电力通信接入网中的ATM技术与EOS技术应用比较

电力通信接入网中的ATM技术与EOS技术应用比较

摘要：本文以ATM和E0S的基本原理和特点为基础，列举了ATM技术和EOS技术在电

力通信接入网中的应用。

关键词：ATM；EOS；SDH；电力通信接入网

0 前言

目前，以ATM技术为代表的多种通信技术在电力通信接入网中均得到了广泛的应用。随着电力系统通信业务的增多，电力通信网对数据传输的速率和安全性的要求也大幅提高，这些通信技术在电力通信网中的应用面临着严格的考验。

1 ATM

ATM是一种采用以信元为信息传输、复接和交换的基本单位的异步传送模式。ATM交换采用统计时分复用，以固定长度（53字节）的信元为传输单位，并采用面向连接并预约传输资源的方式工作。

ATM系统中的虚电路有虚路径（Virtual Path，VP）和虚通道（Virtual Channel，VC）两种。两种虚电路之间是一种等级关系，?一个VP由多个VC所组成。一个用户可以使用一个VC，也可以使用一个VP。在后者，用户相当于同时拥有多个VC，他可以使用这些VC同时进行多个不同的通信。系统通过使用虚路径标识符（Virtual Path Identifier， VPI）和虚通道标识符（Virtual Channel Identifier， VCI）把信道划分成许多子信道（虚电路）。

在一条通信线路上具有相同的VPI的信元所占有的子信道叫做一个VP链路。多个VP链路可以通过VP交叉连接设备或VP交换设备串联起来，多个串联的VP链路构成一个虚路径连接（Virtual Path Connection，VPC）。就像在电话中通过电话交换设备连接多段通信线路，为用户提供话路一样。因此ATM完成的是VP、VC的交换或交叉。

ATM技术具有以下特点：

(1) 传输的分组是固定长度(53字节)的信元，信元之间无间隔，每一信元的头5个字节包含网络信息，其余48个字节则是用户信息。

(2) ATM是面向连接的技术，支持点对点、一对多和多对多等连接方式。

(3) ATM所具有的内在信元统计复用很容易实现多个信源在一条链路上综合。

2 EOS

EOS（Ethernet over SDH）是把以太网和SDH传输网络进行嫁接后得出的创新，采用的是X.86标准。 2.1 SDH技术

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。 它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport，N=1，4， 16，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16；SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（Section OverHead，SDH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AU PTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Rege nerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1／125×1000000帧，对STM－1而言每帧字节为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM－1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit／S；而STM－4的传输速率为4×155.520Mbit／s=622.080Mbit／S；STM－16的传输速率为16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit／S。 SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。

SDH之所以能够快速发展这是与它自身的特点是分不开的，其具体特点如下： （1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；

（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性；

（3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5％开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；

（4）由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化；

（5）SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；

（6）SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容；

（7）从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支持ATM或IP传输；

（8）SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整；

（9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。 2.2 X.86标准

EOS将以太网的三层交换灵活性和资源优化能力与现有的SDH光网络的大容量、高带宽和低协议开销相结合，得到一种高速、经济的数据接入解决方案，实现了在SDH传输网上传送以太网数据包。

X.86标准采用LAPS作为中间层协议，减少了协议的层次，使得目前的以太网和电信级网络非常有效地结合和匹配。

X.86标准采用的是LAPS（Link Access Procedure SDH）帧格式，而不是点到点通信协议（PPP）帧。LAPS帧格式与基于IEEE 802.3的以太网帧格式完全匹配，无需填充，且基于X.86的EOS具备非常优秀的营运特性。它直接将本地网中传输的以太网帧经过简单封装处理成LAPS帧，再将LAPS帧映射成能够在SDH设备之间传输的SDH帧中，然后通过SDH传输线路实现点到点的传输。从安全性而言，SDH的维护通道与净信息是分开的，对净信息要进行扰码，因此SDH帧不容易被截获，从而SDH帧中所封装的信息安全性非常高；从传输效率而言，EOS技术只经过一次封装，而且封装过程非常简单，因而EOS的传输是线速传输，效率接近100％；从成本上而言，EOS技术最大限度的利用了现有的SDH资源，用户只需一台EOS设备即可使用SDH传输网进行远距离通信，与设有POS接口的路由器相比，成本投入较少。并且，基于X.86标准的EOS设备可以使之从SDH设备上的155M口上直接下传带宽为100M的电信级、安全、可监视和可控制的以太网业务。因此，以太网可以直接与SDH网联络，具备长途传输的性能，提高运作效率，从而具备可运营性。由于LAPS能高效率地将以太网耦合到SDH中，较好地解决了IP数据包在通信网上的传输问题，数据和语音可以有机地融合在SDH传输网上共同传输。

3 ATM和EOS的应用比较

目前，电力通信网中的ATM网络结构（接入网）主要为：核心层由ATM核心交换机为核心交换节点，骨干汇接层由多台ATM交换机为骨干汇接节点。边缘交换层以环网状网结构连接骨干汇接节点。

由于ATM技术毕竟是基于统计时分复用的传输技术，而不是纯粹的基于时分复用（TDM）的传输技术（如SDH），所以存在着以下一些问题：

· 如果在突发状态下一条链路上实际承载的数据流带宽总和有可能超过其带宽容量，则在ATM的TRUNK上面有可能因为队列溢出而丢失部分信元（如果骨干链路上既有CBR又有其它低优先级如VBR，ABR等类型的PVC，则在骨干拥塞时优先丢弃非CBR的PVC中的信元；如果骨干上面有多条CBR类型的PVC，在发生拥塞时ATM交换机将随机丢弃信元），不过这种情形产生的可能性非常小。

· ATM的信元开销（Cell Overhead）。由于ATM每个53字节的信元中有5个字节的头部信息，所以在一条物理速率为622Mbps的OC-12/STM-4线路上，实际可用于承载数据的有效带宽不足600Mbps。155Mbps的线路实际用于承载数据的有效带宽不足140Mbps。

· ATM PVC的路由切换时间。当ATM网络内部出现物理线路、交换机板卡、交换机节点等故障时，如果存在迂回的物理路径，则经由这些故障点的PVC会进行重路由。重路由的时间在1-2秒内。

EOS接入网的结构为：在各接入点组成高速以太网，通过EOS技术，将高速以太网寄生在SDH传输网上。图1中的各接入点内组成100M以太网，并通过EOS转换设备连接SDH传输网组成N×155M的计算机网。

采用EOS技术的接入网具有以下优势：

（1）采用基于IP的以太网接入的特点是采用成熟的TCP/IP协议，直接提供了计算机

网的平台，便于调用各种相关的软件，坚固可靠，便于网路互联，统一了宽带传输信道，对于图像通信，可留有一定余量以满足QoS。

（2）以太用户接入网，将SDH传输网络高速、低时延与以太网的简便性及可扩展性有机地结合。

（3）打破LAN与WAN之间的带宽瓶颈，便于电力通信网上的互联和拓展业务。

（4）承载如实时数字视频语音等多种不同的业务，很好的提供了对多种应用的支持。（5）以太网价格低廉。

（6）以太网具有良好的扩展性，速率能从10M到10G平滑升级。

（7）以太网技术非常成熟且很简单，安装维护容易，标准化程度高，具有良好的互通性，这些使得以太网的易用性很高。

传输网以太网转换设备（EOS）×N传输网155M×N总局（接入点）ADM支局（接入点）ADM各种数据接收SDH传输网支局（接入点）ADM传输网155M传输网155M传输网以太网转换设备（EOS）以太网100M传输网以太网转换设备（EOS）以太网100M以太网交换机以太网交换机多 种 业 务图1 EOS接入网结构

多 种 业 务

4 结束语

从上世纪开始，各种通信技术层出不穷，每一种技术都有自己的特点，并在不同的领域被使用着。针对电力通信网的规模迅速扩大，多业务应用需求等面临的接入方式问题，本文探讨了EOS接入网和ATM接入网各自的优缺点。

参考文献

[1] 陈启美，李嘉．现代数据通信教程．南京大学出版社．2000年3月 [2] 韩永魁．宽带IP接入技术．人民邮电出版社．2003年1月

[3] 陈锡生，糜正琨．现代电信交换．北京邮电大学出版社．1999年7月

[4] 刘刚，韩寅，庞鹤龙，宋兴旺，张黎元．基于SDH的宽带业务传送平台在电力通信网中的应用．电力系统通信．2003年第9期

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k9qw.html