ＳＤＨ原型機仿真研究

摘要：中國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)以及設(shè)備品種的增多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運維人員培訓(xùn)困難，故障無法及時解決。為了提高通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的運維水平，需要一個與實際SDH網(wǎng)完全一致的虛擬網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)運維和研發(fā)的基礎(chǔ)。SDH系統(tǒng)仿真平臺通過模擬SDH設(shè)備原型，有效實SDH的底層傳輸機制，從而再現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸流程以及網(wǎng)絡(luò)故障的產(chǎn)生過程。文章以SDH原型中TTF(傳送終端功能)功能模塊為例，詳細(xì)敘述SDH原型機幀結(jié)構(gòu)以及邏輯部件仿真思路。

關(guān)鍵詞：SDH設(shè)備；原型機；通信網(wǎng)絡(luò)；邏輯部件仿真

0 引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多層次、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢。ITU-T于1978年推出了SDH的標(biāo)準(zhǔn)，90年代中期SDH引入中國，至今已經(jīng)成為一種相當(dāng)成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在骨干網(wǎng)中被廣泛采用。僅數(shù)年時間，SDH網(wǎng)絡(luò)就覆蓋了中國大部分地區(qū)，成為通信傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)。

為了提高通信運維人員對網(wǎng)絡(luò)故障的判斷和處理的能力，提高通信網(wǎng)絡(luò)事故處理的效率以及通過模擬和仿真，提高通信網(wǎng)絡(luò)的運行效率，需要開發(fā)SDH系統(tǒng)仿真平臺。

現(xiàn)實中SDH設(shè)備型號繁多，各個型號不同廠家的產(chǎn)品也不完全一樣。SDH設(shè)備的多樣性以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜多變性，要求仿真系統(tǒng)平臺具有良好的復(fù)用性，以兼容不同設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。ITU-T對SDH的比特率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口、復(fù)用結(jié)構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理、線路系統(tǒng)和光接口、信息模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等提出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議，從而，各個廠家的SDH設(shè)備可以用統(tǒng)一的一個SDH設(shè)備模型來表示。

國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)的通信系統(tǒng)仿真平臺，有以規(guī)則庫為基礎(chǔ)的SDH系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)的兼容性一般，規(guī)則庫內(nèi)容繁多，更新困難，與現(xiàn)實系統(tǒng)還有一定差距，而且沒有通過原型機抽象方法實現(xiàn)SDH通信機制仿真的平臺軟件。通過模擬SDH設(shè)備原型而仿真出的網(wǎng)絡(luò)，將有效實現(xiàn)SDH的底層傳輸機制，從而再現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸流程以及網(wǎng)絡(luò)故障的產(chǎn)生過程。

1 原型機仿真思路研究

SDH系統(tǒng)仿真平臺包括硬件系統(tǒng)外觀設(shè)計平臺(包括部件設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等)以及SDH傳輸機制仿真等，本文主要針對軟件的核心傳輸機制原型機系統(tǒng)進行仿真研究。

1.1 SDH幀及復(fù)用映射結(jié)構(gòu)仿真

SDH設(shè)備將PDH等原始信號復(fù)用進SDH網(wǎng)絡(luò)，原始信號作為信息凈負(fù)荷，添加上控制字段：開銷和指針等，就組成了SDH幀信號。

在SDH網(wǎng)絡(luò)中，SDH設(shè)備對于信號的操縱和控制主要都是針對SDH幀的幀頭，如通過對信號幀的開銷(sOH，POH)和指針(PTR)的讀寫，將高速信號一次分插出低速支路信號，或者將低速支路信號復(fù)用進高速信號等。

因此原型機仿真可以主要針對幀頭進行。對SDH信號的開銷和指針等進行仿真，而對于信息凈負(fù)荷只關(guān)注其中少量的通道開銷字節(jié)，其余則略去或者以簡單字節(jié)代替，這樣可以減小系統(tǒng)負(fù)荷，提高運行效率，而對于仿真真實性和有效性則不會有影響。

PDH等低速信號是由低到高逐級復(fù)用映射進STM-N信號的，如140兆信號：140Mbit／s－C4－VC4－AU4－AUG－STM-N。幀結(jié)構(gòu)仿真將構(gòu)建C4，VC4，AU4，AUG，STM-N等對象來仿真復(fù)用映射過程中各個階段的SDH幀信號。在構(gòu)建幀信號對象時，通過二進制數(shù)變量來仿真SDH信號幀中的各個控制字段，改變變量數(shù)值就可以模擬幀頭指針的移動以及開銷的變化等。

1.2 SDH設(shè)備邏輯部件仿真

ITU-T對SDH設(shè)備的規(guī)范以功能參考模型的方法，把設(shè)備需要的功能分解成不同的標(biāo)準(zhǔn)功能模塊。對功能模塊的物理實現(xiàn)方法并不做要求。各種不同的設(shè)備通過不同的功能模塊組裝而成，以完成不同的功能，基本功能塊具備的功能相同，外部接口一致，從而規(guī)范了設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。

SDH設(shè)備中處理信號幀的各項功能塊有：TTF(傳送終端功能)、SPI(SDH物理接口)、RST(再生段終端)、

MST(復(fù)用段終端)、MSP(復(fù)用段保護)、MSA(復(fù)用段適配)、HOI(高階接口)、LOI(低階接口)、HOA(高階組裝器)、HPC(高階通道連接)、PPI(PDH物理接口)、OHA(開銷接入功能)、LPA(低階通道適配)、SEMF(同步設(shè)備管理功能)、LPT(低階通道終端)、MCF(消息通信功能)、LPC(低階通道連接)、SETS(同步設(shè)備時鐘源)、HPA(高階通道適配)、SETPI(同步設(shè)備定時物理接口)、HPT(高階通道終端)。以TM設(shè)備(終端復(fù)用器)為例，處理流程如圖1所示。

SDH原型機仿真的思路就是通過邏輯部件的方式實現(xiàn)ITU-T規(guī)定的各個功能塊的功能，這些邏輯部件按一定順序組合，在管理AGENT模塊的組織控制下，完成不同的功能，具有很好的復(fù)用性。下面我們以TM設(shè)備中的TTF功能塊為例來說明邏輯部件的設(shè)計流程：

TTF功能塊由SPI，RST，MST，MSP，MSA五個邏輯部件組成，在收方向分別對STM-N光線路進行光／電變換(sH)、處理RSOH(RST)、處理MSOH(MST)、對復(fù)用段信號進行保護(MSP)、對AUG消間插并處理指針AU-PTR，最后輸出N個VC4信號；發(fā)方向與此過程相反。

SPI功能塊：①當(dāng)信號流從A到B時，SPI執(zhí)行光，電轉(zhuǎn)換，同時提取線路定時信號并將其傳給SETS(同步設(shè)備定時源功能塊)鎖相，鎖定頻率后由SETS再將定時信號傳給其它功能塊，以此作為它們工作的定時時鐘。當(dāng)A點的STM-N信號失效，SPI產(chǎn)生R-LOS告警(接收信號丟失)，并將R-LOS狀態(tài)告知SEMF(同步設(shè)備管理功能塊)。②信號流從B到A，SPI執(zhí)行電，光變換，同時，定時信息附著在線路信號中。

圖2是SPI邏輯部件的類設(shè)計。在SDH PysicalInterface類中，ElectricitySignal()和changeLightSignal()方法可以通過改變信號對象中控制信號類型的字段來改變信號類型。若注重系統(tǒng)運行效率也可以并不執(zhí)行實際的光電變換操作，因為光信號和電信號的轉(zhuǎn)換對于系統(tǒng)仿真沒有太大意義。除此之外，changeLightSignal()將調(diào)用extraetTiming()方法將信號中的定時信號提交給SETS，如果信號失效則產(chǎn)生R-LOS告警對象傳送給SEMF。changeElectricitySignal()則執(zhí)行相反的操作。4個get方法則用來取得對象中的私有屬性。

其余4個邏輯部件RST，MST，MSP，MSA與SPI類似，不再一一敘述。下面說說管理控制AGENT類TFF，如圖3所示。

TIF類在調(diào)用時會創(chuàng)建SPI，RST，MST，MSP，MSA五個對象(圖4是各個類之間的關(guān)系)，并通過takeupSignal()方法接受信號對象。兩個takeupSignal()的參數(shù)不同，分別接受ElectficitySignal和VC4Array兩種信號對象(直接調(diào)用takeupSignal()即可自動調(diào)用不同方法，ElectricitySignal對象即圖1中A點的信號對象，而VC4Array則是圖1中F點的信號對象)，通過checkoutSignalType()方法來決定對象調(diào)用順序。如果接收到的是ElectricitySignal，則按照SPI－RST－MST－MSP－MSA的順序調(diào)用五個對象，如果是VC4Array則按相反順序調(diào)用對象，從而完成ElectricitySignal與VC4Array對象之間的轉(zhuǎn)換。

各個邏輯部件類具有很好的復(fù)用性，可以直接通過它們組成新的功能塊或設(shè)備。如REG再生中繼器可以由SPI，RST來組成，而不需對這兩個類進行修改，只需要在功能塊的管理控制AGENT類中設(shè)計一些調(diào)用控制流程等就可以了。

在SDH原型機設(shè)計中，還有一個重要的功能模塊，即SEMF(同步設(shè)備管理功能塊)，它的作用有：收集其它功能塊的狀態(tài)信息，進行相應(yīng)的管理操作，包括本站向各個功能塊下發(fā)命令，收集各功能塊的告警、性能事件，通過DCC通道向其它

網(wǎng)元傳送OAM信息，向網(wǎng)絡(luò)管理終端上報設(shè)備告警等。其中最重要的就是設(shè)備告警信息的收集與處理。

設(shè)備告警信號與系統(tǒng)告警外在表現(xiàn)(即告警描述)應(yīng)該是多對一的關(guān)系，也就是多個告警信號產(chǎn)生一段告警描述，因此告警描述表應(yīng)該設(shè)計成相應(yīng)的形式。當(dāng)SEMF接收到第一個告警信號之后就進行判斷篩選，將包含這個告警信號的所有告警描述項挑出來；接收到第二條就繼續(xù)在剩下的告警描述項中篩選，直到只剩下最后一條告警描述項為止。此時判斷這條告警描述項的告警信號是否已經(jīng)齊備，已經(jīng)齊備就向顯示界面打印出告警描述信息；否則就繼續(xù)接受告警信號。

例如，當(dāng)SPI產(chǎn)生了R-LOS告警之后，就調(diào)用SEMF對象的addWaming(waming：Warning)方法，將R-LOS添加入SEMF的warninglist中，addWaming()會調(diào)用checkoutWarning()判斷是否到達打印告警描述信息的條件，如果滿足就向顯示界面打印出告警描述信息，并清空waminglist中的告警信號；不滿足就將包含這個告警的所有告警描述項保存，直到下次再有告警信息就在已保存的告警描述項中再次查詢。transmitOAM()方法向其他網(wǎng)元傳送OAM信息。transmitOrder()方法可以向各個功能模塊傳輸命令。

2 結(jié)束語

SDH系統(tǒng)仿真極其復(fù)雜，除了上面提到的硬件系統(tǒng)外觀設(shè)計平臺以及論文詳細(xì)論述的原型機邏輯部件設(shè)計外，還包括同步機制研究，原型機到現(xiàn)實設(shè)備的配置系統(tǒng)，通信網(wǎng)OAM平臺等，但一切都離不開原型機仿真這個核心與基礎(chǔ)。SDH系統(tǒng)仿真平臺的實現(xiàn)，將會對我國的通信網(wǎng)絡(luò)起到積極的推動作用。