第4章光傳送網4.1傳送網4.2SDH傳送網4.3光傳送網傳送網是現代通信網的主要組成部分之一，可為各類業務網提供業務信息的傳送機制和手段。

本章首先介紹傳送網的基本概念、分層結構和生存特性，然后重點介紹SDH傳送網和OTN光傳送網的概念、分層結構、幀結構、組成和應用等。

4.1.1傳送網的概念

按照ITU-T有關傳送網(TransportNetwork)的定義，傳送網是在不同地點之間傳遞用戶信息的網絡的功能資源，即邏輯功能的組合。4.1傳送網由于以光纖為基礎的傳送網是當前傳送網的主體，因此通常將以光纖為傳輸媒質的傳送網稱為光網絡。當然，傳送網也能傳遞各種網絡控制信息。所謂“光網絡”不是一個嚴格意義上的技術術語，而是一個通俗用語。從歷史上看，光網絡可以分為三代。第一代光網絡中光只是用來實現大容量傳輸，所有的交換、選路和其他智能功能都是在電層面上實現的，SDH就是第一代的光網絡，而目前正在開發的光傳送網(OTN)和全光網絡(AON)可以分別認為是第二代光網絡和第三代光網絡。OTN在功能上類似于SDH，只不過是在OTN所規范的速率和格式上實現而已，而全光網絡則不同，其傳送、復用、選路、監控和有些智能功能將在光層面上實現。從更廣義的角度看，光網絡還應該覆蓋城域網和接入網領域，這兩個領域的光網絡不僅具有更加豐富多彩的技術選擇，而且在技術特征上也有很大的不同。光網絡與傳統的傳輸網絡相比具有許多技術上和經濟上的優點：

(1)通信容量大，傳輸距離遠。

(2)高效的網絡管理和保護技術。

(3)信號串擾小，保密性能好。

(4)光纖尺寸小、重量輕，便于敷設和運輸。

(5)材料來源豐富，環境保護性好，有利于節約有色金屬銅。

(6)光纜適應性強，壽命長。

(7)降低運營成本，增加了利潤增長點。相對于傳統SDH而言，ITU-T所定義的OTN的主要優勢在于：

(1)具備更強的前向糾錯(FEC)能力。OTN的帶外FEC比SDH的帶內FEC可以改進糾錯能力3dB~7dB。

(2)具有多級串聯連接監視(TCM)功能。監視連接可以是嵌套式、重疊式和/或級聯式，而SDH只允許單級。

(3)支持客戶信號的透明傳送。SDH只能支持單一的SDH客戶信號，而OTN可以透明支持所有的客戶信號。

(4)交換能力上的擴展性。SDH主要分兩個交換級別，即2Mb/s和155Mb/s，而OTN可以隨著線路速率的增加而增加任意級別的交換速率，與具體每個波長信號的比特率無關。

然而，OTN的主要不足之處是缺乏細帶寬粒度上的性能監測和故障管理能力，對于速率要求不高的網絡其應用經濟性不佳。另外，由于現有的SDH光網絡已經能夠應付實際應用的需要，因此廠家開發新一代光網絡產品的驅動力不足，目前尚無成熟的產品可用，市場窗口是較窄的。相對于SDH和OTN而言，全光網絡(AON)的主要優勢在于：

(1)解決電設備帶來的帶寬瓶頸問題。

(2)實現網絡對客戶層信號的透明性。

(3)簡化和加快了高速電路的指配和業務供給速度。

(4)實現光層的可重構性。

(5)降低對業務節電的要求。

(6)降低建網成本和運營維護成本。

(7)同時實現業務層和光層聯網。

(8)實現快速網絡恢復。4.1.2傳送網模型的分層結構

現代電信網的結構已變得越來越復雜，為了便于分析和規劃，ITU-T提出了網絡分層和分割的概念，即任意一個網絡總可以從垂直方向分解為若干獨立的網絡層(即層網絡)，相鄰層網絡之間具有客戶/服務者關系，而每一層網絡在水平方向又可以按照該層的內部結構分割為若干部分。網絡的分層和分割滿足正交關系。采用網絡分層模型主要有下述好處：

(1)單獨地設計和運行每一層網絡要比將整個網絡作為單個實體來設計和運行簡單和方便得多。

(2)可以利用類似的一組功能來描述每一層網絡，從而簡化了TMN管理目標的規定。

(3)從網絡結構的觀點來看，對某一層網絡的增加或修改不會影響其他層網絡，這樣便于某一層網絡獨立地引進新技術和新拓撲而不影響其他層。

(4)這種簡單的建模方式便于容納多種技術，使網絡規范與具體實施的方法無關，網絡規范能保持相對的穩定性。總的來看，這種功能分層模型擯棄了傳統的面向傳輸硬件的網絡概念，十分適應于以業務為基礎的現代網絡概念，使傳送網成為一個獨立于業務和應用的動態、靈活、高度可靠和低成本的基礎網，并專職于信息比特流的傳送。而且在此基礎平臺之上又可以組建各種各樣的業務網,適應各式各樣的業務和應用的需要。

一個適用于SDH的傳送網分層模型示例如圖4-1所示，其中電路層網絡是面向業務的，嚴格意義上是不屬于傳送層網絡的，因而傳送網大致分為二層，從上至下依次為通道層網絡和傳輸媒質層網絡。下面分別對包括電路層在內的各層作簡要介紹。圖4-1傳送網的分層模型示例電路層網絡(其連接點可包含交換功能)涉及電路層接入點AP之間的信息傳遞，并直接為用戶提供通信業務。該層網絡是面向公用交換業務的,諸如電路交換業務、分組交換業務、IP業務、租用線業務和B-ISDN虛通路等。按照所提供業務的不同，可以區分不同的電路層網絡。電路層網絡與相鄰的通道層網絡是相互獨立的。

電路層網絡的設備包括用于各種交換業務的交換機(如電路交換機或分組交換機)，用于租用線業務的交叉連接設備以及路由器等。通道層網絡(其連接點可包含交叉連接功能)涉及通道層AP之間的信息傳遞并支持一個或多個電路層網絡，為其提供可支持不同類型業務所需的信息傳遞能力。例如,提供傳輸鏈路，像PDH中的2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s,SDH中的VC-12、VC-2、VC-3和VC-4,以及B-ISDN中的虛通道等。SDH網的一個重要特性是能夠對通道層網絡的連接性進行管理控制，使網絡的應用十分靈活方便。通道層網絡與其相鄰的傳輸媒質層網絡是相互獨立的。傳輸媒質層網絡與傳輸媒質(光纜或無線)有關，由路徑和鏈路連接支持，不提供子網連接。它涉及段層AP之間的信息傳遞并支持一個或多個通道層網絡，為通道層網絡節點(如DXC)提供合適的通道容量，例如STM-N就是傳輸媒質層網絡的標準傳送容量。該層主要面向跨越線路系統的點到點傳送。

傳輸媒質層網絡可以進一步劃分為段層網絡和物理媒質層網絡(簡稱物理層)，其中段層網絡涉及保證通道層兩個節點之間信息傳遞的完整性,物理層涉及具體的支持段層網絡的傳輸媒質,如光纜或無線。在SDH網中,段層網絡還可以進一步細分為復用段層網絡和再生段層網絡，其中復用段層網絡涉及復用段終端之間的端到端信息傳遞，諸如為通道層提供同步和復用功能并完成有關復用段開銷的處理和傳遞等。而再生段層網絡涉及再生器之間或再生器與復用段終端之間的信息傳遞，諸如定幀、擾碼、再生段誤碼監視以及再生段開銷的處理和傳遞等。物理層網絡主要完成光電脈沖形式的比特傳送任務，與開銷無關。相鄰層網絡間符合客戶/服務者關系,而客戶/服務者聯系的地方正是服務層網絡路徑中為客戶層網絡提供鏈路連接的地方。圖4-2給出了一個完全的SDH傳送網分層模型。

此外，利用擴展層網絡中路徑終端或終端連接點的方法可以將層網絡進一步分解為子層。以通道層為例，它可以進一步分解為一組由不同網絡運營者獨立管理的管理通道層。每一個管理通道層以電路層或別的管理通道層作為客戶，以傳輸媒質層和別的通道層作為服務者。每一管理通道層可能有獨立的拓撲，而且不同管理通道層上通道的建立可以是彼此獨立的。同樣，傳輸媒質層也可以分解為一組由不同網絡運營者獨立管理的管理傳輸媒質層。圖4-2SDH傳送網分層模型4.1.3傳送網的生存特性

1.網絡生存性概念的提出

網絡技術的發展促進了通信技術的發展，它一方面方便了我們的生活，另一方面又使我們的生活更加依賴于通信。通信網絡的故障將會給人民的生活帶來極大的不便，甚至可能使整個社會陷入癱瘓。網絡的生存性屬于網絡完整性的一部分，網絡完整性包括通信質量、可靠性和生存性，涉及通信系統多方面的技術；網絡生存性(survivability)泛指網絡在經受各種故障，甚至是災難性的大故障后仍能維持可接受的業務質量的能力。在長途干線網的設計中，由于其業務量較大，因此系統的生存率定義為：當一線路段發生故障時，經各保護環路上的備用系統保護后，該段線路可受到保護的系統數與該線路上傳輸的總系統數之比。影響網絡生存性的因素通常有以下三個方面的原因：

(1)大量的業務集中于更大的傳輸和交換設備中，由于采用更高的速率，因此在較少的幾根光纖中集中的控制信令使得一個元件的失效將波及更大的范圍。

(2)軟件在帶來智能并提供系統靈活性的同時，也給系統埋下了整體崩潰的可能性。大型軟件測試的不可遍歷性使這種情況無法避免,但出現的概率相對較少。

(3)占很大比例的是可能存在的危險因素,這包括暴風雪、龍卷風、地震、火災、洪水和海嘯等自然因素，以及人為破壞導致的光(電)纜斷裂和匯接局被破壞。

2.光傳送網OTN生存性方面的保護恢復技術

G.872為光傳送網OTN的分層結構作了定義，細分為光通路層(OCh)、光復用段層(OMS)和光傳輸段層(OTS)。OCh層為各種數字化的用戶信號提供接口，它為透明地傳送SDH、PDH、ATM和IP等業務信號提供點到點的以光通路為基礎的組網功能；OMS層為經DWDM復用的多波長信號提供組網功能；OTS層經光接口與傳輸媒質相連，它提供在光介質上傳輸光信號的功能。OTN核心設備和業務的保護恢復的主要載體是光交叉連接設備OXC和光分插復用設備OADM，與SDH的最大區別在于SDH是基于時分復用的對時隙進行操作的“數字網絡”，而OTN處理的對象是光載波，也就是模擬的“頻率時隙”或“光通道波長”，是一個“模擬傳送網絡”。但是OTN和SDH的網絡結構都是面向連接的網絡，所使用的網絡技術和網絡單元極為相似，因此它們的保護恢復技術基本相似，主要有以下兩種：

(1)點到點的線路(光復用段OMS)保護倒換方案。其原理是當工作鏈路傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統倒換設備將主信號自動地轉至備用光纖系統來傳輸，從而使接收端仍能接收到正常的信號而感覺不到網絡已出現了故障。由于該保護方法只能保護傳輸鏈路，無法提供網絡節點的失效保護，因此主要適用于點到點應用的保護。

(2)核心傳輸網DWDM的自愈環網保護恢復技術——自愈環網SHR(SelfHealingRing)。這種技術是在無需人為干預的情況下，利用網絡具有發現替代傳輸路由并重新建立通信的能力，在極短的時間內從失效的故障中自動恢復所攜帶的業務的環網。環網APS保護方式包括兩纖單向環、兩纖雙向環和四纖雙向環。在環網中又分復用段保護和通道共享保護，是利用環網的特殊結構來實施的一種保護方式，屬于對資源的保護范圍。基于通道倒換的環是一種單向的通道保護環(UPPR)結構，而基于線路倒換的環被稱為SPRING結構。

3.多種保護與恢復方案的比較

一般來說，因為專用保護環的保護容量沒有共享，所以鏈路的成本最高。由此可見，在基于鏈路保護的網狀光網絡中，由于每一條主路都由一條路徑不同的備用路由來提供保護，而每一條保護路由都要跨越許多鏈路區段，在這每一區段的鏈路上都要預留專用的容量來作為保護容量使用，因此這種基于鏈路的網狀網保護恢復方案的組網成本是所有網絡拓撲結構中成本最高的一種；相反地，在基于通道保護的網狀網光網絡中，終端節點之間的每一條連接只需要一條保護通道來提供保護功能，而且保護通道的粒度相對于鏈路保護來說要小得多，使得保護通道和工作通道所需要使用的容量也相對要小得多，另外網絡中的空閑容量在整個網絡上的分布也比較均衡。在專用環網保護方案中，每一條工作環路都在相反的方向上有一條保護環路與之相對應，專用環網保護的組網成本低于網狀光網絡專用保護方案的組網成本而高于專用通道保護方案的組網成本。從對網絡容量的需求來說，保護比恢復需要更多的備份容量，基于容量共享的保護和恢復能夠大大降低網絡的組網成本，但由于網狀網中空閑容量的均衡分布特性,使得共享保護環所需要的總容量仍比網狀網的共享恢復所需要的總容量大。在網狀網恢復策略中，基于通道的恢復比基于鏈路的恢復對空閑容量的使用效率更高。在節點的成本方面，規模相當的OADM的成本比OXC的成本要低，如果忽略完成相同的功能時所需要的OADM的數量和需要OXC設備數量之間的差異，那么基于環網保護的網絡的節點成本最低。如果網絡是由很多的環網互連而構成的，每個環網上的所有OADM都必須執行互連功能時，那么基于環網保護的網絡就變得復雜了，這時就可以考慮使用成本更高的OXC設備來執行網間互連以提高網絡的可擴展能力。事實上，在互連網中引入下路/直通功能將增加環網中節點的成本。從節點成本的角度來說，基于OXC的網狀網的節點成本要比環網的節點成本高得多。如果在基于專用鏈路保護的網絡中的節點外部增加光纖級交換，那么不僅可以降低節點中核心交換機構的交換負荷，而且可以大大降低節點的成本。由于恢復在容量利用率方面比保護更加經濟，因此為了實現恢復而執行交叉連接的業務量也相對較少，使其相應的節點成本也較低。

因為1＋1保護倒換無需使用信令協議，所以其管理成本是最低的。由于共享保護環要使用自動保護倒換APS協議，因此增加了其管理的成本。無論是集中式控制還是分布式控制的網狀網絡，在執行恢復時都需要使用信令，針對一個恢復需求往往同時存在多條備用路由，而且在動態恢復時還需要對這些備用路由進行評估，使得這些信令的執行往往是很復雜的。另外在網狀網中執行業務恢復時，恢復通道在其整個路由上不得不重構和配置沿途的所有OXC交換機構，而共享保護環卻只需在執行交換的兩個ADM上進行倒換的橋接操作，所以網狀網恢復比共享保護環的管理成本高。

網絡的靈活性綜合了網絡面對始料未及的業務模型變化和故障類型變化的應對能力，以及網絡在可擴展性方面的能力。由于環網不能挖掘網絡所有的連通性潛力，而且其保護通道是固定不變的，因此環網的靈活性最差。另外，要升級環網就必須使整個環網升級，而網狀網的升級可以是每個OXC和每條鏈路的升級，使環網比網狀網難以升級擴容。專用保護環網的網絡規模僅僅依賴于網絡中的業務量而與業務模型無關，面對始料未及的業務變化，專用保護環的靈活性比共享保護環的靈活性要高。由于使用了可重構性的OXC設備，因此網狀網光網絡的靈活性最高。

一條通道的可用性是指一條通道或一個網絡的實際可用時間與總時間的比率。因為在環狀互連網絡中一條通道上的分別發生在不同環網中的故障都可被恢復，所以環網互連能夠提供最高水平的可用性。在互連節點中可以使用下路/直通功能來為環網互連節點提供保護，這樣就形成了具有子網生存能力的一種非常安全的網絡結構，而且覆蓋多個環網路徑很長的一條通道可以同時應付多點故障。網狀網的通道保護可以為端到端的通道提供保護，一旦工作通道和保護通道都出現了故障，該連接就無法被恢復了。一般來說，由于恢復可以處理多點故障，因此它的靈活性很高，但網絡中空閑容量的多少直接決定著網絡的抗毀能力，這時網絡的可用性完全依賴于空閑容量的分布和恢復策略性能的優劣。另外，雖然基于鏈路的保護/恢復不能處理節點故障，但是它能夠很好地從多鏈路故障中恢復過來。總之，網絡的可用性依賴于節點和鏈路的可用率以及網絡中空閑容量的大小。

以上是根據不同的生存性策略分別對比和分析了不同網絡結構的可用性問題，但一般情況下不同的業務模型也同樣會影響網絡的可用性。由于業務需求的類型不同，因此對網絡可用性的要求也不同，有些業務對網絡可用性的要求非常苛刻，這時就必須考慮使用保護來提高網絡的可用性。在網狀網中，不同類型的業務可以很容易地混合起來，而在環狀網中，也可以通過給環網增加對非預置空的未保護業務和預置空超量業務的支持能力來達到這個目的。

4.光網絡生存性的關鍵問題

1)故障檢測和定位

故障檢測和定位的目標首先是為了快速和準確地實現保護倒換和業務的恢復，其次是為了整個網絡的管理和維護。到目前為止，光域上能夠準確檢測的參數只有光功率、光信噪比(OSNR)和中心波長，而像誤碼率、LOS和LOF這類參數只能在電域上檢測。由于故障檢測是實現自愈的第一步，且保護倒換和路由的恢復都有嚴格的時間要求，因此故障的檢測不僅要準確，而且要快速。故障的定位是實現保護倒換和路由恢復的第二步，也是至關重要的一步，要實現自愈，必須實現故障的快速和準確定位。只有確定了故障的具體位置，才能進行網絡的保護和恢復以及進一步的業務配置。如果一個網絡不能進行精確的故障定位，那么網絡的生存性就不會得到保證。但是由于故障的傳遞性、檢測機制的不完善性以及故障檢測與故障傳遞之間的時差等原因，使得故障的定位在光網絡中成為一個難點。當在一個網絡中發生光纖斷裂和節點掉電等故障時，相關的節點和檢測點均要產生告警，即往往是一處發生了故障，網絡中多處都產生告警。當然這也不是不可逾越的困難，故障的定位除與節點自身的功能緊密相關外，還與信令的傳送方式或者說信令網總的控制方式直接相關。一般而言，只有在知道全網的信息(包括配置和業務信息)的情況下才能實現故障的準確定位，但是故障的發生是帶有偶然性的，即各節點收到的信息是突發性的，不能用一般的馬爾可夫理論進行分析，即不屬于一般的M/M/X排隊模型，而是屬于D/M/X模型。如果每個節點(分布式控制)或者說主節點(集中式控制)需要收集所有的故障信息來處理，那么不僅要有一套復雜的算法，而且在節點處理該信息時必須合理地考慮故障傳遞與信息傳遞的時差問題，這樣就增加了其實現的復雜度，而且也難以滿足時效性的要求。針對上述問題的解決方法：對于分布式控制的網絡，采用分布式定位的方法，這種分布式的故障定位方法是與業務和鏈路相關的。對于集中式控制的網絡，即有主控節點的網絡，故障定位采用分層定位的方法，即首先由單節點承擔一部分故障的簡單分析，如該節點相關告警的過濾和屏蔽以及嚴重告警的定位，然后將處理結果上報主控節點，由主控節點進一步分析和處理，最終確定故障的具體位置。從上述分析可以看出，單節點能夠定位的故障是有限的，只有將所有相關的告警收集起來進行相關性分析，才能實現故障的精確定位。這就涉及單節點處理后的信息如何合理和正確地發布的問題,還有故障信息的編碼問題，合理和有效的編碼將會使故障定位真正做到快速而準確。當然，在故障信息發布的同時，必須輔以相應的故障信息抑制，否則故障信息的不斷發布將會使故障定位產生連帶的錯誤。

2)故障信息的傳送

在集中式控制下，因為所有的控制信息都是由主控節點下發的，所以在檢測到故障后，應該盡快地將該節點處理后的告警和定位信息送到主控節點，使主控節點能夠快速和準確地進行故障的分析和定位，可采用以下兩種形式：

(1)廣播式方法，即一旦檢測到故障，稍加處理后就以廣播的形式進行發送，其他非相關節點僅僅起轉接該信息的作用，只有主控節點才能接收該信息。這種處理方式的優點是思路簡單，但是它帶來的負面影響是信令網中的信息流量加大，容易產生控制流的阻塞，而且會使非主控節點的處理變得復雜化。因為廣播信息的控制和管理是必不可少的，而這本身就是一個通信控制的難題，所以此方法實現起來相對較困難。

(2)最短路徑方式發送，即每個非主控節點都有路由表，該路由表上記錄了該節點到主控節點的最短路徑以及其他可達路徑的出口。故障信息就可以通過這種方式以最快的方式到達主控節點。該方式處理簡單，但它要求每個節點都儲存必需的路由表，而且在網絡更改或者擴容時不得不更改路由表，故不可避免地要增加系統的代價。在分布式控制下，各節點的地位是平等的，各節點對故障的兩層過濾都是由自己完成的。但是如果每個節點都像集中控制方式下的主控節點，不僅不經濟，而且處理的復雜度相當大，很難滿足時效性的嚴格要求。所以其第二層處理功能應該是僅僅收集相關鏈路或者通道的故障信息，但是這就需要該節點了解整個網絡的拓撲結構，在處理上還是比較困難的，需要定制一套相當復雜的算法。實現分布式控制下信令的傳送，是實現其定位的關鍵，如何將相關的故障信息收集到該節點，以實現故障的定位是非常復雜的。

3)保護倒換和路由恢復

光傳送網采用了兩種保護體系，即路徑保護和子網連接保護。光路徑保護采用端到端保護機理，可用于各種網絡結構(如網狀網、環形網或兩者混合結構)，它既可以按單向形式工作，也可以按雙向形式工作，適用于光通道層和光復用段層。在光傳輸段層中不使用路徑保護，其保護方式既可以是單向1＋1，也可以是1∶1，但在1∶1工作時，保護通路可以支持低等級業務。子網連接保護同樣適用于各種網絡結構，可以用于保護網絡連接的全部或其中的一部分，其使用內在的監視方式(SNC/I保護業務層中的故障)。光傳送網中的子網連接保護有以下兩種方式：

(1)一種思路是將保護倒換和路由恢復分開考慮，即采用不同的編碼和不同的機制。這是出于對時間要求的考慮，保護倒換要求在50ms內完成，而路由恢復的要求為2s。

(2)另一種思路是統一編碼和不同處理的方法，即IETF的思路。這種思路的主要出發點是為了迎合現在流行的IPv6協議處理模式，但是這種處理方式較復雜。其實解決了第二種思路中的問題，第一種思路也就迎刃而解。下面分析第二種思路的實現。不同的故障應選用不同的保護方式。由于環網具有很強的自愈能力，因此全光環形網絡也可借用升級的環網APS協議來實現保護，但對于格形網而言情況就十分復雜了，因為其某一鏈路或者通道從不同的觀點來看屬于不同的簡單拓撲結構，選用那種保護方式與其子網標識密切相關。為了實現快速的保護倒換以及增強格形網的“強壯”性，利用圖論的知識將格形網劃分為幾個子網(以最小環進行劃分，不能歸為最小環的標識為樹)，將這些子網進行標識，就可以在整個格形網中對不同子網中的故障采取不同的保護方法，例如，對環形子網中的故障借用環網的保護方法，對樹形子網中的故障采用相應的1＋1或者M∶N保護。這是因為格形網其實就是環網的相交相割再加上一些樹形拓撲(或者孤島)而構成的。對處于不同子網的資源和業務實施不同的保護方式，可以提高網絡的生存性。

對于路由恢復而言，不管哪種保護方式都需要預留資源。如果一個網絡中全部采用保護方式的話，那么勢必會大大降低網絡資源的利用率，所以一個網絡中除了采取適當的保護方式外，一般還要采用業務恢復的方法來實施對業務的保護。由于恢復路由不是預留的而是按照一定的優化方法算出來的，因此它比保護方案更能合理地利用網絡的資源和優化業務的分配。但是恢復路由是在故障情況下臨時算出來的，這勢必造成恢復時間比保護時間長。此外它必須是在故障定位信息已經更新的情況下才能計算,故恢復時間取決于故障定位時間和算法的時間以及網絡的規模。與保護倒換不同，路由恢復和資源調度不僅需要了解線路或者通道的好壞，而且需要了解各鏈路和通道的資源使用情況。只有這樣，才能依據一定的波長路由算法進行資源的合理調配。集中式控制有利于網絡的最優化，但是,由于主控節點記憶的數據量太大和處理的“事務”過多，因此其速度不高，不適合于大型網絡。分布式控制不是依據全網的信息來進行選路和恢復的，不利于網絡的最優化，但是其各個節點處于同等的地位，處理相對簡單，所以其速度相對較快，而且適合于任何規模的網絡，但是隨著網絡的運行，可能會導致網絡的應用嚴重不合理。

根據上述分析，在一個大型網絡中應該是兩種控制方式并存。對于實時性要求高的一些操作，例如,資源的保護和重要業務的恢復可采用分布式的控制方法，也可借用預選恢復路由的方法來實現；對于一些實時性要求不高的操作，例如，業務配置、性能管理和維護等可采用集中式控制的方法，這樣有利于合理配置網絡；對于一些要求實時性而分布式控制方法很難解決或者說解決有困難的操作，例如故障定位，則可以采用兩種控制方法結合的分節控制的方法來實現，這樣就可以提高網絡控制和管理的靈活性，從而提高實時性和合理性。

4)拓撲結構的識別

為了在一個網絡中同時支持保護倒換和路由恢復，并且還要保護和恢復協調操作，這就需要借用圖論的知識將網絡劃分為幾個子網。在這些不同拓撲結構的邏輯子網中來分別執行不同的保護和恢復方式。一般而言，保護是針對資源即物理層和段層的保護，而恢復是針對業務層，即僅僅針對業務的。為實現這個目的，就需要信令網具有識別拓撲結構的能力，以及能夠按照一定的規則來劃分不同的子網，這是啟動保護倒換和路由恢復的依據，以及啟動何種保護倒換類型的必備信息。當然這些信息不應實時運行，應該具有相對的穩定性，否則將會導致信令的交換時間過長，處理也十分復雜，更難保證保護和恢復等實時性要求高的操作。一般是設置一個定時器，每隔一固定的時間查詢和自動識別一次；還有就是故障觸發識別，即在系統發生故障的情況下來修改拓撲結構；還有就是由網管啟動識別命令來強制識別，這通常用于系統的升級、擴容和改造。拓撲識別一般有兩種處理方法：

(1)由網管配置，即規劃網絡時將網絡拓撲按一定的算法或者按照設計者的要求分為幾個子網，然后由網管配置各節點的子網標識。這種方法的前提是必須事先知道網絡的物理配置,在網絡升級或者物理拓撲改變的情況下，需要進行重新配置。這種方法的主要好處就是簡單、易操作，便于管理；缺點就是實時性不強，對網絡操作者的依賴性過強，也即對維護者的知識要求較高。這種方法是相對靜態的，也是目前使用較多的方法。

(2)節點自動識別。在不同的控制方式下，實現的方法和難易程度是不同的。集中式控制：網絡拓撲的識別工作應該交給主控節點完成，這種方式在大型網絡中的實現非常復雜，所以距離其實用化還有很長的一段路要走；分布式控制：為了識別整個網絡的拓撲，必須知道全網的信息，但分布式控制機制下的節點明顯不具備這個功能，所以此功能可以交給中心網管來完成。集中式控制和分布式控制的區別是：集中式控制是把網絡的識別放在控制層完成的，速度相對較快；而分布式控制必須將網絡的識別交由管理層完成，速度相對較慢。

5)光通路層管理

模擬網絡設計的局限性及目前科技水平對全光網絡處理的現狀，想要建立一個全球或全國性的全光網絡是無法實現的，而在短期內利用光/電設備消除模擬噪聲及光波轉變的功能卻是切實可行的。但是，網絡的經營者希望新的光傳送網可以不考慮客戶信號的種類，以便減少使用光/電設備的要求，從而降低控制的復雜性與網絡管理的費用。為了實現OP層的網絡保護，可利用電的幀結構來保證網絡可靠性。也許未來的OP網絡不用這種幀結構，但在目前這是最好的方法。幀由OP開銷信道和OP負載信道組成,而SDH虛容器(VCS)、ATM信元、PDH通道信號和PPP幀都可被映射到OP負載信道中。

光傳送網的容錯和保護恢復能力對于運營商來說是至關重要的，光網絡物理層和數據鏈路層的保護恢復機制基本上采用了原有SDH的保護恢復方式來滿足電信級運營要求，而IP層上控制平面路由、信令和鏈路管理信息的保護恢復技術的解決方案還沒有統一的標準。目前ITU-T、IETF和OIF三大國際標準組織正傾向于智能光網絡IP層保護恢復技術方面的研究。

4.2.1SDH傳送網的概念

SDH(SynchronousDigitalHierarchy)是ITU-T制定的，獨立于設備制造商的NNI上的數字傳輸體制接口標準(光/電接口)。它主要用于光纖傳輸系統，其設計目標是定義一種技術，通過同步的、靈活的光傳送體系來運載各種不同速率的數字信號。這一目標是通過字節間插(Byte-Interleaving)的復用方式來實現的，字節間插使復用和段到段的管理得以簡化。4.2SDH傳送網

SDH的內容包括傳輸速率、接口參數、復用方式和高速SDH傳送網的OAM。其主要內容借鑒了1985年Bellcore(現在的TelcordiaTechnologies)向ANSI提交的SONet(SynchronousOpticalNetwork)建議，ITU-T對其做了一些修改，大部分的修改內容是在較低的復用層，以適應各個國家和地區網絡互連的復雜性要求。相關的建議包含在G.707、G.708和G.709中。SDH設備只能部分兼容SONet，兩種體系之間可以相互承載對方的業務流，但兩種體系之間的告警和性能管理信息等無法互通。

SDH之所以能夠快速發展是與它自身的特點分不開的，其具體特點如下：

(1)SDH傳輸系統在國際上有統一的幀結構、數字傳輸標準速率和標準的光路接口，可使網管系統互通，因此有很好的橫向兼容性。它能與現有的PDH完全兼容，并容納各種新的業務信號，形成了全球統一的數字傳輸體制標準，提高了網絡的可靠性。

(2)SDH接入系統的不同等級的碼流在幀結構凈負荷區內的排列非常有規律，而凈負荷與網絡是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插得出低速支路信號，實現了一次復用的特性，克服了PDH準同步復用方式對全部高速信號進行逐級分解后再生復用的過程，大大簡化了DXC，減少了“背靠背”的接口復用設備，改善了網絡業務傳送的透明性。

(3)由于采用了較先進的分插復用器(ADM)和數字交叉連接(DXC)，因此網絡的自愈功能和重組功能就顯得非常強大，具有較強的生存率。在SDH幀結構中安排了信號的5％作為開銷比特，它的網管功能顯得特別強大，并能統一形成網絡管理系統，為網絡的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網絡的維管費和生存能力起到了積極作用。

(4)SDH有多種網絡拓撲結構，它所組成的網絡非常靈活，能增強網監、運行管理和自動配置功能，優化了網絡性能，同時也使網絡靈活、安全和可靠的運行，使網絡的功能非常齊全且多樣化。

(5)SDH具有傳輸和交換的性能，它的系列設備的構成能通過功能塊的自由組合來實現不同層次和各種拓撲結構的網絡，使用起來十分靈活。

(6)SDH并不專屬于某種傳輸介質，它可用于雙絞線和同軸電纜，但SDH用于傳輸高數據率時則需用光纖。這一特點表明，SDH既可用作干線通道，又可作支線通道。例如，我國的國家級與省級有線電視干線網就是采用SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(HFC)相兼容。

(7)從OSI模型的觀點來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴格的限制，便于在SDH上采用各種網絡技術，支持ATM或IP傳輸。

(8)SDH是嚴格同步的，從而保證了整個網絡的穩定性和可靠性，誤碼率較低，且便于復用和調整。

(9)標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現橫向兼容，降低了聯網成本。4.2.2SDH幀結構

1.整體結構

SDH幀結構是實現SDH網絡功能的基礎，該幀結構易于實現支路信號的同步復用、交叉連接和SDH層的交換，同時使支路信號在一幀內分布均勻、規則和可控，以利于上/下電路傳輸。

SDH幀結構與PDH的一樣，以125μs為幀同步周期，并采用了字節間插、指針和虛容器等關鍵技術。SDH系統的基本傳輸速率是STM－1(SynchronousTransportModule-1,155.520Mb/s)，其他高階信號的速率均由STM-1的整數倍構造而成:STM-4(4×STM-1＝622.080Mb/s)、STM-16(16×STM-1＝2488.320Mb/s)和STM-64(64×STM-1＝9953.280Mb/s)。SDH信號的等級如表4-1所示。表4-1SDH的信號等級

STM-1由9行和270列字節組成，高階信號均以STM-1為基礎，采用字節間插方式形成，其幀格式是以字節為單位的塊狀結構。STM-N由9行和270×N列字節組成。

STM-N幀的傳送方式與我們讀書的習慣一樣，以行為單位，自左向右、自上而下地依次發送。圖4-3STM-N幀結構示意圖每個STM幀由段開銷SOH(SectionOverhead)、管理單元指針(AUPTR，AdministrativeUnitPointer)和STM-N凈負荷(Payload)三部分組成。

段開銷用于SDH傳輸網的運行、維護、管理和指配(OAM&P),它又分為再生段開銷(RegeneratorSOH)和復用段開銷(MultiplexorSOH)，分別位于SOH區的1～3行和5～9行。段開銷是保證STM凈負荷正常和靈活地傳送所必須附加的開銷。

管理單元指針AUPTR用于指示STM凈負荷中的第一個字節在STM-N幀內的起始位置，以便接收端可以正確地分離STM凈負荷，它位于RSOH和MSOH之間，即STM幀第4行的1～9列。

STM凈負荷是存放要通過STM幀傳送的各種業務信息的地方，它也包含少量用于通道性能監視、管理和控制的通道開銷POH(PathOverhead)。

2.開銷字節

SDH提供了豐富的開銷字節，用于簡化支路信號的復用/解復用和增強SDH傳輸網OAM&P的能力。它主要有再生段開銷(RSOH)、復用段開銷(MSOH)、通道開銷(POH)和管理單元指針(AU-PTR)，分別負責管理不同層次的資源對象，圖4-4描述了SDH中再生段、復用段和通道的含義。

圖4-4再生段、復用段和通道示意圖

(1)RSOH。它負責管理再生段，在再生段的發端產生，并在再生段的末端終結，支持的主要功能有STM-N信號的性能監視、幀定位和OAM&P信息傳送。

(2)MSOH。它負責管理復用段，復用段由多個再生段組成，它在復用段的發端產生，并在復用段的末端終結，即MSOH透明地通過再生器。它支持的主要功能有復用或串聯低階信號、性能監視、自動保護切換和復用段維護等。

(3)POH。通道開銷(POH)主要用于端到端的通道管理，支持的主要功能有通道的性能監視、告警指示、通道跟蹤和凈負荷內容指示等。SDH系統通過POH可以識別一個VC,并評估系統的傳輸性能。

(4)AU-PTR。它用于定位STM-N凈負荷的起始位置。

目前,ITU只定義了部分開銷字節的功能，很多字節的功能有待進一步定義。

3．STM凈負荷的結構

1)VC的含義

為使STM凈負荷區可以承載各種速率的同步或異步業務信息，SDH引入了虛容器VC結構，一般將傳送VC的實體稱為通道。

VC可以承載的信息類型沒有任何限制，目前主要承載的信息類型有PDH幀、ATM信元、IP分組及LAN分組等。換句話說，任何上層業務信息必須首先裝入一個滿足其容量要求的VC，然后才能裝入STM凈負荷區，通過SDH網絡傳輸。

VC由信息凈負荷(Container)和通道開銷(POH)兩部分組成。POH在SDH網的入口點加上，而在SDH網的出口點除去，然后信息凈負荷被送給最終用戶，而VC在SDH網中傳輸時保持完整不變。借助于POH，SDH傳輸系統可以定位VC中業務信息凈負荷的起始位置，因而可以方便靈活地在通道中的任一點進行插入和提取，并以VC為單位進行同步復用和交叉連接處理，以及評估系統的傳輸性能。

VC分為高階VC(VC-3和VC-4)和低階VC(VC-2、VC-11和VC-12)。需要說明的是，VC中的“虛”有兩個含義：一是VC中的字節在STM幀中并不是連續存放的，這可以提高凈負荷區的使用效率，同時也使得每個VC的寫入和讀出可以按周期的方式進行；二是一個VC可以在多個相鄰的幀中存放，即它可以在一個幀中開始而在下一個幀中結束，其起始位置在STM幀的凈負荷區中是浮動的。

2)STM凈負荷的組織

為增強STM凈負荷容量管理的靈活性，SDH引入了兩級管理結構：管理單元(AU,AdministrativeUnit)和支路單元(TU,TributaryUnit)。

AU由AU-PTR和一個高階VC組成，它是在骨干網上提供帶寬的基本單元，目前AU有兩種形式，即AU-4和AU-3。AU也可以由多個低階VC組成，此時每個低階VC都包含在一個TU中。

TU由TU-PTR和一個低階VC組成，特定數目的TU根據路由編排和傳輸的需要可以組成一個TUG(TUGroup)。目前TU有TU-11、TU-12、TU-2和TU-3等四種形式，TUG不包含額外的開銷字節。類似地，多個AU也可以構成一個AUG以用于高階STM幀。

可以看出,AU和TU都是由兩部分組成的：固定部分＋浮動部分。固定部分是指針，浮動部分是VC，通過指針可以輕易地定位一個VC的位置。VC是SDH網絡中承載凈負荷的實體，也是SDH層進行交換的基本單位，它通常在靠近業務終端節點的地方創建和刪除。

圖4-5STM-1(AU-4)的凈負荷結構示意圖4.2.3SDH復用映射結構

SDH的一般復用映射結構如圖4-6所示。

各種信號復用到STM幀的過程分為以下三個步驟：

(1)映射(Mapping)。映射是一種在SDH網絡邊界處(如SDH/PDH邊界處)，將各種支路信號通過增加調整比特和POH適配進VC的過程。圖4-6SDH的復用映射結構

(2)定位(Aligning)。定位是指通過指針調整，使指針的值時刻指向低階VC幀的起點在TU凈負荷中或高階VC幀的起點在AU凈負荷中的具體位置，使收端能據此正確地分離相應的VC。即利用POH進行支路信號的頻差相位的調整，定位VC中的第一個字節。

(3)復用(Multiplexing)。復用就是將多個低階通道層信號適配進高階通道層或是將多個高階通道層信號適配進復用段的過程，即通過字節間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程。為了適應各種不同的網絡應用情況，有異步、比特同步和字節同步三種映射方法與浮動VC和鎖定TU兩種模式。這三種映射方法和兩種工作模式共可組合成五種映射方式，當前最通用的是異步映射浮動模式。

異步映射浮動模式最適用于異步/準同步信號映射，包括將PDH通道映射進SDH通道的應用，能直接上/下低速PDH信號，但是不能直接上/下PDH信號中的64kb/s信號。異步映射接口簡單，引入的映射時延少，可適應各種結構和特性的數字信號，是一種最通用的映射方式，也是PDH向SDH過渡期內必不可少的一種映射方式。當前各廠家的設備絕大多數采用的是異步映射浮動模式。浮動字節同步映射接口復雜,但能直接上/下64kb/s和N×64kb/s信號，主要用于不需要一次群接口的數字交換機互連和兩個需直接處理64kb/s和N×64kb/s業務的節點間的SDH連接。

圖4-6所示的SDH的復用映射結構是由一些基本復用映射單元組成的、有若干個中間復用步驟的復用結構，具有一定頻差的各種支路的業務要想復用進STM-N幀都要經歷映射、定位校準和復用三個步驟。其基本原理是：首先各種速率等級的數據流進入相應的容器(C)，完成適配功能(主要是速率調整)；然后進入虛容器(VC)，加入通道開銷(POH)。VC在SDH網中傳輸時可作為一個獨立的實體在通道中任意位置取出或插入，以便進行同步復用和交叉連接處理。由VC輸出的數據流再按圖4-6中規定的路線進入管理單元(AU)或支路單元(TU)。在AU和TU中要進行速率調整，這樣使得低一級的數字流在高一級的數字流中的起始點是浮動的。為了準確地確定起始點的位置，AU和TU設置了指針(AUPRT和TUPRT)，從而在相應的幀內進行靈活和動態地定位。在N個AUG的基礎上，再附加段開銷SOH，便形成了STM-N的幀結構。圖4-6中的定位校準是利用指針調整技術來取代傳統的125μs緩存器，實現支路頻差的校準和相位的對準。指針調整技術是數字傳輸復用技術的一項重大革新，它消除了PDH中僵硬的大量硬件配件，這種結構有明顯的特色，意義深遠。

由于經TUPTR和AUPTR處理后的各VC支路已實現了相位同步，因此復用過程為同步復用，具體的復用過程在圖4-6中已表明，即

TUG-2＝3×TUG-12或TUG-3＝1×TU-3

TUG-3＝7×TUG-2STM－1＝VC-4＝3×TUG-3

STM-N＝N×STM-1不難看到，PDH低次群信號作為容器經過碼流調整并附加以指針后直接映射到SDH的傳輸幀中，通過指針直接“取下”或“插入”PDH低次群信號，取消了“背靠背”的多路與復用。

需要特別說明的是,N個STM-1以字節間插方式復用成STM-N時，段開銷的復用并非典型的交錯間插，而是僅以第一個STM-1的SOH和其余N－1個STM-1的SOH中A1、A2、J0和B2字節參與字節交錯間插復用，形成STM-N的指針和凈負荷。4.2.4SDH傳送網分層模型

如果將分組交換機、電話交換機和無線終端等看做業務節點，那么傳送網的角色是將這些業務節點互連在一起，使它們之間可以相互交換業務信息，以構成相應的業務網。然而對于現代高速大容量的骨干傳送網來說，僅僅在業務節點間提供鏈路組是遠遠不夠的，健壯性、靈活性、可升級性和經濟性是其必須滿足的。

為實現上述目標，SDH傳送網按功能可分為兩層：通道層和傳輸介質層，如圖4-7所示。

圖4-7SDH傳送網的分層模型1.通道層通道層負責為一個或多個電路層提供透明的通道服務，它定義了數據如何以合適的速度進行端到端的傳輸，這里的“端”是指通信網上的各種節點設備。

通道層又分為高階通道層(VC-3和VC-4)和低階通道層(VC-2、VC-11和VC-12)。通道的建立由網管系統和交叉連接設備負責，它可以提供較長的保持時間。由于其直接面向電路層，因此SDH簡化了電路層交換，使傳送網更加靈活和方便。

2．傳輸介質層

傳輸介質層與具體的傳輸介質有關，它支持一個或多個通道，為通道層網絡節點(如DXC)提供合適的通道容量，一般用STM-N表示傳輸介質層的標準容量。

傳輸介質層又分為段層和光層，而段層又分為再生段層和復用段層,其中再生段層負責在點到點的光纖段上生成標準的SDH幀，它負責信號的再生與放大，不對信號做任何修改；多個再生段構成一個復用段，復用段層負責多個支路信號的復用和解復用，以及在SDH層次的數據交換。光層是定義光纖的類型以及所使用接口的特性的，隨著WDM技術和光放大器、光ADM、光DXC等網元在光層的使用，光層也像段層一樣分為光復用段和光再生段兩層。4.2.5SDH網元設備

1．終端復用器

終端復用器(TM)主要為使用傳統接口的用戶(如T1/E1、FDDI和Ethernet)提供到SDH網絡的接入，它以類似時分復用器的方式工作，將多個PDH低階支路信號復用成一個STM-1或STM-4，TM也能完成從電信號STM-N到光載波OC-N的轉換。

2．分插復用器

分插復用器(ADM)可以提供與TM一樣的功能，但ADM的結構設計主要是為了方便組建環網，提高光網絡的生存性。它負責在STM-N中插入或提取低階支路信號，利用內部時隙交換功能實現兩個STM-N之間不同VC的連接。另外一個ADM環中的所有ADM可以被當成一個整體來進行管理，以執行動態分配帶寬，提供信道操作與保護、光集成與環路保護等功能，從而減小由于光纜斷裂或設備故障而造成的影響，它是目前SDH網中應用最廣泛的網絡單元。

3．數字交叉連接設備

習慣上將SDH網中的數字交叉連接設備(DXC)稱為SDXC，以區別于全光網絡中的ODXC，在美國則將它叫做DCS。一個SDXC具有多個STM-N信號端口，通過內部軟件控制的電子交叉開關網絡，可以提供任意兩端口速率(包括子速率)之間的交叉連接，另外SDXC也執行檢測維護和網絡故障恢復等功能。多個DXC的互連可以方便地構建光纖環網，形成多環連接的網孔網骨干結構。與電話交換設備不同的是，SDXC的交換功能(以VC為單位)主要為SDH網絡的管理提供靈活性，而不是面向單個用戶的業務需求。

SDXC設備的類型用SDXCx/y的形式表示，其中，“x”代表端口速率的階數，“y”代表端口可進行交叉連接的支路信號速率的階數。例如，SDXC4/4代表端口速率的階數為155.52Mb/s，并且只能作為一個整體來交換；SDXC4/1代表端口速率的階數為155.52Mb/s，可交換的支路信號的最小單元為2Mb/s。4.2.6SDH網絡結構及應用

1.SDH網絡結構

SDH與PDH的不同點在于：PDH是面向點到點傳輸的，而SDH是面向業務的，利用ADM和DXC等設備，可以組建線型、星型、環型和網型等多種拓撲結構的傳送網。SDH還提供了豐富的開銷字段,增強了SDH傳送網的可靠性和OAM&P能力，這些都是PDH系統所不具備的。

按地理區域來劃分，現階段我國SDH傳送網分為四個層面：省際干線網、省內干線網、中繼網和用戶接入網，如圖4-8所示。

(1)省際干線網。在主要省會城市和業務量大的匯接節點城市裝有DXC4/4，它們之間用STM-4、STM-16和STM-64高速光纖鏈路構成一個網型結構的國家骨干傳送網。

(2)省內干線網。在省內主要匯接節點裝有DXC4/4或DXC4/1,它們之間用STM-1、STM-4和STM-16高速光纖鏈路構成網型或環型省內骨干傳送網結構。

(3)中繼網。中繼網是指長途端局與本地網端局之間，以及本地網端局之間的部分。對中等城市一般可采用環型結構，特大和大城市則可采用多環加DXC結構組網。該層面主要網元設備為ADM和DXC4/1，它們之間用STM-1和STM-4光纖鏈路連接。

(4)用戶接入網。該層面處于網絡的邊緣，業務容量要求低，且大部分業務都要匯聚于端局，因此環型和星型結構十分適合于該層面。使用的網元主要有ADM和TM，所提供的接口類型也最多，主要有STM-1和STM-4，PDH體制的2M、34M或140M接口等。圖4-8我國SDH傳送網的結構

2.SDH的應用

由于SDH具備了眾多優勢，因此在廣域網領域和專用網領域得到了巨大的發展。我國的電信、聯通和廣電等部門的電信運營商都已經大規模建設了基于SDH的骨干光傳輸網絡，利用大容量的SDH環路承載IP業務、ATM業務或直接以租用電路的方式出租給企業和事業單位。一些大型的專用網絡也采用了SDH技術，架設系統內部的SDH光環路以承載各種業務，例如電力系統，就利用SDH環路承載內部的數據、遠控、視頻和語音等業務。對于組網更加迫切而又不能架設專用SDH環路的單位，很多都采用了租用電信運營商電路的方式。由于SDH基于物理層的特點，因此租用單位可在租用電路上承載各種業務而不受傳輸的限制。承載方式有很多種，可以是利用基于TDM技術的綜合復用設備實現多業務的復用，也可以利用基于IP的設備實現多業務的分組交換。SDH技術可真正實現租用電路的帶寬保證，安全性方面也優于VPN等方式。在政府機關和對安全性非常注重的企業，SDH租用線路得到了廣泛的應用。一般來說，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口，完全可以滿足各種帶寬要求，同時在價格方面也已經為大部分單位所接受。

4.3.1光傳送網的概念

20世紀90年代以后，SDH/SONet已經成為傳送網絡主要的底層技術,其優點是技術標準統一，提供對傳送網的性能監視、故障隔離和保護切換，以及理論上無限的標準擴容方式；缺點是其體系結構是面向語音業務優化設計的，采用嚴格的TDM技術方案，對于突發性很強的數據業務，其帶寬的利用率不高。4.3光傳送網隨著Internet和其他面向數據的業務快速增長，未來電信網對通信帶寬的增長需求幾乎不可預知，而以電TDM為基礎的單纖單波長的SDH/SONET系統，解決帶寬增長需求的兩種手段仍不能滿足帶寬的增長需求：埋設更多光纖，但成本太高，且無法預知埋多少是合適的；采用TDM技術，提高每個信道的傳輸速度。目前商用化的SDH/SONet速度已達40Gb/s，已接近電子器件的處理極限。

下一代網絡NGN是面向數據和基于分組技術的，隨著Internet/Intranet上各種寬帶業務的應用，未來帶寬需求的增長幾乎是爆炸性的。因此，需要一種新型的網絡體系，它能夠使運營商根據業務需求的變更靈活地進行網絡帶寬的擴充、指配和管理。基于DWDM技術的光傳送網(OTN,OpticalTransportNetwork)正是為滿足未來NGN的需求而設計的。

OTN是以波分復用技術為基礎、在光層組織網絡的傳送網，是下一代的骨干傳送網。OTN是通過G.872、G.709和G.798等一系列ITU-T的建議所規范的新一代“數字傳送體系”和“光傳送體系”，將解決傳統WDM網絡無波長/子波長業務調度能力差、組網能力弱和保護能力弱等問題。

OTN跨越了傳統的電域(數字傳送)和光域(模擬傳送)，是管理電域和光域的統一標準。OTN處理的基本對象是波長級業務，它將傳送網推進到真正的多波長光網絡階段。由于結合了光域和電域處理的優勢，因此OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級的保護，是傳送寬帶大顆粒業務的最優技術。

光傳送網面向IP業務、適配IP業務的傳送需求已經成為光通信下一步發展的一個重要議題。光傳送網從多種角度和多個方面提供了解決方案，在兼容現有技術的前提下，以及SDH設備大量的應用，為了解決數據業務的處理和傳送，在SDH技術的基礎上研發了MSTP設備，并已經在網絡中大量使用，很好地兼容了現有技術，同時也滿足了數據業務的傳送功能。但是隨著數據業務顆粒的增大和對處理能力更細化的要求，業務對傳送網提出了兩方面的需求：一方面傳送網要提供大的管道，廣義的OTN技術(在電域為OTH，在光域為ROADM)提供了新的解決方案，它解決了SDH基于VC-12/VC4的交叉顆粒偏小、調度較復雜、不適應大顆粒業務傳送需求的問題，也部分克服了WDM系統中故障定位困難，以點到點連接為主的組網方式，組網能力較弱，能夠提供的網絡生存性手段和能力較弱等缺點；另一方面業務對光傳送網提出了更加細致的處理要求，業界也提出了分組傳送網的解決方案，目前涉及的主要技術包括T-MPLS和PBB-TE等。數字傳送網的演化從最初的基于T1/E1的第一代數字傳送網，經歷了基于SONET/SDH的第二代數字傳送網，發展到了目前以OTN為基礎的第三代數字傳送網。第一、二代傳送網最初是為支持語音業務而專門設計的，雖然也可用于傳送數據和圖像的業務，但是傳送效率并不高。相比之下，第三代傳送網技術從設計上就支持語音、數據和圖像業務，配合其他協議時可支持帶寬按需分配(BOD)、可裁剪的服務質量(QoS)及光虛擬專網(OVPN)等功能。

1998年，國際電信聯盟電信標準化部門(ITU-T)正式提出了OTN的概念。從其功能上看，OTN在子網內可以以全光形式傳輸，而在子網的邊界處采用光—電—光轉換,各個子網可以通過3R再生器聯接，從而構成一個大的光網絡。因此，OTN可以看做是傳送網絡向全光網演化過程中的一個過渡應用。

在OTN的功能描述中，光信號是由波長(或中心波長)來表征的。光信號的處理可以基于單個波長，或基于一個波分復用組，而基于其他光復用技術，如時分復用、光時分復用或光碼分復用的OTN還有待研究。OTN在光域內可以實現業務信號的傳遞、復用、路由選擇和監控，并保證其性能要求和生存性。OTN可以支持多種上層業務或協議，如SONET/SDH、ATM、Ethernet、IP、PDH、FibreChannel、GFP、MPLS、OTN虛級聯和ODU復用等，是未來網絡演進的理想基礎。現在越來越多的運營商開始構造基于OTN的新一代傳送網絡，系統制造商們也推出具有更多OTN功能的產品來支持下一代傳送網絡的構建。

OTN的主要優點是完全向后兼容，它可以建立在現有的SONET/SDH管理功能的基礎上，不僅提供了存在的通信協議的完全透明，而且為WDM提供了端到端的連接和組網能力。它還為ROADM提供光層互聯的規范，并補充了子波長匯聚和疏導能力。

OTN概念涵蓋了光層網絡和電層網絡，其技術繼承了SDH和WDM的雙重優勢，關鍵技術特征體現在:

(1)多種客戶信號封裝和透明傳輸。基于ITU-TG.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、ATM和以太網等。目前對于SDH和ATM可實現標準封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網的支持有所差異。ITU-TG.sup43為10GE業務實現不同程度的透明傳輸提供了補充建議，而對于GE、40GE、100GE以太網、專網業務光纖通道(FC)和接入網業務吉比特無源光網絡(GPON)等，其到OTN幀中標準化的映射方式目前還在討論之中。

(2)大顆粒的帶寬復用、交叉和配置。OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通路數據單元(ODUk，k＝1,2,3)，即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數據客戶業務的適配和傳送效率顯著提升。

(3)強大的開銷和維護管理能力。OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通路(OCh)層的OTN幀結構大大增強了該層的數字監視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯連接監視(TCM)功能，這樣使得OTN組網時采取端到端和多個分段同時進行性能監視的方式成為可能。

(4)增強了組網和保護能力。通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器(ROADM)的引入，大大增強了光傳送網的組網能力，改變了基于SDHVC-12/VC-4調度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現狀。前向糾錯(FEC)技術的采用顯著增加了光層傳輸的距離。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業務保護功能，如基于ODUk層的光子網連接保護(SNCP)和共享環網保護，基于光層的光通道或復用段保護等，但是目前共享環網技術尚未標準化。4.3.2OTN分層結構

OTN是在傳統SDH網絡中引入光層發展而來的，其分層結構如圖4-9所示。光層負責傳送電層適配到物理媒介層的信息，在ITU-TG.872建議中，它被由上至下依次細分成三個子層：光信道層(OCh,OpticalChannelLayer)、光復用段層(OMS,OpticalMultiplexingSectionLayer)和光傳輸段層(OTS，OpticalTransmissionSectionLayer)，相鄰層之間遵循OSI參考模型定義的上下層間服務關系模式。

圖4-9OTN的分層結構

1.光信道層(OCh)

OTN一個很重要的設計目標就是要將類似SDH/SONet網絡中基于單波長的OMAP(OperationsAdministrationMaintenanceandProvision)功能引入到基于多波長復用技術的光網絡中，OCh就是為實現這一目標而引入的。它負責為來自電復用段層的各種類型的客戶信息選擇路由和分配波長，為靈活的網絡選路安排光信道連接，處理光信道開銷，提供光信道層的檢測和管理功能。在故障發生時，它還支持端到端的光信道(以波長為基本交換單元)連接，并在網絡發生故障時，執行重選路由或進行保護切換。

2．光復用段層(OMS)

光復用段層保證相鄰兩個DWDM設備之間的DWDM信號的完整傳輸，為波長復用信號提供網絡功能。

OMS的功能主要包括：

(1)為支持靈活的多波長網絡選路重新配置光復用段功能；

(2)為保證DWDM光復用段適配信息的完整性進行光復用段開銷的處理；

(3)光復用段的運行、檢測和管理等。

3.光傳輸層(OTS)

光傳輸層為光信號在不同類型的光纖介質上(如G.652、G.655等)提供傳輸功能，同時實現對光放大器和光再生中繼器的檢測和控制等功能。例如，功率均衡問題，EDFA增益控制,色散的積累和補償等問題。

圖4-10描述了OTN各分層之間的相互關系，各層之間形成Client/Server形式的服務關系。一個OCh層由多個OMS層組成，一個OMS層又由多個OTS層組成。如果底層出現故障，那么相應的上層必然會受到影響。

圖4-10光傳送網各層間的關系4.3.3OTN幀結構

1．數字封包

ITU-TG.709中定義了OTN的NNI接口、幀結構、開銷字節、復用以及凈負荷的映射方式。

如前所述，為了在OTN中實現靈活的OMAP，OTN專門引入了一個OCh層，在該層采用數據封包(DigitalWrapper)技術將每個波長包裝成一個數字信封，每個數字信封由三部分組成：開銷部分、FEC部分和凈負荷部分，如圖4-11所示。

圖4-11光信道的數字封包(1)開銷部分(Overhead)。它位于信封頭部，裝載開銷字節。利用開銷字節，OTN節點可以通過網絡傳送和轉發管理信息、控制信息和執行性能監視，以及其他可能的基于每波長的網絡管理功能。

(2)FEC部分。它位于信封尾部，裝載前向差錯校正碼FEC(ForwardErrorCorrection)，FEC部分執行差錯的檢測和校正，與SDH/SONET中采用的BIP-8(BitInterleavedParity)錯誤監視機制不同，FEC有校正錯誤的能力，這使得運營商可以支持不同級別的SLA(ServiceLevelAgreement)。通過最大限度地減少差錯，FEC在擴展光段的距離和提高傳輸速率等方面扮演了關鍵的角色。

(3)凈負荷部分。它位于信封頭部(Header)和信封尾部(Tailer)之間，承載現有的各種網絡協議數據包，而無需改變它們，因此OTN是獨立于協議的。

2．OTN的幀結構

信號的映射

OTN中的幀被稱為光信道傳送單元(OTU,OpticalChannelTransportUnit)，如前所述，它是通過數字封包技術向客戶信號加入開銷OH(Overhead)和FEC部分而形成的。在G.709中，定義了三種不同速率的OTU-k(k＝1，2，3)幀結構，該速率依次為2.5Gb/s、10Gb/s和40Gb/s。圖4-12OTNITU-TG.709客戶如圖4-12所示，在OTN中客戶層信號的傳送經歷如下：

(1)客戶信號加上OPU-OH后形成OPU(OpticalChannelPayloadUnit)。

(2)OPU加上ODU-OH后形成ODU(OpticalChannelDataUnit)。

(3)FAS(FrameAlignmentSignal)、OTU-OH和FEC加入ODU后形成OTU，最后加上OCh層非隨路的開銷(通過OSC傳送)，完成OTU到OCh層的映射，并將其調制到一個光信道載波上傳輸。我們看到一個OTUk由以下三部分實體組成：

(1)OPUk。它由凈負荷部分和開銷部分組成，其中凈負荷部分包含采用特定映射技術的客戶信號，而開銷部分則包含用于支持特定客戶的適配信息，不同類型的客戶都有自己特有的開銷結構。

(2)ODUk。除OPUk外,ODUk號包含多個開銷字段，它們是PM(PathperformanceMonitoring)、TCM(TandemConnectionMonitoring)和APS/PCC(AutomaticProtectionSwitching/ProtectionCommunicationControlchannel)等。

(3)OTUk。除ODUk外，它還包括FEC和用于管理及性能監視的開銷SM(SectionMonitoring)。FEC是基于ITU-TG.975建議的ReedSolomon算法。

圖4-13OTN的幀結構和開銷字節4.3.4OTN復用

OTN的時分復用采用異步映射方式，其規則為：四個ODU1復用成一個ODU2，四個ODU2復用成一個ODU3，即16個ODU1復用成一個ODU3。圖4-14描述了四個ODU1信號復用成一個ODU2的過程。包含幀定位字段(Alignment)和OTU1-OH字段為全0的ODU1信號以異步映射方式與ODU2時鐘相適配，適配后的四路ODU1信號再以字節間插的方式進入OPU2的凈負荷區；再加上ODU2的開銷字節后，將其映射到OTU2中；最后加上OTU2開銷、幀定位開銷和FEC，完成了信號的復用。