尹其畅 光纤通信设计方案(西宝高速).doc

光线通信系统设计 学院：电子与控制工程学院专业：交通信息工程及控制学号：2012132029姓名：尹其畅组员：杨学蒙 史晓燕 房楠西宝高速公路SDH光纤通信系统设计一、 需求分析1.1 工程概况西宝高速公路全长151.97km，根据行政管理区域的不同划分为西安、咸阳、宝鸡三段。西宝高速公路SDH光纤通信数字传输系统将传输四个管理处的通信、收费、监控信息，根据西宝高速公路的通信要求，其收费数据、监控系统中的可变情报板、可变限速标志、车辆检测器数据、收费亭道的监控图像、通信系统中的紧急电话、业务电话、指令电话等综合业务都通过其传输系统传输至通信中心处理。故通信系统的设计合理与否，将直接影响整个系统的性能以及造价。1.2 西宝高速公路SDH传输系统中承载的业务及业务流向1.2.1 语音业务语音业务主要包括业务 电话 (BT )、指令 电话(CT) 等。业务电话和指令 电话提供语音交换和专线电话服务,要求实时性强,其业务的开展一般采用基于电路交换技术实现或基于包交换技术实现。整个专用电话网采用接人网技术,在西安通信分中心设置接人网局端设备,其他无人通信站设置为远端接人模块,负责话音、数据业务的接人。1.2.2 监控和收费数据传输业务监控数据是指监控设备的控制信号,主要指路段管理中心 对外场监控摄象机云 台发 出的控制信号,通常采用的数据接口为RS一232。传输通路分为二级,第一级为监控外 场设备至通信站 的数据传输通路,利用模拟视频光端机提供低速数据通道,第二级为通信站到路段监控 中心数据传输通路,利用接人网的远端接人模块提供的低速数据通道。收费数据传输通路分为三级,第一级为收费车道至收费站,第二级为收费站至路段管理中心,第三级为路段管理中心 至区域中心(即省高速公路收费管理中心,其传输通路不在本设计范围)。收费系统网络通常基于 CT /PPI 技术组网,收费数据被封装到 PI 数据包中,在二层的网络结构组织上,一般采用以太网技术,网络互联采用数字电路专线。1.2.3监控和收费图像传输业务监控系统在高速公路沿线设置一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至路段管理中心,外场监控摄像机的视频信号通过模拟视频光端机传输到相应收费站,然后通过数字光传输系统传送到路段管理中心。收费系统在各收费站广场出口均设置摄像机,各摄像机的图像信号先传到相应的收费站,再传到路段管理 中心。为便于视频图像的上传,减少网络带宽,同时要保证有足够 的图象质量,视频图像采用MPEG一2压缩算法,视频数据的带宽控制在2Mbps。二、SDH传输系统方案设计2.1 SDH系统传输容量的确定根据西宝高速公路对光纤通信传输系统容量需求的统计,其传输话务、数据、图像等业务的主通道2 M/b口的需求量如表1所示,故STM一1等级SDH光纤通信传输系统已完全能满足其业务传输对容量的需求。当今后容量扩大时,可根据实际的情况更换各通信分中心的光群路盘,将整个系统扩STM一4。2.2 光中继段的计算和光源的确定2.2.1 光中继段的计算对基本光中继段的设计可采取三种方案:最坏情况设计法、统计设计法和半统计设计法。根据我国“同步数字系列(SDH)长途光缆传输工程设计暂行规定”,本工程 的光 中继段长度计算选用最坏值设计法计算,即利用衰减受限式（1）和色散受限式(2)计算,取其两者最小值。1）衰减受限光中继段长度计算衰减受限式： (2-1)式中衰减受限光中继段长度（Km）S点（光发射机上光连接器后面的光纤点）发送光平均功率，取-5dBm；接收灵敏度，取-34dBm；光通道代价，取1dB；系数富裕度，取3dB；FC/PC接头损耗，取0.5dB；光纤损耗包括接头损耗，取0.4dBKm；光缆富裕度，取0.1dm/Km。各服务站和服务区所需2Mb/s系统数量业务站点语音业务和低速数据（2Mb/s）收费数据（2Mb/s）收费图像（2Mb/s）外场监控图像（2Mb/s）合计备注西安收费站116614本地西安服务区145咸阳收费站114410杨凌收费站114410宝鸡收费站11552表1业务通道口需求量若采用G.652 工作波长为1310nm单模光纤，则色散的中继长度为：最大色散值；色散系数。由以上计算可知色散和损耗都能满足的最大中继距离为48Km。2.2.2光源的确定根据最坏值设计法计算，采用MLM光源的=16km，=27.4km。其色散和衰耗都能满足的中继传输距离不大于16km，而西宝高速公路各相邻通信分中心的距离都大于16km，故本设计要求系统不采用MLM光源，应采用SLM光源。2.3 网络拓扑接头及系统波爱护配置方案的选择通常采用的网络保护方式有设备保护、不同路由保护、数字交叉连接保护及环形网自愈保护等。在高速公路通信系统 中,常用的两种网络保护方式是线路自动切换保护和自愈环保护。2.3.1线路自动切换保护线路自动切换保护 属于复用段保护。有1+1和1：1两种保护制式,适用于线形的网络结构。其基木工作原理是,当主工作系统发生中断或性能劣化到一定程度后,由系统倒换设备将信号自动转换至备用系统传输。保护切换时间很短,可在50 ms内完成,对所传输业务几乎不产生影响。1）1+1方式SDH信号同时在工作与保护两个复用段上传输。也就是说,在发送端信号永久地连接 (桥接)在工作段和保护段上。在接收端,复用段保护(MPS-Multiple Segment Protection)模块监测从这两个段上接收到的信号状态，选择并接通其中更适合的信号。在1+1保护方式中，由于工作通路是永久的被桥接的，依次不可能提供未经保护的额外业务通路。这种保护方式可靠性高，但成本比较大。2）1:1方式在1:1方式中，正常工作时，无需对工作段进行保护，保护段可以用来传输额外的业务量。MSP模块监测和判定工作段上的信号状态，一旦出现故障，立即通知发送端进行切换，这是保护段上的额外的业务量将随之丢失。在这种方式中，保护段的工作容量可以小于工作段的容量。由于1:1的方式保护通路可用于传送额外业务，因此系统的效率较高。由于高速公路通信系统传输的数据非常重要，特别是随着高速联网收费方式的逐步采用，为提高数据传输的可靠性，因此西宝高速光纤传输系统的自动切换保护方式采用1+1方式。2.3.2自愈环保护自愈网在极短时间内，对其局部所出现的故障无需人为进行干预就能自动选择替代传输路由，重新配置业务，并重新建立通信能力。自愈网不仅能提供光缆切断保护，而且能提供节点设备失效的有效保护，从而进一步提高网络的生存性。自愈环上的节点设备可以是DXC，也可以是ADM，但通常由ADM构成。利用ADM分/插接入和智能，在业务疏导方面可以部分取代DXC功能，从而带来网络应用的灵活性和经济性。目前常用的环形网主要有单回路环形结构，双回路环形结构和隔站连接环形结构。隔站连接环形结构如图1所示。图1 隔站连接环形结构隔站连接环形网是使用 同一根光缆中的两根光纤构成一个环路,仅能对断纤故障进行保护,保护能力较弱。但由于所需设备较少,结构简单,比较适应目前 国内高速公路的发展现状,因此被一些路段上的通信系统所采用。从图1可以看出,在这种结构中,相邻两个站之间的信号传输必须沿环路绕行一周,使得整个链路的负荷大大增加,所以在网络设计时必须有所考虑。通常意义上的环形网要求各通信站在地理位置上要构成一个环路。单回路环结构是采用一根光纤组成链路进行双向传输;双回路环结构是采用两根光纤组成链路进行单 向传输,两根光纤 的传输方向固定且相反。一旦某处光缆被切断,即可切换传输方向,保证通信的正常进行。单回路环网络结构较为简单,所需设备的数量较少,但需要在同一方向上同时进行收发,设备较为复杂;而双回路环网络则相反,其保护能力和业务容量均强于单环网络。选用何种 自愈保护方式需综合考虑各站点的地理位置、网络的容量要求、网络的经济性和可靠性以及设备的实用化程度等 因素,依据实际情况确定。高速公路通信系统的通信站是沿公路线状分布,所以在各路段上采用隔站连接环形网。由于所采用的光纤都是同缆光纤,因此以上两种结构只能对设备故障进行保护而无法保护断缆故障。2.4同步时钟网2.4.1 SDH设备时钟同步工作模式SDH设备时钟同步工作模式有锁定模式、保持模式和自由振荡模式。1 锁定模式设备内部振荡器同步于某一参考源的同步方式 ,它又可分为通过定时、环路定时、线路定时、支路定时、外同步定时等几种。 (1) 通过定时设备时钟从同一方向的 STM一N 线路信号 中提取定时 ,并用作 同一方 向的ST M一N 线路或支路信号输出的定时 。该定时方式适用于分插复用器(A D M )和中继器(R E G ),在线性 网、环 网中应用较多。(2) 环路定时网络中每个发送的STM一N 信号都 由相应的输人 STM一N 信号中提取定时来同步,该定 时方式适用于终端复用器(T M )和 A D M 设备,也适用于不具备外同步接 口配置 ,多见于 星形网中。(3) 线路定时设备时钟 同步于某一特定的STM一N 线路信号 ,并用作所有发送 的 STM一N线路或 支路 信号的定时。该方式适用于 T M 和 A D M 等设备,在线性网和环形网中应用较多。(4) 支路定时设备时钟 同步于某一特定的STM一N 支路信号 ,并用作所有发送的STM一N 线路或 支路信号的定时。该方式适用于 T M 和 A D M 等设备 ,在线性网和环形网中应用较多。(5) 外同步定时设备时钟 同步于外时钟输人信号 ,并用作所有发送的 STM一N 线路或支路信号的定 时。该方式适用于 T M 和 A D M 等设备 ,可应用于任何形式 的网络中。2 保持模式当设备时钟的定时参考源都失效时,设备采用其内部振荡器及其对最后一刻定时参考频率的记忆来产生定时信号的方式 。该方式适用于T M和A D M 等设备 ,可应用于任何形式的网络中。3.自由振荡模式设备 时钟利用其内部振荡器给所有 STM一N线路或支路信号提供定时的模式,它适用于所有设备和网络。2.4.2 SDH 传输网同步方式1.同步方式网元(NE)设备时钟都能最终跟踪到同一个基准时钟,同步方式是正常的工作方式 ,同步性能也最好。2.伪同步方式SDH传输网经过的省会 可能有两个或更多,且省会 LPR 基准钟的标称频率相同,但也仍然存在微小差异 。最明显的例子便是国际链路 ,经过不同国家的链路同步于各 自的基准时钟。伪同步方式是正常的工作方式 ,对其性能也很满意 。 3 准同步方式网元设备时钟同步都失去了基准时钟后,工作于保持模式或 自由振荡模式。但应注意这种准同步方式与 PD H 工作的不完全相同。有时在工程验收前 ,为了验证设备时钟性能 ,让其工作于 自由振荡模式。4.异步方式网元设备时钟精度达不到 ITU一T G.8 1 3 建议的要求 ,且时钟频率偏差大。这时 ,不再维持正常业务,将发送告警指示信号(AIS)。 2.4.3时钟同步系统设计随着 ITU一T 标准化工作 的不断进展和我 国同步网的发展等 ,将会使同步系统更加合理和完善 。同时 ,不同的工程具有各 自的特殊性 ,同步方案也因此而异 ,以下方案仅就一般情况而言 ,具体应用时 ,应灵活配置。1链路结构1) 干线系统鉴于干线系统中继设备较多 ,转接站为终端设备背靠背配置及不采用分插复用设备等特点,经过的 G.813时钟相应较少,因此,时钟同步系统设计方案一般如图 1和图2所示。2) 区间系统鉴于区 间系统中继设备较少 ,大量采用分插复用设备等特点,经过的 G.8 13时钟较多 ,因此,时钟同步系统设计方案一般如图3和图4所示 。3）环状结构就目前而言,环状结构主要是采用ADM自愈环技术。长一长中继自愈环和省内自愈网一般有1个或2个 B I T S 因此 时钟同步系统设计一般如图5和图 6所示。2.5 SDH 网络管理网SDH 管理网( SMN)是电信管理网( TMN) 的一个组成部分,专门负责管理SDH 的网元( N E) ,它可由多个SDH 管理子网( SMS) 组成。这些管理子网由各自独立的嵌入控制通路( ECC) 和有关的站内数据通信链路将SDH NE 连接起来; ECC在NE 之间提供逻辑操作通路,并以数据通信通路( DCC)作物理层,构成可操作的数据通信控制网。这种结合使TMN 信息的传送和响应时间大大缩短,还可将网管功能或修改增补的新版本软件经ECC 下载给 NE, 代理管理应用功能, 从而实现T MN 或SMN 的分布式管理。SDH 网络管理系统位于T MN 的下面三层。其最上层为网络管理层( NCL) ,负责对所辖SDH全网进行监视与控制, 网络管理层应具备 TMN所要求的主要管理应用功能。第二层为网元管理层( EM) , 直接对网络中的设备进行集中监控, 能提供诸如配置管理、 故障管理、 性能管理、 安全管理和计费管理等功能。此外还能提供一些附加管理软件来支持财务、 设备资源和维护分析工作。 其物理实体是传输线路上各个局/站的网元管理设备。第三层为网元层( NE ) ,即 SDH 的网络单元( SNE) , 它本身也具有一些管理功能, 如单个网元的配置修改、 故障、 性能等功能。各层间及其与电信管理网 TMN 的连接采用一系列接口, 它们是Q(含Q 3或Qx )、 F、 f 等接口。SMN 的每一种特定管理应用,都可表征为管理者( M)和代理( A) 之间针对管理目标( MO) 互操作。 管理目标是被管理的SDH 资源的抽象描述,管理者( M)和代理( A )是 MAF 的组成部分,前者发布管理操作命令(如提取告警记录, 设置门限等)、 接收事件报告(如告警, 运行状态等) 和获知操作结果; 后者响应管理者的命令,执行被管理目标的操作并将其结果报告给管理者。 SDH NE、OS/ MD 内至少含有一个代理; SDH NE 可以没有管理者,但OS/ MD 内至少含有一个管理者。 只有包含管理者的实体才有能力管理其他实体, 因此对一个特定的管理目标而言,通过其代