《光纤通信网》课件第5章

第5章光传送网5.1传送网的体系结构5.2

SDH传送网5.3光传送网

5.1传送网的体系结构

5.1.1传送网的功能结构

描述传送网组成的通用基本元件称为网络结构元件，网络结构元件按特定的联系组合成网络单元，简称网元（NE），网元再进一步连接为一定的网络。网络结构元件表现为对输入端信息处理后传送到输出端的过程，而与实现技术无关。从不同执行功能和相互关系等方面规定的网络结构元件，包括参考点、拓扑元件、传送实体和传送处理功能等四类。

1.参考点

所谓参考点是指一个传送处理功能和/或传送实体等逻辑功能的输入与另一个输出相结合的点，即网元（NE）内不含中间介入点的直接静态连接点，它不会扩展到NE以外。若参考点是一个传送处理功能和/或传送实体的输入与另一个输出的结合，则参考点是单向的；若相关的输入或输出是成对的，则参考点是双向的。

基本参考点还可分为连接点（CP）、终端连接点（TCP）和接入点（AP）。单向连接点是一个单向连接的输出与另一个单向连接的输入的结合点；连接点由共处一地的一对单向连接点组成，即一对相关的逆向连接点结合在一起形成一个双向连接点；单向终端连接点是指路径终端源功能输出与网络连接输入相结合的点，或网络连接输出与路径终端宿功能输入结合的点；终端连接点由共处一地的一对反向单向TCP组成，因此双向TCP代表路径终端功能与双向网络连接的结合；单向接入点是指适配源功能输出与路径终端源功能的输入，或者路径终端宿功能的输出与适配宿功能的输入相结合的参考点；一对共处一地的单向接入点组成接入点（AP），代表路径终端功能与适配功能的结合。

2.拓扑元件

网络拓扑元件是从同类型参考点之间逻辑拓扑关系的角度描述网络结构的，即沿信息处理和传送过程采用功能分层和层内功能分割的方式描述网络功能结构和组织结构。因此，传送网分为层网络、子网、链路、接入组和汇接组五种拓扑元件，使用这几种元件即可完全地描述网络的逻辑拓扑，如图5－1所示。图5－1传送网的分层与分割

层网络又称为传送层网络，是指将一组完全相同类型的接入点（接入组）连在一起传送特征信息的逻辑实体。按网络逻辑拓扑分层理论，传送网在垂直方向可分为从上至下的电路层、通道层和传输媒质层等三个连续的独立的层网络。电路层网络直接为用户提供诸如电路交换业务、分组交换业务和租用线路业务的电信业务；通道层网络用来支持不同类型的电路层网络业务的传送，为电路层网络节点提供透明的传送通道（即电路群）；传输媒质层网络与诸如光纤或无线等传输媒质有关，支持一个或多个通道层网络，为通道层网络提供节点间的合适通道容量。层网络中的AP联系在一起即可传递信息，传送相应等级特征信息的国际网即为对应的层网络，层网络还可进一步分解为子网和链路。子网是为了选路由和管理目的而对层网络进行功能分割产生的子集，由一组完全同类型的连接点（CP）定界。子网可以进一步由较低等级的子网和子网间链路所组成，较低等级的子网还可以继续细分，直至单个网元节点内最低等级的矩阵为止。

链路是代表了一对子网之间或接入组之间的固定拓扑关系的拓扑元件，由两个子网或接入组边际的端口互相联系共同完成特征信息的传递。链路是客观存在的固定拓扑，不能通过层网络管理建立、中断或改变链路，链路的建立和保持依赖于服务层网络。通常将大量链路经复用功能集中在高容量路径上，以便更经济地提供传送能力，因此链路可以垂直递归分层直至最低级的传输媒质，但不能水平分割。

3.传送实体

传送实体是指在层网络间提供透明的信息传送功能的手段。按照信息传递的完整性（指通信质量、可靠性和生存性等）是否受到监视，传送实体分为连接和路径两种类型，如图5－2所示。图5－2传送网的功能模型示例

连接是在某一层源端CP和远端CP之间透明地传递信息的传送实体，其信息完整性是不受监视的。其中单向连接是指从输入向输出透明地传递信息的连接；双向连接则由一对相关的单向连接组成，能同时在两个单向连接的输入端和输出端之间作相反的信息传递。

连接表示在CP间透明传送信息的能力，无论是否有实际信息被传递，连接总是客观存在的。按其隶属的拓扑元件，连接可分为三种：跨越整个层网络的连接称为网络连接（NC）；跨越层网络内子网的连接称为子网连接（SNC）；跨越层网络内链路的连接称为链路连接（LC）。由图5－2可知，网络连接NC由子网连接SNC和/或链路连接LC级联而成，NC本身不提供连接完整性信息和连接监视，其完整性信息可由其他来源得知；子网连接可以由更小的子网连接和链路连接级联而成，最小的SNC是NE中无法再细分的矩阵连接（CM）；LC可以将信息透明地在两个子网间链路上传递，由链路与子网边界上的CP定界，并规定了CP对之间的联系；另一种串联连接（TC）则是由一系列相关的子网连接和链路连接组成的。路径是服务层网络中源端AP和远端AP间透明地传递信息的传送实体，由一对在各自的输入、输出间逆向传递信息的单向路径联系而成，负责服务层接入点间一个或多个客户层的特征信息的传递完整性。它由服务层网络提供，并独立于可能使用该路径的客户层网络。而服务层是相对的，每一层网络都可以是服务层，所以每一层网络中的路径用对应层网络的名称，如处于电路层网络、通道层网络和段层网络的路径分别称为电路、通道和段。

4.传送处理功能

传送处理功能从信息处理的逻辑功能角度描述层网络结构。在描述层网络结构时，需要用到两个一般传送处理功能，即适配功能和路径终端功能，图5－2显示了上述各种功能模型的示例。

适配功能的作用就是将某一客户层网络上的特征信息进行适配处理，以便于在服务层网络上传送，换句话说就是使服务层网络适合客户层的需要。适配功能由共处一地的一对适配源和适配宿组成，其中，适配源的功能是使客户层的特征信息适于在服务层网络路径上传送，适配宿的功能则是使已适配的服务层路径信息恢复为客户层的特征信息。路径终端的功能是产生层网络上的特征信息，并确保其完整性。它又可以分为路径终端源和路径终端宿，其中路径终端源接收经适配的客户层网络的特征信息，再加上路径开销并分配给同一层网络的相关网络连接；而路径终端宿终结路径，提取路径开销信息，检查其有效性，并将经适配的客户层网络的特征信息传送给适配功能。路径终端就是产生和终结用于运行、管理和维护（OAM）的路径开销，诸如定帧、差错检测、故障检出以及各种告警等附加信息。5.1.2传送网的生存性技术

目前，整个社会对信息的依赖不断增强，而通信网络的规模也越来越庞大。网络技术的发展使越来越多的业务量集中在越来越少的路由器上。为避免通信故障或事故造成通信网和社会大系统的极大损失，即使在极端情况下都必须保证网络安全可靠。提高网络的安全性，不仅要求器件和局部网络具有高可靠性，还要求整个网络具有强大的生存能力。实际应用中，一般采用网络保护和网络恢复的方法，以确保网络的生存性。

1.网络的自愈机制

自愈是生存性网络最突出的特点，是指网络局部失效时自动选择替代路由重新配置业务并建立通信的能力，在恢复过程中没有业务中断，甚至对用户是透明的，用户感觉不到网络发生了故障并已重组。自愈网是具有自愈能力的网络，即无需人为的干预就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复业务传输能力的网络。其原理是发现替代路由并重新自动确立通信，替代路由可利用网络中备用设备或现有设备中的冗余能力。可见，自愈功能要求网络设备的容量超出正常业务所需的容量，并要求有一定快速反应的智能。实现自愈网的手段是依据缺陷、故障或性能劣化的监测，以及网管或按键操作等外部命令，启动恢复网络烟雾的操作，用正常的传送实体替代发生故障引起失效或性能劣化的传送实体，其方法包括网络保护和网络恢复两种。

网络保护是指利用节点间预先固定分配的冗余容量，代替故障或劣化的传送实体的快速业务恢复技术。保护机制通常以物理层的缺陷为触发，一旦出现故障就能快速检测。随后由本地或远端NE控制，按照预定方式进行倒换或环回，即可达到保护业务的目的。因无需外部网管介入，其业务恢复时间短，一般保护倒换动作在50ms内即可完成；但备用资源固定为工作实体专用而不能由整个网络共享，因而要求的冗余容量大，利用率低。此外，由于业务恢复的切换由网元控制，因此保护机制通常不能应对节点失效的故障。网络恢复是指使用节点间所有可以利用的任何容量来完成网络中的业务恢复，其实质是在网络中重选失效路由的替代路由。当使用恢复功能时，传送网容量需预留一定比例的冗余容量供重选路由业务量用，否则将导致选路计算时间过长甚至选路搜索失败。

相对网络保护，基于全网的恢复机制较不确定。网络恢复的冗余容量是不固定的，出现故障时由管理系统寻找对应冗余容量的替代实体，并将受影响业务转移上去来恢复业务。由于冗余容量由整个网络共享而不是由固定的工作实体专用，因此所需冗余容量配置小，利用率高。网络恢复通常需要网元产生的告警触发，需要准确的故障点位置和较长重选路由的计算时间。恢复倒换由外部网络管理系统控制是网络级执行的，其控制过程复杂，还需一段保护等待时间以防止误启动影响整个网络，因此恢复业务的保护动作一般需几秒到几十秒才能完成。原则上，恢复机制可适用于任何技术和任意拓扑，但最适合网状结构。

2.网络保护的类型

路径与连接两类传送实体是信息传递的手段，因此，从传送网的功能结构来划分，自愈网的网络保护分成相应的子网连接保护和路径保护两种类型。

子网连接保护（SNCP）是当工作的子网连接（或网络连接）发生失效故障或者性能低于要求的水平时，由保护的SNC（或NC）来替换工作SNC（或NC）的保护方法。SNCP可以看做一种缺陷条件在服务层网络、子层或其他传送层网络检出，而保护倒换的激活却发生在客户层网络的保护方法。SNCP可以应用于任何层网络，被保护的SNC（或NC）可以进一步由较低等级的子网连接和链路连接级联而成。路径保护是当工作路径发生故障或性能低于要求的水平时，由保护路径来替换工作路径的保护方式。此时可利用扩展的保护适配和保护终端功能提供的保护子层，由路径终端提供路径状态的信息，而保护路径终端则提供受保护路径状态的信息。

3.网络恢复的方式

通常，为了降低复杂性和减少恢复时间，恢复技术大多在通道层和复用段层实现，恢复倒换则依据对应层的工作实体和保护实体的传输质量进行。

网络恢复方式与网络拓扑有关，对复杂的网状网络，通常以端到端通道恢复方式为基础。在通道恢复方式中，由网管在故障时根据不同通道的不同情况，分别为受影响的通道重新安排新的优化路由，然后将受影响业务集中或分散地转移到新路由通道上。这种恢复方式针对性强，所需备用容量较少、效率较高。但若故障所影响的通道很多，则需重配置大量的节点，这将导致网管复杂，恢复时间长。因此，主要在高阶通道层实施网络恢复以减少恢复时间。考虑恢复时间和控制过程复杂性随网络规模扩大而增加，大型网络常采用分割或分域的恢复方案，传送网可选择为受故障影响的复用段或区段重新选择路由的方法。复用段恢复方式常限于有限的几个节点，业务恢复速度很快，控制简单，但需为每个复用段预留足够的备用容量供路由重建，因此整个网络的冗余量大、容量利用率低。在区段恢复方式下，网管系统仅在故障区段（Span：两相邻节点间所有链路的集合）两端的固定节点间寻找替代路由，其他部分不动，恢复时间很短，且只涉及少量节点，网管调度简单；但路由端点是故障区段两端的节点，恢复过程有可能存在路由重复的浪费现象，且并非故障区段的所有通道都有问题，却因链路无法区分而好坏通道一齐动作，使容量效率较低，所需备用容量比通道恢复方式大，网络恢复的成本较高。

4.网络保护和恢复的综合利用

传送网可分层和分割，对不同层网络和不同子网可以采用不同的保护和恢复方法。网络的生存性设计需要全面综合的考虑，可利用分层和分割将复杂的网络保护/恢复化解为不同层面或同一层面内独立实施的保护/恢复方法。当不同层面先后检出故障时，可分别实施本层特有的自愈机制来消除层内的故障。另外，也要考虑层间自愈机制的协调配合。由于高层的失效无法在低层得到保护，而通道保护/恢复机制（例如DXC自愈网）往往可以对付严重的网络故障，更经济地实现业务恢复，从而成为网络生存性设计的核心部分。考虑恢复时间随通道数呈指数关系增长，故网络恢复通常只用于带宽更大的层面以减小恢复时间。电路交换层的保护只有当网络有替代路由时才有可能（例如动态选路）实现，否则其保护只能在通道层或复用段层提供。一般来说，采用成功的传输媒质层保护和/或通道层自愈恢复技术后，上面的电路交换层将很难发生丢失连接的业务中断现象。

总之，无论什么网络，采用分层的自愈机制并综合协调应用各层自愈机制，是网络生存性设计的最佳策略。5.1.3传送网的同步和管理

1.传送网的同步

任何数字通信系统和网络都必须同步工作，规模较大的数字通信网通常采用混合同步网结构划分为若干基准时钟控制的子网，各基准时钟间以准同步方式运行，子网内则以等级主从同步方式运行，如图5－3所示。图中节点时钟设备间为传送定时信息的同步链路。

对于某个区域的传送网，网元设备首先采用直接主从同步方式从局内时钟获取定时基准并与之同步；随后，传送网内的下游网元则采用等级主从同步方式与上游设备同步，并将定时基准传送到下游网元和局内时钟，直至最末端的网元设备，从而实现全网同步。图5－3同步网的分配结构和定时路径

2.传送网的管理

传送网的管理由相应的管理网完成，它是电信管理网的一个子集，具有相应的结构体系，如其逻辑分层结构同样包括事务管理层、服务管理层、网络管理层、网元管理层和网络单元层等，其管理功能则包括故障管理、性能管理、配置管理、安全管理和计费管理等。

为确定管理范围、管理权限和管理职能以进行有效的管理，传送网的管理网采用与传送网对应的等级结构，即按行政区划分的传送网对应分割形成的国际网、国内干线网和本地网等层次，采用分级管理的结构。如我国的全国网管中心、省网管中心和区域网管中心的管理等级，分别负责国际干线网与省际干线网、省内干线网和本地中继网部分的管理。

5.2

SDH传送网

5.2.1

SDH传送网的结构

SDH网采用灵活的映射和独特的指针调整技术，经过字节间插的同步复用，将各种类型的信号纳入具有标准接口的同步传送模块STM－N传送，从而以高度的兼容性、灵活性和可靠性等，使传送网真正进入智能化的联网应用阶段。

1.SDH的帧结构

在物理媒质层上传送的STM－N信号是一个数字序列，该数字序列可以分成具有固定数量比特的、按一定规律重复的图案，即所谓“帧”。STM－1信号一帧包含2430（270×9）字节。若将2430字节分为9段，依序作为1~9行便构成平面帧，见图5－4。STM－1平面帧以字节为单位，有9行、270列。前9列的1～3行是再生段开销，5～9行是复用段开销，第4行是管理单元指针，其余261列是净负荷（简称净荷）。STM－1信号的传输顺序从第1行第1列开始，依次为第2、3、…、270列，第1行传完再传第2行的第1~270列，逐行、逐列传输直到第9行第270列。每秒传输8000帧（每帧125μs），一帧有19440（2430×8）bit，所以比特率为155.520Mb/s。帧结构由信息净负荷（Payload，含通道开销POH）、段开销（SOH）和管理单元指针（AU－PTR）三个主要区域组成。

信息净负荷是帧结构中除了存放传送的各种信息码块，也存放少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节块，POH通常作为净负荷的一部分与信息一起传送。图5－4

STM－1帧结构段开销是为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。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）两部分，它们分别位于帧结构的三行（第3~5行）9列和五行（第5~9行）9列，共计（3+5）×9=72个字节（576个比特）。

管理单元指针是用来指示信息净负荷第1个字节在帧内准确位置的指示符，以便在收端正确分离信息净负荷。它位于RSOH和MSOH之间，即帧结构第四行的第1～9×N行。

更高速率STM－N帧结构见图5－5。它由9行和270×N列组成。标准规定N只能取1、4、16、64、256。高速率STM－N帧和STM－1帧非常相似，也是每秒传输8000帧（每帧125μs），所不同的是段开销和净负荷各扩大了N倍，相应速率是STM－1（155.520Mb/s)的N倍。图5－5

STM－N帧结构

2.SDH复接线路

ITU－T的G.707建议规定了完整的SDH映射复用结构，描述了各种低速外部信号，它是经历一系列中间信息结构和处理环节装入STM－N信号的高速净负荷区的方法和过程，如图5－6所示。图5－6

G.707建议给出的SDH复用映射结构任何SDH网以外的信号，都需要经过映射、定位校准和复用几个基本步骤，经由容器C、虚容器VC、支路单元（组）TU(G)和管理单元（组）AU(G)等基本复用单元，最终装入相应等级的STM－N信号中。

映射是一种在SDH网络边界处，经过同步化调整装入相应等级的标准容器C，再加上通道开销（POH）形成SDH虚容器VC的过程；定位是一种将VC的帧偏移信息纳入支路单元或管理单元指针的过程，即以附加于VC上、随VC帧的起点变化的指针，确保始终能准确指示VC帧（的起点）位置的过程；借助指针值随帧起点的浮动，可以调整VC的相位偏差实现同步，在此基础上，可以采用字节间插完成将多个低阶或通道层的信号适配进高阶通道或复用段层信号的适配过程，即复用。指针调整机制的引入，使VC成为可以独立进行交叉连接、复用和传送的信息实体，从而使SDH网络的组网应用更加灵活、有效、可靠；另外，也允许SDH网以不同等级的VC作为特征信息进行独立的网络分层。

3.SDH传送网的分层结构

对应SDH传送网中支路信号的复用过程，通道层可分为各运营者独立管理的低阶通道层和高阶通道层，每一通道管理层以电路层或其他通道管理层为客户层，以传输媒质层或其他通道管理层为客户层作为服务者。同样传输媒质层也可分解为段层和物理层。这样，依据分层和分割的方法，ITU－T的G.803建议采用规范了SDH传送网的结构。图5－7所示为SDH传送网分层结构，其中电路层直接面向业务，严格地说不属于SDH传送层网络。SDH传送网本身分通道层和传输媒质层，每层均作进一步分层。图5－7

SDH传送网分层模型

SDH传送网的通道层可进一步划分为低阶（LO）和高阶（HO）通道层，如VC－11/VC－12为电路层节点间通道的基本传送单位，VC－3/VC－4则为局间通信的基本容量单位，可映射进复用段STM－N中。通道的建立由网络管理控制的交叉连接设备负责，可以提供较长保持时间的LOVC和HOVC半永久性连接，并能对连接进行管理和控制。

SDH传送网的传输媒质层可进一步分层：段层网络涉及通道层网络中两个节点之间传送信息并保证其完整性而提供的所有功能，并可继续划分为复用段和再生段层网络，分别承担复用段终端设备之间的端对端信息传送和任意两个相邻设备之间的信息传送，如定帧、扰码、段开销的处理和传送，以及误码监视等。物理媒质层网络是无服务层网络支持的底层，涉及支持段层网络的具体传输媒质，其网络连接直接由传输媒质提供而不是由路径提供，主要完成光或电脉冲形式的比特传送任务，与开销无关。

4.SDH设备

网络单元是网络的基本组成元素，其物理实体就是网元设备。网元设备借助一定传输媒质的连接形成了具有传送功能的网络即传送网。SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。图5－8所示为SDH传送网的典型拓扑结构（不含光传输通道中的再生中继器（REG）），它由SDH终端设备（或称SDH终端复用器）TM、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的物理链路（光纤）构成。SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例如将多路E1信号复接成STM－N信号及完成其逆过程，或者实现与非SDH网络业务的适配。ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发；另一部分卸下给本地用户。然后，信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。图5－8

SDH传送网的典型拓扑结构

上述TM、ADM和DXC的功能框图分别如图5－9（a）、（b）、（c）所示。通过DXC的交叉连接作用，在SDH传送网内可提供许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，其连接模型如图5－10所示。图5－9

SDH传输网络单元图5－10传输通道的结构

5.我国的SDH网络结构

我国的SDH网络结构分为四个层次，如图5－11所示。第一层为省际长途一级干线网，在省会城市及业务量较大的汇接节点城市装有DXC4/4，其间由高速STM－16/STM－64光纤链路或STM－16/64的DWDM系统连接，形成了一个大容量、高可靠性的网孔形国家骨干网结构，并辅以少量线形网。该层能经济有效地恢复大部分业务，并实施大容量的通道业务调配和监视。对于政府机关、金融机构等有高可靠性要求的节点，还可采用快速业务恢复的子网连接保护（SNCP）或自愈环保护的子层结构。图5－11我国的SDH传送网的物理拓扑结构第二层为省内长途二级干线网，主要汇接节点装有DXC4/4或DXC4/1和ADM，其间由高速STM－4/STM－16的光纤链路形成省内网状或环形骨干网结构，并辅以少量线性网结构。在少数业务量大且均匀分布的地区，建成DXC4/4或DXC4/1的网状网，多数地区则主要采用环形网。一般省内网与省际网应保证两个以上连接点。

第三层为本地中继网，可以按区域划分为若干个环，一般是由ADM组成速率为STM－4/STM－16的自愈环，或是路由备用方式的两节点环。环形网中主要采用复用段倒换环方式，具有很高的生存性和业务量疏导功能，由DXC4/1进行环间沟通，完成业务量疏导和其他管理功能，可以作为中继网和长途网或接入网之间的网关，也可作为PDH与SDH之间的网关。第四层为用户接入网，处于传送网与用户的边界处，业务量要求低，且大部分业务量汇集在端局上，因而通道倒换环和星形网都十分适合于该应用环境。所需设备除ADM外，还有光用户环路载波系统（OLC）等。5.2.2

SDH网络的保护

1.SDH网络的保护方式

SDH网络的保护机制分成SDH子网连接保护和SDH路径保护两大类。

1）子网连接保护

SDH的SNCP是利用SDH网元的通道层交叉连接功能，使发端信号借助不同的VC层信道传输，收端的网元选择其中一个信号来实现的。子网连接不具备完整性监视功能，因而SNCP的实施方案有：（1）固有监视不检测可能被监视的通道，收端网元通过检测到服务层的故障事件（如高阶通道层或复用段层的指针丢失或AIS等）启动通道保护倒换功能的重新配置。

（2）非插入监视通过附加的通道层保护终端功能的方法来实现通道层的保护，因而该方案允许检测单个通道上发生的故障或劣化，并启动通道层的保护切换。

2）路径保护

SDH的路径保护分为复用段层和通道层的路径保护，常用的结构有以下几类：

（1）线性复用段保护倒换（MSP）是当复用段的工作信道出现故障时，为STM－N业务信号提供保护信道，进行有效传送。在SDH系统中，MSP通过设备冗余的倒换功能实现，就是对两个复用段终端（MST）之间的功能和物理媒质(即复用段)提供备份。如图5－12所示，MSP有1＋1和1∶n两种保护结构，其中1∶n保护结构仅允许恢复模式。图5－12复用段保护（MSP）的保护倒换结构

(2)SDH复用段专用（MS－Dring）保护环的特点是采用1∶1保护方式，单向工作，故障时全部AUG容量环回至保护通路。由于失效故障靠NE中的MST检出，且双环同时工作，因此容量利用率不高，但实现比较简单。这种环没有什么特殊优点，尚未见到商用系统。

(3)线性VC路径保护是一种专用的端到端保护机制，适用于任何物理结构，可以是单向或双向倒换，其保护路径可以用来支持额外业务量。由于VC路径保护是专用路径保护机制，因而对于网络连接内的网元数没有限制，倒换根据服务层的故障和客户层信息进行。

SNCP和线性VC路径保护倒换适用于各级VC通道层的通道快速保护倒换，SDH子网连接保护和通道路径均为通道层网络的专用保护机制。

2.SDH网络保护的结构

1）线路自动保护倒换（APS）

线路保护指线路故障造成工作通道中断或性能劣化到一定程度时，系统自动将业务信号由主用线路传输系统转至备用线路传输系统。其特点是业务恢复速度很快（小于50ms），对节点的光电器件故障十分有效，但对主备用（光纤）线路均中断的故障，无法进行保护。因此可采用分路由的线路自动保护（APS/DP），使工作线路与保护线路采用不同路由来实现可靠的保护。

线路保护分1+1和1∶n（包括1∶1）两种结构，如图5－12所示。

2）自愈环保护

自愈环保护即环形网保护，是SDH网络中特有的保护方式。根据网络结构和保护机制的不同，自愈环通常可分为两大类型的端到端保护：通道保护环基于通道级信号端到端连接的积累性能，保护源于线路级和支路接入级的故障检测，倒换在网络支路接入等级实现，其端到端保护能力与传送设备的类型和网络拓扑无关；复用段保护环基于线路等级故障，只能逐段实现链路保护。此外，按节点输出和返回的业务信号是否有相同的业务方向，自愈环可分为单向保护环和双向保护环；按环间节点间使用光纤的最小数量，可分为二纤环和四纤环。（1）二纤单向通道倒换环使用两根传输光纤，业务信号单向传输。图5－13为1+1保护方式的示意图。如图5－13（a），正常时A→C的工作信号从A节点沿业务光纤S按顺时针方向经B节点向C节点传输信号，C→A的工作信号从C节点沿S光纤也按顺时针方向经D向A节点传输。业务信号同时也送给保护光纤P，A→C和C→A沿P光纤逆时针方向分别从A经D到C和从C经B到A。因此，每个节点均从两个方向接收到相同的信号，并选择其中的一个接收。图5－13二纤单向通道倒换环

当节点B和C之间的两条光纤同时被切断时，经S光纤按顺时针方向由B传送的A→C信号已丢失，故节点C接收端的倒换开关转向P光纤接收逆时针方向由D传送的A→C信号。因其他节点间信号的双向传送仍正常，因此仍从顺时针方向接收信号，如图5－13（b）所示。

由此可见，通道倒换环的1+1保护方式采用“并发优收”的单端保护，通道层业务通路故障检测即可控制保护切换，不需要通道层的线路自动保护倒换（APS）协议。其他也可采用1∶1或n∶m的保护结构，其中1∶1的结构发端不固定桥接，收端检测到通道失效后要求发端桥接，然后在收端完成双端倒换，需要复杂的APS协议，但其保护通道可传额外业务，也易于演变为高利用率的n∶m保护方式，并可发展为双向环。二纤单向通道倒换环的特点是：环内每个节点提供信息分插功能；环路的通信容量等于环中ADM的光系统容量，如STM－1二纤单向通道倒换环能传送63个2048kb/s基群信号；由于环内只需安置与无保护的线性分/插结构相同的设备，因此费用较低。当接收机、发送机、光纤或节点发生故障时，二纤单向通道倒换环都可通过网络单元（ME）上的通道倒换进行保护。二纤单向通道环实际上是单端操作的1+1保护倒换，不需APS协议。（2）二纤单向复用段倒换环是复用段的专用保护环，它与二纤单向通道倒换环类似，区别在于二纤单向复用倒换环每个节点在支路信号分插功能前的每一高速线路上有一保护倒换开关，线路故障时需要借助APS协议启动开关的倒换，执行环回功能实施保护，如图5－14所示。图5－14二纤单向复用段倒换环

(3)四纤双向复用段倒换环与单向复用段倒换环的重要区别是，复用段信息直接在两个节点之间双向传输，而没有沿另一方向环绕环路。如图5－15所示，环中每段由业务光纤S1与S2构成双向业务通路，由保护光纤P1与P2构成双向保护通路。图5－15（a）为正常情况下的双向传输，A→C的信号沿S1按顺时针方向传输，C→A的信号则沿S2按逆时针方向传输，保护光纤P1和P2是空闲的。图5－15四纤双向复用段倒换环如果两节点间发生只影响业务通道的故障，例如接收机、发送机故障或业务光纤被切断，则可采用1＋1段保护方式。此时，通道信息在发送和接收两个方向均倒换到保护光纤，从而只使用两个节点之间的保护通路。如B、C间仅工作光纤被切断，这时A和C节点均进行倒换操作，即A节点将S1光纤与P2光纤连通，C节点将S2光纤与P1光纤连通，A→C的信号沿P2光纤传送，C→A的信号沿P1光纤传送。可见，保护通路的其余段落可用于其他的段保护倒换。

由于环倒换开关会占用整个保护通路，因此环倒换开关与段倒换开关不能同时启动。段倒换开关应具有比环倒换开关高的优先次序。如多处故障而要求启动两个或更多的段倒换开关，并要求启动环倒换开关，那么多个段倒换开关会启动，环倒换开关则不会启动。（4）二纤双向复用段倒换环的每个传输方向用一条光纤，且每条光纤上将一半带宽容量分配给业务通路，另一半容量分配给保护通路。因此，可将二纤环看做使用时隙交换技术的逻辑四纤环，保护倒换方式则与实际四纤环相似，但段容量等于光纤系统的一半，每条光纤上的另外一半留作保护用。

图5－16（a）所示的正常情况下，A→C的业务信号沿S1/P2光纤按顺时针方向传输，而C→A的业务信号沿S2/P1光纤按逆时针方向传输。若B、C节点间两根光纤同时被切断，则B和C节点将启动倒换开关使S1/P2光纤与S2/P1光纤连通。在B节点，将从A进环沿S1/P2光纤送来的业务信号时隙转移到S2/P1光纤的保护时隙，沿S2/P1光纤传送到C节点；在C节点，将本节点进环沿S2/P1光纤送来的业务信号时隙转移到S1/P2光纤的保护时隙，沿S1/P2光纤传送到A节点，如图5－16（b）所示。图5－16二纤双向复用段倒换环因为二纤双向环中每一个方向的光纤上既传输业务信号又传输保护信号，所以此时接收机、发送机、光纤或节点发生故障，都会同时影响工作通路和保护通路，故只能用环保护方式而不能用段保护方式。因此，当发生多条光纤故障或多个组件故障时，二纤环中只能保护其中的一个，其可靠性类似于M∶1的保护倒换，M为环路中的节点数。二纤双向复用段倒换环与四纤双向复用段倒换环一样需要APS协议。自愈环适用于光缆切断或节点故障时的网络保护，其中单向路径保护环为通道保护，其他则都是复用段保护；专用的通道倒换环比较适合集中型的业务类型，若业务趋向分散型则可采用共享的复用段倒换环。可根据不同应用场合下性能要求的侧重，选择适当的类型进行保护。如双向环的保护容量为所有区段共用，具有带宽再利用功能，可广泛用于局间环路；四纤双向环具有段保护功能，可用性较高；单向环结构简单，适合于接入网运用。

3）DXC选路自愈网保护

在节点数多的网孔形网络中，通常采用DXC设备进行网络恢复方式的业务保护，也就是利用DXC设备作为智能化的半永久性路径。在网络中出现故障时，对故障影响的业务进行路由重新选择、网络重组的保护。这种保护灵活方便，自愈性高，但数据及控制复杂，网络恢复时间较长，一般用于长途干线的网络保护。

实际应用中，可根据网络的拓扑结构和组网要求，采用环形保护和DXC恢复相结合的混合保护恢复。5.2.3

SDH网络的同步和定时

1.SDH网的同步结构

SDH是同步网，采用同步复用方式，因此网同步的问题不能忽视。网同步是指网络中所有节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以便网内各交换节点的全部数字流实现正确、有效的交换。由于SDH特有的指针调整会在SDH和PDH的边界上产生很大的相位跃变，因此，网同步的规划和设计更显得重要。

SDH通常采用主从同步方式，同步分配在局内采用星形拓扑，局间采用树形拓朴，如图5－17所示。图5－17

SDH网的同步结构

2.SDH网同步的工作方式

从工作原理上可以将SDH网同步的工作方式划分为同步方式、伪同步方式、准同步方式和异步方式。

1）同步方式

同步方式的同步性能最好，是单一网络范围内的正常工作方式，网中所有的时钟都能最终跟踪到同一个网络的基准主时钟，指针调整只是由同步分配过程中不可避免的噪声所引起的。

2）伪同步方式

伪同步方式是在不同网络边界以及国际网接口处的正常工作方式，其性能仍然是令人满意的。在网中有几个都遵守G.811建议要求的基准主时钟，网中的从时钟可跟踪不同的基准主时钟，从而形成几个不同的同步网。尽管具有相同的标称频率，但这些基准主时钟的准确频率仍略有差别，因而在不同同步网边界处的网元中会出现频率或相位差异，引起指针调整。

3）准同步方式

准同步方式是指同步网中有一个或多个时钟的同步路径或替代路径出现故障，失去了所有外同步链路的节点时钟进入保持模式或自由运行模式工作。指针调整校准节点时钟频率和相位与基准主时钟的差异将会引起定时抖动。处于准同步方式时，如果指针连续调整，可能使抖动累积以至超过规定的指标而进一步恶化同步性能，并导致信息净负荷出现差错。

4）异步方式

异步方式即网络中出现了很大的频率偏差（异步），如果时钟精度达不到ITU－T的G.813所规定的数值，SDH网将不再维持业务量而是发送AIS告警信号，此时指针调整用于频率跟踪校准。

3.SDH网元的定时方法

SDH提供了内部定时源、外同步定时源以及从接收信号中提取定时信号三种不同的定时方法。

1）内部定时源

如果丢失了外同步源，网元可以使用自身具备的内部定时源，如图5－18所示。不同网元对内部定时源的要求也不同，REG要求内部定时源的频率准确度为±20×10-6，TM和ADM等设备要求为±4.6×10-6。DXC的内部定时源可以为2级或3级时钟，频率准确度为±20×10-6，其要求随应用而不同。图5－18

SDH网元的定时方式

2）外同步定时源

如图5－18所示，网元的同步可以由外同步定时源供给。PDH网同步中的2048kHz和2048kb/s同步定时源目前最常用，STM－N定时源的应用将随着SDH网的发展而逐渐增多。

3）从接收信号中提取定时信号

从接收信号中提取定时信号是一种应用非常广泛的同步定时方式，它又可以分为环路定时、通过定时和线路定时。

(1)环路定时。网元发送的信号都由相应输入的STM－N信号中所提取的定时信号来同步。

(2)通过定时。网元从同方向终结输入的STM－N信号中提取定时信号，再对其发送信号，与同方向来的分路信号进行同步。

(3)线路定时。在分插复用器（ADM）这样的网元中，定时信号都从某一特定的输入STM－N信号中提取。

4.SDH时钟的具体应用

SDH时钟的应用涉及到网络条件、原有网同步规划以及技术进展等情况，实际设计应用需要根据具体的网络结构、配置、环境、可靠性和经济性等多种因素综合进行考虑。

（1）终端复用器不具备外同步接口，一般采用环路定时，TM在某些网络应用场合遇到没有任何外部数字连接的情况时，应能够提供自己的内部时钟，并处于自由运行模式。

（2）分插复用器（ADM）选用外同步定时方式时性能最好，根据需要也可选用通过定时和线路定时方式，当因丢失定时基准而进入保持模式维持系统定时的时候，其输出抖动性能也可以满足要求。（3）再生中继器正常工作时，只能从同方向终结输入的STM－N信号中获取定时，故一般采用通过定时方式。如果丢失基准定时，系统发送AIS信号，再生器转向内部精度较低的时钟而处于自由振荡状态。

（4）数字交叉连接设备（DXC）通常配置在较大的交换局或传输局内，其定时源质量较高（3级乃至2级）。DXC一般同步于局内BITS，有时也采用SDXC时钟作为局内同步分配网的主时钟，或虽跟踪于局内BITS但仍用作进一步同步分配的安排。（5）一些应用在较小的端局、环路设备和用户设备中的光终端通常不具备外同步接口，需要有环路定时能力，该方式简单方便，适用于没有外同步接口的星形网。

（6）SDH时钟的保持精度不足以保证蜂窝通信基站空中接口的频率准确度，当SDH网元用于为蜂窝通信基站提供定时的时候，应保证所有网元能接收至少两路来自不同地理路由的定时信号并提供同步保护，以避免其进入保持状态。5.2.4

SDH的网络管理

SDH具有强大有效的网络管理能力，SDH管理网（SMN）由一系列SDH管理子网（SMS）组成，SMS又由一系列分离的嵌入控制通路（ECC）及有关站内数据通信链路组成。SMN是SDH传送网的支撑网，也是电信管理网（TMN）的子网，通过将具有智能的网元（NE）和ECC结合，使TMN信息的传送和响应时间大大缩短，并且还可以将网管功能经ECC下载给NE，以实现网络的分布式管理。

1.SMN的分层结构

SDH管理网（SMN）也采用分层的方法进行管理，从服务和商务角度，可以将SMN从上至下依次分为商务管理层（BML）、业务管理层（SML）、网络控制层（NCL）、单元管理层（EML）和网络单元层（NEL）五个层次。若只是从网络角度看，则SMN只包括后面三个层次，如图5－19所示。图5－19

SDH管理网的分层结构

（1）网络控制层（NCL）。NCL具备TMN所要求的主要管理应用功能，包括端到端监控、故障确立、网络数据分析和网元维护及网络恢复等，负责对所辖管理区域进行集中或分布式控制，而且还应该能够与不同厂家的单元管理器进行协调和通信。

（2）单元管理层（EML）。EML具有参数收集、告警监测、网管测试和网管配置等功能，主要提供配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和记费管理，还可以提供一些附加的管理软件包进行维护分析。（3）网络单元层（NEL）。NEL是最基本的管理层，因为网元NE本身也具备配置、故障、性能等管理功能。网络管理系统通过将某些管理功能下载给网元以实现分布式管理，这样可以加快网络对各种事件的响应速度和通道恢复速度，使传送业务不受影响。

2.SMN的管理功能

1）一般功能

SMN具有一套基本的管理功能，可以支持不同厂家设备或不同网络运营者之间的通信，还可以支持不同网元（NE）之间的单端维护，具体内容如下：

（1）嵌入控制通路管理。必须对构成SDH网元间逻辑通信链路的ECC进行有效管理，为保证其横向兼容性，需要对分组规格、超时、服务质量和窗口规格等网络参数进行检索。为建立以DCC（数据通信通道）作为物理层的ECC，还需要具备能够进行网络地址管理、确立DCC节点间的消息路由、在某节点处对DCC的运行状态进行检索以及按需决定是否接入DCC的能力。（2）时间标记。对需要标记的事件和性能报告标以分辨率为1s的时间标记，由NE的本地实时时钟显示。

（3）其他一般功能。其他一般功能包括安全、远端注册和软件下载等。

2）故障管理

故障管理主要指对网络运行状况异常或环境条件异常进行检测、隔离和校正。

（1）告警监视。告警即网络中发生的某些事件或条件的检测结果由网元NE自动产生的一种指示。操作系统设定某些事件或条件可以自动告警，而其他事件或条件则应按相应要求报告，即操作系统应具备自动告警、按要求告警、告警报告的许可或禁止等功能。

（2）告警历史管理。告警历史管理主要指针对告警记录的处理。告警历史数据（告警消息的各种参数）通常都存在NE的寄存器内，可以被周期性或按请求读出。当所有寄存器都被填满后，操作系统可以决定删除最早的记录并将寄存器置零或停止记录。

3）性能管理

性能管理主要包括性能数据的采集、24h和15min性能监视历史数据的寄存和记录、门限设置和门限突破通知以及性能数据报告等功能。

4）配置管理

配置管理主要进行NE参数配置和NE状态控制，实施对网络单元的控制、识别和数据交换。如支持通道的交叉连接和配置、支持各种环形配置、支持定时源优先级的选择以及支持线性系统保护倒换等。

5）安全管理

安全管理涉及注册、口令和安全等级等，主要为了确保可靠地授权接入，防止未经许可即与SDH网元通信或接入SNE的数据库。SMN将用户分成若干等级，不同等级的用户拥有不同等级的操作权限，以此加强安全管理。 5.3光传送网

5.3.1光传送网的分层结构

从网络对光信号的透明性来说，能做到全透明当然很好，它可以全面而充分地利用光交换及光纤传输的潜力，如果真能这样的话，网络的带宽就可以达到几乎无限的程度。相对来说，半透明就只能有限地利用光交换及光纤传输的潜力，网络的性能会受O/E/O转换及电子电路的限制。但从另一方面来说，半透明可以利用电域已成熟的技术和灵活的处理资源，例如SDH技术及网络中已大量敷设的SDH设备。从技术上看，目前实现全透明网还有不少难点，例如直接在光域上对网内的业务信号进行监控、光域组网及运营，相应的标准还需研究开发。

所以，为避免技术与运营上的困难，ITU－T决定按光传送网（OTN）的概念来研究光网络技术及制订相应的标准。OTN这个名称是根据网络的功能及主要特征来定义的，它不限定网络的透明性，其最终目标是全透明的全光网络。但是，可以从半透明网开始逐步实现。ITU－T对发展光网络采取了较为现实的策略，即逐步演进的方式，就是先在技术经济条件允许的范围内发展光的透明子网（TSN），各TSN之间由光电处理单元连接，随着条件的成熟，逐步扩大TSN直至全（光）网。WDM光传送网的基本思想是充分利用WDM传输中波长通路的特点，通过引入光节点解决容量进一步增长的交换问题。从原子功能的角度，光传送网（OTN）是由一系列功能块组成的，这些功能块用于完成在光域中处理客户信号的传输、复用、路由、管理、恢复等功能；波分复用光传送网用光波长作为最基本交换单元的交换技术，来替换传统交换节点中以时隙为交换单位的时隙交换技术，这样，客户信号就可以波长为最基本单位来完成传送、复用、路由和管理。图5－20光传送网的分层结构

ITU－T的G.872为OTN的分层结构作了定义。由一系列光网元经光纤链路互联而成，能按照G.872的要求提供有关客户层信号的传送、复用、选路、管理、监控和生存性功能的网络称为光传送网（OTN）。如图5－20所示，OTN将整个光层细分为光通路（OCh）、光复用段（OMS）和光传输段（OTS）三层。OCh层为各种数字化的用户信号相接口，它为透明地传送SDH、PDH、ATM、IP等业务信号提供点到点的以光通路为基础的组网功能。OCh指单一波长的传输通路；OMS为经DWDM复用的多波长信号提供组网功能；OTS经光接口与传输媒质相接口，提供在光介质上传输光信号的功能。相邻的层之间形成所谓的客户服务者关系，每一层网络为相邻的上一层网络提供传送服务，同时又使用相邻的下一层网络所提供的传送服务。下面介绍光传送网络的光层各子层功能。

1.光通路层

光通路层负责为来自光复用段层的不同格式的客户信息选择路由和分配波长，为灵活的网络选路安排光通路连接，为透明地传递各种不同格式的客户层信号的光通路提供端到端的联网功能。简单地说，它包括处理光通路开销，提供光通路层的检测、管理功能，提供端到端的连接，并在故障发生时，通过重新选路或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护倒换和网络恢复。光通路层的主要传送实体有网络连接、链路连接、子网连接和路径。

光通路层必须具备下述能力：光通路连接的重组，以便实现灵活的网络选路；光通路开销处理，以便确保光通路适配信息的完整性；光通路监控功能，以便实现网络等级上的操作和管理；网络的生存性能力，以便在故障发生时，通过重新选路来实现保护倒换和网络恢复。

2.光复用段层

光复用段层可保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络功能。它主要包括以下功能：为灵活的多波长网络选路，重新安排光复用段功能；为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销；为光复用段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能。

3.光传输段层

光传输段层为光信号在不同类型的光媒质（如G.652、G.653、G.655光纤等)上提供传输功能；对光传输段进行开销处理，以确保光传输段适配信息的完整性；同时实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等。整个光传送网由最下面的物理媒质层网络支持，即物理媒质层网络是光传输段层的服务者。通常会涉及以下问题：功率均衡问题、EDFA增益控制问题以及色散的积累和补偿问题。5.3.2光传送网的原子功能模型

G.798建议规范了光传送网的基本功能结构构件库以及一套组合规则，利用建议的规则，其基本功能构件可以组合起来描述光传送网中所用的任何设备。

G.798建议中规范的主要内容包括：监控处理和管理信息流；OTS层的网络功能，包括网络连接功能和路径终端功能；OTS层到客户层的适配功能，客户层有光复用段层（OMS）、数据通信通路（DCC）、公务联络通道（OW）；OMS层的网络功能，包括光复用段连接功能和路径终端功能；OMS层到OCh层的适配功能；OCh层的网络功能；OCh层到客户层的适配功能，这里的客户主要是指SDH的再生段SDHRn。5.3.3光传送网的节点技术

1. 光接入节点

光接入节点具有光信道的选择特性，可以实现如下功能：

（1）光信道进入网络和从网络下路；

（2）非本地信息直接旁路，不在本地节点上进行处理，贯通而过；

（3）光信道的性能监测、故障检测、保护和恢复；

（4）对网络的管理和控制；

（5）具有好的透明性，适