电信系李龙君毕业论文定稿.docx

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电信系李龙君毕业论文定稿

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第1章引言

1.1课题研究背景

SDH（SynchronousDigitalHierarchy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、并统一网管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）。

国际电话电报咨询文员会（CCITT）现（ITU-T）于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅使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、实现灵活可靠的网络运行维护，因此当今世界信息领域在技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。

接入网是电信网中一个非常重要的部分，它涉及千家万户，是普及电信服务，开拓新的电信业务的关键，而且其规模非常巨大，投资几乎是电信总投资的50%。

我国电信界从1996年开始的接入网的全面实验加深了人们对接入网建设的紧迫性和重要性的认识，各省都在结合自己的网络及实际用户的需要，立足现有需求，面向未来发展，探索一条建设的道路。

1.2课题研究的意义

随着光纤传输技术的不断进步和成本不断下降，高速可靠的光纤系统正逐步成为满足目前窄带业务的理想接入方案。

无论是传统的PDH，还是各种新技术，如无源光网络PON，综合数字环路载波IDLC和数字同步体系SDH等，在接入网中正以光纤到路边、到大楼或者光纤到户等形式提供各种综合业务接入。

各本地网正陆续引入各种接入网设备，以及提供一个具有竞争力的、灵活安全、既满足现有业务接入，又方便将来网络升级的新型接入网。

对设备、系统、网络的功能要求及性能的要求而言，SDH在接入网与在骨干网中的应用要求不一样，为了给接入网环境提供一个更经济的传输方案，有必要研究SDH在接入网中的应用内容。

第2章光传输技术概述

2.1通信系统结构

图2·1通信系统结构图

※交换设备--------------网络的节点（node）

※传输设备----------网络的链路（link）

※终端设备----------网络的终端

2.2传输网分层结构

图2·2传输网分层结构示意图

2.3光纤通信发展概述

光纤通信技术是近40年来迅速发展起来的新技术，给世界通信技术乃至经济、国防事业及人民的生活带来了重大的变革，然而社会需求和科学技术的发展有促进了光纤通信技术的发展。

我国的光纤通信技术的研究始于70年代初光纤通信系统的实用化则始于80年代初。

综上所述，光纤通信的发展可分为四个阶段：

第一阶段（1880年-1969年）光话系统的发明与光通信理论的提出，这时光通信处于探索初创阶段。

第二阶段（1970年-1979年），光纤与半导体激光器的研制成功使光纤通信进入了实用化，1976年，美国亚特兰大的光纤市话局间中继系统是世界上第一个实用的光纤通信系统。

第三阶段（1979年-1989年），光纤技术取得进一步的突破，光纤衰耗率下降到0.5dB/km以下，光纤类型由多模向单模转移，由短波长向长波长转移。

数字通信系统的速率不断提高，光纤连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光缆线路建设逐渐进入高潮。

第四阶段（1989年至今）光纤通信系统由PDH向SDH过渡，光纤通信系统的传输速率不断提高，1989年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革，EDFA的应用解决了长途光纤传输信号的放大问题。

随着各种新技术、新器件、新工艺的深入研究，光纤通信技术将进入光发大、光交叉连接和光交换的全光网时代。

尤其是20世纪90年代以来，通信技术的告诉迅猛发展，移动通信、卫星传输和光纤通信将通信演变为高速、大容量、数字化和综合的多媒体业务。

在国际电信联盟的推动下，光纤通信的一系列标准纷纷制定，有PDH、SDH、WDM等。

美国最先提出建立国家信息高速公路的想法，即国家信息基础建设，后续其他国家陆续制定相关计划，并一起推动全球的信息技术建设计划。

目前光纤通信逐步向用户方向延伸，众所周知的光纤到路边（FTTC）、光纤到公寓（FTTA）、光纤到大楼（FTTB），直到光纤到用户（FTTH）。

2.4光网络在通信网中的地位和作用

光传输的地位相当于“高速公路”。

主要体现在以下几点：

第一：

传输系统是通信网的重要组成部分，是各通信网元间连接的纽带；

第二：

系统性能的好坏直接制约着通信网的发展；

第三：

提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，是传输技术发展的不断追求。

光传输的作用是纽带和桥梁。

主要体现在以下几点：

第一：

它连接各通信网元，完成各网元间的信息传递；

第二：

它是一个承载网，承载各通信网元之间的信息流；

第三：

它是一个平台，完成各通信网元之间长/短距离的连接。

第3章SDH光传输

3.1SDH概述

SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN），特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分那么怎样理解这个概念呢？

因为与传统的PDH体制不同，按SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用。

3.2SDH帧结构和复用

3.2.1SDH帧结构

SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。

图3·1给出SDH帧一个STMN帧有9行，每行由270×N个字节组成。

这样每帧共有9×270×N个字节，每字节为8bit。

帧周期为125μs，即每秒传输8000帧，对于STM-1而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520Mb/s。

字节发送顺序为：

由上往下逐行发送，每行先左后右。

图3·1帧结构示意图

SDH帧大体可分为三个部分：

（1）段开销（SOH）。

段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节（每字节含64kb/s的容量），主要用于运行、维护和管理，如帧定位、误码检测、公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。

对于STM-1而言，SOH共使用9×8（第4行除外）=72Byte相应于576bit。

由于每秒传输8000帧，所以SOH的容量为576×8000=4.608Mb/s。

根据传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开销（SOH）和复接段开销（LOH）。

前者占前3行，后者占5～9行。

（2）信息载荷（Payload）。

信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。

对于STM1而言，Payload有9×261=2349Byte,相应于2349×8×8000=150.336Mb/s的容量。

在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节称为通道开销（POH）。

（3）管理单元指针（AU-PTR）。

管理单元指针是一种指示符，主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置（相对于指针位置的偏移量）。

对于STM1而言，AU-PTR有9个字节（第4行），相应于9×8×8000=0.576Mb/s。

采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器（VC）的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。

3.2.2复用步骤

各种信号复用映射进STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用3个步骤。

（1）映射

映射是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器的过程。

象我们经常使用的将各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）信号先经过码速调整，分别装入到各自相应的标准容器中，再加上相应的低阶或高阶的通道开销，形成各自相对应的虚容器的过程。

为了适应各种不同的网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种模式。

（2）定位

定位（Alignmem）是把VC-n放进TU-n或AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差也作为信息结合进去的过程。

通俗讲，定位就是用指针值指示VC-n的第一个字节在TU-n或AU-n帧中的起始位置。

（3）复用

复用（Multiplex）是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。

其方法是采用字节间插的方式将TU组织进高阶VC或将AU组织进STM-N。

复用过程为同步复用，复用的路数参见图3·2。

如：

1×STM-1=1×AUG=1×AU-4=1×VC-4=3×TUG-3=21×TUG-2=63×TU-12=63×VC-12

图3·2G.707复用映射结构

SDH基本复用单元有：

容器、虚容器、支路单元、支路单元组、管理单元、管理单元组、

（1）信息容器（C）

容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，其基本功能是完成PDH信号与VC之间的适配（即码速调整）。

ITU-T规定了5种标准容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输入速率，即1.544Mbit/s、2.048Mbit/s、6.312Mbit/s、34.368Mbit/s和139.264Mbit/s。

（2）虚容器（VC）

虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即

VC−n=C−n+VC−nPOH

（3）支路单元（TU）

支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，是传送低阶VC的实体，可表示为TU-n（n=11，12，2，3）。

TU-n由低阶VC-n和相应的支路单元指针（TU-nPTR）组成，即

TU-n=低阶VC-n+TU-nPTR

（4）支路单元组（TUG）

支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。

有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。

1×TUC-2=3×TU-12

1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12

1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-12

（5）管理单元（AU）

管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送高阶VC的实体，可表示为AU-n（n=3，4）。

它是由一个高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-nPTR）组成，AU-n=高阶VC-n+AU-nPTR。

（6）管理单元组（AUG）

管理单元组是由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成。

例如：

1×AUG=1×AU-4。

（7）同步传送模块（STM-N）

N个AUG信号按字节间插同步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N。

3.2.3一个E1（2M）信号在PDH复用成SDH信号举例：

当前运用的最多的复用方式是2Mbit/s信号复用进STM-N信号，它也是PDH信号复用进SDH信号最复杂的一种复用方式。

图3·3映射复用过程

（1）首先，将2Mbit/s的PDH信号经过速率适配装载到对应的标准容器C-12中，为了便于速率的适配采用了复帧的概念，即将4个C-12基帧组成一个复帧。

C-12的基帧帧频是8000帧/秒，那么C-12复帧的帧频就成了2000帧/秒。

（2）从C12映射为VC12

为了在SDH网的传输中能实时监测任一个2Mbit/s通道信号的性能，需将C-12再打包——加入相应的通道开销（低阶通道开销），使其成为VC-12的信息结构，如图3所示。

此处LP-POH（低阶通道开销）是加在每个基帧左上角的缺口上的，一个复帧有一组低阶通道开销，共4个字节：

V5、J2、N2、K4。

因为VC可看成一个独立的实体，因此我们以后对2Mbit/s的业务的调配是以VC-12为单位的。

一组通道开销监测的是整个复帧在网络上传输的状态，一个C12复帧装载的是4帧PCM30/32的信号，因此，一组LP-POH监控的是4帧PCM30/32信号的传输状态。

图3·4低阶通道开销结构图

（3）从VC12到TU12

为了使收端能正确定位VC-12的帧，在VC-12复帧的4个缺口上再加上4个字节的TU-PTR这时信号的信息结构就变成了TU-12。

TU-PTR指示复帧中第一个VC-12的起点在TU-12复帧中的具体位置。

（4）从TU12到TUG2

3个TU12基帧经过字间插复用合成1个TUG2。

注意：

3个TU12是指3路2M信号合成的3个VC12复帧相同基帧合成的3个TU12。

如第1路2M的第1基帧会合成第1个TU12基帧，同样，第2、3路2M的第1基帧会合成第2、3个TU12基帧，这3个TU12基帧经字节间插复用合成第1个TUG2。

依此类推。

TUG2是9行12列。

（5）从TUG2到TUG3

7个TUG2经过字节间插复用合成TUG3的信息结构。

请注意7个TUG2合成的信息结构是9行×84列，为满足TUG3的信息结构9行×86列，则需在7个TUG2合成的信息结构前加入两列固定塞入比特。

注意：

第1组3个2M信号会合成第1个TUG2，同样，第2—7组的每组3个2M会合成第2--7个TUG2，这7个TUG-2经字节间插复用合成1个TUG3。

也就是说21个2M的PDH会合成1个TUG3。

（6）从TUG3到VC4

3个TUG3通过字节间插复用方式，将要复合成C4信号结构。

因为TUG3是9行×86列的信息结构，所以3个TUG3通过字节间插复用方式复合后的信息结构是9行×258列的块状帧结构。

而C4是9行×260列的块状帧结构。

于是在3×TUG3的合成结构前面加两列塞入比特，使其成为C4的信息结构。

为了能够对140Mbit/s的通道信号进行监控，要在C-4的块状帧前加一列通道开销字节（高阶通道开销VC4-POH），信号即成为VC-4结构。

VC4是与140Mbit/s的PDH信号对应的标准的虚容器。

（7）从VC4定位到AU4

在VC4的前面加一个管理单元指针（AU-PTR），VC4就成了管理单元AU4。

（8）从AU4复用到AUG

一个或多个在STM帧中占用固定位置的AU组成AUG--管理单元组。

对于155.52Mbit/s的信号来说，AUG的速率就是AU-4的速率。

（9）从AUG到STM-1

AUG+SOH就合成了STM-1信号。

N个STM-1信号通过字节间插复用合成STM-N。

从2Mbit/s复用进STM-N信号的复用步骤可以看出3个TU-12复用成一个TUG-2，7个TUG2复用成一个TUG-3，3个TUG-3复用进一个VC-4，一个VC-4复用进1个STM-1，也就是说2Mbit/s的复用结构是3－7－3结构。

由于复用的方式是字节间插方式，所以在一个VC-4中的63个VC-12的排列方式不是顺序来排列的。

头一个TU-12的序号和紧跟其后的TU-12的序号相差21。

图3·5STM-1速率变换过程

3.3SDH的组网方式

SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。

网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。

网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图3·6所示。

链形网

此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。

这种拓扑的特点是较经济，在SDH网的早期用得较多，主要用于专网（如铁路网）中。

星形网

此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。

这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。

特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网）。

图3·6基本网络拓扑图

树形网

此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。

环形网

环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。

这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。

环形网常用于本地网（接入网和用户网）、局间中继网。

网孔形网

将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。

这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题。

但是由于系统的冗余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。

网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。

当前用得最多的网络拓扑是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复杂的网络。

本节主要讲述链网的组成和特点和环网的几种主要的自愈形式（自愈环）的工作机理及特点。

3.4SDH的自愈网保护方式

传输网上的业务按流向可分为单向业务和双向业务。

以环网为例说明单向业务和双向业务的区别。

如图3·7所示。

图3·7环形网络

若A和C之间互通业务，A到C的业务路由假定是A→B→C，若此时C到A的业务路由是C→B→A，则业务从A到C和从C到A的路由相同，称为一致路由。

若此时C到A的路由是C→D→A，那么业务从A到C和业务从C到A的路由不同，称为分离路由。

我们称一致路由的业务为双向业务，分离路由的业务为单向业务。

常见组网的业务方向和路由如表3·8所示。

表3·8常见组网的业务方向和路由表

组网类型

路由

业务方向

链形网

一致路由

双向

环形网

双向通道环

一致路由

双向

双向复用段环

一致路由

双向

单向通道环

分离路由

单向

单向复用段环

分离路由

单向

3.4.1.自愈的概念

当今社会各行各业对信息的依赖愈来愈大，要求通信网络能及时准确的传递信息。

随着网上传输的信息越来越多，传输信号的速率越来越快，一旦网络出现故障（这是难以避免的，例如土建施工中将光缆挖断），将对整个社会造成极大的损坏。

因此网络的生存能力即网络的安全性是当今第一要考虑的问题。

所谓自愈是指在网络发生故障（例如光纤断）时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内（ITU-T规定为50ms以内），使业务自动从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出了故障。

其基本原理是网络要具备发现替代传输路由并重新建立通信的能力。

替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。

由上可知网络具有自愈能力的先决条件是有冗余的路由、网元强大的交叉能力以及网元一定的智能。

自愈仅是通过备用信道将失效的业务恢复，而不涉及具体故障的部件和线路的修复或更换，所以故障点的修复仍需人工干预才能完成，就象断了的光缆还需人工接好。

3.4.2自愈环的分类

目前环形网络的拓扑结构用得最多，因为环形网具有较强的自愈功能。

自愈环的分类可按保护的业务级别、环上业务的方向、网元节点间光纤数来划分。

按环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）；按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。

下面讲讲通道保护环和复用段保护环的区别。

对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。

例如在STM-16环上，若收端收到第4VC4的第48个TU-12有TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。

复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。

倒换是由K1、K2（b1—b5）字节所携带的APS协议来启动的，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上。

复用段保护倒换的条件是LOF、LOS、MS-AIS、MS-EXC告警信号。

3.4.3二纤单向通道保护环

二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环——S1；一个为备环——P1。

两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务，如图3·9（a）所示。

若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的支路业务“并发”到环S1和P1上，S1和P1上的所传业务相同且流向相反——S1逆时针，P1为顺时针。

在网络正常时，网元A和C都选收主环S1上的业务。

那么A与C业务互通的方式是A到C的业务经过网元D穿通，由S1光纤传到C（主环业务）；由P1光纤经过网元B穿通传到C（备环业务）。

在网元C支路板“选收”主环S1上的A→C业务，完成网元A到网元C的业务传输。

网元C到网元A的业务传输与此类似。

图3·9（a）二纤单向通道倒换环

当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。

如图.3·9（b）。

图3·9（b）二纤单向通道倒换环

我们看看这时网元A与网元C之间的业务如何被保护。

网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1业务经光纤由网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于B—C间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。

网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于B—C间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。

网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。

网元发生了通道保护倒换后，支路板同时监测主环S1上业务的状态，当连续一段时间（华为的设备是10分钟左右）未发现TU-AIS时，发生切换网元的支路板将选收切回到收主环业务，恢复成正常时的默认状态。

二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际上是1＋1保护。

倒换速度快（华为公司设备倒换速度≤15ms），业务流向简捷明了，便于配置维护。

缺点是网络的业务容量不大。

二纤单向保护环的业务容量恒定是STM-N，与环上的节点数和网元间业务分布无关。

为什么？

举个例子，当网元A和网元D之间有一业务占用X时隙，由于业务是单向业务，那么A→D的业务占用主环的A—D光缆段的X时隙（占用备环的A—B、B—C、C—D光缆段的X时隙）；D—A的业务占用主环的D—C、C—B、B—A的X时隙（备环的D—A光缆段的X时隙）。

也就是说A—D间占X时隙的业务会将环上全部光缆的（主环、备环）X时隙占用，其它业务将不能再使用该时隙（没有时隙重复利用功能）了。

这样，当A—D之间的业务为STM-N时，其它网元将不能再互通业务了——即环上无法再增加业务了，因为环上整个STM-N的时隙资源都已被占用，所以单向通道保护环的最大业务容量是STM-N。

二纤单向通道环多用于环上有一站点是业务主站——业务集中站的情况。

3.4.4二纤单