光纤通信技术-浅谈SDH与WDM网络的联系与区别.doc

课程：光纤通信技术 项目：浅谈 sdh 与 wdm 网络的联系与区别 学期：20112012 第二学期 学院：电子信息与自动化学院 专业： 电子信息工程 班级： 姓名： 学号： 10907990210 指导教师： 1 目目 录录 一、摘要2 二、sdh 和 wdm 的基本概况.2 2.1、sdh 基本概况2 2.1.1 、 sdh 网元类型2 、 终端复用器 tm2 、分插复用器 adm4 、再生中继器.5 、 数字交叉连接设备 dxc.5 2.1.2、 sdh 网络的物理拓扑6 、 线形.6 、星形（枢纽形）6 . 树形6 . 环形7 . 网孔形7 2.1.3 sdh 网络保护7 、路径保护8 、线路保护8 、n 线路保护10 . 二纤单向复用段保护环.10 2.2 wdm 技术.11 2.2.1. 空分复用 sdm（space division multiplexer）.11 2.2.2 时分复用 tdm（time division multiplexer）.12 2.2.3. 波分复用 wdm（wavelength division multiplexing）.12 三、sdh 与 wdm 联系与区别13 四、sdh 与 wdm 在通信工程中的主要应用14 参考文献15 2 一、摘要：一、摘要： 作为一种新兴的现代通信技术，现代光纤通信有着其他通信材料难以比拟的 优势，sdh 与 wdh 就是这个领域运用较为广泛的两种技术体系。本文通过介绍 sdh 与 wdm 的定义、特点、最新技术及其发展方向，对 sdh 与 wdm 进行了初步的 探究，进而从这两类新技术在本地骨干传输网络、长途干线传输网络、宽带城域 网以及宽带接入网等不同通信环境中的应用进行了研究。 关键词：sdh 和 wdm；通信工程，光纤通信技术 近年以来，随着我国经济的持续较快地发展，科学技术也得到长足的进 步，通信工程技术的发展日新月异。不论是在居民日常的生活，工作中，还是在 突发自然灾害的情况下，现代通信技术得到越来越普遍的应用，所起的作用也越 来越大，尤其是其在突发事件中通信方面的应用，由此可见，我们一定要加快光 纤通信技术的发展与创新。 二、二、sdhsdh 和和 wdmwdm 的基本概况的基本概况 以往我们采用的传统的传输网络体系是是准同步的数字体系，即 pdh， 但是随着信息社会对信息通信的要求越来越高，这个体系已经难以满足现代通信 网络的信息传输要求，在这种背景下，一方面同步的数字体系，即 sdh 逐步得到 开发和广泛的运用；另一方面随着光缆在我们的现代通信中大量得到应用，大容 量通信的情况也越来越多，波分复用，即 wdm 在实践中得到广泛的运用。 2.12.1、sdhsdh 基本概况基本概况 .1 、 sdhsdh 网元类型网元类型 光同步数字传输网是由 sdh 网元设备和光缆线路系统两部分组成。网元设备 完成对信息的同步传输、复用和交叉连接，分为终端复用器（tm） 、分插复用器 （adm） 、再生中继器（reg）和数字交叉连接设备（dxc） 。 、 终端复用器终端复用器 tmtm 下面以 stm-1 信号等级为例，说明终端复用器（tm）的功能和特点。 终端复 3 用器的功能如图 1-1 所示。 图 1-1 终端复用器的功能 终端复用器的主要任务是将 pdh 各低速支路信号，如 1.5mbit/s、2mbit/s、34mbit/s、45mbit/s、140mbit/s 和 sdh 的 155mbit/s 电 信号，纳入 stm-1 帧结构中并经电（光）转换为 stm-1 光线路信号，同时终端复 用器也完成上述过程的逆过程。 终端复用器主要用在点到点的网元设备上和链形网的两个端点，如图 1-2 和 图 1-3 所示。当然，终端复用器也经常应用在星形、树形、环带链的场合，作为 sdh 传输网络的端点。 图 1-2 点到点的应用 图 1-3 简单的链形网应用 另外，在实际应用中，tm 也经常出现在下列环带链的应用中，如图 1-4 所示。 图 1-4 环带链网中的应用 4 、分插复用器、分插复用器 admadm 分插复用器是网络中应用最为广泛的网元形式，这主要是因为它将同步复用 和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活地分插任意支路信号的能力。以 stm- 4 信号等级为例，说明分插复用器（adm）的功能和特点，分插复用器的功能如图 1-5 所示。 图 1-5 stm-1 分插复用器的功能 adm 除了完成与 tm 一样的信号复用和解复用功能外，最主要是还能完成两侧 线路信号间，以及线路信号与支路信号间的交叉连接。如接入的 2mbit/s 系列支 路信号和 1.5mbit/s 系列支路信号可以分别复用并连接到东向、西向的 stm-4 信 号中。另外，东向和西向的 stm-4 信号也可以互连。 分插复用器在链形网、环形网和枢纽形网中应用十分广泛，如图 1-6、图 1- 7 和图 1-8 所示。 图 1-6 链形网中的应用 5 图 1-7 环形网中的应用 图 1-8 枢纽形网中的应用 、再生中继器、再生中继器 regreg 再生中继器的功能主要是完成信号的再生、放大与中继传输功能，与 tm、adm 相比，它在站点上没有上、下业务的功能，主要用于各种类型网络的中 长距离信号再生。再生中继器的功能图如图 1-9 所示。 图 1-9 再生中继器功能图 、 数字交叉连接设备数字交叉连接设备 dxcdxc 数字交叉连接设备（dxc）是 sdh 网络的重要网络单元，兼有复用、配线、 保护/恢复、监控和网管多项功能，dxc 的核心是交叉连接。以上给出了网元设备 的各种工作类型，不同类型的网元设备的选用是根据网元在网络中的位置、上下 业务的特点以及管理上的方便等因素决定。 6 2.1.2、 sdh 网络的物理拓扑网络的物理拓扑 网络的物理拓扑结构即网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实 际连接抽象为物理上的连接。如果通信是从一点到另一点进行传输，这就是点到 点拓扑结构，常规 pdh 系统和早期 pdh 系统即基于这种物理拓扑结构。除此之外， 还有五种基本类型的物理拓扑结构，如图 2-10 所示。 图 2-10 基本物理拓扑结构模型 、 线形线形 将通信网络中的所有点一一串联，而使首尾两点开放，这就形成了线形拓扑 结构，有时也称为链形拓扑结构。这种拓扑结构的特点是其间所有点都应具有完 成连接的功能。这也是 sdh 早期应用的比较经济的网络拓扑结构。 、星形（枢纽形）、星形（枢纽形） 这一种拓扑结构即是通信中某一特殊点与其他各点直接相连，而其他各点间 不能直接相连接，即星形拓扑结构。在这种拓扑结构中，特殊点之外的两点通信 一般应通过特殊点进行。这种网络拓扑结构形成的优点是可以将多个光纤终端统 7 一成一个终端，并利用分配带宽来节约成本。但也存在着特殊点的安全保障问题 和潜在瓶颈问题。 .. 树形树形 所谓树形拓扑结构可以看成是线形拓扑结构和星形拓扑结构的结合。即将通 信的末端点连接到几个特殊点。这种拓扑结构可用于广播式业务，但它不利于提 供双向通信业务，同时还存在瓶颈问题和光功率限制问题。 .. 环形环形 环形的拓扑结构实际上就是将线型拓扑结构的首尾之间相互连接，即为环形 拓扑结构。这种环形拓扑结构在 sdh 网中应用比较普遍，主要是因为它具有一个 很大的优点，即很强的生存性，这在当今网络设计、维护中尤为重要。 .. 网孔形网孔形 当涉及通信的许多点直接互相连接时就形成了网孔形拓扑结构，若所有的点 都彼此连接即称为理想的网孔形拓扑结构。这种拓扑结构为两点间通信提供多种 可选路由，有可靠性高、生存性强且不存在瓶颈问题和失效问题的好处，但结构 复杂、成本也高。从以上可看出，各种拓扑结构各有其优点。在作具体的选择时， 应综合考虑网络的生存性、网络配置的容量，同时考虑网络结构应当适于新业务 的引进等多种实际因素和具体情况。一般来说，星形拓扑结构和树形拓扑结构适 合用户接入网，环形拓扑结构和线形拓扑结构适用于中继网，树形和网孔形相结 合的拓扑结构适用于长途网。 .3 sdhsdh 网络保护网络保护 sdh 网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，使整个传输 网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。sdh 网络主要依靠保护 （protection）和恢复（restoration）这两种互不相同的作用机制，保证通信 业务在故障情况下可以得到保持。保护通常是指一个较快的转换过程，其转换的 执行是由倒换开关的部件自动确定的。保护作用后，占用了在各网络节点之间预 先指定的某些容量，因此转换后的通道也具有预先确定的路由。现在 sdh 的自愈 保护机制有如下 4 类： 8 路径保护 子网连接保护 环间双节点互通连接保护 共享光纤虚拟路径护 、路径保护、路径保护 sdh 线路保护的工作原理是当工作系统传输中断或性能劣化到一定程度后， 系统倒换设备自动将主信号转至备用光纤系统传输。它主要用来保护传输媒介和 再生中继器以及终端（tm）和分插复用设备（adm）的线路终端接口（例如光/电 与电/光转换部分） ，而不保护终端 tm 或 adm 节点的故障。 、线路保护、线路保护 11 保护结构，即每一个工作系统都有一个专用的保护系统。两个系统互为 主备用。工作、保护两个系统发端永久桥接，收端根据接收信号的质量优劣决定 从工作或保护系统接收信号，所以该保护结构不允许提供无保护的额外业务通路。 11 保护结构分为单端倒换和双端倒换。 单端倒换：是一种只在被保护实体，受影响的一端执行切换动作的保护倒换 方法，如图 3-11 所示。 双端倒换：即使在单向故障的情况下，在被保护实体两端执行切换动作的保 护倒换方法，如图 3-12 所示。 图 3-11 11 单端倒换 9 图 3-12 11 双端倒换 11 保护结构中单端倒换不需要自动保护倒换协议（aps）的参与，只根据 接收信号的故障或缺陷而自动进行，也可接收外部命令实施强制的倒换或锁定； 双端倒换需要自动保护倒换协议（aps） ，由于在 11 保护结构中，工作通路的 发端永久地桥接于工作段和保护段，因此切换与否的判决只是由收端作出，所以， 这种 aps 操作具有简单、可靠、快速端特点。 11 保护结构采用恢复和非恢复两种方式。 恢复式：节点处于倒换状态时，工作系统恢复正常后，节点释放倒换，回复 到原先到正常状态。 非恢复式：节点处于倒换状态时，即使工作系统恢复了正常，节点仍然维持 倒换态。 、n n 线路保护线路保护 1：n 保护结构（n1） ，即 n 个工作系统共享一个保护系统。工作系统传送正 常的业务信号，保护系统可以传送正常的业务信号，也可以传送额外业务信号或 者是无效信号。但系统一旦发生倒换，保护系统上传送的信号将会丢失。1：n 保 护结构需要自动保护倒换协议（aps）的参与，保护原理如图 5-13 和图 5-14 所 示。 10 图 3-13 1：n 保护结构（正常状态） 图 3-14 1：n 保护结构（倒换状态） .. 二纤单向复用段保护环二纤单向复用段保护环 这种环形结构中节点在支路信号分插功能前的线路上都有一保护倒换开关， 如图 5-15（a）所示。正常情况下，低速支路信号仅仅从 s1 光纤进行分插，保护 光纤 p1 是空闲的。 11 图 3-15 二纤单向复用段保护环示意图 当 bc 节点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个 节点 b 和 c 的保护倒换开关将利用 aps 协议转向环回功能，如图 5-15（b）所示。 对于 ac 间的业务：在 b 节点，s1 光纤上的业务信号（ac）经倒换开关从 p1 光纤 返回，沿逆时针方向经 a 节点和 d 节点仍然可以到达 c 节点，并经 c 节点倒换开 关环回到 s1 光纤并落地分路。其它节点（a 和 d）的作用是确保 p1 光纤上传的 业务信号在本节点完成正常的桥接功能，畅通无阻的传向分路节点。这种环回倒 换功能可保证在故障状况下仍维持环的连续性，使低速支路上业务信号不会中断。 故障排除后，倒换开关返回其原来位置。对于 ca 间的业务：由于业务是经过 d 点在 s1 光纤上进行传输的，不受断纤的影响，与正常时传输情况相同。 2.22.2 wdmwdm 技术技术 随着科学技术的迅猛发展，通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨 胀。信息时代要求越来越大容量的传输网络。近几年来，世界上的运营公司及设 备制造厂家把目光更多地转向了 wdm 技术，并对其投以越来越多的关注，增加光 纤网络的容量及灵活性，提高传输速率和扩容的手段可以有多种，下面对几种扩 容方式进行比较。 .2.1. 空分复用空分复用 sdmsdm（spacespace divisiondivision multiplexermultiplexer） 空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增 加。在光缆制造技术已经非常成熟的今天，几十芯的带状光缆已经比较普遍，而 且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单，但光纤数量的增加无疑仍然给施 12 工以及将来线路的维护带来了诸多不便，并且对于已有的光缆线路，如果没有足 够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种 方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络 的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难 预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式 是十分受限。 .2 时分复用时分复用 tdmtdm（timetime divisiondivision multiplexermultiplexer） 时分复用也是一项比较常用的扩容方式，从传统 pdh 的一次群至四次群的复 用，到如今 sdh 的 stm-1、stm-4、stm-16 乃至 stm-64 的复用。通过时分复用 技术可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方 面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数 字信号，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。但时分复用的扩容 方式有两个缺陷：第一是影响业务，即在“全盘”升级至更高的速率等级时，网 络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设 备；第二是速率的升级缺乏灵活性，以 sdh 设备为例，当一个线路速率为 155mbit/s 的系统被要求提供两个 155mbit/s 的通道时，就只能将系统升级到 622mbit/s，即使有两个 155mbit/s 将被闲置，也没有办法。对于更高速率的时 分复用设备，目前成本还较高，并且 40gbit/s 的 tdm 设备已经达到电子器件的 速率极限，即使是 10gbit/s 的速率,在不同类型光纤中的非线性效应也会对传输 产生各种限制。不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式，基本的传输网络 均采用传统的 pdh 或 sdh 技术，即采用单一波长的光信号传输，这种传输方式 是对光纤容量的一种极大浪费，因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长信 道来讲几乎是无限的。我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡，另一方面却 让大量的网络资源白白浪费。 .2.3. 波分复用波分复用 wdmwdm（wavelengthwavelength divisiondivision multiplexingmultiplexing） wdm 波分复用是利用单模光纤低损耗区的巨大带宽，将不同速率（波长）的光 混合在一起进行传输，这些不同波长的光信号所承载的数字信号。可以是相同速 率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同数据格式。可以通过增加新的波长 13 特性，按用户的要求确定网络容量。对于 2.5gb/s 以下的速率的 wdm,目前的技 术可以完全克服由于光纤的色散和光纤非线性效应带来的限制，满足对传输容量 和传输距离的各种需求。wdm 扩容方案的缺点是需要较多的光纤器件，增加失效 和故障的概率。 三、三、sdhsdh 与与 wdmwdm 联系与区别联系与区别 所谓的同步数字体系，就是一种取代了准同步数字系列的新型数字传输的网 络体制，这种体系主要是针对现代光纤传输的，其形成的基础是同步光网络标准， 可以将信号固定在网络中的帧结构中，再以一定的高速率在通信光纤中传送。同 步数字体系在电路层中对信号进行复用与上下。最新的 sdh 体系已经运用到适用 于传输纯的 ip 业务的 pos 等新技术。sdh 体系的发展方向是向着高速化迈进, 新 一代的 sdh 将在已经投入通信工程中运用的 sdh 基础上实现速率的飞跃。 波分复用则是一种在光纤中同时传输波长有所不同的信号的现代通信技术。 它的工作原理就是将各类波长不一的信号运用光发射机进行发送，再复用在同一 根光纤上，在其节点处对耦合的信号进行解复用处理。在波分复用新技术中，值 得一提的是光纤的 wdm 光传输，该系统将是光传输领域的一个全新的发展方向。 当前 wdm 的发展趋向多波化，可以进行不需要格式的论文联盟 www.lwlm.com 整 理高效率 ip 传输的 ip over wdm 技术已经进行实质性的研究，在大容量的 wdm 体系中也已经大量运用到 g.655 的光纤。而传输设备也逐步从单一化演变为多元 化、综合化趋势。 由此可见，波分复用是一种基于光层上的复用，而同步数字体系则是在电层 上的复用，这两种技术有着很大的区别。波分复用主要通过 oadm 对光信号进行 直接的上下处理，而无需通过 oe 的转换。尤其是具备掺饵光纤放大器的波分复 用还以在无光中继的情况下进行距离较长的光传输。 两者的区别是，sdh，全称为“数字同步序列” ，主要采用分插复用来对 e1（2m） 、e3、t3、stm-1stm-64 等等级数据进行传送。且可以对各种类型的数 据如：atm、e1、fe、ge 等类型的数据进行统一封装传输，兼容性较强；wdm，称 为波分服用系统，有 dwdm 和 cwdm 之分，主要通过光波信号的频率来区分不同的 波道用于传送信号，其可以承载包括 sdh、fcom、ge 等大颗粒业务的传送，主要 用于省际和省内传送网络。 14 四、四、sdhsdh 与与 wdmwdm 在通信工程中的主要应用在通信工程中的主要应用 在长途干线传输网络中，sdh 从一开始出现就因其具备同步的复用能力、 较为灵活的电路上下与强大的网管能力而受到广泛的关注，继而在出现有标准的 光接口之后, 各个生产厂家的设备可以互通，同步数字体系的传输网成了各大运 营商的。可是, sdh 在长途传输网络中每一个主交换中心之间的距离不能太长， 因为光缆如果以直埋方式进行敷设，今后出现扩容不论在经济上还是技术上都难 以将光缆取出再增加芯数。这种情况下我们可以将 sdh 和 wdm 结合起来组成一个 系统，既不必增加光缆的数量，也无须对设备进行升级，只需要新开一些波长的 信号，就可以满足将传输容量成倍甚至十几倍的扩大。 在本地的骨干传输网络中，考虑到其容量较小，如果采用 wdm 会实现最 高的经济价值, 甚至无需 edfa 技术就可实现一个环网的连接。而且数量中等的 波长也可以使设备自身在升级、维护与备份管理等处理方面都具备一定的潜力, 当然，其价格也会比一般的大容量干线 wdm 体系更便宜。 在宽带城域网中，sdh 因为在本地的骨干传输网络中已经成功应用，因 此在宽带城域网中也得到普遍的应用。同步数字体系主要通过 adm 对各种业务进 行上下处理，而在某些业务量超大的入网点则运用 dxc 将各个波长 的信号进行交叉连接。当然，由于宽带城域网的各个基站距离比本地的传输 网络还要短, 因此也多用于经济较为发达的大中城市，其用户的节点较多,对数