ＳＤＨ原型機仿真研究

摘要：中國互聯網技術發展迅速，網絡結構日益復雜。網絡業務以及設備品種的增多導致網絡運維人員培訓困難，故障無法及時解決。為了提高通信網絡和設備的運維水平，需要一個與實際SDH網完全一致的虛擬網作為通信網絡運維和研發的基礎。SDH系統仿真平臺通過模擬SDH設備原型，有效實SDH的底層傳輸機制，從而再現數據傳輸流程以及網絡故障的產生過程。文章以SDH原型中TTF(傳送終端功能)功能模塊為例，詳細敘述SDH原型機幀結構以及邏輯部件仿真思路。

關鍵詞：SDH設備；原型機；通信網絡；邏輯部件仿真

0 引言

隨著通信技術的發展，通信網絡呈現出多層次、復雜化的發展趨勢。ITU-T于1978年推出了SDH的標準，90年代中期SDH引入中國，至今已經成為一種相當成熟的技術標準，在骨干網中被廣泛采用。僅數年時間，SDH網絡就覆蓋了中國大部分地區，成為通信傳輸網的基礎。

為了提高通信運維人員對網絡故障的判斷和處理的能力，提高通信網絡事故處理的效率以及通過模擬和仿真，提高通信網絡的運行效率，需要開發SDH系統仿真平臺。

現實中SDH設備型號繁多，各個型號不同廠家的產品也不完全一樣。SDH設備的多樣性以及網絡拓撲結構的復雜多變性，要求仿真系統平臺具有良好的復用性，以兼容不同設備和網絡。ITU-T對SDH的比特率、網絡節點接口、復用結構、復用設備、網絡管理、線路系統和光接口、信息模型、網絡結構等提出了相關標準建議，從而，各個廠家的SDH設備可以用統一的一個SDH設備模型來表示。

國內外已經出現的通信系統仿真平臺，有以規則庫為基礎的SDH系統。但這些系統的兼容性一般，規則庫內容繁多，更新困難，與現實系統還有一定差距，而且沒有通過原型機抽象方法實現SDH通信機制仿真的平臺軟件。通過模擬SDH設備原型而仿真出的網絡，將有效實現SDH的底層傳輸機制，從而再現數據傳輸流程以及網絡故障的產生過程。

1 原型機仿真思路研究

SDH系統仿真平臺包括硬件系統外觀設計平臺(包括部件設計，網絡設計等)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進行仿真研究。

1.1 SDH幀及復用映射結構仿真

SDH設備將PDH等原始信號復用進SDH網絡，原始信號作為信息凈負荷，添加上控制字段：開銷和指針等，就組成了SDH幀信號。

在SDH網絡中，SDH設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，而對于信息凈負荷只關注其中少量的通道開銷字節，其余則略去或者以簡單字節代替，這樣可以減小系統負荷，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用映射進STM-N信號的，如140兆信號：140Mbit／s－C4－VC4－AU4－AUG－STM-N。幀結構仿真將構建C4，VC4，AU4，AUG，STM-N等對象來仿真復用映射過程中各個階段的SDH幀信號。在構建幀信號對象時，通過二進制數變量來仿真SDH信號幀中的各個控制字段，改變變量數值就可以模擬幀頭指針的移動以及開銷的變化等。

1.2 SDH設備邏輯部件仿真

ITU-T對SDH設備的規范以功能參考模型的方法，把設備需要的功能分解成不同的標準功能模塊。對功能模塊的物理實現方法并不做要求。各種不同的設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，從而規范了設備的標準化。

SDH設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(復用段終端)、MSP(復用段保護)、MSA(復用段適配)、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(同步設備時鐘源)、HPA(高階通道適配)、SETPI(同步設備定時物理接口)、HPT(高階通道終端)。以TM設備(終端復用器)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ITU-T規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，具有很好的復用性。下面我們以TM設備中的TTF功能塊為例來說明邏輯部件的設計流程：

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；發方向與此過程相反。

SPI功能塊：①當信號流從A到B時，SPI執行光，電轉換，同時提取線路定時信號并將其傳給SETS(同步設備定時源功能塊)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A點的STM-N信號失效，SPI產生R-LOS告警(接收信號丟失)，并將R-LOS狀態告知SEMF(同步設備管理功能塊)。②信號流從B到A，SPI執行電，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。若注重系統運行效率也可以并不執行實際的光電變換操作，因為光信號和電信號的轉換對于系統仿真沒有太大意義。除此之外，changeLightSignal()將調用extraetTiming()方法將信號中的定時信號提交給SETS，如果信號失效則產生R-LOS告警對象傳送給SEMF。changeElectricitySignal()則執行相反的操作。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類在調用時會創建SPI，RST，MST，MSP，MSA五個對象(圖4是各個類之間的關系)，并通過takeupSignal()方法接受信號對象。兩個takeupSignal()的參數不同，分別接受ElectficitySignal和VC4Array兩種信號對象(直接調用takeupSignal()即可自動調用不同方法，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()方法來決定對象調用順序。如果接收到的是ElectricitySignal，則按照SPI－RST－MST－MSP－MSA的順序調用五個對象，如果是VC4Array則按相反順序調用對象，從而完成ElectricitySignal與VC4Array對象之間的轉換。

各個邏輯部件類具有很好的復用性，可以直接通過它們組成新的功能塊或設備。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類中設計一些調用控制流程等就可以了。

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

網元傳送OAM信息，向網絡管理終端上報設備告警等。其中最重要的就是設備告警信息的收集與處理。

設備告警信號與系統告警外在表現(即告警描述)應該是多對一的關系，也就是多個告警信號產生一段告警描述，因此告警描述表應該設計成相應的形式。當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齊備，已經齊備就向顯示界面打印出告警描述信息；否則就繼續接受告警信號。

例如，當SPI產生了R-LOS告警之后，就調用SEMF對象的addWaming(waming：Warning)方法，將R-LOS添加入SEMF的warninglist中，addWaming()會調用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()方法向其他網元傳送OAM信息。transmitOrder()方法可以向各個功能模塊傳輸命令。

2 結束語

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