光传输基础原理（华为）

目录

SDH 原理

WDM 原理

PTN 原理

OLP 原理

SDH （同步数字传输系统）

C-4

C-3

VC-3

VC-12

VC-11

TU-3

TU-12

TU-11

TUG-2

TUG-3

VC-3

VC-4AU-4

AU-3

STM-N

x3

x1xN

x3

x7

x1

x3

x4

139264 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

• ITU － T 建议复用路线图

B1 B2 B3 C1 C2 C3A1 A2 A3

C2A2 D2B1 C1 D1 B2 A3A1

D1 D2 D3

D3B3 C3

SDH 复用方式－同步字节间插复用

4

1

3

5

9

Ò Ô× Ö½ ÚÎ ªµ ¥Î »(8bit)µ Ä¿ é× Ö́ ¡

Ö ¡Æµ8000 Ö ¡/s£ ¬Ö ¡Ö ÜÆÚ125us

先行后列

9¡ Á270¡ ÁN× Ö½ Ú

RSOH

AU-PTR

MSOH

STM-N¾ »̧ ºº É(º ¬POH)

261¡ ÁN9¡ ÁN

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。

A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 ** **

B1 E1 F1

D1 D2 D3

B2 B2 B2 K1 K2

AU PTR

D4 D5 D6

D7 D8 D9

D10 D11 D12

S1 M1 E2

9行

RSOH

MSOH

不扰码，应注意其内容*

国内使用保留字节

传输媒质指示字节

9行

9Á Ð

¨ S

¨ S

¨ S

¨ S

¨ S

¨ S

¨ S

SDH 段开销

J1

B3

C2

G1

F2

H4

F3

K3

N1

1

1

261

9

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

11

9

500us VC-12 复帧

V5 J2 N2

VC-12 VC-12VC-12

4K4

VC-12

SDH 低阶通道开销

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。

远端误块指示( 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 。

远端故障指示有故障发 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 。

J2 ：作用类似与 J0/J1

N2/K4 ：保留备用V5 ：作用见下表

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 、 2.5GETH ：10M 、 100M 、 GE 、 10GE3 、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。

SDH 网络的基本结构

业务上下：2M/34M/140M/ETH/ATM…

业务上下：2M/34M/140M/ETH/ATM…

网管系统：实时监控和管理网络

运行

时钟同步：使传输网络时钟同步

SDH 网络的常用网络级保护

复用段保护

线性复用段

环形复用段

1+1 恢复 / 非恢复1:1 恢复 / 非恢复

1:N 恢复 / 非恢复

子网连接保护

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

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。

两纤单向、双向4 纤双向

复用段保护示意图

1+1

1£ º1

work

back

work

back

故障时双端切换到保护

通道

Õ ý³ £× Ì́ ¬ ± £» ¤× Ì́ ¬

A B C

DEF

A

DEF

B C

线性复用段

环形复用段

子网连接（ SNCP ）保护示意图

SNC 起始端 SNC 终结端

保护SNC

工作SNC子网一

子网二网元A

网元 B

选择器

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。

ASON 保护示意图

1

2

34

5

6

7

业务的原始路径是从 BHE-SDR-SGI-RCE

BHE SGI

FLASDRSPO

RIO RCE

目录

SDH 原理

WDM 原理

PTN 原理

OLP 原理

高速路

加油站

巡逻车

什么是 WDM ？什么是 WDM ？

小车 / 信号高速路 / 光纤加油站 / 光放站巡逻车 / 监控信道

2.5G

10G

GE

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 ）。

WDM 的概念WDM 的概念

1

2

┋

1 2 n

┉

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

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。

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

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

λ1~ λn

EDFA

最适合波分信号传递的是 C 和 L 波段，

NG WDM 的基本结构

大容

量

交叉

板

支路单元

支路单元

支路单元

支路单元

支路单元

……

……

GE/10GE

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。

OTN （ G.709 ）帧结构与 SDH 帧结构对比

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

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。

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

WDM 常见的网络级保护（续）

客户侧 1+1 保护

ODUk SNCP 保

护

OTU

OTU

SC

S/

OLP

客户业务

OTU

OTU

SC

S/

OLP

客户业务

6800/8800带集中交叉配置

支路线路

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。

目录

SDH 原理

WDM 原理

PTN 原理

OLP 原理

基于硬件的 OAM 和可靠网络保护

E2E 的网络管理

精确的时钟传送能力

L2/L3层交换能力

PTNPacket Transport Network

SDHTransport

Experience

Packet Technology

带宽统计复用

面向未来转型

PTN = Packet Technology + SDH Operation Experience

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 .

PTN 的电信级分组承载理念

增强的低时延路由器架构

类 SDH 维护管理方便易用

高精度的时钟、时间同步

PTN/CEMetro

xDSL

Ethernet

Microwave

BSC

GPON

BSC

LTE/WiMax

CDMA2000

EVD0

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。

IP/PPP

Service

Phys

ical P

ort

Tunn

el

PWPW

S

S

S

S

S

S

Different service into different queue

Terminalschedulers

Subscriber schedulers

(C-VLAN)

Logic port scheduler(S-VLAN)

S

Physical Port scheduler

IP/PPP

Service

Phys

ical P

ort

Tunn

el

PWPW

S

S

S

S

S

S


Terminalschedulers


(C-VLAN)


S


S

S

S

S

S

S


Terminalschedulers


(C-VLAN)


S


QoS 保障重要业务不掉线

2GTDM

3GATM

3G/LTEIP

PWE3 多业务统一承载技术

硬件 OAM E2E50ms 保护

PTN技术的关键特征

PTN 设备整体框架

E1/E3/STM-1

IMA/ATM E1/STM-1

FE/GE/10GE

STM-N

GE/10GE

NativeTDMTDM PWE3

ATM PWE3

Native EthEth PWE3

统一的分组交换核心单元

同步方案 TDM/SDH 同步

业务类型无关的交换平台

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

PTN 的设备模型

E1

chST

M-1

GE

10GE

FE

CES ATM

IP

ETH

E1

ST

M-1

MP

LO TVC

chST

M-1

MP

ST

M-1

PPP

ETH PPPS

TM

-1/4/16

GE

10GE

FE

Microw

ave

xDS

L

Overhead

HO TVCOverhead

PHY

UNI

NNI

统一的业务交换平

面

统一的管道交换平

面

Section TVCOverhead

PHY

用户侧业务接口

网络侧组网接口

本地业务

本地业务PW

PWLSP 链路层链路层LSP

PTN多业务承载——协议栈

PTNNative 业务

本地业务

本地业务

PW

PW

PTN PTN

本地业务净荷封装

PWLSP链路层物理层

TDM/ATM/Ethernet/IP本地业务净荷封装

PWLSP链路层物理层

PTN

MPLS PWMPLS LSP

Ethernet/VLAN/MLPPP10GbE/GbE/FE/POS

NodeB RNC

PTNSR

PTN PTN

NodeB

BTS

RNC

MSCG

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

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

EFM

网络性能

网络侧业务及通道管理

客户侧业务管理

OAM 实现方案— SDH Like

OAM

3.3ms6.6ms

OAM

10 ms

APS

OAM Engine

OAM Engine

Packet Engine

Packet Engine

网络侧线卡

网络侧线卡

用户侧业务接口卡

Packet Engine

W Tunnel

P Tunnel

APS Protocol

APS Protocol

背板NNI

NNI

UNI

网络业务保护之 APS 保护（ 1:1 示例）

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 .

10GE/POS

NNI

NNI

UNI

PTN 端到端可靠的业务保护方案

PTN

PTN

PTN PTN

PTN

PTN

RNC

RNC

网络边缘保护机制E1 保护： TPSSTM-N 保护： LMSP 1+1/1:1双归保护： MC-LAG/MC-LMSP/VRRP

设备级保护主控 / 交换单元时钟处理单元风扇单元

网络边缘保护机制E1 保护： TPS 、 IMA 、 MLPPPSTM-N 保护： LMSP 1+1/1:1Ethernet 保护： LAGNodeB

BTS

NodeB

NodeB

• 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。

网络内部保护机制E1 的保护： 1:N TPS LSP /PW 的保护： APS 1+1/1:1PW APS 、 IPoPW 保护、 MPLS 环保护

目录

SDH 原理

WDM 原理

PTN 原理

OLP 原理

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

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。

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。

OLP 单板

OLP 单板功能框图OLP 单板的面板

谢谢谢谢

光传输基础原理（华为）

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