《大话传输网》学习笔记（二）——————MSTP多业务传送平台、传输距离的计算、波分复用系统DWDM、优缺点、OTN、SDH电交叉、ODUk、OTUk、OPUk、OTN光交叉、OTN单板系统

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-08-31 06:49 294阅读 0赞

# 一、MSTP多业务传送平台 #

## 简介 ##

2G时代可以实现低速上网浏览一些网页、QQ之类，但实现技术上来说（GPRS和EDGE）都是无线侧利用语音通道实现的，对于传送网来说，传送的还是E1业务。

2009年各运营商开始大力建设3G，在3G时代，手机上网速度明显快了，看视频、听音乐、下载电影都可以实现了，从单站宽带上说3G单站宽带达到了20M左右，到了HSPA+时代，单站宽带达到了50M，LTE阶段更是达到了100M以上。

语音TDM业务的帧无论是64K的话路还是E1电路，都是固定的每秒8000帧的帧率，这是语音业务的特点，因为无论是否说话，都进行每秒8000次抽样。

> MSTP（Multi-Service Transfer Platform 多业务传送平台）——一种基于SDH平台同时实现TDM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。

### 如何实现 ###

SDH通过FE或GE接口收到以太网数据，将完整的一帧缓存后，通过一种叫做通用成帧规程GFP的协议，对应封装到SDH的C12、C4等容器里面。

FE接口的最高宽带是100M，但是从以太网帧结构可以看出帧的数据内容长度是可变的，帧长度范围是64~1518字节，而且以太网帧没有固定的帧频。

FE接口的实际数据流量从0到100M皆有可能。

# 二、 传输距离的计算 #

## 1. 光通讯基本知识 ##

可见光波长范围： 390~760nm  
大于760，红外线  
小于390，紫外线

光纤通讯——光的全反射原理。

## 2. 影响光纤通讯的两个主要特性：衰耗、色散。 ##

衰耗——指发送的光信号经过光纤之后功率的衰落，当衰落到接收端无法正常识别便产生误码或中断。

色散——不同波长的光信号在光纤中的传播效应不同导致信号脉冲的变形，产生误码。

从脉冲信号的形状上来看，衰耗是指脉冲由高变矮了，色散是脉冲由瘦变胖了。

衰耗较小的波长主要集中在1310nm和1550nm左右的两个窗口上（850nm衰耗较高，一般用于多模光纤），而色散是随着波长的增加而增加的。

1310nm信号的衰耗较大但色散较小，因此一般称为零色散窗口；

1550nm附近信号的衰减较小但色散较大，称为低损耗窗口。

1310nm窗口的光信号可以利用光纤材料中的石英材料色散与纤芯结构色散的合成抵消特性，位移到1550窗口附近，因此长距离传输一般使用1550nm。

## 3. 衰减受限传输距离的计算 ##

衰减对传输距离的限制，由发光功率、接收灵敏度、线路损耗决定。

L = (Ps - Pr - Pp - C - Mc) / (af + as)

这个公式很简单，就是用发光功率减去接收灵敏度，得到线路上可以供衰减的上限，再用这个上限减去接头损耗、富裕度等固定要发生或预留的值，剩下的就是可以在光纤上容忍的衰耗值，用这个值除以每公里光纤的衰减，就得出了最大传输距离。

EDFA——光纤掺饵放大器，可以进行衰减补偿。

光放大版分为三种：

1.  功率放大板OBA
2.  前置放大板OPA
3.  光线路放大板OLA

SDH工程中，一般只使用OBA和OPA。

OBA——提高发送端的光功率，提高Ps  
OPA——提高接收端的灵敏度，降低Pr

#### SDH光接口型号 ####

例如S1.1、S4.1、L16.2、L64.2等等。

其中，S和L代表光口类型是长距离还是短距离，决定了Ps和Pr的值。  
小数点前数字N表示STM-N中的N。  
小数点后数字1表示1310nm，数字2表示1550nm。

## 4. 色散受限传输距离计算 ##

Ld = ε / Dm

传输距离 = 光源色散容限 / 每公里色散值

设备的最大传输距离必须同时满足上述两个主要受限因素，取小值。

#### OTN的传输距离 ####

OTN的传输距离相比SDH和分组网要复杂的多，OTN是在新建系统时将每一段的参数调整好并保留一定的余量，基本上是一劳永逸，计算较为复杂，需要时再查阅相关资料。

# 三、波分复用系统（WDM） #

## 1. 波分复用的基本概念 ##

波分复用是通过类似三棱镜的器件——合波器来将多路信号合并到一起的技术，可以大幅提高单根光纤中的传输速率。

传送网的MSTP和分组传送网技术，都是在一根光纤中传送单个的波长，速率的提高是靠缩短单bit信号的时间来实现，越高的速率意味着单bit信号之间就越拥挤。

光通讯的波段和波长的对应关系如下：

O波段 —— 1260~1360nm 100  
E波段 —— 1360~1460nm 100  
S波段 —— 1460~1530nm 70  
C波段 —— 1530~1565nm 35  
L波段 —— 1565~1625nm 60  
U波段 —— 1625~1675nm 50

可以看出，能够适用于长距离大容量传输的波段资源是非常有限的，波道之间的间隔决定了对于资源的使用效率，频率间隔越小则可以复用的波长就越多。

根据波长间隔的疏密程度，波分复用可以分为：

##### DWDM —— 密集波分复用。 #####

波长间隔为0.4nm或0.8nm左右，使用C波段和L波段。

一般的40波系统就是采用C波段间隔0.8nm；  
80波系统一般使用C波段间隔0.4nm。

将80波中的偶数波去掉，剩下的就是波道间隔为0.8nm的40波系统，我们将40个奇数波道和40个偶数波道分别称为C和C+波段。

在80波不能满足容量要求的时候，可以使用L波段，原理与C波段相同。

##### CWDM —— 稀疏波分复用，简称 粗波分。 #####

CWDM的频率间隔为20nm，使用O、E、S、C、L五个波段（U波段没有使用），波道数支持最大16个。

##### 应用比较 #####

由于密集波分的波长间隔小（ITU-T G.692建议WDM中心波长的偏差不大于信道间隔±20%），而温度对于波长的稳定性影响较大，所以密集波分需要使用冷却激光器和温度控制功能。

而对于粗波分来说，温度变化导致的波长飘逸仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机制，另外密集波分的合波器与分波器的工艺要求也高于粗波分，因此密集波分的成本要大于粗波分。

粗波分由于波道容量较小，一般应用于传送网接入层，而密集波分目前大规模应用于各大运营商的省际干线（一干）、省内干线（二干）和本地核心汇聚层。

DWDM系统的组网结构为环形或环加链结构，不具备光缆双路由的边远县城、乡镇节点一般以链型方式接入到OTN环路中。

## 2. WDM系统组成 ##

##### 波长变换 #####

业务侧信号都是频谱较宽的单波长信号，我们称之为白光。

合并之前，需要将信号转换成系统规定的精准波长的信号（彩光），所以首先需要经过具备波长转换功能的光转发单元——OTU。

OTU——将客户侧信号转化为电信号之后，再通过固定或可调的光模块转换为规定的波长实现任意波长信号到满足G.692要求的波长信号的转换功能。

合分波器是无源光器件，可以分为衍射光栅型、棱镜型、波导型等。

##### 损耗补偿 #####

信号在线路上的损耗：OBA、OLA、OPA。  
放大功率：OLA > OPA > OBA.

##### 站点类型 #####

WDM系统按照站型可以分为：  
OTM——光终端复用站  
OADM——光分插复用站  
OLA——光线路放大站

为了使管理与监控信息不依赖于传输的业务，波分系统使用一个单独的信道来管理WDM设备，这个信道就是光监控信道OSC.

G.692规范的外带OSC使用的标称波长为1510nm，数据的传输速率为2Mbit/s，OSC得不到EDFA的放大，靠低速率下的接受灵敏度（优于-50dBm）仍能正常工作。  
但必须在EDFA之前下光路，在EDFA之后上光路。

## 3. DWDM的优缺点 ##

#### 优点 ####

1.  单光纤传送速率大幅度提升，节约了光纤资源
2.  扩容便捷性大大提高，只需要增加一些波分板件就可以实现，大大缩短了建设周期
3.  波分系统无电中继距离达到了几千公里，大大提高了传送网的传输距离。无电中继就是不经过光电转换，只靠对光信号的放大、补偿整形就能达到的传输距离。如果使用电中继理论上的传输距离是无限远的。

#### 缺点 ####

1.  业务调度不灵活。不对帧结构进行处理，传统的DWDM只支持10G和2.5G的信号，而GE等一些小颗粒则无法直接接入到DWDM系统，需要SDH设备进行低速信号的交叉复用。
2.  仅支持点对点组网结构。同一站点的不同方向的业务调度只能靠尾纤跳接来实现，DWDM和PDH设备一样，也是一对对背靠背的TM组成。
3.  网络维护、管理不灵活，DWDM系统的监控通道仅为2M。在SDH的STM-1帧结构中各种开销带宽就达到了20多M，而DWDM对整个40路或80路10G信号的监控仅仅只有2M.
4.  DWDM仅支持对光缆线路和单个波道进行保护，因为DWDM的最小业务单元就是波道，而对于波道以下的低速信号并不关心。所以，自然也无法提供类似SDH通道保护级别的保护。

## 4. OTN对DWDM的改进 ##

1.  定义了一系列速率等级和帧结构：OTUk、ODUk、OPUk。基于不同等级的ODUk颗粒，就可以实现类似SDH的电交叉功能，使小颗粒的信号可以合并在大的通讯中传送，OTN的一个波道中也像SDH那样拥有了大大小小的容器，所以对于2.5G以下的低速信号，OTN从体制上就具备了接入和处理的能力，提高了带宽的利用效率。
2.  通过WSS（波长选择开关）等技术，支持一波长信号为基础的灵活调度，提升业务调度的灵活性。也就是以波道为颗粒进行交叉，有点像SDH里的高阶交叉的概念，但是交叉的单元是光信号，所以叫做光交叉。
3.  OTN帧结构中引入了类似SDH的丰富的开销机制，增强了网管能力。

## 5. SDH电交叉 ##

OTN的业务处理分为光层和电层。

电层——处理ODUk的颗粒。

> 对单个波道中ODUk数据进行映射、交叉、复用。

光层——基本单元为波道。

> 负责将波道合并、分离，将波长信号在各个站点上下、调度。

SDH的交叉颗粒是从2M-10G，而OTN的业务颗粒是GE以上到100G，颗粒度远大于SDH。SDH仅能实现GE和2.5G的交叉，且实现成本高于OTN。

### 速率等级和容器 ###

OTN在电层规定了一系列的速率等级和容器：OTUk、ODUk、OPUk。

这个OTUk就和SDH的STM-N是类似的概念，区别是OTUk的容量和STM-N不在一个级别上，ODUk就相当于SDH里面的虚容器VC，OPUk就相当于SDH中的容器C。

ODUK的等级：

ODU0 —— GE

ODU1 —— 2.5G

ODU2 —— 10G

ODU2e —— 10GE

ODU3 —— 40GE

ODU4 —— 100GE

#### ODU flex ####

ODU flex是速率灵活的可变容器，可以支持2.5G以上的任何速率（1.25以下映射到ODU0，1.25G-2.5G映射到ODU1），系统会根据业务的速率自动支配ODUk组合，速率间隔为1.25G。

因为OTN的最小颗粒就是ODU0 —— 1.25G。

#### 帧结构简介 ####

OPUk中承载着客户的信息净荷。

客户信息净荷 + OPuk开销 = OPUk帧（ODUk净荷）

OPUk帧 + ODUk开销 + FA帧（帧定位字节）= ODUk帧（OTUk净荷）

ODUk帧 + FEC（前向纠错码） = OTUk帧

#### OTN帧与SDH的对比 ####

SDH的STM-N帧结构中，不同的N对应着不同的帧结构，而帧频都是8000帧每秒。

OTN中的ODUk帧格式不随着k的改变而改变，都是4\*4048字节块状帧，但是不同ODUk等级对应的帧频不同。

#### 光层的体系结构 ####

光层的体系结构也像SDH一样，分为光通道层、光复用层和光传送层。

#### 电交叉单元开销 ####

在接了三条4*ODU1线路的电交叉单元中，不管怎样调度占用的电交叉容量都是12*ODU1 = 30G。

因为将箱子放在调度中心，就占用了调度中心的一块地方，做复杂的交叉和简单的交叉，所占的容量是不变的。

## 6. OTN光交叉 ##

FOADM——固定光分叉复用器，其中的固定是相对ROADM来讲的，哪些波长上下或直通可以通过人为的操作去调整。

这种方式通常在网络建设的时候就将波道资源给各站点划分预留好，需要变更的时候就需要上述的繁琐的人为手动操作过程。

而ROADM则可以动态的在网管上配置波长，远程配置每个波长的透传或阻断。

二维的ROADM通过WB（波长阻断器）和PLC（平面光波导）计数来实现，而多维的ROADM通过WSS（波长选择开关）来实现。

波长阻断器（WB）的原理是通过功分器把全部波长的信号分为两束，一束经过WB模块，传输至下一个站点，另一束则传到下行支路，WB模块的作用是将需要下行的波长阻断。

WB模块最常见的结构是使用解复用器-可变光衰器-复用器结构，即解复用后每个波长都接一个可程控的可变光衰减器，根据需要将已下行的波长衰减掉，剩余的波长在经过波分复用器复用后传输到下一个网元。

WB只是能控制哪些波长的穿通，完整的动态下波业务还需要借助其他器件来实现，PLC实现的功能和波长阻断器相同，只是上下波长的功能和穿通部分集成到了一个芯片上，集成度较高，损耗较小。

将那些波阻断可以通过网管配置来实现，不需要人工操作，大大提高了波长配置的灵活性。

如果该站点有两个以上的光方向的话，我们需要在这多个方向之间调度波长信号，只有两个维度的WB和PLC无法实现，可以通过WSS（波长选择开关）来实现。

从需求的角度讲，由于运营商的各大骨干、汇聚节点之间的业务需求相对稳定，目前没有大量的光波长级别的灵活调度需求，所以，目前光交叉在我国应用较少，仅在国干层面有少量的应用。

## 7. OTN系统单板 ##

#### 公共单板 ####

一次性配置，终生使用，一般情况下不需要更换和扩容。

#### 业务单板 ####

1.  线路板
2.  支路板
3.  支线路合一板

传送网的线路侧是指站点之间的接口，而支路侧是本站上下业务的接口。

对于波分来讲，线路侧接口指的就是波道，就是40波中的任何一波，我们要使用某一波，就要配置线路板，也就是波长转换（OTU）板。

支路板提供业务接口，可以接入SDH、分组网、大客户、IP城域网等等业务需求。

##### 线路板 #####

从接口数量来分：单路、双路、四路

从速率上来说：10G、40G、100G

按照波长是否可变：可调波长和固定波长

可调波长的线路板可以根据需要选择波长，提高波道利用的灵活性，同时也可作为备件，但价格要高于固定波长的线路板。固定波长的线路板需要在购买时告知厂家是第几波，波长无法更改。

一个站点在某一波配置了线路板就可以上下业务，没有匹配值线路板就是改波直通，该站点在这一波就是中继的角色。

例如，在40波系统中配置了线路板的叫做已配置波道，只有配了线路板的波道才能够传送业务，其余没有配置线路板的叫做空波道。

配置数/总波道数=波道利用率。

##### 支路板 #####

支路板负责客户业务的接入，将信号输送到电交叉矩阵。

##### 支线路合一板 #####

对于波道速率相同的业务，接入后不需要经过交叉单元，信号接入后直接送给光转发单元，支路板和线路板的功能集成到一起，叫做支线路合一板。

支线路合一板按照接口数量分为：单路、双路等等。

传统的DWDM系统都是采用的支线路合一板。

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