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多业务SDH

SDH传输体制是由PDH传输体制进化而来的,因此它具有PDH体制所无可比拟的优点,它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制,与PDH相比在技术体制上进行了根本的变革。

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。因为与传统的PDH体制不同,按SDH组建的网络是一个高度统一的、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。并且由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用。

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浅谈SDH技术及其应用

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                   目    录

TOC摘要 4

第1章SDH概述 5

1.1  SDH产生的背景 5

1.2  SDH的特点 5

第2章SDH的工作原理 6

2.1 STM-N的帧结构 6

2.2  SDH的复用结构和步骤 7

第3章 SDH的网络结构和网络保护机理9

3.1 基本的网络拓扑结构 9

3.2链网和自愈环 10

第4章 SDH的主要设备17

4.1 SDH网络的常见网元和功能 17

第5章SDH在电力通信专网的应用21

5.1电力通信专用网的特点 21

5.2电力通信专用网的构建思路 21

5.3电力系统通信专网的SDH网络拓扑 23

5.4其他辅助通信系统 24

第6章 SDH的发展趋势28

结束语29

参考文献30


浅谈SDH技术及其应用


(吉首大学 继续教育学院,湖南 吉首 416000)

摘  要:随着信息社会的到来,人们希望现代信息络能快速、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,仅在原有框架内修改或完善已无济于事, 此时SDH的产生并凭借其众多特性,使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。

本文从SDH帧的详细论述了SDH的工作原理,SDH的常用网络拓扑、网络设备以及网络的保护机理。在这些基础上介绍了SDH网络中常用设备的功能。最后举例说明了其在现实中的应用和如何构建一个SDH网络。

近年来,SDH作为新一代理想的传输体系,具有路由自动选择能力,上下电路方便,维护、控制、管理功能强,标准统一,便于传输更高速率的业务等优点,能很好地适应飞速发展的需要。SDH技术与一些先进技术相结合,如光波分复用(WDM)、ATM技术、Internet技术(IP over SDH)等,使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目,是电信界公认的数字传输网的发展方向,具有远大的商用前景。


关键词:SDH、、原理、网络、设备。


第1章SDH概述

1.1  SDH产生的背景


同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy,缩写为SDH)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研究所提出来的同步光网络(SONET)。国际电话电报咨询委员会(CCITT)(现ITU-T)于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH,这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。

SDH出现以前,沿用的数字传输设备均属准同步数字系( Plesiochronous Digital Hierarchy,缩写为PDH)。SDH技术的诞生有着其必然性。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。加之数字通信和计算机技术的发展,在70至80年代,陆续出现了T1(DS1)/E1载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25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,仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH就是在这种背景下发展起来的。

在各种宽带光纤接入网技术中,采用SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。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求的发展,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,至今已经是一种成熟、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技术在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。

1.2  SDH的特点

SDH是数字传输体制上继PDH之后的一次划时代的飞跃。SDH之所以能够快速发展这是与它自身的特点是分不开的,其具体特点如下:

(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。

  第2章SDH的工作原理


帧结构及相应的信息格式是SDH的核心,它的结构会直接影响到传送业务的灵活性、对外兼容性和适应性。

   2.1 STM-N的帧结构

STM-N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀、有规律的分布,以便于从高速信号中直接上/下低速支路信号。因此,ITU-T规定了STM-N的帧是以字节为单位的矩形块状结构。

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。并且,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行不变。

   我们知道,信号在线路上串行传输时是逐个比特(bit)地进行的,那么这个块状帧是怎样在线路上进行传输的呢? STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式,SDH信号帧传输的原则是:按帧结构的顺序从左到右,从上到下逐个字节,并且逐个比特地传输,传完一行再传下一行,传完一帧再传下一帧。

   STM-N信号帧的重复频率(也就是每秒传送的帧数)是多少呢?ITU-T规定对于任何级别的STM-N帧,帧频都是8000帧/秒,也就是帧的周期为恒定的125μs ,帧中每个字节提供的通道速率是64Kbit/s。

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-1的16倍。而PDH中的E2信号速率≠E1信号速率的4倍。

STM-N的帧结构由3部分组成:

段开销(SOH),包括再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH);

管理单元指针(AU-PTR);

1、信息净负荷(payload)。

信息净负荷位于STM-N帧中第1到第9行,第9×N+1到第270×N列,共9×261×N个字节。信息净负荷是在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种用户信息码块的地方。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱,车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号——待运输的货物。

为了实时监测货物(打包的低速信号)在传输过程中是否有损坏,在将低速信号打包的过程中加入了通道开销(POH)字节。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送,它负责对打包的货物(低速信号)进行通道性能监视、管理和控制。

2、 段开销(SOH)

段,相当于一条大的传输通道,段开销是为了保证信息净负荷正常传送所必须附加的网络运行、管理和维护(OAM)字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控,而通道开销(POH)的作用是当车上有货物损坏时,通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。也就是说SOH完成对货物整体的监控,POH是完成对某一件特定的货物进行监控,当然,SOH和POH还有一些其他管理功能。

段开销又分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH),可分别对相应的段层进行监控,二者的区别在于监管的范围不同。举个简单的例子,若光纤上传输的是2.5G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。

   再生段开销在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;复用段开销在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。

3、 管理单元指针(AU-PTR)

   管理单元指针位于STM-N帧中第4行的第一到第9×N列,共9×N个字节。AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符,以便接收端能根据这个位置指示符的值(指针值)准确分离信息净负荷。

其实指针有高、低阶之分,高阶指针是AU-PTR,低阶指针是TU-PTR,TU-PTR的作用类似于AU-PTR,只不过所指示的信息负荷更小一些而已。

2.2  SDH的复用结构和步骤

SDH的复用包括两种情况:一种是由STM-1信号复用成STM-N信号;另一种是由PDH支路信号(例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s)复用成STM-N信号。

1、 由STM-1信号复用成STM-N信号

复用的方法主要通过字节间插的同步复用方式来完成的,复用的基数是4,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字节间插复用,而STM-N的段开销并不是由所有低阶STM-N帧中的段开销间插复用而成,而是舍弃了某些低阶帧中的段开销。

2、 由PDH支路信号复用成STM-N信号

各种PDH支路信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射、定位、复用三个步骤。映射相当于信号打包,定位伴随与指针调整,复用相当于字节间插复用。ITU-T规定了一整套完整的映射复用结构,也就是映射复用路线,通过这些路线可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。

     复用结构包括了一些基本的复用单元:C-容器、VC-虚容器、TU-支路单元、TUG-支路单元组、AU-管理单元、AUG-管理单元组,这些复用单元的下标表示与此复用单元相应的信号级别。

从一个有效负荷到STM-N的复用路线不是唯一的,有多条路线(也就是说有多种复用方法)。例如:2Mbit/s的信号有两条复用路线,也就是说可用两种方法复用成STM-N信号。必须说明,8Mbit/s的PDH支路信号是无法复用成STM-N信号的。

   尽管一种信号复用成SDH的STM-N信号的路线有多种,但是,我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(欧洲系列)作为SDH的有效负荷,并选用AU-4的复用路线。


SDH的网络结构和网络保护机理

3.1 基本的网络拓扑结构

SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的,网络节点设备(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、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。

   链形网

   链形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

星形网络拓扑是将网中一网元做为中心节点设备与其他各网元节点相连,其他各网元节点之间互不相连,网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。

               

   树形网

   树形网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合。

   环形网

环形网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。

网孔形网

   将所有网元节点两两相连,就形成了网孔形网络。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。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。

   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。

  3.2链网和自愈环

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。


   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。

   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。

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。


 3.2.1 链行网


   链形网的特点是具有时隙复用功能,即线路STM-N信号中某一序号的VC可在不同的传输光缆段上重复利用。如图3.2.1-1中A—B、B—C、C—D以及A—D之间通有业务,这时可将A—B之间的业务占用A—B光缆段X时隙(序号为X的VC,例如3#VC-4的第48个VC-12),将B—C的业务占用B—C光缆段的X时隙(第3#VC-4的第48个VC-12),将C—D的业务占用C—D光缆段的X时隙(第3#VC4的第48个VC-12),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时隙已被占用,所以只能占用光路上的其它时隙Y时隙,例如第3#VC-4的第49个VC-12或者第7#VC-4的第48个VC-12。

   链网的这种时隙重复利用功能,使网络的业务容量较大。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,其余网元之间无业务互通。以图5.2.1-1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。这时由于A—B光缆段上的最大容量为STM-N,则网络的业务容量为STM-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3.2.1-1,此时网络中只有A—B、B—C、C—D的业务不存在A—D的业务。这时时隙可重复利用,那么在每一个光缆段上业务都可占用整个STM-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)×STM-N,M-1为光缆段数。

常见的链网有二纤链——不提供业务的保护功能;四纤链——一般提供业务的1+1或1∶1保护。四纤链中两根光纤收/发作主用信道,另外两根光纤收/发作备用信道。

3.2.2环网——自愈环

1、 自愈的概念

   所谓自愈是指在网络发生故障时,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,使用户几乎感觉不到网络出了故障。

   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续。

2、 自愈环的分类

   目前环形网络的拓扑结构用得很多,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、网元节点间光纤数等来划分。

   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两纤环(一对收/发光纤)和四纤环(两对收发光纤);按保护方式还可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。

   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通道,根据环上的某一个别通道信号的传输质量来决定是否倒换,通常利用收端是否收到简单的AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。

   复用段倒换环是以复用段为基础的,根据环上传输的复用段信号的质量决定是否倒换。倒换是由K1、K2(b1~b5)字节所携带的APS协议来启动的。复用段保护倒换的触发条件是LOF、LOS、MS-AIS告警信号。

通道保护环的倒换无需APS协议,采用“并发优收”的倒换机理---简单。

复用段保护环要使用APS协议,倒换机理---较复杂。

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“并发优收”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和备环P1上,两环上业务完全一样且流向相反,平时网元支路板“优收”主环上支路的业务,如图5.2.2-1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都优收主环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“优收”主环S1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。

   当B-C光缆段的光纤同时被切断,因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5.2.2-2所示。由于B—C间光缆断,并不影响网元A到C的业务,这时网元A到C的业务并未中断,因此,网元C的支路板不进行保护倒换。

网元C的支路板将C到网元A去的业务并发到S1环和P1环上,由于B-C间光纤切断,使C到A的业务无法在S1主环上传送。此时由于S1环上的C→A的业务传不过来,这时网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后,立即切换到选收P1备环光纤上的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。

   

   二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发优收,所以通道业务的保护实际上是1+1保护。倒换速度快,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。二纤单向通道环多用于业务集中的情况。

4、 二纤双向复用段保护环(二纤共享复用段保护环)

将每根光纤的前一半时隙传送主用业务,后一半时隙(例如STM-16系统的9#~16#STM-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,S1/P2光纤上的P2时隙用来保护S2/P1光纤上的S2业务,每一条光纤的前一半容量(时隙)是主用信道,后一半容量(时隙)是备用信道,两根光纤上业务流向相反。

   在网络正常情况下,网元A到网元C的主用业务放在S1/P2光纤的S1时隙(对于STM-16系统,主用业务只能放在STM-N的前8个时隙1#~8#STM-1[VC-4]中),备用业务放于P2时隙(对于STM-16系统只能放于9#~16#STM-1[VC-4]中),沿光纤S1/P2由网元B穿通传到网元C,网元C从S1/P2光纤上的S1、P2时隙分别提取出主用和额外业务。网元C到A的主用业务放于S2/P1光纤的S2时隙,额外业务放于S2/P1光纤的P1时隙,经网元B穿通传到网元A,网元A从S2/P1光纤上提取相应的业务。

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S1/P2光纤传到网元B,在网元B进行环回(故障邻近点的网元环回),环回是将S1/P2光纤上S1时隙的业务全部环到S2/P1光纤上的P1时隙上去(例如STM-16系统是将S1/P2光纤上的1#—8#STM-1[VC-4]全部环到S2/P1光纤上的9#~16#STM-1[VC-4]),此时S2/P1光纤P1时隙上的额外业务被中断。然后沿S2/P1光纤经网元A和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S2/P1光纤上的P1时隙所载的网元A到网元C的主用业务环回到S1/P2的S1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。

   网元C到网元A的业务先由网元C将其主用业务S2环回加载到S1/P2光纤的P2时隙上,这时P2时隙上的额外业务中断。然后沿S1/P2光纤经网元D和A穿通到达网元B,在网元B处执行环回功能---将S1/P2光纤的P2时隙业务环到S2/P1光纤的S2时隙上去,经S2/P1光纤传到网元A落地。

通过以上方式完成了环网在故障时业务的自愈。


                 图3.2.2-4   二纤双向复用段保护环


   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(STM-N),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622M和2.5G系统,也是适用于业务分散的网络。

5、 二纤单向通道保护环和二纤双向复用段保护环的比较

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,下面将二者进行比较。

   业务容量(仅考虑主用业务)

   单向通道保护环的最大业务容量是STM-N,二纤双向复用段保护环的业务容量为M/2 ×STM-N(M是环上节点数)。

   复杂性

   二纤单向通道保护环,无论从实现控制的复杂性,还是设备的开发和制作难度来说,都是各种倒换环中最简单的。由于它不涉及APS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和设备开发制作则是各种倒换环中最复杂的。

   兼容性

   二纤单向通道保护环仅使用已经完全预定好了的规则,由通道AIS信号来触发倒换,与现行SDH标准完全相容,因而也容易满足多厂家产品兼容性要求。

二纤双向复用段保护环使用APS协议控制倒换,而APS协议尚未标准化,所以复用段倒换环目前都不能满足多厂家产品兼容性的要求。


  第4章 SDH的主要设备

SDH设备是实现光同步传输网的重要物理手段。SDH设备只要有终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)和书籍交叉连接设备(DXC)等。这些设备的功能不同,但都有统一的标准光接口,不同厂家的产品能够实现横向兼容。

  4.1 SDH网络的常见网元和功能

SDH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SDH网的传送功能:上/下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等。下面我们讲述SDH网中常见网元的特点和基本功能。

   4.1.1 TM——终端复用器

终端复用器用在网络的终端站点上,例如一条链的两个端点上,它是一个双端口器件。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STM-N中,或从STM-N的信号中分出低速支路信号。请注意它的线路端口输入/输出一路STM-N信号,而支路端口却可以输出/输入多路低速支路信号。在将低速支路信号复用进STM-N帧(将低速信号复用到线路)上时,有一个交叉的功能,例如:可将支路的一个STM-1信号复用进线路上的STM-16信号中的任意位置上,也就是指复用在1~16个STM-1的任一个位置上。将支路的2Mbit/s信号可复用到一个STM-1中63个VC12的任一个位置上去。对于华为设备,TM的线路端口(光口)一般以西向端口默认表示的。

  4.1.2 ADM——分/插复用器

分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处,例如链的中间结点或环上结点,是SDH网上使用最多、最重要的一种网元,它是一个三端口的器件。

ADM有两个线路端口和一个支路端口。两个线路端口各接一侧的光缆(每侧收/发共两根光纤),为了描述方便我们将其分为西(W)向、东向(E)两个线路端口。ADM的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STM-N信号进行交叉连接,例如将东向STM-16中的3#STM-1与西向STM-16中的15#STM-1相连接。

ADM是SDH最重要的一种网元,通过它可等效成其它网元,即能完成其它网元的功能,例如:一个ADM可等效成两个TM。

   4.1.3 REG——再生中继器

光传输网的再生中继器有两种,一种是纯光的再生中继器,主要进行光功率放大以延长光传输距离;另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器,主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换,以达到不积累线路噪声,保证线路上传送信号波形的完好性。此处讲的是后一种再生中继器,REG是双端口器件,只有两个线路端口——W、E。

它的作用是将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。注意到没有,REG与ADM相比仅少了支路端口,所以ADM若本地不上/下话路(支路不上/下信号)时完全可以等效一个REG。

真正的REG只需处理STM-N帧中的RSOH,且不需要交叉连接功能(w—e直通即可),而ADM和TM因为要完成将低速支路信号分/插到STM-N中,所以不仅要处理RSOH,而且还要处理MSOH;另外ADM和TM都具有交叉复用能力(有交叉连接功能),因此用ADM来等效REG有点大材小用了。

4.1.4 DXC——数字交叉连接设备

数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能,它是一个多端口器件,它实际上相当于一个交叉矩阵,完成各个信号间的交叉连接。

DXC可将输入的m路STM-N信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上,上图表示有m条入光纤和n条出光纤。DXC的核心是交叉连接,功能强的DXC能完成高速(例STM-16)信号在交叉矩阵内的低级别交叉(例如VC12级别的交叉)。

通常用DXCm/n来表示一个DXC的类型和性能(注m≥n),m表示可接入DXC的最高速率等级,n表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速率级别。m越大表示DXC的承载容量越大;n越小表示DXC的交叉灵活性越大。

  第5章SDH在电力通信专网的应用

电力通信网的组网, 简而言之就是配置适当的网元设备, 选用相应的网络拓扑结构, 组成可靠、高效的通信网络, 实现电力系统各种业务接入和管理。

   5.1电力通信专用网的特点

随着网络传输技术的不断发展, 电力系统中基于宽带数据网的应用也越来越多, 如图像监控、实时数据采集、实时控制、各种管理信息系统(MIS) 等,原先采用窄带数据网承载的业务也逐步转移到宽带数据网上。除此之外, 电力通信专用网本身还具有一些特点:

(1) 电力通信网基本上应以光纤通信为主, 以微波通信作备份或补充。

(2) 光纤网络拓扑结构复杂, 整个网络节点数非常多, 需要传输设备有很强的组网和网络管理能力,且对设备的可靠性要求非常高。

(3) 电力系统所敷设光缆通常芯数较少, 考虑到今后可能作为电信运营商, 应尽量节约光纤通信系统所占用的光纤芯数。

(4) 为满足整个电力部门目前和将来的所有通信需求, 需要做到话音、视频和数据多网融合。

(5) 目前的业务接口需求主要有POTS、2W/4W、E&M、V.24、V.35、ISDN、E1、E3/T 3、10Mb/100Mb以太网接口等, 未来的业务需求大,多基于宽带数据网。采用基于SDH 和MSTP, 可使调度网实现计算机网络的远程互联, 在SDH平台上实现以太网业务传送功能, 从而实现二网合一, 且极大地降低网络建设成本。

  5.2电力通信专用网的构建思路

电力通信网可以在枢纽节点、大型变电站、行政中心采用标准的STM 21、STM 24 或STM 216 传输设备叠加接入模块的方式; 在中小型变电站、乡镇供电所等业务量较少的节点采用单独简单配置的STM-21网元设备组网或STM-21网元设备叠加接入模块的方式; 接入模块解决话音、V. 24/V. 35、2W/4W、E&M 等窄带业务接入, 而10Mb/s、100Mb/s等宽带数据接入则在SDH传输平台上提供,这样能够充分保证带宽和服务质量(QoS)。环网光缆建设综合考虑通信、计算机网络及有线电视传输的需要,采用不等芯数配置, 做到既满足要求, 又节省投资。考虑到全网的性能价格比, 最好采用系列化较完整的产品, 对不同节点选用不同配置的网元设备, 并能进行统一网管, 以实现有效的分层管理, 便于故障快速定位, 从而有效减轻维护工作量。随着网络规模的扩大, 应实现多厂家的设备管理, 要求网管支持标准接口, 即网管系统具备开放性。

通过基于SDH 的MSTP, 可支持全业务, 局域网互联带宽可按VC212×N (1~ 48) 平滑设置, 可利用SDH 层的网络自愈功能实现电信级的保护, 统一的网管方便网络维护。它完善地解决所有业务信号的接入和传输, 且相对于其它的组网方式具有其明显的优势。

基于“SDH + 路由器”的组网方式的业务管理能力较强。但采用高性能路由器网络造价高, 采用低成本路由器则网络性能差; 带宽只能选择N ×6k、E1、E3/T 3、STM 21、STM 24 等, 且不能按需平滑设置。基于ATM 交换机的组网方式可支持全业务,QoS 有保证。但设备成本高, 操作维护复杂, 带宽利用率较低。基于以太网交换机+ 光纤收发器的组网方式成本较低,QoS 稍差。但无法同时实现电路型业务的传送, 需要建设两套网络: 调度网和计算机网, 总的网络造价高, 操作维护工作量大。

  5.3电力系统通信专网的SDH网络拓扑

电力网的发展对电力系统专用通信网提出了更高的要求, 电力通信要求确保电能的生产、输送、分配、消费在瞬间是同时完成的。为了保证电网安全、经济地运行, 必须配置调度、保护、远程控制等系统。这些系统的所有信息传输都必须由通信系统提供通道。由此可见, 通信在电力系统中的作用是非常关键的。随着经济的发展, 电力系统容量急剧增加, 随之而来的是输电超高压化, 接入业务多样化。

电力系统一旦发生故障, 如果通信不畅, 不能及时调度指挥,就会扩大事故范围, 造成大面积停电甚至系统瓦解,不仅经济损失十分惨重, 而且会给社会造成严重影响。因此电力系统的通信要有非常高的可靠性。由于SDH技术具有特有的优势, 采用SDH技术组网不仅适合现代通信发展的需要,而且特别适合电力系统通信的需要。SDH网是由不同类型的SDH网元设备, 如终端复用设备(TM )、再生器(REG)、分插复用设备(ADM )、数字交叉连接(DXC) 设备等, 通过光缆互连而成的, 由这些网元设备完成SDH 网的上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等传送功能。SDH网的网络节点(网元) 和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的基本拓扑结构大致有这样几种方式: 链形、星形、树形、环形和网格形等。

根据电力通信点多面广, 可靠性要求高的特点, 主干传输网可采用光纤自愈环的网络拓扑结构, 也可以采用双环相切、多环相切的主干网络拓扑结构, 采用相切环时可在两环相切的节点上采用双环网元设备交叉保护, 克服双环相切时节点保护可靠性差的问题。支路可根据实际需要采用链形、星形、树形等结构。另外, 采用SDH 设备的光纤自愈环可实现多种形式的通道保护, 而且SDH 光纤环有较强的自愈能力。所谓自愈就是指在网络发生故障(例如光纤断裂)时, 无需人为干预, 网络能在极短的时间内( ITU 2T规定为50ms 以内) 自动恢复传输, 使用户几乎感觉不到网络出了故障。传统的组网概念中, 提高传输设备利用率是最关键的, 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。而利用SDH组网, 使用SDH提供的丰富的开销字节, 就可以极大简化网络结构, 实现强大的OAM功能, 降低传输费用并支持新业务的发展, 这正符合了现代通信发展的目标。

同PDH相比, SDH组网的巨大的优越性完全发挥出来了。用双环相切、多环相切的主干网络拓扑结构, 采用相切环时可在两环相切的节点上采用双环网元设备交叉保护, 克服双环相切时节点保护可靠性差的问题。支路可根据实际需要采用链形、星形、树形等结构。另外, 采用SDH 设备的光纤自愈环可实现多种形式的通道保护, 而且SDH 光纤环有较强的自愈能力。传统的组网概念中,提高传输设备利用率是最关键的,为了增加线路的占空比,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。而利用SDH 组网,使用SDH提供的丰富的开销字节,就可以极大简化网络结构,实现强大的OAM功能,降低传输费用并支持新业务的发展, 这正符合了现代通信发展的目标。同PDH相比, SDH组网的巨大的优越性完全发挥出来了。

  5.4其他辅助通信系统

   5.4.1网络管理系统

网管系统的传输通道由D1,D12开销字节提供,网络单元之间采用DCC通道,

DCC通道终端在被连接的每个设备上,在相同的管理区域内,通过以太网连接。例如某地市目前仅有l套网管系统。利用现有的网管设备,将新增网元纳入到现有网管系统中,统一进行管理。一套OTNM 2000最多可管理756个等效标准网元,现有的网管系统有足够的能力管理包括本期新增的所有网元。网管管理能力是一套网管在保证规定性能指标的情况下所能管理的最大等效网元数。

   5.4.2电源系统

本系统的SDH设备采用一48伏直流电源,工作电压应满足:输入电压范围是-40V至-57V;电话衡量杂音电压<2mV;峰峰值杂音电压(0.300Hz)_<400mV。

根据公式:电流=功率/电压。各设备正常工作时的最大电流等于满配置功耗除以工作电压。最大电流再加上适当富余量取整可得所需熔丝大小。

  5.4.3时钟同步系统

SDH网元时钟源的种类:

(1)外部时钟源——由SETPI功能块提供输入接口;

(2)线路时钟源一由SPI功能块从STM.N线路信号中提取;

(3)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;

(4)设备内置时钟源由SETS功能块提供。

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。时钟同步,就是使通信网内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,确保网内各传输或交换节点的全部数字流正确有效地传输或交换,时钟不同步,会在缓冲器中产生信息比特的溢出或取空,导致数字流的滑动损伤,造成数据出错,影响正常运行。电流差动保护的关键是线路两侧保护之间的电流数据交换,当复接数字通信设备时,同步时钟的提取方式是一个非常重要的问题。本期新增节点均从线路侧提取同步信号。

    5.4.4保护倒换系统

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。

SDH通信网具有保护机制实现网络的自愈,在发生短暂失效时会自动切换到保护通道,而不需要人工切换。然而,由于人为因素或设备故障,一旦发生业务中断,尤其是传输继电保护信号的网络发生故障,造成的巨大损失无法估计。SDH设备的保护方式应符合ITU.T建议G.841规范及将来的G.SHR建议要求。

例如某地核心环采用二纤双向复用段保护方式,当线路出现故障时可通过传输系统的保护倒换机制,使业务迅速恢复(保护倒换时间在50rIls以内)。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。

  5.5 SDH多业务传送平台

电力专用网的组网, 不仅要求通信网络选择适当的网络拓扑, 使整个网络具有高可靠性, 而且要求其能大容量、高质量、高速率地进行多业务传输, 既使整个通信系统在电力系统内部畅通无阻, 又要与外界公共网联系十分方便, 甚至与国际通信网接轨。

传统SDH在接入和传送宽带数据业务时无法直接提供在局域网中占统治地位的以太网接口; 无法支持统计复用和有效使用传输带宽; 没有带宽灵活的容器装载宽带数据业务。为了能较好地发展, 采用基于SDH 的多业务传送平台(MSTP)。它利用EOS (Ethernet over SDH ) 技术, 解决SDH 平台上

以太网业务的接入和传送应用,支持端口捆绑( IEEE802. 3ad) 和生成树算法( IEEE802.1D) , 支持VLAN ( IEEE802. 1Q ) 和QoS ( IEEE802.1p ) , 可以直接提供10Mb/100Mb自适应以太网接口, 通过内置2 层、3 层以太网交换机实现统计复用, 并且支持VC212 虚级联, 带宽从1~ 48 个2M b平滑设置。

综合业务传输一体机制见图5-3所示。N 取值1~ 48, C 为装载电路型业务的通道, P 为装载宽带数据业务的通道, 适合STM 21、STM 24、STM 216 等多种速率信号的传输经国际统一接口能进行多种类型数据业务的接入和传输。

随着电力通信专用网络的应用,通过电力市场业务的互联,给电力市场技术支持系统提供了一个快速、稳定的通信传输平台,为电力走向市场化运营打下了良好的基础。保护信息业务的接入,为调度生产管理提供了有利的数据分析依据,开创了保护管理工作新局面。电力系统通信专用网络的建成,也为RTU入网提供一个可靠的信息传输途径,增加了电网实时信息的冗余度,为高层应用的稳定运行奠定了良好的基础。随着电量计费系统的接入、EMS系统的互联以及将来基于调度专网的多业务的开展,电力系统专用网络将会在电力系统发展的历程中发挥出越来越大的作用。

 

  第6章 SDH的发展趋势

SDH作为新一代理想的传输体系,具有路由自动选择能力,上下电路方便,维护、控制、管理功能强,标准统一,便于传输更高速率的业务等优点,能很好地适应飞速发展的需要。迄今,SDH得到了空前的应用与发展。在标准化方面,已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了SDH的方方面面。在干线网和长途网、中继网、接入网中它开始广泛应用。且在、卫星通信中也积极地开展研究与应用。

  近些年,点播电视、多媒体业务和其他宽带业务如雨后春笋般纷纷出现,为SDH应用在接入网中提供了广阔的空间。SDH技术应用于接入网的好处是:1)对于要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户,SDH可以提供较为理想的网络性能和业务可靠性。2)可以将网管范围扩展至用户端,简化维护工作。3)利用SDH固有灵活性,可使网络运营者更快、更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。

  从技术上来看,接入层的相对带宽需求较小,需要提供IP、TDM,可能还有ATM等综合业务传送。以SDH 系统为基础并能够提供IP 、ATM 传送与处理的系统(包括TDM、IP与ATM接口,甚至包括IP 和ATM 交换模块)将是解决接入层传送的主要方法,这种方式可廉价地在一个业务提供点(POP)上提供高质量专线、ATM 、IP 等业务的接入、传送和保护。

  随着骨干传输容量不断增大,城域传输网络的接入能力也多样化。但以IP为主的网络业务仍然是不可预知的,这需要传输网络具有更好的自适应能力,而这种自适应能力不仅仅是网络接口或网络容量的适应能力,而且要求网络连接的自适应能力。总的来说,低成本、灵活快速的完成运营商端局到用户端的业务接入和业务收敛是对未来接入系统的主要需求。

  简单地讲,这种采用SDH传输以太网等多种业务的方式就是将不同的网络层次的业务通过VC级联的方式映射到SDH电路的各个时隙中,由SDH网络提供完全透明的传输通道,从物理层的设备角度上看是一个集成的整体。这种解决方案可以大幅度地降低投资规模,减少设备占地面积,降低功耗,进而降低网络运营商的运营成本。同时,提供多业务的能力还可以使网络运营商能够快速地部署网络业务,提高业务收入,增强市场竞争能力。

综上所述,SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。SDH技术与一些先进技术相结合,如光波分复用(WDM)、ATM技术、Internet技术(IP over SDH)等,使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目,是电信界公认的数字传输网的发展方向,具有远大的商用前景。



 结束语

随着科学技术的不断发展,各行各业为了满足自身内部的需求,将会建设更多,更复杂的专用网络,这些网络必将承担更多的任务。

对于大多数专网,在目前的技术条件下,则应利用公众网实现企业或专业部门的通信需求。利用公众网满足专业部门的需求具有各种不同的方式。如租用公众网的光芯或传输容量,配置自己的交换设备。这就免除了最困难的光缆辅设工程,比较适用于具有大规模用户的企业。又如委托公众网组织为本企业或部门使用的虚拟专用网,它所提供的功能和容量完全按照用户的要求进行,这就免除了全部的投资风险和维护工作,应用机动灵活,使用部门可以专心致力于其本行业的业务工作。再比如,用户可以在公众网的交换机上设立自己的“虚拟小交换”,完全可以实现单位内部小交换机的全部功能,但免除了维护的麻烦和设备更新换代之苦。
  广而言之,把企业非核心的服务性职能交给社会的专业部门经营,而集中力量从事自己的核心业务,甚至组织所谓的虚拟公司,这已经成为上世纪90年代以来西方国家的企业为提高其竞争力而公认的世界性潮流。总之,依托稳定的服务主体,有条件积极取得进入电信市场竞争的合法地位,或与公网联合,间接进军电信市场,是目前形势下各大专网的主要选择;这也是电信技术革命的必然产物,更是我国由计划经济向市场经济转变的要求。



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