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通信工程SDH设备组网设计课程设计

兰州交通大学

课程设计

中文题目:

SDH设备组网设计

英文题目:

SDHnetworkingequipmentdesign

 

课程:

现代传输技术

学院:

电子与信息工程学院

专业:

通信工程

姓名:

郭锐

学号:

201109559

指导教师:

郑玉甫

 

二零一四年六月

 

摘要

随着通信业的迅猛发展,在接入侧通信传输网络建设过程中经常会遇到一些新的网络和业务结构,而这些新的网络和业务结构在接入侧业务传输和保护问题上对SDH传输设备也提出新的要求,其中有两类情况比较典型。

SDH技术已经得到了广泛的应用,它组网方式灵活,能因地制宜地采用线形、环形、星形、链形,网孔形等多种拓扑结构,其中环形组网方式应用较为普遍,且大多数情况下都能满足业务等级对网络健壮性的要求。

而在所有环路保护方式中,复用段保护(MSP)环又因其资源利用率高、保护及时等特性备受广大传输维护工作者青睐。

共享光路,就是低速率环网借用高速率环网的物理通道作为自己的逻辑通道来实现逻辑上的业务成环,利用这种技术在逻辑上形成的保护环路称为虚拟环。

本文从五个方面对SDH虚拟环组网做了一个系统的介绍,第一部分绪论部分SDH的概念、发展及特点进行了介绍,第二部分介绍了SDH的设备,第三部分对SDH的常见组网方式进行了详细的分类介绍,第四部分虚拟环组网方式虚拟环及保护工作原理做了详细分析,第五部分介绍了虚拟环组网的实现与典型应用,结合实际对虚拟环组网方式的主要特点及优缺点进行了总结。

关键字:

SDH;SDH设备;组网方式;虚拟环;共享光路子网连接保护

 

Abstract

Withtherapiddevelopmentofcommunicationindustry,communicationtransmissionnetworkattheaccesssideoftheconstructionprocessoftenencountersomeofthenewnetworkandbusinessstructure,andthesenewaccessnetworksandbusinessstructureintheuppersideofthebusinessandtheprotectionofSDHtransmissiontransmissionequipmentalsoraisednewdemands,moretypicalsituationinwhichtherearetwotypes.SDHtechnologyhasbeenwidelyused,itisflexiblenetworkingmodes,canbeadaptedtolocalconditionsusingavarietyoftopologieslinear,ring,star,chain,meshshaped,whereintheannularnetworkingapplicationsmorecommon,andmostthecasecanmeetservicelevelrequirementsfornetworkrobustness.Inallloopprotection,themultiplexsectionprotection(MSP)ringbutalsobecauseofhighresourceutilization,protectionandotherfeaturesattractedwidetransmissiontimelymaintenanceworkersofallages.Sharedopticalpath,isthelowrateofhigh-speedringringborrowedphysicalchannelastheirlogicalchanneltoimplementbusinesslogicintothering,theuseofthistechnologytoprotecttheloopformedlogicallycalledvirtualring.

ThisarticlefromthefiveaspectsofSDHvirtualringnetworkmadetheintroductionofasystem,thefirstpartoftheintroductionpartoftheSDHconcept,developmentandcharacteristicswereintroduced,andthesecondpartdescribestheSDHequipment,thethirdpartofthecommonSDHnetworkingforadetaileddescriptionoftheclassification,thefourthpartofvirtualnetworkingvirtualringandringprotectionworkstodoadetailedanalysis,thefifthpartdescribestheimplementationofthevirtualringwiththetypicalnetworkingapplications,combinedwiththeactualvirtualringgroupmainfeaturesandadvantagesanddisadvantagesofthenetworkapproacharesummarized.

Keywords:

SDH;SDHequipment;networking;virtualring;sharedopticalpathSNCP

 

目录

1.绪论1

1.1SDH的概念及发展1

1.2SDH网的基本网络单元2

1.3SDH的特点3

1.4SDH的应用4

2.SDH设备5

2.1再生中继器5

2.2复用器5

2.3数字交叉连接设备6

2.4SDH设备的逻辑功能块7

3.SDH常见组网方式11

3.1SDH设备及其组网原则11

3.2SDH基本网络拓扑结构13

3.3SDH自愈环网15

4.虚拟环及保护工作原理17

4.1MSP环与SNCP环共享及工作原理17

4.2共享光纤虚拟路径保护的含义18

4.3共享光纤虚拟路径保护的机理19

4.4共享光纤虚拟路径保护的特点19

4.5共享光纤虚拟路径保护的设备要求19

5.虚拟环组网的实现与典型应用20

5.1虚拟环组网20

5.2虚拟环组网的应用20

5.3虚拟环技术的主要优缺点21

总结22

致谢23

参考文献24

1.绪论

1.1 SDH的概念及发展

SDH(SynchronousDigitalHierarchy,同步数字体系),根据ITU-T的建议定义,是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构,包括复用方法和映射方法,以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

SDH光端机容量较大,一般是16E1到4032E1。

SDH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)。

国际电报电话咨询委员会(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。

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N(SynchronousTransportMode,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而言每帧比特数为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16×155.520(或4×622.080)=2488.320Mbit/s[1]。

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。

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。

1.2 SDH网的基本网络单元

SDH传输网是由一些基本的SDH网络单元(NE)和网络节点接口(NNI)组成,通过光纤线路或微波设备等连接进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。

SDH传输网具有全世界统一的网络节点接口从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换的过程;有一套标准化的信息结构等级,称为同步传送模块STM-N(N=1,4,16,64……)。

构成SDH系统的基本网元主要有同步光缆线路系统、终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生中继器(REG)和同步数字交叉连接设备(SDXC)。

终端复用器(TM):

TM是SDH基本网络单元中最重要的网络单元之一。

它的主要功能是将若干个PDH低速率支路信号复用成为STM-1帧结构电(或光)信号,或将若干个STM-n信号复用成为STM-N(n

解复用过程与复用过程相反。

分插复用器(ADM):

ADM是SDH传输系统中最具特色、应用最广泛的基本网络单元。

功能;ADM分插复用器:

是在高速信号中分接(或插入)部分低速信号的设备。

再生中继器(REG):

是将经过光纤长距离传输后,受到较大衰减和色散畸变的光脉冲信号,转换成电信号后,进行放大、整形、再定时、再生成为规范的电脉冲信号,经过调制光源变换成光脉冲信号,送入光纤继续传输,以延长通信距离。

同步数字交叉连接设备(SDXC):

SDXC是指SDH设备或网络中的数字交叉连接设备。

1.3 SDH的特点

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。

1.4 SDH的应用

由于以上所述的SDH的众多特性,使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。

中国移动、电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。

利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。

而一些大型的专用网络也采用了SDH技术,架设系统内部的SDH光环路,以承载各种业务。

比如电力系统,就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位,很多都采用了租用电信运营商电路的方式。

由于SDH基于物理层的特点承载方式有很多种,可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用,也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。

SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证,安全性方面也优于VPN等方式。

在政府机关和对安全性非常注重的企业,SDH租用线路得到了广泛的应用。

一般来说,SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-5等接口,完全可以满足各种带宽要求。

同时在价格方面,也已经为大部分单位所接受[2]。

 

2. SDH设备

ITU-T采用功能参考模型的方法对SDH设备进行规范,它将设备所应完成的功能分解为各种基本的标准功能块,功能块的实现与设备的物理实现无关(以哪种方法实现不受限制),不同的设备由这些基本的功能块灵活组合而成,以完成设备不同的功能。

通过基本功能块的标准化,来规范了设备的标准化,同时也使规范具有普遍性,叙述清晰简单。

SDH设备(SDHequipment)构成SDH网络的网元物理实体。

基本的SDH设备有各种复用器、再生中继器和数字交叉连接设备。

2.1 再生中继器

再生中继器构成SDH长距离链路的一种设备,主要用于补偿光纤传输引起的介入的衰减损耗,重新产生新的光信号继续传输。

再生器的主要功能包括对线路传输信号进行光/电转换、开销处理、扰码、定时提取、判决处理、性能监视,最后经电/光转换变成符合所要求的格式和性能的光信号向下游传递,实现长距离传输的目标。

SDH再生器具有多种光/电接口,包括:

发送光纤上符合G.957规范的S参考点,接收光纤上符合G.957规范的R参考点,用于公务通信的接口,用于使用者通路的接口,还有与电信管理网(TMN)互连的Q接口,与工作站相连的F接口。

再生器的性能要求应符合G.825建议。

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。

REG是双端口器件,只有两个线路端口——W、E。

 

图2-1 电再生中继器

2.2 复用器

SDH复用设备包括终端复用器、高阶复用器、分插复用器和互通复用器4类。

具体配置有7种:

Ⅰ.1型、Ⅰ.2型、Ⅱ.1型、Ⅱ.2型、Ⅲ.1型、Ⅲ.2型和Ⅳ型复用器。

其中,Ⅰ.1型和Ⅰ.2型属于终端复用器,具有从PDH信号到STM-N信号的复用功能。

Ⅰ.1型复用器只有简单复用功能,能够将每个PDH支路输入信号安排在STM-N帧中的固P定位置上。

Ⅰ.2型复用器有含VC-1/2/3和(或)VC-3/4通道连接功能,可以灵活地把每个PDH支路输入信号安排在STM-N帧中的任意位置上。

Ⅱ.1型和Ⅱ.2型属于高阶复用器,具有把速率较低的若干个STM-N信号组合成一个速率较高的STM-M信号的复用能力(M>N)。

Ⅱ.1型将每个支路输入的STM-N信号中的VC-4安排在STM-M帧中的固定位置上。

Ⅱ.2型包含VC-4通道连接功能块,能把每个支路的STM-M帧中的任何位置。

Ⅲ.1型和Ⅲ.2型属于分插复用器,无需分接和终结整个STM-M信号即可接入STM-M的支路信号。

Ⅲ.1型可以接入则PDHG.703接口的支路信号;包括低阶通道控制功能,即从本地VC-1/2/3到STM-M的VC-3/4的复用插入和反向的解复用;还有高阶通道控制功能,即从本地VC-3/4到STM-M的插入和STM-MVC-3/4到本地的终结或再复用传输。

Ⅲ.2型可以接入STM-N接口的支路信号,并且具有Ⅲ.1型所没有的附加功能,即可以在内部将STM-M信号分接(解复用)到VC-1/2/3。

Ⅳ型复用器为互通复用器,能把随AU-3网中VC-3的C-3净荷转换为AU-4网中VC-3的C-3净荷,完成AU-3网与AU-4网的转换[3]。

 

 图2-2TM模型

2.3 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,它实际上相当于一个交叉矩阵,完成各个信号间的交叉连接。

DXC可将输入的m路STM-N信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上,上图表示有m条入光纤和n条出光纤。

DXC的核心是交叉连接,功能强的DXC能完成高速(例STM-16)信号在交叉矩阵内的低级别交叉(例如VC12级别的交叉)。

 

图2-3 DXC功能图

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表2.1:

表2.1m、n数值与速率对应表

M或n

0

1

2

3

4

5

6

速率

64Kbit/s

2Mbit/s

8Mbit/s

34Mbit/s

140Mbit/s

155Mbit/s

622Mbit/s

2.5gbit/s

2.4 SDH设备的逻辑功能块

(1)SPI:

SDH物理接口功能块。

SPI是设备和光路的接口,主要完成光/电变换、电/光变换,提取线路定时,以及相应告警的检测。

(2)TTF:

传送终端功能块。

SPI、RST、MST、MSA一起构成了复合功能块TTF,它的作用是在收方向对STM-N光线路进行光/电变换(SPI)、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,进入TTF的是VC4信号,从TTF输出的是STM-N的光信号。

(3)RST:

再生段终端功能块。

RST是RSOH开销的源和宿,也就是说RST功能块在构成SDH帧信号的过程中产生RSOH(发方向),并在相反方向(收方向)处理(终结)RSOH。

(4)HOI:

高阶接口。

此复合功能块由HPT、LPA、PPI三个基本功能块组成。

完成的功能是将140Mbit/s的PDH信号。

(5)HOA:

高阶组装器。

高阶组装器的作用是将2Mbit/s和34Mbit/s的POH信号通过映射、定位、复用,装入C4帧中,或从C4中拆分出2Mbit/s和34Mbit/s的信号。

(6)MSA:

复用段适配功能块.。

MSA的功能是处理和产生AU-PTR,以及组合/分解整个STM-N帧,即将AUG组合/分解为VC4。

(7)LPA:

低阶通道适配功能块。

LPA的作用是通过映射和去映射将PDH信号适配进C,或把C信号去映射成PDH信号,其功能类似于PDH踎C,此处指140Mbit/s踎C4。

(8)SEMF:

同步设备管理功能块。

它的作用是收集其它功能块的状态信息,进行相应的管理操作。

这就包括了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、性能数据以及响应网管终端下发的命令。

(9)LPT:

低阶通道终端功能块。

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