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光传输基础原理（华为）

光传输基础原理（华为）. 目录. SDH 原理 WDM 原理 PTN 原理 OLP 原理. xN. x1. 139264 Kbit/s （ E4 ） ATM. AU-4. STM-N. AUG. VC-4. C-4. x3. x1. TUG-3. TU-3. VC-3. x3. x7. 44736 Kbit/s （ T3 ） 34368 Kbit/s （ E3 ）. AU-3. VC-3. C-3. TUG-2. A2. A1. D1. D2. D3. A3. B2. B3. C1. C2. C3. B1.

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  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

  3. xN x1 139264 Kbit/s（E4） ATM AU-4 STM-N AUG VC-4 C-4 x3 x1 TUG-3 TU-3 VC-3 x3 x7 44736 Kbit/s（T3） 34368 Kbit/s（E3） AU-3 VC-3 C-3 TUG-2 A2 A1 D1 D2 D3 A3 B2 B3 C1 C2 C3 B1 x3 2048 Kbit/s（E1） VC-12 TU-12 C-12 x4 1544 Kbit/s（T1） TU-11 VC-11 C-11 A1 B1 C1 D1 C2 D2 A3 A2 B2 D3 B3 C3 SDH（同步数字传输系统） • ITU－T建议复用路线图 SDH复用方式－同步字节间插复用

  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。

  5. SDH段开销

  6. 261 1 J1 1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 9 N1 SDH高阶通道开销 • 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 VC4

  7. SDH低阶通道开销 1 4 V5 J2 N2 K4 1 VC-12 VC-12 VC-12 VC-12 9 500us VC-12复帧 J2：作用类似与J0/J1 N2/K4：保留备用 V5：作用见下表

  8. SDH网元的基本结构 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 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。

  9. 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 业务上下：2M/34M/140M/ETH/ATM… 业务上下：2M/34M/140M/ETH/ATM… SDH网络的基本结构

  10. 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。

  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

  12. 工作 子网一 SNC SNC起始端 SNC终结端 选择器 网元A 网元B 保护 子网二 SNC 子网连接（SNCP）保护示意图 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。

  13. ASON保护示意图 SGI BHE 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

  14. 目录 • SDH原理 • WDM原理 • PTN原理 • OLP原理

  15. 加油站 高速路 巡逻车 什么是WDM？ 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

  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

  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。

  18. EDFA λ1~ λn λ1~ λn WDM的核心部件 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 增益 Pin Pout

  19. NG WDM的基本结构 GE/10GE 支路单元 大容 量 交叉 板 155/622M 支路单元 ………… 2.5G 支路单元 支路单元 ESCON 支路单元 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。

  20. OTN（G.709）帧结构与SDH帧结构对比 G.709帧结构 • 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 • 帧结构：4行、4080列，固定不变 • 帧速率：可变 • 20.420 kHz (48.971 s) for OTU1 • 82.027 kHz (12.191 s) for OTU2 • 329.489 kHz (3.035 s) for OTU3 • 包括：OPUk、ODUk、OTUk、FEC几个部分 1 每秒8000帧 SOH 3 STM-N净负荷 (含POH) AU PTR 4 5 SOH 9 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。 9×N 261×N SDH帧结构

  21. 业务站点 保护光纤 FIU/OA单板 OLP单板 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 工作光纤 A C B D 业务站点 OTU单板 其他站点 FIU/OA单板 工作路由 保护路由

  22. WDM常见的网络级保护（续） • 客户侧1+1保护 • ODUk SNCP 保护 OTU OTU 客户 业务 客户 业务 SCS/OLP SCS/OLP 6800/8800带集中交叉配置 OTU OTU 线路 客户业务 支路 XCS 线路 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。

  23. 目录 • SDH原理 • WDM原理 • PTN原理 • OLP原理

  24. 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 .

  25. 高精度的时钟、时间同步 3G ATM 2G TDM 3G/LTE IP GPON xDSL PTN/CE Metro Ethernet QoS保障重要业务不掉线 硬件OAM E2E50ms保护 PWE3多业务统一承载技术 类SDH维护管理方便易用 增强的低时延路由器架构 LTE/WiMax EVD0 Microwave CDMA2000 BSC BSC PTN技术的关键特征 • 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. ATM PWE3 IEEE 1588v2同步 同步以太 TDM/SDH同步 PTN设备整体框架 业务类型无关 的交换平台 NativeTDM TDM PWE3 E1/E3/STM-1 STM-N 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 • 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

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

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

  29. SR • 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 低阶通道层 (LO-VC) PW层 IEEE 802.1ag /ITU Y.1731 Service Layer OAM（UNI to UNI） BTS 网络性能 • 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 Connectivity Layer OAM Tunnel层 高阶通道层 (HO-VC) ITU Y.1731 OAM EFM EFM 客户侧业务管理 IEEE 802.3ah • 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 数据链路层 (Ethernet) 复用段层 (MS) PW ITU Y.1730 /ITU Y.1711 OAM 网络侧业务及通道管理 LSP • 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 物理层 再生段层 (RS) RNC NodeB MSCG OAM实现方案—SDH Like PTN PTN PTN 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） NNI 背板 网络侧 线卡 OAM Engine APS Protocol UNI NNI 10GE/POS 3.3ms 6.6ms 10 ms NNI W Tunnel 用户侧业务接口卡 OAM OAM UNI Packet Engine 网络侧 线卡 APS Protocol NNI OAM Engine APS Packet Engine P Tunnel APS OAM 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. BTS PTN端到端可靠的业务保护方案 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 • 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。 NodeB 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

  32. 目录 • SDH原理 • WDM原理 • PTN原理 • OLP原理

  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。 在发端，通过OLP单板将主光路信号分成两部分，分别送到主用光纤和备用光纤，主用光纤和备用光纤走不同路由。 在收端，两路不同路由的光信号同时送到OLP单板进行比较选择： 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。 配置方案：对于这种场景将OLP配置在合波板及光放之间，相当于在收发两个合波板之间将合波光信号一分为二进行双发选收。由于主备光纤的参数相差大，因此对于主备两个不同的方向光放配置、色散补偿采用不同的配置，如下图所示。

  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。

  36. OLP单板 OLP单板功能框图 OLP单板的面板

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