传输与光网络技术基础讲义

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1、广东公司技术线新员工入门课件系列之四传输与光网络技术基础关珮珊作者：佛山公司网管维护中心传输室：颜琳目录 第一章、传输概述 一、传输网络的定义 二、传输在网络中的定位 三、传输的实现问题第二章、传输网络的标准- 一、SDH 概述 二、SDH 祯结构 三、SDH 复用过程 四、SDH 原理的应用第三章、光网络基础一、光纤通信概论 二、数字光纤通信系统 三、波分技术介绍第四章、传输的组网 一、设备组网结构 二、传输网络的分层 三、传送网络的管理 四、传输网络的自愈保护第五章、同步网 一、同步网概述 二、同步方式 三、同步网结构第六章、传输网络的发展 一、光传送网络发展简介 二、 OTN 简介第一章

2、、传输概述 一、传输网络的定义 首先让我们了解一下，什么是传输网络，它有什么功能。传输网络是实现信号通过某种具体的 物理实体传递的网络，我们建立传输网络的目的：为信号建立一种通道，让其从发送端到达接受端。 如下图所示，可以把传输简单理解为长距离的线路，实现终端之间的连接。二、传输在通信网络中的定位 、传输在传统通信系统模型中的定位- 传统通信系统由接入部分、交换部分、传输部分三部分构成（如下图），下面简单介绍一下各 部分的功能。接入部分解决用户如何接入交换网络，例如固话的接入部分是电话+ 电话线，而移动通信的接 入部分是手机+ 无线信号。 交换部分：解决如何接通电话 传输部分：解决交换部分的连

3、接系统模型是按功能进行模块化的抽象模型，实际应用中，因为终端数目多，而且各终端与交换 部分之间存在物理距离，所以不可能全部采用终端直接用线接到交换机的方式实现，而要通过业务 的汇合与处理，然后再送入交换部分，此部分功能也由传输部分来实现（下图红色连线部分）、传输在无线通信系统中的定位 标准的 GSM 模型：如下图左所示，包括 SS（交换系统）和 BS（基站系统）和 MS（移动台）。交换系统是整个移动网的控制中心,具有话务控制、号码分析、计费、呼叫统计等功能，另外它 还具有实现数据业务的功能。 包括下列功能单元： 入口移动业务交换中心 GMSC 移动业务交换中心 拜访位置寄存器 归属位置寄存器M

4、SC VLR HLR 鉴权中心 AUC 设备识别寄存器 EIR 基站系统包括下列功能单元： 基站控制器 BSC-一个 BSC 控制一组无线基站 无线基站 BTS 模型中每一功能单元的具体介绍在此不作赘述，看了这个模型之后，我们想想：传输网络处于 这个模型的什么地方呢？ 想一下前面介绍传输在传统通信模型中的定位：交换部分之间的连接+实际应用中终端业务的 汇合与处理，对应一下，同时考虑到实际中：AUC（鉴权中心）与 HLR（归属位置寄存器）集成 为同一设备，VLR（摆放位置寄存器）与 MSC（移动业务交换中心）集成为同一设备，中国不使 用 EIR（设备识别寄存器），因此可以得到关于无线通信系统中传

5、输的定位，即上图右的红色连线 部分：交换系统内 GMSC、HLR/AUC 及 MSC/VLR 之间的互联，以及基站系统内 BSC 与 BTS 的互 联。 其实，传输网络还不止局限于上面的位置，如下图所示，信令网、分组交换网等都需要传输为 它们建立通路使信号得以从一个地方到达另一个地方，传输网络为业务提供了可靠的物理平台！传输网络ISDN7号信令分组交换DDN交换网三、传输网的实现问题 在本章第一节关于传输的定义曾提到：可以把传输简单理解为长途（长距离）线路，实现终端 的连接，而在上一节关于传输在通信网络中定位的部分里，我们看到：描述传输部分都是拿一条线 直接表示，假想的拿线直接联接来实现传输功

6、能的情况，分析一下，拿线直连的方式存在什么问题 呢？下面让我们以上图中 BSC（基站控制器）到 BTS（无线基站）之间的传输为例来说明。 分析：一个 BSC（基站控制器）控制一组 BTS（无线基站），其任务是管理无线网络，将有关 无线控制的功能尽量的集中到 BSC 上来，以简化基站的设备，这是 GSM 的一个特色。那么这里一 组是多少呢？据佛山本地网的统计，平均一个 BSC 控制 38.88 个基站，基站设备的输出用 E1 线进 行承载，平均每个基站输出 2 路 E1 信号，而 BSC 一般放在大型的机楼里以方便维护。我们现在假 设此 BSC 放在佛山综合楼，假设现在有 5 个 BTS 的业务

7、需要连接到此 BSC，如果用 E1 线直接连接，有什么问题呢？1）可实现性：长距离（上图为 1cm：1km 的比例），仅有 5 个基站时需要拉线的条数：5*2（平均 每个基站输出 2 条 E1）*2（双向通信需要一收一发 2 条线）=20 条线，大家可以估算一下如果拿线 直连的话需要多长的线，仅仅 5 个基站就需要这么长，那么如果全市有几千个基站呢？有没有实现的可能呢？姑且假设你能容忍佛山变成线之海洋，但是好不容易拉了这么长的线，每条线上却只能 承载的信号实际只有 2Mbit/s 的速率，30 路话音，是不是效率太低？2） 安全性：一条来自基站的 E1 线需要千里迢迢跑到 BCS，其中遭艰难险

8、阻的几率与距离成正比， 这样简单的点对点直连方式，一旦中间断掉，上面的业务得不到任何保护 3）可维护性：拿线直连，缺少必要的监控的机制：这么多条 2M 线，如果断掉而引起业务中断， 只能通过 BSC 相关端口的告警发现，但具体是在哪一段中断的无从知道，难道一段一段人为去查？ 那么该怎么做呢？就 BSC 到 BTS 间连接的这个问题，我们在中间引入传送网络，实现端到端连接的功能。而针对了我们前面提到的拿线直连方案的弊端，那么传送网络对各个问题的答案又是怎样呢？ 我们对应一下： 1） 引入传送网络的可实现性？ 答：不在使用每个基站单独拉线到的连线方式，而在基站端放置传输设备，基站输出的 E1 信号

9、通过此设备接入传送网络，利用传输网络的配置，让多个基站共享一条线路，相当于把私家车改成了公共汽车，同样的一段路上可以搭乘更多的乘客，效率更高。如下所示的对比图， 需要注意的是，因为传送网络设备使用 sdh 复用机制，实现业务由低速-高速的复用和汇合，所以实际上每一条线路是可以供多个基站，各基站多条业务共同使用的。具体实现理论，将在第 二章中介绍。而实际应用中，我们的线路往往不是一条条电线，而利用光通信技术，将电信号 转化为光信号，利用光纤光缆进行传输，为什么要用光通信？光通信又是如何实现的？我们 将在第三章中介绍。同时，由于是同步的传输体系，需要全网保持一致的步调，因此需 要在业务传送的基础上

10、建立一章同步网，以保证步调一致。关于同步网的知识，将在第五章钟 介绍。线路直连传送网络实现模拟 2） 安全性？ 答：传输采用组网结构和自愈保护，通过配置，能够在线路中断的情况下自动将业务倒换到备 用路由进行承载，安全可靠。具体实现理论，将在第四章中介绍。 3） 可维护性？ 答：利用 sdh 桢结构的各种字节就信号进行层层监控，最后体现在一个统一平台上，通过分析， 能快速准确定位故障发生点。具体实现理论，将在第四章中介绍。好的，通过上面的讲解，我们已经知道了传送网络的定义、位置和实现概述，那么每一部分得具体 原理和应用是怎样的呢？那么我们先从传送网络的标准开始，一步步走入传输网络。第二章、传输网

11、络的标准SDH 1.SDH 概述 1) SDH 的概念 想要明白传输网络的体制标准，首先要搞清楚SDH到底是什么。SDH是一种标准（协议）， 每种网络都需要一个标准，就像TCP/IP是互联网最基本的协议；而SDH就是传输网络的标准。SDH 中文翻译叫做同步数字传输体制，它是一整套可进行同步数字传输、复用和交叉连接的标准（协议）。 而SDH传输网就是指由一些基本网络单元组成的在传输媒介上（如光纤、微波）进行同步信息传输、 复用、分插和交叉的传输网络。 2) SDH 的优点 在了解SDH的优点之前，先要了解一下SDH产生的背景。那么SDH是在怎样的背景下产生的呢？ 当时，信息社会即将到来，人们希望

12、现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务， 而传统的传输网络技术由于复用方式效率低下、网络接口规范不统一等原因，逐渐成为现代通信网 的“瓶颈”，于是SDH就应运而生了。它与传统的传输网络技术相比，具有以下四个方面的优点： 统一的网络接口规范 由于 SDH 网络在 STM-1 等级上有世界统一的标准，并使用统一的网络接口规范，实现了光 接口互通，这就使 SDH 设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一个传输网中可以安装不同厂家 的设备，体现了横向兼容性。 同步的复用方式 由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将各种其他体制的低速信号复用进 SDH 信号 的帧中去，这样使低速信号在

13、高速 SDH 信号帧中的位置也是可预见的，也就是说可以直接从高速 SDH 信号帧中直接分插出低速信号。这样就节省了大量的复接/分接设备，增加了可靠性，使业务 的上、下更加简便。 强大的运行维护能力 SDH 信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM）功能的开销字节，用于实现误码监 测等功能，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。 强兼容性 SDH 有很强的兼容性，这也意味着当组建 SDH 传输网时，原有的传输网不会作废，SDH 网 可以传送传统 PDH 业务。 2. SDH 信号STM-N 的帧结构 SDH 信号STM-N 目前有 4 种速率等级，分别为 STM-1、

14、STM-4、STM-16 和 STM-64（分 别对应 N 等于 1、4、16、64）。这里的 N 表示这个信号由 N 个 STM-1 信号通过字节间插复用而成。 N 越大，STM-N 的速率越高。那么，STM-N 信号有着什么样的帧结构呢？ ITU-T（国际电信联盟）规定了 STM-N 的帧是帧频（也就是每秒传送的帧数）为 8000 帧/秒、 以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构，如图 2.2 所示。图 2.2 STM-N 帧结构图从上图看出 STM-N 的信号是 9 行270列的块状帧结构。它由 3 部分组成：分别是段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指

15、针（AU-PRT）；信息净负荷 （Payload）。STM-N 信号的传输原则是将块状帧中的字节从左到右、从上到下、一个字节一个字节 （也就是一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。 值得注意的是，当 N 个 STM-1 信号通过字节间插复用成 STM-N 信号时，仅仅是将 STM-1 信 号的列按字节间插复用，行数恒定为 9 行。另外，由于 STM-N 信号帧周期的恒定，使得 STM-N 信 号的速率有其规律性，例如 STM-4 信号的传输速率恒定等于 STM-1 信号传输速率的 4 倍，这样的 规律性使得从高速 SDH 信号中直接分/插出低速 SDH 信号成为可能

16、。 让我们想想，STM-N 帧中单独一个字节的比特传输速率是多少呢？STM-N 的帧频是 8000 帧/ 秒，也就是说 STM-N 帧中某个字节每秒被传送 8000 次，一个字节有 8bit，所以 STM-N 帧中单独 一个字节的比特传输速率等于 8000 次乘以 8 比特，也就是 64Kbit/s。而 64Kbit/s 这个速率恰好就是 一路数字电话的传输速率。 下面我们对上面提到的 STM-N 帧结构的三大部分的功能进行一一讲述。1)信息净负荷（Payload） 信息净负荷是 STM-N 帧结构中存放将由 STM-N 传送的各种业务信息码块的地方。若将 STM-N 信号帧比做一辆货车，其净负荷区即为该货车装货物的车厢，经过打包待传输的低速信号 （也就是信息净负荷）即为车厢内装载的货物。为了实时监测货物（也就是打包的低速信号）在运 输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。 POH 作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在 STM-N 这辆货车