兰州至上海SDH通信传输系统.docx

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兰州至上海SDH通信传输系统

《光纤通信》课程设计

论文题目兰州至上海SDH通信传输系统

姓名杜俊辰

学号P091813109

学院电气工程学院

专业班级09级通信

（2）班

兰州至上海SDH通信传输系统

专业：

09通信（2班）姓名：

杜俊辰指导教师：

张椿玲

摘要甘肃作为我国西北部的一个大省，无论在经济，文化领域，还是在政治领域，都有着其独特的作用。

而作为省会城市，兰州有着其他城市不可比拟的作用，他必须实现与全省各地和全国各地及时通信，实时掌握各地动态，了解民生情况。

那么，怎么才能及时的了解各地情况呢？

此时，建立一条比较高速的通信传输线路就显得很有必要了。

SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。

SDH技术与一些先进技术相结合，如光波分复用（WDM）、ATM技术、Internet技术（IPoverSDH）等，使SDH网络的作用越来越大。

SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向，具有远大的商用前景。

关键字SDH网络光波分复用ATM技术Internet技术

一、SDH的概述3

1.1SDH基本概念3

1.2SDH产生背景3

1.3SDH的基本传输原理3

二、系统设计4

2.1设计目的4

2.2设计内容4

2.3设计流程5

三、具体设计步骤6

3.1概述6

3.2应用条件分析7

3.3网络结构9

3.4业务矩阵9

3.5时隙分配10

3.6系统结构10

四、硬件设备选型12

4.1SDH网元类型12

4.2设备选型15

4.3所选设备硬件简介15

总结17

参考文献17

一、SDH的概述

1.1SDH的基本概念

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。

1.2SDH产生背景

SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等。

加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1（DS1）/E1载波系统（1.544/2.048Mbps）、X.25帧中继、ISDN（综合业务数字网）和FDDI（光纤分布式数据接口）等多种网络技术。

随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。

SDH就是在这种背景下发展起来的。

在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。

SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。

SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用SDH技术可以将核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。

1.3SDH基本传输原理

　SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（SynchronousTransport，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－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；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（SectionOverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AUPTR）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（RegeneratorSectionOverHead，RSOH）和复用段开销（MultiplexSectionOverHead，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（TUPTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用的概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程。

复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程，由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用复用原理与数据的串并变换相类似。

二、系统设计

2.1设计目的

传输网是重要的电信基础网，而SDH是目前应用最为广泛的传输体制，通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场合，掌握典型传输设备的组网过程。

同时，掌握SDH工程应用中的两种基本应用拓扑结构：

线形网结构和环形网结构。

会根据实际情况选择各站点的应用模式，决定站点之间的线路是否加再生中继器，是否需要线路保护。

最终确定各站点上下的业务量，画业务矩阵，进行时隙分配。

还能根据实际条件，选择合适的设备。

对所学的光纤知识做一全面的复习与总结。

并通过课程设计实践，提高实践动手能力，将理论知识与实践相结合。

2.2设计内容

此次设计的是北京到上海SDH通信传输系统，沿途途经过天津、济南、南京、苏州等四个主要站点，最终到达上海。

全长约为1262KM。

此次设计中的关键是各站点之间业务量的确定，以及根据相应的业务量进行业务矩阵的绘制。

再根据业务矩阵，对SDH线性链路进行时隙分配。

同时，还应绘制出整个系统的结构图。

完成以上步骤以后，就要进入硬件安装与软件设置阶段。

在这一阶段，对所用到的主要设备做一简单的介绍。

再根据实际情况，进行设备选型，并作简要分析。

最终，对自己所设计的系统进行总体评价。

2.3设计流程

提出设计方案

数据准备阶段

应用条件确定

网络结构确定

绘制业务矩阵阶段

结束

进行时隙分配

系统评价

系统结构绘制

硬件选型

合理？

三、设计步骤

3.1概述

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，所以在建设网络时，首先要确定采用何种网络结构。

常见的网络结构有链形网、星形网、树形网、环形网、网孔形、环带链、环相切、环相交等，如下图：

链形网：

星形网：

树形网：

环形网：

网孔形：

环带链：

环相切：

在确定网络结构的同时还要确定其应用方式，即业务信号的传输是单向还是双向，对于链形、星形、树形、点对点这几种网络，业务信号应双向传输，而对于环形网，如果业务呈集中分布，一般将该环设为二纤单向通道保护环，信号单向传输，信号的收、发走分离路由；而如果业务分布分散，则将该环设为二纤双向复用段保护环，信号双向传输，信号的收、发走一致路由。

所谓业务呈集中分布，是指网络中有一个业务相对集中的站，该站与其他大多数站的有业务，而其他各站之间没有业务或仅有少量业务；所谓业务分布分散，是指网络中没有明显的业务中心站，各站之间互有业务。

本次设计采用SDH中的线形网拓扑结构。

3.2应用条件分析

在本次设计中，我始终遵循ITU-T建议的有关规定。

目前光通信设备供电电源都采用标准电源，有-24V,-48V,-60V三种，而ITU-T建议目前推荐使用-48V的电源，所以在本次设计中各站的电源一律配置为-48V电源。

ITU-T建议在2048kb/s的数字接口上，容许有120Ω和75Ω两种阻抗任选，120Ω使用平衡对称电缆，75Ω则使用不平衡同轴电缆。

在此次设计中选用120Ω的阻抗。

毫无疑问，此次设计中支路接口是SDH接口。

SDH的等级（等级、速率与容量的关系）如下图一所示：

可知本次设计采用STM-1的等级，速率为2M即可。

图一：

此次设计中所设的主要站点及位置关系如下图二所示

南京

105.4

213.2

348

860

676

图二

兰州、上海两站应用模式为TM，西安、徐州、南京、苏州等战应用模式为ATM。

其中各站之间使用有线路保护的4纤。

当传输距离>150km时需设立中继站，所以：

兰州和西安之间设立一个中继站（REG），西安和徐州之间设立两个中继站（REG），徐州和南京之间设立四个中继站（REG），南京和苏州之间需设一三个中继站（REG），在苏州和上海之间无需设计中继站（REG）。

由上图个站点之间的距离可知，此次设计传输距离还是比较长的。

所以可选用1310nm和1510nm两个窗口的波长。

当工作于1310窗口时可以使用G.652光纤，当工作于1510窗口时可以使用G.652、G.653、G.655光纤。

此次设计中使用1310nm的G.652光纤。

3.3网络结构

此次设计，网络结构为线性。

如下图三所示：

（下图中各站位置不代表实际位置，只为绘制方便）

兰州西安徐州南京

675.6km860.7km348.6km

ADM

ATADMADM

213.2km

105.4km

中继站（REG）ADM

上海苏州

3.4业务矩阵

由于城市人口过于庞大，计算过于复杂，为了方便计算，所以假设以下为各站点人口数量为

站名

兰州

西安

徐州

南京

苏州

上海

人口（万）

300

193.45

128

99.03

由于时间关系，下面所假设的业务量都是缩小若干倍之后的情况：

上图所示的系统，假设兰州和西安之间开通20个2Mb/s，兰州和徐州之间开通15个2Mb/s，兰州和南京之间开通12个2Mb/s，兰州和苏州之间开通10个2Mb/s，兰州和上海之间开通10个2Mb/s；西安和徐州之间开通12个2Mb/s，徐州和南京之间开通10个2Mb/s，西安和苏州之间开通10个2Mb/s，西安和上海之间开通10个2Mb/s，西安和上海之间开通8个2Mb/s，徐州和苏州之间开通5个2Mb/s，徐州和上海之间开通5个2Mb/s，南京到苏州之间开通4个2Mb/s，南京到上海之间开通3个2Mb/s，苏州到上海之间开通3个2Mb/s。

则此次设计的业务矩阵表如下：

站名

兰州

西安

徐州

南京

苏州

上海

总计

兰州

西安

徐州

南京

苏州

上海

总计

264

3.5时隙分配

线路时隙：

根据SDH复用原理，一个STM-1中包含63个VC12或4个VC3或1个VC4，VC称为虚容器，一个VC可以理解为一个通道，需要分配一个时隙。

可以这样理解，一个STM-1对应2M业务的时隙编号为1～63，对应34M业务的时隙编号为1～4，对应140M业务的

时隙编号为1。

业务矩阵确定以后即可以对SDH线型网络的链路进行时隙分配，时隙分配图是对SDH网元进行业务设置的依据，下图四就是上表所示的业务矩阵的一种时隙分配图（假设支路板插在第1-4槽位，且每块支路板上有32个2M通道）。

图中W、E分别表示网元的西、东向。

如E1:

1-20表示东向第一个VC-4时隙的第一至二十个VC-12时隙，W1:

1-12表示西向第一个VC-4时隙的第一至十二个VC-12时隙。

IU1表示网元上第1个支路板位，IU1:

1-20表示第1个支路板上的第一到第20个2M通道。

注意：

中间站如天津站在配置业务业务时，除了要配置到北京站和济南站的本地业务之外，还要配置北京站到南京站的穿通业务（图中没有表达出来）。

同理，济南、南京、苏州站也要配置相应的穿通业务。

3.6系统结构

根据设计条件和业务矩阵就可以确定系统结构和系统中各站的结构。

对于链型网，端站为终端复用设备（TM）,如果不带保护，一个系统只用到东向侧或西向侧的群路接口；如果带保护，则需要2个群路端口来提供主备用的保护。

链路站的中间站为分插复用设备（ADM）,如果是无保护链，要用到一个东向侧及一个西向侧的群路接口；如果是有保护链，要用到两个东向侧及两个西向侧的群路接口。

群路接口确定后，根据业务矩阵来确定支路板的类型和数量。

假设所购进的2M支路板每块有32个接口，则下页图五就是根据假设的应用条件和业务矩阵下绘制出的系统结构图。

图中标明了各站的设备类型和各站站名；群路接口的插槽号（1—2、2—2），图中括号内的插槽号是有线路保护时备用群路接口板所在的插槽号；支路板的型号、数量（如“三”）和到各站的业务量。

同时还标明了各站之间所需的中继器的数量。

北京

天津

济南

南京

苏州

上海

E1:

1-20E1:

1-20

IU1:

1-20IU1:

1-20

E1:

21-36E1:

1-15

IU2:

1-15IU1:

1-15

E1:

37-49E1:

1-12

IU2:

16-28IU1:

1-12

E1:

50-60E1:

1-10

IU3:

1-10IU1:

1-10

W1:

1-12E1:

16-28

IU1:

21-32IU1:

16-28

W1:

1-23E1:

13-23

1#IU2:

1-10IU1:

13-23

W1:

24-32E1:

11-19

IU2:

11-19IU1:

11-19

VC4W1:

33-40E1:

1-7

IU2:

20-27IU1:

11-47

W1:

1-8E1:

24-32

IU2:

1-8IU1:

24-32

W1:

9-14E1:

20-25

IU2:

9-14IU1:

20-25

W1:

15-20E1:

8-13

IU2:

15-20IU1:

18-23

W1:

1-4E1:

26-30

IU2:

1-4IU1:

26-30

W1:

5-8E1:

14-18

IU2:

5-8IU1:

24-28

W1:

1-4E1:

19-22

IU2:

9-12IU1:

29-32

E2:

1-10E2:

1-10

2#VC4

IU3:

11-21IU1:

1-10

图四：

时隙分配图

TMADMADM

北京-150天津-150济南-150

1-21-22-21-22-22-2

（1-1）（1-1）（2-1）（1-1）（2-1）

天津：

20北京：

济南：

15济南：

12天津：

三南京：

12二南京：

10二南京：

苏州：

10苏州：

8苏州：

上海：

10上海：

7上海：

TMADMADM

上海-150苏州-150南京-1501-2

1-22-21-22-2

（1-1）（2-1）（1-1）（2-1）

（1-1）

北京：

10北京：

一天津：

7二天津：

8二天津：

济南：

5济南：

南京：

3南京：

4苏州：

苏州：

3上海：

子架交叉连接单元2M支路单元

中继器及数量

图五SDH工程系统结构图

四、硬件设备选型

4.1SDH网元类型

SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的，通过不同的网元完成SDH网的传送功能：

上/下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等，下面介绍SDH网中常见网元的特点和基本功能。

●TM终端复用器

终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点，它是一个双端口器件，如图六所示。

图六TM模型

它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM-N中，或从STM-N的信号中分出低速支路信号。

在将低速支路信号复用进STM-N帧时有一个交叉的功能，例如可将支路的一个STM-1信号复用进线路上的STM-16信号中的任意位置上，或支路的2Mbit/s信号可复用到一个STM-1中63个VC12的任一个位置上。

●ADM分/插复用器

分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，它是一个三端口的器件，如图七所示。

图七ADM模型

ADM有两个线路端口和一个支路端口。

两个线路端口各接一侧的光缆，每侧收/发共两根光纤，为了描述方便我们将其分为西W向东向E两个线路端口。

ADM的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去，或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。

另外还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接，一个ADM可等效成两个TM。

●REG再生中继器

光传输网的再生中继器有两种。

一种是纯光的再生中继器，主要进行光功率放大，以延长光传输距离，另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波形的完好性。

此处讲的是后一种。

再生中继器REG是双端口器件只有两个线路端口W、E。

如图八所示。

图八电再生中继器

它的作用是将w/e侧的光信号，经O/E抽样、判决、再生整形、E/O在e或w侧发出。

REG与ADM相比仅少了支路端口，所以ADM若本地不上/下支路信号时完全可以等效一个REG。

真正的REG只需处理STM-N帧中的RSOH且不需要交叉连接功能，w--e直通即可。

而ADM和TM因为要完成将低速支路信号分/插到STM-N中，所以不仅要处理RSOH而且还要处理MSOH。

另外ADM和TM都具有交叉连接功能，因此用ADM来等效REG有点大材小用了。

●DXC数字交叉连接设备

数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。

如图九所示。

图九DXC功能图

DXC可将输入的m路信号交叉连接到输出的n路信号上，上图表示有m条入信号和n条出信号，DXC的核心是交叉连接，功能强的DXC能完成高速信号在交叉矩阵内的低级别交叉，例如VC12级别的交叉。

通常用DXCm/n来表示一个DXC的类型和性能，注m≥n，m表示可接入DXC的最高速率等级，n表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速率级别，m越大表示DXC的承载容量越大，n越小表示DXC的交叉灵活性越大。

m和n的相应数值的含义见下表：

m或n

速率

64Kbit/s

2Mbit/s

8Mbit/s

34Mbit/s

140Mbit/s

155Mbit/s

622Mbit/s

2.5Gbit/s

4.2设备选型

下面对一些主流厂家的SDH设备做一简要比较。

（1）、SDH设备主流厂家产比较

国内厂家：

华为、中兴、烽火等。

国外厂家：

朗讯、阿尔卡特、西门子、富士通等。

（2）传输设备主要参数：

a、物理特性：

机架尺寸、硬件组成、电源功耗

b、接口：

接口类型、数量、接口参数

c、交叉容量：

高阶能力、低阶能力（VC）

d、保护方式：

环网保护、设备保护

e、同步：

2Mb/s、2MHz、SSM（S1字节）

f、网管：

网管名称、管理能力、接口类型

g、公务：

数量、速率

（3）、华为SDH传输设备：

a、OSN系列设备：

OSN9500、OSN7500、OSN3500、OSN2500等

b、Metro系列设备：

Metro6100、Metro5000、Metro3000、Metro1000、Metro500、Metro100。

涵盖了10GDWDM波分、10G、2.5G、622M、155MSDH各级速率的设备。

（4）、中兴SDH传输设备：

ZXMP-S390ZXMP-S385ZXMP-S380ZXMP-S330ZXMP-S325ZXMP-S320ZXMP-S200ZXMP-S100

（5）、烽火SDH传输设备：

a、Citrans系列：

Citrans530Citrans550BCitrans550CCitrans580Citrans750Citrans780

b、IBAS系列：

IBAS110IBAS130BIBAS130CIBAS180IBAS190

4.3所选硬件设备简介

经过综合比较，此次设计中采用华为的Metro3000传输设备。

下面对此设备做一简要介绍。

Metro3000系统是华为技术有限公司开发的STM-16多业务光传输系统，具有大容量的交叉连接矩阵和多系统的配置能力，可接入各种级别的SDH业务以及ATM/IP，实现了多业务的同平台传输；能够方便地实现传输网络的业务调度和带宽管理，可应用于各种层次的网络。

Metro3000完全遵循ITU-T、IEEE以及中国国家技术监督局关于SDH的建议或标准进行设计，因此具有

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