[信息与通信]SDH传输网.doc
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1、第五章 光传输网通常传输网是将信息信号通过具体物理媒介传输的全部设备和设施的集合,而传送网是指在不同地点之间传递用户信息的全部功能集合,包括传送送功能和控制功能。由二者定义可知,传输网与传送网是存在一定区别的。有一些书上,也将传输网的概念归纳为全部实体网和逻辑网,本章将从物理实体和逻辑实体两个角度,对光传输网的有关知识作一些简单介绍。5.1 光同步数字(SDH)传输网80年代中期以来,由于光纤通信在通信网中的大规模应用,光通信技术也随之得到迅速的发展,从而使得光纤通信中的准同步数字系统(PDH),越来越不能够适应其通信网的发展和用户要求的提高。光传输网络面临重大的改革问题,这就使得光同步数字(
2、SDH)传输网应运而生。5.1.1 SDH传输网的概念1、SDH网的定义SDH网是指由一些SDH网元(NE)组成的,在光纤上进行同步信息传输,复用分插和交叉连接的网络。SDH的概念最早由美国贝尔通信研究所提出,称为SONET(同步光网络),国际电信联盟标准部(ITU-T)于1988年正式接受了这一概念并重新命名为SDH。目前,ITU-T已对SDH的比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和光接口、信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能和网络保护等提出相关标准化建议。2、SDH网的特点与PDH相比,SDH主要有以下特点: (1)使北美、日本和欧洲三个地区性标准在STM1及其以
3、上等级获得了统一,真正实现了数字传输体制上的世界性标准。 (2)SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,只需利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号,使得网络结构和设备都大大简化,而且数字交叉连接的实现也比较容易。 (3)具有标准统一的光接口,简化了硬件,缓解了布线拥挤,改善了网络的可用性和误码性能。 (4)SDH帧结构中安排了丰富的开销比特,使网络的运行、管理维护能力都大大加强。(5)SDH网具有良好的兼容性,与现有网络能够完全兼容,使SDH可以支持已经建起来的PDH网络,同时SDH网还能容纳像ATM信元等各种新业务信号。5.1.2 SDH的网络节点接口、速率和帧结构我们可以认为
4、一个庞大的传输网是由传输设备和网络节点两种基本设备构成的。传输设备可以是光缆线路系统或是微波接力系统,而网络节点种类则很多,要规范一个统一的NNI,首先要统一接口速率等级和帧结构安排。1、网络节点接口(NNI)网络节点接口是指网络节点之间的接口,具体也可以看作是传输设备和网络节点之间的接口。NNI在网络中的可能位置如图5-1所示。支路信号复用器NNINNINNINNI复用器复用器复用器lineradio复用器SMDXCEAlineradio line:线路系统 radio:无线系统 DXC:数字交叉连接设备 EA:外部接入设备 图5-1 NNI在网络中的位置复用器SM支路信号2、同步数字体系的
5、速率STM-1是同步数字体系信号最基本、最重要的模块信号,其速率为155.520Mb/s,STM-1信号经扰码后的电/光转换变为相应的光接口线路信号后,速率不会改变,更高等级的STM-N信号速率是STM-1速率的整数倍。目前的SDH只能支持一定的N值,即N可取1、2、4、16、64和256。相应各STM-N等级速率为: STM-1 155.520Mbit/s STM-2 622.080Mbit/sSTM-4 2488.320Mbit/sSTM-64 9953.280Mbit/sSTM-256 39813.12Mbit/s3、帧结构(1)ITU-T采用一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构用于SD
6、H网,主要是基于SDH网的如下要求:要求对支路信号进行同步数字复用、交叉连接和交换,因而帧结构必须能适应所有这些功能。为了便于接入和取出,要求支路信号在帧内的部分是均匀的、有规律的。要求帧的结构能够兼容1.5Mbit/s系列和2Mbit/s系列信号。(2)帧结构如图5-2所示,一个STM-N帧结构由行、列字节的二维结构组成,每个字节为bit。这种结构是按从左到右、自上而下的顺序进行字节传输的。(3)帧结构可分为以下三个区域:段开销(SOH)区域STM帧结构中附加了一些字节,以保证信息能够正常地传送,我们把这些字节称为段开销。由图5-2可知:第1至第9行中,除第4列外的其余8行的前列(一共个字节
7、)都属于段开销,可供网络运行、管理和维护使用。净荷区域帧结构中存放各种信息的地方即为净荷区域。图5-2中的1至9行里的第至列都分配给净荷区域,共个字节。其中包含少量的通道开销字节作通道性能监视、管理和控制之用。管理单元指针(AU PTR)区域AU PTR是用来指示信息净荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置以便在接收端正确的分解的一种码组。图2-2中第4行的前个字节即为AU PTR。5.1.2 SDH设备SDH传输系统示意图如图5-3所示。由图可知,SDH传输网是由不同类型的网元设备通过光缆路线组成的,这些网元设备可以实现SDH体系的同步复用、交叉连接、网络故障自愈等功能。SDH传输网的基本
8、网元有终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生中继器(REG)、和数字交叉连接设备(DXC),下面分别对这些设备作一一介绍。适配系统 交叉连接系统 光纤线路系统 (通道终端) (线路终端) 光纤线路系统 交叉连接系统 适配系统 交换系统 交换系统 (线路终端) (通道终端) 光纤光纤再生器再生段再生段复接段VC-3/VC-4通道VC-1/VC-2通道图5-3 SDH传输系统SDH传输系统示意图如5-3所示。由图可知,SDH传输网是由不同类型的网元设备通过光缆路线组成的,这些网元设备可以实现SDH体系的同步复用、交叉连接、网络故障自愈等功能。SDH传输网的基本网元有终端复用器(TM)、分插
9、复用器(ADM)、再生中继器(REG)、和数字交叉连接设备(DXC),下面分别对这些设备作一一介绍1、 终端复用器(TM)() 功能2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s STM-MTM图5- 4 终端复用器的功能示意图STM-NSTM-N如图5-4所示,终端复用器的主要任务是将低速支路电信号和1551Mbit/s电信号纳入STM-N帧结构,并经电/光转换为STM-N光线路信号;另外,TM还可完成上述逆过程。() 用途TMADMTM图5-5 TM与ADM应用例图ADMADMADM若用于链形网的两个端点,可进行点到点传输;若与ADM或DXC设备混合组网,则可构成星形网、树形网或环带
10、链等网络结构。如图5-5所示。2、 分插复用器(ADM)STM-N() 功能 图5-6 分插复用器的功能示意图2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s STM-MADMSTM-NSTM-NADM将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体,具有两个线路端口,不仅可以完成TM具有的所有功能,还能完成线路之间以及线路信号与支路信号间的交叉连接。因此,ADM能在SDH网中具有灵活的插入和分解电路的功能,即通常所说的上、下或路的功能。() 应用由于ADM具有灵活的分插任意支路信号的功能,因此ADM可以用在SDH网中点对点的传输,也可用于环形网和链状网的传输。如上图5-5所示。3、 再生中继器(R
11、EG)() 功能 REGSTM-NSTM-N图5-7再生中继器功能示意图由于光纤固有损耗的影响,光信号在传输过程中会随传输距离的增加而产生衰耗。如果接收端所接收的光功率过小,则会造成误码,影响系统功能,从而必须对变码的光信号进行放大、整形处理,而再生器的功能就是对光信号进行放大、整形处理。如图5-7所示。() 应用 TMTMREGREG图5-8 有中继器的链路应用示例光纤光纤光纤REG的应用如图5-8所示。主要用于光信号的长距离传输中。4、 数字交叉连接设备(DXC)DXCm路 n路 图5-9 数字交叉连接设备的功能示意图如图5-9所示,DXC是SDH传输系统的关键设备之一,其具体功能如下:(
12、) 电路高度功能当出现重要会议、重大活动或网络出现故障时,DXC可以根据需要,进行网络的重新配置。() 业务的汇集和疏导功能DXC能将同一传输方向传输过来的业务填充到同一传输方向的通道中,将不同的业务分类导入不同的传输通道中。() 保护倒换功能当SDH网络的某一传输通道出现故障时,DXC可以对复用段、通道进行保护倒换,接入保护通道。由于通道层预先可以划分出优先等级,保护倒换对情况不需作全面地了解,所以具有很高的倒换速度。另外,DXC还具有开放宽带业务、网络恢复、不完整通道段监视和测试接入等功能,在这里就不做详细介绍了。5.1.3 SDH网的分层结构1、 分层模型SDH网的分层结构如图5-10所
13、示。从传送功能上划分,可将SDH网分为三个层次,即从上至下依次为:电路层、通道层和物力媒质层。下面分别对这三个层次作一简要介绍。电路层(非SDH客户)电路层(非SDH客户)VC-11VC-12VC-2VC-3VC-3VC-4VC-2-ncVC-4-Xc复用段再生段物理层图5-10 SDH传送网分层模型低阶高阶段层通道层传输媒介层() 电路层该层面向公用交换业务,诸如电路交换业务、分组交换业务、IP业务、租用线业务、B-ISDN虚通路业务等。电路层网络的设备主要包括用于各种交换业务的交换机,由于租用线业务的DXC以及IP路由器等。() 通道层网络通道层可以支持不同类型的电路层网,为电路层提供链路
14、,如2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s、VC-1/2/3/4以及B-ISDN虚通道等,通道层网络还可以进一步划分为高阶(HO)通道层网络和低阶(LO)通道层网络。通道层网络为电路层网络节点(如交换机)提供透明的通道(即电路群)。通道层终接于通道装配和分解的地方,如交叉连接设备。() 物理媒质层物理媒质层和传输媒质(如光缆或天线)有关,由路径和链路连接支持,不提供子网连接。它支持线路系统的点对点传送,为通道层网络结点(如DXC)间提供合适的通道容量。传输介质层可进一步划分为段层网络和物理介质网络。段层网络包括复用段层网络和再生段层网络;物理层网络是传送网的最底层,没有服务网络支持,其网络连
15、接直接由传输介质支持。、实际系统组成的SDH网络分层TMSTM-4STM-4STM-4STM-4STM-1再生段再生段再生段再生段复用段复用段复用段通道通道TMREGREGADM或SDXC图5-11 实际系统组成中的再生段、复用段和通道TM在SDH系统中,业务信号首先由电路层进入通道层,由终端复用器将信号加上通道开销后映射进VC;进入复用段层,将VC复用后,加上复用段开销;最后进入再生段层,加上再生段开销生成的STM-4的比特流,经电/光转换后的信号最终送至物理层的传输媒质光纤。图5-11为一个典型的分层模型在实际网络中的应用形式。在该实例中,由于是进行光信号的长距离传输,因此在线路上的适当位
16、置采用再生对衰弱的信号进行放大、整形处理。ADM为通道提供了连接功能。5.1.4 SDH自愈网1、物理拓扑结构 (a)线形(b)星形(c)树形(d)环形(e)网状形图5-12 基本物理拓扑结构网络的拓扑结构是指组成网络的物理或逻辑的布局形状。在SDH网络中常采用的拓扑结构有线形、星形、属性、环形等结构如图5-12所示。(1) 线形:这种拓扑结构是将各网络节点串联,并保持首尾两个节点呈开放状态的网络结构,这种网络结构简单,容量大,但无法应付节点和链路失效。(2)星形:这种结构是采用网络节点之中的一个特殊的网络节点作枢纽点,将其与其他的互不相连的网络节点直接相连的结构。星形结构的特点是结构简单、建
17、设成本低,但是存在枢纽点上的瓶颈和失效问题。()树形:树形结构可以看作是线形结构和星形结构的组合。是由线形结构的末端连接到几个枢纽点形成的,该结构适于广播式业务,但存在瓶颈问题和功率预算问题。() 环形:将所有网络节点串联起来并使之首尾相接所构成的封闭环路即为环形网络。这种网络的特点是具有自愈功能,对大容量光网络是至关重要的。() 网状形:网络中的许多节点都直接互连的结构成为网状形拓扑。网状拓扑的主要特点是可靠性高,不受节点瓶颈问题和失效问题的影响,但建设成本高,结构复杂,主要适用于业务量大、分布均匀的地区。、自愈网自愈功能是指当网络出现故障时,无须人为干预,而在极短时间内就可以从失效状态中自
18、动恢复所承载的业务,使用户感觉不到网络故障。随着科学技术的发展,人们对通信网络传递信息的准确性和及时性要求越来越高,从而促使了通信网生存的性能的发展。目前,在SDH网络中的自愈保护类型有线路保护倒换、环形网保护、DXC保护以及混合保护方式等。其中,自动保护倒换是最简单的自愈网形式,这种方式在传输通道发生故障后,系统倒换设备将主信号自动转至备用光纤系统传输,而接收端在感觉不到网络故障的情况下仍能接收到正常信号。环路保护方式是利用DXC或ADM将网络节点连成环形,利用ADM的分插能力和智能构成的自愈环。主要有通道倒换环和复用段倒换环两类。5.2 WDM光网络由于多媒体通信的出现、因特网的发展和移动
19、电话用户的增加,对传输网络的容量需求越来越大,面对“光纤耗尽”现象,如何利用现有的光纤通信系统来实现最大限度的扩容,成为人们所关注的问题。研究结果表明,一根光纤能加载几十个甚至上百个不同波长光,从而出现了WDM技术,目前以WDM为基础的光传送网建设是通信行业发展最快的领域之一。5.2.1光波分复用技术1、波分复用(WDM)的基本概念所谓波分复用(WDM)是指将特定的不同波长的光载波信号,在发送端利用波分复用器件进行汇合,并将其耦合到一根光纤中进行传输,在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离的技术。WDM系统的工作波长上相当宽的,适用于所有低衰减、低色散窗口。由于在光波分复用应用系统
20、中,最关键的器件是波分复用器,因此系统要求波分复用器有低插入损耗,还要有足够的带宽和良好的隔离度。WDM技术的发展,使得光纤通信系统的传输能力有了巨大的提高,充分挖掘了光纤的频带利用潜力。1、 WDM、DWDM和CWDM波分复用技术分为三种:WDM、DWDM以及CWDM。它们实际上是同一种技术,区分的标准在于通道间隔的不同。根据ITU-T的有关规定,波长以1552.52nm为基准,信道间隔或是0.8nm的倍数关系。一般CWDM的信道间隔为20nm或是更宽,我们称为粗波分复用(CWDM);而WDM的信道间隔为220nm,为一般波分复用技术(WDM);DWDM的信号间隔更小,只有0.82nm,即为
21、密集波分复用(DWDM)。一个16通路的WDM系统的中心频率及波长要求如表6-1所示:表5-1序号 中心频率(THz)波长(nm)1192.1*1560.612192.21559.793192.3*1558.984192.41558.175192.5*1557.366192.61556.557192.7*1555.758192.81554.949192.*1554.1310193.01553.3311193.1*1552.5212193.21551.7213193.3*1550.9214193.41550.1215193.5*1549.3216193.61548.512、 WDM的特点(1)提
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