光传输基础原理（华为）.

Presentation on theme: "光传输基础原理（华为）."— Presentation transcript:

1 光传输基础原理（华为）

2 目录 SDH原理 WDM原理 PTN原理 OLP原理 Page 2

3 ITU－T建议复用路线图 SDH（同步数字传输系统） SDH复用方式－同步字节间插复用 139264 Kbit/s（E4） ATM
课程名称 SDH（同步数字传输系统） ITU－T建议复用路线图 C-4 C-3 VC-3 VC-12 VC-11 TU-3 TU-12 TU-11 TUG-2 TUG-3 VC-4 AU-4 AU-3 STM-N x3 x1 xN x7 x4 Kbit/s（E4） ATM 44736 Kbit/s（T3） 34368 Kbit/s（E3） 2048 Kbit/s（E1） 1544 Kbit/s（T1） AUG C-12 C-11 SDH复用方式－同步字节间插复用 对PDH、ATM和IP信号的兼容。IP信号经过VC12/VC3/VC4信号的虚级联封装进入SDH信号。SDH、ATM信号的复用路线如上图所示。 2M（E1）信号经过打包后进入C－12，C12经过封装后变为VC12，通常说VC12是2M经过打包和封装变化而来。 140M（E4）信号经过打包后进入C-4,C4信号经过封装后变为VC4，通常说VC4是140M信号经过打包和封装而来。 B1 B2 B3 C1 C2 C3 A1 A2 A3 D2 D1 D3 华为技术有限公司 版权所有 未经许可不得扩散

4 SDH帧结构 通常所说的155M信号也就是STM-1信号，结构为9行×270列，速率为 9(行)*270(列)*8(bit)*8000(帧/s)=155.52Mbit/S（含开销） 一个2M信号的结构为9行×4列，速率为9*4*8*8000=2.304Mbit/S（含开销） 一个字节的速率为8*8000=64Kbit/S，为传统的一路固化速率。 Page 4

5 SDH段开销 A1、A2：定帧字节，寻找连续信号流的帧头 A1=f6H、A2=28H 连续5帧找不到A1、A2上报 ROOF告警，OOF持续3ms上报RLOF告警 J0：信道连接指示，厂家自定义，如华为一般定义为“Huawei SBS ”，当收到连续的“Huawei SBS ”时，认为信道连接时正常的，否则上报J0_MM告警 D1~D12：数字通信通路(DCC)字节，网元间相互通信使用 E1、E2：公务联络字节 B1：再生段误码监测字节，对整个STM-N信号进行BIP8误码校验，检测到误码会上报RS-BBE性能事件，如果误码过量会上报B1-SD（默认10-6）/B1-EXC（默认10-3）告警 B2：复用段误码监测字节，对整个STM-N信号除RSOH以及AU-PTR之外的部分进行BIP24误码校验，检测到误码会上报MS-BBE性能事件，如果误码过量会上报B2-SD（默认10-6）/B2-EXC（默认10-3）告警 K1、K2：自动保护倒换(APS)通路字节，用于传递复用段协议，其中K2(b6~b8)可以用于指示复用段告警，如果为111表示MS-AIS，110表示MS-RDI S1：同步状态字节，用于表示各时钟源的时钟质量，并可用于时钟源保护倒换 F1：透明数据传递字节，用于网元间开通少量64K业务（现在很少用） M1：复用段误码回告字节，用于回告对端检测到的误码数量，对端会在MSFEBBE性能事件中体现 Page 5

6 VC3的开销结构和VC4开销结构相同 SDH高阶通道开销 1 261 J1 B3 C2 G1 VC4 F2 H4 F3 K3 9 N1
J1 通道踪迹字节（HP-TIM） B3 通道BIP-8字节（HPREI） C2 信号标识字节（HP-SLM/UNEQ） G1 通道状态字节（用来将通道终端状态和性能情况回送给源设备 HPFEBBE HPREI） F2、F3 通道使用者通路 H4 复帧位置指示器（HP-LOM） K3(b1~b4) 自动保护倒换(APS)通路 K3(b5~b8) 备用比特 N1 网络运营者字节 VC3的开销结构和VC4开销结构相同 J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 1 261 9 VC4 Page 6

7 SDH低阶通道开销 J2：作用类似与J0/J1 N2/K4：保留备用 V5：作用见下表 误码监测 （BIP-2） 远端误块指示 （REI）
9 500us VC-12复帧 V5 J2 N2 VC-12 4 K4 J2：作用类似与J0/J1 N2/K4：保留备用 V5：作用见下表 误码监测 （BIP-2） 远端误块指示 （REI） 远端故障指示 （RFI） 信号标记 （Signal Lable） 远端接收失效指示 （RDI） 1 2 3 4 5 6 7 8 误码监测： 传送比特间插奇偶校验码BIP-2： 第一个比特的设置应使上一个VC-12复帧内所有字节的全部奇数比特的奇偶校验为偶数。第二比特的设置应使全部偶数比特的奇偶校验为偶数。 (从前叫作FEBE)： BIP-2检测到误码块就向VC12通道源发1，无误码则发0。 有故障发1 无故障发0 信号标记： 表示净负荷装载情况和映射方式。3比特共8个二进值： 000 未装备VC通道 001 已装备VC通道，但未规定有效负载 010 异步浮动映射 011 比特同步浮动 100 字节同步浮动 101 保留 110 O.181测试信号 111 VC-AIS 远端接收失效指示(从前叫FERF)： 接收失效则发1，成功则发0。 Page 7

8 SDH网元的基本结构 6、公务：提供公务联络电话。 1、线路接口：完成线路信号STM-N的光-电转换；进行管理开销的处理。
2、支路接口：完成上、下业务信号。 PDH：2M、34M、45M、140M； SDH：155M、622M、2.5G ETH：10M、100M、GE、10GE 3、交叉矩阵：按需求对线路信号、支路信号中的VC进行交叉连接，实现线路-线路、线路-支路、支路-支路间的交叉连接；满足上、下电路等功能。 5、通信与控制：采集设备各单元的数据；通过DCC通道传到网关； 接收网管系统的命令并执行 SDH设备主要功能模块包括：交叉、线路、支路、定时、公务以及主控单元。 4、定时电路：对内：向设备的各单元提供定时信号；对外：外定时；提取定时；保持/自由运行方式；定时基准倒换。 6、公务：提供公务联络电话。 Page 8

9 SDH网络的基本结构 业务上下：2M/34M/140M/ETH/ATM… 时钟同步：使传输网络时钟同步 网管系统：实时监控和管理网络运行
Page 9

10 1+1恢复/非恢复 1:1恢复/非恢复 线性复用段 1:N恢复/非恢复 复用段保护 两纤单向、双向 环形复用段 4纤双向 子网连接保护
SDH网络的常用网络级保护 1+1恢复/非恢复 1:1恢复/非恢复 线性复用段 1:N恢复/非恢复 复用段保护 两纤单向、双向 复用段保护的特点是某一段光纤中承载的业务一起倒换、一起恢复 环形复用段 4纤双向 子网连接保护 子网连接保护的单位是具体的某一条业务，可以单条业务倒换 ASON保护 ASON保护有些类似与数通设备的路由选路原理，通过协议选路对业务进行保护。当前网上应用较少。 Page 10

11 复用段保护示意图 线性复用段 故障时双端切换到保护通道 环形复用段 Page 11

12 子网连接（SNCP）保护示意图 工作 子网一 SNC起始端 SNC终结端 选择器 网元A 网元B 保护 子网二 SNC
MSP与SNCP的对比： MSP的缺点：1、单条业务故障无法倒换；2、倒换需要走协议，可靠性不如SNCP；3、环形复用段不支持不同厂家之间组网 SNCP的缺点：1、业务容量小，每条业务都需要遍历全环；2、大量业务一起倒换时倒换时间可能超标。 Page 12

13 业务的原始路径是从BHE-SDR-SGI-RCE
ASON保护示意图 BHE SGI 5 3 4 6 SPO SDR FLA 1 7 2 RIO RCE 业务的原始路径是从BHE-SDR-SGI-RCE Page 13

14 目录 SDH原理 WDM原理 PTN原理 OLP原理 Page 14

15 小车/信号 高速路/光纤 加油站/光放站 巡逻车/监控信道
什么是WDM？ 高速路 加油站 巡逻车 2.5G 10G GE 小车/信号 高速路/光纤 加油站/光放站 巡逻车/监控信道 Page 15

16 WDM的概念 把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送，这种方式我们把它叫做波分复用（ Wavelength Division Multiplexing ）。 稀疏波分复用（CWDM）：波长间隔大，一般为20nm 密集波分复用（DWDM）：波长间隔小，小于等于0.8nm Page 16

17 WDM的基本网络结构 WDM存在的最大的意义，就是将在一根光纤上能传输的最大业务容量从10G/40G/100G提升到了0.8T/3.2T/8T，并且还在向更高速度发展。 Page 17

18 WDM的核心部件 增益 λ1~ λn EDFA Pin Pout
OTU：波长转换单元，将光信号调整成精确的特定波长；下面是常规光纤的损耗-波长曲线图 最适合波分信号传递的是C和L波段， 分波、合波单元：有了这个才能把多个波长混合到 一根光纤中传输，有多种实现技术，目前常用的是 波导阵列光栅（AWG）。 光放大器：实现信号长距离传输必不可少的器件 Pin Pout 增益 λ1~ λn EDFA

19 NG WDM的基本结构 大容 量 交叉 板 ………… GE/10GE 支路单元 155/622M 2.5G ESCON
NGWDM结合了传统WDM与SDH设备的特点，通过光电分离＋大容量交叉板的结构，即具备了WDM设备大容量传输的特点，又具备了SDH设备保护充分、多业务接入的特点。 Page 19

20 OTN（G.709）帧结构与SDH帧结构对比 每秒8000帧 正是因为NGWDM采用了固定的帧结构，才具备了交叉能力，才实现了灵活的调度。
SOH AU PTR STM-N净负荷 (含POH) 9×N 261×N 1 3 4 5 9 SDH帧结构 帧结构：4行、4080列，固定不变 帧速率：可变 kHz ( s) for OTU1 kHz ( s) for OTU2 kHz (3.035 s) for OTU3 包括：OPUk、ODUk、OTUk、FEC几个部分 每秒8000帧 帧结构：9行，270n列，长度可变 帧速率：8000帧/秒，固定不变 包括：段开销、指针、通道开销、净荷 G.709帧结构 正是因为NGWDM采用了固定的帧结构，才具备了交叉能力，才实现了灵活的调度。 Page 20

21 WDM常见的网络级保护 WDM设备上常用的保护形式主要是各类1+1或SNCP的变形。 光线路保护 板内1+1保护 OLP单板 业务站点
工作光纤 保护光纤 FIU/OA单板 A B C D OTU单板 业务站点 工作路由 保护路由 其他站点 FIU/OA单板 Page 21

22 WDM常见的网络级保护（续） 客户侧1+1保护 ODUk SNCP 保护 OTU SCS/OLP 客户 业务 支路 线路 XCS 客户业务
6800/8800带集中交叉配置 支路 线路 XCS 客户业务 除上面几种常见的保护外，WDM设备还支持：ASON保护、DBPS 保护、DLAG 保护、支路 SNCP 保护、光波长共享保护、SW SNCP 保护、VLAN SNCP 保护、MS SNCP 保护、WXCP保护、1:N保护，目前都不怎么用。 Page 22

23 目录 SDH原理 WDM原理 PTN原理 OLP原理 Page 23

24 Packet Transport Network
PTN的电信级分组承载理念 PTN = Packet Technology + SDH Operation Experience 带宽统计复用 Packet Technology L2/L3层交换能力 面向未来转型 PTN Packet Transport Network SDH Transport Experience E2E的网络管理 基于硬件的OAM和可靠网络保护 精确的时钟传送能力 Packet 技术搭建面向ALL IP的平台，具有更高的网络效率，灵活的调整能力，更好的可扩展性. SDH 传送体验确保了由everything over SDH backhaul 到 everything over IP backhaul的平滑转型 . Page 24

25 PTN技术的关键特征 QoS 保障重要业务不掉线
2G TDM 3G ATM 3G/LTE IP PWE3多业务统一承载技术 QoS 保障重要业务不掉线 类SDH维护管理方便易用 PTN/CE Metro xDSL Ethernet Microwave BSC GPON LTE/WiMax CDMA2000 EVD0 增强的低时延路由器架构 硬件OAM E2E50ms保护 高精度的时钟、时间同步 增强路由器架构：HQoS分层保证业务，可区分的统计复用，PWE3(边缘到边缘的伪线仿真)综合承载语音、数据业务； 可运营可管理：端到端的网络管理能力，SDH-Like OAM机制； 面向未来：LTE、高质量专线综合承载，完善的同步方案。

26 PTN设备整体框架 100%分组交换核心，采用电信级高可靠设计理念 领先的同步系统设计架构
业务类型无关 的交换平台 NativeTDM TDM PWE3 E1/E3/STM-1 STM-N ATM PWE3 统一的 分组交换 核心单元 IMA/ATM E1/STM-1 GE/10GE Native Eth Eth PWE3 FE/GE/10GE 同步方案 TDM/SDH同步 IEEE 1588v2同步 同步以太 100%分组交换核心，采用电信级高可靠设计理念 领先的同步系统设计架构 支持TDM/ATM/ Eth (IP)等多业务与接口 更强的网络组网能力 Page 26

27 PTN的设备模型 用户侧业务接口 PHY 统一的业务交换平面 UNI NNI 统一的管道交换平面 网络侧组网接口 PHY LO TVC
10GE GE FE STM-1 chSTM-1 E1 STM-1 PHY ETH LO TVC ATM 统一的业务交换平面 UNI IP PPP MP CES Section TVC NNI Overhead 统一的管道交换平面 HO TVC Overhead ETH Overhead MP PPP 10GE GE FE xDSL Microwave STM-1/4/16 网络侧组网接口 PHY chSTM-1 E1 Page 27

28 PTN多业务承载——协议栈 链路层 链路层 PTN PTN PTN PTN RNC NodeB 本地 业务 本地 业务
LSP LSP 本地 业务 PW PW 本地 业务 PTN Native 业务 本地 业务 PW PW 本地 业务 本地 业务 本地 业务 TDM/ATM/Ethernet/IP 净荷封装 净荷封装 PW PW MPLS PW LSP LSP MPLS LSP 链路层 链路层 Ethernet/VLAN/MLPPP 物理层 物理层 10GbE/GbE/FE/POS PTN

29 Connectivity Layer OAM Service Layer OAM（UNI to UNI）
OAM实现方案—SDH Like MSCG BTS SR PTN PTN PTN NodeB RNC 高阶通道层 (HO-VC) 低阶通道层 (LO-VC) 再生段层 (RS) 复用段层 (MS) Tunnel层 PW层 物理层 数据链路层 (Ethernet) 提供传送通道或Tunnel管道的连接建立和监控 多低阶业务映射到一个高阶或多个PW映射到一个Tunnel 对业务净荷进行适配封装，实现最贴近业务层的监控 封装后映射到上一通道层或Tunnel层进行承载 在物理媒介上，在光/电等媒介实现对Bit流传送 监测和定位物理层网络故障 承载固定通道VC或弹性管道Tunnel和链接建立 对链路的质量好坏进行监控 IEEE 802.3ah EFM ITU Y.1731 OAM Connectivity Layer OAM IEEE 802.1ag /ITU Y.1731 Service Layer OAM（UNI to UNI） ITU Y.1730 /ITU Y.1711 OAM LSP PW 网络性能 网络侧业务及通道管理 客户侧业务管理 硬件OAM，更快、更稳定 OAM ASIC 助力您的系统 OAM ASIC 保护倒换的加速器 OAM ASIC 保护倒换的加速器和护航者 OAM ASIC 电信级保护的加速器 OAM ASIC, Accelerator of Carrier-Class Protection SDH-like hardware-based OAM experiencing OAM ASIC 保护倒换一蹴而就 OAM ASIC 为您的网络保驾护航 PTN OAM 具备像SDH一样的分层架构的管理维护能力 分层监控，实现快速故障检测和故障定位 多个层次检测，可靠性高，发生故障时合理启动相应层级的保护机制

30 网络业务保护之APS保护（1:1 示例） 大规模组网： 可靠性强，倒换时间< 50ms) 背板 4k保护组，海量基站接入，
NNI 背板 网络侧 线卡 OAM Engine APS Protocol NNI 10GE/POS UNI 3.3ms 6.6ms 10 ms NNI W Tunnel OAM OAM 用户侧业务接口卡 UNI Packet Engine 网络侧 线卡 APS Protocol NNI OAM Engine APS Packet Engine P Tunnel OAM APS OAM Packet Engine 大规模组网： 4k保护组，海量基站接入， 配合 MS-PW，网络扩展性更强 可靠性强，倒换时间< 50ms) OAM 报文由硬件转发 APS 基于硬件，不需主控板参与.

31 PTN端到端可靠的业务保护方案 方案实现简单，由于不同的基站在不同的VLAN内，广播域严格隔离；
网络边缘保护机制 E1保护： TPS、IMA、MLPPP STM-N保护： LMSP 1+1/1:1 Ethernet保护：LAG 设备级保护 主控/交换单元 时钟处理单元 风扇单元 NodeB BTS RNC PTN PTN PTN NodeB PTN PTN RNC 网络内部保护机制 E1的 保护： 1:N TPS LSP /PW的保护： APS 1+1/1:1 PW APS、IPoPW 保护、MPLS 环保护 PTN NodeB 网络边缘保护机制 E1保护：TPS STM-N保护： LMSP 1+1/1:1 双归保护：MC-LAG/MC-LMSP/VRRP 方案实现简单，由于不同的基站在不同的VLAN内，广播域严格隔离； 快速故障定位，根据LSP状态检测，提供节点和链路级50MS故障保护； 海量的LSP保护组（4k），满足大规模组网的保护倒换需求。

32 目录 SDH原理 WDM原理 PTN原理 OLP原理 Page 32

33 OLP原理 OLP光线路保护针对的对象是线路的主光路信号，如断纤的场景。
当检测到两路光信号的功率差大于3dB而小于5dB，产生告警但不发生倒换 当检测到两路光信号的功率差大于5dB，则选择并倒换到光信号功率大的光路上 OLP保护原理示意图

34 OLP保护方式1-OMS保护 应用场景：主备路由采用不同的光缆的纤芯——主备光纤的衰耗、色散及长度有明显不同。
由于OLP加在了光放之前，增加了站内的插损，但是这个插损可以通过更新线路侧光放来弥补，而由于线路上的衰耗事实上没有增加。所以，对于纯OTM/OADM-OTM/OADM保护，这种配置对系统主路由的光功率预算及设计信噪比没有冲击。

35 OLP保护方式2— OTS保护 应用场景：主备路由使用同一光缆的纤芯——主备光纤的衰耗、色散及长度相近。
配置方案：对于这种场景将OLP配置在FIU之后，相当于在OTS跨段上将原站点的线路侧光信号一分为二进行双发选收。由于主备光纤的参数相近因此光放配置、色散补偿采用一个配置即可，如下图所示。 由于OLP加在了光放之后，相当于增加了线路跨段的衰耗(增加4.5dB)，而一般情况下，对于单个OTS跨段原始光层配置最多只考虑3dB的衰耗余量，所以这种配置对系统的光功率预算及设计信噪比有较大冲击。

36 OLP单板 OLP单板功能框图 OLP单板的面板
由于OLP加在了光放之后，相当于增加了线路跨段的衰耗(增加4.5dB)，而一般情况下，对于单个OTS跨段原始光层配置最多只考虑3dB的衰耗余量，所以这种配置对系统的光功率预算及设计信噪比有较大冲击。 OLP单板功能框图 OLP单板的面板

37