利用MSTP技术组建基于SDH的多业务传送平台论文.docx
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利用MSTP技术组建基于SDH的多业务传送平台论文
摘要
自九十年代起,为适应当时语音业务发展，宁夏电信逐步建成了相对健全的基于SONET/SDH体系的传输网络。
近年来随着宁夏电信各类数据业务的增长，基于语音业务的SDH/SONET传输网络，已不能适应快速发展的数据业务传送需求。
如何保证在传送传统TDM业务的同时，有效传输各类数据业务，成为宁夏电信现有传输网络需要迫切解决的问题。
MSTP技术是基于SONET/SDH体系传输网络改造的有效技术方法和途径。
MSTP将传统的SDH复用器、数字交叉连接器、WDM终端、ATM交换机、网络第二层交换机和IP边缘路由器等多个独立设备的功能融合在一起，进行统一控制和管理。
MSTP可以利用虚级联技术、LCAS技术、RPR技术和MPLS技术来充分优化网络，具有很强的实用性及灵活性，它甚至还允许升级到智能光网络，适用于宁夏电信传输网络现状及未来3G产业的进一步发展。
论文在详细讨论基于SDH的MSTP功能、结构及关键技术的基础上，做为项目主要设计人及分项负责人，主要进行了宁夏MSTP传输网改造工程的规划、方案设计、建设实施。
给出了宁夏电信MSTP传输网络建设的设计方案。
实施过程中，完成了设备改造和建设方案的组织实施，解决了网络改造过程中多协议转换、级联技术问题，进行了网络管理配置，给出了RPR技术与MLPS对接过程中若干问题的解决方法。
进行了网络的调测和验收。
经过网络运行测试和承载业务运行，测试数据表明网络运行稳定可靠，承载的数据业务运行效果良好，数据业务量发展迅速，网络资源得到充分利用，实现了网络优化目标，很好的达到了设计要求。
【关键词】SDH，MSTP，相邻级联，虚级联，LCAS，GFP，PDH，MPLS
【论文类型】应用研究
Abstract
Subject:
CreatingthetransmissionplatformfortheSDHmulti-servicesusingtheMSTPtechnology
Major:
ComputerTechnology
Inordertoadaptthegrowthofvoiceservice,NingxiaTelecommunicationhasgraduallysetupalmostcompletetransmissionnetworkbasedonSONET/SDHfrom1990’s.DuetotheincreasinggrowthofallkindsofdataseriveofNingxiaTelecommunication,thetransmissionnetworkbasedonSONET/SDHhasnotadaptedtherequirementofthefastgrowthofdataservice.HowtotransmiteffectivelythesekindsofdataserviceandguaranteethequalityoftraditionalTDMservicehasbecometheurgentproblemforNingxiaTelecommunicationtosolve.
MSTPtechnologyisaneffectivemethodwaytoupgradethetransmissionnetworkbasedonSONET/SDH.MSTPintegratesthetraditionalSDHmultiplexer,digitalcrossingswitch,WDMterminal,ATMswitch,switchonsecondnetworklayer,IPborderrouterandotherindependentequipments,controlandmanagetheminunifiedway.MSTPhasthecapabilityofoptimizingnetworksufficientlybyusingvirtualconnection,LCAS,RPRandMPLS,verypracticalandflexible.Itevenallowstheupgradetointelligentopticalnetworks,whichmeetthedemandofthefuturedevelopmentofNingxiaTelecommunication.
Thefunctionality,structureandkeytechnologyofSDHandMSTPisdiscussedindetails.Asthemaindesignerandsub-programdirector,theauthorofthispapartookpartintheplanning,designandimplementationoftheupgradeprojectofNingxiaMSTP.ThedesignproposalfortheconstructionofNingxiaTelecommunicationMSTPtransmissionnetworkisgiven.Duringtheconstruction,theequipmentupgradeandtheorganizationoftheplanisfinished,multi-protocalsswitchingandcascadingproblemsaresolved.Thenetworkmanagementisconfigured.ThesolutionfortheadaptingtheRPRandMLPSiscarriedout.Thedebugandtestfortheupgradednetworkisdone.
Thedatacollectedduringthetestrunningandrealdata-carriedrunningshowstheupgradednetworkisreliableandstable,thedataservicecarriedonitisingoodquality,thegrowthofdataseviceisrapid,andthenetworkresourceisusedefficiently.Thusthegoalofoptimizingnetworkisaccomplishedanddesignexpectationisachieved.
【KeyWords】SDH，MSTP，Contiguousconcatenation，Virtualconcatenation，LCAS，GFP，PDH，MPLS
【TypeofThesis】AppliedResearch
目录
第一章绪论1
1.1引言1
1.2宁夏电信组建基于SDH的MSTP传送平台的必然性1
1.3论文的主要工作及论文安排2
第二章MSTP的关键技术实现4
2.1基于SDH的MSTP简介4
2.2SDH技术原理及实现4
2.2.1SDH概述4
2.2.2SDH段开销及功能配置5
2.2.3SDH通道开销配置6
2.3虚级联技术的实现6
2.3.1级联技术原理及应用6
2.3.2相邻级联技术的原理及应用7
2.3.3虚级联技术原理及应用8
2.3.4相邻级联与虚级联的互通11
2.3.5宁夏MSTP传输网络中对级联技术的设计与实现13
2.4链路容量调整方案（LCAS）14
2.4.1LCAS协议14
2.4.2宁夏电信传输网中对LCAS的应用18
2.5通用成帧规程（GFP）的原理及在宁夏电信MSTP网络中的实现21
2.5.1传统的封装协议PPP/HDLC、LAPS22
2.5.2LAPS协议的应用22
2.5.3GFP协议的实现24
2.6本章小结30
第三章宁夏电信多业务传送平台（MSTP）的实现31
3.1多业务传送节点的功能模型31
3.2实现ATM业务在宁夏电信MSTP网络上的传送31
3.3实现以太网业务在在宁夏电信MSTP网络上的传送34
3.3.1以太网业务接入MSTP的方法及要求:
34
3.3.2以太网业务在MSTP上的透传36
3.3.3以太网二层交换功能在MSTP上的实现38
3.3.4以太网功能实现39
3.3.5基于RPR的环网功能实现40
3.3.6传送以太网业务几项关键指标的实现41
3.4实现PDH业务在宁夏电信MSTP传送网上的传送42
3.5本章小结43
第四章利用MPLS技术提高MSTP业务的传输效率45
4.1MPLS的概念及引用45
4.1.1MPLS简介45
4.1.2MPLS基本工作原理简介：
45
4.2在宁夏电信基于SDH的MSTP传送网中对MPLS的应用45
4.2.1MPLS在宁夏电信传送网中的应用背景45
4.2.2MPLS技术实现46
4.2.3MPLS技术在宁夏电信传送网络中的应用48
4.3本章小结49
第五章MSTP骨干层传输优化配置方案的设计与实现50
5.1中继传输的配置及实现50
5.2级联机制制定51
5.3级联配置配置及实现51
5.4虚级联和LCAS控制包调配过程53
5.4.1LCAS工作机理53
5.4.2LCAS命令状态及实现过程54
5.4.3状态机配置55
5.4.4LCAS的调整过程55
5.5利用MPLS技术提高MSTP业务的传输效率57
5.5.1MSTP中内嵌MPLS处理过程57
5.5.2MPLS相对于其它城域传送网技术的优势57
5.5.3宁夏电信MPLS技术现状分析58
5.6基于SDH的MSTP多业务传送平台性能评价58
5.6.1环网保护倒换测试59
5.6.2以太网透传功能测试60
5.6.3ATM的VP保护测试61
5.7本章小结63
第六章总结64
致谢66
参考文献67
攻读硕士学位期间的研究成果69
第一章绪论
1.1引言
近几年，随着宁夏电信以IP为代表的数据业务的迅猛发展、ADSL等宽带业务的广泛开展以及3G部署的呼声日渐高涨，不但给宁夏电信当前的城域网建设提出了更高的容量和功能要求，而且也提出了要快速适应新业务发展的需求。
从宁夏电信业发展来看，数据业务有望在未来2～3年内超过话音业务量，目前在全国很多省市，如西安、兰州，数据业务量已经远远超过了话音业务量。
据统计，宁夏电信基于数据分组交换的业务将在5～10年内覆盖整个传统电信业务。
如何在保证传统TDM业务传送的同时，高效地传输各种数据业务成为了城域网面临的首要问题。
而发展城域网涉及的核心问题的实质就是建立城域网多业务传送平台，以支持数据业务尤其是以太网业务和以传统话音为主的TDM业务的综合传送。
在宁夏地区，基于SDH的传输网络已大规模建成，且SDH设备组网有着安全性高、便于管理的优势，尤其是随着10Gbit/sSDH设备的成熟发展，预计在未来5年内，SDH设备仍会是宁夏电信传输组网的重要组成部分。
签于以上原因，论文在优化方案的设计过程中，着重考虑如何充分利用MSTP及配套技术对现有SDH传输网络进行优化，以便于在提高资源利用率的同时，降低优化成本。
该方案付诸实施后，获得了良好的效果，达到了设计之初的目的。
1.2宁夏电信组建基于SDH的MSTP传送平台的必然性
城域网（MAN）是面向企事业用户的、可最大覆盖城市及其郊区范围的、提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网。
如图1-1所示，宁夏电信城域网的功
A
城域核心网
能是实现业务的本地分流和向长途骨干网的汇聚，对宁夏电信城域网进行优化的背景因素有几下点：
1、企业竞争的需要
移动电话赶超固定电话已是一个必然的事实，而铁通和网通又与电信公司抢夺固定市场和各类数据业务市场，竞争日益激烈，宁夏电信公司在保存量的同时努力发展数据、互联网等增值业务，因此建设一套适应各类数据业务传输的网络已迫在眉睫。
2、业务和网络发展的需要
近年来，宁夏地区城域网正在从单纯的传送网向业务网演进，从网络结构看，已经在朝着网络单一化、业务接入综合化和容量增大化的方向发展；从业务发展趋势看，传统TDM业务在宁夏电信业务构成中的地位相对弱化，数据业务必将成为城域网未来若干年的发展重点。
宁夏区内干线传输网络以SDH环网为主，SDH体系方便语音业务的传输，但不适用于种类繁多、速率多样的数据业务传输，MSTP技术正是解决这个问题的很好的技术手段。
3、网络技术发展的需要
由于业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求，MSTP在充分应用SDH技术对业务提供保护恢复能力和较小延时的基础上，对网络业务传送层做了改造，较好地实现了多业务传送目标。
1.3论文的主要工作及论文安排
论文完成以下主要工作：
1、系统地学习了基于SDH的MSTP基本知识，深入了解SDH、MSTP功能模块原理及体系结构，掌握了虚级联、链路指针调整技术（LACS）、多协议标签交换技术（MPLS）的应用方法，为MSTP网络建设方案设计打下了坚实的理论基础。
2、根据宁夏电信数据业务及语音业务发展的实际情况，结合网络需求、市场竞争需求、安全性能需求等方面，对基于SDH的MSTP网络优化方案做了详细的可行性分析。
3、做为项目主要设计人及分项负责人，主要进行了宁夏MSTP传输网改造工程的规划、方案设计、建设实施。
给出了宁夏电信MSTP传输网络建设的设计方案。
实施过程中，完成了设备改造和建设方案的组织实施，解决了网络改造过程中多协议转换、级联技术问题，进行了网络管理配置，给出了RPR技术与MLPS对接过程中若干问题的解决方法。
进行了网络的调测和验收。
4、网络运行测试和承载业务运行，测试数据表明网络运行稳定可靠，承载的数据业务运行效果良好，数据业务量发展迅速，网络资源得到充分利用，实现了网络优化目标，很好的达到了设计要求。
论文共分六章，内容安排如下：
第一章：
阐述了宁夏电信基于SDH的MSTP传输网络优化改造的必要性。
第二章：
阐述了MSTP关键技术如级联技术、链路容量调整方案（LCAS）、通用成帧规程（GFP）等技术原理、功能特点及实现方法。
第三章：
详细介绍了宁夏多业务传送平台（MSTP）融合各类数据业务协议的转换机制及各项功能的具体实施过程，包括以太网业务、ATM业务、帧中继业务、PDH业务在MSTP上传送的协议转换机制及实现的技术手段。
第四章：
阐述了在宁夏电信MSTP网络中如何利用MPLS技术提高业务传输效率。
第五章：
全面介绍了宁夏电信MSTP城域网传输优化方案的设计与实现
第六章：
对论文进行总结。
第二章MSTP的关键技术实现
2.1基于SDH的MSTP简介
基于SDH的MSTP是对传统SDH网络的技术改造与功能升级，主要体现在对数据业务尤其是以太网业务的支持能力上。
与传统SDH设备相比，MSTP在封装协议、带宽分配方式和调整机制上有较大的进步。
通过通用成帧协议（GenericframingProtocol，GFP）实现以太网帧在SDH虚容器中的有效映射，同时利用虚级联和链路容量调整计划（LinkCapacityAdujstmentScheme，LCAS）技术来增强虚容器带宽分配的灵活性和效率。
在数据业务应用环境下，虚级联与LCAS技术是衡量多业务传送平台带宽是否有效利用的重要指标。
2.2SDH技术原理及实现
2.2.1SDH概述
SDH是一种不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输系统的通用传送网技术体制。
它是各种类型的城域网和长途网的低层协议，最初是为网络节点提供静态的、点到点的连接而设计的[1][5]。
数字速率等级、帧结构与信息格式是SDH的核心，SDH信号以同步传送模块的形式传输。
STM-N是用以支持SDH内的段层连接的信息结构，如图2-1所示，由信息净负荷、段开销（SOH）和管理单元指针（AUPTR）组成矩形块状帧结构，其重复周期为125us。
块状帧由270xN列和9行的字节单元组成，字节的传输是由左至右逐行进行的。
STM-1是SDH信号最基本也是最重要的传送模块。
网络接口速率为155.520Mbit/s。
270XN
更高等级的STM-N信号是将STM-1信号以字节交错间插方式同步复用的结果，速率为STM-1的N倍，其中N通常取1、4、16、64、256等。
SDH帧结构中安排有丰富的开销比特，为网络的管理和控制提供了强有力的支持。
段开销是STM帧结构中为保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节，主要供网络运行、管理和维护使用。
通道开销（POH）主要用于通道层的性能监视、管理和控制等方面。
此外，采用指针方式实现净负荷信息的同步也是SDH的重要创新和主要优势之一。
SDH采用同步复用方式，各种不同等级的码流在帧结构净负荷中的排列是有规律的，净负荷与网络又是同步的，从而可以便捷地分插信号和简化设备。
SDH的复用结构如图2-2所示。
虚容器（VC）是SDH中最重要的一种信息结构，主要支持通道层的连接，根据带宽颗粒度可分为高阶虚器（VC-3/VC-4）和低阶虚容器[5]（VC11/12/2）。
各种信号需要经过映射、定位、复用等处理。
映射实质是指各种支路信号与相应的虚容器容量同步，以使虚容器成为可以独立地进行传送、复用和交叉连接的实体。
TUG-2
x3
在宁夏地区，SDH传输环网结构已得到运营商及用户的普遍认可，SDH传送网采用分层和分割的概念，从垂直方向上分为电路层、通道层和传输媒质层，这种分层模型给网络的生存带来很大的优越性，可以根据用户的不同需求提供相应等级的业务生存性策略。
在宁夏电信网络优化前期，我们将SDH网络的自愈功能配置为具有自动保护功能的环形结构，即所谓的自愈环。
环形结构具有很高的生存性及良好的业务量疏导能力，网络恢复时间很短（≤50ms），在宁夏地区受到电信用户的欢迎。
此外，为了管理和运维的方便，我们将SDH网络从水平电路层、通道层上分为不同的管理域，使SDH系统的QOS特点得到充分发挥，为下一步结合MSTP技术进行网络优化做好准备。
2.2.2SDH段开销及功能配置
段开销中包含有定帧信息，用于维护和性能监视的信息以及其他操作功能。
段开销可以进一步划分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。
在段开销中，第1～3行分给再生段开销，第5～9行分给复用段开销。
再生段开销用于再生段的监控和维护管理，主要为配合完成SDH的帧定位、提取、检错等。
再生段的开销在再生段的始端产生并加入到帧结构中，在再生段末端终结并处理相关信息。
而复用段开销用于复用段的监控和维护管理，其主要功能为SDH的保护倒换功能的实现、网管信息和定时标识信息的传送及公务电话等。
复用段开销在复用段的始端产生并加入到帧中，在复用段的末端终结并处理信息。
因此复用段开销将透明地通过再生器，终结在AUG的组合和分解点，即终端设备处。
2.2.3SDH通道开销配置
通道开销（POH）在通道的生成点产生，保存到信号传送路由的终端点，这样在网内传输信号时，可以保证端对端的情况下监视传输信号的误码等状态，保证了高质量的网络运营维护。
再有，鉴于通道是以不同的通信运营商的网络作为媒质得以运用的，因此其后又追加了监视通道中信号的串联监视功能（TCM）。
POH有两种，一种是VC-3、VC-4或者VC-4-Xc（级联的VC-4）产生的POH，另一种是VC-11或VC-12低阶通道产生的POH。
2.3虚级联技术的实现
2.3.1级联技术原理及应用
SDH是一套严密完整的传送网技术体制，自诞生起就获得了广泛的支持，现已成为世界上最主要的骨干网传送技术。
SDH设计之初是用于传输固定比特率业务的，例如话音业务，利用SDH技术可使之轻易适配到容量固定的相应通道中去。
然而，近年来随着INTERNET的发展，宁夏电信骨干网上出现了大量可变化比特率和任意速率（如非2Mbit/S的整数倍）的数据业务，传统的SDH系统却不能有效地对其进行传输。
例如SDH的2Mbit/s、34Mbit/s和155Mbit/s的净负荷就与Ethernet的10Mbit/s、100Mbit/s和1000Mbit/s的速率不匹配，无法充分发挥SDH的传输能力。
另外，在SDH中承载负荷的最大容器是VC-4，容量为150Mbit/s。
当要传输的负荷大于150Mbit/s时，就要将负荷按照字节交错方式映射多个VC-4的净负荷区中，再将多个VC-4组成STM-N复帧传输。
使用这种方式传输数据业务时，虽然可以保证数据的顺利传送，但缺点却很多。
首先，数据业务在收发两端的拆装重组非常复杂；其次，STM-N复帧中有N个AU-4指针和N个POH开销，增加了管理和操作的复杂性；最后，带宽利用率低，由于STM-N复帧以4为倍数对STM-1进行复用，当负荷的带宽刚刚大于STM-1，却远小于STM-4时，带宽浪费非常严重。
例如，150Mbit/s的IP业务，使用STM-4传输时，带宽利用率仅为32%。
由于传统的SDH技术无法很好地传输数据业务，出现了新的适应数据业务传输的级联技术。
级联就是将多个虚容器联合起来创建承载业务的逻辑实体，合成容量仍保留比特序列的完整性，实质上是虚容器的联合过程。
在对宁夏电信传输网络进行优化的工作中，论文同时采用了两种级联方式进行时隙配置，即相邻级联和虚级联。
相邻级联和虚级联都能在传输通道的终端提供数倍于容器C-n的带宽容量，两者的主要差别在于逻辑实体的传送方式不同。
2.3.2相邻级联技术的原理及应用
SDH网络在解决超过单个虚容器容量的业务传输问题时，最简易的方法是应用相邻级联技术。
相邻级联要求所有级联容器在时隙上连续相邻排列，组成单一的逻辑传送实体在SDH网络中进行复用、交换和传输。
C-4-Xc帧结构如图2-3所示，其中X=4，16，64或256。
C-4-Xc的第1列用做整个大容器的POH，而第2～X列则用固定比特填充。
根据ITU-TG.707建议[2]，位于AU-4指针内的H1和H2字节主要用来指示SDH净负荷的起始位置，还可以为接收机提供相
图2-3C-4-Xc的结构图
邻级联指示，即1～4bit设置为“1001”，5～6bit未作规定，7～16bit全设置为“1”。
相邻级联的容器保留单一的通道开销沿相同的路径传输，数据的各部分之间不存在延迟差，信号传输质量高，同时避免复杂的信息拆装过程，实现起来相对简单。
然而，相邻级联方式的应用存在着一定的局限性:
1）它要求传输通道的所有网络节点均须支持相邻级联方式。
宁夏电信传输网络优化过程中，由于成本所限，仍然存在新老设备共用的情况，老设备无法支持相邻级联，在这种情况下，论文采用了以下网络设备配置方法：
将全部有下业务需求的
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