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1、 通信系2013届毕业设计论文 题 目：SDH技术在光网络中的应用 专 业： 通信技术 班 级： 通信1035(宽带) 学生姓名： 导师姓名： 起止时间： 2013年 1 月 2013 年 5 月 通信系2010级毕业设计（论文）任务书论文题目SDH技术在光网络的应用指导教师电 话Email办公室通信技术教研室时间要求论文初稿电子版上交指导教师邮箱，时间截止：2013年4月1日；论文终稿纸质版上交指导教师本人，时间截止：2013年5月15日。要求：1、介绍SDH技术的基本概况；2、说明SDH网络的结构和技术应用情况；3、说明SDH的自愈和同步方式。*论文字数不少于8000字！参考资料： 毕业设
2、计的封面、任务书、成绩评定表以及格式要求等相关资料，须在陕邮职院通信系网站进行下载，格式必须按照要求书写、打印、装订，如不符合要求的将按不合格处理；在毕业设计中严禁出现相互抄袭、雷同的情况，如有发现，将按照零分处理。陕邮职院通信系2013届毕业设计论文成绩评定表学生姓名性别系别通 信 系专业通信技术课题名称SDH技术在光网络的应用班级通信1035起止时间 2013年1月 2013 年5 月 指导教师课题任务完成情况论文 12,591 (千字)； 图纸 24 (张)；其它(含附件)：表 2 (张)，流程图 16 (张)指导教师意见评阅成绩： 评阅/指导教师(签字)： 年 月 日学生实得成绩(百分
3、制)评 阅 成 绩 评 定 级 别 （级别为“优秀”、“合格”、“不合格”三档）目 录摘要 21. SDH概述 31.1 SDH产生的背景 3 1.2 SDH的特点 31.3 SDH的主要设备 32. SDH的工作原理 5 2.1 STM-N的帧结构 52.2 SDH的映射和复用 53. SDH的网络结构 63.1 SDH网络的拓扑结构 63.2 SDH网络的分层和分割 7 3.3 我国的SDH传送网络结构 84. SDH自愈环 9 4.1 自愈的概念 9 4.2 自愈环的类型和理 95. SDH网同步 165.1 同步的概念165.2 数字时钟网同步方式16 5.3 SDH网同步方式 166
4、. SDH网络的应用介绍 19 6.1 SDH微波通信 19 6.2 IP over SDH 19致谢 20参考文献 21 摘 要 光纤通信的发展导致了同步数字体系（SDH）的形成。SDH网在网络的带宽、灵活性、可靠性、以及带宽与资源的可管理性等方面，比传统的PDH网有了很大的提高。以SDH为基础的传送网在几年以前已成为我国以及国际上通信网建设的主导方向。它不仅将成为未来宽带网的传送平台，而且将是今后全光网络的基本技术。本文系统介绍了SDH的基本概况，SDH的工作原理，主要包括基本的网络拓扑结构特点以及我国SDH网络的结构，还有SDH的自愈网、同步方式以及在微波通信级IP业务中的应用。 关键字
5、：SDH 拓扑结构 自愈 同步 应用1. SDH概述1.1 SDH产生的背景 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(1.5442.048Mbps)、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
6、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，在接入网中应用可以将SDH技术在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的特点 同步数字系列（SDH）是一种将复接、线路传
7、输及交换功能融为一体，并由同一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH实际上是网络节点接口的一个统一规范，这个规范中首先统一的就是接口速率等级和帧结构安排。 SDH之所以能够快速发展这是与它自身的特点是分不开的，与传统的PDH相比较，SDH具有如下明显的特点：(1)灵活的分插功能；(2)强大的网络管理能力；(3)强大的自愈能力；(4)SDH有标准的光接口规范；(5)SDH具有兼容性。总结起来，SDH核心特点是：同步复用、标准光接口、强大的网络管理能力。1.3 SDH的主要设备SDH统一了设备类型和设备功能，使网络构成更加规范。SDH设备（网元）类型有四种即：终端复用器(TM) 、分插复用器(AD
8、M)、再生中继器(REG)和数字交叉连接器(DXC)。 (1)终端复用器(TM)：用于将各种低速信号复用映射入线路信号STM-N或作相反处理，如图1-1所示。 TM STM-N 线路信号 . 支路信号 图1-1 TM网元示意图 (2)分插复用器(ADM)：直接在STM-N中分出或插入低速信号，如图1-2所示。 ADM STM-N STM-N 线路信号 线路信号 . 支路信号 图1-2 ADM网元示意图 (3)再生中继器(REG)：实现对STM-N信号的放大、再生，以便延长通信距离，如图1-3所示。 REG STM-N STM-N 线路信号 线路信号 图1-3 REG网元示意图 (4)数字交叉连
9、接器(DXC)：实现不同端口、不同速率信号的交叉连接，如图1-4所示。 DXC STM-N STM-N ： ： 线路信号 . 线路信号 支路信号 图1.4 DXC网元示意图2. SDH的工作原理 2.1 STM-N的帧结构 STM-N 帧结构由9行270N列（字节）组成，每字节8比特，每个字节速率为64kbit/s。一帧的周期为125s,帧频为8kHz（每秒8000帧）。STM-1（N=1)是SDH最基本的结构。每帧周期为125s，含19440（92708）bit，传输速率为194408000=155520kbit/s。因为STM-N是由N个STM-1 经字节间插同步复接而成的，所以其传输速率
10、为STM-1的N倍。SDH帧由净负荷、管理单元指针、段开销3部分组成，如图1-5所示 。 261N9N 传送方向9行 净负荷（内含少量通道开销比特） 段开销（MSOH）管理单元指针 段开销（RSOH） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 125s 图2-1 STM-N帧结构 2.2 SDH的映射和复用 映射是指一种速率变化、适配，源于数学中的集合论。在SDH中，映射是指将PDH信号比特经过一定的对应关系放置到SDH容器中的确切位置上去。 复用是指记录信号逐字节间插或逐比特间插合为一路信号的过程。在SDH中基本采用逐字节复用。 映射和复用过程：将PDH信号和各种新业务装入SDH信号空间，并构成S
11、DH帧的过程。SDH的基本服用单元包括标准容器（C）、虚容器（VC）、支路单元（TU）、支路单元组（TUG）、管理单元（AU）、和管理单元组（AUG）。 （1）影射是将各种速率的G.703支路信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，然后再装入虚容器的过程。 （2）定位是一种以附加于VC上的支路单元指针和确定低阶VC帧的起点在TU净负荷中位置，或管理单元指针指示和确定高阶VC帧的起点在AU净负荷中的位置的过程。 （3）复用是一种把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。3 SDH的网络结构3.1 SDH网络的拓扑结构 网络拓扑是指网路节点与传输线路组成的几何排布。SDH网络的基本拓扑
12、结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。 （1）链形网TMREGTMADM 图3-1 SDH链形网 这种网络拓扑结构的特点是：简单经济，一次性投入少，容量大;通常采用线路保护方式，多应用于SDH初期建设的网络结构中,如专网（铁路网）或SDH长途干线网。 （2）星形网DXCTMTMTM 图3-2 SDH星形网 这种网络拓扑结构简单可将多个光纤终端同一合成一个终端，从而利用分配带宽来节约成本；但存在枢纽节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。枢纽节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于业务集中的本地网（接入网和用户网）。 （3）树形网TMREGTMADMADMTMDXCADMDXCTMDXC 图
13、3-3 SDH树形网 这种网络拓扑适应于广播业务而不利于提供双向通信业务，同时也存在枢纽节点可靠性不高和光功率预算等问题。 （4）环形网图3-4 SDH环形网TMADMADMDXCADM 环形网是当前使用最多的网络拓扑形式，其结构简单且有较强的自愈功能，网络生存和可靠性高是组成现代大容量光纤通信网络的主要结构形式，常用于本地网（接入 网和用户网）、局间中继网。 （5）网孔形网DXCDXC DXCDXC 图3-5 SDH网孔形网 这种网络的可靠性更强，但由于DXC设备价格昂贵，会导致投资成本增大且结构复杂。因此一般在业务量大且密度相对集中的节点使用DXC，网孔形网主要用于国家一级干线网。网络的拓
14、扑结构与网络的有效性、可靠性和经济性密切相关，因此组网时应根据通信容量和地理条件选用合适的物理拓扑结构。3.2 SDH网络的分层和分割 网络分割：从地理上将网络细分为国际网、国内网、地区网、本地网和接入网。网络分层：从垂直方向将网络氛围电路层、通道层和传输层。网络分层与分割是相互垂直的关系。网络分层十分适合于以业务为基础的现代网络的发展，使传输网成为一个独立于业务和应用的动态灵活、高度可靠性以及成本低的基础网络，专职于信息比特流的传送，而与业务形式和种类无关。同PDH相比，SDH具有更大的优越性，且这种优越性只有在组成SDH网时才能完全发挥出来。SDH传送网分层模型如图3-6所示，其中电路层是
15、面向业务的，严格意义上不属于传送层网络。传送网分层，即通道层和传输媒质层网络。电路层网络面向公用交换业务，并向用户直接提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务和租用线路业务。通道层支持一个或多个电路交换业务，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的通道（即电路群）。传输介质层网络与传输介质有关，它支持一个或多个通道层网络，它为通道层网络节点（如DXC）间提供合适的通道容量。 图3-6 SDH传送网分层模型3.3 我国SDH传送网的结构根据传送网的分层、分割模型，我国的SDH网络结构分为4 级。第一级为省际干线网：主要用于省会、城市间的长途通信，由于其间业务量较大，因而一般在各城市的汇接节点之间
16、采用STM-64、STM-16高速光链路，而在各汇接节点城市装备DXC设备，例如DXC4/4，从而形成一个以网孔形结构为主，其它结构为辅的大容量、高可靠性的骨干网。由于使用了DXC4/4设备，这样可以直接通过DXC4/4中的PDH体系140Mbit/s接口，将原有的140Mbit/s和565Mbit/s系统纳入到长途一级干线之中。 第二级为省内干线网：主要用于省内的长途通信。考虑其具体业务量的需求，通常采用网孔形或环形骨干网结构，有时也辅以少量线形网络，因而在主要城市装备DXC设备，其间用STM-4或STM-16高速光纤链路相连接，形成省内SDH网络结构。同样由于在其中的汇接点采用DXC4/4
17、或DXC4/1设备，因而通过DXC4/1上的2Mbit/s、34Mbit/s和140Mbit/s接口，从而使原有的PDH系统也能纳入二级干线进行统一管理。 第三级为中继网:主要由用于长途端局与市话之间以及市话局之间通信的中继网构成。根据区域划分法，可分为若干个由ADM组成的STM-4或STM-16高速环路，也可以是用路由备用方式组成的两节点环，而这些环是通过DXC4/1设备来沟通，既具有很高的可靠性，又具有业务量的疏导功能。第四级为接入网：是网络的最低层面，既称为用户网，也可称为接入网。由于业务量较低，而且大部分业务量汇聚于一个节点（交换局）上，因而可以采用环形网络结构，也可以采用星形网络结构
18、，其中是以高速光纤线路作为主干链路来实现光纤用户环路系统（OLC）的互通，或者经由ADM或TM来实现与中继网的互通。速率为STM-1或STM-4，接口可以为STM-1光/电接口、PDH体系的2Mbit/s、34Mbit/s和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。 4 SDH自愈环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
19、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。4.2 自愈环
20、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。表：常见的自愈环结构常见的自愈环结构复用段倒换环通道倒换环 双向环单向环单向环双向环二纤环四纤环二纤环二纤环二纤环4.3 常见的保护环介绍 （1）二纤单向通道保护环 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。 二纤通道保护环由两根光纤组成
21、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4-1中(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
22、业务）。在网元C支路板“选收”主环S1上的AC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。 CA AC P SBD (a)S P CA AC CA AC 倒换 P SBD (b)S P CA AC 图4-1 二纤单向通道保护环当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4-1中(b)所示。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BC间光缆断，所以光纤P1上的
23、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BC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CA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CA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
24、收备环方式。 二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收，故通道业务的保护实际上是11保护。倒换速度快，业务流向简捷明了，便于配置维护。但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。 （2）二纤单向复用段保护环二纤单向复用段保护倒换环的自愈机理，如图4-2所示。 图4-2 二纤单向复用段保护环若环上网元A与网元C互通业务，构成环的两根光纤S1、P1分别称之为主纤和备纤，上面传送的业务不是11的业务而是11的业务主环S1上传主用业务，备环P1上传备用业务；因此复用段保护环上业务的保护方式为11保护，有别于通道保护环。 在环路正常时，网元A
25、往主纤S1上发送到网元C的主用业务，往备纤P1上发送到网元C的备用业务，网元C从主纤上选收主纤S1上来的网元A发来的主用业务，从备纤P1上收网元A发来的备用业务（额外业务），图4-2（a）中只画出了收主用业务的情况。网元C到网元A业务的互通与此类似。 在CB光缆段间的光纤都被切断时，在故障端点的两网元C、B产生一个环回功能，见图4-2（b）。网元A到网元C的主用业务先由网元A发到S1光纤上，到故障端点站B处环回到P1光纤上，这时P1光纤上的额外业务被清掉，改传网元A到网元C的主用业务，经A、D网元穿通，由P1光纤传到网元C，由于网元C只从主纤S1上提取主用 业务，所以这时P1光纤上的网元A到网
26、元C的主用业务在C点处（故障端点站）环回到S1光纤上，网元C从S1光纤上下载网元A到网元C的主用业务。网元C到网元A的主用业务因为CDA的主用业务路由业中断，所以C到A的主用业务的传输与正常时无异只不过备用业务此时被清除。 通过这种方式，故障段的业务被恢复，完成业务自愈功能。 二纤单向复用段环的最大业务容量的推算方法与二纤单向通道环类似，只不过是环上的业务是11保护的，在正常时备环P1上可传额外业务，因此二纤单向复用段保护环的最大业务容量在正常时为2STM-N（包括了额外业务），发生保护倒换时为1STM-N。 二纤单向复用段保护环由于业务容量与二纤单向通道保护环相差不大，倒换速率比二纤单向通道
27、环慢，所以优势不明显，在组网时应用不多。 （3）四纤双向复用段保护环前两种自愈方式，网上业务的容量与网元节点数无关，随着环上网元的增多，平均每个网元可上/下的最大业务随之减少，网络信道利用率不高。例如二纤单向通道环为STM-16系统时，若环上有16个网元节点，平均每个2500节点最大上/下业务只有一个STM-1，这对资源是很大的浪费。为克服这种情况，出现了四纤双向复用段保护环这种自愈方式，这种自愈方式环上业务量随着网元节点数的增加而增加，如图4-3所示。 图4-3 四纤双向复用段保护环 四纤环肯定是由4根光纤组成，这4根光纤分别为S1、P1、S2、P2。其中，S1、S为主纤传送主用业务；P1、
28、P2为备纤传送备用业务；也就是说P1、P2光纤分别用来在主纤故障时保护S1、S2上的主用业务。请注意S1、P1、S2、P2光纤的业务流向，S1与S2光纤业务流向相反（一致路由，双向环），S1、P1和S2、P2两对光纤上业务流向也相反，从图4-3(a)可看出S1和P2，S2和P1光纤上业务流向相同（这是以后讲双纤双向复用段环的基础，双纤双向复用段保护环就是因为S1和P2，S2和P1光纤上业务流向相同，才得以将四纤环转化为二纤环）。另外，要注意的是，四纤环上每个网元节点的配置要求是双ADM系统，因为一个ADM只有东/西两个线路端口（一对收发光纤称之为一个线路端口），而四纤环上的网元节点是东/西向各有两个线路端口，所以要配置成双ADM系统
