SDH在电力系统的应用.doc

目录 摘要 4 1 SDH 技术的叙述 5 1 1 SDH 的概念 5 1 2 SDH 的产生背景 5 1 3 SDH 的传输原理 5 1 4 SDH 的特点 6 2 SDH 各个组成 8 2 1 SDH 的帧结构 8 2 2 SDH 信息基本单元 9 2 3 SDH 的复用 9 2 4 我国制定的复用结构 11 2 5 SDH 的映射原理 11 2 6 SDH 的网同步 13 3 SDH 在电力系统中的应用及保护 15 3 1 SDH 技术在电力系统应用 15 3 2 SDH 在电力系统中的典型应用 15 3 3 SDH 在电力系统中的保护 17 结束语 21 致谢 22 参考文献 23 SDH 在电力系统的应用 摘要 信息网络是信息社会的重要支撑 在同一网络平台上传输各种业务 减少 网络建设和运营费用 是 21 世纪通信发展的重要方向 为适应电力体制改革 加快电网智能化建设的步伐 电力通信网的规划建设也正朝着这一方向努力发 展 但是 怎样保证电网调度通信业务在这个网络平台上满足可用性及可靠性 传输 是目前各级电力通信的技术管理部门积极研究的课题 也是国内外设备 制造厂商关注的焦点 对于电力系统通信的技术管理部门而言 怎样科学 合 理地运用公网设备解决电力通信网的业务传输 既要满足公网业务和专网特种 业务的要求 又要降低投资成本 有多种解决方式 随着电网建设的不断发展 电网企业正实施 三化一流 的发展战略 其中最主要的一项发展战略是推行 主业现代化 推行主业现代化 就是要以电网为核心 实施统一规划 建设 调度 管理和核算 实现电网运营现代化 以转换经营机制为核心 创造良好 的企业形象和先进的经济指标 实现电网管理现代化 以加快信息资源的开发 与利用为核心 建设技术先进 安全可靠 适应电力市场需求的信息网络体系 而传输系统是信息网络体系的基础平台 因此作为目前传输系统的关键技术 SDH 的传输 当然也就成为是电力系统信息技术应用的关键因素 并且已经成 为电力系统信息化极其重要的组成部份 大多数电力生产信息 管理信息及调 度信息均需通过 SDH 的传输网络进行传输 关键词 关键词 SDH 电力系统 1 SDH 技术的叙述 1 1 SDH 的概念 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 并由统一网管系统操作的综合信息传送网络 是美 国贝尔通信技术所提出来的同步光网络 SONET 国际电话电报咨询员会 CCITT 现 ITU T 于 1988 年接受了 SONET 概念并重新命名为 SDH 使其 成为不仅适用于光纤也适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 实现灵活可靠和高效的网络运 行与维护 因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点 受 到人们的广泛重视 1 2 SDH 的产生背景 SDH 技术的诞生有其必然性 随着通信的发展 要求传送的信息不仅是话 音 还有文字 数据 图像和视频等 加之通信和计算机的发展 在 70 至 80 年代 陆续出现了 T1 DS1 E1 载波系统 1 544 2 048Mbps X25 帧中继 ISDN 综合业务数字网 和 FDDI 光纤分布式数据接口 等多种网络技术 随 着信息社会的到来 人们希望现代信息传输网络能快速 经济 有效地提供各 种电路和业务 而上述网络技术由于其业务的单调性 扩展的复杂性 带宽的 局限性 仅在原有内修改或完善已无济于事 SDH 就是在这种下发展起来的 在各种宽带光纤接入网技术中 了解 SDH 技术的接入 网系统是应用是普遍的 SDH 的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需专业 课的发展 而产生了用户与核心网之间的接入瓶颈的问题 同时提高了传输网 上大量带宽的利用率 SDH 技术自从 90 年代引入以来 至今已以是一种成熟 标准的技术 在骨干网中被广泛采用 且价格越来越低 在接入网中应用可以 将 SDH 技术核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域 充分利用 SDH 同步复用 标准化的光接口 强大的网管能力 灵活网络拓扑能力和高可 靠性带来好处 在接入网的建设发展中长期受益 1 3 SDH 的传输原理 SDH 采用的信息结构等级称为同步传送模块 STM N Synchronous Transport N 1 4 16 64 最基本的模块为 STM 1 四个 STM 1 同步复 用构成 STM 4 16 个 STM 1 或四个 STM 4 同步复用构成 STM 16 四 个 STM 16 同步复用构成 STM 64 甚至四个 STM 64 同步复用构成 STM 256 SDH 采用块状的帧结构来承载信息 每帧由纵向 9 行和横向 270 N 列字节组成 每个字节含 8bit 整个帧结构分成段开销 Section OverHead SOH 区 STM N 净负荷区和管理单元指针 AU PTR 区三个 区域 其中段开销区主要用于网络的运行 管理 维护及指配以保证信息能够 正常灵活地传送 它又分为再生段开销 Rege nerator Section OverHead RSOH 和复用段开销 Multiplex Section OverHead MSOH 净 负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开 销字节 管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在 STM N 帧内的准 确位置以便接收时能正确分离净负荷 SDH 的帧传输时按由左到右 由上到下 的顺序排成串型码流依次传输 每帧传输时间为 125 s 每秒传输 1 125 1000000 帧 对 STM 1 而言每帧字节为 8bit 9 270 1 19440bit 则 STM 1 的传输速率为 19440 8000 155 520Mbit s 而 STM 4 的传输速率 为 4 155 520Mbit s 622 080Mbit s STM 16 的传输速率为 16 155 520 或 4 622 080 2488 320Mbit s SDH 传输业务信号时各种业务信号要进入 SDH 的帧都要经过映射 定位 和复用三个步骤 映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容 器 C 再加入通道开销 POH 形成虚容器 VC 的过程 帧相位发生偏差 称为帧偏移 定位即是将帧偏移信息收进支路单元 TU 或管理单元 AU 的过程 它通过支路单元指针 TU PTR 或管理单元指针 AU PTR 的功能 来实现 复用的概念比较简单 复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高 阶通道层 或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程 复用也就是通过字 节交错间插方式把 TU 组织进高阶 VC 或把 AU 组织进 STM N 的过程 由于经 过 TU 和 AU 指针处理后的各 VC 支路信号已相位同步 因此该复用过程是同 步复用复用原理与数据的串并变换相类似 1 4 SDH 的特点 1 SDH 传输系统在国际上有统一的帧结构 数字传输标准速率和标准 的光路接口 使网管系统互通 因此有很好的横向兼容性 它能与现有的 PDH 完全兼容 并容纳各种新的业务信号 形成了全球统一的数字传输体制标准 提高了网络的可靠性 2 SDH 接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有 规律 而净负荷与网络是同步的 它利用软件能将高速信号一次直接分插出低 速支路信号 实现了一次复用的特性 克服了 PDH 准同步复用方式对全部高速 信号进行逐级分解然后再生复用的过程 由于大大简化了 DXC 减少了背靠背 的接口复用设备 改善了网络的业务传送透明性 3 由于采用了较先进的分插复用器 ADM 数字交叉连接 DXC 网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大 具有较强的生存率 因 SDH 帧结 构中安排了信号的 5 开销比特 它的网管功能显得特别强大 并能统一形成 网络管理系统 为网络的自动化 智能化 信道的利用率以及降低网络的维管 费和生存能力起到了积极作用 4 由于 SDH 有多种网络拓扑结构 它所组成的网络非常灵活 它能增 强网监 运行管理和自动配置功能 优化了网络性能 同时也使网络运行灵活 安全 可靠 使网络的功能非常齐全和多样化 5 SDH 有传输和交换的性能 它的系列设备的构成能通过功能块的自 由组合 实现了不同层次和各种拓扑结构的网络 十分灵活 6 SDH 并不专属于某种传输介质 它可用于双绞线 同轴电缆 但 SDH 用于传输高数据率则需用光纤 这一特点表明 SDH 既适合用作干线通道 也可作支线通道 例如 我国的国家与省级有线电视干线网就是采用 SDH 而 且它也便于与光纤电缆混合网 HFC 相兼容 7 从 OSI 模型的观点来看 SDH 属于其最底层的物理层 并未对其高 层有严格的限制 便于在 SDH 上采用各种网络技术 支持 ATM 或 IP 传输 8 SDH 是严格同步的 从而保证了整个网络稳定可靠 误码少 且便 于复用和调整 9 标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容 降低了联网 成本 2 SDH 各个组成 2 1 SDH 的帧结构 ITU T 规定了 STM N 的帧是以字节 8 位 为单位的矩形块状帧结构 如 图 2 1 所示 图 2 1 STM N 帧结构图 从上图看出 STM N 的信号是 9 行 270 N 列的帧结构 此处的 N 与 STM N 的 N 相一致 取值范围 1 4 16 64 表示此信号由 N 个 STM 1 信 号通过字节间插复用而成 由此可知 STM 1 信号的帧结构是 9 行 270 列的块 状帧 由上图看出 当 N 个 STM 1 信号通过字节间插复用成 STM N 信号时 仅仅是将 STM 1 信号的列按字节间插复用 行数恒定为 9 行 STM N 信号的 传输也遵循按比特的传输方式 信号帧传输的原则是 帧结构中的字节 8 位 从左到右 从上到下一个字节一个字节 一个比特一个比特 的传输 传完一 行再传下一行 传完一帧再传下一帧 ITU T 规定对于任何的 STM 等级 帧频 是 8000 帧 秒 也就是帧长或帧周期为恒定的 125 s E1 PDH 信号的帧频也是 8000 帧 秒 需要注意的是 对于任何 STM 级别帧频都是 8000 帧 秒 帧周期 的恒定是 SDH 信号的一大特点 由于帧周期的恒定使 STM N 信号的速率有其 规律性 例如 STM 4 的传输数速恒定的等于 STM 1 信号传输数速的 4 倍 STM 16 恒定等于 STM 4 的 4 倍 等于 STM 1 的 16 倍 而 PDH 中的 8 448Mbit s 信号速率 2 048Mbit s 信号速率的 4 倍 SDH 信号的这种规律性使 高速 SDH 信号直接分出低速 SDH 信号成为可能 特别适用于大容量的传输情 况 从图 2 1 中可以看出 STM N 的帧结构由 3 部分组成 段开销 包括再生 段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 管理单元指针 AU PTR 信息净 负荷 payload 2 1 1 信息净负荷 payload 信息净负荷由 STM N 帧传送的各种业务信号组成 为了实时监测低速业 务信号在传输过程中是否出错 在装载低速信号的过程中加入了监控开销字节 通道开销 POH 字节 POH 作为信息净负荷的一部分与业务信号一起装 载在 STM N 帧中 在 SDH 网中传送 它负责对低速信号进行通道性能监视 管理和控制 2 1 2 段开销 SOH 段开销是为了保证信息净负荷正常灵活传送所附加的供网络运行 管理和 维护 OAM 使用的字节 段开销又分为再生段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 分别对相应的段层进行监控 RSOH 和 MSOH 的区别主要在于监 管的范围不同 举个简单的例子 若光纤上传输的是 STM 16 信号 那么 RSOH 监控的是 STM 16 整体的传输性能 而 MSOH 则是监控 STM 16 信号中 每一个 STM 1 的性能情况 RSOH 在 STM N 帧中的位置是第一到第三行的第 一到第 9 N 列 共 3 9 N 个字节 MSOH 开销在 STM N 帧中的位置是第 5 到 第 9 行的第一到第 9 N 列 共 5 9 N 个字节 与 PDH 信号的帧结构相比较 段开销丰富是 SDH 信号帧结构的一个重要的特点 2 1 2 管理单元指针 AU PTR AU PTR 是用来指示信息净负荷的第一个字节 起始字节 在 STM N 帧内 准确位置的指示符 以便信号的接收端能根据这个指针值所指示的位置找到信 息净负荷 管理单元指针位于 STM N 帧中第 4 行的 9 N 列 共 9 N 个字节 2 2 SDH 信息基本单元 2 2 1 信息容器 C 信息容器的功能时将常用的 PDH 信号适配进入标准容器 目前 针对常用 的 PDH 信号速率 G 707 已经规定了 5 种标准容器 C 11 C 12 C 2 C 3 与 C 4 2 2 2 虚容器 VC 由信息容器出来的数字流加上通道开销后就构成了虚容器 这是 SDH 中最 重要的一种信息结构 主要支持通道层连接 2 2 3 支路单元 TU 支路单元是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构 它 由低阶 VC 与 TU PTR 组成 其中 TU PTR 用来指明低阶 VC 在 TU 帧内的位 置 因而允许低阶 VC 在 TU 帧内的位置浮动 但 TU PTR 本身在 TU 帧内的 位置是固定的 2 2 4 支路单元组 TUG 一个或多个在低阶 VC 净负荷中占有固定位置的 TU 组成支路单元组 2 2 5 管理单元 AU 管理单元是一种为高阶通道层与复用段层提供适配功能的信息结构 它由 高阶 VC 与 AU PTR 组成 其中 AU PTR 用来指明高阶 VC 在 STM N 帧内的 位置 因而允许高阶 VC 在 STM N 帧内的位置浮动 但 AU PTR 本身在 STM N 帧内的位置是固定的 2 2 6 管理单元组 AUG 一个或多个在 STM 帧中占有固定位置的 AU 组成管理单元组 它由若干个 AU 3 或单个 AU 4 按字节间插方式均匀组成 2 3 SDH 的复用 要通过 SDH 网络传输业务信号 必须先将业务信号复用进 STM N 信号帧 当中 ITU T 规定了一整套完整的信号复用结构 也就是复用途径 通过这些 途径可将 PDH 3 个系列的数字信号以及其它信号通过多种形式复用成 STM N 信号 ITU T 规定的复用结构如图 2 3 图 2 3 复用映射结构 从上图可以看出 从一个有效负荷到 STM N 的复用途径不是唯一的 例如 2Mbit s 的信号可通过两种途径复用成 STM N 信号 SDH 网络中的复用包括三种情况 1 低阶 SDH 信号复用成高阶 SDH 信号 2 低速支路信号 例如 E1 E3 E4 复用成 SDH 信号 STM N 3 大于 C 4 容量 139 760Mbit s 的高速信号 如高清晰度电视信号和 IP 路由信号 复用进 STM 4 和 STM 16 第一种情况在前面已经提及 复用的方法主要通过字节间插复用方式来完 成的 复用的个数是 4 合一 即 4 STM 1 STM 4 4 STM 4 STM 16 在 复用过程中保持帧频不变 8000 帧 秒 这就意味着高一级的 STM N 信号是 低一级的 STM N 信号速率的 4 倍 在进行字节间插复用过程中 各帧的信息 净负荷和指针字节按原值进行间插复用 而段开销则会有些取舍 在复用成的 STM N 帧中 段开销并不是所有低阶 SDH 帧中的段开销间插复用而成 而是 舍弃了一些低阶帧中的段开销 第二种情况用得最多的就是将 PDH 信号复用进 STM N 信号中去 SDH 网络的兼容性要求 SDH 的复用方式既能满足异步复用 例如 将 PDH 信号复用进 STM N 又能满足同步复用 例如 STM 1 STM 4 而且能方便地由高速 STM N 信号分 插出低速信号 同时不造成 较大的信号时延和滑动损伤 这就要求 SDH 网络需采用自己独特的一套复用步 骤和复用结构 在这种复用结构中 通过指针调整定位技术来取代 125 s 缓存 器用以校正支路信号频差和实现相位对准 各种业务信号复用进 STM N 帧的 过程都要经历映射 相当于信号打包 定位 相当于指针调整 复用 相当 于字节间插复用 三个步骤 第三种情况通过级联的方法实现 级联是一种结合过程 把多个虚容器组合起来 使得它们的组合容量可以 当作一个保持比特序列完整性的单个容器使用 级联分为相邻级联和虚级联 VC 4 相邻级联就是将相邻的 X 个 C 4 的容量拼在一起 相当于形成一个大的 容器 来满足大于 C 4 的大容量客户信号传输的要求 VC 4 级的虚级联就是把 X 个不同的 STM N 中 VC 4 拼在一起形成一个大的虚容器作为一个整体使用 2 4 我国制定的复用结构 尽管低速信号复用成 STM N 信号的途径有多种 但是对于一个国家或地 区则必须使复用途径唯一化 中国的光同步传输网技术体制规定了以 2Mbit s 信号为基础的 PDH 系列作为 SDH 的有效负荷 并选用 AU 4 的复用途径 其 结构见图 2 4 所示 图 2 4 中国的 SDH 基本复用映射结构 2 5 SDH 的映射原理 2 5 1 映射的基本概念 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 2 5 2 映射的种类 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 5 2 1 异步映射 异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制 信号有无帧结构均可 也 无需与网络同步 例如 PDH 信号与 SDH 网不完全同步 利用码速调整将信号 适配进 VC 的映射方法 在映射时通过比特塞入将其打包成与 SDH 网络同步的 VC 信息包 在解映射时 去除这些塞入比特 恢复出原信号的速率 也就是 恢复出原信号的定时 因此说低速信号在 SDH 网中传输有定时透明性 即在 SDH 网边界处收发两端的此信号速率相一致 定时信号相一致 此种映射方法可从高速信号中 STM N 中直接分 插出一定速率级别的低 速信号 例如 2Mbit s 34Mbit s 140Mbit s 因为映射的最基本的不可分割单 位是这些低速信号 所以分 插出来的低速信号的最低级别也就是相应的这些数 率级别的低速信号 2 5 2 2 比特同步映射 此种映射是对支路信号的结构无任何限制 但要求低速支路信号与网同步 例如 E1 信号保证 8000 帧 秒 无需通过码速调整即可将低速支路信号打包 成相应的 VC 的映射方法 注意 VC 时刻都是与网同步的 原则上讲此种映射 方法可从高速信号中直接分 插出任意速率的低速信号 因为在 STM N 信号中 可精确定位到 VC 由于此种映射是以比特为单位的同步映射 那么在 VC 中可 以精确的定位到你所要分 插的低速信号具体的那一个比特的位置上 这样理论 上就可以分 插出所需的那些比特 由此根据所需分 插的比特不同 可上 下不 同速率的低速支路信号 异步映射能将低速支路信号定位到 VC 一级就不能再 深入细化的定位了 所以拆包后只能分出 VC 相应速率级别的低速支路信号 比特同步映射类似于将以比特为单位的低速信号 与网同步 进行比特间插复 用进 VC 中 在 VC 中每个比特的位置是可预见的 2 5 2 3 字节同步映射 字节同步映射是一种要求映射信号具有字节为单位的块状帧结构 并与网 同步 无需任何速率调整即可将信息字节装入 VC 内规定位置的映射方式 在 这种情况下 信号的每一个字节在 VC 中的位置是可预见的 有规律性 也就 相当于将信号按字节间插方式复用进 VC 中 那么从 STM N 中可直接下 VC 而在 VC 中由于各字节位置的可预见性 于是可直接提取指定的字节出来 所 以 此种映射方式就可以直接从 STM N 信号中上 下 64kbit s 或 N 64kbit s 的 低速支路信号 为什么呢 因为 VC 的帧频是 8000 帧 秒 而一个字节为 8bit 若从每个 VC 中固定的提取 N 个字节的低速支路信号 那么该信号速率就是 N 64kbit s 2 5 2 4 浮动 VC 模式 浮动 VC 模式指 VC 净负荷在 TU 内的位置不固定 由 TU PTR 指示 VC 起 点的一种工作方式 它采用了 TU PTR 和 AU PTR 两层指针来容纳 VC 净负荷 与 STM N 帧的频差和相差 引入的信号时延最小 约 10 s 采用浮动模式时 VC 帧内可安排 VC POH 可进行通道级别的端对端性能监控 三种映射方法 都能以浮动模式工作 前面讲的映射方法 2Mbit s 34Mbit s 140Mbit s 映射 进相应的 VC 就是异步映射浮动模式 2 5 2 4 锁定 TU 模式 锁定 TU 模式是一种信息净负荷与网同步并处于 TU 帧内的固定位置 因 而无需 TU PTR 来定位的工作模式 PDH 基群只有比特同步和字节同步两种映 射方法才能采用锁定模式 锁定模式省去了 TU PTR 且在 TU 和 TUG 内无 VC POH 采用 125 s 的 滑动缓存器使 VC 净负荷与 STM N 信号同步 这样引入信号时延大 且不能进 行端对端的通道级别的性能监测 综上所述 三种映射方法和两类工作模式共 可组合成五种映射方式 我们着重讲一讲当前最通用的异步映射浮动模式的特 点 异步映射浮动模式最适用于异步 准同步信号映射 包括将 PDH 通道映射 进 SDH 通道的应用 能直接上 下低速 PDH 信号 但是不能直接上 下 PDH 信 号中的 64kbit s 信号 异步映射接口简单 引入映射时延少 可适应各种结构 和特性的数字信号 是一种最通用的映射方式 也是 PDH 向 SDH 过渡期内必 不可少的一种映射方式 当前各厂家的设备绝大多数采用的是异步映射浮动模 式 浮动字节同步映射接口复杂但能直接上 下 64kbit s 和 N 64kbit s 信号 主 要用于不需要一次群接口的数字交换机互连和两个需直接处理 64kbit s 和 N 64k s 业务的节点间的 SDH 连接 2 6 SDH 的网同步 2 6 1 网同步的基本原理 所谓同步 是使网内运行的所有数字设备都工作在一个相同的平均速率上 如果数字传输不能保持同步 如两个数字网络之间不同步 或同一数字网内的 设备彼此不同步 或收发之间不同步等 则会使被传输的数字信号发生混乱 根本无法达到预定通信目的 如若发送时钟快于接收时钟 接收端就会丢失一 些数据 即所谓漏读滑动 如若发送时钟慢于接收时钟 接收端就会重读一些 数据 即所谓重读滑动 因此为保证传输质量 不仅要使网络中的设备保持良 好的同步状态 而且还应保证网络本身 网络与网络之间保持良好的同步状态 2 6 2 网同步方式 在目前的 SDH 网络中节点时钟的同步有两种方式 主从同步方式和相互同 步方式 2 6 2 1 主从同步方式 主从同步方式使用一系列分级的时钟 每一级时钟都与其上一级时钟同步 在网络中最高一级的时钟称为基准主时钟或基准时钟 PRC 它是一个高精度 和高稳定度的时钟 该时钟经同步分配网 即定时基准分配网 分配给下面的 各级时钟 目前 ITU T 将各级时钟分为 4 类 1 基准主时钟 符合 ITU T G 811 建议 2 转接局时钟 符合 ITU T G 812 建议 3 端局从时钟 符合 ITU T G 812 建议 4 SDH 网元时钟 符合 ITU T G 813 建议 通常 同步分配网采用 树形结构 将定时基准信号送至网内各节点 然后通过锁相环使本地时钟的相 位锁定到收到的定时基准上 从而使网内各节点的时钟都与基准主时钟同步 这是一种单端控制方式 如图 2 6 2 所示 图 2 6 2 主从同步方式 等级主从同步方式的主要优点是网络稳定性较好 组网灵活 适于树形结 构和星形结构 控制简单 网络的抗滑动性较好 主要缺点是对基准主时钟和 传输链路的故障较敏感 一旦基准主时钟发生故障会造成全网的问题 为此 基准主时钟应采用多重备份以提高可靠性 采用等级主从同步方式不仅与交换 分级网相匹配 也有利于改进全网的可靠性 等级主从同步方式在各国公用电 信网中获得了广泛的应用 2 6 2 2 相互同步方式 在互同步系统中 不分时钟级别 不设主时钟 所有的时钟皆采用互连方 式 即每个时钟通过锁相环受所有接收定时基准信号的共同加权控制 在各时 钟的相互作用下 如果网络参数选择合适 可以实现网内时钟的同步 由于高 稳定 高可靠基准时钟的出现 主从同步法获得广泛应用 而互同步法因易形 成扰动 实际中已经很少采用 3 SDH 在电力系统中的应用及保护 3 1 SDH 技术在电力系统应用 3 1 1 网络架构设计 电力输电网的网架结构 决定了电力通信网分级 分层 分区的传输网络 拓扑结构 国调中心至各大区 省 调度中心的电力通信为一级传输网 大区调 度中心至各省级调度中心的电力通信为二级传输网 省级调度中心至各地区级 调度中心的电力通信为三级传输网 地区级调度中心至各县级调度所的电力通 信为四级传输网 各县级调度通信网便是电力通信的五级传输网 在实际建设 过程中 还需要根据实际情况 考虑网络建设和管理的复杂度 确定网络的层次 架构 3 1 2 SDH 用户接入设备的布置 省调配置一套SDH用户接入设备 将各地区通信网至省调及上级调度的主通 道业务信号进行分叉 复接 实现业务重组 区调配置一套SDH用户接入设备 将各 县通信网 发电厂至区调 省调的主通县调配置一套SDH用户接入设备 将各变 电所 发电厂至区调 省调的主通道业务信号进行分叉 复接 实现业务重组 SDH用户接入设备 其基本是一套高性能的STM ISDH传输设备 多台SDH用户 接入设备能够组成STM 1的SDH网 并能够接入到STM 4或STM 16的网络中 组成SDH子网 3 1 3 业务实现过程 考虑将来的业务扩展 根据业务需要分配带宽颗粒 在传输系统中 一次变 分配4个左右2M 二次变分配3个2M 局间提供分组交换所需2M 综合业务接 入网设备满足如下需求 2 4 线音频专线接入 Z接口延伸业务 热线电话 POTS普通电话接入 继电保护DDN专线业务 以太网等业务 3 1 4 保护方式的选择分析 SDH的特点是其光环自愈功能 在光纤被切割等故障发生时仍能在短的时 间内恢复通信 这在保证整个通信系统的可靠性方面起重要作用 在实际设计 过程中需要结合节点的分布根据不同的保护方式主要有两种不同的网络配置方 案 SNC较适应于网孔型的网络结构 自愈环保适应于环网结构 网络通信容量较 大 结构简单的大型网络更为适用 3 2 SDH 在电力系统中的典型应用 3 2 1电力专网通信系统多业务传输解决方案的典型应用 一 行业典型应用要求或前提 即使在网络拓扑结构比较复杂的情况下 如何保证电力通信高可靠性的要 求 如何保证通信系统良好的可扩展性 如何保证通信系统的多种业务要求 1 以最省的方式组建 SDH 自愈网 且升级扩容方便 2 站业务容量不大 但总体要求接口丰富 3 设备具有高稳定性 且可以统一监控 二 方案简述及组网图 针对以上要求 运用其专门研制的高性能高适应性的系列产品 提供了完 善的光纤通信解决方案 1 H9MOX 1641 型 MSTP 多业务光纤传输平台 可支持多达 12 个光方 向 尤其适合在复杂的网络拓扑条件下组网 MSTP 与传统的 SDH 兼容 具备 传统 SDH 的特点 同时克服了传统 SDH 的不足 它采用统计复用的方式对数 据进行封装 采用分布式以太网 OVERSDH 技术 具备 2 5 层数据交换能力 在由五个站点构成的环网中 以太网数据对整个系统的带宽要求仅仅为 45M 由 于采用了分布式交换系统 其使用效率远远高于传统的 SDH 传输方案 2 三光方向的站点 采用 H9MOS 型 SDH 设备 3 两光方向的站点 以及光方向不超过两点的站点 采用 H9MO 155 型 SDH 设备 4 远端站点容量较小 推出 8 1 单板型 PCM 设备 具备 8 路以 64K 为单位的业务接口 种类齐全 普通语音接口 4E M 接口 2E M 接口 RS232 接口 RS485 接口 2 4 线音频接口 磁石接口 64K 128KV 35 接口 64KG 703 接口 热线接口 和一路以太网接口或两路 N 64KV 35 接口 5 端站点多 站点接入容量小的特点 使用了最多可接入 14 个 E1 设 备的 PCM 局端设备 型号为 H5P 14 每个单板上一个 2M 容量 对外提供 8 路以 64K 为单位的业务接口和一路 N 64K 的数据接口 具有极高的性能价格 比优势 所有的设备可纳入统一网管 每个设备都可提供 RS232 或 RS485 的监控通 道 在调度中心可对每一个变电站实行监控 如图 3 2 1 图 3 2 1 电力专网通信系统多业务传输组网图 3 2 2 SDH 电力通信承载网的应用 电力通信承载网建设的需求分析 电力通信承载网在为电力系统服务方面需为省局 电厂 变电站及与市局 之间提供业务通道的基础服务 电力通信承载网主要承载的业务包括 数据业务 包括线路继电保护和电网安全自动装置数据 调度自动化 SCADA 电能计量系统 变电站综合自动化 电力市场数据和管理信息业 务等 话音业务 包括调度电话 行政电话 会议电话 视频业务 包括视频会议系统及变电站自动监控系统等 多媒体业务 信息检索 科学计算和信息处理 电子邮件 web 应用 可视图文 多媒体会议 视频点 广播 因特网接入业务和 IP 电话等话音业务 通过更加深入地分析 我们可以看出 在业务需求方面 目前大部分省份的电力通信网络还无法实现管理信息系 统横向数据的充分交互 这和目前选用的通信手段很有关系 通过 SDH 或者 ATM 作为业务承载层 只能实现点到点的业务实现 面对点到多点 多点到多 点的业务需求 实现起来就非常困难 在财务自动化系统内 也同样存在这样 的问题 此外 在办公自动化方面还有信息发布 文档查询 公文流转批阅 会议管理 电子邮件以及信息采编等 数据业务的需求已超过了电力通信网络 发展的速度 只有承载在分组化宽带网络上 充分利用万兆 千兆 百兆高带 宽优势 充分利用 MPLS 电信级以太网等先进技术才能更好的承载这些重要 业务 在拓扑结构的选择上 由于电力通信网络光纤电路覆盖面大 节点多且分 散 距离长 业务密度集中 电路分期呈链形建设 很难形成网状拓扑 也就 无法发挥网状拓扑的多路由可选 可靠性高 生存性强的优势 而链形和星形 拓扑虽然符合电力系统通信电路分段建设的特点 但是其可靠性差 瓶颈现象 严重成本较高 基于电信级以太网技术的环形网络有多样的环网类型 相交环 相切环 环与链 灵活的组网能力和成熟的自愈技术 更适合电力通信光网络 的组网 如图 3 2 2 图 3 2 2 电力通信承载网 综上所述 电力公司需要建设一个可靠安全 高速高效的多业务承载网络 这个网络应该是具备高可靠性 高安全 高宽带 大容量 智能化的分组化网 络 3 3 SDH 在电力系统中的保护 3 3 1 加强通信网络的设计 电力系统专业通信网的主要特点有 1 用户分布点多面广 2 容量小但种类多 数据信息通道所占比例高 3 随着电网飞速发展 通信网络变化大 4 对电路要求的可靠性更高 根据这些特点 要求设计通信主干网络时 必须做到可靠 灵活方便 并 具有可持续发展能力 针对 SDH 光纤通信而言 SDH 的灵活方便性 通用性 自愈能力是其它设备无法比拟的 但是可靠性方面可通过网络设计利用 SDH 的 优点来加以弥补 对于可靠性的要求 根据实际而定 一般以做到 任何一个站 出现大故障 不能影响其他站的正常运行 任何设备的任何一块板或某一个元 件出现故障 不能影响本设备的正常运行 为设计标准 3 3 1 1 建立混合环形网 比较简单的网络设计是组成如图的 3 3 1 1 SDH 基本环行结构 该结构由 一对光纤组成 STM N 信号同时在顺时针方向 CW 和逆时针方向 CCW 传输 在正常状态 一个或多个 STM M M N 信号 或者其他能在 STM N 帧内携带 的业务 同时在环内沿 CW 和 CCW 方向发送 在接收点将出现两个一样的通 道信号 一个作为主信号 一个作为备用信号 由于进入环中的支路信号要通 过整个环传输 因此在整个环内携带的业务的可用总带宽不能超过 STM N 容 量 该带宽由环内所有节点共享 而且任何节点上的分插业务带宽都不能重新 使用 因此在初次设计时期 应配置最大可用容量 图 3 3 1 1 SDH 基本环行结构图 当光缆被切断或某一节点设备失效时 两个环 CW 和 CCW 中的一个仍可 维持有效信号 通过通道选择有效信号控制通道倒换 从而维持正常的业务 这样便发挥了 SDH 的优点 提高了网络的可靠性 3 3 1 2 建立保护链路 电业局拟建东 西 2 个 SDH 环网 如图 3 3 2 2 所示 东环 西环均为 SDH 2 纤自愈环 SDH 设备已采取复接器保护 线路保护 2 纤自愈环保护 分支接口的 1 N 保护 电源的 1 N 保护等 仅对设备的可靠性而言 基本保 证了任何一块板 或一个元件 出现故障 不影响该机的正常运行的要求 SDH 的自愈功能克服了由于某些原因出现大的故障或停机检修时 只影响本身的通 信 而不影响其它各站之间的通信 但是当中心站的 A1 和 A2 机出现大的故障 而停机时 就意味着中心站与东环或西环的通信全部中断 这种情况是不允许 发生的 因此 根据电力通信的特点 设计网络方案时 在 A1 机至 D 机和 A2 机至 C 机之间各设置了一条联络光路 充分利用 D 机 C 机的路由保护功能 将东环或西环各机的信息经 D 机或 C 机同时送到 A1 机和 A2 机 使 A1 机和 A2 机起到互为备用的作用 这种 A1 机 A2 机互为保护的方式还必须与 3630 智能 PCM 基群配套使用 利用 3630PCM 具有 2 个 2M 口进行自动倒换 图 3 3 2 2 双 SDH 环网图 3 3 2 选择合理的 SDH 设备及网管系统 目前 世界各大电信公司均推出了自己的 SDH 产品 生产 SDH 设备的主 要厂家有 美国 AT T 2000 系列 法国 A1catel 瑞典 Ericsson ETNA 体系 加拿大北方电信 Fiber world 体系 中国的华为和中兴 德国西门子和日本富 士通等 3 3 2 1 SDH 设备分类 SDH 设备根据其种类可划分为终端复用器 TM 再生中继器 REG 分插复 用器 ADM 和数字交叉连接设备 DXC 在组网时要生视设备的各种接口的合理 配置与设备在网络中的恰当运用问题 3 3 2 2 选择合理的 SDH 设备 在建设SDH 信网络时 作为一项系统工程必须根据实际情况下选择合理的 SDH设备 进行详细的规划与设计 只有这样 才能在电力通信投资较少 建设 周期较长的情况下 达到预期的效果 3 3 2 3 SDH 网管系统 SDH 的网管系统不再停留在简单的维护终端和告警管理上 而且能自动处 理和管理所接网络中各站设备的各种信息 并能对系统运行进行分析 还能通 过远端维护接口来处理和管理其他网络中各站设备的各种信息 同时 能做到 与 PDH 设备网管在一定程度上的兼容 SDH 传输网做为电力通信网 完善的 SDH 管理系统对全网的服务质量和 维护成本有着深刻的意义 和以往的 PDH 传输系统相比 SDH 技术在起帧结 构中安排了相当丰富的开销字节用于网络的 OAM P 目前由于 ITU T 在网元 一级的管理标准比较完善 如 G 784 G 774 系列 Q 811 Q 812 等建议 而网 络一级的管理标准特别是信息模型还正在完善之中 尽管 SDH 网络管理系统的内容相当丰富 但 SDH 管理系统的管理功能依 然可以用 TMN 的五大管理功能进行描述 即故障管理功能 性能管理功能 配置管理功能 安全管理功能和记账管理功能 由于 SDH 设备不同三家的产品不同 在网络管理方面存在异种 ADH 管理 系统的互操作问题 即对被管理的 SDH 网络资源的模型化 并具有一个共同的 外部协议传送的管理信息结构 和 TMN 一样 SDH 管理系统也秉承了 ISO OSI 管理中面向目标 对象 和客户 服务器方法 用管理目标抽象表示 SDH 传送网的物理资源和逻辑资源 另外 由于 SDH 传输网对其网络管理的依赖性较大 因此 在对网络管理 软件操作的过程中 一定要注意操作的规范化 在进行软件版本升级过程中 要时刻注意网络的运行情况 做好处理突发事件的准备 结束语 SDH作为新一代的传输网体制 正迅猛发展 SDH通信模式 可以实现网 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 实现灵活可靠和高效 的网络运行与维护 可以接入各类电力通信业务 以此形成电力通信网络的综合 化 数字化 智能化和宽带化 我们在规划或建立新的通信系统时 应首先考 虑使用SDH设备 这样就可以实现高效 高智能 高灵活和高生存能力 维护 功能齐全 操作运行廉价的电力通信网 不仅可以更好地为电力系统生产 调 度等服务 而且还使电力专用通信网今后以竞争力很强的价格进入市场 为电 力公司开创新的收入来源 创造更好的经济效益打下基础 致谢 非常感谢王维维老师在毕业设计阶段给我们的悉心的指导和热心的帮助 从最初的选题到开题报告 从写作提纲到一次又一遍的指出其中的具体问题 严格把关 循循善诱 在论文完成之际 谨向老师表示最崇高的敬意和最衷心 的感谢 参考文献 1 殷小贡 刘涤尘 电力系统通信工程 M 武汉 武汉大学出版社 2000 2 肖萍萍 SDH 原理与技术 M 北京 北京邮电大学 2006 3 钟西岩 电力系统通信与网络技术 中国电力出版社 2005 4 吴凤修 SDH 技术与设备 人民邮电出版社 2006 5 李方建 SDH 光传输设备开局与维护 科学出版社 2011 6 邢道清 电力通信 机械工业出版社 2009 7 华北电力调度通信中心 电力通信专业 中国电力出版社 2007 8 何一心 光传输网络技术 SDH 与 DWDM 人民邮电出版 2008 9 谢桂月 有线传输通信工程设计 人民邮电出版社 2010 10 许建安 电力系统通信技术 中国水利水电出版社 2007 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈 芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆 羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃