（电气工程专业论文）sdh传输系统通道保护与复用段保护的研究.pdf

华北电力大学t 程硕十学位论文 摘要 本文首先介绍了光纤通信系统的原理和发展现状，然后介绍了电力专网中常用的 s d h 光同步数字传输网络。 就s d h 环网中的各种保护方式原理做了详细阐述。根据电力系统通信的特点，结 合鞍山地区电力通信网实际情况，对鞍山地区的两种不同保护的环网及所承载的业务的 特点、类型分别做了分析。其中重点分析并计算了二纤单向通道保护环中传输继电保护 信号的网络延时、误码性能和两纤双向复用段保护中纵差保护信号的延时和、倒换时间。 最后，提出各类保护业务在s d h 自愈环网中传输时应注意的事项，并建议具有一定 规模的s d h 环网限制节点数目，保证工作通道故障前后的传输延时满足要求。 关键词：光纤，自愈环，倒换，延时 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ep r i n c i p l eo fo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma n dp r e s e n ts i t u a t i o n ，b e s i d e s ，i ti n c l u d e sc o m m o n l yu s e ds d h o p s y n c h r o n o u sd i g i t a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r ki ne l e c t r i cp o w e rn e t w o r k t h e ni te x p l a i n si nd e t a i lt h ep r i n c i p l eo fv a r i o u sw a y so fp r o t e c t i o n i ns d hl o o p e dn e t w o r k a c c o r d i n gt oc o 舢u n i c a t i r ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c s y s t e m ，a l o n gw i t ht h er e a l i t yo fa n s h a na r e ae l e c t r i cp o w e rt e l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s ，i th a v ed o n ea n a l y s i sr e s p e c t i v e l yo ft h el o o p e dn e t w o r k st h a ta r e d i f f e r e n t l yp r o t e c t e da n do ft h ec h a r a c t e r i s t i c ，t y p eo ft h eb u s i n e s st h a tt h e y b e a r a m o n gt h e m ，p r i o r i t yi sg i v e nt ot h ea n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no ft h en e t w o r k d e l a y ，b i te r r o rr a t ep a r a m e t e ro ft r a n s f e r i n ge l e c t r i c i t yp r o t e c t i o ns i g n a l i nt w o f i b e ro n e 。w a yp a t hp r o t e c t i o nr i n g sa n dt h ed e f e r r e da n dr e p l a c i n gt i m e o fd i s p a t c h i n gp r o t e c t i o ns i g n a li nt w o f i b e rm u l t i p l e xt w o w a yp r o t e c t i o n f i n a l l y ，t h ep a p e rs u g g e s t st h er e s t r i c t st h a tw es h o u l dk e e pi nm i n dw h e n v a r i o u sw a y so fp r o t e c t i o nt r a n f e r si ns d hl o o p e dn e t w o r k a tt h es a m et i m e 。 s u g g e s t st h a tt h es d hl o o p e dn e t w o r kh a v i n gc e r t a i ns c a l eo fr e s t r i c t e dn o d e n u m b e ra n dt oe n s u r et h a tt h et r a n s f e r r i n gd e l a yo fb e f o r ea n da f t e rt h e m a l f u n c t i o n o fj o bp a s s a g es h o u l dm e e tt h er e q u e s t l vz h u o q i o n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i uz i f a k e y w o r d s ：o p t i cc a b l e ：s e l f - h e a li n gr i n g ：s w i t c h ：d e l a y 声明尸明 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已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： 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：学仪伺仪 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： 日期：日 期： 华北电力入学i j 稃硕十学位论文 1 1 光纤通信 1 1 1 光纤通信的原理 第一章 引言 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使 光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出 来。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实 验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式( i m d d ) 。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线 性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 典型的数字光纤通信系统方框图如图1 1 所示： p l n ，a p d 发端 图1 1 光纤通信系统示意图 收端 从图卜l 中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机 组成。发送端的电端机把信息( 如话音) 进行模数转换，用转换后的数字信号去调 制发送机中的光源器件l d ，则l d 就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“l 时，光源器件发送一个“传号”光脉冲：当数字信号为“o 时，光源器件发送一个 “空号 ( 不发光) 。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把 数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数模转换，恢复成原来 的信息。就这样完成了一次通信的全过程。 1 1 2 光纤通信的特点 光纤通信是以相干性和方向性极好的激光束作为载体来携带信息，并利用光纤 华北l 色力人学l ：程硕十学位论文 来进行传输的通信方式。由于光纤的传光性能优异，传输带宽极大，现在已成为了 以光纤通信为主，微波、卫星和电缆通信为辅的通信网络格局。 通信发展始终在追求两大目标，一是远距离传输，二是大容量通信。光纤通信 所用的光载波是人们熟悉的与无线电波相似的电磁波，其波长在胁级，频率非常 高，约为1 0 h 。光纤通信使用波长范围在0 8 5 - - - - - 2 0 0 帅，目前光纤通信采用的中心 波长为0 8 5 帅，1 3 1 9 m ，1 5 5 p r o 和1 6 2 5 1 忸m 。 光纤通信与电缆或微波等通信方式相比，主要区别有两点，一是用很高频率的 光波作载波；二是用光纤作为传输介质。光纤具有传输容量大、传输损耗小、重量 轻、不怕电磁干扰等一系列优点。基于以上两点，光纤通信有其明显的优越性。 ( 1 ) 由于光波频率高，可供利用的频带极宽，尤其适合高速宽带信息的传输， 在调整通信干线宽带综合业务通信网络中，发挥越来越大的作用。 ( 2 ) 由于光纤的传输损耗很低，现已做到0 2 d b k m 以下，因而可以大大增加 通信无中继距离。这对于长途干线和海底传输十分有利，在采用了先进的相干光通 信，光放大器和光孤子通信技术之后，无中继通信距离可提高到几百千米甚至上千 千米。 ( 3 ) 光纤传输是限制在光纤内的，光纤几乎不会向外辐射，因此不存在光缆 中各光纤之间信号串扰，很难被窃听，信号传输质量高，保密性好。 ( 4 ) 光纤抗电磁干扰能力很强，这对于电气铁路和高压电力线附近的通信极 为有利，不怕雷击和其他工业设备的电磁干扰，因此在一些要求防爆的场合使用光 纤通信是十分安全的。 ( 5 ) 光纤几何尺寸小，细如发丝，可绕性好，可多根成缆，便于敷设。光纤 重量轻，特别适用于飞机、轮船、卫星和宇宙飞船。 ( 6 ) 光纤的化学性能稳定，耐化学侵蚀、抗高温、不打火花，适用于特殊环 境。 ( 7 ) 光纤是石英玻璃拉制成形的，原料资源丰富，节约有色金属。 光纤通信同时存在以下一些缺点： ( 1 ) 光纤弯曲半径不宜过小，否则可能引起较大的衰减。 ( 2 ) 光纤的连接操作技术要求高，需专用设备。 ( 3 ) 光纤的分路、耦合操作较困难、烦琐。 2 华北电力大学。i ：科硕十学位论文 1 2 光纤通信系统发展趋势 随着信息社会的到来，信息共享、有线电视、电视点播、电视会议、家庭办公、 计算机互连网等应运而生，迫使光纤通信向高速化、大容量发展。实现高速化、大 容量的主要手段是采用时分复用，波分复用和频分复用。 现代电信网的发展对光纤通信提出更高的要求，光纤通信已由以往单信道的光 纤通信系统向多信道的波分复用系统发展。采用波分复用技术充分利用光纤的宽低 损耗区，在不改变现有光纤通信线路的基础上，可以很容易地成倍提高光纤通信系 统的容量。目前多波长复用( d w d m ) 加掺饵光纤放大器( e d f a ) 的高速光纤通信系 统发展成为主流。实用的d w d m 系统工作在8 - 一3 2 个波长，每个波长可传输2 5 g b i t s 或l o g b i t s 。 光纤通信系统向相干光纤通信系统方向发展，成为另一个趋势。目前大多数光 纤通信系统采用的是强度调制直接检测方式，在相干光纤通信系统中采用相干检测 方式，最大的好处是可提高光接收机的检测灵敏度，从而提高光纤通信系统的无中 继传输距离。 1 3 光纤通信网络发展趋势 随着网络化时代的到来，网络的不断和巨大的信息传输需求，对光纤通信提出 了更高的要求，同时也促进了光纤通信技术的发展。就光纤通信网络技术而言，其 发展方向有以下几点： 1 、信道容量不断增加 目前，实用化的单通道速率已由1 5 5 m b s 到3 2 l o g b s ，1 6 0 l o g b s 系统也 已商用。在实验室，n e c 实现了2 7 0 4 0 g b s 系统；阿尔卡特实现了2 5 6 x 4 0 g b s 系统；西门子实现了1 7 6 4 0 g b s 系统。 2 、超长距离传输 目前，实用化的距离传输已由4 0 k m 到1 6 0 k m 。拉曼光纤放大器的出现，为进一 步增大无中继距离创造了条件。在实验室，无电中继的传输距离已从6 0 0k m 到4 0 0 0 k m 。 3 、光传输与交换技术融合 实用化的点到点通信的w d m 系统具有巨大的传输容量，但其灵活性和可靠性不 够理想。采用光分插复用器( o a d m ) 和光交叉连接设备( o x c ) 实现光联网，发展 自动交换用o x c 设备的光传输网。其关键技术是d w d m 传输、光放大、光节点处理 3 华北电力人学。l ：徉硕十学何论文 及多信道管理等。 1 4 本文主要工作 电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。电力通 信作为电力系统的重要组成部分，承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、 i p 等常规电信业务，办公自动化业务，此外，还承载着电力生产专业的业务有保护、 安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。稳定可靠、高效率的电力通信网络 可以提高整个电力系统的安全管理和经营管理工作效率。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，对鞍山地区s d h 光传输网的现状和两种不同保护下它们承载的业务分别做 了分析。具体包括：网络拓扑结构、自愈保护方式、时钟和同步方式、网络延时计 算、保护倒换时间的计算等内容。 4 华北电力人学t 程硕士学位论文 第二章s d h 网络结构与保护机理 2 1s d h 传输网的分层与分割 s d h 传输网是一个复杂、庞大的网络，为了设计和管理方便，网络采用分层和 分割的概念传输网从垂直方向可以分解为若干独立的层网络，s d h 传输网可分为电 路层、通道层和传输媒质层。 在分层结构的基础上，再从水平水平上将每一层网络按照其内部结构分为若干 部分( 子网) ，这就是分割因而分层与分割的关系是正交的。 1 电路层 电路层主要为用户提供各种交换数字业务信号，它包括电路交换网提供的语音 信号，分组交换网提供的数据信号、p d h 系列异步电路传输信号、同步数据信号以 及宽带交换信号，还有l a n ( 局域网) ，m a n ( 城域网) 计算机信号和图像信号等。 2 通道层 通道层主要实现使不同类型电路层信号通过接口进入s d h 终端的功能。其步骤 是首先通过适配进入虚容器处理后在高阶复用汇合，并提供通道连接和通道监视等 功能。 3 传输媒质层 传输媒质层又分为段层和物理媒体层。 通道线路 终端终端 设备设备 线路 终端 设备 通道 终端 设备 图2 1 再生段、复用段及通道单方图解 ( 1 ) 段层可分为复用段层和再生段层，复用段、再生段含义可由图2 1 解释。 5 华北电力大学一i ：程硕十学位论文 其中，复用段层为通道层提供同步和复用功能，完成复用段开销m s o h 处理和传递； 再生段层获得再生器与复用段终端之问的信息传递，如定帧、扰码、解扰、再生段 误码监测、再生段开销r s o h 处理、监视和传递等。 ( 2 ) 物理媒质层可分为光纤、电缆、微波和卫星传输媒体。 光纤传输媒质是最适合于传输s d h 信号的传输媒质，因此称用光纤线路传输s d h 信号为“光同步传输体系 。 电缆传输媒质有同轴电缆传输的s d h 网络，如s t m 一1 低速率的网络，以及在局 内或近距离也采用7 5q 同轴电缆的传输媒质。数字微波与卫星的s d h 网络虽然是基 于光纤来设计的，但为了地面和空间传输通道互为备用，c c i r 规范了数字微波与卫 星s d h 系统，是速率为1 5 5 5 2 0 m b s 和6 2 2 0 8 0 m b s 的传输系统。 2 2s d h 网络结构 s d h 组网是由s d h 网络设备通过光缆连接而成，采用优化网络结构，建立强大 的运营、维护、管理、( 0 a m ) 功能，降低传输费用，支持新业务。 如图2 2 所示，s d h 网络拓扑结构分为5 类： 链状 将通信网中的所有点串接起来，首末两点开放便形成了线性拓扑。这是s d h 早 期应用的网络拓扑形式。 星状和树状 网中有一个特殊点以辐射的形式与其余所有点直接相连，而其余点之间互相不 能直接相连，便构成了星状拓扑；当末端点连接到几个特殊点时就形成了树状拓扑。 树状拓扑可以看成是线状和星状拓扑的结合。 环状 将线状网首末两开放点相连便形成了环状网。在环状网中，为了完成两个非相 邻点之间的连接，这两点之间的所有点都应完成连接功能。环状网的最大优点是具 有很高的网络生存性，因而在s d h 网中受到特殊的重视，在中继网和接入网中得到 广泛的应用。 网孔状 当涉及通信的许多点直接相连时就形成了网孔状拓扑，网孔状拓扑不受节点瓶 颈问题的影响，两点间有多种路由可选，网络可靠性高。其缺点是网络结构复杂、 成本较高，适合于业务量较大的干线网。 6 华北电力人学i ：稃硕十学何论文 ( a ) 链形臣丑匝丑匝丑咽 ( b ) 星形 ( c ) 树形 ( d ) 环形 ( e ) 网孔形 图2 2 基本网络拓扑图 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 元指针 图2 3s d h 帧结构 s t m n 信号帧结构的安排尽可能便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 7 华北电力人学。l ：程硕十学位论文 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 结构，如前面图2 3 所示。 因此s t m - n 的信号是9 行2 7 0 n 列的帧结构。此处的n 与s t m n 的n 相一致， 取值范围：l ，4 ，1 6 ，6 4 ，表示此信号由n 个s t m - 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x2 7 0 列的块状帧，由上图看出当n 个s t m l 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 - 1 信号的列按字节间插复用， 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 | js 。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。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 o h ) ；管理单元指针( a u - 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： r = l 虚容器 管理单元组 画指针处理国同步传送模块 图2 4 我国的s d h 基本复用映射结构 8 华北电力人学l ：程硕十学位论文 2 4s d h 自愈环网原理 s d h 传输网中所采用的网络结构有多种，其中环状结构彳具有真正意义上自愈， 故称为自愈环。即网络在无需人为干预情况下，就能在极短时间内( i t u t 建议小 于5 0 m s ) 从失效状态自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出现了故障。 其基本原理就是使网络具有备用路由，并重新确立通信能力。可见它特别适应大容 量的光纤通信发展的要求，所以得到广泛的重视。下面介绍一下自愈环的几种保护 方式。 2 4 。1 二纤单向通道保护环 二纤单向通道保护环的结构是采用1 + 1 保护方式，它通常由两根光纤来实现。 根光纤用于传业务信号，称s 1 光纤；另一根光纤传送相同的信号用于保护，称 p l 光纤。单向通道保护环使用“首端桥接，末端倒换”结构( 即“首端双发，末端 选收”) ，业务信号和保护信号分别由光纤s 1 和p 1 携带。 如图2 5 ( a ) ，在网元a ，进入环以网元c 为目的地的支路信号( a c ) 同时馈 入发送方向光纤s 1 和p 1 ，即所谓双馈方式( 首端双发) 。其中，s 1 光纤按a b c 方 向将业务信号送至网元c ，p 1 光纤按a d c 方向将同样的信号作为保护信号送至网元 c 。接收端网元c 同时收到两个方向支路信号，按照分路通道信号的优劣决定选其 中一路作为分路信号，即所谓末端选收。正常情况下，以s 1 光纤送来信号为主信 号。 c aa c c aa c 图2 5 ( a ) 二纤单向通道保护环正常状态 当b 、c 网元间光缆被切断时，两根光纤同时被切断，如图2 5 ( b ) 所示。在 网元c ，由于从a 经s 1 光纤来的a c 信号丢失，按通道选优准则，倒换开关将由s l 光纤转向p 1 光纤，接收由a 网元经p 1 光纤而来的a c 信号作为支路信号，从而使 a c 间业务信号仍得以维持，不会丢失。故障排除后，通常开关返回原来位置。 9 华北电力大学1 ：稃硕+ 学位论文 c a a c 图2 5 ( b ) 二纤单向通道保护环倒换状态 对于二纤单向通道保护环而言，业务的保护是以通道( v c 一1 2 ) 为基础的，即 保护的是s t m n 信号中的某一路p d h 信号( 例如某个2 m b i t s 信号) ，倒换与否由 环上的某一个别通道信号的传输质量来决定。它无需启动a p s 协议，可自动实行保 护倒换，所以其倒换速度快而可靠。 二纤单向通道保护环的业务容量仅为s t m - n ，与环内节点数无关。因为单向通 道保护环中的某个时隙一经某个业务占用，其他业务就不能再占用该时隙，即二纤 单向保护环内，同一业务占用同一时隙绕整个环路传输。 二纤单向通道保护环在应用过程中，还可以根据网络的实际情况，与其他的组 网方式相结合，以实现相对复杂的s d h 网络，例如现在得到广泛使用的环带链形网、 相切环和相交环等。各地区可根据当地传输节点的地理位置分布和具体业务分布、 灵活地组网。 2 ，4 。2 二纤双向通道保护环 1 + 1 二纤双向通道保护环的结构如图2 6 。其中工作原理与二纤单向通道 保护网基本相同，但返回信号沿相反方向。 这种组网方式投入成本不大，被保护的单位是通道，组网方便，使用灵活、安全，因而 适合于轨道交通线通信传输网的运用。 二纤双向通道保护环网上业务为双向( 一致路由) ，保护机理也是支路的“并 发选收”，业务保护是1 + 1 的，网上业务容量与单向通道保护二纤环相同，但结构 更复杂，与二纤单向通道保护环相比无明显优势，故一般不用这种白愈方式。 1 0 华北电力人学l ：科硕+ 学位论文 d 图2 6 二纤双向通道保护环 2 4 3 二纤双向复用段保护环 b 二纤双向复用段保护环中网元节点只用单a d m 即可，要求环上的两个网元间只 需两根光纤。如图2 7 ( a ) ，利用时隙交换技术，一条光纤同时载送工作通路( s 1 ) 和保护通路( p 2 ) ，另一条光纤上同时载送工作通路( s 2 ) 和保护通路( p 1 ) 。每条 光纤上一半通路规定载送工作通路( s ) ，另一半通路载送保护通路( p ) 。 c aa c c a a c 图2 7 ( a ) 二纤双向复片j 段保护环正常状态 正常工作情况下，当支路信号( a c ) 由a 插入时，首选是由s 1 ( p 2 ) 光纤的i j 半时隙所携带，经b 网元到c 网元，完成由a 到c 的信息传输。当b ，c 间出现断 l l 华北电力人学l ：科硕士学位论文 纤故障时，如图2 7 一( b ) 所示，由于光纤断纤故障点相连的网元b ，c 都具有环回 功能，这样当支路信号( a c ) 由网元a 插入时，支路信号( a c ) 首先由要s 1 ( p 2 ) 光纤的前半时隙携带，到达b 网元，通过环回功能电路，将s 1 ( p 2 ) 光纤前半时隙 所携带的支路信号( a c ) 桥接装入s 2 ( p 1 ) 光纤的后半时隙，此时s 2 ( p 1 ) 光纤 p 1 时隙上的额外信息被冲掉，然后经网元a 、d 传输到达c ，在c 处利用其环回功 能电路，又将s 2 ( p 1 ) 光纤中后半时隙所携带的支路信号( a c ) 置于s 1 ( p 2 ) 的 前半时隙之中，从而实现网元a 到网元c 的信息传递。 c aa c s t m n g a a c 图2 7 ( b ) 二纤双向复用段保护环倒换状态 同理，当支路信号( c a ) 由c 网元插入时，则是由s 2 ( p 1 ) 光纤的前半时隙来 携带，经b 网元到达a 网元，完成信息传递。当b ，c 间出现断纤故障时，由c 插 入的支路信号( c a ) 则首先被送到s 2 ( p 1 ) 光纤的前半时隙之中，经c 网元的环回 功能转入s 1 ( p 2 ) 光纤的后半时隙，沿线经d 、a 到达b ，又由b 网元的环回功能 处理，将s 1 ( p 2 ) 光纤后半时隙中携带的支路信号( c a ) 转入s 2 ( p 1 ) 光纤的前 半时隙传输，最后到达网元a ，以此完成由网元c 到网元a 的信息传递。 复用段环保护的业务单位是复用段级别的业务，需通过s t m n 信号中k l 、k 2 字节承载的a p s 协议来控制倒换的完成。由于倒换要通过运行a p s 协议，所以倒换 速度不如通道保护环快，鞍山供电公司采用的华为s d h 设备的复用段倒换速度是 3 5 m s 。 复用段保护环上网元节点的个数( 不包括r e g ，因为r e g 不参与复用段保护倒 换功能) 不是无限制的，而是由k 1 、k 2 字节确定的，环上节点数最大为1 6 个。 2 4 4 二纤单向复用段环 若环上网元a 与网元c 互通业务，构成环的两根光纤s 1 、p 1 分别称之为主纤 和备纤，上面传送的业务不是1 + 1 的业务而是l ：1 的业务一一主环s l 上传主用 业务，备环p 1 上传备用业务；因此复用段保护环上业务的保护方式为l ：l 保护， 有别于通道保护环。 1 2 华北电力人学j i ：程硕十学位论文 在环路正常时，网元a 往主纤s 1 上发送到网元c 的主用业务，往备纤p 1 上发 送到网元c 的备用业务，网元c 从主纤上选收主纤s 1 上来的网元a 发来的主用业 务，从备纤p l 上收网元a 发来的备用业务( 额外业务) ，图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2 8 ( a ) 所示。 c aa c 图2 8 ( a ) 二纤单向复用段保护环正常状态 在c b 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2 8 ( b ) 。 。is 1 。p 1 、 t 、 l 、t ii a i d bt 二 r t p 1、个 ， 1 。 s 1 爪 n 。 图2 8 ( b ) 二纤单向复用段保护环倒换状态 网元a 到网元c 的主用业务先由网元a 发到s l 光纤上，到故障端点站b 处环 回到p 1 光纤上，这时p 1 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p 1 光纤传到网元c ，由于网元c 只从主纤s 1 上提取主用 业务，所以这时p 1 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s 1 光纤上，网元c 从s 1 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c d a 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。 华北电力火学i ：科硕+ 学位论文 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l ：1 保护的，在正常时备环p l 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2 x s t m - n ( 包括了额外业务) ，发生保护 倒换时为1 s t m - 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。组网时要注意s 1 环和p l 环业务流向相反，否则此环无自愈功能。 复用段保护时网元的支路收恒定为从s 1 光纤上收主用业务，不会切换到从p 1 光纤上收主用业务。复用段倒换时不是仅倒换某一个通道，而是将环上整个s t m - n 业务都切换到备用信道上去。环的复用段倒换时是故障端点处的网元完成环回功 能，环上其它网元完成穿通功能，通过复用段倒换的这个性质可方便的定位故障区 段。 2 4 5 四纤双向复用段保护环 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s t m - 1 6 系统时，若环上有1 6 个网元节点，平 均每个节点最大上下业务只有一个s t m - 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2 9 ( a ) 所示。 g a a c 图2 9 ( a ) 四纤双向复用段保护环正常状态 四纤环肯定是由4 根光纤组成，这4 根光纤分别为s 1 、p 1 、s 2 、p 2 。其中，s l 、 s 2 为主纤传送主用业务；p 1 、p 2 为备纤传送备用业务；也就是说p 1 、p 2 光纤分别 用来在主纤故障时保护s l 、s 2 上的主用业务。s 1 、p l 、s 2 、p 2 光纤的业务流向： s 1 与s 2 光纤业务流向相反( 一致路由，双向环) ，s 1 、p 1 和s 2 、p 2 两对光纤上业 务流向也相反，从图( a ) 可看出s 1 和p 2 ，s 2 和p l 光纤上业务流向相同。四纤环 1 4 华北电力大学j 翻鼙硕十学位论文 上每个网元节点的配置要求是双a d m 系统。因为一个a d m 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1 1 5 己置成双a d m 系统。 在环网正常时，网元a 到网元c 的主用业务从s 1 光纤经b 网元到网元c ，网 元c 到网元a 的业务经s 2 光纤经网元b 到网元a ( 双向业务) 。网元a 与网元c 的 额外业务分别通过p 1 和p 2 光纤传送。网元a 和网元c 通过收主纤上的业务互通两 网元之间的主用业务，通过收备纤上的业务互通两网之间的备用业务。 c aa c 图2 9 ( b ) 四纤双向复用段保护环倒换状态 当b c 间光缆段光纤均被切断后，在故障两端的网元b 、c 的光纤s l 和p l 、 s 2 和p 2 有一个环回功能见图2 9 ( b ) ( 故障端点的网元环回) 。这时，网元a 到网 元c 的主用业务沿s l 光纤传到b 网元处，在此b 网元执行环回功能，将s 1 光纤上 的网元a 到网元c 的主用业务环到p 1 光纤上传输，p 1 光纤上的额外业务被中断， 经网元a 、网元d 穿通( 其它网元执行穿通功能) 传到网元c ，在网元c 处p l 光纤 上的业务环回到s 1 光纤上( 故障端点的网元执行环回功能) ，网元c 通过收主纤s 1 上的业务，接收到网元a 到网元c 的主用业务。 网元c 到网元a 的业务先由网元c 将其主用业务环到p 2 光纤上，p 2 光纤上的 额外业务被中断，然后沿p 2 光纤经过网元d 、网元a 的穿通传到网元b ，在网元b 处执行环回功能将p 2 光纤上的网元c 到网元a 的主用业务环回到s 2 光纤上，再由 s 2 光纤传回到网元a ，由网元a 下主纤s 2 上的业务。通过这种环回，穿通方式完 成了业务的复用段保护，使网络自愈。 四纤双向复用段保护环的业务容量有两种极端方式：一种是环上有一业务集中 站，各网元与此站通业务，并无网元间的业务。这时环上的业务量最小为2 s t m - n ( 主用业务) 和4 s t m n ( 包括额外业务) 。由于光缆段的数速级别只有s t m - n ，因 此该业务集中站东西两侧均最多只可通s t m - n ( 主) 或2 s t m - n ( 包括额外业务) 。 另一种情况其环网上只存在相邻网元的业务，不存在跨网元业务。这时每个光缆段 均为相邻互通业务的网元专用，例如a d 光缆只传输a 与d 之间的双向业务，卜 华北电力人学i ：稃硕+ 学位论文 c 光缆段只传输d 与c 之间的双向业务等。相邻网元间的业务不占用其它光缆段的 时隙资源，这样各个光缆段都最大传送s t m - n ( 主用) 或2 s t m n ( 包括备用) 的 业务( 时隙可重复利用) ，而坏上的光缆段的个数等于坏上网元的节点数，所以这 时网络的业务容量达到最大：n s t m n 或2 n x s t m n 。 尽管复用段环的保护倒换速度要慢于通道环，且倒换时要通过k l 、k 2 字节的 a p s 协议控制，使设备倒换时涉及的单板较多，容易出现故障，但由于双向复用段 环最大的优点是网上业务容量大，业务分布越分散，网元节点数越多，它的容量也 越大，信道利用率要大大高于通道环，所以双向复用段环得以普遍的应用。 双向复用段环主要用于业务分布较分散的网络，四纤环由于要求系统有较高的 冗余度4 纤，双a d m ；成本较高，故用得并不多。 2 4 6 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 1 2 有t u h 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1 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1 + 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l ：1 保护) ，信道利用率高。 1 6 华北电力人学。i4 忏i i 硕十学位论文 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一个开放式的系统，任何厂家的任何网络单元都能 在光路上互通，即具备横向兼容性。因此s d h 光接口也是标准化的。 3 1 1 适用于s d h 传输的光纤及传输窗口 由于单模光纤具有带宽大、易于升级扩容和成本低的优点，国际上已一致认为 同步光缆数字线路系统只使用单模光纤作为传输媒质。用于单模传输的窗口只有 1 3 1 0 n m 和1 5 5 0 n m 两个波长窗口。 光信号在光纤中传输的距离要受到色散和损耗的双重影响，色散会使在光纤中 传输的数字脉冲展宽，引起码间干扰降低信号质量。当码间干扰使传输性能劣化到 一定程度( 例1 0 q ) 时，则传输系统就不能工作了。损耗使在光纤中传输的光信号 随着传输距离的增加而功率下降，当光功率下降到一定程度时传输系统也无法工作 了。 i t u t 规范了三种常用光纤，分别符合g 6 5 2 、g 6 5 3 和g 6 5 5 规范的光纤。其 中g 6 5 2 光纤在1 3 1 0 n m 波长窗口色散性能最佳，又称为色散未移位光纤，它可应 用于1 3 l o n m 和1 5 5 0 n m 两个波长区。g 6 5 3 光纤指1 5 5 0 n m 波长窗口色散性能最佳的 单模光纤，又称为色散移位的单模光纤，它通过改变光纤内部的折射率分布将零色 散点从1 3 1 0 n m 迁移到1 5 5 0 n m 波长处，使1 5 5 0 n m 波长窗口色散和损耗都较低，它 主要应用于1 5 5 0 n m 工作波长区。 3 1 2s d h 设备光接口类型 同步光缆数字线路系统的光接口实现了标准化，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。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 1 。 1 7 华北电力人学：l ：稃硕十学何论文 表3 1s d h 光接口代码 应用场合局内短距离局间长距离局间 工作波长( n m ) 1 3 1 01 3 l o1 5 5 013 1 11 5 5 0 光纤类型 g 6 5 2g 6 5 2g 6 5 2g 6 5 2g 6 5 2g 6 5 3 传输距离( k m ) 2 1 54 0 6 0 s t m - 1i 一1s 1 1s 一1 2l 一1 1l - 1 2l 一1 3 s t m - 4i - 4s - 4 1 s - 4 2l - 4 1l - 4 2l 一4 3 s t m - 1 6i 一1 6s 1 6 1 s 一1 6 2l 一1 6 1l 一1 6 2 l 一1 6 3 3 1 3s d h 光接口参数 国蚤罗芝团 图3 1 光接u 位置示意图 l 、光线路码型：s d h 系统的线路码型采用加扰的n r z 码线路信号，速率等于标 准s t m n 信号速率。 i t u - t 规范了对n r z 码的加扰方式，采用标准的7 级扰码器，扰码生成多项式 为14 - x 64 - x 1 ，扰码序列长为27 1 = 1 2 7 ( 位) ，这种方式的优点是码型最简单，不 增加线路信号速率，没有光功率代价，无需编码，发端需一个扰码器即可，收端采 用同样标准的解扰器即可接收发端业务，实现多厂家设备环境的光路互连。采用扰 码器是为了防止信号在传输中出现长连0 或长连l ，易于收端从信号中提取定时 信息。 2 、平均发送光功率：在s 参考点处所测得的发送机发送的伪随机信号序列的 华北电力人学一犟硕十学位论文 平均光功率。 3 、消光比e x l ： 最小值。 4 、接收灵敏度： 的最小值。 定义为信号1 的平均发光功率与信号0 的平均光功率比值的 定义为r 点处为达到l x l o 。1 0 的b e r 值所需要的平均接收功率 5 、接收过载功率：定义为在r 点处为达到l x l o _ o 的b e r 值所需要的平均接收 光功率的最大值，因为接收光功率过大将使接收机进入非线性工作区反而会使b e r 下降。 3 2s d h 组网中的定时和同步 s d h 网中要解决的首要问题是网同步问题，因为要保证发端在发送数字脉冲信 号时将脉冲放在特定时间位置上，而收端要能在特定的时间位置处将该脉冲提取解 读以保证收发两端的正常通信，而这种保证收发两端能正确的在某一特定时间位 置上提取发送信息的功能则是由收发两端的定时时钟来实现的。因此，网同步的 目的是使网中各节点的时钟频率和相位都限制在预先确定的容差范围内，以免由于 数字传输系统中收发定位的不准确导致传输性能的劣化( 误码、抖动) 。s d h 网络 通常采用主从同步方式。 3 2 1 网同步的有关概念 ， 1 、“同步 是指时钟或信息在相应有效瞬间同时以同一平均速率出现。数字网 的同步是指交换设备内的时钟，传输设备内的时钟之间的同步。 2 、“网同步 是指网络中所有节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差 范围内，以便使网的各交换节点的全部数字流实现正确、有效的交换。同步问题实 际上是时钟频率与相位问题，只有各节点时钟完全一致才能进行同步复用、解复用 以及传输。 3 、“光同步数字传输网 是由若干满足同步s d h 网络网元组成，它是在光纤上 实现同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 3 2 2s d h 的引入对网同步的要求 s d h 网的引入对网的同步提出了更高的要求。当网络工作在正常模式时，各网 元同步于一个基准时钟，网元节点时钟间只存在相位差而不会出现频率差，因此只 会出现偶然的指针调整事件。当某网元节点丢失同步基准时钟而进入保持模式或自 1 9 华北电力人学1 ：程硕十学何论文 由振荡模式时，该网元节点