1.5 传送网

传送功能是电信网的基本功能之一。早期实现的传送功能主要是采用点到点的传送技术，将信息由一地传递到其他地方。随着社会进步和电信业务的发展，人们对信息传送能力的需求迅速膨胀，使得光纤通信技术有了很大发展，将信息传送能力提高到一个新的水平。为实现对带宽资源的合理配置与高效利用，提高信息传送的灵活性和安全性，传送手段正在向智能化和分组化方向发展，涌现出各种不同的传送网技术。它们采用综合传输技术，可以支持不同种类的业务，共享网络的高速传输链路，从而实现信道的共享。

传送网是由线路设施、传输设施等组成的，是为信息业务提供所需传送承载能力的通道。长途传输网、本地传输网、接入网均属于传送网。传送网是通信网络的基础，它为整个通信网络上所承载的业务提供传输通道和平台，是固定电话网、移动电话网、计算机网络等各种业务网络所共享的。传送网支持多种业务的同时传输。

目前，通常采用时分复用（Time Division Multiplexing,TDM）的方法实现多路信号的同时传输，从技术体制来说，主要是准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy,PDH）和同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）。从物理传输介质来说，主要采用光纤传输，使用波分复用（Wavelength Division Multiplexing,WDM）技术。PDH和SDH都是运行在光纤传送系统上的综合传输技术。基于准同步的PDH是一种早期的传送体制，适用于中低速率点对点的数字通信。20世纪80年代后期，光纤通信技术的进步为高速率的信息传送提供了可能，原有的PDH体制已成为制约这一发展趋势的因素。

SDH正是为满足高速通信的需求和解决PDH存在的问题而提出的一种新的数字传送网体制。它以同步复用为基础，引入灵活的映射复接结构，增强了开销管理能力，具有良好的业务兼容性和适应性，目前已得到广泛应用。

随着近年来电信业务对带宽需求的不断提高，光传送网络的规模不断扩大，为业务网络提供了巨大的带宽资源，同时网络的生存性、可扩展性也有了很大的进步。随着技术上的重大突破和市场的驱动，以及下一代网络的发展，传送网将逐渐向层次化和分组化的方向演进。

1.5.1 传输介质

传输介质是通信传输系统中发方与收方之间的物理路径，也是通信系统的重要组成部分之一。在某种意义上说，通信传输的特性和质量取决于信号本身和传输介质的特性。此外，传输介质在整个通信网的资源中所占的成本很大，特别是对于有线线路更是如此。对于无线线路，虽然不需要导线的连接，但由于其可用频率的有限性，频率本身就是一种非常宝贵的资源。如何合理地利用传输介质这种资源，除了采用一些专用技术（如复用技术等）外，还必须了解各种传输介质的特性。下面简单介绍几种常用的介质。

1.双绞线

双绞线也称为双扭线，它是最古老但又是最常用的传输介质。把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。绞合可减少相邻导线间的电磁干扰。使用双绞线最多的地方就是电话系统，几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。从用户电话机到交换机的双绞线称为用户线或用户环路。

此外，也可以将多对相互绝缘的双绞线包装在一层外部保护层中，以形成多芯对称电缆。这种电缆可以容纳6～3600对双绞线。由于相邻线对拧成的螺距不同，可以限制相互之间的串音或电磁干扰。

模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几km至十几km。距离太长时就要加放大器，以便将衰减了的信号放大到合适的数值（对于模拟传输），或者加上中继器以便将失真了的数据信号进行整形、再生（对于数字传输）。导线越粗，其通信距离就越远，但导线的价格也越高。在数字传输时，若传输速率为几Mbit/s，则传输距离可达几km。

双绞线价格较便宜、使用方便、安装容易，因此，常用于用户与本地中心站间及中心站与中心站间的连线。

2.同轴电缆

同轴电缆是由两个导体组成的一种圆轴状通信线路，其内导体是一铜质芯线，外面包有绝缘层和网状编织物的外导体屏蔽层，最外面是塑料保护外层。由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

在局域网发展的初期曾广泛地使用同轴电缆作为传输介质。但随着技术的进步，在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输介质。目前，同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。

3.光纤

光导纤维（以下简称为光纤）是一根很细的、可弯曲的、能传导光束的、透明的石英玻璃细丝，它主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。数字光纤通信是利用光纤传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于“1”，而没有光脉冲相当于“0”。由于可见光的频率非常高，约为108MHz的量级，因此，一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输介质的带宽。

光纤通信的发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。在接收端利用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。

光纤是由介质材料组成的3个同心圆柱：纤芯、包层和外壳。塑料制的外壳可以吸收光线、防止串音、保护外层表面。透明玻璃制成的纤芯和包层可使光线沿着纤芯传播，并在它们之间的接触面上进行光的反射。纤芯的折射率要高于包层，以保证光线在纤芯中传输时比在包层中慢，这样就使从纤芯向包层传送的光波能被反射回纤芯，并沿光纤传播。

光纤有以下优点。

① 传输频带宽。可在几十km的距离内以高达100Gbit/s的速率传输数据，故有很大的通信容量。

② 传输损耗低。由于光纤的损耗明显低于同轴电缆，故中继距离较长，对远距离传输特别经济。

③ 抗雷电和电磁的干扰性好。主要因为光既不会受到电磁场干扰，又不会辐射电磁能量，同时由于其抽头困难，故具有良好的光电隔离和防窃听性能。

④ 体积小、质量轻。这对于现有电缆管道已拥塞不堪的状况特别有利。

光纤的缺点是接续困难，光接口比较昂贵。

总之，近年来随着光电子技术的飞速发展，光纤已成为当今通信领域中一种重要的传输介质，为数据通信、远距离通信、宽带高速通信和海底传输系统的迅速发展提供了良好的支撑。

4.无线传输

无线传输可使用的频段很广，比如短波、微波等。

短波通信（即高频通信，对应于3～30MHz频段）主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量较差。因此，当必须使用短波无线电台传送数据时，一般都是低速传输。

微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz～300GHz，在传送网中主要使用2～40GHz的频率范围。微波在空间是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。传统的微波通信有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。

由于微波在空间是直线传播，而地球表面是个曲面，因此，微波在地面的传播距离受到限制，一般只有50km左右。但若采用100m高的天线塔，则传播距离可增大到100km。为实现远距离微波通信，必须在一条无线电通信信道的两个终端之间建立若干个微波中继站。微波中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”。

1.5.2 准同步数字体系

准同步数字体系（PDH）是20世纪60年代逐步发展起来的一种数字多路复用技术。ITU-T推荐的PDH主要有两大类。一类是一次群为2.048Mbit/s 30/32路的欧洲系列；另一类是一次群为1.544Mbit/s 24路的日美系列。我国规定使用的PCM系统的帧结构采用欧洲系列。其基本结构原理是依据语音带宽限制为300～3 400Hz，将PCM编码采样频率设为8 000Hz，每一帧（125µs）分成32个时隙（TS），每个时隙（3.9µs）包含8bit,16帧（F）为一个复帧（2ms），如图1-14所示。在每一帧中，TS1～TS15和 TS17～TS31为语音时隙，TS0用于收发两端的帧同步，TS16用于传送线路信令。也就是说，在32路中，有30路是传送语音信息，2 路是传送非语音信息。由于每一路的传输速率为64kbit/s，故总的速率为32 × 64kbit/s = 2.048Mbit/s。

随着传输系统的数字化、光纤化，传输容量和质量得到很大提高，目前 PDH 速率已达565Mbit/s。但PDH有如下缺点。

① 只有地区性的标准（数字信号速率和帧结构）。

② 没有世界性的光接口，不同厂家的光纤系统要转换为电接口（G.703）后才能互相连通，不灵活。

③ PDH是逐级复接的，分支上、下路不灵活，且有传输损伤。

④ PDH帧结构中控制比特少，网络运行、管理、维护能力弱。

⑤ 网络拓扑缺乏灵活性，不适应新业务的需要，不利于向宽带业务发展。

表1-1所示为各类准同步数字体系的传输速率。

DS1:24 × 64kbit/s　　　　　 DS2:4 × DS1,…

E1:32 × 64 kbit/s　　　　　　E2:4 × E1,…

1.5.3 同步数字体系

同步数字体系（SDH）是一种全新的传输网体制，它是ITU-T 1988年在美国同步光网络（SONET）体制的基础上提出来的。SDH和 SONET 只是在复用机制上有所不同，而其余技术均相似。下面简要介绍SDH。

SDH在全世界统一了网络节点接口（Network Net Interface,NNI），基本网元有终端复用器（Terminal Multiplexer,TM）、分插复用器（ADD/Drop Multiplexer,ADM）、同步数字交叉连接设备（Synchronous Digital Cross Connect,SDXC）和再生中继器（REG）等，它们的功能各异，但都有标准的光接口，可实现互连互通。

1.SDH网络元素

SDH 的网络元素主要有同步光纤线路系统、终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）和同步数字交叉连接设备（SDXC）。TM主要将支路信号复接成同步传送模式（Synchronous Transport Module,STM）信号并完成其光电转换和逆过程，ADM具有灵活的插入和分出电路的功能，可以插入和分出如ATM交换机等信源产生的用户净荷到SDH帧中。SDXC完成信号的交叉连接。典型的SDH应用是在光纤上的双环应用，双环结构采用自动保护倒换以实现双环自愈。

2.SDH帧结构

SDH每秒传送8000 SDH帧（STM-N）,STM-N帧是以STM-1为基础的帧结构。STM-1是SDH的基本传输模块，其速率为155 520kbit/s，往上以4倍的关系增加，如表1-2所示。目前最高的同步传输模块为 STM-256。尽管 SDH 提供同步帧结构，但它并不强制用户净荷位于SDH帧中的特定位置，相反，它允许用户净荷在帧内浮动，使用帧头中的指针指出用户净荷的开始位置。在用户看来，SDH是提供字节同步的物理层介质（而准同步数字体系PDH是提供比特同步的物理层介质）。

3.SDH应用情况

SDH/SONET标准的制定，使北美、日本和欧洲这3个地区各种不同的数字传输体制在STM-1等级上获得了统一。各国都同意将这一速率以及在此基础上的更高的数字传输速率作为国际标准。这是第1次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。现在SDH/SONET标准已成为公认的传输网体制，这对世界电信网络的发展具有重大的意义。SDH标准也适合于微波和卫星传输的技术体制。

SDH在我国通信、广电等部门也获得了广泛应用。我国通信部门SDH网的网络结构为4层平面结构。第1层为长途一级干线网，第2层为二级干线网，第3层为中继网，第4层为用户网或称接入网。“八五”期间，我国已经建成了 26 条共37 000万km的一级长途干线光缆网；“九五”期间，完成了“八纵八横”的光缆网建设，长途干线光缆总长286 000万km;“十五”期间，SDH 进一步向大容量、宽带化发展。我国广电部门在有线电视网全国联网中采用了SDH，在国家级、省级、市县级干线上全部采用SDH传输技术，形成一个全国性的SDH传送网，支持电视、声音、数据等多媒体业务传输。

1.5.4 下一代传送网

SDH技术比较成熟，提供了保护和性能监视，同时支持IP、以太网等业务灵活透明的混合传输。然而，SDH/SONET是针对语音的业务进行优化的，具有严格的时分复用（TDM）设计，这样的设计无法实现突发数据流量有效使用带宽；并且 SDH只能管理一根光纤上的单路波长传输，而单路波长的传输速率是有上限的。因而进一步扩大容量的出路是光传送网络（Optical Transport Network,OTN）,OTN是下一代传送网技术。OTN是为管理每个光纤上多个波长传输而设计的，它提供了管理每条光纤上每一个波长的能力，它是密集波分复用（Densive Wavelength Division Multiplexing,DWDM）系统能力的提升。

DWDM网可实现在一根光纤上的多路波长传输，增加了现有的光纤带宽。但它缺乏SDH技术所固有的保护和管理能力。OTN综合了SDH的优点和DWDM的带宽可扩展性，把SDH的管理控制功能应用到DWDM光网络中。

从功能上看，OTN就是在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控，并保证其性能指标和生存性。它和SDH有很多相似的地方，符合传送网的通用模型，遵循一般传送网组织原理、功能结构的建模和信息的定义，采用了相似的描述方式，因此，许多SDH传送网的功能和体系原理都可以移至OTN。

与SDH传送网技术相比，OTN有以下特点。

① 因为OTN是按照信号的波长来进行信号处理，因此，对所传送数字信号的传输速率、数据格式及调制方式完全透明，这意味着光传送网不仅可以透明传送SDH、IP、以太网、帧中继和ATM信号等，而且也完全可以透明传送今后使用的新的数字业务信号。

② 因为OTN采用了DWDM传输技术，因此，不仅实现了超大容量的传输，更重要的是使光传送网具有极强的可扩充性，这使得光传送网可以不断地根据业务发展情况，进行网络扩容。

③ 因为OTN采用了光交叉技术，因此，光传送网具有极强的重新配置及保护、恢复特性。光传送网可以进行波长级、波长组级和光纤级灵活重组，特别是在波长级可以提供端到端的波长业务。此外，光传送网的恢复时间可以降低到100 ms量级。

④ 因为OTN简化了网络层次和结构，大量使用了光无源器件，进而简化了网络管理和规划难度，提高了网络的可靠性，大幅度降低了网络建设和运营维护的成本。

⑤ 因为OTN主要在光域内传送和处理信号，因而，消除了电子瓶颈。

⑥ 目前，OTN还缺乏光域内完整和足够的性能监测和故障管理能力，OTN的标准化工作还不成熟与完善。

OTN的主要优点是完全的向后兼容，这使得它可以建立在现有的SONET/SDH管理功能基础上。另外，OTN提供了IP等现有通信协议的完全透明性。

OTN是今后传送网技术发展的主要选择。可以预计，在不久的将来，光传送网技术会得到广泛应用。