CN111092689A - 一种复合协议光传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信传输技术领域，具体涉及一种复合协议光传输系统。包括电路传输部分、数据接口板模块、控制模块及光路传输部分，所述电路传输部分根据业务类型通过不同协议的带宽转接数据接口板模块，数据接口板模块将信息传输及保存在控制模块中，经过控制模块转化为光路，通过光路传输部分向外传输，所述的电路传输部分业务类型包括生产调度类业务和管理信息类业务，生产类调度类业务通过SDH协议传输，管理信息类业务通过IP分组传输。该光端机系统解决了时隙传输的实时性，又提高了整体带宽的的利用率，节省光纤纤芯，传输业务多可包括：实时监控、保护、话路、图像、消防、机房动环检测、办公OA、MIS等。

Description

一种复合协议光传输系统

技术领域

本发明属于通信传输技术领域，具体涉及一种复合协议光传输系统。

背景技术

电力系统业务分为生产调度类业务和管理信息类业务，生产调度类业务又分为继电保护、稳控、调度自动化等，其信息传输要求无延时、实时传输，一般采用SDH光机传输，其组建SDH传输网络，SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字体系，即是一种传输的体制，就像PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字传输体制)一样，SDH传输体制也规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型等特性。

管理信息类业务包括行政电话、综合数据网等，其特点业务量大，所占用带宽较多，而对于实时传输要求相对较低，一般采用IP分组交换，也就是PTN传输，其组建PTN传输网络，PTN叫做packet translate network（分组传送网）。

由于组建两套不同传输机制的网络，需要购买两套光传输系统，花费较多，组建网络时，需要4根光纤，有些光缆预留纤芯不够，需要重新建设，对于OPGW光缆，是在高压线路上面架设的，如果新增或者更换光缆，需要停电，长时间停电影响居民生活及工厂施工，也会大大降低电力公司供电量。

有些变电站建设年代久远，经过一次又一次改造，屏位不足，再增加一套光传输系统实属困难。两套光传输系统同时运行，其发生故障概率也大大增加，大大增加了运行维护的工作量。

另外 ，SDH传输也有局限性，SDH传输的是时分传输的，通过时隙进行传输，最小单元是E1即2M电路。而SDH的带宽是固定的，频带利用率低，传输容量相对来说比较小，占用带宽大，传输业务受限。

分组传送网（PTN）传输存在一定的局限性，业务占用达到70%以后，采取优先机制，影响实时传输；网络有延迟、缓冲；IP层没有超时和重传机制，没有连接握手协议，所以也不是连接的可靠协议。

基于以上原因，亟需发明一种兼具SDH时隙传输与IP分组交换传输并行的复合协议光传输系统，来解决上述问题的不足。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种复合协议光传输系统，该光传输系统既解决了时隙传输的实时性，又提高了整体带宽的的利用率，节省光纤纤芯资源，传输业务多可包括：实时监控、保护、话路、图像、消防、机房动环检测、办公OA、MIS等。

本发明的技术方案是：

一种复合协议光传输系统，包括电路传输部分、数据接口板模块、控制模块及光路传输部分，所述电路传输部分根据业务类型通过不同协议的带宽转接数据接口板模块，数据接口板模块将信息传输及保存在控制模块中，经过控制模块转化为光路，通过光路传输部分向外传输，所述的电路传输部分业务类型包括生产调度类业务和管理信息类业务，生产类调度类业务通过SDH协议传输，管理信息类业务通过IP分组传输。

所述数据接口板包括2M接口板、以太网板、话路板、串口数字接口板。所述控制模块包括网管、控制板、交叉板及时钟板，网管根据接受的来自生产调度类业务和管理信息类业务不同信息定义不同接口类型及宽带，并通过交叉板进行IP分组交换传输，时钟板具有时钟同步功能，保证生产类业务传输实时性的特点，又完成管理信息类业务的传输。所述的光路传输部分包括光接口板。

具体的，所述的时钟板采用DCM时钟管理器，完成交叉板进行IP分组交换传输提供高精度的156.25MHz时钟。

具体的，所述的交叉板实时接收光纤传输的业务信息数据流并解析出串口数据包；所述的串口数据包包括IP数据包和SDH数据包，所述的IP数据包包括IP数据包首部和IP数据部分，加入识别码，通过将IP数据部分的可变字段（32bit）全部置1，对端设备检测到后，确认是IP数据包；SDH数据包采用块状的帧结构来承载信息，SDH帧结构的段开销A1、A2(Framing)：为帧定位字节，其中A1=11110110,A2=00101000,1帧中有48个（6个字节）帧定位比特，当设备检测到A1、A2全为1后，确认为SDH帧。

具体的，所述的SDH帧结构每帧由纵向九行和横向270×N列字节组成，每个字节为8bit，整个帧结构分成段开销（SOH）区，STM——N净负荷区和管理单元指针（AU ＰＴＲ）区三个区，所述的SDH协议传输采用的信息结构等级为为STM-1，四个STM-1同步复用构成STM-4，十六个STM-1或者四个STM-4同步复用构成STM-16。

具体的，所述的SDH传输生产类调度类业务信号时，业务信息数据流进入SDH的帧，经过映射、定位、复用三个步骤：

映射，将各种速率的信号先经过码速调整，装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC），帧相位发生偏差称为帧偏移；

定位，将帧偏移信息收入支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现定位；

复用，将多个低阶通道层信号通过码速调整使之进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整使之计入复用层。

光传输系统随着监控的路数越多，功能芯片越多，电路板布线越困难，系统越复杂。同时由于芯片管脚的寄生电容，电路板走线的电容都不小，当路数多时，要求系统时钟的频率越高，导致消耗在管脚，走线的功耗很大。每一路发端要用到一个模数转换器，收端要用到一个数模转换器，当路数多时，各路模数、数模转换器之间就会出现匹配不好，出现通道间的一致性问题。同时不同路数的监控系统，采用不同数目的模数，数模转换器，使用不同的应用方案。

现有的光传输系统的发射端在电路板上需要布置模数转换器、现场可编程门列阵、高速并串转换芯片、光模块，其需要在电路板上将每个模数转换器分别和现场可编程门列阵连接，之后再将现场可编程门列阵连接至高速并串转换芯片，其需要占用大量空间；同理接收端在电路板上需要布置光模块、时钟数据恢复、现场可编程门阵列、数模转换器，其同样需要占用大量空间，最终导致光端机所占用的体积大随着以IP业务为主的数据业务持续增长，对网络带宽的需求变得越来越高，同时对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切，需要一种能支持多信道、高容量、可配置、智能型的传送网络，促进光传输与交换技术的不断融合，从而使传网向全光化、智能化方向演进。

由于组建两套不同传输网络，需要购买两套光端机，花费较多，组建网络时，需要多根光纤，有些光缆预留纤芯不够，需要重新建设，对于OPGW光缆，是在高压线路上面架设的，如果新增或者更换光缆，需要停电，长时间停电影响居民生活及工厂施工，也会大大降低电力公司供电量。

PTN是在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制，其采用的是时分复用技术。

从传输单元上看，PTN传送的最小单元是IP报文，而SDH传输的是时隙，最小单元是E1即2M电路，PTN的报文大小有弹性，而SDH的电路带宽是固定的。这就是PTN与SDH承载性能的最本质区别； 从协议上看，PTN遵循的叫做TMPLS，即经过改进的MPLS，即TMPLS=MPLS-IP+OAM；从业务管理能力看，PTN通过硬件收发管理报文来实现对信道的监控和管理，而SDH通过开销字节实现系统的OAM。 PTN与SDH基于不同的协议，所以两个体系不能混合组网，即网络之间不能实现对方的监控、管理及保护倒换。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种复合协议光传输系统，该系统能够将SDH时隙传输与IP分组交换传输在同一光端机中并行传输，结合两者的优点，既可以提高传输的带宽、又可以使传输的实时性得到保证；设备简单、节省费用；既解决了时隙传输的实时性，又提高了整体带宽的的利用率；节省光纤纤芯；实时监控、保护、话路、图像、消防、机房动环检测、办公OA、MIS等。

附图说明

图1是本发明的原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。

如图1所示为本发明提供的一种复合协议光传输系统，包括电路传输部分、数据接口板模块、控制模块及光路传输部分，所述电路传输部分根据业务类型通过不同协议的带宽转接数据接口板模块，数据接口板模块将信息传输及保存在控制模块中，经过控制模块转化为光路，通过光路传输部分向外传输，所述的电路传输部分业务类型包括生产调度类业务和管理信息类业务，生产类调度类业务通过SDH协议传输，管理信息类业务通过IP分组传输。

所述数据接口板包括2M接口板、以太网板、话路板、串口数字接口板。所述控制模块包括网管、控制板、交叉板及时钟板，网管根据接受的来自生产调度类业务和管理信息类业务不同信息定义不同接口类型及宽带，并通过交叉板进行IP分组交换传输，时钟板具有时钟同步功能，保证生产类业务传输实时性的特点，又完成管理信息类业务的传输。所述的光路传输部分包括光接口板。

所述的时钟板采用DCM时钟管理器，完成交叉板进行IP分组交换传输提供高精度的156.25MHz时钟。

所述的交叉板实时接收光纤传输的业务信息数据流并解析出串口数据包；所述的串口数据包包括IP数据包和SDH数据包，所述的IP数据包包括IP数据包首部和IP数据部分，加入识别码，通过将IP数据部分的可变字段（32bit）全部置1，对端设备检测到后，确认是IP数据包；SDH数据包采用块状的帧结构来承载信息，SDH帧结构的段开销A1、A2(Framing)：为帧定位字节，其中A1=11110110,A2=00101000,1帧中有48个（6个字节）帧定位比特，当设备检测到A1、A2全为1后，确认为SDH帧。如表1所示为IP数据包结构，表2所示为IP数据包首部结构。

表1

IP数据包首部

IP数据部分

表2

SDH信息结构：

所述的SDH帧结构每帧由纵向九行和横向270×N列字节组成，每个字节为8bit，整个帧结构分成段开销（SOH）区，STM——N净负荷区和管理单元指针（AU ＰＴＲ）区三个区，所述的SDH协议传输采用的信息结构等级为为STM-1，四个STM-1同步复用构成STM-4，十六个STM-1或者四个STM-4同步复用构成STM-16。

SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向270×N列字节组成，每个字节为8bit，整个帧结构分成段开销（SOH）区，STM——N净负荷区和管理单元指针（AU ＰＴＲ）区三个区域。

其中段开销区主要用于网络的运行、管理维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；如表3所示为SDH段开销结构，表4为SDH帧信息结构。

表3

表4

从上述表中可以得出，净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息

在STM-N帧内的准确位置以便接受是能正确分离净负荷。 SDH传输业务信号时，各种业务信号要进入SDH的帧，都要经过映射、定位、复用三个步骤：

映射是将各种速率的信号先经过码速调整，装入相应的标准容器（C）,再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；

定位即是将帧偏移信息收入支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；

复用则是将多个低阶通道层信号通过码速调整使之进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整使之计入复用层的过程。

下面介绍时隙、IP间插问题：

SDH信号帧特点：以字节为单位（8bit）的块状帧；传输方式—从左到右、从上到下；帧频固定为8000帧/s，帧周期为125µs。时隙采用定时发送，每间隔 125µs×5时间，（因为基帧可以装入2M信号的125µs时间段的信息；而复帧装入2M信号125µs×4时间段的信息），才可以发送1帧，中间具体的映射、定位、复用三个步骤占用了大量的时间，80%的时间传输的空信息（净负荷区为填充码），这样就可以用来传输IP分组数据，通过时钟板提供的同步时钟，进行约束同步，管理、组帧、发送、接受。

关于优先级别问题：

时隙级别最高(监控、保护）；其余的时间，业务按照IP优先级别划分（传输业务：话路、图像、消防、机房动环检测、办公OA、MIS等），通过设置IP数据报首部的区分服务（type ofsevice） 9—16 bit来划定等级。

通过前三个占位符（见表2：IP数据报首部结构），用来设定数据包的重要性，取值越大数据有重要，取值范围为：0（正常）～7（网络控制）。

关于OAM管理机制问题：OAM信息包括：性能监控、告警查询、操作指令等，整个系统采用SDH系统中DCC数字通信链路来传输OAM管理字节（见表3：SDH段开销结构），搭起网元网管之间、网元与网管之间OAM信息通路；DCC数字通信通路字节：D1—D12； D1—D3用于再生段（DCCR）；D4—D12用于复生段（DCCM）；SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护(OAM)功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。极大降低了 OAM设备维护成本。SDH帧中用于OAM的开销多，功能强大，系统安全性高。

关于网络管理机制问题：时隙传输、IP分组传输的管理，需要时隙传输，在网管设置层面上，采用硬性划分方法，在系统强制划分，而在之外的业务，剩下的带宽采用IP分组交换，进行弹性划分。需要时，再划分，不用时，采用IP分组交换，弹性划分。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种复合协议光传输系统，其特征在于，包括电路传输部分、数据接口板模块、控制模块及光路传输部分，所述电路传输部分根据业务类型通过不同协议的带宽转接数据接口板模块，数据接口板模块将信息传输及保存在控制模块中，经过控制模块转化为光路，通过光路传输部分向外传输，所述的电路传输部分业务类型包括生产调度类业务和管理信息类业务，生产类调度类业务通过SDH协议传输，管理信息类业务通过IP分组传输；

所述数据接口板包括2M接口板、以太网板、话路板、串口数字接口板；

所述控制模块包括网管、控制板、交叉板及时钟板，网管根据接受的来自生产调度类业务和管理信息类业务不同信息定义不同接口类型及宽带，并通过交叉板进行IP分组交换传输，时钟板具有时钟同步功能，保证生产类业务传输实时性的特点，又完成管理信息类业务的传输；

所述的光路传输部分包括光接口板。

2.根据权利要求1所述复合协议光传输系统，其特征在于，所述的时钟板采用DCM时钟管理器，完成交叉板进行IP分组交换传输提供高精度的156.25MHz时钟。

3.根据权利要求2所述复合协议光传输系统，其特征在于，所述的交叉板实时接收光纤传输的业务信息数据流并解析出串口数据包；所述的串口数据包包括IP数据包和SDH数据包，所述的IP数据包包括IP数据包首部和IP数据部分，加入识别码，通过将IP数据部分的可变字段（32bit）全部置1，对端设备检测到后，确认是IP数据包；SDH数据包采用块状的帧结构来承载信息，SDH帧结构的段开销A1、A2(Framing)：为帧定位字节，其中A1=11110110，A2=00101000，1帧中有48个（6个字节）帧定位比特，当设备检测到A1、A2全为1后，确认为SDH帧。

4.根据权利要求3所述复合协议光传输系统，其特征在于，所述的SDH帧结构每帧由纵向九行和横向270×N列字节组成，每个字节为8bit，整个帧结构分成段开销（SOH）区，STM——N净负荷区和管理单元指针（AU ＰＴＲ）区三个区，所述的SDH协议传输采用的信息结构等级为为STM-1，四个STM-1同步复用构成STM-4，十六个STM-1或者四个STM-4同步复用构成STM-16。

5.根据权利要求3所述复合协议光传输系统，其特征在于，所述的SDH传输生产类调度类业务信号时，业务信息数据流进入SDH的帧，经过映射、定位、复用三个步骤：

映射，将各种速率的信号先经过码速调整，装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC），帧相位发生偏差称为帧偏移；

定位，将帧偏移信息收入支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现定位；

复用，将多个低阶通道层信号通过码速调整使之进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整使之计入复用层。

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