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SDH传输网的组建与设计
毕业论文
题目
SDH传输网的组建与设计
学生姓名
xx
学号
********
系部
计算机与通信工程
专业
通信工程设计与施工
班级
******
指导教师
xx
2012年10月
摘要
同步数字体系是一种新的传输体制，广泛地运用于实用的光纤通信系统中。
高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通信网传输、交换、处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、综合化、智能化和个人化方向发展，随着系统容量的不断提高，电子器件处理信息的速率还远远低于光纤所能提供的巨大负荷量的矛盾就更加显现。
为了进一步满足各种宽带业务对网络容量的需求，进一步挖掘光纤的频带资源，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，开发和使用新型光纤通信系统将成为未来的趋势。
本文以SDH的传输原理为基础，设计了一个以五个网元的环带链型传输网络，通过实验室的运行和测试，可以实现异地之间的通信业务的上传下载传输。
关键词：
同步数字传输体系（SDH）传输网组网方案设计
第一章SDH传输网的概述
1.1SDH的基本概念
SDH是SynchronousDigitalHierarchy的缩写，中文含义是同步数字体系。
SDH是世界公认的新一代宽带传输体制，它针对更高速率的传输系统制定出全球统一的标准，规范了数字信号的传输速率等级、帧结构，复用方式和光接口特性等，并且整个网络中各设备的时钟来自同一个及精确的时间标准，没有准同步系统中各设备定时存在误差的问题。
采用SDH的系统，在进行复接时，如传输设备的各支路码位是同步的，只要将各支路码元直接进行在时间压缩、移相后进行复行了。
它为不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括覆用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。
我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：
公路将是SDH传输系统（主要采用光纤作为传输媒介，还可采用微波及卫星来传输SDH）信号，立交桥将是大型ATM交换机，SDH系列中的上下话量复用器（ADM）就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务（语音、图像、数据等）。
1.2什么是SDH传输网
SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。
如图1-1所示，SDH传输网的拓扑结构，它由SDH终端复用器TM、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的物理链路构成。
SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例如将多路E1信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与非SDH网络业务的适配。
ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：
一部分直接转发，另一部分卸下给本地用户。
然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。
DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。
图1-1TM、ADM和DXC的功能框图
1.3SDH传输网的特点
1.3.1SDH的优势
SDH的核心理念是要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，它是构成综合业务数字网，特别是宽带综合业务数字网的重要组成部分。
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，在全程全网范围内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。
（1）电接口方面
接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。
SDH体制对网络节点接口作了统一的规范。
规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复用方法、线路接口和监控管理等，于是就使SDH设备容易实现多厂家互连，也就是说，在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现横向兼容性。
SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。
它基本的信号结构等级是同步传输模块——STM-1，相应的速率是155Mbit/s。
高等级的数字信号系列可通过将基础速率等级的信息模块（例如STM-1）通过字节间插同步复接而成，复接的个数是4的倍数。
（2）光接口方面
线路接口（光接口）采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。
扰码的标准是世界统一的，这样对终端设备仅需通过标准的解扰码器就可与不用厂家SDH设备进行光口互连。
扰码的目标是抑制线路码中的长连“0”和长连“1”，便于从线路信号中提取时钟信号。
由于线路信号仅通过扰码，所以SDH的线路光信号速率与SDH电口标准信号速率相同，这样就不会增加光通道的传输带宽。
目前ITU-T正式推荐SDH光接口的统一码型为加扰的NRZ码。
（3）复用方式
由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号的帧中的位置是均匀的、有规律性的、也就是说是可预见的。
SDH综合了软件和硬件的优势，实现了从低速PDH支路信号至STM-N之间的“一步到位”的复用，是维护人员仅靠软件操作就能便捷地实现灵活的实时业务调配。
而且SDH的这种复用方式使数字交叉连接功能更易于实现，使网络具有了很强的自愈功能，便于网络运营者按需动态组网。
（4）运行维护方面
SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护管理功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大提高。
SDH具有丰富的开销字节，它占用整个帧结构所有宽带容量的1/20，大大加强了OAM功能。
这样就有利于降低系统的维护费用，而在通信设备的综合成本中，维护费用占相当大的一部分。
（5）兼容性
SDH具有很强否认兼容性，这也就是意味着当组建SDH传输网是，原有的PDH设备或系统仍可使用，这两种传输网可以共存，也就是说可以用SDH传送PDH业务。
SDH信号的基本传输模块可以容纳多种速率的PDH支路信号和ATM、
FDDI、分布式队列双总线（DQDB）等其他数字信号，从而体现了SDH的前向兼容性和后行兼容性。
1.3.2SDH的缺陷
SDH体系并非完美无缺，它大致具有如下3点不足之处：
（1）频带利用率低
SDH一个很大的优势是系统的可靠性增强了，运行维护管理的自动化程度提高率，这是由于在SDH的STM-N帧中加入了大量的开销字节，这样必然会增加传输速率，是在传输同样有效信息的情况下，PDH信号所占用的传输速率要比SDH信号所占用的传输速率低，即PDH信号所占用的带宽窄。
（2）指针调整机理复杂
SDH体制可以“一步到位”地从高速信号中直接下低俗信号，省去了逐级复用/解复用过程，而这样功能的实现是通过指针调整机理来完成的，指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接分支低速功能的实现。
但是指针功能的实现增加了系统的的复杂性，重要的是是系统产生SDH特有的一种抖动——由指针调整引起的结合抖动。
这种抖动多发于网络边界处（SDH/PDH），起频率低，幅度大，会导致低速信号在分支拆离后传输性能劣化，这种抖动的滤除有比较困难。
（3）软件的大量使用对系统安全性的影响
SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这意味着软件在系统占用相当大的比重。
一方面，这是系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天。
另一方面，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的。
也就是说，SDH系统对软件的依赖很大，这样SDH系统运行的安全性就成了很重要的课题。
SDH体制尽管还有多种缺陷，但它已在传输网的发展中显露了强大的生命力。
1.3.3SDH的网络节点接口、速率和帧结构
我们可以认为一个庞大的传输网是由传输设备和网络节点两种基本设备构成的。
传输设备可以是光缆线路系统或是微波接力系统，而网络节点种类则很多，要规范一个统一的NNI，首先要统一接口速率等级和帧结构安排。
（1）网络节点接口（NNI）
网络节点接口是指网络节点之间的接口，具体也可以看作是传输设备和网络节点之间的接口。
（2）同步数字体系的速率
STM-1是同步数字体系信号最基本、最重要的模块信号，其速率为155.520Mb/s，STM-1信号经扰码后的电/光转换变为相应的光接口线路信号后，速率不会改变，更高等级的STM-N信号速率是STM-1速率的整数倍。
目前的SDH只能支持一定的N值，即N可取1、2、4、16、64和256。
相应各STM-N等级速率为：
STM-1155.520Mbit/s
STM-2622.080Mbit/s
STM-42488.320Mbit/s
STM-649953.280Mbit/s
STM-25639813.12Mbit/s
（3）帧结构
①ITU-T采用一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构用于SDH网，主要是基于SDH网的如下要求：
1）要求对支路信号进行同步数字复用、交叉连接和交换，因而帧结构必须能适应所有这些功能。
2）为了便于接入和取出，要求支路信号在帧内的部分是均匀的、有规律的。
3）要求帧的结构能够兼容1.5Mbit/s系列和2Mbit/s系列信号。
图1-2帧结构
②帧结构
如图1-2所示，一个STM-N帧结构由９行、
列字节的二维结构组成，每个字节为８bit。
这种结构是按从左到右、自上而下的顺序进行字节传输的。
③帧结构可分为以下三个区域：
1）段开销（SOH）区域
STM帧结构中附加了一些字节，以保证信息能够正常地传送，我们把这些字节称为段开销。
由图1-2可知：
第1至第9行中，除第4列外的其余8行的前
列（一共
个字节）都属于段开销，可供网络运行、管理和维护使用。
2）净荷区域
帧结构中存放各种信息的地方即为净荷区域。
图1-2中的1至9行里的第
至
列都分配给净荷区域，共
个字节。
其中包含少量的通道开销字节作通道性能监视、管理和控制之用。
3）管理单元指针（AUPTR）区域
AUPTR是用来指示信息净荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置以便在接收端正确的分解的一种码组。
图1-2中第4行的前
个字节即为AUPTR。
第二章传输网的结构
2.1网络基本结构
SDH网是有SDH网元设备通过光缆互连而成的，网元和传输线路的几何排列就构成了网络的结构。
网络的有效性、可靠性和经济性在很大程度上与其结构有关。
网络的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。
（1）链形网
链形网是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。
这种结构的特点是较经济，在SDH网的早期用的比较多，主要用于专网中，如铁路网，如图2-1所示：
图2-1链形网
（2）星形网
星形网是将网中一网元作为中心节点设备与其他网元节点相连，其他各网元节点之间互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。
这种网络结构的特点是可通过中心节点来同意管理其他网络节点，利用分配带宽，节约成本，但存在中心特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。
中心节点的作用类似交换网的汇接局,此种结构多用于本地网，如图2-2所示：
图2-2星形网
（3）树形网
树形网可看成是链形网和星形网的结合，也存在中心节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题，如图2-3所示：
图2-3树形网
（4）环形网
环形网实际上是指将链形网首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络结构形式。
这是当前使用最多的网络结构形式之一，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。
环形网常用语本地网、局间中继网等，如图2-4所示：
图2-4环形网
（5）网孔形网
将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络。
这种网络结构为两网元节点间提供多个传输路由，是网络的可靠性更强，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，如图2-5所示：
图2-5网孔形网
当前用的最多的网络结构是链形和环形
2.2网络复杂结构
通过链形和环形的灵活结合，可以构成一些复杂的网络结构。
下面对组网中要经常用到的几种结构进行介绍。
（1）T形网
T形网实际上是一种树形网，下图所示。
设干线上为STM-16系统，支线上为STM-4系统，t形网的作用是将支路的业务STM-4通过网元A分支/插入到干线STM-16系统上去。
此时支线接在网元A的支路上，直线业务作为网元A的低速支路信号，通过网元A进行分支/插入。
图2-6T形网
（2）环带链
环带链有环形网和链形网两种基本结构组成，结构图如下。
连接在网元A处，链的STM-4业务作为网元A的低速支路业务，并通过我哪敢元A的分支/插入功能上、下环。
图2-7环带网
（3）环形子网的支路跨接
环形子网的支路链接结构如图。
两个STM-16通过A、B两网元的支路部分连接在一起，两环中任何两网元都可通过A、B之间的支路互通业务，且可选路由多，系统冗余度高。
因两环间互通的业务都要经过A、B两网元的低速支路传输，所以存在一个低速的安全保障问题。
图2-8环形子网的支路跨接
（4）相切环
相切环结构构图如下。
图中3个相切于公共节点网元A,网元A可以是数字交叉连接设备（DXC）等效，环Ⅱ、环Ⅲ均为网元A的低速支路。
这种组网可是环间业务任意互通，具有比支路跨接环网更大的业务疏导能力，业务可选路由更多，系统冗余度更高。
但这种组网勋在重要节点网元A的安全保护问题。
图2-9相切环
（5）相交环
相交环由相切环扩展而成，可备份重要节点，提供更多的可选路由，加大系统的冗余度，下图所示。
图2-10相交环
（6）枢纽网
枢纽网结构图如图。
网元A作为枢纽点可在支路侧接入各个STM-1或STM-4的链路或环，通过网元A的交叉连接功能，提供支路业务上。
下主干线，以及支路间业务互通。
支路间业务的互通经过网元A的分支/插入，可避免支路间铺设直通路由和设备，也不需要占用主干网上的资源。
图2-11枢纽网
2.3网络整体结构
在传统的组网概念中，提高传输设备利用率是首先考虑的。
为了增加线路的利用率和安全性，在每个节点之间都建立了许多直达通道，致使网络结构非常复杂。
而现代通信的发展，最重要的任务是简化网络结构，建立强大的运行维护管理（OAM）功能，降低传输费用并支持新业务的发展。
我国的SDH传输网网络结构分为一级干线网（省际干线）、二级干线网（省内干线）、中继网和接入网（用户网）4个层面。
一级干线网：
最高层网络，主要用于省会城市及业务量较大的汇接节点城市间的长途通信。
各汇接节点城市装备DXC4/4设备，其间有高速光纤链路STM-64或STM-16组成，从而形成了一个以网孔形结构为主，其他结构为辅的大容量、高可靠性的国家骨干网。
二级干线网：
第二层网络，主要用于省内的长途通信。
汇接节点装备DXC4/4或DXC4/1设备，其间有高速光纤链路STM-16或STM-4组成，形成省内网孔形或环形骨干网结构，辅以少量线形网结构。
中继网：
第三层网络，主要用于长途端局与市局之间以及市话局之间通信。
可以按区域划分为若干个由ADM组成的速率为STM-16或STM-4的自愈环，也可以是路由备用方式的两节点。
这些环具有很高的生存性，又具有业务量疏导功能。
环形网中主要采用复用段保护倒换环方式，但究竟是四纤还是二纤取决于业务量和经济的比较。
接入网：
也可成为用户网，是最底层网络。
由于处于网络的边界处，业务容量要求低，且大部分业务量汇集于一个节点（端局）上，因而通道倒换环和星形网都十分适合于该应用环境，所需设备除ADM外还有光用户环路载波系统（OLC）。
速率等级为STM-1或STM-4，接口可以为STM-1光/电接口、PDH的2Mbit/s、34Mbit/s或140Mbit/s接口、普通电话用户接口、小交换机接口、2B+D或30B+D接口以及城域网接口等。
用户网是SDH网中最庞大、最复杂的部分，它占整个通信网投资50%以上，用户网的光纤是一个逐步渐进的过程。
图2-12我国的SDH传输网网络结构
2.4本地传输网结构
本地传输网是指地区级城市及所辖县城内的城域网是连接地区级城市和其郊区（县）之间的所有传输基础设施构成的网络，主要承担本地各业务网节点间中继电路传输，并按城市地理分布分区汇聚、收敛来自用户接入层面的传输电路。
本地传输网有时也称城域传输网或城域网。
但从严格意义上说，城域网和城域传输网是有区别的。
城域网（MAN）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，它将位于同一城市不同地点的主机、数据库及局域网（LAN）等互相连接起来，是纯粹数据业务的数据网。
而城域网传输网是语音业务为主，包含数据业务且有保护机制的传输网络。
为了简化本地传输网的规划设计，便于集中力量分层分批建设及网络建成的维护管理，更好地适应网络的长期发展需要，本地传输网一般采用分层结构。
根据网络规模大小，本地传输网一般可分为核心层、汇聚层、接入层3层，如下图：
图2-13本地传输网的分层结构
（1）核心层
核心层由传输核心节点组成，是传输网的核心部分。
核心节点主要包括交换局、汇聚局、关口局和数据中心等。
核心层主要负责提供核心节点间的电路以及转接汇聚节点之间的电路，能提供大容量的业务调度能力和多业务传送能力，具有较高的安全性和可靠性。
（2）汇聚层
汇聚层由汇聚节点与核心节点之间的网络组成。
汇聚层节点主要包括业务网内基站控制器（BSC）、基站传输中心节点和数据中心节点等。
汇聚层节点是业务区域内所有接入层网洛的汇聚中心，承担转接和汇聚区内所有业务接入点的电路，能提供较大的业务交叉和汇聚能力，使网络具有良好的可扩展性。
（3）接入层
接入层由多个业务接入点组成。
接入层节点主要包括业务网内的基站收发台（BTS）和数据业务的汇聚节点等，接入层采用多种接入技术承担多种业务的接入和传送，接入层具有建设速度快、可靠性好、成本低和保证业务质量等特性。
规模比较小的本地传输网可以适当减少传输网络层次，可将核心层和汇聚层合为一层即骨干层。
随着数据业务的快速发展，传输网络进一步向端延伸，近期本地传输网还可能有用户引入层。
引入层指从接入层节点到用户端的接入网络，属于接入网范畴。
引入层节点主要包括业务网的用户数据节点、室内分布点和边际站。
第三章传输网组网设备规划
3.1SDH网络的常见网元
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。
3.1.1TM——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，见下图：
图3-1终端复用器模型
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。
请注意它的线路端口输入/输出一路STM—N信号，而支路端口却可以输出/输入多路低速支路信号。
在将低速支路信号复用进STM—N帧（将低速信号复用到线路）上时，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，也就是指复用在1—16个STM—1的任一个位置上。
将支路的2Mb/s信号可复用到一个STM—1中63个VC12的任一个位置上去。
对于华为设备，TM的线路端口（光口）一般以西向端口默认表示的。
图3-2终端复用器功能结构图
3.1.2ADM——分/插复用器
插/分复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使用最多、最重要的一种网元，它是一个三端口的器件，见下图：
图3-3分/插复用器模型
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，例如将东向STM—16中的3#STM—1与西向STM—16中的15#STM—1相连接。
ADM可等效成其它网元，即能完成其它网元的功能，例如：
ADM可等效成两个TM。
图3-4插分复用器功能结构图
3.1.3REG——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，无支路端口。
见下图：
图3-5再生中继器模型
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/w侧发出。
REG与ADM相比仅少了支路端口，所以ADM若本地不上/下话路（支路不上/下信号）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插/分到STM—N中，所以不仅要处理RSOH，而且还要处理MSOH；另外ADM和TM都具有交叉复用能力（有交叉连接功能），因此用ADM来等效REG有点大材小用了。
图3-6再生中继器功能结构图
3.1.4DXC——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，见下图：
图3-7数字交叉连接设备模型
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3-8数字交叉连接设备功能结构图
3.2SDH常见设备介绍
3.2.1ZXMPS385
高阶交叉能力：
40G，即256x256等效VC4；
低阶交叉能力：
5G，即2016x2016TU12；
大容量高低阶调度能力：
设备最大可以支持7个2.5G二纤环。
设备业务槽位丰富，最多支持14个业务槽位，可以同时接入大量PDH、SDH和数据业务。
可提供多达56路ECC的处理能力，完全满足复杂组网的要求,支持STM-1/STM-4/STM-16级别的线形网、环形网、枢纽形网络、环带链、相切环和相交环等复杂网络拓扑。
系统提供了丰富的业务接口：
STM-16，STM-4和STM-1光接口；STM-1、E4、E3/T3、E1电接口；以及10M/100M和1000M以太网接口等；可提供高集成度的业务接口板，满足大容量业务接入的需要。
图3-9ZXMPS385
3.2.2ZXMPS200
高阶交叉能力16×16VC4
低阶能力为1008×1008VC-12。
ZXMPS200具有多业务接入功能，具有传统时分和数据业务接入功能。
系统的空分交叉能力为16×16VC-4，时分交叉能力为1008×1008VC-12。
ZXMPS200提供了丰富的业务和管理接口，提供STM-1/4、E1/T1、FE业务接口，提供网管Qx、LCT终端接口，提供RS232、BITS接口、告警输入输出等管理接口，极大的满足多业务接入和管理、维护的需求。
图3-10
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