《大话传输网》学习笔记(一)——————模拟通讯、数字通讯、业务网、GSM移动网、PCM脉冲编码调制(E1)、传送网、PDH和SDH
一、模拟通讯与数字通讯
1. 模拟通讯
模拟:磁带、录像带、胶卷底片(将卤化银涂抹在聚乙酸酯片基上,当有光照射到卤化银上时,卤化银变为黑色)都是用模拟的方式存储信息的
电磁波——模拟通讯
第一代移动通讯系统——模拟调制方式,通过话筒将声波转换为时间和幅度上同样连续的电磁波,两者的图像高度相似,这个信号就是模拟信号。
模拟信号无法加密,信号在途中被截获就意味着信息的泄漏,这套通讯系统无法实现信息的安全传输。
2. 数字通讯
2.1 抽样
奈奎斯特定律告诉我们:只要采样频率大于信号带宽的两倍时,采样之后的数字信号就基本完整地保留了原始信号中的信息。
例如人类的耳朵听到的频率在20-20KHz,对于音乐的抽样,实际频率为44.1khz,高于20khz的两倍。
而打电话只有8khz,高于3.4khz的两倍,就等做到还原人声的本身。
每秒钟高于24帧时,画面是连续的,当然更高的帧率感觉上会更加的流畅。
2.2 量化
将连续的信息,转换成有限个离散值。
2.3 编码
二、把信息交给网络
1. 业务网
手机——基站
电脑——宽带接入网的OUN(猫)
网元——网络中的元素,可以理解为一端独立的设备
业务网——前台
传送网、支撑网——后台,为业务网的运营提供必要的支撑
2. GSM移动网
MS——Mobile Station,移动台,如手机。
BTS——Base Transceiver Station,基站收发台,简称基站。
.
BSC——Base Station Controller,基站控制器
MSC——Mobile Switching Center,移动交换中心,BSC的上级。
一个本地网的所有BSC信息汇聚到MSC,在MSC完成交换的过程。
如果是本地电话,MSC能够帮你找到对方在哪里,如果是长途电话、跨运营商电话或者手机给固定电话打,那就需要经过GMSC去跨网实现互通。
GMSC——Gateway Mobile Switching Center,网关移动交换中心,能力上与MSC没有大的区别,只是职责分工不同。
AUC——Authenticaltion Center,鉴权中心,就是门卫,想接入网络,请出示有效证件。
HLR——Home Location Reqister,归属定寄存器,就是本地人口户籍管理处,本地号码全部要在此备案。
VLR——Vistor Location Register,来访位置寄存器,外来人口管理处,外来人口进入到本地管辖区域,全部要到这里登记。
3. PCM脉冲编码调制——E1
E1是我国使用标准之一,E1的每一帧是32个时隙,分别用时隙0-31去表示,每个时隙8bit,速度8000帧每秒,8000*256bit=2Mbit/s.
0时隙——同步信号
16时隙——1路信令
16帧是完整的一组——复帧技术。
E1的其他用法
- 信道化的E1(CE1),时隙16不需要传送信令,31个时隙都用来传送信息,因为没有随路信令,所以也不需要在将帧组合使用。
- 非信道化的E1,不需要再区分32路时隙。有些非语言的业务不需要使用64K的信道,只需要使用2M的大箱子,于是就将隔板全部拆掉,非信道化的E1一般用于封装以太网等非语言的业务。
物理接口
E1常用的接口有BNC、CC4、L9、RJ48等
DDF架上一般使用L9接头
特点
面向连接、刚性通道
三、 传送网
1. 初识传送网
如BTS要到远距离的BSC,距离已经超过了电缆的有效传输距离,那就需要传送网。
传送网,就是远距离传送信息的可靠网络。
激光技术、原子能、半导体、电子计算机——人类现代的四大发明。
业务侧和传输网对接的接口(光口、电口都有可能)——支路侧接口,例如E1就是主要的支路侧接口之一。
线路侧和传输网的接口(一定是光接口)——线路侧接口(群路侧接口)。
光口价格比较高,一般情况下,能用电口就不用光口。
2. 资源复用——支路到线路的复用
空分复用 SDM
如同一条光缆中不同的纤芯
时分复用 TDM
如GSM移动网通过时分复用,将一个频点分为0-7个时隙,将时隙0用来管理,1-7号时隙就可以同时带7个用户,这样就提高了无线频率资源的使用效率。
频分复用 FDM
波长和频率是成反比的,波长不同就是频率不同,这实际上也是光纤内的频分复用,但我们这里叫做部分复用。
码分复用 CDM
码分复用在无线中听得到比较多
在传送网中,也有对应的OCDMA(光码分多址)的研究,但目前没有应用。
3. 分层处理
逻辑连接和物理连接
层级的对等关系
不同层的信息单元
例如,传送网处理的最小的单元是E1
还有比如VC4,ODUK等高级别的单元,里面装的是语言还是数据、信令,传送网不知道,也不想知道。
传送网与业务网的关系
传送网在业务网的下层,为业务网提供服务。
在传送网内部,传输系统(设备)在上层,光缆在下层,光缆为传输系统提供服务。
四、PDH和SDH
1. PDH准同步数字体系
层次结构
一次群
二次群
… …
五次群
层次之间的速率关系
并非严格的4倍的关系,需要有额外的码速调整的开销。
码速调整就是让各路准同步的信号变为完全同步的信号,例如将标称速率2.048Mb/s但是有一定的速率偏差的信号调整到2.112Mb/s.
同步就是网元之间才用完全相同的速率,步调严格一致,你发1bit的时候,我根据时钟信号就知道收1bit.
低次群到高次群
同步之后,低次群才用按位复用的方法形成高次群。
按字节复用——每路信号取8bit
按帧复用——每路取完完整的一帧
线路侧与支路侧
线路侧和支路侧接口的区分是根据功能来区分的,和速率没有必然的对应关系,但是线路侧的速率要大于支路侧的速率。
PDH的组网特点
PDH设备是成对组网的
此外,DWDM——密集波分复用系统,也是成对组网的;
这与SDH和OTN不同。
PDH设备实现的是一个简单的复用和解复用的功能。
TM——终端复用器,TM只有一个线路侧的接口,所以一个站点有多少个光方向,就需要多少PDH设备。
与TM相对应的是ADM(分插复用器),ADM可以支持多个光方向,所以一个SDH的站点,无论有几个光方向都只需要一端SDH设备。
多个方向的电路解复用之后,可以通过交叉矩阵相互调度。交叉一个节点技术,交叉矩阵的电路调度可以在网管上操作,省去了人力成本。
PDH的几个特点
准同步——准同步就是差不多同步,各个网元的时钟没有严格的统一,虽然标称是速率一致,但是总会有小范围的误差,进行高次群复用之前,要通过码速调整使得信号完全同步,再进行复用。
逐级复用——PDH的低次群需要逐级的复用成为高次群。
点对点组网——不能形成环路保护。
头部字节开销比较小——无法实现复杂的监控、管理功能。
没有全球统一的标准——系统间互通困难
实际应用到四次群,系统速率低。
2. SDH同步数字体系
SDH才用的信息结构等级称为——同步传送模块STM-N。
1. 基本概念
对SDH来说,映射就是将业务信号装载到各种规格的“C容器”中。
如,将E1装载到C12中,将140M PDH信号装到C4中。
SDH的信息等级STM-N就像PDH的各次群一样。
STM-1 —— 155M
STM-4 —— 622M
STM-16 —— 2.5G
STM-64 —— 10G
STM-256 —— 40G
2. 与PDH对比
- 严格的同步系统,在STM-N中可以直接上下低速信号,节省大量的背靠背设备。
- 统一的标准,不同国家、运营商可以对接,不同厂家的设备之间也可以混合组网。
- 单光口速率高达10G,容量笔PDH有所提高
- 丰富的开销字节,能实现强大的网管能力。可以对STM-N、STM-1、VC12等不同等级的颗粒实现全面的监控。
- 具备环网自愈保护能力,在发生故障时自动倒换到备用设备,保证业务不中断。
3. SDH分层结构
高层——通道层——对应的颗粒为E1,把业务通道终结落地,对应于一条业务的两个端点。
中层——复用段层——对应的颗粒为STM-1,需要打开STM-N,对立面的STM-1进行重新组合。
底层——再生段层——对应的颗粒为STM-N,主要对信号进行整形放大,不进行其他处理。
4. SDH的帧结构
SDH帧包含了RSOH、MSOH、POH、AUPTR、净荷几部分,每部分的作用如下:
再生段开销(RSOH)—— 对STM-N整体信号进行监控。
复用段开销(MSOH) —— 对STM-N中的每一个STM-1信号进行检测。
指针(AUPTR)—— 对帧的微量偏移进行校正。
POH(通道开销)—— 对STM-1中的VC12等通道进行检测。
SDH凭借各种开销组成层层细化的监控体质,能够实现对每一层的信号工作状态进行监控和管理,出现问题也能够迅速定位到哪个VC12.
5. SDH复用和交叉
SDH的复用
还是把E1当做一个货物来看待。
首先SDH提供了一个叫做C12的容器,经过码速调整,将E1装入C12。
加入通道开销后,C12变为VC12。
VC-12经过指针定位后,形成TU12.
3个TU12经过复用,成为了C4.
C4引入通道开销,成为了VC4,加入指针定位后,形成AU4.
AU4加上SOH(段开销)后,形成了STM-1.
STM-1组成STM-N
码速调整、通道开销、指针定位、复用、段开销。
VC——虚容器,VC是作为一个独立的单元被调度(交叉)的。
SDH交叉
将STM-N打开,对立面的VC4,VC12等颗粒进行读写、重新排列的过程称为交叉。
高阶交叉——VC4
低阶交叉——VC12
一般来说,厂家提供的SDH设备中,定位于纯核心层的大容量交叉设备一般不提供低阶交叉能力,核心层设备一般都会下挂扩展子架,进行低阶业务的处理。
6. SDH设备组成及参数
子架、公共单板、业务单板
子架——SDH设备的骨架,就像一个空壳子,子架后面是设备背板,背板提供了一定数量的槽位,可以插入各种类型的单板。
公共单板——一般包括电源、主控、交叉、时钟、风扇灯,公共单板是一个设备能够正常运转的必配的板件,负责设备的供电、散热、时钟提供、交叉矩阵灯必备的功能单元。
业务单板——接触到最多的单板,负责业务的接入和处理,业务单板的配置是根据需求来选配的。
参数:接口数量(几路)、接口速率(STM-N、E1等)、接口类型(光/电,传输距离等)。
SDH设备的主要参数:尺寸、重量、电源端子需求、功耗、交叉能力、最高速率、最大接入能力、业务槽位数、单业务的最大接入数量。
7. SDH保护
单板级保护
通过单板冗余配置,在一般单板故障的时候,另一块单板可以继续工作,不影响业务处理。
一般电源板、交叉主控板(、时钟板),都配置两块互为备份——1+1备份。
汇聚层以上的业务单板一般支持用一块备用单板为N块主用单板备份,N块业务单板中一块损坏时,业务可以自动切换到备用板件上处理——1:N保护。
网络级保护
至少有两条光缆路径可以到达目的地——物理成环。
网络保护主要有两类方式————通道保护和复用段保护。
通道保护
最为简单快速的保护方式,保护的颗粒是以通道VC为基础,也就是说某个E1出现了问题,可以以这个E1为单位进行倒换,不影响其他业务。
发送端将主用和备用信号从东向西同时发送,接收端接受主用信号,主用信号中断或者劣化的时候,接收端根据信号质量决定是否切换。
通道保护分为单向和双向,A-C和C-A分别走不同的路径称为单向,A-C和C-A走同一个路径,称为双向。
双向通道保护不常用。
复用段保护
复用段保护是利用段开销的K1和K2(b1-b5)字节实现的保护方式,复用段保护是以VC4位单位进行倒换,只能用于STM-4以上的网络。保护原理复杂一些,需要进行双端倒换和启用APS保护协议,所以保护时间要比通道保护稍微慢一些(<= 50ms)。
复用段保护分为二纤单向、二纤双向、四纤双向,下面以常用的二纤单向保护为例进行讲解。
二纤双向复用段保护理论容量M / 2 * STM-N
通道保护与复用段保护的比较
在环路业务为集中型业务的时候,复用段环的容量与通道环的容量是想相同的,在分散型业务的情况下复用段的容量大于通道环。
一般来讲,接入层的业务通常为集中型业务,业务往往都集中于核心/汇聚节点,这种情况下两种保护容量相同,通道保护的倒换时间较短,所以在接入层一般选用通道保护。
核心汇聚层的业务通常为分散型业务,各节点都可能承担某个业务网的核心节点功能,业务流笔接入层复杂一些,这种情况下复用段保护的容量优势就比较突出了,所以核心层一般选用复用段保护。
8. SDH组网
环状、链壮、网状
容量不足问题的解决方案
整环升级
中间拆环
跳点拆环
分层建设 √
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