL = EOS；源(a+2)发送CTRL=NORM标准n-1好黎明

54、的女神n+1好标准n好序列号改变，RS-ACK位翻转。标准n-1好黎明的女神n+1好标准n好2.链路容量缩减过程图4.4显示了虚拟级联链路容量调整方案缩减过程的控制流程。从图中可以看出，假设原VCG中有n+1个成员，即原VCG中最后一个成员MEMn的CTRL=EOS。现在网管系统收到的网络用户接口带宽缩减申请需要缩减一个成员，这个成员就是MEMn。流程如表4-4所示。首先，网管系统向信源发送链路容量调整方案请求，信源将待删除成员MEMn的CTRL设置为IDLE，同时将成员MEMn-1的CTRL设置为EOS。在该过程完成之后，信宿反转RS-ACK以指示链路容量调整方案的结束。在接收到该确认消息之

55、前，源将不会接收到任何新的容量改变请求。信源接收确认消息并将其报告给网络管理系统。此时，系统向信宿发送链路容量调整方案请求。如果要删除的成员不是VCG的最后一个成员，那么除了将被删除成员的CTRL设置为IDIE之外，还要调整其后面所有成员的SQ值。图4.4链路容量缩减流程表4.4链路容量缩减过程中成员字段状态的变化序列号给作注解成员n-1成员n计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间一个初态标准n-2好黎明的女神n-1好2NMS向两端的LCAS管制员发出Dec命令标准n-2好黎明的女神n-1好三在源端，CTRL=IDLE，SQ=n-1的成

56、员N被删除，CTRL=EOS的成员在它之后黎明的女神n-2好闲置的n-1好四信宿会删除成员N的MST=FAIL，反转RS-ACK并发送给信源。黎明的女神n-2好闲置的n-1好如果网络用户接口请求删除的带宽大于一个VC-n通道的容量，则按照上述过程逐渐减少带宽，而不是同时删除几个VC-n来满足请求的带宽。因为删除频道的间隔很短，所以用户不会删除带宽需求。3.动态调整错误流程如果源发现错误的连接，它将临时删除它，并在错误被纠正后恢复临时删除。动态调整有误差成员的过程如图4.5所示。图4.5动态调整有错误成员的过程(1)临时删除表4.5显示了链路错误减少过程中成员字段的状态变化。表4-5链路容量误差

57、减小期间成员字段状态的变化序列号给作注解成员n-1成员n计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间计算机的Ctrl按键(控制键)新加坡航空山地时间一个初态标准n-2好黎明的女神n-1好2接收器将失败成员的MST=FAIL发送给源。标准n-2好黎明的女神n-1失败三CTRL =源中失败成员的DNU；设置下一个成员的CTRL=EOS黎明的女神n-2好迪安优n-1失败四LCASC向NMS报告故障状态。黎明的女神n-2好迪安优n-1失败如果在源上发现连接错误，它将被临时删除。具体操作流程如下:信源在NORM/EOS信道中检测到反馈消息MST=1，指示该信道现在不处于LCAS调整状态。源使用NOR

58、M将CTRL值更新为DNU状态，并临时删除它。被删除的信道不再承载数据有效载荷。临时删除的通道进入DNU状态后，将VC值设置为1。在通道连接正确之前，此通道将无法执行LCAS操作。该信道所属的VCG中的每个信道的SQ值不被更新。临时删除调整是由源自动处理的，而不是由网络管理系统为了减少带宽而有意删除的。(2)临时答复当信号源在一个通道上执行临时恢复操作时，按process处理。当信道处于DNU状态时，信源总是对信道连接状态反馈信息MST进行MST检测。当检测到MST=0时，意味着通道已正确连接。如果信道所在的VCG不处于LCAS调整状态(VCG=0)，信源将CTRL值从DNU更新为NORM如果

59、网络管理系统想要删除这个通道，它将进入删除通道状态。暂时删除的信道恢复正常状态后，将再次承载数据净荷，并设置VCG = 1，VC = 1。在一段时间内(由信号源控制)，不能添加或删除此VCG中的所有频道。一段时间后，将VC值设置为0，VCG值可能不为0(因为VCG的其他频道可能会被临时删除)。恢复临时删除与ADD和REMV处理的要求相同。当在LCAS调整状态之外的相同VCG中存在其他信道时，不允许VCG=1执行恢复临时删除操作10。4.3生命周期评估技术的特点LCAS是虚级联技术的扩展，是基于虚级联技术的应用。它允许在不中断现有服务或保留带宽资源的情况下，调整传输网络中虚级联信号的链路容量。它

60、是发送方和接收方握手的传输层信令协议，即它的实现可以在现有带宽的基础上动态增加或减少带宽容量，满足虚级联业务不断变化的需求，增强虚级联业务的健壮性，提高业务的传输质量。LCAS是位于虚拟级联信道中的终端设备的功能。发送方和接收方相互交换信令信息，以确定级联信道的数量和状态。LCAS控制包负责描述信道的状态，控制发送端和接收端的动作，以保证网络变化时发送端和接收端能随时间响应并保持同步。每个控制分组描述在下一个控制分组的持续时间期间的链路状态，并且容量改变信息被提前发出，以便接收机可以尽快地切换到新的配置状态。LCAS的优点是提高了配置的速度，并且可以围绕配置带宽动态地、非破坏性地调整系统带宽1