4G时代的PTN发展与应用

    引言：我们正加快进入4G时代，移动数据流量的爆炸式增长给网络承载带来了巨大的挑战，PTN以其对IP化业务承载的优势成为运营商LTE 承载的首选方式。怎样看待未来PTN技术和市场发展趋势？如何更好开展PTN网络建设部署？日前，CNII中国信息产业网特约行业的三方专家，分别从各自 角度分享见解，共议“4G时代的PTN发展与应用”。
    主持人：CNII中国信息产业网常务副总裁 陈华

    PTN成为TD-LTE承载网唯一路线
    主持人：中国PTN市场发展现状如何？面临哪些机遇和挑战？
    高军诗：中国移动是国内PTN技术应用和发展的最大推动者，2008年，中国移动在几种分组化传输技术方案中明确选择了PTN作为今后分组 承载网的唯一路线，并于第二年启动了首次PTN集采。截至2011年7月，中国移动通过三期PTN集采实现了PTN网络的全国覆盖，累计采购PTN设备几 十万端。目前正进行第四期集采，包括新建省际干线、省内干线、城域网及现网扩容。中国移动基于PTN的承载网在GSM、TD-SCDMA以及上海、南京、 杭州、厦门、广州、深圳等6城市的TD-LTE规模试验网络上成功应用。
    目前国内三大运营商中只有中国移动坚定的选择了PTN作为IP化业务网络的承载技术，中国联通和电信都选择了“IP RAN”，中国移动在TD-LTE上的成功大规模应用将对未来PTN产业的发展起到更大推动作用；另外，OTN下沉也将侵占PTN的部分市场空间；除此之 外，我国电信设备制造商在核心芯片、操作系统等移动互联网最重要的技术上还需打破国外巨头在高端产品方面的垄断地位。
    续合元 ：
    自2008年至今，中国的PTN市场经历了新兴试用（2008-2009）、规模部署（2010-2011）、竞争融合发展（2012至 今）三个阶段，截止到2012年底，中国运营商（以中国移动应用为主）的PTN现网设备已达到40多万端的规模，主要是满足2G/3G移动回传和集团客户 专线业务发展需求。2011年~2012年，在全球范围内兴起的LTE试商用建设，给PTN带来了巨大的机遇和挑战，以PTN和路由器为代表的传输和数据 产业在LTE移动回传乃至综合业务承载市场展开了激烈竞争，促使着相互取长补短、融合发展，本着为运营商提供更切合大规模网络部署和运维管理的分组化电信 级承载网络的目的，目前都趋向于采用L2VPN+L3VPN的主流技术解决方案，主要差异是L3VPN的部署范围和静态、动态之分，L3VPN是由PTN 核心设备实现，还是由新一代面向移动回传的路由器来提供。受近期TD-LTE扩大试商用网和集团客户业务的驱动，近期启动的中国移动PTN四期集采还将采 购20多万端设备来满足应用需求。
    主持人：对于LTE网络来说，PTN承载方式具有哪些优势？有哪些关键技术？
    TD-LTE对承载网的需求有以下特点：
    接入带宽：LTE基站的接入带宽最高可达320Mb/s或更高，分组承载网需具有大容量；
    网络规模：LTE实现深度覆盖，网络节点数将是现有基站数量的2-3倍；
    S1和X2：S1为eNB与SGW/MME之间的接口，X2为eNB基站之间的连接；
    S1 Flex：网络需要支持eNB归属于不同的SGW/MME；
    网络可靠性：尽管承载IP化，同样要求网络高可靠性，故障保护倒换时间小于50ms；
    网络QoS：要求端到端时延小于20ms，比2G、3G需求更严格；
    时钟同步： LTE部分业务需要时间同步。
    LTE基站回传承载相比3G业务的承载，最大的变化在于下面两点：1.带宽大；2.灵活调度能力:S1接口需要灵活的调度能力，可以灵活的归属到多个MME/sGW，在基站之间有X2接口的承载需求。
    PTN具备基于分组的交换核心、GE/10GE的线路接口、端到端的业务管理、端到端的OAM运维、灵活的QoS控制，易部署的 1588V2时间同步等技术可有效满足LTE网络承载的需求。在城域网核心层引入具有L3功能PTN设备，采用全网核心层L3+汇聚接入L2架构可满足 LTE灵活业务调度的需求。
    续合元：
    相对于3G来说，LTE移动网络的新特点主要是网络扁平化（无RNC和电路域，RAN由EPC+E-NodeB构成）、横向业务连接 （S1-flex和X2）、更多业务分类和优先级等。PTN承载LTE的技术方案是PTN+L3技术方案，即在城域汇聚接入层采用与2G/3G承载相同的 PTN L2VPN（基于PW的VPWS或VPLS）方案，在核心层采用PTN增强静态L3 MPLS VPN的技术方案，所有S1/S1-flex以及跨L2VPN的X2连接均由核心层L3PTN设备实现转发。与PTN+CE、核心汇聚路由器动态 L3VPN+PTN或接入路由器的静态L2VPN方案相比，PTN+L3方案在OAM方案一致性、大规模组网、端到端运维方面具有明显的优势：
    1) PTN+L3方案在L2 VPN和L3 VPN内均支持基于G.8113.1的全面的MPLS-TP OAM故障管理和性能管理功能，该OAM机制经过了多厂家的全面互通测试验证，比现有MPLS OAM、PW VCCV具有更强的故障定位和性能监测功能，并且在成熟度、可靠性和产业化方面明显优于基于BFD、Ping扩展的G.8113.2方案，因此更方便网络 运维人员熟悉和掌握，实现便捷的故障定位和性能监测。
    2) PTN+L3方案将L3VPN部署和运维集中在城域核心层，与在核心汇聚层几百个节点间全面部署动态路由的IP/MPLS L3VPN方案相比，把L2/L3桥接配置管理、VPN路由管理限制在运营商具有较强运维实力的十几个核心机房，有利于运营商建设部门更快的实现大规模网 络部署，网络运维部门能更好的适应分组化带来的挑战，更快的开通LTE基站业务。
    3) PTN+L3网管具有统一网管的运维优势，PTN网管已开发支持了对L2VPN和L3VPN组合业务的端到端配置管理、L3VPN静态路由集中规划配置、 L3VPN网络保护配置和查询（网络内的LSP 1:1保护+L3 VPN FRR，以及与S-GW/MME互通的VRRP或IP FRR等）等功能，并还在不断增强网管功能的易用性和开发提高运维效能的管理工具，为LTE大规模部署做好充分的准备。
    主持人：PTN的技术成熟度和产业成熟度情况如何？在哪些方面还有待加强？
    高诗军：在中国移动的引领下，PTN技术和标准发展迅速，已经在LTE时代成为世界主流运营商的主要承载技术之一。
    从标准方面，国内CCSA制定了完善的PTN行业标准。国际方面，2012年底迪拜召开的四年一届的世界电信标准大会(WTSA-12) 上，中国移动主导并担任编辑(Editor)的分组传送网(PacketTransportNetwork，PTN)标准G.8113.1正式获得通过。 G.8113.1标准的通过标志着PTN由事实的工业标准正式成为国际标准，这是光通信领域历史上第一次由中国主导的技术成为国际标准。
    在产品应用方面。除中国移动采用PTN规模建网，用于承载3G、大客户业务，并开始承载LTE业务，海外众多知名运营商也采用PTN规划、 建设无线回传网络，如意大利电信、新加坡电信、韩国SKT、日本软银等多家运营商均部署了PTN商用或实验网络。PTN对于无线回传、大客户等高价值业务 的承载优势，得到了运营商的广泛认可。
    经过多年的发展，PTN已经形成了一条从运营商到设备商、芯片商的全方位产业链，而且这条产业链也在不断进行完善。主要通信设备厂商的长期持续投入，与中国移动等国内外运营商共同努力推动了整个PTN产业链走向成熟。
    PTN技术以及产业在以下方面还需要提升和加强:
    进一步完善PTN技术国内和国际标准，提高与其他技术的兼容性，产业链上下努力加强技术推广。目前PTN技术的标准已较为成熟，但目前尚有 部分保护相关的技术规范标准未通过国际标准，应积极推动这些标准的制定和采用。同时，应加强不同标准组织的协调，推动各种标准组织对MPLS-TP技术的 认可和采纳；产业链上下应加强技术的推广，使更多的运营商采用PTN技术。
    优化突出PTN的技术特点。PTN技术由以太网技术引进SDH的管理技术而来，易维护性是其重要特点之一，这方面的工作，包括网管视图化管 理，电路配置模板、维护巡检工具、智能计算模块等等将是一个一直持续的命题。PTN技术在容量提升和电路管理灵活性提高的同时，应注意简化不必要功能，控 制设备的尺寸、功耗等增加，避免传统数通技术的缺点。
    续合元：经过了5~6年发展，PTN在技术成熟度和产业成熟度上均实现了质的飞跃，已达到了在国内部署40多万端，国外部署接近20万端的 产业规模，并且获得了中国移动、沃达丰、日本NTT和KDDI、意大利电信、德国DT、韩国SKT、新加坡电信等知名运营商客户的认可，今后还将随着3G 和LTE发展继续大规模部署。
    经过2011~2012年的PTN+L3承载TD-LTE试验网的应用，PTN主要有四个方面的发展重点：
    1) 一是继续提升PTN设备容量，目前主流厂商PTN核心设备的接口容量1.28Tb/s，最高接口速率为40GE或100GE，需提升到2.56Tb/s乃至更高，实现干线和城域核心层100GE、城域汇聚层40GE和接入层10GE+GE的组网模式；
    2) 二是PTN与OTN实现有效的融合集成，解决OTN+PTN联合组网时的互联互通、OAM联动和保护协调、统一运维管理、减少机房占地和功耗等一系列问题；
    3) 三是PTN网管进一步增强对L3VPN的便捷运维管理能力，例如简化用户的业务和OAM配置，针对各类业务实现更全面的流量监测、资源管理和QoS应用策略部署，更好的适应LTE规模部署和集团客户业务的发展需求；
    4) 四是开发低成本、小型化PTN设备，探索更灵活、可靠和适用的组网管理模式，适应不断发展的集团客户业务接入需求。
    推进PTN规模部署提高性价比
    主持人：LTE网络规模将持续扩大。未来在进行PTN设备选择和网络建设方面，可采取哪些有效思路？
    高诗军：与2G和3G网络相比， LTE（以下简称LTE）系统容量更大、峰值速率更高、灵活连接要求高。在基于PTN的LTE承载网建设过程中，应注意以下方面：
    应以终为始进行网络规划。力求准确预测网络终期规模，保证城域传送网核心层设备容量测算的正确性，保证寿命周期内网络架构的稳定性。同时，核心层设备应具有40G/100G兼容性，以保证随着网络规模和容量的扩大，设备可以向40G和100G技术平滑升级。
    在一定网络区域内支持静态L3功能，实现业务灵活归属。TD-LTE承载，需要满足横向的X2业务、灵活归属的S1-Flex业务。由于整个承载网络规模巨大，L3功能需要尽量控制在一定小的网络区域，以保证此无线回传网络的可管理性。
    保证多点失效有效保护，提升网络整体可靠性。LTE核心网设备集中设置，传送网核心层设备承载大量基站，网络安全性变得十分重要。PTN网络应支持线性保护、环网保护、L3层面的保护以及跨厂家L3保护的互通性等，保证端到端链路的安全性，有效解决多点失效难题。
    PTN运维系统应不断优化，完善告警管理、业务发放、性能监控、流量监控等能力，并通过可视化和精细化来降低维护难度，提升运维效率，利用流量监控数据适时调整带宽配置。
    续合元：
    干线和城域核心、城区汇聚层选择和建设大容量和高速率PTN核心设备，进一步研究和优化PTN+OTN的组网模式，推动融合型POTN设备 发展。城域部分汇聚层和接入层选择10GE和GE的PTN设备，支持多种配置的E1/STM-1、GE/FE板卡，灵活适应2G/3G/LTE基站以及其 他业务的综合接入需求；集团客户业务接入可选择低成本小型化PTN设备来满足需求。
    主持人：集客业务这几年来在迅猛增长，给省干线网络带来较大的挑战，LTE时代省干网络引入PTN有哪些好处？
    李勤：2012年初，中兴配合运营商做过很多的讨论，最终共同认为PTN省干有很多的好处，我们把主要优点总结成三个字:多、快、省。
    什么叫“多”呢？就是它适应的业务种类更多了，以前传统的省干是用SDH的省干，它比较适合传输TDM的业务，分组业务有些力不从心，现在建立PTN省干，既能承载TDM的集客业务，还能承载ATM和LTE的业务，包括其他各种类型的业务。
    提到“快”，现在城域网主要是PTN网络，干线是SDH的网络，这样导致如果有一个跨地市的业务，实际上要经过PTN网络和SDH网络，需 要多个网管配置，这将导致业务调度比较慢；有时候一个集客业务的传输资源是存在的，但是开通这条业务可能需要几天甚至更长的时间；同时为了应对目前激烈的 市场竞争，实现端到端的业务调度就会占据先机，所以当城域网有了PTN网络之后，在干线再建设一个PTN网络，就能实现快速的端到端资源调度。
    从“省”来说，我们比较过PTN的省干和SDH的省干的建网成本，发现PTN省干的成本要低于SDH的成本。
    所以多、快、省导致了我们现在运营商最终决策还是要建设PTN的省干。
    主持人：从设备厂商角度来说，未来PTN技术研发的重点是哪些方面？相关产品方案具备什么特色？
    李勤： PTN未来有两个重点，第一个是融合，第二个就是高性价比。
    现在业界都在谈融合，例如电信设备正在向ICT融合演进，而具体到电信的承载网设备，我们也要融合，包括融合PTN和OTN、PON等等，而且目前有线和无线实现融合，例如我们PTN接入设备可能会采用有线、无线统一的平台，这是中兴一直在研究的一个方向。
    第二做到高性价比，实际上还需要多方面的努力，也是实现流量经营必须做的事情，采用商用芯片，价格肯定受制于人，实现高性价比就需要采用自 研芯片，以中兴现在自研的交换芯片SF600为例，目前单块交换板已达到一个T级别的交换容量，几个交换板组合之后，可以达到几个T的交换容量。我们会坚 定的朝着高性价比，自研芯片方向去发展，这也应该是产业界共同的目标，我们现在已经实现了一部分工作，未来还将继续去提升。
    中兴在宽带化、扁平化、智能化、优质化方面有很多积累，已经向国际标准组织提案100余篇。例如2012年在IEEE802.3全会上中兴 联合其它合作伙伴推进了40GE ER4标准，加速40GE PTN产业链发展。在2009年日内瓦ITU-T标准会议中，中国移动与中兴联合提出的PTN时间同步方面的提案在业内引起强烈反响。
    谈到产品，中兴从2004年起，就开始PTN的技术调研、产品开发等一系列工作，2006年开始推出产品，目前已经发布了从干线、城域核心 到接入层覆盖所有场景的共11款PTN产品，旗舰设备6500是针对中国移动的干线需求及LTE网络需求量身订作的产品，是业内首款300mm深的T级别 以上超大容量的PTN产品，采用了自研芯片，也融合了其它类型设备的功能。
    中兴通讯有能力也有信心为中国移动的LTE网络作出更大的贡献。

网络平滑演进和带宽提速——PTN 10GE和40GE技术在城域传送网中的应用

2013-03-14　 来源：中兴通讯　 作者：陈树民

随 着移动互联网、高清视频等业务的高速发展，网络带宽压力越发明显，网络容量成为了未来业务发展的挑战之一。城域PTN网络则主要以基站回传业务为主，其最 大的带宽压力表现在LTE业务的承载，现有PTN网络将不足以支撑未来LTE业务发展的带宽需求，进一步提升PTN网络带宽已经成为了不可回避的问题。我 们通过对未来LTE业务带宽需求的定量分析，针对PTN网络汇聚和接入层提出可行的带宽提升方案。

1. LTE对城域传送网的带宽需求

PTN在现网已经得到了广泛应用，其优势主要体现在IP化基站、大客户专线等小颗粒业务的灵活接入和汇聚。随着3G和LTE基站的进一步规模部署，PTN网络容量需求进一步增大，现网采用的接入层GE，汇聚10GE的组网模型，已不能满足未来实际业务需求。

LTE典型单基站带宽需求达到均值80M，峰 值320M，基站与接入层PTN采用GE光口对接，相对于GSM与TD-SCDMA时代的带宽需求、以及E1/FE的接口配置，有了数量级的跨越。接入层 需要根据实际业务需求选择GE或者10GE组网，业务密集地区PTN接入环也将由现在的GE环过渡到10GE环。PTN汇聚层带宽需求在LTE部署初期就 将突破现网10GE端口的极限，中后期将达到30G左右带宽需求，10GE汇聚环已经难以为继，如图1所示。

图1 LTE时期PTN网络带宽预测

2. PTN 40GE技术提升城域汇聚层网络容量

针对于未来LTE业务的大带宽需求，可以采用 在现网10GE汇聚层环基础上继续叠加10GE系统的方案，或者直接采用PTN 40GE接口技术进行组网两种方案。PTN 40GE方案可以满足未来无线、大客户等高价值业务回传带宽需求，采用端到端采用PTN技术组网，可以不用叠加OTN网络，相对组网单一，对业务质量保证 效果更好，实际维护更简单；如果采用PTN 10GE叠加方案，考虑到光纤资源利用等问题，一般会叠加OTN网络以节省光纤，相对网络性能指标稍差，实际维护更复杂。两种方案各具优势，实际应用应该 从技术可行性、成本、网络演进等因素进行综合考虑。

1) PTN 40GE和PTN 10GE叠加方案技术比较

LTE初级阶段，承载网络汇聚层带宽需求将超 过20G，中后期汇聚层带宽需求则增长到接近40G。从技术角度看，PTN 10GE叠加组网存在的问题较多，采用10GE叠加方案，核心层L3 VPN节点之间涉及到多个10G链路的捆绑， Hash算法会导致乱序问题，链路的带宽利用率较难保持均衡，容易发生拥塞，而40GE方案不存在此问题。40GE方案较10GE叠加方案，具有带宽使用 效率高，故障点少、网络可靠性高，业务时延小等特点。

图2 PTN 40GE与PTN 4x10G的成本比较

2) PTN 40GE和PTN 10GE叠加方案成本比较

PTN 40GE方案，可以满足全业务初期需求，不需OTN下沉到汇聚层，单独通过PTN网络进行基站回传、大客户专线、OLT上行等业务的统一承载。如果采用 10GE PTN叠加方案，则PTN网络可以只进行基站回传、大客户等高价值业务的承载，同时建设OTN网络进行PTN和固定宽带业务的承载，本方案网络容量超前发 展，满足长期业务发展需求。

40GE方案核心、汇聚层端口数量比较少，配置相对简单。10GE叠加方案端口多，业务配置工作量相对较大、较复杂。按照常规模型进行成本计算，每个接入环8个节点、每个汇聚环6个节点，每个汇聚节点带2个接入环,汇聚环按照1/3比例对PIR进行收敛，如图2所示。

根据业界设备成本综合考虑，两种方案中，PTN 40GE方案相比PTN 4x10GE Over OTN方案更具备成本优势，随着PTN 40GE技术的规模商用，PTN 40GE方案成本优势将更加明显。

3) PTN 40GE方案的应用场景

对于投资敏感地区，可以考虑通过引入PTN 40GE进行2G/3G/LTE、WLAN、OLT上联、大客户等业务的综合承载，充分发挥PTN广覆盖、低成本的优势，后期随着宽带业务、大客户业务的 进一步发展，在业务密集区域适当建设OTN满足业务带宽需求。此方案具有两步走，投资小，收益高的特点。

随着3G/LTE网络的大规模部署及多业务发 展战略的推进，无线宽带化趋势越来越明显，IP化业务的承载需求成为主导，对承载网的技术构架、承载效率、调度灵活性、成本和服务质量等提出了新的要求。 到LTE阶段，基站带宽需求将达到GE量级，承载网接入将采用10GE组环，而PTN 40GE技术刚好满足了汇聚环带宽进一步增加需求。

4) PTN 40GE技术成熟，可规模商用

在40GE高速接口标准方面，技术标准由 IEEE组织制定，所有相关技术标准规范包含在IEEE802.3ba标准计划中。在城域传输方面定义了40GBASE-FR（2KM）、 40GBASE-LR4（10KM）和40GBASE-ER4（40KM）标准，40GE以太网模型如图3所示。2012年3月份的IEEE802.3的 全会上，40GBASE-ER4标准经过投票已经正式作为802.3_100GNGOPTX项目组的目标，成为该项目的研究内容。2010年6月， IEEE 802.3ba标准获得IEEE通过。

图3 40GE以太网层网络模型

在产业链方面，40GE芯片和光模块都已经具备了成熟的商用能力。40GE光模块主要采用CFP封装，40GBASE-LR4和40GBASE-ER4主要用于线路侧。40GE-ER4光模块采用4路10G的光反向复用技术，主要用于长距离传输。

目前各主流PTN厂家均已支持40GE接口，产品已具备规模商用能力。PTN 40GE组网在网络带宽提供、网络综合成本、未来业务需求和技术演进趋势等方面相比PTN 10GE组网更具优势。

3. PTN 10GE提升接入层网络容量

随着LTE的规模部署，接入层带宽需求急剧上 升，典型单基站带宽需求达到均值80M，峰值320M，每个接入环按6-8个节点计算，GE速率已经不能满足带宽需求。业界存在两种带宽提升思路：一种 是，现有接入环进行拆环处理，减少接入环节点数量，但是这样存在耗费光纤资源严重、接入环数目增多儿不便于管理的问题；另外一种思路是提升接入环速率，采 用10GE设备进行组网，这样不会改变现网拓扑结构，而且满足了业务带宽需求，优势更明显。

接入层网络演进思路如图4所示，业务发展初 期，在部分热点区域，根据接入点实际物理位置，在新站址机房、光缆配套资源具备的情况下新建具备10GE组网能力PTN设备，可以选择GE或者10GE环 组网。 业务发展中后期，随着业务量的进一步增长，一方面，将新建GE环升级为10GE环，提升接入能力；另一方面，将原有GE能力PTN设备环网进行拆环、缩环 以及将部分节点直接下挂至10GE环，提升GE能力PTN设备环网每个节点的接入带宽能力。这样可以做到网络的平滑演进，对现网冲击小，而且保护了网络投 资。

图4 PTN接入层网络演进方案

4. 总结

随着LTE的规模部署， PTN网络带宽将面临巨大的挑战，如何进行网络平滑演进和带宽提速，将关系到全业务能否顺利开展。核心汇聚层引入PTN 40GE组网，很好满足了LTE时代带宽需求，避免了Nx10GE环路的大量叠加，不需要OTN下沉至汇聚，降低了网络成本和运维难度。在接入层引入 10GE技术组网，不改变网络拓扑结构，对现网冲击小，避免了接入层频繁拆环对现网业务的冲击。本文方案全面提升了整网容量，对业务冲击小，满足了业务长 期的带宽需求，更符合运营商平滑演进的要求。

集客业务IP化，需要建设"大容量、高带宽、兼顾LTE"的省内干线PTN

2013-03-14　 来源：中兴通讯　 作者：黄富荣

集团大客户业务（下称集客业务）日益PTN承载化、以太网接口化，近一两年来的业务量是前10年总和！ 而传统的SDH干线属于固定带宽通道，带宽不能共享，不能适应数据业务突发带宽需求，无法实现以太网业务的高效承载。

在省内干引入PTN可提高带宽利用率，满足集客业务日益IP化的需求。同时，干线上引入L3 PTN，还可兼顾解决LTE省内跨地市调度的需求。

一、集团客户业务日益IP化，要求省内干线引入PTN

集客业务日益IP化，已成为业界趋势。近年 来，随着PTN网络在国内城域网络中的大规模部署，集客业务在城域内实现了大规模以太网接口化。以中国移动为例，截止2012年年底，PTN在网设备近 40万套，已占SDH设备规模的近60%，PTN在城域中规模接入集客业务，尤其是经济发达省市，超过55%的集客业务已通过PTN采用FE/GE接入。

集客业务接口正从传统的TDM（E1）迅速向以太网接口（FE/GE）转化，却仍在SDH省内干线上承载，而SDH无法高效完成以太网类业务承载，带宽不可共享。因此，在干线引入PTN取代SDH承载集客业务，成为最符合省内干线网络发展的解决方案。

  图1 集客业务日益IP化，SDH干线无法实现IP化高效承载  

在省内干线引入PTN，满足集客业务IP化的传送需求，高效完成集客业务的跨地市调度，解决了SDH带宽无法共享，SDH不能适应数据突发带宽需求从而无法实现以太网业务的高效承载的问题。如下图：

  图2 PTN省内干线完成集客业务的高效跨地市调度  

二、 PTN省内干线建设方案

（1） PTN省内干线的关键需求

T级别多槽位的强大扩展能力

集客业务近两年来的增长是过去十年间的总和。 面对集客业务普遍的1000M接入要求，现有城域PTN网络的扩展能力明显不足：设备整体容量偏小（普遍在320G以下）、槽位与端口扩展裕量不足、端口 速率受限于10GE，如再考虑干线上的LTE流量在省内跨地市调度，那么干线上的PTN则需要大容量设备的支撑。因此，T级别多槽位的PTN干线是支撑集 客业务高速发展的基础。

40GE大带宽架构能力

集客业务的蓬勃发展，以及LTE时代大带宽化的需求，迫切要求城域汇聚层、核心层需要40GE PTN级别的大带宽应用，因而处于城域核心层至上的干线PTN设备至少应具备40GE PTN的演进能力。

L3 PTN能力支撑LTE流量跨地市调度

LTE的网络部署，核心网元S-GW和MME将主要部署在省内中心城市 （如省会），而各地市的LTE流量将通过PTN干线上的L3 VPN功能为跨地市流量提供疏导能力。如下图：

  图3 PTN省内干线L3 VPN完成LTE跨地市调度  

替代SDH的TDM业务传送能力

PTN之所以还没有担当集团客户业务的承载主力，主要受困于两个问题：对PTN干线传送TDM业务时延的担忧、155M TDM专线业务的传送能力。而非通道化CEP STM-1接口在PTN干线的部署很好的解决了这两个问题。

（2）PTN省内干线的网络结构

与传统的SDH干线环形为主的结构不同，PTN省干主要有环形、单星型、双星型三种结构，其中星型结构因跳数少、低时延、组网简单成为PTN省干建设的主流网络结构。

模型1：核心点环形组网

采取与典型SDH干线核心点环形组网一致的环形组网。如以省会为核心，按省份地理方向建设东、西、南、北干线环，覆盖全省地市。

其优点是：可实施环网保护；缺点是：1、环上地市节点过多时，易引入时延2、环上共享带宽，单节点可上下容量减少，业务扩展较受限；适用于地理方正，地市节点不多的省份（小于10个地市）。如下图：

图4 PTN省内干线组网模型1：核心点环形组网

模型2：单星型直达组网

采取类数据网的星型组网，以省会为核心节点，各地市按照地理位置分布，直达电路到省会核心点。在业务量较大的地市之间也可建设直达电路，一般成环路。如下图中的地市K和H之间。

其优点是：可减少因环形组网而增加的传送跳数，一跳直达核心点，减少因组网而引入的时延；缺点是：缺乏网络及设备保护，存在一定安全风险；适用于业务量较大和地市多的省份（大于10个地市）。

  图5 PTN省内干线组网模型2：单星型直达组网  

模型3：双星型直达组网

以省会和省内另一重要的区域中心地市为核心节点，各地市按照地理位置分布，直达电路双跨到两个核心点（类口字型）。在业务量较大的地市之间可建设直达电路，一般成环路。如图中的地市K和H之间。

其优点是：可减少因环形组网而增加的跳数，一跳直达核心点，减少时延；同时能够可提供网络及设备保护；适用于业务量大的省份和地市多的省份（大于10个地市）

  图6 PTN省内干线组网模型3：双星型直达组网  

（3）PTN省内干线业务调度

在省内干线引入PTN，实现集客业务的省内跨地市调度之外，还可实现集客业务从城域至省内干线、直至省际干线（国干）的端到端PTN调度，保障集客业务的高质量全程传送。其次，通过PTN省干L3 PTN，还可以完成LTE省内跨地市流量调度。如下图：

  图7 PTN省内干线业务调度模型  

小结：建设“大容量、高带宽、兼顾LTE”的省内干线PTN

集客业务IP化的蓬勃发展和LTE时代的到 来，共同推动了PTN省干的建设要求。PTN干线设备的 “大容量T级别、40GE PTN高速接口、L3 PTN、大颗粒TDM承载接口CEP”等关键性能，强有力的保障了“大容量、高带宽、兼顾LTE”的省内干线建设目标，解决日益IP化的集客业务的高质量 承载以及兼顾LTE网络在省内的部署调度。

  图8 PTN省内干线"大容量、高带宽、兼顾LTE"  

L3 PTN强力支撑TD-LTE发展，已具备规模商用能力

2013-03-14　 来源：中兴通讯　 作者：庞玲

随 着LTE网络的大规模部署及多业务发展战略的推进，无线宽带化趋势越来越明显，IP化业务的承载需求成为主导。2012年初，中国移动集团宣布旗下TD- LTE（以下简称LTE）将全面进入试商用阶段，确定在全国13个城市进行试点，试点规模约25000个基站，LTE时代已经来临。

LTE业务对承载网的技术构架、承载效率、调 度灵活性、服务质量等提出了新的要求。新的需求和挑战主要来自两个方面，一方面LTE回传网的网络更加扁平化，需要核心层PTN支持L3 VPN来满足LTE业务灵活调度的需求；另一方面，LTE带宽需求快速增长，按照规划汇聚层10GE线路侧接口已无法满足LTE业务的带宽需求。

LTE承载需要L3功能

不同于2G/3G网络架构，LTE回传网的网络更加扁平化：整个无线网络由eNodeB和SGW/MME两部分构成；原RNC/BSC消失，其功能分布至eNodeB和SGW/MME上。

S1作为eNodeB与SGW/MME之间的 接口，X2 作为相邻基站之间的接口，S1-Flex作为eNodeB和不同SGW/MME之间的接口。整个Backhaul流量被细分为S1-U、S1-C和X2， 传送网络拓扑由2G/3G时期的点到点模型演进到点到多点模型（如图1所示），要求承载网核心层需要具备L3能力，以实现业务流的识别及流量疏导。

 

图1 LTE组网结构

L3 PTN是什么

L3 PTN是IP技术和传送技术的深度融合。PTN的L3功能体现在业务层上，通过VRF业务实例体现，VRF之间采用MPLS-TP传送管道连接，其主要特点如下：

L3功能定位在IP数据的传送； 支持路由表的网管静态配置和动态学习； 支持IP层 OAM，支持VRF业务实例的保护(VPN FRR/VRRP)； 支持业务和管道的分离，即可以先规划和配置管道，再建立L3 VPN业务；MPLS-TP传送管道的配置、OAM和保护不受L3 VPN的影响； 支持网管静态配置MPLS-TP传送管道，保持传送网管道的OAM和保护特性，提供更强大的网络管理和运维手段。

PTN引入L3 VPN，不会破坏PTN的网络和设备架构，更不会影响其他业务。现有设备可平滑升级支持L3 功能，提高PTN设备对IP业务的承载能力和灵活性。L3 PTN是PTN技术的一大创新和发展，目前已在国内CCSA PTN行业标准中体现。L3 PTN的实验局和对接测试已成功完成。

 

L3 PTN完成LTE业务灵活调度

PTN承载LTE解决方案采用L2 VPN+L3 VPN（静态）组网，即：在网络接入汇聚层仍然采用Line的组网技术，在核心PTN节点终结接入汇聚的Line业务，内部完成L2到L3的桥接，进入到L3VPN转发处理。L3 PTN核心层方案如图2所示。

对于S1流量，通过接入汇聚层的隧道送到核心PTN节点，然后再通过PTN核心节点的L3VPN转发到相应的sGW或MME。

对于X2接口，先通过接入汇聚层的隧道送到核心PTN节点，然后再通过L3VPN（包括本地转发和远端VPN转发）转发到接入汇聚层的隧道，向下传送到目的基站。

  图2 L3 PTN核心层方案  

方案基本原理

核心思路是遵循PTN设备的技术特征，把IP作为一种业务，承载在MPLS-TP隧道之上，IP业务和L2的业务没有本质区别。

PE节点之间的隧道采用PTN隧道技术，延续整网PTN保护机制。核心节点之间开启L3VPN，通过VRF实现不同L3转发实例之间的隔离，VPN路由通过网管智能计算并下发给设备形成静态路由表项。如图3所示：

图3 L3 PTN基本原理

L2/L3桥接环回方案

目前业界对于L3/L3的桥接环回方式主要有三种：外部环回、内部实接口环回和内部虚接口环回，其中内部虚接口是最灵活高效的， 3种方式的优劣势比较如下：

外部环回：L2层伪线终结于设备的物理端口，通过外部端口光纤环回到另外端口，进入L3VPN的VRF进行处理。该方案要浪费一半的端口和容量，而跳纤也是新的故障点。现网设备端口资源使用率高的情况下，无法平滑升级到L3VPN。

内部实接口环回：此方式本质上与外部环回方式类似，虽然不用跳线，但在内部桥接时占用了交换网端口资源。被占用的端口资源无法再使用，浪费了一半的容量。现网设备端口资源使用率高的情况下，无法平滑升级到L3VPN。

内部虚接口环回：设备内部完成PW 终结处理，并通过虚端口接入到L3VPN的VRF处理，不占用设备端口资源。这是最高效、灵活的桥接方式 ，可以实现L2业务侧和L3业务侧的关联。

PTN 承载LTE的技术和方案已具备规模商用能力

自2010年开始，中兴通讯就与中国移动紧密 合作，是PTN L3VPN技术、标准、方案的推动者。PTN L3VPN技术历经了一年多严格的实验室测试、对接测试、外场承载验证测试，到最终承担起LTE基站实际业务承载，体现了优异的性能指标、稳定性、电信级 保护、端到端网管的易用性以及业务对接组网能力。

2010年5月，CCSA将PTN L3VPN支持LTE承载列为国家PTN标准； 2010年8月，PTN承载LTE完成中国移动集团公司组织的实验室测试； 2010年10月，PTN承载LTE完成中国移动集团公司组织的多厂家对接测试； 2011年2月，中国联通集团公司在大连完成PTN承载LTE模拟承载测试； 2011年3—4月，中国联通集团公司在西安完成PTN承载LTE外场验证测试； 2011年3—4月，中国移动集团公司在深圳完成PTN承载LTE外场验证测试； 2011年5—6月，中国移动（深圳）完成LTE基站割接至PTN上承载，为“第26届世界大学生运动会”提供LTE商用承载服务，其中中兴通讯占基站规 模的70%，覆盖了深圳的CBD商业中心区和业务密集区（福田区和南山区）。

PTN承载LTE方案已经具备规模商用能力，能够有效的支撑LTE的商用承载，实现“高质量承载、高可靠性、可维护可管理、低代价演进”的LTE承载特性。

LTE承载高速引擎：PTN 40GE

2013-03-14　 来源：中国信息产业网　 作者：中兴通讯 李鑫 王锦斌

　　随着LTE网络的大规模部署及多业务发展战略的推进，无线宽带化趋势越来越明显，IP化业务的承载需求成为主导。新业务对承载网的技术构架、承 载效率、调度灵活性、成本和服务质量等提出了新的要求。在这一背景下，要求新一代PTN设备体积小、大容量、实现高效的L2/L3桥接，并具有更高线路速 率处理能力。到LTE阶段，基站带宽需求将达到几百兆，承载网接入将采用10GE组环，要求汇聚层及以上网络PTN设备支持40GE的线路速率。
为何需要40GE接口技术？
　　从2G到3G，从3G到LTE，每次无线网络的升级，都给承载网带来了更高的要求。以中国移动为例，在LTE初期，采用S111站型的宏基站保 证带宽为40M，采用S222站型的宏基站保证带宽为80M。按照每个汇聚环6个节点，每个汇聚节点带6个接入环，每个接入环8个节点的组网模式计算，承 载网络汇聚层带宽需求为20~40Gbps。原有的10GE环网已经不能满足带宽增长的需求。在LTE终端用户数提升后，基站的带宽需求将进一步提升。因 此，PTN 40GE接口能力对于LTE的承载及网络的可扩展性起着非常重要的作用。
40GE接口技术的发展情况
　　40GE完善的接口技术
　　40GE高速接口传输技术标准由IEEE组织制定，所有相关技术标准规范包含在IEEE802.3ba标准计划中。以传输距离分类，在设备内部 和室内互联方面定义了40GBASE-KR4、40GBASE-CR4和40GBASE-SR4；在城域传输方面则定义了40GBASE- FR（2km）、40GBASE-LR4（10km）和40GBASE-ER4（40km）标准。
　　40GE趋于成熟的产业链
　　在2012年3月的IEEE802.3的全会上，40GBASE-ER4标准经过投票已经正式作为802.3_100GNGOPTX项目组的目标，成为该项目的研究内容。
　　中兴通讯是40GBASE-ER4标准的参与者，前期与中国移动和主流光模块厂家等一起在标准推进中做了大量的工作。
　　40GE光模块主要采用CFP封装，40GBASE-LR4和40GBASE-ER4主要用于线路侧。40GBASE-ER4已有样片提供，有光模块厂家已具备量产能力。量产后40GBASE-ER4的成本相当于4x10GE光模块成本。
　　在城域内，通过40GE组网满足业务的调度需求。在干线上，通过OTN进行跨域业务的调度。目前各主流OTN厂家在100G设备上已经支持40GE的接口，并且通过了相关的测试，不久的将来就可以在PTN干线上使用40GE接口技术，建设业务高速承载公路。
　　在产业链方面，无论是标准还是芯片和光模块厂家，40GE都已经具备了成熟的商用能力。
　　40GE接口技术顺利完成各项测试
　　中国移动率先进行了40GE高速接口商用探索。中兴通讯有多款产品支持40GE，包括多款高端路由器、OTN、PTN等产品。中兴通讯 ZXCTN 6500、9000产品支持40GE全包长线速转发，并于2012年3月底，通过了中国移动实验室测试，这标志着40GE已具备成熟商用能力。
　　中国移动实验室测试采用40GE接口组成汇聚环，采用10GE接口组成接入环，所有测试设备采用U31统一管理，实现端到端的业务配置。通过测试，验证了40GE全包长线速转发、40GE接口各项性能指标、40公里传送距离、1588v2同步等功能。
　　在2012年中国移动集采测试中，第一阵营的PTN厂家都顺利通过了40GE接口的测试。在今年中国移动准备试点的13个LTE试点城市中，已经有部分城市提出在核心汇聚层组建40GE的环路承载LTE业务。
　　中兴通讯40GE PTN产品助阵
　　中国移动PTN网络的规模日益增大，需要考虑2G/3G/LTE回传、固网等综合业务统一承载需求；同时大客户业务逐渐迁移到PTN网络 上，PTN干线的建设迫在眉睫。T级别设备、40GE/100GE高速接口、多业务/多槽位处理能力、CEP仿真、高可靠性等是中国移动未来几年关注的焦 点问题。
　　中兴通讯推出的新一代融合分组传送产品——ZXCTN 6500系列，以分组为内核，通过融合多种技术体制的创新性平台技术，有效解决分组传送网中面临的问题。
业界首款300mm深T级别容量分组传送产品，体积小、容量大、有效缓解机房和能源紧张。
　　业界首家实现40GE全包长线速转发和长距传送，具备平滑演进到100GE的能力，满足业务发展的高带宽需求。
　　创新的高低速业务解耦合设计，大幅提升设备的槽位利用率和业务接入能力。低速业务的扩容升级完全不影响高速业务区的业务，并且无需占用高速业务槽位。
　　支持CEP仿真，满足大颗粒业务承载要求。
　　高效的L2/L3桥接，既兼顾了传统的承载网络使用L2 VPN承载2G/3G业务，又通过部署L3 VPN实现LTE S1业务的多归属以及X2业务的灵活调度。
　　传输级高可靠性设计，提供硬件OAM快速检测和APS硬件保护倒换加速引擎，使得保护能力显著提升，确保网络稳定性。

中国移动率先进行40GE高速接口商用探索，并在集采中提出了40GE的模型

2013-03-14　 来源：中国信息产业网　 作者：中兴通讯 李鑫

从2G到3G，从3G到LTE，每次无线网络的升级，都给承载网带来了更高的要求。在LTE初期阶段，基站保证带宽在120M~240M，峰值带宽更 高，接入层将采用10GE组网，原有的10GE汇聚/核心环网已经不能满足带宽增长的需求。在LTE终端用户数提升后，基站的带宽将进一步提升。因此，分 组传送 40GE接口能力对于LTE的承载及网络的可扩展性起着非常重要的作用。
　　40GE接口传输技术标准由IEEE组织制定，所有相关技术标准规范包含在IEEE802.3ba标准计划中。以传输距离分类，在设备内部和室 内互联方面定义了40GBASE-KR4、40GBASE-CR4和40GBASE-SR4；在城域传输方面则定义了40GBASE-FR（2km）、 40GBASE-LR4（10km）和40GBASE-ER4（40km）标准。
　　40GE光模块采用CFP封装，40GBASE-LR4和40GBASE-ER4光模块用于线路侧。40GBASE-ER4光模块已有厂家具备量产能力。量产后40GBASE-ER4光模块的成本与4个10GE光模块成本相当。
　　目前，主流分组传送设备厂家都已具有成熟的支持40GE的分组传送设备。在城域内，通过40GE组网满足业务的调度需求。跨域业务，通过OTN 进行调度。各主流OTN厂家在100G OTN设备上已经支持40GE的接口，并且进行了测试， 分组传送40GE接口技术已经具备建设业务高速承载公路的条件。
　　在全球主流运营商中，中国移动率先进行了40GE高速接口商用探索。并在2013年1月份的PTN集采中提出了40GE的模型。
　　中兴通讯ZXCTN 6500系列产品支持40GE全包长线速转发。

　　实现40GE全包长线速转发和长距传送，具备平滑演进到100GE的能力，满足业务发展的高带宽需求。

高效的L2/L3桥接，既兼顾了传统的承载网络使用L2 VPN承载2G/3G业务，又通过部署L3 VPN实现LTE S1业务的多归属以及X2业务的灵活调度。
　　高低速分区+解耦合设计，低速业务的接入不影响高速槽位的使用，使得设备容量利用率提升一倍以上。

什麽是jitter

1：什麽是jitter
　 　 所謂jitter就是一種抖動。具體如何解釋呢？讓我們來看一個例子。假如你有個女友，你希望她每天晚上下班之後7點來找你，而有的時侯她6:30到，有 的時候是7:23，有的時候也許是下一天。這種時間上的不穩定就是jitter。如果你多觀察這種時間上的不規律性，你會對jitter有更深一些的理 解。
　　 在你觀察的這段期間內，女友最早和最晚到來的時間被稱為“jitter全振幅”（peak to peak jitter amplitude)。“jitter半振幅”（jitter-amplitude）就是你女友實際來的時間和7點之間的差值。女友來的時間有早有 晚，jitter半振幅也有正有負。
　　 通過計算，你可以找出jitter半振幅的平均值，如果你能夠計算出你女友最有可能在哪個時間來，你就可以發現女友來的時間是完全無規律的（隨機 jitter radeom jitter）還是和某些特定事情有關系（關聯jitter correlated jitter）。所謂關聯jitter就是比如你知道你的女友周四要晚來，因為她要去看她的媽媽。如果你能徹底明白這點，你就已經是一個 correlated jitter的專家了。

2：什麽是時基抖動（Clock jitter）
　 　 在數字音頻中，我們要直接和數字信號的發送與傳輸打交道。聲音以二進制編碼被儲存在光盤或者DAT卡帶中，在回放音樂的時候，這些010101的信號被送 進DA轉換器(Digital-Analog converter）並被還原為模擬波形信號；在錄制數字音頻的時候，一個參考時鐘信號會和音頻信息一起被送進AD轉換器（Analog-Digital converter），轉換器把模擬信號轉換為0101的數字信號並且記錄下來。
　　 數字信號總是和一個參考時鐘信號一起傳送並且記錄，一些數字音頻傳輸格式如S/PDIF和AES/EBU，它們在一個信號中同時傳送數據和時鐘。數字音頻 的時鐘信號是一種方波（square-wave），並且在頻率以及振幅上被進行了修正，而且它的占空比要達到50%。信號的改變（方波波形的高低變化即電 平的高低）記錄著時鐘信息。
　　 如果信號傳輸所用的時間不相等，那麽就產生了時基抖動，實際上，世界上是沒有任何一個不存在時基抖動的電路（就好像你的女友不可能總是以1/1000秒的精確時間到達：）現在，你已經具備了時基抖動基本知識，下面，讓我們看一些更深層的。
　 　 Joe Adler是這樣定義時基抖動的：“對於數字信號在時間上正確位置有重大影響的短時間的改變。”（"Short-term variations of the significant instants of a digital signal from their ideal positions in time"）在Adler的這篇文章中，他還講了關於如何測量jitter的技術。

3：什麽產生了jitter 　 　 需要精確的東西都是越精確越難以做到。在後面的文章中，你將了解到，數字音頻需要非常非常高的時鐘精確度，因為我們的耳朵對於聲音的質量似乎異常敏感。因 此，為了得到最精確的結果，我們需要非常精確的測量儀器。通常，數字音頻設備的時鐘都是由非常精密的晶體振蕩器產生的。
　　 正如Mike Story說的：“基於晶振（晶體振蕩器以及壓控晶體振蕩器產生的）產生的時鐘具有非常的低的jitter，但是jitter仍然存在。” （"Crystal based clocks (XCO′s, VCXO′s) generally have the lowest jitter - but they still have some." ）“在設備中還有其他產生遠比壓控晶體振蕩器產生更多jitter的jitter源。”（"There are other sources of jitter inside equipment that may contribute substantially more than the VCXO."）這裏所說的其他jitter源主要是電源供電部分產生的電壓波動，這些波動對於DA轉換器是很致命的，它會導致轉換點在邏輯上發生時間變化 （causing variations in logic level switch points）。

4：CD player裏面到底發生了什麽
　　 如果電源噪音（電壓波動）導致切換點邏輯上的時間抖動，那麽播放器（CD，MD，DVD，DSD，DAT）裏面到底發生了什麽？
　 　 一個簡單的CD播放器裏面有多個馬達，驅動電路以及控制電路。為了能夠正常讀取盤片，機器要做以下工作：首先，主軸馬達驅動CD盤片轉動並達到預定速度， 控制光頭位置的定位馬達驅動光頭定位到預定軌道上，最後，驅動回路控制光頭聚焦，光頭發射激光並且接收反射信號。每一個馬達和回路都會增加電源噪音，這些 噪音直接影響DA轉換器的內部工作狀態。所以，每一個馬達和回路都會為數字信號增加另外一種jitter（頻率，振幅以及波形上的不同），這些幹擾通過不 同方式都會影響到聲音的質量。
　　 如果你明白了以上原理，我就可以給你解釋那些HIFI愛好者以及錄音師爭論得很激烈的以下問題：
　　 1，為什麽不同的CD片鎮（就是主軸上面用來固定盤片的鐵片）會造成聽感上的不同。
　　 2，為什麽一些轉盤制造廠商使用皮帶傳動
　　 3，為什麽不同的轉盤音質不同
　　 4，為什麽一些廠商在轉盤中使用stray light(???)
　　 5，為什麽一些類似“消磁作用”的產品對轉盤有效果
　　 6，為什麽不同的存儲介質音質不同，盡管他們記錄的都是0101的數字信號
　　 答案主要是如下幾點：
　 　 一些CD播放器或者CD轉盤價格非常昂貴的原因是他們將整個解碼系統源頭，即讀取設備產生的jitter降低到了最小。為此，它們需要使用非常穩定和幹凈 的電源，多路供電，精確的時鐘生成電路以及造價昂貴的機械結構。在後面，我們將在價格因素盡量小的情況下比較jitter的影響。但是，如何確定上面說的 這些可以全面的解釋jitter到底是什麽呢？我們將在“jitter聽起來是什麽樣子”用具體討論。讓我們先關註一下別的。

5：產生jitter的源 　 　 jitter可以分為兩種：交界面產生的jitter（interface jitter）和采樣中產生的jitter（sampling jitter）。交界面產生的jitter可以進一步被劃分為傳送過程中產生（transmitter jitter）的（比如為了把數字信號輸出到轉盤外部所產生的）和線材引起（line induced jitter）的。當我們把CD的數字輸出和外部的DA轉換器連接在一起的時候，不管使用同軸線纜，還是TOSLINK光纖接口，或者SToptical 接口，都將在源信號中引入jitter。有趣的是，不同的接口會引入不同類型的jitter（波形，頻率，振幅以及相關性上的不同）。具有了以上知識，你 已經可以回答以下問題：
　　 1，為什麽不同的數字接口（光纖，同軸）音質不同，盡管他們傳送的都是相同的信號。
　　 2，為什麽線材長度會直接影響音質。
　　 3，為什麽不同廠家生產的同樣長度的同軸線纜音質不同。
　　 這些都是線材引起的jitter。

6：采樣jitter（sampling jitter）
　 　 在聲音再生的過程中，我們通過許多方法削弱在DA轉換器之前產生的jitter，對於這個，我們將在“如何消除jitter”中具體討論。但是你應當知 道，如果在數字信號的錄制過程中jitter就已經產生了這怎麽辦呢？答案很簡單，重新錄一份：）數字錄音過程中產生的時基抖動究竟是怎麽一回事呢？答案 是正確的采樣記錄在了時間軸錯誤的位置上。而在錄音之後，這是jitter完全不可以被矯正的。傳輸過程產生的以及線材引起的jitter對於整套數字錄 音系統的品質有至關重要的影響。作為數字錄音系統的主要器材，AD轉換器的時鐘發生器會夾雜相當數量的jitter。這些夾雜著jitter的時鐘信號通 過數字線路，被傳送到AD轉換器中，而在這個過程中，又會引入線材產生的jitter。這些帶有jitter的信號會成為參考時鐘信號被送入AD轉換器， 並且決定信號采樣點的位置最終記錄下來。AD轉換器內部的電路可以削減一部分外部產生的jitter，但是它不能去掉全部。因此對於錄音師來說，AD轉換 器時鐘信號中引入越少量的jitter，最終得到的記錄質量就越好。Bob Katz在他的文章中這樣說：“模擬－數字轉換器是整套數字音頻電路中最容易受到jitter影響的部分。”（"The A to D Converter is one of the most critical digital audio components susceptible to jitter"）
　　 對於低成本的設備來說，使用內部的參考時鐘的AD轉換器可以避免因數字接口以及參考時鐘和外部轉換器之間產生交界面jitter，但是如果需要在已有的音 軌後面添加新的內容，那麽就需要同步AD轉換器和已經錄制的音軌。這種情況下，你就需要一個外部參考時鐘。高質量的錄音工作室通常使用高精度（通常是可以 控制的）的參考時鐘來同步AD轉換器。如果你有一個好的時鐘發生器，它會大大減少傳輸過程中產生的jitter，但是你仍然要和傳輸過程中線材引起的 jitter做鬥爭。
　　 以上就是關於jitter的總體看法。我試圖將盡量全的東西添加到這篇文章中。如果你有什麽異議和補充，請聯系我：charles@jitter.de

時間抖動（jitter）

http://www.elecfans.com/article/85/126/2008/2008112718522.html

http://www.elecfans.com/article/85/126/2008/2008112718521.html



隨 著通信系統中的時鐘速率邁入GHz級，抖動這個在模擬設計中十分關鍵的因素，也開始在數字設計領域中日益得到人們的重視。在高速系統中，時鐘或振蕩器波形 的時序誤差會限制一個數字I/O接口的最大速率。不僅如此，它還會導致通信鏈路的誤碼率增大，甚至限制A/D轉換器的動態範圍。有資料表明在3GHz以上 的系統中，時間抖動（jitter）會導致碼間幹擾（ISI），造成傳輸誤碼率上升。
在此趨勢下，高速數字設備的設計師們也開始更多地關註時序因素。本文向數字設計師們介紹了抖動的基本概念，分析了它對系統性能的影響，並給出了能夠將相位抖動降至最低的常用電路技術。
本文介紹了時間抖動（jitter）的概念及其分析方法。在數字通信系統，特別是同步系統中，隨著系統時鐘頻率的不斷提高，時間抖動成為影響通信質量的關鍵因素。
關鍵字：時間抖動、jitter、相位噪聲、測量
時間抖動的概念
在理想情況下，一個頻率固定的完美的脈衝信號（以1MHz為例）的持續時間應該恰好是1us，每500ns有一個跳變沿。但不幸的是，這種信號並不存在。如圖1所示，信號周期的長度總會有一定變化，從而導致下一個沿的到來時間不確定。這種不確定就是抖動。
抖 動是對信號時域變化的測量結果，它從本質上描述了信號周期距離其理想值偏離了多少。在絕大多數文獻和規範中，時間抖動（jitter）被定義為高速串行信 號邊沿到來時刻與理想時刻的偏差，所不同的是某些規範中將這種偏差中緩慢變化的成分稱為時間遊走（wander），而將變化較快的成分定義為時間抖動 （jitter）。
圖1 時間抖動示意圖
1．時間抖動的分類
抖動有兩種主要類型：確定性抖動和隨機性抖動。
確定性抖動是由可識別的幹擾信號造成的，這種抖動通常幅度有限，具備特定的（而非隨機的）產生原因，而且不能進行統計分析。
隨機抖動是指由較難預測的因素導致的時序變化。例如，能夠影響半導體晶體材料遷移率的溫度因素，就可能造成載子流的隨機變化。另外，半導體加工工藝的變化，例如摻雜密度不均，也可能造成抖動。
2．時間抖動的描述方法
可以通過許多基本測量指標確定抖動的特點，基本的抖動參數包括：
1)周期抖動（period jitter）
測量實時波形中每個時鐘和數據的周期的寬度。這是最早最直接的一種測量抖動的方式。這一指標說明了時鐘信號每個周期的變化。
2)周期間抖動（cycle-cycle jitter）
測量任意兩個相鄰時鐘或數據的周期寬度的變動有多大，通過對周期抖動應用一階差分運算，可以得到周期間抖動。這個指標在分析瑣相環性質的時候具有明顯的意義。
3)時間間隔誤差（timer interval error，TIE）
測量時鐘或數據的每個活動邊沿與其理想位置有多大偏差，它使用參考時鐘或時鐘恢復提供理想的邊沿。TIE在通信系統中特別重要，因為他說明了周期抖動在各個時期的累計效應。
3．時間抖動的頻域表示——相位噪聲
相位噪聲是對信號時序變化的另一種測量方式，其時間抖動（jitter）在頻率域中的顯示。圖2用一個振蕩器信號來解釋相位噪聲。
如 果沒有相位噪聲，那麽振蕩器的整個功率都應集中在頻率f=fo處。但相位噪聲的出現將振蕩器的一部分功率擴展到相鄰的頻率中去，產生了邊帶 (sideband)。從圖2中可以看出，在離中心頻率一定合理距離的偏移頻率處，邊帶功率滾降到1/fm，fm是該頻率偏離中心頻率的差值。
相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。一個振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內的信號功率與信號的總功率比值。
圖2 相位噪聲示意圖
時間抖動的模型
為了更好的對jitter進行描述，需要建立一套模型來分析不同情況下jitter的影響。根據產生jitter的原因不同，對jitter模型一般如下：
圖8 Jitter模型
1．隨機抖動（RJ，Random Jitter）
隨 機抖動是時間上的噪音，並沒有任何已知的模式。盡管在隨機過程的理論中，隨機抖動可能有各種概率分布，但是jitter模型中通常假定為高斯正態分布。原 因有兩個：第一，許多電路中，隨機噪聲的主要來源是熱噪聲，其具有高斯分布；第二，根據中心極限定律，許多獨立不相關噪聲源疊加後趨近於一個高斯分布。由 於隨機抖動滿足高斯分布，因此它的峰值是無界的。這是隨機抖動區別於確定性抖動的重要特征。
2．確定性抖動（DJ，Deterministic Jitter）
相對於隨機抖動，確定性抖動（DJ）是可以重復和預測的時間抖動，因此，DJ的峰峰值是有界的，而這個邊界的位置隨著測量次數的增加可以逼近真實值。DJ又可以分成幾種，每種有自己的特點和背後對應的物理機制。
1)數據依賴型抖動（DDJ，Data Dependent Jitter）
數據依賴型抖動是和數據每一位內容相關的抖動。通常產生DDJ的原因是數據流通過帶寬明顯受限的信道時，出現碼間幹擾（ISI）而引起的。DDJ通常具有兩個分立脈衝形式的直方圖，並且兩個峰的高度相同（根據峰所處的位置又可以分成高概率DDJ和低概率DDJ）。
2)占空比失真抖動（DCD，Duty Cycle Distortion）
占空比失真抖動是當時鐘信號占空比不是50％時，由於過零點的位置不同所帶來的測量抖動。其產生的原因有兩種，其一，信號上升沿的擺率和下降沿的擺率不同，其二，由於判決閾值偏高或偏低。DCD通常具有和DDJ類似的兩個分立脈衝形式的直方圖，並且兩個峰的高度相同。
3)有界不相關抖動（BUJ，Bounded Uncorrelated Jitter）
有 界不相關抖動是一類在時間上不與jitter測量時刻相關，分布上有具有有界峰峰值的時間抖動的統稱。其來源通常有3種：電源噪聲。由於供電電源帶來的噪 聲，可能會影響誤碼率；串擾和外部噪聲。由於傳輸過程中可能由相鄰傳輸線或外部電磁幹擾引起的噪聲；周期性噪聲。由於各種周期性噪聲帶來的信號周期性抖動 （PJ，Period Jitter）。例如：開關電源噪聲或測試時使用的周期信號。只有單一頻率成分的周期性抖動（PJ）具有一個兩端為峰值中間凹陷形式的直方圖。
3．Jitter的分離
由 於實際測試中，往往得到的復合時間抖動是由以上兩種或幾種Jitter模型的組合。利用概率論的知識可以知道復合抖動概率密度函數是組成該抖動的各個隨機 變量的概率密度函數的卷積。例如，一個DCD抖動和一個隨機抖動的概率密度函數是將隨機的高斯分布調制到DCD的兩個尖峰上。此外，對於周期性抖動 （PJ）不光有基波成分，往往還伴隨著高次諧波。
時間抖動的分析手段
1．統計特性和統計直方圖
由於所有包含jitter的信號中都有隨機成分的存在，因此統計計算被廣泛應用在jitter性能的評估中。常用的統計參數有平均值、標準差、最大值、最小值、峰峰值等。通常采用直方圖的形式來形象的描述jitter的這些統計特性。
統計直方圖的橫坐標是jitter的大小，縱坐標是jitter在某一區間內出現的頻率。當測量次數足夠多時，直方圖是對jitter大小的概率密度函數的一個很好的估計，因此在通過jitter估計系統誤碼率時，統計直方圖發揮著及其重要的作用。

圖3 隨機抖動的統計直方圖                                               圖4 周期抖動的統計直方圖
需要註意的是直方圖中不包含每個jitter點發生的先後順序，因此不能用來顯示jitter中存在的周期性信息。
2．Jiiter—時間曲線和Jitter的頻率譜
由於統計直方圖不能顯示Jitter中存在的調制或周期性成分信息，這時可以用Jitter－時間曲線來描述Jitter隨時間變化的趨勢。曲線的橫坐標為測量Jitter的時刻，縱坐標為Jitter的大小。這樣從圖中就可以清楚的看到Jitter隨時間變化的模式。
既然Jitter中有隨時間周期變化的成分，那麽有一個很顯然的分析手段就是對Jitter－時間曲線做傅立葉變換，從而得到其頻域的特征。

圖5 Jitter－時間曲線                                                        圖6 Jitter頻譜
3．眼圖
目前為止，眼圖仍然是分析數字通信過程中的一種定性而方便的方法，它可以同時給出傳輸的幅度信息和時間信息。將一系列波形的短段將疊加在一起，與額定邊沿位置和電壓電平對齊。一旦抖動達到+-0.5UI，眼睛會閉上，接收機電路會出現誤碼。
需要註意的是在測量眼圖時使用的觸發源應該是有高頻率穩定度低Jitter的標準時鐘源，其指標直接影響到測量的精度。如果直接用測試信號的邊沿做觸發，需要示波器有時鐘恢復功能。
圖7 數字信號的眼圖
時間抖動的測量
下 面我們對現有的Jitter測量技術做一下簡單介紹。根據測試儀器和測試目的的不同，可以將直接測量技術分為兩大類：一、以得到Jitter時域或頻域特 征為目的的測量方法，如實時采樣示波器、等效采樣示波器、時間間隔測量儀等；二、以得到Jitter統計特征為目的的測量方法，如誤碼率測量儀、不含觸發 或外時鐘模式下的時間間隔分析儀、帶有統計分析功能時示波器等。現在有些儀器同時具有時頻測量和統計分析的功能，因此在Jitter測量中得到廣泛的使 用。此外，還可以通過對相位噪聲的測量間接測量時間抖動。如下我們介紹幾種常用的測試方法。
1．示波器測量Jitter
使用示波器測量 信號的Jitter首先要求示波器有足夠的帶寬、信噪比、分辨率、時間準確度和信號保真度，以減少測量誤差帶來的影響。示波器內部往往采用軟件的時鐘恢復 手段恢復出理想的邊沿時刻（當然也可以采用外接高品質時鐘源觸發作為理想邊沿時刻），此時示波器就可以通過疊加生成眼圖。通過對眼圖的分析，從而得到 Jitter的各種參數。
在使用示波器分析的時候，往往需要進一步做Jitter分析，以得到誤碼的性質。這時需要輸入數據流按一定規律重復發送（通常采用偽隨機序列發生器），以使DDJ成分的能量盡量集中。通過示波器采集到這樣的碼流波形後，就可以做如下分析。
1)通過采樣得到的數據進行內插恢復出采樣波形，對於某個判決電平計算出每個邊沿的過判決時刻；
2)通過軟件金瑣相環的方法恢復出輸入信號的時鐘，並分別計算出每個邊沿的jitter大小；
3) 對於連1或連0等不存在邊沿的地方，通過線性內插法得到對應的Jitter；
4)對得到的Jitter－時間函數做FFT，得到Jitter的頻譜。
接下來就可以通過對Jitter頻譜的分析，找出對應的DCD、DDJ、PJ對應的峰值，以及RJ的底噪大小。然後分離出各個成分做IFFT就可以得到各個成分的Jitter－時間函數了。這裏具體結果和FFT的分辨率、窗函數的選擇有很大關系。
目前許多示波器生產廠家提供了跟示波器配套的分析軟件，可以按一定模型對Jitter做有效地分解分析。例如：Tektronix提供的TDS JIT3就是用來配套TDS5000以上示波器的Jitter分析套件。
2．誤碼率測試儀測量Jitter
前面提到Jitter會導致接收誤碼，反過來，如果能測得誤碼率的情況也應該能推出Jitter的特性。使用誤碼率分析儀測量Jitter的方法就是基於這種思想而提出的。
采用誤碼率分析儀通常采用兩個通道，將其中一個通道保持在眼圖的中心位置，而使用另一個通道完成誤碼率測試。這樣就不需要知道發送端碼流的情況，因而不需要重復發送某種模式的編碼。同時還能很好的解決同步問題。
通過對誤碼率分析儀可以對眼圖各個方向上進行掃描，得到眼圖的清晰輪廓，對於分析Jitter可以提供很多有價值的數據。
3．通過相位噪聲間接測量Jitter
如前所述，抖動和相位噪聲所描述的是同一現象的特征，因此，如果能從相位噪聲的測量結果中導出抖動的值將是有意義的。在對晶振測量時經常會給出相位噪聲這一指標，可以推到出該晶振可能帶來的抖動。
圖9 相位噪聲圖
每 個振蕩器都有其相位噪聲圖，圖9給出一個例子。該圖中繪出的是從12kHz到10MHz這個頻帶範圍內，某振蕩器的相位噪聲情況。圖中，L(f)以功率譜 密度函數的形式給出了邊帶噪聲的分布，單位為dBc。中心頻率的功率並不重要，因為抖動只反映了相位噪聲（即調制）與“純”中心頻率處的相對功率值。邊帶 的總噪聲功率N可以由L(f)函數在整個感興趣頻段內（在本例中，即12KHz到10MHz頻段內）積分得到。

計算得到的是相位調制噪聲在該頻段內的功率，而相位調制正是造成抖動的原因。由此，我們還能用如下的定積分推出RMS抖動的值。
下式可求得該噪聲功率造成的RMS抖動：
總結
本文詳細介紹了時間抖動（Jitter）的定義，並分析了其產生的原因，給出的分析手段和測量方法。相信通過這篇文檔，用戶可以對Jitter有一個比較深刻的認識，希望本文可以對您的實際工作有所幫助。由於學識有限，文中難免有些紕漏，歡迎讀者和作者聯系指出。
參考文獻
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[3] 電子發燒友，抖動的概念和抖動的測量方法,2008.11.27.
[4] 電子工程專輯，相位噪聲和抖動的概念及其估算方法,2004.06.30.

超高速40 G＆100 G實體層測試

超高速40 G＆100 G實體層測試

　現今通 訊產業所面臨到的最大挑戰來自於核心網路的頻寬擴充，網路資料量暴增是驅動網路頻寬成長的動力，現今，最大的驅動力來自於影像傳輸，不論是來自客戶端的影 像內容提供網站如YouTube或是HULU，還是由電視公司或是電信業者所提供的商業服務，分析者預期網路頻寬爆炸性成長還會持續，特別是利用IP pipes來傳輸高畫質的影像。

　更快速 的資料內部連結(interconnects)需求導致大量高速實體層的電路與元件的研發，檢視元件的研發與生產需求所需的量測儀器，必須要可以發送與接 收訊號，這個訊號是必須任意可調整的速率振幅和訊號格式，測試設備也必須要能夠察覺接收訊號產生的每個位元錯誤與所有的誤碼率(BER)，Anritsu MP1800A 因應40G和100G超高速實體層測試需求而設計。

　IEEE分別就40G和100G數據傳輸速率進行研究，發展訂定針對40G與100G的IEEE 802.3ba規範，2008年10月， 發布IEEE 802.3ba 1.0版本。

　兩轉傳輸速率分別用在不同的網路應用, 40GE主要針對伺服器到交換器(server-to-switch)間的應用, 而100GE 主要應用為骨幹網路以容納由各處匯集而來的網路流量.而所提出來的802.3ba規範支援全雙工操作並且保存標準802.3 MAC (媒體存取控制)框架格式,包括當前最大值與最小值的框架大小.規範規定MAC/PHY介面誤碼率(BER)要在10-12或是更佳的狀態。

Media	40 GE	100 GE
	min run length (m)	min run length (m)
Single-mode optical fiber	10 km	40 km
Multi-mode optical fiber	100 m	100 m
Copper-cable assembly	10 m	10 m
Copper backplane	1 m	N/A

　從上表我們可以很清楚的看出, 實體層的規格考慮到各種不同的傳輸媒介,就如同其他的高速乙太網路規範. 與其他的網路規範一樣,802.3ba利用多重訊號的優點,在特定介質上傳輸.就像在光纖上, 100GE 實體層是利用四個波長, 每個波長各傳送25Gbps 數據傳輸速率. 但是對照到銅纜上, 則是利用不同通道,每個通道的傳輸速率為10Gbps所組成. 在文件中也是參考像是10x10的安排.上述兩個案件都是100Gbps的案例。

　為了補 足IEEE制定規範不足的地方, IEEE又與其他的規範制訂團體和企業組織合作.ITU(International Telecommunications Union)-國際電信聯盟 study group 15 開發DSL(digital subscriber line), PON(passive optical networks)和最重要的OTN (optical transport network). ITU-T standard G.709 定義了OTN實體介面包括了像是框架結構,多路傳輸, 封包mappings. 40G和100G實體層規範的關鍵_ITU 建立了WDM(wavelength division multiplexing)數據傳輸方式.ITU與IEEE間相互合作，允許電信網路骨幹與區域網路應用利用基礎技術相容的優點互取所長。

　在 MAC層操作的數據封包傳輸率上.有12%額外的頻寬負載給非封包元素如frame header, FEC(forward error correction) code overheads. ONT實體層元件和模組測試設備,必須可以支援訊號傳輸率到28Gbps.此外關於數據編碼與框架的內容, 實體層規範必須定義訊號標準給每個不同介質.訊號標準定義數據傳送器與接收器如何將線性訊號判斷其正確的位元值.OIF(Optical Interconnecting Forum)是制定光學介面標準的產業組織. OIF 會推薦網路互通性,包括一些挑戰高速訊號傳輸的背板規格.OIF 推薦一種特殊的光學調變模組計畫-DP-QPSK (dual polarization quadrature phase shift keying)-用於100G網路應用的調變技術。

　廣泛採用單一標準的光學調變方案解決了許多問題：對於光學元件製造商來說，可以只生產 單類型的產品給更多的客戶。對於系統製造商而言，一個共同標準的調變技術的出現,可以擴大規模經濟規模，降低光學元件和實體層模組成本。對於系統運營商來 說，單一的調變方式可以讓不同的系統供應商所生產的設備便於互通。 在較低的數據傳輸速率，在光通訊產業已能夠利用簡單的二位元訊號來產生光學鏈路。因為70或是80年代所埋設的光纖是為了滿足較低速率的傳輸，有傳輸速率 的限制,所以要在現有的光纖設備上推動高傳輸速率訊號時，迫使業界利用類比RF的調變技術。要電信業者重新鋪設大容量的光纖以滿足不斷增加的數據傳輸量而 是不切實際的。重要的是，如何利用現有的光纖來達到高速的數據傳輸速率。簡單地轉換二進制碼可以將100 Gbps的信號傳送約3公里的距離,在PMD（偏振模色散）和CD（色散）效應使信號無法讀取前。

　調變機 制如DP-QPSK允許實體層元件傳輸和接收多重位元在單一個symbol內.使得我們可以利用較低的傳輸頻寬來滿足較大的數據傳輸量.若是只侷限在私人 網域,傳輸線路兩端使用相同製造商所製造的元件,特別的調變機制是一個影響不大的問題.但是當應用在公共網域上時,使用者利用不同廠商所製造的元件來做連 結十時,一個共通的調變機制是必須的。

　為了加 強高速網路數據傳輸能力需要正向錯誤更正(Forward Error Correction)來輔助.適當測試訊號的產生與辨識能力必須依靠FEC的編碼解碼.支援100GE 長距離測試的測試儀器必須要可以測試利用DP-QPSK調變來傳送和接收100Gbps資料封包的元件.測試儀器會產生四個同步的25Gbps資料封包串 流.同樣的,40Gbps DQPSK  (differential quadrature phase shift keying)調變技術需要兩個同步的20Gbps資料封包串流(圖1).

　在這兩種應用的測試功能，必須包括足夠的靈活性，允許測試者利用bit pattern,調變的相位與頻率進行試驗已計算調變通道的邊際(margins)範圍測試環境必須要可以測試多通道串流, 充當傳輸器來測試接收器的功能或是變成接收器測試傳輸器功能.在某些特定的時機, 也許不需要每個通道的位元串流資料都是獨立的.這是我們可以利用RF splitters來做分流。

　

　另外一 個考慮，在選擇14到28 Gbps測試設備要點為是能夠改變光子介面的工作點.有些光調製器驅動器可產生的最佳的交叉點並不是在50%的位置點.若測試儀器可以調整正常信號振幅的 交叉點從20至80％,如安立知MP1800A 誤碼率分析儀(BERT).利用調整驅動信號與光調製器的固有特性相配合，工程師們可以更能精確地掌握實體層真正的效能邊際範圍。

　另一個與此系統應用相關的領域為銅線內部互連(copper interconnects).在FR4基板上的內部系統的通訊連結電路.以前OIF CEI (Common Electrical Interface) electrical and jitter 互通協定,在一定的傳輸距離內FR4線路極限值為11Gbps.現今OIF正在推動傳輸速率達到20Gbps甚至25Gbps的目標.FR-4是一種高損 耗的材質,所以新的PCB材質開始被新市場所接受以達到傳輸更高頻率的目標.系統商想要實現20Gbps通訊通道就必須考慮到PCB有限的高頻效能. 特别是，必須知道傳輸訊號必須是pre-emphasis signal,它可以減少串音(crosstalk)影響,特別是在雙向饋線間。

　當訊號達到20或25 Gbps傳輸率時，開始有許多訊號完整度的問題需要去考慮。 隨著訊號傳輸率的增加，對於訊號完整度的考量越來越重要,在產品量產前我必須去注意在PCB板上每一對差動訊號線在測試版上的表現是否符合標準。未經測試 而盲目的設計電路不太可能有足夠的效能表現,並且對產品開發日程表和預算而言,測試板修正週期所付出的代價是非常昂貴的. 隨著電路設計因為寬頻訊號匯排流複雜度增加,阻抗匹配將變的更困難.因為必要的繞線規劃會導致平行線傳輸長度之間的不匹配。

　阻抗的不匹配會導致反射(reflections), 振鈴(ringing),和 串音(crosstalk)等干擾現象增加。銅線的路徑長度也會導致通道間的時滯現象變的嚴重-差動訊號的傳輸導線不等長所造成的相位差. 好的電路測試可以讓設計者在量產之前確認基板的效能是否在可接受範圍內.系統商與PCB製造商還必須確保測試板的性能可以達到信號完整性的標準. 這類應用的測試設備必須要可以設定相關訊號參數來完成訊號容忍度相關測試。

　根據不同的應用系統，特別是那些光驅動元件，訊號振幅可能會高達3.5 V.測試儀器為了驗證系統及其部件，因此必須在全速數據傳輸速率下可以達到3.5 V訊號振幅，以及多重信號的相對相位調整。而要可以產生兩個相對應的訊號,且可以輕易的調整不同訊號間的相位關係來完成訊號容忍度的測試,測試儀器需具有 高振幅訊號輸出能力與多通道的高速PPG(pulse pattern generators)架構.不論在任何速率下,都可以產生真的PRBSs (pseudorandom binary sequences)訊號與可自我任意編輯訊號的能力是非常重要的.因為在許多的協定規範裡需要用ITU-T O.150和O.151 (PRBS-7 or PRBS-31)來進行測試. 市面上有些測試儀器並不符合ITU - T的建議，因為他們的PRBS是利用低速率的訊號多工成高速率的訊號.但是因為多工程序的不正確而沒有產生真的PRBS訊號。

　一個完整符合此應用的測試儀器除了PRBS訊號外,還必須要可以讓使用者自行編輯它所 需要的測試訊號.晶片商或是設備商可以利用此種可自行編輯的儀器來完成新規範的量測, 不需再添購新儀器或是功能來符合新規範的量測. 目前測試設備通常可提供高達128或256 MB的記憶體供使用者編輯訊號封包，足以支援複雜的協議。

　光調變器的測試比較關切的是通訊通道內實體層的表現：在不同的極化現象下系統的穩定 度，訊號調變在光源上後的互通性和pre-coding在光纖上降低傳輸損耗的效果.儀器需要可以獨立產生兩個訊號.PPGs 必須可以控制兩個獨立訊號通道的相位位移和產生可編輯的訊號封包來評估串音所帶來的巨大影響與訊號調變產生的效益。

　光纖接收器必須從所接收到的訊號裡面去抽取clock訊號. 接收器讀取輸入的數據流-隨機分佈的1和0訊號-來辨識節奏.CDR (clock data recovery)電路檢查原始的訊號,辨識節奏然後產生內部接收通道的colck,讓系統當作判別訊號的依據.只要0和1的數量相當,CDR是可以正常 工作的.但是在高速通訊連結中, NRZ (non-return to zero)訊號包含一長串的0或是1是很常見的. 足夠長的連續0或是1序列將打破的CDR的產生clock的正常運作.這是一個簡單的pattern-dependent錯誤機制例子.為了預防接收通道 產生此類的錯誤,一些調變協定不允許0或1的串流長度超過規定值。

　測試高密度的零，高密度的壹，與反相訊號等一些常見的測試模式來測試相依訊號的相互作 用。轉變的錯誤(Transition errors)，非轉變的錯誤(non-transition errors)，編碼插入錯誤(code-insertion errors)和編碼遺漏錯誤(code-omission errors)都屬於通道失效模式。測試系統必須產生，恢復和分析雙通道差動訊號在28 Gbps的傳輸速率。

　測試環 境應該簡化解釋測試结果的程序和轉換被搜集的信息由測試系統或信號參數調整通訊鏈路的物理特性的測試結果。例如，omission errors和insertion errors可能來自一個臨界值偏移(threshold offset)，而同樣的錯誤也在特定狀態，轉換，或是交替式通道裡的訊號也許表示串音干擾所造成。

　請注意，大部分通道失效模式源於類比行為。這一概念的通訊通道是一種數據訊號傳輸機制.在實體層層，信號本身-無論是電子脈衝通過銅纜或銅線或光的脈衝訊號通過光纖鏈路-始終是一個類比現象.為此，許多方法適用於高速實體層電路與高頻設計和訊號條件有關係。

　其中一 個高頻訊號條件的方法是pre-emphasis，在訊號的0與1的轉換過程去加重轉換後的每個起始位元的位準（圖2）.歷史上，系統採用預加重處理兩種 類型的問題.第一，訊號是受到通訊通道的限制，其中主要是通道雜訊,而頻譜平坦度是一個次要的考慮.電視音響，無線電廣播和地面模擬音頻記錄系統都利用 pre-emphasis這種方式來做傳輸.通過提高訊號的高頻內容傳送訊號通過通道，接收器可以衰減掉相同數額高頻能量。接收器執行此功能通過一個相互 去加重的過程，並在這樣做，它恢復了原始訊號的頻譜特性，通道雜訊有顯著減少。

　Pre- emphasis的第二個應用，主要是通訊通道頻寬有相當大的限制.在數據通訊，無論銅互連和光纖傳輸都有此種這種現象，銅由於其材料的限制和光纖則是由 於色散效應的影響。正如在第一種情況下pre-emphasis增加了訊號傳輸時的高頻內容.我們的目標是，以補償interconnect介質所產生的 高頻衰減，並在這第二種情況下，接收方不須執行de-emphasis。pre-emphasis補償了材料的損失,我們可以觀察經過傳送後的訊號眼圖, 由於ISI(inter-symbol interference)所引起的失真現象明顯減少。

　發射機 傳送經過塑形的訊號如pre-emphasis帶來其他好處，讓越來越多的高速序列連接阜的規範要求訊號需要有pre-emphasis 處理。若是訊號不做pre-emphasis的處理，例如，非歸零碼(NRZ)訊號受到更大的訊號衰減，在接收端訊號抖動(Jitter)增加,訊號品質 下降，隨著電路內部數據互連(interconnects)與外部訊號傳輸速率越來越快速,如IEEE 802.3ab持續推動著更高速的傳輸技術.研發與生產人員會遇到更艱難的挑戰,需要適當的量測設備來支援不同的傳輸率、不同的訊號強度與格式。

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ITU-T新標準Ethernet SAM vs IETF RFC 2544測試方式

ITU-T新標準Ethernet SAM vs
IETF RFC 2544測試方式

                                              安立知股份有限公司

   現今網路設備及乙太網(Ethernet) 線路測試主要採用BERT (Bit error rate test) ， IETF RFC 2544及QoS (quality of service ) 測試包含VLAN ， MPLS，IP DSCP等網路參數。

本文將探討現行之乙太網測試方式與2011 ITU-T新訂定之標準
Ethernet Service Activation Methodology有何不同：
 

現行乙太網路測試方式BER測試、RFC 2544及QoS (quality of service )

   BERT 誤碼率測試訂定於ITU-T / IEEE組織主要應用於實體層及傳輸線路品質之量測，在實體層量測方面在傳送端透過PPG(pulse pattern generator)產生實際的PRBS pattern透過接收端ED(error detector)進行位元誤碼率的偵測通常測試標準在10E12甚之更高，而在傳輸線路品質的測試則是建立在資料連結層或網路層，於實際傳輸的 payload塞入PRBS pattern 及Sequence number 以進行誤碼率測試，於資料連結層與網路層進行誤碼率測試主要驗證在傳輸過程中payload的誤碼率，請參考圖一，二。

圖一
 
圖二

   RFC 2544起源1999年IETF組織所訂定，當時訂定主要是基於網路設備包含路由器、交換器、集線器之設備品質驗證及建立參考之基準。
 

常用的RFC 2544測試包含：

吞 吐量(Throughput )測試：

    意指在無任何Frame loss情況下可傳送之最大速率，一般電信工程師亦會利用此測試驗證乙太網線路傳輸流量的上限，當進行Throughput測試時如有封包遺失則進行 1/2遞減，如無封包遺失則進行1/2流量遞增直到測試到最大吞吐量(throughput)，如圖三。

訊框遺失(Frame loss)測試：

   該測試決定交換機在持續負載狀態下應該轉發，但因資源缺乏而無法轉發的訊框的百分比。
 

延遲(Latency)測試：

    首先確定網絡設備的最大吞吐量，然後以此吞吐量速度繼續傳送120秒的數據流以進行延遲的測試。
 

突發(Back-to-back or burst)測試：

透過最長與最小Burst frame進行待測物測試量測待測物的緩衝能力。

如上RFC 2544標準主要可針對不同封包大小進行單一吞吐
 

    (Throughput)、 訊框(Frame loss) 遺失、延遲(Latency)及突發(Back-to-back or burst)等多種自動化測試，由於該測試項目為Step by step的方式進行故測試時間較長，相對的有些問題容易忽略，例如在測試時發現延遲(Latency)過高，我們想瞭解當時的吞吐量 (Throughput)必需等延遲(Latency)測試結束然後再進行吞吐量測試才能得知，也就是說在RFC 2544測試時無法得知同時間點其它測試之結果。

    傳統IP網路所有資料都被區別等同對待，每個路由器/交換器皆是採用先入先出(FIFO)的方式進行封包傳送，盡力(Best Effort) 的將封包送達目的地，但確無保證傳送的可靠性及延遲。但隨著IP網路服務普及應用多元化，對IP網路傳輸之質量要求也相對的提高，例如VoIP與IPTV 等即時傳輸之應用對傳送延遲菲常的要求，當延遲增加即可能造成VoIP斷音或服務中斷，而相對於一般資料傳輸如FTP、E-mail則可放寬延遲時間的要 求，電信營運商不僅要確認該傳輸線路之品質亦要確認是否有符合簽訂之SLA需求，因電信營運商通常會因應客戶需求設定不同之服務等級來提供服務，在進行線 路品質測試時則會依據簽訂之SLA於儀器上設定多筆資料流以驗證服務等級，請參考圖四。

 圖四 ITU-T Y.1564 Ethernet Service Activation Methodology (Ethernet SAM)

新標準Y.1564介紹：

    ITU-T Y.1564  Ethernet Service Activation Methodology，是ITU組織新推動的
一個測試標準，基於乙太網路的安裝、維護它是唯一公認的測試方法，使安
裝維護人員可完成的驗證SLA在單一資料流上。

Ethernet Service Activation Methodology主要測試目標可分為三個部份：

(1) 作為一個網路Service Level Agreement ( SLA)協議驗證工具，確保服務保證符合品質及控制測試時間。

(2) 為了確保所有的服務在所進行的網路滿足其SLA目標，並以最高承諾速率進行測試，以證明在最大負載網路設備和路徑可以支持所有的流量。

(3)要執行中、長期服務測試確認網路設備，可以正確進行所有服務以進行壓力測試。

 

Ethernet Service Activation Methodology測試程序可分為兩大部份：

(1)服務配置測試(Service Configuration Test) 確認網路能配置一個單一數據流設定CIR ( Commit information rate) 選擇單一或是混合之封包大小進行測試，同時可選擇依設定之速率進行階層式如25%、50%、75%、100%、及100%+EIR或是單一速率進行最大值 之測試。

(2)服務品質測試(Service Performance Test) 針對不同之服務設定CIR，如Video SDTV / HDTV 分別為7M / 22M，Voice亦可採用不同之codec 進行測試，於此項測試我們可設三筆資料流分別為Data、Voice及Video設定各項參數包含CIR、EIR、優先權、等設定後進行測試。

   透過上述2個測試程序並依使用者需求訂定SLA之條件，可透過儀器Pass /Fail機制快速驗證設備傳輸品質

圖五


ITU-T Y.1564 Vs IETF RFC 2544

    在RFC 2544主要測試項目包括Throughput、Latency及Burst，但由於RFC 2544標準主要是驗證網路設備極限效能，故測試方式為單一資料流進行單一標準測試，如進行Latency 測試時延遲時間過高，我們無法得知當時的Throughput 及其它會造成延遲的網路因素，而新標準Y.1564則是在同一時間進行IR、Latency、Jitter、Sequence error、及QoS測試，故我們可以很快速的瞭解當時的狀況，同時在測試時間比較RFC 2544 測試封包大小越多則測試時間越長，而Y.1564標準則可在相同時間內測試不同封包大小的CIR、Latency、Jitter及Sequence error大大的縮短測試時間。

    表 一為Y.1564及RFC 2544測試標準之比較，Y.1564 綜合了BER、Multi-Stream及RFC 2544之優點能透過同時且快速測試驗證設備性能及傳輸品質包含IR、Latency、Jitter、Sequence error 及QoS，請參考表1之比較。

表一為Y.1564及RFC 2544之測試比較：

Item	Y.1564	RFC 2544
Multi Stream.	Yes	No
Jitter.	Yes	No
Sequence Error.	Yes	No
Availability.	Yes	No
Batch display of results.	Yes	No
Performance Limitation， Auto Search.	No	Yes
Test pattern	Standardizes mixed multiple frame length and burst.  Emulating actually network.	Tests with fixed frame length  and fixed rate.

表二為Y.1564及RFC 2544應用之領域：

Item	Y.1564	RFC 2544	Comment
Designed for Element testing.	No	Yes	When testing a single component you should stress it and multiple frame sizes sequentially.
Designed for Network testing.	Yes	No	When testing a network you should stress by generating multiple streams at the same time.
Fast testing time.	Yes	No	The testing time can be almost the same depending on the settings but if the full RFC is completed it is very long.  Y.1564 can take longer but allows the user to select shorter measurement times if they wish.
Settings work with SLA’s.	Yes	No	Y.1564 settings can be configured based on customers SLA agreements.
Works on a loaded network.	Yes	No	Both are able to work on active networks but RFC 2544 is designed to find the network limit while Y.1564 is designed to find the circuit limit. Incorrectly configured either will bring affect customer traffic.
Designed to test burst ability.	Yes (partial)	No	Y.1564 Appendix I is for testing CBS and EBS but this is not released and currently considered experimental.

    表 三為安立知針對ITU組織新提出之標準Y.1564所提供之設定界面，透過淺顯易懂方式進行Service profile 的設定，其中包含了一般數據流量、各種Voice 編碼方式及Video HDTV / SDTV流量之設定，依法不同的traffic flow設定CIR/EIR值，且遵循metro Ethernet forum 10.2 version所訂定之color mode訂定不同顏色之服務等級標誌，並可經由表四進行frame loss、Latency及Jitter等門檻值的設定以進行SLA服務等級之測試

表三：安立知MU909060 Y.1564 測試設定畫面


表四：安立知MU909060 Y.1564 測試設定畫面


圖六


表五

    圖六可看到安立知之測試儀器所設定之traffic flow依不同服務之種類設定不同之CIR及優先權，透過簡單之門檻值設定進行Pass / Fail 的判斷易於使用者閱讀，於表五之測試之報告可依服務之服務別進行測試，可讓測試之工程師瞭解實際之測試狀況。

    事實上Y.1564之標準與RFC2544是不同類型之測試方式，RFC 2544主要用於設備性能極限化之測試，而Y.1564之測試則偏向設備/傳輸線路之品質及QoS相關設定進行測試，可符合電信營運商及設備商針對不同應用之快速測試。

作者：安立知股份有限公司　發表於2011/8/3 上午 10:50:58

建構高效安全的廣電傳輸網

构建高效安全的广电传输网

【摘要】本文主要介绍随着三网融合的深入，广电运营商在双向网改造的同时，加大了对骨干网和城域网的建设，使之能够满足广电网络的带宽需求，现阶段主要利用先进的OTN和PTN等传输网技术来构建高效安全的广电传输网络。
【关键词】广电干线网/城域网 OTN PTN
【正文】
2011年12月30日，国务院办公厅公布三网融合第二阶段试点城市，表明三网融合的力度正在逐步加大，广电运营商在在双向网改造的同时，加大了对 省级干线网和本地城域网的建设，使之能够满足广电网络的带宽需求，现在主流的干线网和城域网采用OTN+PTN（或MSTP）的建设模式，如下图所示：
 
广电网络建设模型
根据广播电视总局的规划和广电网络的现状，可以将广电网络可以分成5个部分：
第一部分为国家级干线网，从2011年开始中国有线已经开始采用OTN技术进行国家干线网络的规划和建设；
第二部分为省级干线网，到目前为止，全国大多数省份的干线网络已经建设完毕，未建设完毕的省份也在对省干进行规划和建设中；
第三部分为本地城域网，有些省份建设相对较快，如江苏省各个地级市的OTN网络几乎建设完毕，有些省份相对较慢，还在进行建设或者规划中；
第四部分为市到县网络，该部分网络建设相对较慢，很多省份的市到县网络还未开始建设，预计在2013年会有大规模的建设；
第五部分即接入网部分，包括采用PTN或者MSTP技术进行大客户专线的接入和采用PON技术进行家庭网络的接入。
OTN构建高带宽，长距离，大容量的传输网络
OTN技术以多波长传送、大颗粒调度，远距离传送为基础，综合了SDH和WDM的优点，可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络。
OTN技术包括三大关键技术：
（1）、标准化的G.709协议，支持ODUk交叉体系，包括ODU0、ODU1、ODU2、ODU3、ODU4、ODUflex映射体系，完美适配各种业务带宽，在提供全业务接入的基础之上，保障业务承载效率。
（2）、基于ODUk的电层调度，支持任意ODUk到任意波长的交叉，可以实现业务的端口到端口灵活调度。
（3）、基于ROADM的光层调度，支持任意波长到任意端口的指配，配合可调谐OTU，实现光网络波长自由上下。
OTN技术是从WDM发展而来，同时借鉴了SDH的运营管理经验，因此拥有强大的OAM能力和保护能力。
随着业务量的增多以及用户对带宽需求的增长，传输网络对带宽提出了新的要求，需要从原来的10G系统向40G系统、100G系统发展。2011年开 始，各大运营商开始100G网络的测试和试运营，而在2012年中国电信进行了100G设备的集采，其中烽火成为最大的赢家，分配了40%以上的份额，中 标的12个项目覆盖华东、华中、华南、西南、西北等多条国干、省干和城域本地网。中国移动也在近期组织了100G的测试，烽火首先完成了所有的测试。广电 运营商也在陆续进行100G网络的规划和建设。
OTN技术在广电网络有如下的价值体现：
（1）灵活的调度能力：提供业务端到端连接，支持大颗粒和专线业务快速传递；高效的业务汇聚能力，提高带宽的利用率；同时减少了穿通业务的光电转化次数，节省转化成本；
（2）全面的保护能力：光层和电层保护，覆盖从业务接入到光缆的每一个点；光电联动智能保护，抗多次光纤失效，与IP保护协同工作，建设安全的OTN网络；
（3）高效的管理能力：一键式业务自动化部署，大大减少运维人员的压力，拥有类SDH的网络管理和维护能力，开销字节性能够提供检测和故障定位功能；
（4）较低的建设成本：客户侧和线路侧OTU的分离，可以部署带宽资源池，提前建设网络，业务即插即用，同时减少了业务类型改变带来的浪费，支持业务的平滑升级，有效保证了初期的投资。
PTN构建高品质的城域接入网
PTN技术引入了分组特性：支持高效统计复用功能，提供端到端的弹性管道；利用面向连接的网络提供可靠的QoS保障。同时，PTN技术保留了传送网 的功能特征：继承传统SDH的运营管理经验可以进行快速的故障定位、故障管理和性能管理等丰富的OAM能力，提供可靠的网络生存性，支持快速的保护倒换。
PTN关键技术主要有以下两点：
（1）基于MLPS的交换，利用标签交换能力，提供弹性的管道，使网络的汇聚比不再受限，同时采用了IP化的内核（传统的SDH、MSTP技术为TDM内核），天然适配现在大量的IP化的业务需求，；
（2）引入PWE3（电路仿真）技术，对E1和SDH业务进行仿真，支持TDM、ATM等传统业务，真正做到了全业务的承载。
PTN技术从SDH技术发展而来，继承了SDH的运营管理经验，可以提供可靠的网络保护机制，具备完善的OAM能力。
针对广电运营商不同的业务类型，PTN能够提供强大的QoS能力，做到针对不同的客户，不同的业务进行详细的区别和业务保证；
PTN技术在广电网络有如下的价值体现：
（1）通过提供端到端的弹性管道，利用不受限制的汇聚比，提高了网络的灵活性和带宽的利用率；
（2）分组化、IP化的内核天然适配现在大量的IP业务，提高网络的承载效率；
（3）完善的OAM能力和可靠的保护机制使得PTN网络便于管理维护，同时提高了网络的安全性；
（4）强大的QoS机制，很好的对业务和客户进行层次化的管理，从而提供一张电信级的网络。
OTN、PTN产品在广电网络中应用
OTN和PTN技术在广电网络中已经取得了广泛的成熟应用，应用范围包括干线网络，本地城域网中。烽火从2002年开始对OTN技术的跟踪和研发， 经过几年的努力，逐步在国内引领OTN技术的发展，目前已经推出全系列的OTN产品和全系列的PTN产品，形成了端到端的解决方案，产品覆盖核心层、骨干 层、汇聚层、接入层，其产品系列包括FONST系列的新一代OTN传送平台和CiTRANS系列的新一代PTN产品。
OTN在省级干线网中的应用
采用大中型OTN设备组网，组成环形网或多环嵌套的MESH网。T比特级别的交叉容量，从容应对省级干线业务调度的需要，极大的提高了网络的灵活性，光电两层保护机制有效保障了网络的安全性和生存性。
 
北方某广电OTN省级干线网
上图为某省广电OTN干线网络，传输业务为10GE/10G，2.5G和GE，通过节点加载电交叉(OTH)并利用光层(ROADM)组成环网，实现业务向广电中心机房的汇聚和保护。
该OTN干线网络利用ODUk电层调度适应统一调度的需要，利用光层ROADM实现波长级动态调试，使用光层和电层保护形式提高了网络的可靠性，并且全网采用SM、PM监控字节，实现端到端的业务维护与管理。
OTN在本地城域网中的应用
采用中型OTN设备组网，组成环形的拓扑结构，T比特级别的交叉容量，支线路分离的架构提高业务的调度能力，利于网络的平滑升级。
 
南方某市广电OTN城域网
上图为某市广电OTN干线网络，两个核心环和四个接入环，核心环为96波*10G系统，接入环为48波*10G系统，主要承载IPQAM，宽带上网和大客户专线业务等广电现有所有业务，实现业务向广电中心机房的汇聚和保护。
采用支线路分离的OTU架构，提前部署带宽池，大大减少业务开通时间和业务类型变化带来的带宽浪费，基于ODUk的电层调度能力，提高了网络的灵活性，采用基于ODUk 1+1的电层保护方式，提高网络的可靠性。
PTN在本地城域网中的应用
 
南方某市广电PTN城域网拓扑图
该网络采用全PTN的方式，共建设31个站点，构建两个10GE速率的核心环，进行业务的调度，其余站点进行业务的接入汇聚，全网均采用烽火网络 CiTRANS系列的PTN设备，利用wrapping环网保护和LSP 1+1线性保护，达到电信级50ms的要求，提高网络的安全性。对于后期的扩容，可以先将现有的GE速率网络升级成10GE速率的网络进行网络优化，只需 要通过增加10GE的板卡即可实现，后期还可以根据网络情况升级成40GE的PTN网络或者叠加OTN的网络形成OTN+PTN的组网模式。
总结
随着三网融合的力度加大，广电运营商需要对全业务进行承载，而大量IP业务的发展需要广电网络能够提供高带宽的保障，同时需要能够进行灵活的业务调 度，强大的OAM能力，完善的保护机制和丰富的QoS等级，来提供一张电信级的网络。OTN和PTN技术作为新一代的传送网技术，能够很好的满足上述要 求，在各大运营商中获得了成熟的应用，烽火积极把握行业发展趋势，始终以客户需求为导向，立足光通信产业的发展，拥有成熟的OTN系列产品和PTN系列产 品，同时为广电运营商提供定制化的产品，与客户共同努力，建设一张高效安全的广电传送网来应对三网融合带来的挑战和机遇。

以太环网保护技术应用探讨(G.8032)

以太环网保护技术应用探讨

摘要：ITU-T G.8032协议是国际上最新成熟的标准，本文对各种以太环网保护技术进行了比较分析，对 ITU-T G.8032协议以及修订版的保护倒换机制进行了阐述，并分析了协议中存在的问题。
关键词：以太环网；G.8032；保护倒换

0引言
以太网是目前应用最广泛的局域网技术，它具有简便，经济和高数据速率等特点。近年来更是迅速向广域网和城域网技术发展。电信级以太网要求网络自愈时 间在50ms以内。因此，如何提高以太网技术的可靠性成为人们关注的焦点。以太环网保护技术标准纷纷涌现，从最开始的生成树（STP）协议，弹性分组环 （RPR）技术到后来的EAPS（RFC 3619）技术，技术慢慢走向成熟。2008年3月，ITUT-T 发布了G.8032协议，它吸取了其他协议的优点，为二层以太网络提供高可靠性服务，成为国际上的成熟标准。

1 技术比较
在二层交换网络中，一旦存在环路就会造成报文在环路内不断循环和增生，产生广播风暴，从而占用所有的有效带宽，使网络变得不可用。在这种情况 下，STP技术应运而生。STP是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能。STP协 议和其他协议一样，是随着网络的不断发展而不断更新换代的。最初被广泛应用的是IEEE 802.1D STP，随后以它为基础产生了IEEE 802.1w RSTP、IEEE 802.1s MSTP。但实际应用中STP链路切换收敛时间受网络拓扑影响，一般收敛时间为秒级，网络直径较大时收敛时间更长。采用MSTP协议虽然可以减少链路切换 收敛时间，但是仍然不能满足高服务质量业务50ms倒换的需求。实际组网中存在环路的以太网络拓扑结构，并且要求链路切换收敛时间小于50ms。
弹性分组环（RPR）技术能够实现快速收敛，它的保护倒换时间小于50ms。RPR技术兼有SDH和以太网技术的优点，因此，广受设备商的关注。但是它需要使用额外的硬件才能支持，投资成本高。
IETF RFC3619即EAPS，它采用Polling及故障通告机制检测以太网故障和相对简单灵活且易于实现的保护倒换协议，较好的满足了城域网语音与数据等 业务的需求，早期被一些设备厂商在汇聚网络上商用，并在此基础上不断改进，后期各厂商又在此基础上衍生出多个私有的技术，如中兴ZESR、华为RRPP、 烽火网络ESR等以太环网保护技术。分析发现EAPS存在两个明显弱点：故障通告丢失或因某种原因未能触发故障通告，依靠Polling机制检测发现故障 时间较长，不能满足50ms保护倒换要求；若链路故障是单向的，Polling机制可能检测不到该故障并不触发保护倒换。而且它没有形成一个正式标准，各 个厂家都有自己的解决方案，让互通性成为难题。
ITU-T G.8032定义了以太环网自动保护切换机制，克服了EAPS的上述弱点。它的切换时间小于50ms，能够实现链路的双向故障检测，支持多环多域的拓扑。这些优点让它成为国际上最成熟的标准。

2 G.8032协议原理介绍
2.1 基本概念
RPL（Ring Protection Link）：环保护链路，在正常状态下，这段链路一直处于阻塞状态，以防止成环。当环中有链路故障时，就启用这段链路，完成保护倒换。
RPL owner：RPL拥有节点，它负责阻塞RPL链路。正常状态下，该节点中与RPL相邻的端口block。
G.8032中规定，一个环中设定一个节点为Owner节点，其他节点都是普通节点。同一个环的节点配置相同的控制VLAN。G.8032的保护倒 换的实现是基于APS（Automatic Protect Switching自动保护倒换）协议的，它的控制报文在APS通道中传递。
2.2 G.8032基本原理
G.8032的故障检测机制不同于其他协议，它采用Y.1731或IEEE 802.1ag中定义的连续性检测(CC)进行链路双向转发检测，能够定位故障点并检测故障是单向还是双向的，并且用于保护转换时，CC帧默认的传输周期 是3.33 ms（即每秒300帧的传输速率）。G.8032通过Y.1731通告的消息来判断链路的状态，并做出相应的处理。G.8032的控制报文类型主要有SF 和NR，如果检测到链路故障，就发送SF（signal failed）消息，检测到链路恢复，就发送NR（No Request）消息。如果检测到链路状态变化，连续发送三个报文，之后报文的发送速率是每隔五秒发送一次
G.8032定义了两种状态，Idle或Protect状态。环路正常时，就处于Idle状态，要是发生链路故障，就处于Protect状态。恢复 时有两种模式，可恢复模式和不可恢复模式。在可恢复模式中，故障链路恢复之后，环路还是处于Protect状态，主节点启动WTR计时器，当计时器超时 后，环路才切换到Idle状态。在不可恢复模式中，故障链路恢复之后，故障链路恢复节点仍然阻塞故障端口，周期性通告NR，收到NR的节点，包括 Owner，转发，不做其他处理。
下面用图来说明不同场景下G.8032的保护倒换机制。
如图1所示，这是环路处于正常状态的时候，S1设定为拥有节点，阻塞S1中的a端口，S1与S4之间的链路为保护链路RPL。此时Owner节点S1周期性的向其他节点发送NR,RB消息。

图1 环路Idle状态
如果发生链路故障，则切换到Protect（保护）状态。如图2所示，S4和S3之间的链路故障。节点S3、S4检测到链路故障，阻塞故障端口，并 且周期性的发送SF消息，通告环路中的其他节点链路已经故障。其他节点接收到SF消息后，打开非故障阻塞端口，并刷新MAC。这样，拥有节点S1收到SF 消息后，就会打开之前阻塞的RPL端口，业务切换到RPL链路，整个环路完成了保护倒换。

图2 环路Protect 状态
图3示例可恢复模式中故障链路恢复时的倒换机制。

图3 故障链路恢复
S3和S4节点检测到它们之间的链路恢复，但是仍然阻塞之前处于故障状态的端口，并且周期性向外发送NR消息。拥有节点接收到NR消息之后，马上启 动WTR计时器，计时器超时之后，阻塞RPL端口，并向外发送NR,RB消息。S3和S4接收到NR,RB之后，打开非故障阻塞端口，环路切换到Idle 状态。这里还定义了一个Guard Timer计时器，在S3和S4检测到链路恢复后马上启动，计时器运行期间，将忽略来自远端的SF信号，它的作用是防止成环。而WTR计时器的作用是防止 环路来回倒换，让环路可以稳定倒换。
2.3 多环保护倒换机制
2009年，ITU-T 发布了G.8032协议的修订版，这个版本主要增加了以太网多环的保护方案。修订版里面增加了一些新的概念。
互联节点：连接多个环的节点。
子环：通过互联节点与其他环或网络连接构成的环。子环并不闭合，互联节点不属于子环。
R-APS虚通道：子环在互联节点之间的R-APS信令通道。
如图4所示，这是一个多环模型。
 
图4 多环模型
图4中，S3和S4为互联节点，他们之间的链路为共享链路，共享链路属于主环。主环上连接互联节点的为虚通道，虚通道是主环上的一条冗余链路。主环 和子环看成两个环，每个环设定自己的Owner节点。多环的保护倒换和单环相似，各自处理自己环内的故障。需要注意的是，如果共享链路故障，主环切换到保 护状态，子环不做处理。

3 需要解决的问题
修订版中定义了子环模型，这种模型可以支持任意多环网络的拓扑结构，应用范围更广。但是协议还是只针对单点故障提出了保护方案，对于多点故障，没有 切实的解决方案。协议中提出了虚链路的概念，虚链路是主环上的一条冗余链路，而且又联系着子环。如果主环上共享链路和一根非共享链路故障，可以利用虚链路 来通告子环，让主环通过子环进行通信。但是，链路恢复时，如何避免成环，是有待研究的问题。

4 结束语
对于保护而言，环形拓扑具有得天独厚的优势，它能实现最经济的冗余保护。以太环网保护技术努力提高可靠性，使环自愈时间小于50ms。ITU-T G.8032协议优化了故障检测机制，大大缩减了收敛时间。随着标准的发布，各个厂家的互通成为可能。而且修订版中增加了多环的保护方案，在实际网络中有 很大的实用价值。如果能对多点故障提出解决方案，将更能提高以太网的可靠性。
参考文献：
[1] 詹翊春.以太网线性保护与环网保护[J].烽火科技报，2008，07.
[2] 黄鸿儒. “环上的精彩”-以太环网保护技术发展纵论[J].通信世界周刊，2009，29.
[3]ITU-T. G.8032-2008, Ethernet ring protection switching[S].2010,3,1.
[4] 沈一波，石旭刚等.基于稳定拓扑的以太环网保护[J].微型机与应用，2009，27.
[5] G.8032 Amendment 1-2009，Ethernet ring protection switching[S].2010,3,1.
[6] ITU-T. ITU-T Rec.Y.1731(02/2008) OAM functions for Ethernet based networks[S] ，2008.

2012年中国光通信最具竞争力企业10强榜单揭晓(僅只參考)

11月23日消息，2012年中国光通信发展与竞争力论坛，“全球|中国光通信最具竞争力企业10强”评选活动颁奖典礼在京举行。华为、烽火、康宁、长飞、亨通、JDSU、泰乐通信等众多企业分别在全球及中国光纤光缆、光传输、光器件等领域获奖。
在全球光传输榜单中，华为高居榜首，竞争力综合得分超出第二名阿尔卡特朗讯达29分。此榜单10强中分别来自6个国家：法国（阿尔卡特朗讯）、日本（富士通、日电）、瑞典（爱立信）、美国（泰乐、迅远通信）、芬兰（诺基亚西门子）、中国（华为、中兴、烽火通信），其中华为、中兴、和烽火通信分别位列第1名、第4名和第7名，烽火通信与上一届相比前进2名。在全球光纤光缆榜单中，10强席位由5个国家瓜分，分别是来自美国（康宁）、意大利（普睿司曼）、印度（斯德雷特）、日本（古河/OFS、住友电工）和中国（长飞、亨通、烽火通信、富通），其中长飞位列第2名，亨通和烽火通信分列第5名和第6名，富通首次进入榜单之中，并位列第8。在全球光器件10强榜单中，主要来自美国企业，占6席之多，中国企业只有光迅入围，位列第9名，其它3席来自日本。
获得2012年全球光通信最具竞争力企业10强相关企业如下：
《2012年全球光纤光缆最具竞争力企业10强》：康宁、长飞、普睿司曼、古河电工、亨通光电、烽火通信、住友电工、富通、斯德雷特、藤仓；
《2012年全球光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强》：华为、阿朗、爱立信、中兴、富士通、诺西、烽火通信、日电、泰乐通信、讯远通信；
《2012年全球光器件与辅助设备最具竞争力企业10强》：菲尼萨、JDSU、安华高、住友、奥兰若、古河电工、富士通、光联、光迅科技、新飞通；
获得2012年中国光通信最具竞争力企业10强相关企业如下：
《2012年中国光通信最具综合竞争力企业10强》：烽火科技、华为、中兴、亨通 、中天、富通、永鼎、中利科技、特发信息、富春江光电；
《2012年中国光纤光缆最具竞争力企业10强》：长飞、亨通、烽火通信、富通、中天、永鼎、通鼎、特发信息、通光集团、法尔胜光通信；
《2012年中国光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强》：华为、中兴、烽火通信、瑞斯康达、南京普天、武汉日电、华环、讯风、特发信息、高科通信；
《2012年中国光器件与辅助设备最具竞争力企业10强》：光讯科技、武汉电信器件、昂纳、日海通讯、华工正源、光恒、中航光电、博创科技、恒宝通、易飞扬；
《2012年中国光通信市场最具品牌竞争力企业10强》：华为、烽火科技、中兴、上海贝尔、长飞、康宁、爱立信、诺西、JDSU、帝斯曼。
据悉，2012年中国光通信发展与竞争力论坛（ODC’2012）由中国通信学会光通信委员会、亚太光通信委员会联合主办，亚太光通信委员会、络电信信息研究院承办 。
ODC论坛此前举办6届，本届ODC围绕“宽带中国 承‘光’起航”的论坛主题，工信部科技委常务副主任韦乐平，中国光纤之父赵梓森院士，中国电信副总工靳东滨，亚太光通信委员会主任委员、中国通信学会光通信委员会主任委员、《网络电信》杂志主编毛谦，中国电信专家张成良、中国联通专家唐雄燕、华为传送网产品线副总裁陈帮华、康宁通信大中华区总裁柯瑞伟等多位工信部、通信学会、运营商及企业高层代表发表了各自在不同角度的观点。

同步光纖傳輸網路之保護機制

一、說明 

使用同步數位階層光纖網路傳輸比現有的非同步系統提供更強大的網路能力。同步傳輸提供的主要益處包括下列各項： 

1.同步傳送：在同步數位階層光纖網路傳輸中，網路的時序是參考一高穩定度的參照點，因此，不需要去調整數據流或做時序同步，可以存取像E1/DS1等低速率的信號，且要存取位元流也不需做解多工，信號也可以堆疊在一起，不需要位元填充，對於那些參考頻率可能會改變的情況，同步數位階層光纖網路傳輸使用指針，以允許位元流在酬載的包絡裡浮動。同步鐘是指針變化的關鍵，它容許在傳輸包絡中，彈性的分配和調節酬載位置。

2.光 埠連接：因為不同廠商的非同步產品間的不同光形式，不可能連接一個廠商的光纖終端設備至另一廠商。同步傳輸的主要價值在於其容許橫跨多家廠商的相容性。他 們決定光的線率、波長、功率準位、脈衝波罩及編碼。現今的標準也充分定義了碼框結構、添加信號以及酬載的映像，更進步的已經發展到定義在添加信號通道上的 訊息，以加強維運的功能，不論設備由誰製造，同步數位階層光纖網路傳輸容許以光連接各網路提供者，網路提供者可以購買一個廠商的設備，然後方便地在不同業 者的所在地或客戶的站台上，與其他廠商的同步傳輸產品介接。

3.彈 性架構：大多數的非同步設備只適用於點對點，然而同步傳輸支援線性、星形或環狀的架構，架構的選擇可以允許節點或站台間以單一網路取代個別系統的方式相互 通訊，他們可以降低背對背連接纜線的需求，並協助瞭解自我修復的益處。不同的應用容許網路提供者和其顧客更有效地共用同步傳輸的網路資源。

4.電 路整理：整理是指合併或分離話務量，使設備的使用更有效率。「合併」是指將不同地點傳來的話務量整合至一台設備；「分離」是將話務量分離。利用現有的系 統，麻煩的回程技術也許可以被用來減低重複多工和解多工的費用，整理可以消除如回程等沒有效率的技術，在非同步系統中整理話務量需要昂貴的背對背架構和手 動的交接面板或電子交接。相較之下，同步傳輸系統可以分離VC-3/STS-1或VC-12/VT1.5階層的話務量，然後傳送至適當的節點。整理也提供分離的服務，舉例而言，在一個連接點上，一條進入的同步傳輸線路包含聲音、資料或影像等各種類型，同步傳輸網路可以方便地分離交換或非交換的話務。

5.進 階維運：容許依據單邊維護的哲學來做整合網路的維運。換句話說，一個連接可以到達所有網路元件（在特定的架構中），每個網路單元的個別連接是不需要的。遠 端的預備提供了集中式的維護並且降低維護人員旅行的機會，也就達到節省費用的目的。此外，在同步傳輸上，提供真實的添加信號資訊，以便在問題變嚴重之前， 快速解決困難和偵測故障。

二、網路架構

1.點對點：同步傳輸多工機充當所有從屬終端的集中點。其最簡單的配置包含兩個以光纖連接的終端多工機，在鏈路中間可以選擇是否要配置再生器，這種規劃即是最簡單的同步傳輸架構。在圖一所顯示的架構中，SDH/SONET路徑和點對點鏈路是相同的，而這個同步島可以在非同步的世界中存在。點對點的服務路徑連結可以橫跨整個網路，並且總是發起及終止於一部多工機上。

圖一       點對點之網路架構

2.線性：在圖二中所顯示的線性（點對多點）架構。同步傳輸塞取式多工機是一個針對這項特性而特別設計的網路元件，它解決現今多工與再解多工之累贅的網路架構。塞取式多工機通常沿著同步傳輸鏈路設置，以方便在網路的中間點增加和刪除從屬通道。

圖二       線性拓樸之網路架構

3.星狀：集線式的架構較點對點的網路更易於容納非預期的成長和改變。在圖三中所顯示的集線式架構將所有話務量集中於一個中央站台，並可以輕易的重新整理電路。這種網路有兩種可能的應用：

(1)使用兩部以上的塞取式多工機，及一套寬頻的交接設備，容許從屬階層交接從屬服務。

(2)使用一套廣頻的數位交接設備，以容許STM-N/OC-N階層及從屬階層的界接服務。

圖三       星狀拓樸之網路架構

4.  環狀：環狀架構的同步傳輸構件為塞取式多工機。多部塞取式多工機可以置放在一個環狀的架構中，以傳送如圖四中所示的雙向或單向話務。環狀拓樸的主要優點是存活的能力。一旦遇到光纖斷線或節點故障，多工機會自動地在不影響間斷的情況下，將服務轉接至替代的路徑上。由於自動恢復、路由分散以及雙重安置的需求，使得同步傳輸環狀變成受歡迎的拓樸。

圖四      環狀拓樸之網路架構

 

三、保護機制

同步傳輸網路最大之功效在於顯著提昇整體網路的可用率與可靠度，導因於採用廣泛的保護機制。同步數位階層與同步光纖網路使用相類似的機制，只是名稱不同。我們將會詳細分別說明，但主要將使用同步光纖網路術語。

 

表一說 明不同保護機制的差別，以下將敘述應用於點對點傳輸之不同保護機制之差異，以及如何應用於網路，每種技術可與特定網路層相結合，實際應用包含路徑層與線路 層保護機制。相同的，同步數位階層網路亦使用包含通道層與多工層保護機制，路徑層保護機制運作於網路中獨立的路徑或連接，從另一方面來說，線路層保護機制 一次操作完成所有的連接，通常並不區分聚合信號中不同的連接型式。

表一       保護機制的比較

Term定義	Protection Scheme保護機制
SONET SDH	1+1 1+1	1:N 1:N	UPSR	SNCP	BLSR MS-SPRing
Type 類型	Dedicated 專屬式	Shared 共享式	Dedicated 專屬式	Dedicated 專屬式	Shared 共享式
Topology 拓樸	Point-to-point 點對點	Point-to-point 點對點	Ring 環狀	Ring/Mesh 環狀/網狀	Ring 環狀
Layer 層級	Line/MS 線路層/多工層	Line/MS 線路層/多工層	Path/- 路徑/-	-/Path -/路徑	Line/MS 線路層/多工層

 

1.雙點鏈路

兩種基礎的保護機制應用於點對點鏈路：1+1保護與1:1保護或1:N保護；此兩種機制皆於線路層/多工區段層操作。

 

在1+1保護下（如圖五所 示），通訊同時傳輸於位於源點與目的間之兩個分離之光纖（通常位於不結合之路徑）。採用單向保護開關，目的地保護開關選擇其中一個光纖接收。如果光纖被切 斷，目的地保護開關便切換到另一光纖持續接收數據。此種保護方式非常快速且兩節點間不需有信令協定。注意因為連接通常為全雙工，事實上兩節點間為一對光 纖，假定節點A與節點B為工作中通訊。一根光纖承載從A到B之通訊，另一根光纖則承載從B到A之通訊。同樣的，有另一對光纖作為通訊保護用。節點A與節點B接收機獨立運作切換判斷。

圖五        1+1保護切換

 

於1:1保護下（如圖六所示），起始點與目的地間仍然有兩條光纖，但是通訊時只使用其中一條光纖，稱之為工作中光纖，如果此光纖中斷，起始點與目的地保護開關將同時切換到另一保護光纖。如我們先前討論，起始點與目的地間需要有稱為自動保護切換協定之信令。因此，1:1保護不如單向的1+1保護資料回復時間快，因為需要加入通訊溝通之負擔。然而，它提供兩項優於1+1保護的優點，第一為在正常操作狀態下，保護的光纖不被使用，所以它可以傳輸較低優先等級之通訊，如果工作中光纖中斷，此較低等級通訊將被中斷。

圖六       1:1保護切換

 

另一個優點為1:1保護可擴充應用於眾多工作光纖共用單一保護光纖，在較通用之1:N保護機制下（如圖七所示），N條工作中光纖分享一條保護光纖，此種安排可以保護任何一條工作中光纖之故障。注意如果遇到多重故障事件，自動保護切換協定需確定只有一條故障光纖之通訊被切換到保護光纖。

圖七        1:N保護切換

 之 前我們提及保護如何執行，但是忽略如何引起保護開始切換。在同步傳輸中，輸入信號被持續監控，當線路被偵測到信號失效或信號品質降低等將會啟動保護切換。 信號失效代表嚴重故障且通常被檢測為失去接收信號或失去碼框同步。回復時間容許超過六十毫秒，偵測失效與啟動保護開關須於十毫秒內執行。 

2.自我修復環路

環狀為兩連接最簡單之拓樸，也就是在兩節點提供兩分離路徑；除了起始點與目的地，任一路徑不具有共同之節點或連接。這讓環型網路具有失效回復彈性。環型網 對於多站點光纖佈局也有效率，使用單一實體環相連接。對比於集中型方式，將在各站台佈放光纖及集線點，且每個站台與集線點間需要各兩分離路由，將造成額外 費用支出。 

同步傳輸環被稱之為自我修復，是因為保護機制自動偵測失效，並且將失效之通訊快速避開故障路線和節點，重新指定到其他路由。由同步傳輸塞取多工機完成環路，塞取多工機選擇塞入與取出環內之通訊和保護通訊免於故障。 

不同類型環路架構可區分成兩種觀念：通訊的方向特性與使用之保護機制。單向環只使用單一方向承載工作中通訊（如順時針），如圖八所示。節點A到節點C工作中通訊於環中依照順時針方向承載。節點C到節點A工作中通訊亦依照順時針方向承載在環路中不同之鏈路。雙向環以雙向承載工作。圖九表示四蕊光纖雙向環。節點A到節點C工作中通訊為逆時針方向承載，節點C到節點A工作中通訊則為順時針方向承載。注意包含單向與雙向同步傳輸環，所有的連接都為雙向且於兩個方向使用相同之頻寬量，如先前所討論，連接的兩傳輸方向依照環路型式而有不同之路由。

圖八     兩蕊光纖單向環

圖九       四蕊光纖雙向環

於同步光纖網路中，環狀結構被廣泛地分類為：雙光纖單向路徑切換環、四蕊光纖雙向線路切換環以及兩蕊光纖雙向線路切換環。於同步數位階層中，1+1路徑保護被定義工作於一般網狀拓樸被稱之為子網路連接保護。同步數位階層之四纖多工區段分享保護環與兩纖多工區段分享保護環，與同步光纖網路之四蕊光纖雙向線路切換環和兩蕊光纖雙向線路切換環類似。表二摘要不同類型架構特性，我們將於以下章節中詳細討論。 

表二      不同類型自癒環的比較

Parameter 參數	UPSR 雙纖單向路徑切換環 SNCP 子網路連接保護	2F-BLSR 兩蕊光纖雙向線路切換環 MS-SPRing/2 兩纖多工區段分享保護環	4F-BLSR 四蕊光纖雙向線路切換環 MS-SPRing/4 四纖多工區段分享保護環
Fiber pairs 光纖對數	1	1	2
TX/RX pairs/node 傳送/接收對數/節點	2	2	4
Protection type 保護型式	Dedicated 專屬	Shared 共享	Shared 共享
Protection capacity 保護容量	= Working capacity 工作容量	= Working capacity 工作容量	= Working capacity 工作容量
Link failure 鏈路故障	Path switch 路徑切換	Ring switch 環路切換	Span/ring switch 跨距／環路切換
Node failure 節點故障	Path switch 路徑切換	Ring switch 環路切換	Ring switch 環路切換
Restoration speed 復原速度	Faster 較快	Slower 較慢	Slower 較慢
Implementation 執行	Simple 簡單	Complex 複雜	Complex 複雜

同步傳輸標準規定在同步傳輸環內，服務必須於故障後五十毫秒內回復。此時間包含幾種元件：故障偵測所需時間約有十毫秒。與其他節點發信號所需時間（如需要的話）。包含傳輸延遲、實際切換時間與切換發生後訊框同步所需時間。 

3.單向路徑切換環

如圖十所示，一蕊光纖使用為工作中光纖，另一蕊光纖為保護光纖。從節點A到節點C通訊同時以順時針方向於工作中光纖及逆時針方向於保護光纖傳送。每個連接以路徑層提供保護。節點C持續監測包含工作中與保護光纖，並從中選擇品質較好的信號。在正常操作狀態下，節點C接收工作光纖信號，如果發生鏈路故障（如鏈路CD），節點C將切換到保護光纖並持續接收數據。記住保護切換完成是在連接到連接基礎之下，基本上與之前研究的1+1方式類似，除了它工作於環路路徑層而點對點結構為線路層。

圖十        單向路徑切換

此保護機制容易控制發送器、接收機或節點的鏈路故障。它容易安裝且兩節點間不需信令協定或通訊。保護容量需求與工作容量相同，與其他環型結構亦相同。

單向路徑切換環主要缺點為光纖容量不能再利用，因為每個雙向連接用盡環中每個鏈路容量及與其相關專屬的保護頻寬，亦即連接間無法共用保護頻寬。 

單向路徑切換環普遍應用於低速本地交換與接入網路拓樸，特別是由接入節點匯集前端通訊量到在中心局端之集中節點。在這個例子中，我們將看到單向路徑切換環 通訊承載量，如同更複雜環路結構加上空間再利用支援能力。這使單向路徑切換環於這樣的應用環境下，因為簡單與低成本而成為廣泛使用的選擇。今天典型的環路 速度為STM-1/OC-3與STM-4/OC-12。單向路徑切換環在節點數量與路徑長度並無特別限制。實際上，環路長度將會受限於信號有順時針與逆時針不同路徑伴隨之延遲。因此，如果發生故障將影響到恢復時間。

4.雙向線路切換環

如同我們下面篇幅中所說明的，雙向線路切換環較單向路徑切換環複雜並加上額外的保護機制。不像單向路徑切換環工作於線路層或多工區段層，雙向線路切換環於同步數位階層中被稱為多工區段分享保護環。 

兩光纖為工作中光纖，另外兩光纖用來作為保護。不像單向路徑切換環，在雙向線路切換環中，工作訊務能夠雙向承載於環路上，通常通訊路由會採用兩點間較短路徑之路由。但是在某些案例中，通訊會經由較長路由以減少網路壅塞並達到頻寬的有效運用。 

雙向線路切換環最大可支援十六個節點，此數量被稱之為節點識別之四位元長度地址欄位所限制。最大的環路長度限制為1200公里（六毫秒傳輸延時）因為有發生故障時恢復時間之要求。對於長距離環路，特別是越洋應用，六十毫秒回復時間將會放鬆。 

四蕊光纖雙向線路切換環利用兩種型式之保護機制：區間切換和環路切換。在區間切換，如果工作中光纖的傳送器或接收器失效，通訊將會轉接到兩點間同一鏈路之保護光纖上，如圖十一所示。區間切換也適用於當工作中光纖中斷時回復通訊用，保護光纖提供與工作光纖分離之路由，但這不是標準應用。假使有光纖纜線切斷，由環路切換回復原先服務，表示如圖十二。如果CD鏈路失效，在失效鏈路上的通訊將重定由節點C與D間路由，透過繞過環路之保護光纖。環路切換保護也可免於節點故障。

圖十一       雙向線路切換－區間切換

圖十二     雙向線路切換－環路切換

兩蕊光纖雙向線路切換環如圖十三所 示，可想像如同四蕊光纖雙向線路切換環而具有內嵌於工作光纖之保護光纖，在兩蕊光纖雙向線路切換環，兩光纖都用來傳送工作中通訊，但是每個光纖一半之容量 保留為保護之用。不像四蕊光纖雙向線路切換環，區間切換是不可能在這裡實現，當鏈路失效時，在失效鏈路上之通訊會重定路由，經由兩光纖中可用之保護容量恢 復服務。就如同點對點鏈路具有1:1保護，雙向線路切換環優點可以運用保護頻寬傳送低優先等級通訊，這些通訊先佔用保留作為服務回復之頻寬。

圖十三      兩蕊光纖雙向線路切換環

 

雙向線路切換環提供空間複用能力，允許保護頻寬被空間上分離的連接所分享，空間複用達成之最佳案例如圖十四表示。

圖十四      雙向線路切換環提供之空間複用能力

如此，雙向線路切換環比單向路徑切換環在保護分離的通訊型態上更有效率。這些效率事實上來自於保護頻寬由所有環路上的連接共享。因此，雙向線路切換環被廣泛部署於長途電路與局間網路，這些服務型態較接入網路分散。今天，這些環路工作速率介於STM-16/OC-48至STM-64/OC-192間。 大部分的都會運營商部署兩蕊光纖雙向線路切換環，而長途運營商部署四蕊光纖雙向線路切換環。四蕊光纖雙向線路切換環比兩蕊光纖雙向線路切換環能處理更多之 故障。舉例來說，四蕊光纖雙向線路切換環能夠同步處理每一個區間內容許有一傳送器故障，並且比兩蕊光纖雙向線路切換環容易提供服務，因為多個區間可獨立服 務而不需獲得環路。然而，環路管理在四蕊光纖雙向線路切換環比兩蕊光纖雙向線路切換環更為複雜，因為多種保護機制需要彼此協調。 

雙向線路切換環在架設上比單向路徑切換環複雜，在節點間需要大量的信令，此信令是使用SONET/SDH開銷中的K1/K2字元。 

就如我們先前所見的1:1保護，雙向線路切換環能使用保護頻寬去承載低優先權或額外的通訊。在正常的運作下，這額外的通訊在有障礙發生時丟失。但是這特點需在節點間增加信令以再障礙發生時指示其他節點應該運作於保護模式且放棄低優先權通訊。