SDH原型机仿真研究

摘要：中国互联网技术发展迅速，网络结构日益复杂。网络业务以及设备品种的增多导致网络运维人员培训困难，故障无法及时解决。为了提高通信网络和设备的运维水平，需要一个与实际SDH网完全一致的虚拟网作为通信网络运维和研发的基础。SDH系统仿真平台通过模拟SDH设备原型，有效实SDH的底层传输机制，从而再现数据传输流程以及网络故障的产生过程。文章以SDH原型中TTF(传送终端功能)功能模块为例，详细叙述SDH原型机帧结构以及逻辑部件仿真思路。

关键词：SDH设备；原型机；通信网络；逻辑部件仿真

0　引言

随着通信技术的发展，通信网络呈现出多层次、复杂化的发展趋势。ITU-T于1978年推出了SDH的标准，90年代中期SDH引入中国，至今已经成为一种相当成熟的技术标准，在骨干网中被广泛采用。仅数年时间，SDH网络就覆盖了中国大部分地区，成为通信传输网的基础。

为了提高通信运维人员对网络故障的判断和处理的能力，提高通信网络事故处理的效率以及通过模拟和仿真，提高通信网络的运行效率，需要开发SDH系统仿真平台。

现实中SDH设备型号繁多，各个型号不同厂家的产品也不完全一样。SDH设备的多样性以及网络拓扑结构的复杂多变性，要求仿真系统平台具有良好的复用性，以兼容不同设备和网络。ITU-T对SDH的比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和光接口、信息模型、网络结构等提出了相关标准建议，从而，各个厂家的SDH设备可以用统一的一个SDH设备模型来表示。

国内外已经出现的通信系统仿真平台，有以规则库为基础的SDH系统。但这些系统的兼容性一般，规则库内容繁多，更新困难，与现实系统还有一定差距，而且没有通过原型机抽象方法实现SDH通信机制仿真的平台软件。通过模拟SDH设备原型而仿真出的网络，将有效实现SDH的底层传输机制，从而再现数据传输流程以及网络故障的产生过程。

1　原型机仿真思路研究

SDH系统仿真平台包括硬件系统外观设计平台(包括部件设计，网络设计等)以及SDH传输机制仿真等，本文主要针对软件的核心传输机制原型机系统进行仿真研究。

1.1　SDH帧及复用映射结构仿真

SDH设备将PDH等原始信号复用进SDH网络，原始信号作为信息净负荷，添加上控制字段：开销和指针等，就组成了SDH帧信号。

在SDH网络中，SDH设备对于信号的操纵和控制主要都是针对SDH帧的帧头，如通过对信号帧的开销(sOH，POH)和指针(PTR)的读写，将高速信号一次分插出低速支路信号，或者将低速支路信号复用进高速信号等。

因此原型机仿真可以主要针对帧头进行。对SDH信号的开销和指针等进行仿真，而对于信息净负荷只关注其中少量的通道开销字节，其余则略去或者以简单字节代替，这样可以减小系统负荷，提高运行效率，而对于仿真真实性和有效性则不会有影响。

PDH等低速信号是由低到高逐级复用映射进STM-N信号的，如140兆信号：140Mbit／s－C4－VC4－AU4－AUG－STM-N。帧结构仿真将构建C4，VC4，AU4，AUG，STM-N等对象来仿真复用映射过程中各个阶段的SDH帧信号。在构建帧信号对象时，通过二进制数变量来仿真SDH信号帧中的各个控制字段，改变变量数值就可以模拟帧头指针的移动以及开销的变化等。

1.2　SDH设备逻辑部件仿真

ITU-T对SDH设备的规范以功能参考模型的方法，把设备需要的功能分解成不同的标准功能模块。对功能模块的物理实现方法并不做要求。各种不同的设备通过不同的功能模块组装而成，以完成不同的功能，基本功能块具备的功能相同，外部接口一致，从而规范了设备的标准化。

SDH设备中处理信号帧的各项功能块有：TTF(传送终端功能)、SPI(SDH物理接口)、RST(再生段终端)、

MST(复用段终端)、MSP(复用段保护)、MSA(复用段适配)、HOI(高阶接口)、LOI(低阶接口)、HOA(高阶组装器)、HPC(高阶通道连接)、PPI(PDH物理接口)、OHA(开销接入功能)、LPA(低阶通道适配)、SEMF(同步设备管理功能)、LPT(低阶通道终端)、MCF(消息通信功能)、LPC(低阶通道连接)、SETS(同步设备时钟源)、HPA(高阶通道适配)、SETPI(同步设备定时物理接口)、HPT(高阶通道终端)。以TM设备(终端复用器)为例，处理流程如图1所示。

SDH原型机仿真的思路就是通过逻辑部件的方式实现ITU-T规定的各个功能块的功能，这些逻辑部件按一定顺序组合，在管理AGENT模块的组织控制下，完成不同的功能，具有很好的复用性。下面我们以TM设备中的TTF功能块为例来说明逻辑部件的设计流程：

TTF功能块由SPI，RST，MST，MSP，MSA五个逻辑部件组成，在收方向分别对STM-N光线路进行光／电变换(sH)、处理RSOH(RST)、处理MSOH(MST)、对复用段信号进行保护(MSP)、对AUG消间插并处理指针AU-PTR，最后输出N个VC4信号；发方向与此过程相反。

SPI功能块：①当信号流从A到B时，SPI执行光，电转换，同时提取线路定时信号并将其传给SETS(同步设备定时源功能块)锁相，锁定频率后由SETS再将定时信号传给其它功能块，以此作为它们工作的定时时钟。当A点的STM-N信号失效，SPI产生R-LOS告警(接收信号丢失)，并将R-LOS状态告知SEMF(同步设备管理功能块)。②信号流从B到A，SPI执行电，光变换，同时，定时信息附着在线路信号中。

图2是SPI逻辑部件的类设计。在SDH PysicalInterface类中，ElectricitySignal()和changeLightSignal()方法可以通过改变信号对象中控制信号类型的字段来改变信号类型。若注重系统运行效率也可以并不执行实际的光电变换操作，因为光信号和电信号的转换对于系统仿真没有太大意义。除此之外，changeLightSignal()将调用extraetTiming()方法将信号中的定时信号提交给SETS，如果信号失效则产生R-LOS告警对象传送给SEMF。changeElectricitySignal()则执行相反的操作。4个get方法则用来取得对象中的私有属性。

其余4个逻辑部件RST，MST，MSP，MSA与SPI类似，不再一一叙述。下面说说管理控制AGENT类TFF，如图3所示。

TIF类在调用时会创建SPI,RST,MST,MSP,MSA五个对象(图4是各个类之间的关系)，并通过takeupSignal()方法接受信号对象。两个takeupSignal()的参数不同，分别接受ElectficitySignal和VC4Array两种信号对象(直接调用 takeupSignal()即可自动调用不同方法，ElectricitySignal对象即图1中A点的信号对象，而VC4Array则是图1中F点的信号对象)，通过checkoutSignalType()方法来决定对象调用顺序。如果接收到的是ElectricitySignal，则按照SPI－RST－MST－MSP－MSA的顺序调用五个对象，如果是VC4Array则按相反顺序调用对象，从而完成ElectricitySignal与VC4Array对象之间的转换。

各个逻辑部件类具有很好的复用性，可以直接通过它们组成新的功能块或设备。如REG再生中继器可以由SPI,RST来组成，而不需对这两个类进行修改，只需要在功能块的管理控制AGENT类中设计一些调用控制流程等就可以了。

在SDH原型机设计中，还有一个重要的功能模块，即SEMF(同步设备管理功能块)，它的作用有：收集其它功能块的状态信息，进行相应的管理操作，包括本站向各个功能块下发命令，收集各功能块的告警、性能事件，通过DCC通道向其它

网元传送OAM信息，向网络管理终端上报设备告警等。其中最重要的就是设备告警信息的收集与处理。

设备告警信号与系统告警外在表现(即告警描述)应该是多对一的关系，也就是多个告警信号产生一段告警描述，因此告警描述表应该设计成相应的形式。当SEMF接收到第一个告警信号之后就进行判断筛选，将包含这个告警信号的所有告警描述项挑出来；接收到第二条就继续在剩下的告警描述项中筛选，直到只剩下最后一条告警描述项为止。此时判断这条告警描述项的告警信号是否已经齐备，已经齐备就向显示界面打印出告警描述信息；否则就继续接受告警信号。

例如，当SPI产生了R-LOS告警之后，就调用SEMF对象的addWaming(waming：Warning)方法，将R-LOS添加入SEMF的warninglist中，addWaming()会调用checkoutWarning()判断是否到达打印告警描述信息的条件，如果满足就向显示界面打印出告警描述信息，并清空waminglist中的告警信号；不满足就将包含这个告警的所有告警描述项保存，直到下次再有告警信息就在已保存的告警描述项中再次查询。transmitOAM()方法向其他网元传送OAM信息。transmitOrder()方法可以向各个功能模块传输命令。

2　结束语

SDH系统仿真极其复杂，除了上面提到的硬件系统外观设计平台以及论文详细论述的原型机逻辑部件设计外，还包括同步机制研究，原型机到现实设备的配置系统，通信网OAM平台等，但一切都离不开原型机仿真这个核心与基础。SDH系统仿真平台的实现，将会对我国的通信网络起到积极的推动作用。