传输基础知识

第1章基础知识
课程目标：
初级
●熟悉传送网的基本概念
●了解传送网的特点
●熟悉传送网的物理拓扑结构
●熟悉传送网的发展趋势
●了解准同步和同步数字体系
●了解电磁波常识
中级
●掌握传送网的基本概念
●熟悉传送网的特点
●掌握SDH、WDM传送网的关系
●掌握传送网的物理拓扑结构
●熟悉传送网的发展趋势
●熟悉数字复用技术
●掌握准同步和同步数字体系
●了解数字传输常用码型
●掌握再生中继
●掌握同步技术
●掌握电磁波常识
高级
●掌握传送网的基本概念
●掌握传送网的特点
●掌握SDH、WDM传送网的关系
●掌握传送网的物理拓扑结构
●熟悉传送网的发展趋势
●掌握数字复用技术
●掌握准同步和同步数字体系
●熟悉数字传输常用码型
●熟悉均衡技术
●掌握再生中继●掌握同步技术●掌握电磁波常识
1.1 传送网的基本概念
电信网是十分复杂的网络，人们可以从各种不同的角度和以不同的方法来描述，因而网络这个术语几乎可以泛指提供通信服务的所有实体（设备、装备和设施）及逻辑配置。

传送网(G.805定义)，是在不同地点之间传递用户信息的网络的功能资源，即逻辑功能的集合。

传送网是完成传送功能的手段，其描述对象是信息传递的功能过程，主要指逻辑功能意义上的网络。

当然，传送网也能传递各种网络控制信息。

传输网是在不同地点之间传递用户信息的网络的物理资源，即基础物理实体的集合。

传输网的描述对象是信号在具体物理媒质中传输的物理过程，并且传输网主要是指由具体设备所形成的实体网络，如光缆传输网、微波传输网。

人们往往将传输和传送相混淆，两者的基本区别是描述的对象不同，传送是从信息传递的功能过程来描述，而传输是从信息信号通过具体物理媒质传输的物理过程来描述。

因而，传送网主要指逻辑功能意义上的网络，即网络的逻辑功能的集合。

而传输网具体是指实际设备组成网络。

当然在不会发生误解的情况下，则传输网（或传送网）也可以泛指全部实体网和逻辑网。

电信传输网基本上是由传输设备和网络节点构成，传输设备有光缆线路系统、微波接力系统和卫星通信系统。

网络节点实现终结、交叉链接和交换功能。

网络节点接口（NNI ）的工作定义是网络节点之间的接口，图1.1中所示出的可说明网络节点接口在网络中的位置。

NNI TR TR NNI NNI NNI
DXC ：数字交叉连接设备
EA ：外部接入设备
SM ：同步复用器
TR ：支路信号
TR
TR
TR
TR 图 1.1 NNI 在网络中的位置
1.2 传送网的特点
传送网技术发展，经历了已经逐渐淘汰的电通信网络、正在使用的光电混合网络，正加速向全光网络迈进。

光传送网是在SDH 光传送网和WDM 光纤系统的基础上发展起来的，
我们从SDH、MSTP、ASON、WDM等各种传送网的传输方式入手，分别讲述基于各种技术的光传送网的特点。

基于SDH技术的传送网特点
一、SDH技术简介
SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。

国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

二、基于SDH技术传送网的特点
1．使1.5Mbit/s和2Mbit/s两大数字体系（3个地区性标准）在STM-1等级上获得统一。

今后数字信号在跨越国界通信时，不再需要转换成另一种标准，第一次真正
实现了数字传输体制上的世界性标准。

2．采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。

各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的，因而只须利用软件即可使高
速信号一次直接分插出低速支路信号，即所谓的一步复用特性。

3．SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使网络的OAM能力(诸如故障检测、区段定位、端到端性能监视等)大大加强。

4．SDH具有完全的后向兼容性和前向兼容性。

5．SDH网具有信息净负荷的透明性。

即网络可以传送各种净负荷及其混合体而不管其具体信息结构如何。

6．由于将标准光接口综合进各种不同的不少网元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。

例如网元有了标准光接口后，光纤可以直接
通到DXC，省去了单独的传输和复用设备，以及又贵又不可靠的人工数字配线架。

此外，有了标准光接口信号和通信协议后，使光接口成为开放式接口，还可以在
基本光缆段上实现横向兼容，满足多厂家产品环境要求，使网络成本节约10％到
20%。

7．由于用一个光接口代替了大量的电接口，因而SDH网所传输的业务信息，可以不必经由常规准同步系统所具有的一些中间背靠背电接口而直接经光接口通过中间
节点，省去了大量相关电路单元和跳线光缆，使网络可用性和误码性能都获得改
善，而且，由于电接口数量锐减导致运行操作任务的简化及备件种类和数量的减
少，使运营成本减少20％～30％。

8．SDH信号结构的设计已经考虑了网络传输和交换应用的最佳性，因而在电信网的各个部分（长途、中继和接入网）中都能提供简单、经济和灵活的信号互连及管
理，使得传统电信网各个部分的差别正在渐渐消失，彼此的直接互联变得十分简
单和有效。

此外，由于有了唯一的网络节点接口标准，因而各个厂家的产品可以
直接互通，从而可能使电信网最终工作于多厂家的产品可以直接互通，从而可能
使电信网最终工作于多厂家产品环境并实现互操作。

上述特点中最核心的有3条，即同步复用、标准光接口和强大的网管能力。

当然，SDH 也有它的不足之处。

例如：
1．频带的利用率不如传统的PDH系统。

以2.048Mbit/s为例，PDH的139.264Mbit/s 可以收容64个2.048Mbit/s系统，而SDH的155.520Mbit/s却只能收容63个
2.048Mbit/s系统，频带利用率从PDH的94%下降到83％；以34.368Mbit/s为例，
PDH的139.264Mbit/s可以收容4个系统，而SDH的155.520Mbit/s却只能收容3
个，频带利用率从PDH的99％下降到66％。

当然，上述安排可以换来网络运用
上的一些灵活性，但毕竟使频带的利用率降低了。

2．采用指针调整机理增加了设备的复杂性。

以一个复用映射支路为例，容器和虚容器电路加上指针调整电路，以及POH和SOH插入功能，大约共需6～7万个等效
门电路。

好在采用亚微米超大规模集成电路技术后，成本代价不算太高。

3．由于大规模的采用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，软件几乎可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备。

这样，在网络层上的
人为错误、软件故障，乃至计算机病毒的侵入可能导致网络的重大故障，甚至造
成全网瘫痪。

为此必须仔细的测试软件。

选用可靠性较高的网络拓扑。

基于MSTP技术的传送网特点
一、MSTP技术简介
MSTP，（Multi-Service Transport Platform），多业务传送平台，是指基于SDH、同时实现TDM、ATM、IP等业务接入、处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台。

作为传送网解决方案，MSTP伴随着电信网络的发展和技术进步，经历了从支持以太网透传的第一代MSTP到支持二层交换的第二代MSTP再到当前支持以太网业务QoS的第三代MSTP的发展历程。

二、基于MSTP技术传送网的特点
MSTP技术发展到现在经历了三个阶段，新技术的不断出现是MSTP技术不断发展的根本基础。

各个阶段的特点如下所述：
第一阶段：
•引入PPP和ML—PPP 映射方式，实现点对点的数据传输；
•没有数据带宽共享，所以分组数据业务的传送效率还是低；
•支持连续级联；
•不支持以太环网，数据的保护倒换时间长；
第二阶段：
•本身的SDH设备功能和组网功能就非常强；
•支持在TDM、IP、ATM之间的带宽灵活指配；
•可以支持真正的二层交换，达到充分的数据带宽共享；
•支持基于GFP的映射，支持虚级联的VC通道组网；
•提供基于LCAS机制的带宽调整能力；
•采用MAC地址+VLAN 交换，带宽共享同时保证安全性能和QoS；
第三阶段：
•具有第二代MSTP的所有功能
•支持基于RPR机制的以太环网；
MSTP进一步的发展方向就是采用自动交换光网络ASON的体制，在MSTP的传送平面上，引入一个智能化的、通过软交换信令实现的控制平面，借以实现动态的SDH电路配置和最灵活的多级带宽分配。

基于ASON技术的传送网特点
一、ASON技术简介
ASON（Automatically Switched Optical Network），自动交换光网络，是指能够智能化地、自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网。

所谓自动交换连接是指：在网络资源和拓扑结构的自动发现的基础上，调用动态智能选路算法，通过分布式信令处理和交互，建立端到端的按需连接，同时提供可行可靠的保护恢复机制，实现故障情况下连接的自动重构。

二、基于ASON技术传送网的特点
1．具有分布式处理功能；
2．与所传送客户层信号的比特率和协议相独立，可支持多种客户层信号；
3．具有段对段网络监控保护、恢复能力；
4．实现了控制平台与传送平台的独立；
5．实现了数据网元和光层网元的协调控制，将光网络资料和数据业务的分布自动地联系在一起；
6．与所采用的技术相独立；
7．网元具有智能；
8．可根据客户层信号的业务等级（CoS）来决定所需要的保护等级。

基于WDM技术的传送网特点
一、WDM技术简介
WDM，（Wavelength Division Multiplexing），波分多路复用，实质上是利用了光具有不同的波长的特征。

随着光纤技术的使用，基于光信号传输的复用技术得到重视。

波分多路复用的原理：利用波分复用设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤信道上。

在接收方，采用波分设备分离不同波长的光。

二、基于WDM技术传送网的特点
1．充分利用光纤的巨大带宽资源
使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。

2．同时传输多种不同类型的信号
由于WDM技术中使用的各波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号，实现多媒体信号（如音频、视频、数据、文字、图像等）的混合传输。

3．实现单根光纤双向传输
由于许多通信（如：打电话）都采用全双工方式，因此采用WDM技术可节省大量的线路投资。

4．多种应用形式
根据需要，WDM技术可有很多应用形式，如陆地长途干线网、广播式分配网络、用户接入网、局域网络、海底光缆等，因此对网络应用十分重要。

5．节约线路投资
采用WDM技术可使N个波长服用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量光纤。

另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便。

6．降低器件的超高速要求
随着传输速率的不断提高，许多光电器件性能已满足不了要求，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的要求，如激光器的频率稳定性等，同时又可实现大容量传输。

7．IP的传送通道
波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务（例如IP等）的方便手段。

通过增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量，如目前或将要实现的IP over WDM技术。

8．高度的组网灵活性、经济性和可靠性
利用WDM技术进行波长选路，实现网络交换和恢复，从而实现未来透明、灵活、经济且具有高度生存型的光网络。

1.3SDH、WDM传送网的关系
就目前的技术与应用状况来看，WDM系统在传送网中的位置如图1.2所示，其中的SDH 和WDM之间是客户层与服务层的关系。

相对于WDM技术而言，SDH、PDH、ATM和IP 信号都只是WDM系统所承载的业务信号。

从层次上看，WDM系统更接近于物理媒质层－光纤，并在SDH通道下面构成“光通道”层网络。

图1.2 WDM系统在传送网中的位置
1.4传送网的物理拓扑结构
网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络接点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。

网络拓扑的概念对SDH网的应用十分重要，特别是网络的效能、可靠性和经济性在很大程度上与具体物理拓扑有关。

当通信只涉及两个点时，即为点到点拓扑。

常规PDH系统和初期应用的SDH系统都是
基于这种物理拓扑的。

除了这种简单情况外，网络的基本物理拓扑有5种类型。

一、线形
当涉及通信的所有节点串联起来，并使首末两个节点开放时就形成了所谓线形拓扑。

在这种拓扑结构中，为了使两个非相邻点之间完成连接，其间的所有节点都应完成连接功能。

例如在两个终端复用器（TM）之间接入若干分插复用器（ADM）就是典型的线形拓扑的应用，也是SDH早期应用的比较经济的网络拓扑形式。

这种结构可以在中间站无需对信号解复用就能上下电路，因而比传统背靠背异步复用终端要经济灵活，但这种结构无法应付节点和链路失效，生存性较差。

如图1.3。

图1.3 线形拓扑
二、星形
当涉及通信的所有节点中有一个特殊的点与其余所有节点直接相连，而其余点之间互相不能直接相连时，就形成了所谓的星形拓扑，又称枢纽形拓扑。

在这种拓扑结构中，除了特殊点外的任意两点之间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的信息流进行选择路由、并完成连接功能，这种网络拓扑可以将枢纽站（即特殊点）的多个光纤终端统一成一个，并具有综合的带宽管理灵活性，投资和运营成本得到很大节省，但存在特殊点的潜在瓶颈问题和失效问题。

如图1.4。

图1.4 星形拓扑
三、树形
将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点时就形成了树形拓扑。

树形拓扑可以看成时线形拓扑和星形拓扑的结合。

这种拓扑结构适合于广播式业务，但存在瓶颈问题，不适合提供双向通信业务。

如图1.5。

图1.5 树形拓扑
四、环形
当涉及通信的所有节点串联起来，而且首尾相连。

没有任何点开放时，就形成了环形网。

将线形结构的两个首尾开放点相连就变成了环形网。

在环形网中，为了完成两个非相邻点之间的连接，这两点之间的所有节点都应完成连接功能。

这种网络拓扑的最大优点是具有很高的生存性，这对现代大容量光纤网络是至关重要的，因而环形网在SDH网中受到特殊的重视。

如图1.6。

图1.6 环形拓扑
五、网孔形
当涉及通信的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的点都直接互连时则称为理想的网孔形。

在非理想的网孔形拓扑中，没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的连接功能才能实现连接。

网孔形结构不受节点瓶颈问题和链路失效问题的影响，两点间有多种路由可选，可靠性很高，但结构复杂、成本较高、适合于那些业务量很大分布又比较均匀的地区。

如图1.7。

图1.7 网孔型
综上所述，所有这些拓扑结构都各有特点，在网中都有可能获得不同程度的应用。

网络拓扑的选择应考虑众多因素，如网络应有高生存性，网络配置应当容易，网络结构应当适于新业务的引进等。

实际网络不同部分适用的拓扑结构也有所不同，例如本地网中，环形和星形拓扑结构比较适宜，有时也可用线形拓扑。

在市内局间中继网中环形和线形拓扑结构比较适宜，有时也可以用线性拓扑。

在市内局间中继网中环形和线形拓扑可能比较有利，而长途网可能需要网孔形拓扑和环形拓扑。

实际需要可根据具体情况分析论证。

ITU-T尚未就网络拓扑结构进行标准化，而将其留给各电信主管规划设计部门自行研究决定。

1.5传送网的发展趋势
传送网向着增大容量、支持多业务、增强网络智能、开放网络接口等方向发展。

一、从提供TDM 业务为主向提供多业务的方向发展，以SDH 技术为主向包括MSTP、
RPR 和城域WDM 等多业务传送平台的方向演进，实现L1/L2特性归一化的、数
据平面和TDM平面并存的、融合了下一代NGN网络需求的多业务综合传送平台。

二、ASON标准逐渐成熟，ASON信令逐步实施到VC、波长和MPLS，在控制的层次
上形成完整的端到端体系。

逐步实现NNI、UNI 等接口和相关协议的标准化，实现
不同厂商设备间的的互联互通。

三、MSTP 与ASON 技术结合，传统网络管理功能与控制层面功能逐步协调配合，促
使ASON与MSTP协同工作；
四、波分技术向波长扩展和智能波长调度发展，提供更密集的波分和灵活的波长级
ADM调度。

五、OTN技术逐步成熟，为光电层波长业务的端到端提供设备支撑，逐步成为下一代
支持数据互连的传输设备之一。

OTN的优劣势
光传送网是在SDH光传送网和WDM光纤系统的基础上发展起来的。

相对传统SDH而言，ITU-T所定义的OTN的主要优势在于：
一、具备更强的前向纠错（FEC）能力。

OTN的带外FEC比SDH的带内FEC可以改
进纠错能力3～7dB；
二、具有多级串联连接监视（TCM）功能。

监视连接可以是嵌套式、重叠式和/或级联
式，而SDH只允许单级；
三、支持客户信号的透明传送。

SDH只能支持单一的SDH客户信号，而OTN可以透
明支持所有客户信号；
四、交换能力上的扩展性。

SDH主要分两个交换级别，即2Mbit/s和155Mbit/s。

而OTN
可以随着线路速率的增加而增加任意级别的交换速率，与具体每个波长信号的比特
率无关。

然而，OTN的主要不足之处是缺乏细带宽粒度上的性能监测和故障管理能力，对于速率要求不高的网络应用，经济性不佳。

全光OXC的发展
从实现技术上看，OXC可以划分为两大类，即采用电交叉矩阵的OXC（有时简称OEO 方式或电OXC）和采用纯光交叉矩阵的OXC（有时简称OOO方式或全光OXC）。

采用OEO 方式处理可以比较容易地实现信号质量监控和消除传输损伤，网管比较成熟，容量不是很大时成本较低，与现有线路技术兼容，更重要的是可以对小于整个波长的带宽进行处理和调配，符合近期市场的容量需要。

然而其扩容主要是通过持续的半导体芯片密度和性能的改进来实现的，由于系统的复杂性，无法跟上网络传输链路容量的增长速度。

最后，这类系统通常体积大、功耗大、容量很大时成本较高。

另一方面，采用光交叉矩阵的OXC省去了光电转换环节，不仅节约了大量光电转换接口，而且由于纯光消除了带宽瓶颈，容量可望大幅度扩展，随之带来的透明性还可以使其支持各种客户层信号，功耗较小，有更高效的多端口交换能力，具有更长远的技术寿命。

从端口成本和功耗看，这类设备也比采用OEO的OXC要低。

但是，这类设备可以交换的带宽粒度至少是整个波长，因此即使只有少量的附加带宽需求也必须提供整个波长，不经济。

其次，为了引入全光交换机，可能必须更新改造已有线路系统。

第三，在光域实现性能监视很困难。

第四，与全光交换机相连的线路是由一系列均衡过的光放大器构成的，而目前所有线路均衡方法都是专用的，涉及的相关因素很多，这些因素高度相关且互相依赖，使均衡工作很困难，也需要时间稳定。

若试图在均衡好的网状网中快速动态地实施波长选路，将会导致上述多种因素重新组合，需要对新的波长通路实施快速重新均衡。

而目前的光线路系统还无法以标准化的方式快速动态地实现网络均衡。

向ASON演进
尽管OXC已具有灵活组网能力，但传统意义上的OXC仅仅具有静态网络配置能力，缺乏自动联网智能和端到端的点击配置能力，因此无法适应日益动态的网络和业务环境，也不解决传统网络的结构问题。

随着IP业务成为网络的主要业务量后，对网络带宽的动态分配要求将越来越迫切，网络最终需要实时动态配置能力，即智能光交换能力，传统的静态交叉连接型OXC将升级为动态交换型智能光交换机，于是一种能够自动完成光网络连接的新型网络概念——自动交换光网络（ASON）技术应运而生。

ASON所带来的主要好处有：简化了网络结构和节点结构，允许将网络资源动态分配给路由，优化了网络资源分配，提高了带宽利用率，降低了建网初始成本，还缩短了业务层升级扩容时间，间接增加了业务层节点的流量负荷；简化了运行，实现了规划、业务指配和维护的自动化，降低了运维成本，避免了资源搁浅；光层的快速业务恢复能力；快速的业务提供和拓展；减少了运行支持系统软件的需要，减少了人工出错机会；可以引入新的波长业务，
诸如按需带宽业务（BOD）、分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、光层虚拟专用网（OVPN）等等。

ASON技术的引入，要注意如下问题。

一、如何使ASON合理地与传统网络衔接，目前还没有十分成熟的解决方案。

现有网
络中已经存在大量的SDH环网和WDM 系统，新的智能光网络设备引入后必须
与原有传送网互联才能发挥全网的效能，但那些不具备智能功能的网络设备，就成
为全网智能化的瓶颈，使得网络端到端连接的动态控制难以实现；
二、如何平衡人工管理与智能控制之间的关系，尚需在实践中探索。

智能功能的引入意
味着将减少人为干预，网络可靠性将不再仅仅依赖完善的操作、维护与管理流程，
而是要依赖智能软件的可靠性，将作为整个通信网底层承载平台的传送网的控制权
完全交付智能控制软件不能不令人有所顾虑。

另外分布式网络中多用户并发操作带
来的资源同步和抢占问题仍然需要进一步研究；
三、智能光网络标准和协议还存在许多不确定性，UNI、NNI等接口标准仍在发展之中，
不同厂家的智能光网络设备还不能很好地互通，这都将妨碍智能光网络的推广；
四、实际智能光网络产品的功能与性能还不尽人意，与理论宣称的愿景尚有差距。

目前已部署的某些智能光网络所启动的“智能”功能往往很少，依然主要依赖人工配置与管理。

我国过去十几年来，光纤通信的发展一直是以点到点的链路容量的扩展为主线的。

近几年来，随着高度动态的IP业务量的持续高速发展和专线业务的稳步发展，以及网络容量的相对宽余和竞争的加剧，传送网向动态联网的ASON的发展已经提到日程上来，建设一个大容量的高度灵活、动态、可靠的传送网已经成为我国传送网转型的关键和下一步发展的重点。

MSTP技术演进
MSTP将在目前第二代的基础上向第三代、第四代发展，引入RPR功能，将RPR技术与SDH技术结合，向第三代MSTP发展。

其实这只是一个准第三代的概念，因为并不是采用RPR来承载所有的TDM流量和数据流量，在原来SDH承载TDM流量的基础上，将承载数据流量的SDH机制改为RPR机制。

对于一个SDH环网，一些VC通道承载TDM业务，另外一些通道则承载RPR数据业务。

光纤切断时，承载TDM业务的VC通道进行复用段环倒换，而承载数据业务的通道则进行2层的RPR保护。

第四代MSTP则是引入ASON功能，MEF UNI增加自动交换传送ASTN的控制平面，实现自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、全网带宽动态分配等智能化城域传输。

同时MSTP在支持基本的以太网技术上，将支持数据网络的新标准，比如STACK VLAN、IETF、GMPLS信令等。

在提高数据传输效率方面也将不断改善，从当前的数据通信发展来看，数据包长度呈现下降趋势，短包的比率越来越高。

数据包是通过PPP/LAPS/GFP第一层次封装，然后再通过SDH第二层次封装。

数据包越短，封装效率越低，系统处理负荷越重，因此MSTP设备处理数据短包的能力也应该得到提高。

传送网为业务网提供支撑和服务，业务网的需求决定了传送网的发展。

目前以IP 为主的数据业务增长极其迅速，而传统光传送网主要是根据电路模式的语音业务进行设计，存在着诸如业务指分配处理复杂、带宽效率低、传输数据业务成本高、网络扩展性差等缺陷，不。