1、踌章却童大肇 硕士研究生学位论文学号：鱼鱼重年月嬲必独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人签名：么鲥本人承担一切相关责任。日期：丝也；。！圣关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的
2、知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人签名：导师签名：日期：至！：至：查醐：之抑以饵光传送网映射技术的设计和实现光传送网映射技术的研究和实现摘要（）为新一代传送网技术。它以波分复用技术为基础，同时具备了和两者的优点，能够提供大颗粒业务的高效复用和调度、多种业务的透明传输、具备丰富的开销管理、实现更远的传输距离、具有完善的标准化技术体制，使得必然成为下一代光网络的主流技术之一。本文在国家计划课题“大容量光传送网（）关键技术与设
3、备系统”资助下，针对映射等关 键技术展开研究，主要工作如下：分析了现行映射技术上存在的缺陷和不足，并在映射方案，开销设计等方面提出了改进意见。通过分析网络的客户信号映射过程，提出了一种基于通道标签的电交叉复用方法，用于将码流映射进单元。另外，本文 还将客户信号失效（）指示与网络的保护倒换相结合，设计了一种满足网络保护倒换实时性要求的开销指示方法。采用分别设计实现了 业务速率适配模块和映射功能模块。其中，业务速率适配模块解决了采用协议将信号封装入中时会遇到的业务时钟同步到本地时钟的问题；而映射功能模 块完成了客户信号的成帧解帧功能。研究了目前标准制定中的热点议题机制，设计了一种新的机制。这种机制
4、由于不需要网管的参与，能真正作到自动的“无损”的动态带宽调整，符合未来网络应用需求。关键词：光传送网映射技术的设计和实现光传送蚂映射技术的设计和实现（），”（），：，光传送网映射技术的设计和实现，一，”，：光传送网映射技术的设计和实现目录摘要】玉 第一章绪论研究背景及意义网络 的发展历程及趋势网络的特点课题 来源论文主要研究内容及结构第二章网络映射机制及技术研究网络结构光传 送网接口结构结构全功能（）结构简化功能和结构一复用映射结构和比特速率复用映射结构比特速率和容量映射技术映射技术概述映射技术在交叉连接中的应用。映射技术开销优化现有方案及存在的问题新方案的设计业务速率适配模块的设计和实现原理
5、介绍详细设计 第三章设备中映射功能的设计和实现需求分析方案设计与实现光传送列映射技术的设计和实现发送模块块功能说明接收模块设计实现环回模 块设计： 软件接口 说明仿真测试代码 体系简介仿真设计激励模块设计介绍仿真内容激励模块仿真结果。第四章网络中技术的研究提出的背景及意义 机制原理目前提出的机制方案设计机制比较第五章总结和后续展望总结展望。参考文献致射攻读学位期间发表的学术论文和参加科研课题情况北京邮电人学硕一：研究生学位论文研究背景及意义第一章绪论网络 的发展历程及趋势随着网络业务对带宽的需求越来越大，运营商和系统制造商一直在不断地考虑改进业务传送技术的问题。数字传送网的演化也从最初的基于的
6、第一代数字传送网， 经历了基于的第二代数字传送网，发展到了目前以为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计的， 虽然也可用来传送数据和图像业务，但是传送效率并不高。相比之下，第三代传送网技术，从 设计上就支持话音、数据和 图像业务，配合其他 协议时可支持带宽按需分配（）、可裁剪的服务质一、）及光虚拟转网（）等功能。年，国际电信联盟电信标准化部门（正式提出了的概念。从其功能上看，在子网内可以以全光形式传输，而在子网的边界处采用光电 光 转换。这样，各个子网可以通 过 再生器 联接，从而构成一个大的光网络，因此，可以看作是传送网络向全光网演化过程中的一个过渡应用【。（
7、光传送网，），是以波分复用技 术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。通过、等一系列的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。将解决传统网 络无波长子波 长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。在的功能描述中，光信号是由波长（或中心波长）来表征。光信号的处理可以基于单个波长，或基于一个波分复用组。（基于其他光复用技术，如时分复用，光时 分复用，或光 码分复用的， 还有待研究。）在光域内可以实现业务信号的传递、复用、路由选择、监控，并保证其性能要求和生存性。可以支持多种上层业务或协议，如，虚级联，复用等，是未来网络演进的理想基础。全球范 围内越来越多的运营商开始
8、构造基于的新一代传送网络，系统制造商们也推出具有更多功能的产品来支持下一代传送网络的构建。传送网主要由省际干线传送网、省内干线传送网、城域（本地）传送网构成，而城域（本地）传送网可进一步分为核心层、汇聚层和接入层。相对而言，第页北京邮电大学硕一：研究生学位论文技术的最大优势就是提供大颗粒带宽的调度与传送，因此，在不同的网络层面是否采用技术，取决于主要调度业务带宽颗粒的大小。按照网络现状，省际干线传送网、省内干线传送网以及城域（本地）传送网的核心层调度的主要颗粒一般在及以上，因此，这些层面均可优先采用优势和扩展性更好的技术来构建。 对于城域（本地）传送网的汇聚与接入层面，当主要调度颗粒达到量级或
9、者未来标准化的 颗粒量级时，亦可优先采用技术构建。对于应用来说是新技术，但其自身的发展已有多年的历史，目前已趋于成熟。这可从其在国 际国内标准化、 设备及测试仪表、网络试验与商用等方面的发展现状中清楚看到。（一）国际国内标准化进展从年就启动了系列 标准的制订，到年主要标准己基本完善，如逻辑接口、物理接口、设备标准、抖动标准、保护倒换标准等。另外，针对基于的控制平面和管理平面， 也完成了相应的主要规范。国内对于技术的发展也颇为关注，目前已完成了个行标（和）和个国标（），同时启动了技术要求和网络总体要求等行标的编写。（二）设备及测试仪表现状技术除了在标准上日臻完善之外，近几年在设备和测试仪表等方面
10、也是进展迅速。目前的主流传送设备商一般都支持一种或多种类型的设备，除了最基本的设备一般都支持之外，支持纯光交叉的（两维到多维）设备的厂商比例较高，而支持纯电交叉或者光电混合交叉的厂商比例较低，同时目前部分厂家也提供基于的智能功能。另外，目前主流的传送仪表商一般都可提供支持功能的仪表。（三）网络试验与商用情况随着业务高速发展的强力驱动和技术及实现的日益成熟，技术目前已局部应用于试验或商用网络。国外运营商对于传送网络的接口的支持能力一般已提出明显需求，而实际的网络应用当中则以设备形态为主，这主要与网络管理维护成本和组网规模等因素密切相关。国内运营商对于技术的发展和应用也颇为关注，从年开始，中国电信
11、集团、中国网通集团和中国移动集团等已经或者正在开展技术的应用研究与测试验证，而且部分省内网络也局部部署了基于技术的传送试验网络，组网节点有基于电层交叉的设备，也有基于的设备。作为新型的传送网络技术，并非尽善尽美。最典型的不足之处就是不支持以下颗粒业务的映射与调度。另外，由于标准最初制定时并第页北京邮电人学硕：研究生学位论文没有过多考虑以太网完全透明传送的问题，导致目前通过超频方式实现业务比特透传后出现了与速率并不一致的颗粒，也面临着同样的问题，这使得组网时可能出现一些互通问题。目前的相关研究组下在积极组织讨论以解决目前存在的一些缺陷，例如提出新的颗粒，定义高阶和低 阶，定 义基于多种带宽颗粒的
12、通用映射规程（）等，以便逐 渐建立兼容现有框架体系的新一代（）网络架构。网络 的特点随着近几年带宽数据业务的持续增长，大颗粒业务调度和传送的需求同益增加，传统光网 络在用以传输数据业务时仍然存在一些缺陷。首先，的特点是支持同步复接，对定时和抖动的要求较严格，为此采用的指针调整技术，增加了设备的复杂性，而分组对定时和抖动的要求较低，可以使用更廉价的设备。其次，由于主要面向语音业务，因此使用传输业务的突发型数据存在许多问题。最后，路由器上 针对帧 的分段与重组处理复杂，影响网络吞吐量。目前，传统 的模式的 传输网络在处理海量数据业务方面已经逐步显现出不足。虽然能弥补网络在保护、 调度和管理方面的不
13、足，但其在承载大颗粒业务方面受到很大限制；而网络虽然提供海量带宽，满足大颗粒业务的接入，但是组网能力太弱，只能实现点对点组网，或者组建简单的环网，在 业务调度方面不够灵活，并且保 护机制和维护管理方面都不完善。（）为新一代传送网技术，同时具备了和两者的优点，能 够提供大颗粒业务的高效复用和调度、多种业务的透明传输、具备丰富的开销管理、 实现更远的传输距离、具有完善的标准化技术体制，从而使得技术必然成为下一代光网络的主流。从技术本质上而言，技术是对已有的和的传统优势进行了更为有效的继承和组合，同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能，而从设备类型上来看，设备相当于和 设备融合为一种设备，同时拓展
14、了原有设备类型的优势功能。与传送网技术相比，光传送网有以下几个特点。多种客户 信号封装和透明 传输基于的帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如、以太网等。目前对和可实现标准封装和透明传送，但对不同速率的以太网的支持有所差异。为 业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于、以太网和专网业务光纤通道（）以及接入网业务吉比特无源光网络（）等，其到帧中标准化的映第页北京邮电人学顾十研究生学位论文射方式目前正在讨论之中。大颗粒的 带宽复用、交叉和配置目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元（，），即（）、（）和（），光层的带宽颗粒为波长，相对于的的调度颗粒，复用、交叉和配置的 颗粒明显要大很
15、多，对高带宽 数据客户业务的适配和传送效率显著提升。强大的丌 销和维护管理能力提供了和类似的开销管理能力，光通路（）层的帧结构大大增强层的数字监视能力。另外还提供层嵌套串联连接监视（功能，这样使得组网时，采用端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。增强了组 网和保护能力通过帧结构、交叉和多维度可重构光分插复用器（）的引入，大大增强 了光传送网的组网能力，改 变了目前基于调度带宽和点到点提供大容量传送带宽的现状。而采用前向纠错（）技术，显著增加了光层传输的距离。另外，将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于层的光子网连接保护（）和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，
16、但目前共享环网技术尚未标准化。课题 来源本文来源为国家课题“大容量光传送网（）关键技术与设备系统”。论文主要研究内容及结构第一章：绪论。简述了光传送网络的发展历程、发展趋势，主要技术特点及应用场合，网 络结构以及主要的技术特点与应用。其中特别阐述了其中相对于，网络的巨大优势。第二章：网络映射机制及技术研究。介绍了的网络结构，着重对、映射协议进行了阐述。分析了在网络应用中存在的缺陷，将协议用于在交叉连接设计了一种新的映射方案。对封装过程中的 业务 适配模块进行了设计和实现。另外，对网络中开销进行了优化，并 对网络中的其他缺陷进行了介绍。第三章：设备中映射功能的设计和实现。 对 协议进行了分析，在
17、需求设计的基础上，用实现了成帧解帧模块，并 对模块进行测试。第页北京邮电人学硕，研究生学位 论文第四章：网络中技术的研究。本章分析了的提出背景和意义，在介绍现有机制的基 础上，提出了一种新的方案。第五章：总结与展望。第页北京邮乜人学顾研究生学位论文第二章网络映射机制及技术研究网络结 构所谓光传送网，从功能上看，就是在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择、监 控，并保 证 其性能指标和生存性。它同传送网一样，满足传送网的通用模型，遵循一般传送网组织原理、功能结构的建模和信息的定义，采用了相似的描述方式，因此，许多传送网的功能和体系原理都可以移至光 传送网。按照技术的网络分层，可分为光通道层、
18、光复用段层和光传送段层三个层面。另外，为了解决客 户信号的数字监视问题，光通道层又分为光通道传送单元（）和光通道数据单元（）两个子层，类似于技术的段层和通道层。【网络结构如图所示：文，印懈， 图网络结 构图光传 送网接口结构规范的光传送网定义了两种接口：第页北京邮电人学硕：研究生学位 论文）域间接口（）域内接口（）其中域内接口（）主要用于同厂商设备之间通信，接口在每个接口终端应具有处理功能。而域内接（）主要用于不同厂商设备之间的通信接口。光传送模块（）信息 结构用于支持接口，定义了两种结构：）全功能的接（）简化功能的接（，）简化功能接口在每个接口终端应具有处理功能，以支持接口。结构规 范的光通
19、路层结构， 应当支持定义的网络管理和监控功能。）全功邑（）或简 化功能（）的光通路，在的再生点之间应提供透明网络连接。）完全或功能标准化光通路传送单元（），在的再生点之间应为信号提供监控和条件，便于信号进行抄送。）光通路数据单元（）应当提供：）串型连接监测（）端到端通道监控（）经 由光通路净荷单元（）适配用户信号全功能（）结构（）包括以下层：）光传送段（）光复用段（）全功能光通路（）完全或功能标准化光通路传送单元（）光通路数据单元（）第页北京邮乜人学硕：研究生学位论文简化功能和结构和包括以下层面：）光物理段（）简化功能光通路（）完全或功能标准化光通路传送单元；（）光通路数据单元（）复用映射结构
20、和比特速率复用映射结构是通过、等一系列的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”。早期的网络只定义了传送单元用于承载速率分别为、的客户信号，并定义了相应的网络层级。随着网络应用与需求的不断发展，这种结构最典型的不足之处就是不支持以下颗粒业务的映射与调度。另外，标准最初制定时并没有过多考虑以太网业务信号完全透明传送的问题，导致目前通过超频方式实现业务比特透传后，出 现了与速率并不一致的颗粒用于承载业务信号，也面临着同样的问题。这使得组网时可能出现一些业务透明度不够或者传送颗粒速率不匹配等互通问题。为了解决上述矛盾，在定义了单元承载不同速率的客户信号后，标准形成了一套相对完善的网络业务映
21、射体系。定义的网络映射体系如图所示：第页北京邮电人学硕研究生学位 论义图网络 映射体系结构 图用户信号或光通路数据单元支路单元群（）被映射至，被第页北京邮电大学硕究生学位论 文映射至，映射至，映射至，最后被调。与此同时，网络依靠电层开销和光层开销实现强大的网络维护管理功能。与原有传送网相比，网络一个显著的特点是定义了传送单元，用于灵活地承载各种速率的客户信号，提高了映射效率。通过波分复用最多（）复用至【】，】的支路可以是各种大小。通过传送，在全功能接上，通过波分复用复用到。比特速率和容量信号的比特速率和容量参见表。信号的比特速率和容量参见表。信号的比特速率和容量参见表。【帧结构周期参见表。类型
22、和速率， （）：。： 第页北京邮电人学硕：研究生学位 论文类型和速率类型和速率帧周期（）： 第页北京邮电大学硕：研究生学位论文映射技术映射技术概述光传送网的业务映射技术主要有、等，在 业务映射过程中，既要考虑到映射的效率，也要考虑到映射的灵活性。为网络业务映射及接口制定了统一的标准，在最早版本的中，分别规定了不同客户信号映射进容器时所采用的映射方式。主要采用了和的映射方式。其中映射方式为异步映射方式，即采用网络时钟将客户信号映射进中；而为比特同步映射，采用客户信号时钟将客户信号映射进中；与映射方式相比，采用映射方式要求客户信号时钟与网络单元时钟频率具有更小的容差。对一些信号，定义可同时采用和的
23、映射方式。这种定义的方法在每出现一种客户信号需求时，就需要对标准进行再一次的修订和增改，并且，随着客 户信号的不断增多，特 别是以对太网包客户信号的映射需求的提出，使得原有的映射方式与定义方法不再适合网络的发展。针对网络特性，在新版协议中，除了保留了原有的映射方式夕（，），引入了映射方式，并且对新增加信号采用了统一的映射方式。这些新的提出的一些关键映射方式如、等是组网需要实现的关键技术。映射技术通用成帧规程（，）提供一种通用的适配机制将客户信号适配到传送网。客户信号可以是以协议数据单元为主（如、以太网），也可以是以分组块码为主的连续比特流（如、）具有成帧映射和透明映射两种方式可以分别应对不同需
24、求的业务。成帧映射需要将客户数据缓存下来再封装到帧结 构中，此方式适用于对时延、抖动不敏感的业务；对于那些需要更小时延以及更高传输效率的业务，可以采用透明映射方式，即直接将数据从客户数据块中取出，再映射进周期性的、 长度固定的帧结构中。是客户 信号映射进 网 络的映射方法之一。其将不同的客 户信号按统一的帧格式进行封装后再装入单元，为客户信号和单元提供了适配功能。目前，已经广泛地应用与、等网络。但是，对于网络，客户信号映射 进网络单元的方式与网络单元的格式仍在不断的修订第页北京邮电人学硕上研究生学位论文中，最新的标准中，提出了新的的网络单元，并且规定，用协议 将以太网信号映射 进入中。通用成帧
25、过程定义 了两种客户信号映射方式，一种是成帧映射（，它把一个完整的信号帧封装到一个 帧后再传送；另一种是透明映射（），它把客户信号字符的一部分封装到一个帧就发送。帧 以字 节结构为基 础，包括 帧头和净荷部分。帧头又包括域和域。域个字节，指示净荷的总长度，最小值为，最大值为，的帧为 控制帧。域为个字节， 为域的位校 验值。净荷域又可分为净荷头和净荷信息域。净荷头是字节变长的区域，完成与客户信号相关的数据链路管理功能。其中，字 节指示类型及类型校验，类型域指示是否有扩展头及其结构、是否有可选的净荷域等。扩展头位字节的扩展域（包括），具有某些数据链路功能，如虚链路指示符、源目的地址、端口号、业务类型、扩展头差错控制等。扩展 头类型在类型域中定义，目前定义了三种类型，支持点到点的配置和环路配置。对于点到点的通讯场合，线性扩展头结构如图所示：图：线性扩展头结构图为的通道标识，为，标识通信通路中一条通道的，最大支持条通信通路。支持环形网配置的扩展头目前还没有定义。在交叉连接中的应用及其缺陷中定义了现阶段网络承载大多数客户信号映射方式，并分别定义第页北京邮电人学硕研究生学位论文了，等传送单元用于承载不同速率等级的客户信号。但是，虽然定义了多种速率等级，在承载某些客户信号时仍旧会出现带宽利用率不高的情况。并且，依次为不同客 户信号定义映射方式这样的工作是
