（电气工程专业论文）sdh传输技术在鞍山电力通信网中的应用.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文( s d h 传输技术在鞍山电力 通信网中的应用，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下 进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：盥! 鹾日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的。复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：醯垃 日期：塑2s 乏! 坚 导师签名： 日期：! ! ：! ：! 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第一章引言 1 1s d h 在电力通信专网中的应用背景及意义 s d h 是同步数字系列( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 的简称，是一种将复接、 线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的综合信息传输网络。 近几年来，随着我国经济的高速发展，电力需求极其旺盛，电网规模也随之越 来越大。日益复杂的电网结构和运行方式对电力系统自动化程度提出了很高的要 求，电力通信网同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电 力系统安全稳定运行的三大支柱。作为电网运行的支撑保护系统之一，要求电力通 信网络具有极高的可靠性，以保障电网能够安全稳定地运行。因此，电力通信网的 建设必须紧随世界先进通信技术，不断优化网络建设，提高电力通信网的可靠性， 更好地为电力生产服务。 传统的电力通信传输网络是以p d h 技术为基础组建的，包括p d h 光通信、p d h 数字微波等。随着电力通信网的发展，传统通信手段的固有缺陷逐渐暴露出来，包 括可靠性、通信容量、网络管理等方面，已经无法满足现代传输网络的要求。s d h 光传输技术是为了克服p d h 的缺陷而提出的，它具有p d h 传输手段不可比拟的优点， 因此，它在各级电力通信网络的建设中得到了广泛地应用。目前，s d h 传输网络已 经成为电力系统各类信息应用的基础平台，是行政调度电话、继电保护、远动信号、 m i s 信息等各类电力生产信息的最主要传输网络，其它传统传输手段逐渐成为s d h 传输网的补充而存在。 1 2 当前国内外s d h 技术的发展状况 1 2 1 基于s d h 技术的发展方向 自2 0 世纪末以来，s d h 技术已经成为国家通信基础设施的建设重点，近年来， 植根于s d h 技术上的新技术层出不穷。目前，国内外对s d h 技术的研究重点集中在 多业务承载能力、智能化和更高的传输容量三个方面的应用。 随着电信运营市场竞争的加剧，网络需要承载的业务类型大幅增加。业界广泛 关注的问题是如何在单一的基础网络中实现多类型业务的有效承载，并由此提出了 多业务传送平台( m s t p ) 技术概念。其基本思想是在传统的s d h 传输平台上，将s d h 华北电力大学工程硕士专业学位论文 对实时业务的有效承载和网络二层甚至三层技术所具有的数据业务处理能力有机 结合起来，以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力。当前新的研究重点己集 中在将多协议标签交换( m p l s ) 和弹性分组环( r p r ) 等技术内嵌入m s t p 中，并和已有 技术有效配合，共同提高以太网的业务性能及其组网应用能力。 智能化的光传输技术a s o n 是网络发展的必然趋势，是基于s d h 的m s t p 的一个 重要的发展方向，它可实现基于s d h 的m s t p 节点的带宽按需分配。目前，部分支 持a s o n 的智能光节点已开始逐步应用于电信网络的长途骨干网以及城域网的骨干 层中。 从过去2 0 多年的电信发展过程来看，光纤通信的发展始终在按照t d m 方式进 行，高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。目前，l o g b i t s 系统已开始在 各运营商的骨干网络中大量使用，一些设备制造商的实验室已开发出单波长内 4 0 g b i t s 系统。 1 2 2 新一代s d h 的关键技术 如何提高s d h 带宽分配的灵活性，一直是人们十分关注的问题。通过综合采用 各项新技术( 虚级联、l c a s 、g f p l a p s ) ，配合以日趋成熟的a s o n 标准所定义的控 制平面智能，能够实现s d h 带宽的动态按需分配( b o d ，b a n d w i d t ho nd e m a n d ) 。 ( 1 ) s d hv c 级联技术：为了使s d h 网络能够高效的承载宽带数据业务，i t u - t g 7 0 7 0 定义s d h 的v c 级联技术，可以实现对以太网带宽和s d h 虚通道之间的速率 适配。尤其是虚级联技术，可以将从v c - 4 到v c 一1 2 等不同速率的小容器进行组合 利用，能够做到非常小的颗粒带宽调节。 ( 2 ) 链路容量调整方案( l c a s ) ：链路容量调整方案( l c a s ) 是在i t u tg 7 0 4 2 中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供 的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。 1 2 3 国内s d h 最新技术发展情况 多业务承载方面，国内相关行业标准的讨论和制定主要关注于基于s d h 的多业 务传送平台技术规范及其测试方法。从2 0 0 1 年以来，先后确立了与m s t p 技术相关 的几个标准项目，包括基于s d h 的多业务传送平台技术要求( 内嵌r p r 功能部分和 内嵌m p l s 功能部分) 、测试规范。 智能化方面，国内早在2 0 0 2 年1 0 月就确定启动a s o n 标准化的制定工作。前 期着手制定了两个有关a s o n 标准框架和体系结构方面的标准自动交换光网络 ( a s o n ) 标准的体系结构和自动交换光网络结构和功能要求，将用于指导我国 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 a s o n 的规划设计和设备开发。 中国电信、中国移动、中国联通等各大运营商于2 0 0 3 2 0 0 4 年问组织了一系列 由国内外主流m s t p 制造商参加的大规模设备测试。经过运营商和设备商在制订互 通测试方案、确定具体协议参数等方面的多次协调和论证，由多厂家参加的几次 m s t p 互联互通取得了实质性的重大突破，并在世界电信领域率先实现了g f p 映射、 v c 虚级联和l c a s 3 种类型的互通。 从目前来看，基于s d h 的m s t p 还处于快速发展阶段，许多新技术尤其是数据 层面的处理技术还在不断发展，因此在m s t p 设备上实现r p r 、m p l s 以及a s o n 层面 的互通和组网将会成为业界关注的下一个焦点。 1 3s d h 在未来电力通信网中的应用分析 根据国家电力系统的调度体制，电力通信网可分为国家骨干层、省际骨干层、 省内干线层和地市接入层( 包括城网和农网) 四个层次。 ( 1 ) 国家骨干层：连接各大区电力通信网，实现全国范围的互通。国家骨干 层以主流的d w d m + a s o n 技术为基础，预期达到超过5 0 0 0 公里的无电中继传输，极 大地节约了单位比特传输成本，非常适合电力通信网国家骨干层高可靠性、高扩展 性的大容量传输需求。 ( 2 ) 省际骨干层：连接各省网，实现大区全国范围的互通。省际骨干层在大 的区域调度中心之间以m s t p 设备组建2 5 g l o g d o g 的m e s h 网络或环网，利用m e s h 网络及环网完善的保护机制，具有强大的多业务调度处理能力，保证大颗粒业务的 疏导。 ( 3 ) 省内骨干层：连接省内电力通信网，实现全省范围的互通。省内骨干层 负责全省电力的调度和监控，同时作为电力办公自动化系统的传输平台，采用m s t p 设备组建6 2 2 m 2 5 g l o g 的s d h 网络，充分考虑电力通信网省内骨干层m s t p 实际 应用的需求，对m s t p 的体制结构、安全性，分组业务的封装、动态带宽匹配、q o s 保障等方面采取了卓而有效的处理，更深层次地优化了电力通信m s t p 传输网。 ( 4 ) 地市传输层：城网和农网区域范围内生产调度信息互通。地市传输层收 集各电厂、变电站的监控数据，实时向调度中心汇报，组建1 5 5 m 6 2 2 m 2 5 gm s t p 传输平台，配合接入系统的灵活方便的实现语音、数据以及以太网信号的传输。对 于许多业务量较小节点，可以大量地使用集成度较高的单板光端机。 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 4 本文的主要工作 电力通信网作为电力系统安全稳定运行的三大支柱之一，s d h 传输技术已经在 电力通信网中得到了广泛应用，因此必须重视通信传输网络的规划和设计工作，建 立高效可靠的通信网。本文以鞍山电力建设东部s d h 传输网为研究对象，根据电力 生产的特点对电力通信网提出的要求，结合鞍山地区通信网的现状并考虑未来发展 需求，对鞍山地区s d h 光传输网建设中需要重点考虑的几个方面进行了研究和探讨， 提出适用于鞍山电力通信传输网络建设的实施方案。具体包括：网络拓扑结构、系 统容量或等级、自愈保护方式、时钟和同步方式、网络延时计算等内容。 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章s d h 传输系统构成及工作方式 2 1s d h 传输体制简介 s d h 传送网的概念最初于1 9 8 5 年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网 络( s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k ，s o n e t ) 。它是由一整套分等级的标准传送结构 组成的，适用于各种经适配处理的净负荷( 即网络节点接口比特流中可用于电信业 务的部分) 在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准于1 9 8 6 年成为 美国数字体制的新标准。国际电信联盟标准部( i t u t ) 的前身国际电报电话资询 委员会( c c i t t ) 于1 9 8 8 年接受s o n e t 概念，并与美国标准协会( a n s i ) 达成协议， 将s o n e t 修改后重新命名为同步数字系列( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，s d h ) ， 使之成为同时适应于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。 s d h 网是对原有p d h ( p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 准同步系列) 网的 一次革命。p d h 是异步复接，在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节 点上进行复接、码变换、码速调整、定时、扰码、解扰码等过程，并且p d h 只规定 了电接口，对线路系统和光接口没有统一规定，无法实现全球信息网的建立。随着 s d h 技术引入，传输系统不仅具有提供信号传播的物理过程的功能，而且提供对信 号的处理、监控等过程的功能。s d h 通过多种容器c 和虚容器v c 以及级联的复帧 结构的定义，使其可支持多种电路层的业务，如各种速率的异步数字系列、d q d b 、 f d d i 、a t m 等，以及将来可能出现的各种新业务。段开销中大量的备用通道增强了 s d h 网的可扩展性。通过软件控制使原来p d h 中人工更改配线的方法实现了交叉连 接和分插复用连接，提供了灵活的上下电路的能力，并使网络拓扑动态可变，增 强了网络适应业务发展的灵活性和安全性，可在更大几何范围内实现电路的保护、 高度和通信能力的优化利用，从而为增强组网能力奠定基础，只需几秒就可以重新 组网。特别是s d h 自愈环，可以在电路出现故障后，几十毫秒内迅速恢复。s d h 的 这些优势使它成为宽带业务数字网的基础传输网。 2 2s d h 传输体制的优点 s d h 传输体制的是为了克服p d h 传输体制的技术缺陷而提出的，具有p d h 体制 无可比拟的优点，它是不同于p d h 体制的全新的一代传输体制： 1 、具有统一的速率等级和接口标准 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 s d h 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。高速率等级 数字信号由低速率等级信号通过字节间插同步复接而成，速率等级间是4 的倍数， 见表2 1 。 表2 1s d h 速率等级 等级速率( 肪s )含2 m 数量 s t m l1 5 5 5 2 0 6 3 s t m 一46 2 2 0 8 02 5 2 s t m 一1 62 4 8 8 3 2 01 0 0 8 s t h - 6 49 9 5 3 2 8 04 0 3 2 s d h 信号的线路编码仅是对信号进行扰码，扰码标准是世界统一的，使得不同 厂家的设备可以进行光口互连，如图2 1 所示。 固国因 统一的s d h - n 光信号 图2 1 不同厂商的s d h 设备互通 2 、s d h 帧结构中安排了丰富的用于运行维护( 0 a m ) 功能的开销字节 开销字节的应用使网络的监控、检测故障等能力和维护的自动化程度得到大大 加强，s d h 帧结构如图2 2 所示。 图2 2s d h 帧结构 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 、采用同步复用方式，使网络中上下支路信号变得十分简单 由于低速s d h 信号是以字节问插方式复用进高速s d h 信号的帧结构中的，这样 就使低速s d h 信号在高速s d h 信号的帧中的位置是固定的、有规律的，也就是说可 预见的。因此可从高速信号中直接分插出低速支路信号，避免了以往p d h 系统需要 对全部高速复用信号进行解复用的做法，省去了全套背靠背复用设备，使网络结构 得以简化，上下业务十分容易，p d h 、s d h 上下支路过程如图2 3 所示。 s d h 的这种复用方式使数字交叉连接( d x c ) 功能更易于实现，使网络具有了很 强的自愈功能，并实现灵活的业务调配。 1 5 5 m ：b i t s 23 41 4 0 图2 3p d h 、s d h 信号分，插过程 p d h 信号 5 m b i t s s d h 信号 4 、s d h 传输体制具有很好的兼容性 当组建s d h 传输网时，可以用s d h 网传送原有的p d h 业务。另外，其它数字信 号系列异步转移模式信号( a t m ) 、光纤分布数据接口( f d d i ) 等均可被s d h 基 本传输模块( s t m i ) 容纳。 2 3s d h 信号的帧结构和复用方式 2 3 1s t m - n 的帧结构 s t m n 信号帧结构的安排尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地、有规律的分 布。这样便于实现支路的同步复用、交叉连接、分插和交换，既方便从高速信号 中直接上下低速支路信号。i t u - t 规定了s t m n 的帧是以字节为单位的矩形块状帧 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 结构，如前面图2 1 所示。 因此s t m - n 的信号是9 行2 7 0 x n 列的帧结构。此处的n 与s t m n 的n 相一致， 取值范围：1 ，4 ，1 6 ，6 4 ，表示此信号由n 个s t b l 一1 信号通过字节间插复用而 成。由此可知s t m - 1 信号的帧结构是9 行x 2 7 0 列的块状帧，由上图看出当n 个s t m - 1 信号通过字节间插复用成s t m n 信号时，仅仅是将s t m l 信号的列按字节问插复用， 行数恒定为9 行。 i t u t 规定对于任何级别的s t m 等级帧频是8 0 0 0 帧秒，也就是帧长或帧周期 为恒定的1 2 5 l ls 。p d h 的2 m 信号也是8 0 0 0 帧秒。任何s t m 级别帧频都是8 0 0 0 帧 秒帧。周期的恒定是s d h 信号的一大特点，由于帧周期的恒定使s t m n 信号的速 率有其规律性。这种规律性使高速s d h 信号直接分插出低速s d h 信号成为可能， 特别适用于大容量的传输情况。 从图中看出s t m - n 的帧结构由3 部分组成：段开销，包括再生段开销( r s o h ) 和复用段开销( m s 叫) ；管理单元指针( h o p t r ) ；信息净负荷( p a y l o a d ) 。 2 3 2 电力系统应用中s d h 数字信号复用步骤 s d h 的复用包括两种情况：一种是低阶的s d h 信号复用成高阶s d h 信号，另一 种是低速支路信号( 例如2 m b i t s 、3 4 m b i t s 、1 4 0 m b i t s ) 复用成s d h 信号s t m n 。 第二种情况用得最多的就是将p d h 信号复用进s t m n 信号中去。 在电力系统中经常应用的就是将p d h 信号复用进s t m n 信号中。i t u t 规定了 一整套完整的复用结构，我国采用的复用线路如图2 4 所示 目虚容器口管理单元组 l ：虱指针处理e 盈同步传送模块 图2 4 我国的s d h 基本复用映射结构 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 4s d h 设备的逻辑组成 s d h 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s d h 网的传送功能：上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等。下面简单 说明s d h 网中常见网元的特点和基本功能。 i 、 t m - 一终端复用器 终端复用器用在网络的终端站点上，相当于端点的网元，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s t m n 中，或从s t m n 的信号中分出低速 支路信号，如图2 5 所示。 s 件舡m 图2 5 终端复用器( t m ) 2 、a d m _ 分插复用器 分插复用器用于s d h 传输网络的转接站点处，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s t m n 信号进行交叉连接，如图2 6 所示。 1 4 0 m b 图2 6 分插复用器( a d m ) 9 s t m n m n 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 、 r e g - 一再生中继器 再生中继器的作用是将w e 侧的光信号经o e 、抽样、判决、再生整形、e o 在e 或w 侧发出，如图2 7 所示： s t 终n w 卜沪 图2 7 再生中继器( r e g ) s t m n 4 、d x c 数字交叉连接设备 数字交叉连接设备完成的主要是s t m - n 信号的交叉连接功能，相当于一个交叉 矩阵，完成各个信号间的交叉连接，如图2 4 所示。 p o l t 支路信号 图2 8 数字交叉连接设备( d x c ) 2 5 s d h 网络的基本拓扑结构和业务流向 2 5 1 网络基本拓扑结构 s d h 网是由s d h 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如图2 9 所示。 ( 1 ) 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。 ( 2 ) 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。 1 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 ( 3 ) 环形网：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，它具有很强的生存性，即自愈功能较强。 ( 4 ) 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。 在电力通信网中，应用最多的网络拓扑是链形、环形和环链组合，可构成更加 复杂的网络。 ( a ) 链形 ( b ) 星形 ( c ) 树形 ( d ) 环形 ( e ) 同孔形 图2 9 基本网络拓扑图 2 5 2 业务流向的分类 传输网上的业务按流向可分为单向业务和双向业务。下面以环网为例说明单向 业务和双向业务的区别，如图2 1 0 所示。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 图2 1 0 环形网络业务流向 i 若a 和c 之间互通业务，a 到c 的业务路由假定是a b c ，若此时c 到a 的 业务路由是c b a ，则业务从a 到c 和从c 到a 的路由相同，称为一致路由，此 时业务为双向业务。 若此时c 到a 的路由是c d a ，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，此时业务为单向业务。 2 6 链型网结构及特点 2 6 1 链型网典型结构 链型网络通常由t m 和a d m 组成，如图2 1 1 所示。 支路业务支路业务 支路业务支路业务 时隙时隙 2 6 2 链型网特点 时隙时隙时隙时隙时隙时隙 图2 1 l 链型网络图 链形网的特点是具有时隙复用功能，即线路s t m n 信号中某一序号的v c 可在 不同的传输光缆段上重复利用，使网络的业务容量较大。如图2 1 1 中a b 、b c 、 c d 以及a d 之间通有业务，这时可将a b 、b c 、c d 之间的业务占用a b 光缆段x 时隙，这种情况就是时隙重复利用。这时a d 的业务因为光缆的x 时隙 华北电力大学工程硕士专业学位论文 已被占用，所以只能占用光路上的其它时隙y 时隙。 链网的最小业务量发生在链网的端站为业务主站的情况下，所谓业务主站是指 各网元都与主站互通业务，其余网元间无业务互通。以图5 - 3 为例，若a 为业务主 站，那么b 、c 、d 之间无业务互通。此时，c 、b 、d 分别与网元a 通信。这时网络 的业务容量为s t m n 。 链网达到业务容量最大的条件是链网中只存在相邻网元间的业务。如图2 1 l ， 此时网络中只有a b 、b c 、c d 的业务不存在j 卜d 的业务。这时可时隙重复利 用，那么在每一个光缆段上业务都可占用整个s t m n 的所有时隙，若链网有m 个网 元，此时网上的业务最大容量为( m 1 ) s t m n ，m - i 为光缆段数。 常见的链网有二纤链不提供业务的保护功能( 不提供自愈功能) ；四纤链 一般提供业务的l + l 或1 ：1 保护。四纤链中两根光纤收发作主用信道，另 外两根收发作备用信道。 2 7s d h 自愈环网组成及工作原理 2 7 1 自愈的概念 由于电力生产的特殊性及对安全方面的考虑，电网对电力通信网的可靠性提出 了相当高的要求。通信网络通常包括设备部分和线路部分，光缆线路有时难免因自 然灾害或基建施工等原因遭到破坏，造成网络通信中断，进而影响电力生产安全。 因此电力通信网络的生存能力，即可靠性是当电力通信网中首要考虑的问题。s d h 传输体制的应用，使网络的自愈成为可能，这是其它传输体制难以做到的。 自愈网的概念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( i t u - t 规定为5 0 m s 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。网络具有自愈能力的先决条件是有冗余的路 由、网元交叉能力以及网元一定的智能性。 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。 2 7 2 自愈时业务切换的方式 当网络发生自愈时，业务切换到备用信道传输，切换的方式有恢复方式和不恢 复方式两种。 1 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，当主用信道修复后， 再将业务切回主用信道。一般在主要信道修复后还要再等一段时间，一般是几到十 几分钟，以使主用信道传输性能稳定，这时才将业务从备用信道切换过来。 不恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，主用信道恢复后 业务不切回主用信道，此时将原主用信道做为备用信道，原备用信道当作主用信道， 在原备用信道发故障时，业务才会切回原主用信道。 2 7 3 自愈环的分类 目前环形网络的拓扑结构用的最多，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。 2 7 4 通道保护环和复用段保护环的区别 1 、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s t m n 信号中的某个v c ( 某一路p d h 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t u a i s 信号来决定该通道是否应进 行倒换。例如在s t m - 1 6 环上，若收端收到第4 v c 4 的第4 8 个t u 一1 2 有t u a i s ，那 么就仅将该通道切换到备用信道上去。 2 、复用段保护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k l 、k 2 ( b 1 一b 5 ) 字节所携带的a p s 协议来启动的，当 复用段出现问题时，环上整个s t m n 或i 2 s t m 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l o f 、l o s 、m s a i s 、m s e x c 告警信号。 3 、通道保护环往往是专用保护，在正常情况下保护信道也传主用业务( 业务 的i + 1 保护) ，信道利用率不高。复用段保护环使用公用保护，正常时主用信道传 主用业务，备用信道传额外业务( 业务的1 ：l 保护) ，信道利用率高。 2 7 5 二纤单向通道保护环组成及保护机理 二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环s 1 ；一个为备环 p 1 。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s 1 、备 环p 1 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 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 的业务，如图2 1 2 ( 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 s 1 和p l 上，s 1 和p 1 上的所传业务相同且流向相反s 1 逆时针，p l 为顺时针。 在网络正常时，网元a 和c 都选收主环s l 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s 1 光纤传到c ( 主环业务) ；由p l 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s l 上的a c 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。 c a a c 图2 1 2 ( a ) 二纤单向通道保护环正常状态 当b c 光缆段的光纤同时被切断，因此时网元支路板的并发功能没有改变，也 就是此时s 1 环和p l 环上的业务还是一样的。如图2 1 2 ( b ) 所示。 c a a c 图2 1 2 ( b ) 二纤单向通道保护环倒换状态 网元a 到网元c 的业务由网元a 的支路板并发到s 1 和p 1 光纤上，其中s l 业 务经光纤由网元d 穿通传至网元c ，p l 光纤的业务经网元b 穿通，由于b c 间光 缆断，所以光纤p 1 上的业务无法传到网元c ，不过由于网元c 默认选收主环s 1 上 的业务，这时网元a 到网c 的业务并末中断，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s 1 环和p l 环上，其中p 1 环上的c 1 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 到a 业务经网元d 穿通传到网元a ，s 1 环上的c 到a 业务，由于b - c 间光纤断所 以无法传到网元a ，网元a 默认是选收主环s l 上的业务，此时由于s 1 环上的c a 的业务传不过来，a 网元线路w 侧产生r - l o s 告警，所以往下插全“1 ”一a i s ，这 时网元a 的支路板就会收到s 1 环上t o h i s 告警信号。网元a 的支路板收到s l 光 纤上的t u h i s 告警后，立即切换到选收备环p 1 光纤上的c 到a 的业务，于是c a 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s 1 上业务的状态，当连续 一段时间( 华为的设备是l o 分钟左右) 未发现t o h i s 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。 二纤单向通道保护保护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1 + 1 保护。倒换速度快( 华为公司设备倒换速度1 5 r a s ) ，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 s t m 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a d 的业务占用主 环的a _ d 光缆段的x 时隙( 占用备环的a 一b 、b c 、c _ 一d 光缆段的x 时隙) ；卜a 的业务占用主环的d _ 一c 、c b 、b - a 的x 时隙( 备环的卜a 光缆段的x 时隙) 。 也就是说a d 问占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 - d 之间 的业务为s t m - 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s t m 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s t m - n 。 2 7 6 二纤双向复用段保护环组成及保护机理 网元节点只用单a d m 即可，这种保护环得到了广泛的应用。将每根光纤的前半 个时隙( 例如s t m 一1 6 系统为i # - - 8 # s t m 一1 ) 传送主用业务，后半个时隙( 例如s t m 一1 6 系统的9 9 - - 1 6 # s t m 一1 ) 传送额外业务，也就是说一根光纤的保护时隙用来保护另一 根光纤上的主用业务。例如，s 1 p 2 光纤上的p 2 时隙用来保护s 2 p 1 光纤上的s 2 业务。因此在二纤双向复用段保护环上无专门的主、备用光纤，每一条光纤的前半 个时隙是主用信道，后半个时隙是备信道，两根光纤上业务流向相反。双纤双向复 用段保护环的保护机理如图2 1 3 ( a ) 、2 1 3 ( b ) 所示。 在网络正常情况下，网元a 到网元c 的主用业务放在s 1 p 2 光纤的s l 时隙( 对 于s t m - 1 6 系统，主用业务只能放在s t m - n 的前8 个时隙i # - - 8 # s t ! 一1 v c 4 中) ，备 用业务放于p 2 时隙( 对于s t m - 1 6 系统只能放于9 # - - 1 6 # s t m 一1 v c 4 中) ，沿光纤 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 s i p 2 由网元b 穿通传到网元c ，网元c 从s i p 2 光纤上的s 1 、p 2 时隙分别提取出 主用、额外业务。网元c 到网元a 的主用业务放于s 2 p i 光纤的s 2 时隙，额外业 务放于$ 2 p i 光纤的p l 时隙，经网元b 穿通传到网元a ，网元a 从$ 2 p i 光纤上提 取相应的业务。见图2 1 3 ( a ) 。 c a a c c aa c 图2 1 3 ( a ) 二纤双向复用段保护环正常状态 在环网b c 间光缆段被切断时，网元a 到网元c 的主用业务沿$ i p 2 光纤传 到网元b ，在网元b 处进行环回( 故障端点处环回) ，环回是将s i p 2 光纤上s 1 时 隙的业务全部环到$ 2 p 1 光纤上的p 1 时隙上去( 例如s t m 一1 6 系统是将$ i p 2 光纤 上的l # 一8 # s t m - 1 v c 4 全部环到$ 2 p i 光纤上的9 # - - 1 6 # s t m 一1 v c 4 ) ，此时$ 2 p 1 光纤p 1 时隙上的额外业务被中断。然后沿$ 2 p i 光纤经网元a 、网元d 穿通传到网 元c ，在网元c 执行环回功能( 故障端点站) ，即将$ 2 p i 光纤上的p 1 时隙所载的 网元a 到网元c 的主用业务环回到$ i p 2 的s l 时隙，网元c 提取该时隙的业务， 完成接收网元a 到网元c 的主用业务。见图2 1 3 ( b ) 。 c aa c 图2 1 3 ( b ) 二纤双向复用段保护环倒换状态 s t m n 网元c 到网元a 的业务先由网元c 将网元c 到网元a 的主用业务s 2 ，环回到 s i p 2 光纤的p 2 时隙上，这时p 2 时隙上的额外业务中断。然后沿$ i p 2 光纤经网 1 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 元d 、网元a 穿通到达网元b ，在网元b 处执行环回功能将s i p 2 光纤的p 2 时 隙业务环到s 2 p i 光纤的s 2 时隙上去，经s 2 p 1 光纤传到网元a 落地。通过这种 方式完成了环网在故障时业务的自愈。 二纤双向复用段保护环的业务容量为四纤双向复用段保护环的1 2 ，即 m 2 ( s t m - n ) 或m x s t m - n ( 包括额外业务) ，其中m 是节点数。 二纤双向复用段保护环在组网中使用得较多，主要用于6 2 2 和2 5 0 0 系统，也 是适用于业务分散的网络。 二纤双向复用段保护环要求将光纤通过时隙技术一分为二，那么光纤上每个时 隙就必将要传送1 2s t 卅l 信号，s t m 一1 系统无法实现双纤双向复用段保护环。 2 7 7 几种自愈环的比较与应用 各种白愈环各具特点，可适用不同的网络应用，见表2 2 。 当前组网中常见的自愈环只有二纤单向通道保护环和二纤双向复用段保护环 两种，二纤单向通道保护环多用于专网系统，而二纤双向复用段保护环则多用于公 网。 2 7 8 电力系统适用的s d h 自愈环类型 电力系统通信网，相对公用网业务容量要求较低，且大部分业务量汇集在一个 或几个中心节点( 中心局) 上，电力系统通信要求信号中断时间短、恢复延时小、 生存能力强、可靠性高等。二纤单向通道保护环具有如下优点，使它在电力系统s d h 组网中得到了广泛的应用。 1 、控制逻辑简单，倒换时间短：从控制协议的复杂性看，是各种保护环中最 简单的，由于不涉及a p s 的协议处理过程，因而业务倒换时间也最短。二纤双向复 用段保护环的控制逻辑则是各种保护环中最复杂的。 2 、兼容性好：二纤单向通道保护环仅使用已经完全规定好了的通道a i s 信号 来决定是否需要倒换，与现行s d h 标准完全相容，因而也容易满足多厂家产品兼容 性要求。 3 、通道级保护，可灵活配置低速率2 m 业务：2 m 业务是电力系统中最常用的业 务类型，便于快速开通紧急业务。 4 、网管信息简单，便于故障判断：故障时，通过网管告警信息，很容易判断 和排除系统故障，使通信及时恢复。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 表2 2 几种主要自愈环特性比较表 二纤单向通 二纤双向通四纤双向复二纤双向复 项目道保护环 道保护环用段保护环用段保护环 ( 1 + 1 ) 节点数kk kk 保护容量( 相邻业务量) llko 5 l ( 保护容量( 均匀业务量) 1l3 3 81 5 1 9 保护容量( 集中业务量) lill 基本容量单位v c 1 2 ，3 ，4 v c 1 2 3 4v c 4v c 4 保护时间m s 3 03 05 05 0 2 0 0 初始成本 低低高中 成本( 集中业务量) 低低高中 成本( 均匀业务量)高高 由 中 a p s无无有有 抗多点失效能力无无需压制功能需压制功能 错连问题 无无有有 端到端保护有 有无无 接入网 接入网 应用场合 中继网 中继网中继弼 中继网长途网长途网 长途网 应用灵活性好好差 中 2 7 9 复杂网络的拓扑结构及特点 通过链和环的组合，可构成一些较复杂的网络拓扑结构。以下说明几个在组网 中要经常用到的拓扑结构，为增加针对性以2 5 0 0 系统为例。 l 、t 型网：t 型网实际上是一种树形网。如图2 1 4 所示。 s t m - 1 6 图2 1 4t 型网络拓扑图 假设干线上设为s t m - 1 6 系统，支线上设为s t m 一4 系统，t 型网的作用是将支路 1 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 的业务s t m - 4 通过网元a 上下到于线s t m - 1 6 系统上去，此时支线接在网元a 的支 路上，支线业务作为网元a 的低速支路信号，通过网元a 进行分插。 2 、环带链：网络结构如图2 1 5 所示。 环带链是由环网和链网两种基本拓扑形式组成，链接在网元a 处，链的s t m - 4 业务作为网元a 的低速支路业务，并通过网元a 的分插功能上下环。s t m 一4 业务 在链上无保护，上环会享受环的保护功能。例如：网元c 和网元d 互通业务，a b 光缆段断，链上业务传输中断，a c 光缆段断，通过环的保护功能，网元c 和网元 d 的业务不会中断。 图2 1 5 环带链拓扑图 3 、环形子网的支路跨接：如图2 1 6 所示。 两s t m 一1 6 环通过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。两环间互通的业 务都要经过a 、b 两网元的低速支路传输，存在一个低速支路的安全保障问题。 图2 1 6 环带链拓扑图 4 、相交环 为备份重要节点及提供更多的可选路由，加大系统的冗余度，可将相切环扩展 华北电力大学工程硕士专业学位论文 为相交环，如图2 1 7 所示。 s t m 一1 6 图2 1 7 相交环拓扑图 2 7 1 0s d h 网络的整体层次结构 同p d h 相比s d h 具有巨大的优越性，但这种优越性只有在组成s d h 网时才能完 全发挥出来。传统的组网概念中，提高传输设备利用率是第一位的，为了增加线路 的占空系数，在每个节点都建立了许多直接通道，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，建立强大的运营、维护和管理( o a m ) 功能，降低传输费用并支持新业务的发展。 最高层面为长途一级干线网，主要省会城市及业务量较大的汇接节点城市装有 d x c4 4 ，其问由高速光纤链路s t m 一4 s t m 一1 6 组成，形成了一个大容量、高可靠的 网孔形国家骨干网结构，并辅以少量线形网。由于d x c 4 4 也具有p d h 体制的 1 4 0 m b i t s 接口，因而原有的p d h 的1 4 0 m b i t s 和5 6 5 m b i t s 系统也能纳入由d x c 4 4 统一管理的长途一级干线网中。 第二层面为二级干线网，主要汇接节点装有d x c 4 4 或d x c 4 i ，其问由 s t m i s t m 一4 组成，形成省内网状或环形骨干网结构并辅以少量线性网结构。由于 d x c 4 i 有2 m b i t s ，3 4 m b i t s 或1 4 0 m b i t s 接口，因而原来p d h 系统也能纳入统一 管理的二级干线网，并具有灵活调度电路的能力。 第三层面为中继网( 即长途端局与市局之间以及市话局之间的部分) ，可以按 区域划分为若干个环，由a d m 组成速率为s t m i s t m 一4 的自愈环，也可以是路由备 用方式的两节点环。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。 2 l 华北电力大学工程硕士专业学位论文 环间由d x c 4 i 沟通，完成业务量疏导和其他管理功能。同时也可以作为长途网与 中继网之间以及中继网和用户网之间的网关或接口，最后还可以作为p d h 与s d h 之 间的网关。 最低层面为用户接入网。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，因而通道保护环和星形网都十分适合于该应用 环境，所需设备除a d m 外还有光用户环路载波系统( o l c ) 。速率为s t m 一1 s t m 一4 ， 接口可以为s t m - 1 光电接口、p d h 体制的2 m b i t s 、3 4 m b i t s 或1 4 0 m b i t s 接口等。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第三章s d h 传输网络的传输性能和参数 3 1s d h 光接口类型和参数 传统的准同步光缆数字系统是一个自封闭系统，光接口是专用的，外界无法接 入。而同步光缆数字线路系统是