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鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 1 学号： 鹤壁职业技术学院电信系 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目：光传输在接入网中的应用 专 业：电子信息工程技术（3G 方向) 班 级： 10 级电信 2 班 指导教师： xxxx 职称： 工程师 2013 年 5 月 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 2 摘摘 要要 最近几年，SDH 传输体制在全世界范围内广泛的发展，现在，几乎世界上所有 的数字电信传输网络都将采用 SDH 技术。但在几年前，SDH 还是被集中用于主干网上， 在接入网中应用的较少，其原因是在本地环路上使用 SDH 显得过于昂贵。但如今 SDH 应用在接入网中的时机已经成熟，点播电视、多媒体业务和其它宽带业务如雨后春 笋纷纷出现，都为 SDH 应用在接入网中提供了广阔的空间。用户的需求正是 SDH 进 入接入网的可靠保证和市场推动力。 由于光通信技术的进步，接入网已由普通模拟用户环路逐步演变成光接入网 OAN，另一方面，由于 SDH 技术的成熟性和先进性，也使其逐步由长途网到中继网， 最后在接入网上得到广泛应用。在接入网中，为满足组网的灵活性和电路的实时调 配，SDH 技术广泛应用于用户与局端之间，其完善的环保护功能为“最后一公里”提 供安全保障。 在接入网中采用 SDH 传输体制，不仅在接入网可以接受的价格水平上引入了 SDH 传输体制的优越性，如同步复用、标准的光接口和强大的网管能力等，而且有利于 整个传输体制的统一标准，将在整个接入网的长期发展中明显受益。 关键词：环路、复用、光接口、网管能力 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 3 目目 录录 第第 1 1 章章 引言引言5 1.1 课题研究背景 5 1.2 课题研究的意义 5 第第 2 2 章光传输技术概述章光传输技术概述6 2.1 通信系统结构 6 2.2 传输网分层结构 6 2.3 光纤通信发展概述 7 2.4 光网络在通信网中的地位和作用 7 第第 3 3 章章 SDHSDH 光传输光传输9 3.1 SDH 概述 .9 3.2 SDH 帧结构和复用 9 3.2.1SDH 帧结构 .9 3.2.2 复用步骤 .10 3.2.3 一个 E1(2M)信号在 PDH 复用成 SDH 信号举例： 12 3.3 SDH 的组网方式 .15 3.4 SDH 的自愈网保护方式 .17 3.4.1.自愈的概念.17 3.4.2 自愈环的分类 .18 3.4.3 二纤单向通道保护环 .18 3.4.4 二纤单向复用段环 .20 3.5 SDH 的光接口 .22 3.6 定时与同步.22 3.6.1 同步方式 .22 3.6.2 SDH 网络常见的定时方式 24 第第 4 4 章章 接入网接入网25 4.1 接入网的定义 .25 4.2 接入网的特征 .27 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 4 4.3 接入网的结构 .27 4.4 接入网的重要性 .27 4.4.1 业务发展的必然要求.27 4.4.2 降低企业经营成本、提高经济效益的重要环节.28 4.4.3 优化网路结构、深化电信网络运行维护体制改革28 4.4.4 电信市场竞争的需要 .28 第第 5 5 章章 SDHSDH 光传输在接入网中的应用光传输在接入网中的应用 29 5.1 SDH 中接入网的引入 .29 5.2 接入网中 SDH 的应用之开销 .31 5.3 接入网中 SDH 的应用之速率 .32 5.4 接入网中 SDH 的应用之业务处理 .32 5.5 接入网中 SDH 的应用之组网 .34 5.6 接入网中 SDH 的应用之保护 .35 5.7 接入网中 SDH 的应用之网管 .36 第第 6 6 章章 接入网中的接入网中的 SDHSDH 的发展方向的发展方向37 6.1 接入网中有 SDH 是一个发展趋势 .37 6.2 SDH 应用在接入网中要解决的问题 .37 致谢：致谢：39 参考文献参考文献40 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 5 第第 1 1 章章 引言引言 1.11.1 课题研究背景课题研究背景 SDH（Synchronous Digital Hierarchy 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、并统一网管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）。国际电话电报咨询文员会（CCITT）现 （ITU-T）于 1988 年接受了 SONET 概念并重新命名为 SDH，使其成为不仅使用于微 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、实现灵活可靠的网络运行维护，因此当今世界信息领域在技术方面的 发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。 接入网是电信网中一个非常重要的部分，它涉及千家万户，是普及电信服务， 开拓新的电信业务的关键，而且其规模非常巨大，投资几乎是电信总投资的 50%。 我国电信界从 1996 年开始的接入网的全面实验加深了人们对接入网建设的紧迫性 和重要性的认识，各省都在结合自己的网络及实际用户的需要，立足现有需求，面 向未来发展，探索一条建设的道路。 1.21.2 课题研究的意义课题研究的意义 随着光纤传输技术的不断进步和成本不断下降，高速可靠的光纤系统正逐步成 为满足目前窄带业务的理想接入方案。无论是传统的 PDH，还是各种新技术，如无源 光网络 PON，综合数字环路载波 IDLC 和数字同步体系 SDH 等，在接入网中正以光纤 到路边、到大楼或者光纤到户等形式提供各种综合业务接入。各本地网正陆续引入 各种接入网设备，以及提供一个具有竞争力的、灵活安全、既满足现有业务接入， 又方便将来网络升级的新型接入网。 对设备、系统、网络的功能要求及性能的要求而言，SDH 在接入网与在骨干网中 的应用要求不一样，为了给接入网环境提供一个更经济的传输方案，有必要研究 SDH 在接入网中的应用内容。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 6 第第 2 2 章章 光传输技术概述光传输技术概述 2.12.1 通信系统结构通信系统结构 CPN CPN 用户网络用户网络 用户网络用户网络 接入网接入网 接入网接入网交换网交换网 交换网交换网 传输网传输网 （传送网）（传送网） 分配网分配网分配网分配网分支网分支网分支网分支网 核心网核心网 图 21 通信系统结构图 交换设备-网络的节点（node） 传输设备-网络的链路（link） 终端设备-网络的终端 2.22.2 传输网分层结构传输网分层结构 图 22 传输网分层结构示意图 DXC4/4DXC4/4 DXC4/4DXC4/4 DXC4/1 DXC4/1ADM DXC4/1ADM DXC4/1 ADM DXC4/1 ADMADM ADMADM DXC4/1 DXC4/1 ADMADMADMTM ADMADMTMTM STM-16/64 STM-4/16 STM-1/4/16 第1层： 省际干线网 第2层： 省内干线网 第3层： 中继网 第4层： 接入网 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 7 2.32.3 光纤通信发展概述光纤通信发展概述 光纤通信技术是近 40 年来迅速发展起来的新技术，给世界通信技术乃至经济、 国防事业及人民的生活带来了重大的变革，然而社会需求和科学技术的发展有促进 了光纤通信技术的发展。 我国的光纤通信技术的研究始于 70 年代初光纤通信系统的实用化则始于 80 年 代初。综上所述，光纤通信的发展可分为四个阶段： 第一阶段（1880 年-1969 年）光话系统的发明与光通信理论的提出，这时光通 信处于探索初创阶段。 第二阶段（1970 年-1979 年） ，光纤与半导体激光器的研制成功使光纤通信进入 了实用化，1976 年，美国亚特兰大的光纤市话局间中继系统是世界上第一个实用的 光纤通信系统。 第三阶段（1979 年-1989 年） ，光纤技术取得进一步的突破，光纤衰耗率下降到 0.5 dB/km 以下，光纤类型由多模向单模转移，由短波长向长波长转移。数字通信系 统的速率不断提高，光纤连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光 缆线路建设逐渐进入高潮。 第四阶段（1989 年至今）光纤通信系统由 PDH 向 SDH 过渡，光纤通信系统的传 输速率不断提高，1989 年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大 变革，EDFA 的应用解决了长途光纤传输信号的放大问题。随着各种新技术、新器件、 新工艺的深入研究，光纤通信技术将进入光发大、光交叉连接和光交换的全光网时 代。 尤其是 20 世纪 90 年代以来，通信技术的告诉迅猛发展，移动通信、卫星传输 和光纤通信将通信演变为高速、大容量、数字化和综合的多媒体业务。在国际电信 联盟的推动下，光纤通信的一系列标准纷纷制定，有 PDH、SDH、WDM 等。美国 最先提出建立国家信息高速公路的想法，即国家信息基础建设，后续其他国家陆续 制定相关计划，并一起推动全球的信息技术建设计划。 目前光纤通信逐步向用户方向延伸，众所周知的光纤到路边（FTTC） 、光纤到 公寓（FTTA） 、光纤到大楼（FTTB） ，直到光纤到用户（FTTH） 。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 8 2.42.4 光网络在通信网中的地位和作用光网络在通信网中的地位和作用 光传输的地位相当于“高速公路” 。主要体现在以下几点： 第一：传输系统是通信网的重要组成部分，是各通信网元间连接的纽带； 第二：系统性能的好坏直接制约着通信网的发展； 第三：提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，是传输技术发展的不断追 求。 光传输的作用是纽带和桥梁。主要体现在以下几点： 第一：它连接各通信网元，完成各网元间的信息传递； 第二：它是一个承载网，承载各通信网元之间的信息流； 第三：它是一个平台，完成各通信网元之间长/短距离的连接。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 9 第第 3 3 章章 SDHSDH 光传输光传输 3.13.1 SDHSDH 概述概述 SDH 概念的核心是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，是 构成综合业务数字网（ISDN） ，特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部 分那么怎样理解这个概念呢？因为与传统的 PDH 体制不同，按 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。 3.23.2 SDHSDH 帧结构和复用帧结构和复用 3.2.1SDH 帧结构 SDH 帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图 31 给出 SDH 帧一个 STMN 帧有 9 行，每行由 270N 个字节组成。这样每帧共有 9270N 个字节，每字节为 8 bit。帧周期为 125 s，即每秒传输 8000 帧，对于 STM-1 而言，传输速率为 927088000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为：由上 往下逐行发送，每行先左后右。 图 31 帧结构示意图 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 10 SDH 帧大体可分为三个部分： (1) 段开销(SOH)。 段开销是在 SDH 帧中为保证信息正常传输所必需的附加字 节(每字节含 64 kb/s 的容量)，主要用于运行、 维护和管理，如帧定位、误码检测、 公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。对于 STM-1 而言，SOH 共使用 98(第 4 行除外)=72 Byte 相应于 576bit。由于每秒传输 8000 帧，所以 SOH 的容量为 5768000=4.608Mb/s。 根据传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开销(SOH)和复接段开销(LOH)。 前者占前 3 行，后者占 59 行。 (2) 信息载荷(Payload)。信息载荷域是 SDH 帧内用于承载各种业务信息的部分。 对于 STM1 而言，Payload 有 9261=2349 Byte, 相应于 234988000=150.336 Mb/s 的容量。 在 Payload 中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节称为通道 开销(POH)。 (3) 管理单元指针(AU-PTR)。管理单元指针是一种指示符，主要用于指示 Payload 第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。对于 STM1 而言， AU-PTR 有 9 个字节(第 4 行)，相应于 988000=0.576 Mb/s。采用指针技术是 SDH 的创新，结合虚容器(VC)的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频 率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。 3.2.2 复用步骤 各种信号复用映射进 STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用 3 个步骤。 （1）映射 映射是一种在 SDH 网络边界处（例如 SDH/PDH 边界处） ，将支路信号适配进虚容 器的过程。象我们经常使用的将各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）信号 先经过码速调整，分别装入到各自相应的标准容器中，再加上相应的低阶或高阶的 通道开销，形成各自相对应的虚容器的过程。 为了适应各种不同的网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方 法与浮动 VC 和锁定 TU 两种模式。 （2）定位 定位（Alignmem）是把 VC-n放进 TU-n或 AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 11 也作为信息结合进去的过程。通俗讲，定位就是用指针值指示 VC-n的第一个字节在 TU-n或 AU-n帧中的起始位置。 （3）复用 复用（Multiplex）是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个 高阶通道层信号适配进复用段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。 其方法是采用字节间插的方式将 TU 组织进高阶 VC 或将 AU 组织进 STM-N。复用 过程为同步复用，复用的路数参见图 32。如：1STM-1=1AUG=1AU-4=1VC- 4=3TUG-3=21TUG-2=63TU-12=63VC-12 图 32 G.707 复用映射结构 SDH 基本复用单元有：容器、虚容器、支路单元、支路单元组、管理单元、管理 单元组、 （1）信息容器（C） 容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，其基本功能是完成 PDH 信 号与 VC 之间的适配（即码速调整） 。ITU-T 规定了 5 种标准容器，C-11、C-12、C- 2、C-3 和 C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输入速率，即 1.544Mbit/s、2.048Mbit/s、6.312Mbit/s、34.368Mbit/s 和 139.264Mbit/s。 （2）虚容器（VC） 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 12 虚容器是用来支持 SDH 通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出） 和通道开销（POH）组成，即 VCn=Cn+VCnPOH （3）支路单元（TU） 支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，是传 送低阶 VC 的实体，可表示为 TU-n（n=11，12，2，3） 。 TU-n 由低阶 VC-n 和相应的支路单元指针（TU-nPTR）组成，即 TU-n=低阶 VC-n+TU-nPTR （4）支路单元组（TUG） 支路单元组是由一个或多个在高阶 VC 净负荷中占据固定的、确定位置的支路单 元组成。有 TUG-3 和 TUG-2 两种支路单元组。 1TUC-2=3TU-12 1TUG-3=7TUG-2=21TU-12 1VC-4=3TUG-3=63TU-12 (5)管理单元（AU） 管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送 高阶 VC 的实体，可表示为 AU-n（n=3，4） 。它是由一个高阶 VC-n 和一个相应的管理 单元指针（AU-nPTR）组成，AU-n=高阶 VC-n+AU-nPTR。 (6)管理单元组（AUG） 管理单元组是由一个或多个在 STM-N 净负荷中占据固定的、确定位置的管理单 元组成。例如：1AUG=1AU-4。 （7）同步传送模块（STM-N） N 个 AUG 信号按字节间插同步复用后再加上 SOH 就构成了 STM-N 信号 （N=4，16，64，） ，即 NAUG+SOH=STM-N。 3.2.3 一个 E1(2M)信号在 PDH 复用成 SDH 信号举例： 当前运用的最多的复用方式是 2Mbit/s 信号复用进 STM-N 信号，它也是 PDH 信 号复用进 SDH 信号最复杂的一种复用方式。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 13 图 33 映射复用过程 (1)首先，将 2Mbit/s 的 PDH 信号经过速率适配装载到对应的标准容器 C-12 中， 为了便于速率的适配采用了复帧的概念，即将 4 个 C-12 基帧组成一个复帧。C-12 的 基帧帧频是 8000 帧/秒，那么 C-12 复帧的帧频就成了 2000 帧/秒。 (2)从 C12 映射为 VC12 为了在 SDH 网的传输中能实时监测任一个 2Mbit/s 通道信号的性能，需将 C-12 再打包加入相应的通道开销（低阶通道开销） ，使其成为 VC-12 的信息结构，如 图 3 所示。此处 LP-POH（低阶通道开销）是加在每个基帧左上角的缺口上的，一个 复帧有一组低阶通道开销，共 4 个字节：V5、J2、N2、K4。因为 VC 可看成一个独立 的实体，因此我们以后对 2Mbit/s 的业务的调配是以 VC-12 为单位的。 一组通道开销监测的是整个复帧在网络上传输的状态，一个 C12 复帧装载的是 4 帧 PCM30/32 的信号，因此，一组 LP-POH 监控的是 4 帧 PCM30/32 信号的传输状态。 图 34 低阶通道开销结构图 (3)从 VC12 到 TU12 为了使收端能正确定位 VC-12 的帧，在 VC-12 复帧的 4 个缺口上再加上 4 个字 节的 TU-PTR 这时信号的信息结构就变成了 TU-12。TU-PTR 指示复帧中第一个 VC-12 的起点在 TU-12 复帧中的具体位置。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 14 (4)从 TU12 到 TUG2 3 个 TU12 基帧经过字间插复用合成 1 个 TUG2。 注意：3 个 TU12 是指 3 路 2M 信号合成的 3 个 VC12 复帧相同基帧合成的 3 个 TU12。如第 1 路 2M 的第 1 基帧会合成第 1 个 TU12 基帧，同样，第 2、3 路 2M 的第 1 基帧会合成第 2、3 个 TU12 基帧，这 3 个 TU12 基帧经字节间插复用合成第 1 个 TUG2。依此类推。TUG2 是 9 行 12 列。 （5）从 TUG2 到 TUG3 7 个 TUG2 经过字节间插复用合成 TUG3 的信息结构。请注意 7 个 TUG2 合成的信 息结构是 9 行84 列，为满足 TUG3 的信息结构 9 行86 列，则需在 7 个 TUG2 合成 的信息结构前加入两列固定塞入比特。 注意：第 1 组 3 个 2M 信号会合成第 1 个 TUG2，同样，第 27 组的每组 3 个 2M 会合成第 2-7 个 TUG2，这 7 个 TUG-2 经字节间插复用合成 1 个 TUG3。也就是说 21 个 2M 的 PDH 会合成 1 个 TUG3。 （6）从 TUG3 到 VC4 3 个 TUG3 通过字节间插复用方式，将要复合成 C4 信号结构。因为 TUG3 是 9 行 86 列的信息结构，所以 3 个 TUG3 通过字节间插复用方式复合后的信息结构是 9 行 258 列的块状帧结构。 而 C4 是 9 行260 列的块状帧结构。于是在 3TUG3 的合成结构前面加两列塞 入比特，使其成为 C4 的信息结构。 为了能够对 140Mbit/s 的通道信号进行监控，要在 C-4 的块状帧前加一列通道 开销字节（高阶通道开销 VC4-POH） ，信号即成为 VC-4 结构。VC4 是与 140Mbit/s 的 PDH 信号对应的标准的虚容器。 （7）从 VC4 定位到 AU4 在 VC4 的前面加一个管理单元指针（AU-PTR） ，VC4 就成了管理单元 AU4。 （8）从 AU4 复用到 AUG 一个或多个在 STM 帧中占用固定位置的 AU 组成 AUG-管理单元组。对于 155.52Mbit/s 的信号来说，AUG 的速率就是 AU-4 的速率。 （9）从 AUG 到 STM-1 AUG+SOH 就合成了 STM-1 信号。N 个 STM-1 信号通过字节间插复用合成 STM-N。 从 2Mbit/s 复用进 STM-N 信号的复用步骤可以看出 3 个 TU-12 复用成一个 TUG- 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 15 2，7 个 TUG2 复用成一个 TUG-3，3 个 TUG-3 复用进一个 VC-4，一个 VC-4 复用进 1 个 STM-1，也就是说 2Mbit/s 的复用结构是 373 结构。由于复用的方式是字节间 插方式，所以在一个 VC-4 中的 63 个 VC-12 的排列方式不是顺序来排列的。头一个 TU-12 的序号和紧跟其后的 TU-12 的序号相差 21。 图 35 STM-1 速率变换过程 3.33.3 SDHSDH 的组网方式的组网方式 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。 网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图 36 所示。 链形网 此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特 点是较经济，在 SDH 网的早期用得较多，主要用于专网（如铁路网）中。 星形网 此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网 元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特 点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在 特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇 接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网） 。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 16 (a) 链形 (b) 星形 (c) 树形 (d) 环形 (e) 网孔形 TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM ADM DXC/ADM DXC/ADM DXC/ADM DXC/ADM DXC/ADM DXC/ADM 图 36 基本网络拓扑图 树形网 此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保 障和处理能力的潜在瓶颈。 环形网 环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不 对外开放的网络拓扑形式。这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有 很强的生存性，即自愈功能较强。环形网常用于本地网（接入网和用户网） 、局间中 继网。 网孔形网 将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。这种网络拓扑为两网元 节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强，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。 当前用得最多的网络拓扑是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复 杂的网络。本节主要讲述链网的组成和特点和环网的几种主要的自愈形式（自愈环） 的工作机理及特点。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 17 3.43.4 SDHSDH 的自愈网保护方式的自愈网保护方式 传输网上的业务按流向可分为单向业务和双向业务。以环网为例说明单向业务 和双向业务的区别。如图 37 所示。 A B C D 图 37 环形网络 若 A 和 C 之间互通业务，A 到 C 的业务路由假定是 ABC，若此时 C 到 A 的业务路由是 CBA，则业务从 A 到 C 和从 C 到 A 的路由相同，称为一致路由。 若此时 C 到 A 的路由是 CDA，那么业务从 A 到 C 和业务从 C 到 A 的路由 不同，称为分离路由。 我们称一致路由的业务为双向业务，分离路由的业务为单向业务。常见组网的 业务方向和路由如表 38 所示。 表 38 常见组网的业务方向和路由表 组网类型路由业务方向 链形网一致路由双向 环形网双向通道环一致路由双向 双向复用段环一致路由双向 单向通道环分离路由单向 单向复用段环分离路由单向 3.4.1.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 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 18 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。 3.4.2 自愈环的分类 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。 下面讲讲通道保护环和复用段保护环的区别。对于通道保护环，业务的保护是 以通道为基础的，也就是保护的是 STM-N 信号中的某个 VC（某一路 PDH 信号） ， 倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到 简单的 TU-AIS 信号来决定该通道是否应进行倒换。例如在 STM-16 环上，若收端收 到第 4VC4 的第 48 个 TU-12 有 TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。 复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的 质量决定的。倒换是由 K1、K2（b1b5）字节所携带的 APS 协议来启动的，当复 用段出现问题时，环上整个 STM-N 或 1/2STM-N 的业务信号都切换到备用信道上。 复用段保护倒换的条件是 LOF、LOS、MS-AIS、MS-EXC 告警信号。 3.4.3 二纤单向通道保护环 二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，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 39（a）所示。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 19 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 CA AC AC S1 P1 A C D B P1 S1 STM-N 图 39（a）二纤单向通道倒换环 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.39（b） 。 C A CA AC AC S1 P1 A C D B P1 S1 STM-N 图 39（b）二纤单向通道倒换环 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 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 20 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收备环方式。 网元发生了通道保护倒换后，支路板同时监测主环 S1 上业务的状态，当连续一 段时间（华为的设备是 10 分钟左右）未发现 TU-AIS 时，发生切换网元的支路板将 选收切回到收主环业务，恢复成正常时的默认状态。 二纤单向通道 保护倒换环由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际 上是 11 保护。倒换速度快（华为公司设备倒换速度15ms） ，业务流向简捷明了， 便于配置维护。缺点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。为什么？举个例子，当网元 A 和网 元 D 之间有一业务占用 X 时隙，由于业务是单向业务，那么 AD 的业务占用主环的 AD 光缆段的 X 时隙（占用备环的 AB、BC、CD 光缆段的 X 时隙） ；DA 的业 务占用主环的 DC、CB、BA 的 X 时隙（备环的 DA 光缆段的 X 时隙） 。也就是 说 AD 间占 X 时隙的业务会将环上全部光缆的（主环、备环）X 时隙占用，其它业 务将不能再使用该时隙（没有时隙重复利用功能）了。这样，当 AD 之间的业务为 STM-N 时，其它网元将不能再互通业务了即环上无法再增加业务了，因为环上整 个 STM-N 的时隙资源都已被占用，所以单向通道保护环的最大业务容量是 STM-N。 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。 3.4.4 二纤单向复用段环 前面讲过复用段环保护的业务单位是复用段级别的业务，需通过 STM-N 信号中 K1、K2 字节承载的 APS 协议来控制倒换的完成。由于倒换要通过运行 APS 协议，所 以倒换速度不如通道保护环快，华为 SDH 设备的复用段倒换速度是25ms。 下面我们讲一讲单向复用段保护倒换环的自愈机理，如图 310（a）所示。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 21 CA CA AC AC S1 P1 A C D B P1 S1 (b) CA CA AC AC S1 P1 A C D B P1 S1 (a) STM-N 图 310 二纤单向复用段倒换环 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 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 5-6 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，如图.310（b）所示。 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 5-4-2。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 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 22 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 率比二纤单向通道环慢，所以优势不明显，在组网时应用不多。 3.53.5 SDHSDH 的光接口的光接口 光接口是同步光缆数字线路系统最具特色的部分，由于它实现了标准化，使得 不同网元可以经光路直接相连，节约了不必要的光/电转换，避免了信号因此而带来 的损伤（例如脉冲变形等） ，节约了网络运行成本。 按照应用场合的不同，可将光接口分为三类：局内通信光接口、短距离局间通 信光接口和长距离局间通信光接口。不同的应用场合用不同的代码表示，见表.3- 11。 表 3-11 光接口代码一览表 应用场合局内短距离局间长距离局间 工作波长(nm)13101310 15501310 1550 光纤类型G.652G.652 G.652G.652 G.652 G.653 传输距离(km) 2 1540 60 STM-1 I1S1.1 S1.2L1.1 L1.2 L1.3 STM-4 I4S4.1 S4.2L4.1 L4.2 L4.3 STM-16 I16S16.1 S16.2L16.1 L16.2 L16.3 代码的第一位字母表示应用场合：I 表示局内通信；S 表示短距离局间通信；L 表示长距离局间通信。字母横杠后的第一位表示 STM 的速率等级：例如 1 表示 STM-1；16 表示 STM-16。第二个数字（小数点后的第一个数字）表示工作的波长窗 口和所有光纤类型：1 和空白表示工作窗口为 1310nm，所用光纤为 G.652 光纤；2 表示工作窗口为 1550 nm，所用光纤为 G.652 或 G.654 光纤；3 表示工作窗口为 1550nm，所用光纤为 G.653 光纤。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 23 3.63.6 定时与同步定时与同步 3.6.1 同步方式 解决数字网同步有两种方法：伪同步和主从同步。伪同步是指数字交换网中各 数字交换局在时钟上相互独立，毫无关联，而各数字交换局的时钟都具有极高的精 度和稳定度，一般用铯原子钟。由于时钟精度高，网内各局的时钟虽不完全相同 （频率和相位） ，但误差很小，接近同步，于是称之为伪同步。主从同步指网内设一 时钟主局，配有高精度时钟，网内各局均受控于该全局（即跟踪主局时钟，以主局 时钟为定时基准） ，并且逐级下控，直到网络中的末端网元终端局。 一般伪同步方式用于国际数字网中，也就是一个国家与另一个国家的数字网之 间采取这样的同步方式，例如中国和美国的国际局均各有一个铯时钟，二者采用伪 同步方式。主从同步方式一般用于一个国家、地区内部的数字网，它的特点是国家 或地区只有一个主局时钟，网上其它网元均以此主局时钟为基准来进行本网元的定 时，主从同步和伪同步的原理如图 312 所示。 MS MS MS MSMS MSMS MSMSMSMS MSMSMSMS - 图 312 伪同步和主从同步原理图 为了增加主从定时系统的可靠性，可在网内设一个副时钟，采用等级主从控制 方式。两个时钟均采用铯时钟，在正常时主时钟起网络定时基准作用，副时钟亦以 主时钟的时钟为基准。当主时钟发生故障时，改由副时钟给网络提供定时基准，当 主时钟恢复后，再切换回由主时钟提供网络基准定时。 我国采用的同步方式是等级主从同步方式，其中主时钟在北京，副时钟在武汉。 在采用主从同步时，上一级网元的定时信号通过一定的路由同步链路或附在线 路信号上从线路传输到下一级网元。该级网元提取此时钟信号，通过本身的锁相振 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 24 荡器跟踪锁定此时钟，并产生以此时钟为基准的本网元所用的本地时钟信号，同时 通过同步链路或通过传输线路（即将时钟信息附在线路信号中传输）向下级网元传 输，供其跟踪、锁定。若本站收不到从上一级网元传来的基准时钟，那么本网元通 过本身的内置锁相振荡器提供本网元使用的本地时钟并向下一级网元传送时钟信号。 3.6.2 SDH 网络常见的定时方式 1.时钟源的种类 外部时钟源由 SETPI 功能块提供输入接口。 线路时钟源由 SPI 功能块从 STM-N 线路信号中提取。 支路时钟源由 PPI 功能块从 PDH 支路信号中提取，不过该时钟一般不用， 因为 SDH/PDH 网边界处的指针调整会影响时钟质量。 设备内置时钟源由 SETS 功能块提供。 同时，SDH 网元通过 SETPI 功能块向外提供时钟源输出接口。 2. 定时方式 SDH 网络是整个数字网的一部分，它的定时基准应是这个数字网的统一的定时基 准。通常，某一地区的 SDH 网络以该地区高级别局的转接时钟为基准定时源，这个 基准时钟可能是该局跟踪的网络主时钟、GPS 提供的地区时钟基准（LPR）或干脆是 本局的内置时钟源提供的时钟（保持模式或自由运行模式） 。那么这个 SDH 网是怎样 跟踪这个基准时钟保持网络同步呢？首先，在该 SDH 网中要有一个 SDH 网元时钟主 站，这里所谓的时钟主站是指该 SDH 网络中的时钟主站，网上其它网元的时钟以此 网元时钟为基准，也就是说其它网元跟踪该主站网元的时钟，那么这个主站的时钟 是何处而来？因为 SDH 网是数字网的一部分，网上同步时钟应为该地区的时钟基准 时，该 SDH 网上的主站一般设在本地区时钟级别较高的局，SDH 主站所用的时钟就是 该转接局时钟。我们在讲设备逻辑组成时，讲过设备有 SETPI 功能块，该功能块的 作用就是提供设备时钟的输入/输出口。主站 SDH 网元的 SETS 功能块通过该时钟输 入口提取转接局时钟，以此作为本站和 SDH 网络的定时基准。若局时钟不从 SETPI 功能块提供的时钟输入口输入 SDH 主站网元，那么此 SDH 网元可从本局上/下的 PDH 业务中提取时钟信息（依靠 PPI 功能块的功能）作为本 SDH 网络的定时基准。 此 SDH 网上其它 SDH 网元是如何跟踪这个主站 SDH 网时钟呢？可通过两种方法， 一是通过 SETPI 提供的时钟输出口将本网元时钟输出给其它 SDH 网元。因为 SETPI 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 25 提供的接口是 PDH 接口，一般不采用这种方式（指针调整事件较多） 。最常用的方法 是将本 SDH 主站的时钟放于 SDH 网上传输的 STM-N 信号中，其它 SDH 网元通过设备 的 SPI 功能块来提取 STM-N 信号中的时钟信息，并进行跟踪锁定，这与主从同步方 式相一致。下面以几个典型的例子来说明此种时钟跟踪方式，见图 313。 ABCD TMADMADMADM w w wwee STM-N 图 313 网络图 上图是一个链网的拓扑，B 站为此 SDH 网的时钟主站，B 网元的外时钟（局时钟） 作为本站和此 SDH 网的定时基准。在 B 网元将业务复用进 STM-N 帧时，时钟信息也 就自然而然的附在 STM-N 信号上了。这时，A 网元的定时时钟可从线路 w 侧端口的接 收信号 STM-N 中提取（通过 SPI） ，以此作为本网元的本地时钟。同理，网元 C 可从 西向线路端口的接收信号提取 B 网元的时钟信息，以此作为本网元的本地时钟，同 时将时钟信息附在 STM-N 信号上往下级网元传输；D 网元通过从西向线路端口的接收 信号 STM-N 中提取的时钟信息完成与主站网元 B 的同步。这样就通过一级一级的主 从同步方式，实现了此 SDH 网的所有网元的同步。 当从站网元 A、C、D 丢失从上级网元来的时钟基准后，进入保持工作模式，经 过一段时间后进入自由运行模式，此时网络上网元的时钟性能劣化。 鹤壁职业技术学院毕业论文（设计） 26 第第 4 4 章章 接入网接入网 4.14.1 接入网的定义接入网的定义 所谓接入网是指 骨干网络到用户终端之间的所有设备。其 长度一般为几百 米到几公里，因而被形象地称为 “最后一公里 “。由于骨干网一般采用光纤结构， 传输速度快，因此，接入网