SDH光网络系统设计报告.docx

课程设计SDH光网络传输系统设计班级： 通信13-2 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系1.SDH光网络系统构成原理SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N(Synchronous Transport Mode)N=1,4,6流程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-6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270xN列字节组成 每个字节含8bit整个帧结构 分成段开销(Section OverHeadSOH)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(Regenerator Section OverHeadRSOH)和复用段开销(Multiplex Section OverHeadMSOH)；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。通信与控制 公务线路接口线路接口PDH & SDH支路接1-1 SDH网元基本结构接口板糟位辅助单元槽位电源接口单元槽位风扇信弓处理根槽位主控单元精位交叉眨钟单元槽位过潺舸图1-2实际的SDH设备（OSN3500光端机）线路接口：完成线路信号STM-N的光-电转换；进行管理开销的处理。支路接口：完成上、下业务信号。PDH： 2M、34M、45M、140M； SDH： 155M、622M、2.5G。交叉矩阵：按需求对线路信号、支路信号中的VC进行交叉连接，实现线路-线 路、线路-支路、支路-支路间的交叉连接；满足上、下电路等功能。定时电路：对内：向设备的各单元提供定时信号；对外：外定时；提取定时；保 持/自由运行方式；定时基准倒换。通信与控制：采集设备各单元的数据；通过DCC通道传到网关；接收网管系统 的命令并执行。公务：提供公务联络电话。PDH & SDH支路接口线路接口PDH&SDH支路接口定时公务定时通'泠控召公务图1-3多个SDH网元连接在实际应用中，把各个SDH网元使用光缆连接起来，如图1-3所示，SDH 支路接口提供上下行业务，可以组成SDH光网络系统。2.SDH光网络系统硬件组成2.1光端机本设计采用华为OSN3500光端机华为OSN3500光端机子架尺寸为 722mmx497mmx295mm，单子架具备15个业务板位，16个接口板位。华为 OSN3500光端机设备采用统一交换架构，满足现有用户对于传统业务的需求， 同时解决日益增长的分组业务承载要求。华为OSN3500光端机产品特性：OSN3500光端机智能光传输设备是华为开 发的新一代智能光传输设备，用统一交换架构，可做为基于MPLS/MPLS-TP技 术的分组设备和TDM设备使用;配合华为其他设备，OSN3500支持不同组网应 用：纯分组模式应用、混合组网应用（分组模式和TDM模式叠加组网）和纯TDM 模式应用，实现数据业务和传统SDH业务的最处理。华为OSN3500光端机实现 了在同一个平台上高效地传送语音和数据业务。华为OSN3500光端机支撑3G/LTE移动承载：在3G/LTE移动承载的需求 下，华为设备可基于分组域提供完善的传送解决方案，实现整个无线网络在核心 层的业务汇聚与调度。内置波分技术，灵活组网：OptiX华为OSN3500光端机支持内置WDM技 术，实现单根光纤中多个波长的传送，可实现和波分设备对接的灵活组网方案。 2.2光无源器件2.2.1光纤连接器又称光纤活动连接器一俗称活接头。它是广播传输系统中使用最多的器件。 主要作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯端面相互对准、贴紧、并能够多 次使用。光纤连接器-光纤连接器按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多 模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、MU、LC、MT等各种形式； 按连接器的插针端面形式可分为FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数可分为单芯、 多芯。对接耦合式（近场型）和透镜耦合式（远场型）。光纤连接器的结构1） 结构：光纤连接是由两个配合插头（插针体）和一个耦合管（珐琅盘）三部分组成。 两个插头装进两根光纤尾端，耦合管起对准套管的作用。2）原理：通过光纤连接 器，将光纤穿入并固定在插针中，在耦合管中实现对准。插针的外组件采用金属 或非金属的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限 制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。耦合管一般是由陶瓷，青铜等材料制 成的两个合成的、紧固的圆筒形构件做成的，多配有金属或塑料的珐琅盘，以便 于连接器的安装固定。为尽量精确地对准光纤，对插针和耦合管的加工精度要求 很高。常见光纤连接器a. FC型光纤连接器在光纤广播传输系统中，用的最多的 连接器，就是FC型连接器一圆形带螺纹。它的外部加强方式是采用金属套，紧 固方式为螺丝扣。常用的FC型连接器中，两根光纤分别被固定在毛细管部件的 轴心处，前部和毛细管一起被磨平抛光，且与轴线垂直，然后插入套管的孑L 内，依靠套筒的高精度圆筒外面与接续插头的开缝套管的内面为基准来实现轴心 的对准和两根光纤的紧密接触，保证相连两根光纤具有最小的横向错位和角度倾 斜，并利用螺扣来紧固。但要注意使用FC连接器前，接头端面和套筒孔内非常 清洁，并要注意对准定位销。b. LC型连接器LC型连接器采用操作方便的模块 化插孔闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通Fc所用尺寸的一半， 为1.25ram，这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。c. SC型连接器sc型 连接器其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与Fc型完全相同， 其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式，紧固方式采用插拔销闩式，不 需要旋转。SC型连接器，价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强 度较高，安装密度高。d.sT型光纤连接ST型光纤连接器其外壳呈圆形，采用的 插针与耦合套筒的结构尺寸与Fc型连接器完全相同，插针的端面多采用PC型 或APC型研磨方式，紧固方式为螺丝扣。它适用于各种光纤网络，操作简便， 并且具有良好的互换性。e.透镜耦合式光纤连接器透镜可分两大类：厚度分布和 折射率指数分布。厚度分布是透镜的厚度随离开光轴的距离而变化的透镜；如球 或柱透镜。折射率指数分布是透镜的折射率指数随离开光轴的距离而变化的透镜; 如自聚焦棒透镜。可变光衰减器的结构及原理1）结构：可变光衰减器是由透镜、 步进衰减圆盘、连续可调衰减片组成。其中，光衰减片可调整旋转角度，改变反 射光与透射光比例来改变光衰减的大小。可变衰减器带有光纤连接器，通常是分 档进行衰减的，改变金属发膜厚度，也可以让衰减量连续变化，衰减范围可达60dB以上，精度达0.1dB。2）原理：光纤输入的光经自聚焦透镜变成平行光束， 平行光束经过衰减片再送到自聚焦透镜耦合到输出光纤中去，衰减片通常是表面 蒸镀了金属吸收膜的玻璃基片，为减小反射光，衰减片与光轴可以倾斜放置。FCSCLCMTRJ图2-1光连接器2.2.2固定光衰减器同定光衰减器通过吸收一部分光信号，产生衰减作用。它在光线轴线上设置 半透明的掺杂化合物即衰减膜，在一定的光带内，光在吸收带内被吸收，产生衰 减。同定光衰减器造成的功率衰减值是固定不变的，一般用于调节传输线路中某 一区间的损耗。图2-2固定光衰减器2.2.3光耦合器光耦合器又称光定向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插人和分配的无 源光器件。定向耦合器有多种形态，但最基本的是四端口定向耦合器，它是由两根光纤熔融做成的四端口定向耦合器。除了四端口定向耦合器外，在分配网络中 还会用到多端口定向耦合器，其端口数可以是1xW,也可以是NXN。一般将lxN 耦合器称为树形耦合器，而将NxN耦合器称为星形耦合器。定向耦合器的参数 有插入损耗、隔离度、分光比等。图2-3光耦合器2.2.4光隔离器光隔离器是保证光信号只能正向传输的无源光器件。用以避免光通路中由于 种种原因而产生的反射光再次进入光源，而使光源工作不稳定，影响其性能。在 光隔离器中，起偏器和检偏器的透光轴成45。对于正向入射的信号光，通过起 偏器后成为线偏振光，法拉第旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋 45。并恰好低损耗通过与起偏器成45度，放置的检偏器。对于反向光，出检偏 器以后线偏振光经过旋转介质时，偏振方向再旋转45度。从而使反向光的偏振 方向刚好与起偏器方向正交，阻断了反向光的传输。可见，光隔离器是一种非互 易的光器件，它许正方向传播的光通过，却不允许反向传播的光通过。图2-4光隔离器3.光缆本设计采用OPGW光缆，OPGW光缆产品特性：兼具地线与通信光缆的双 重功能，免去了重复架设与维护的巨大费用；安装在电力架空线杆塔顶部，无需 考虑最佳挂点与电腐蚀等因素；老线路改造过程中，光缆的外径、拉力单重比另 一根地线能好地匹配；传输容量大，通信质量高、可靠性好；具有优越的机械及 电气性能；安全性能好，使用寿命长，不易遭到破坏性枪击。OPGW光缆/Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，也称光纤复合架空地线）结构一般采用 铝管型、铝骨架型和（不锈）钢管型结构，48芯OPGW光缆的结构是将48根 250m光纤套入由不锈钢制成的套管中，套管周围绕铝包钢线（AS线），外层 包裹铝合金线（AA线）层绞成缆。4.SDH光网络系统分层设计城域传输网一般按核心层、汇聚层和接入层三层建设。建设规模较小的传输 网，可以适当减少层次。（1）核心层核心层由传输核心节点组成，是传输网的核心部分，负责提供核心节点间的 局间中继电路。核心层应具有大容量的业务调度能力和多业务传送能力，以及较 高的安全、可靠性。汇聚层汇聚层由汇聚节点与核心节点之间的网络组成，负责一定区域内的业务汇聚 和疏导。汇聚层节点是业务区内所有接入层网络的汇聚中心，为转接和汇聚区内 所有业务接入节点提供通路。汇聚层应有较大的业务交叉能力和汇聚能力，使网 络有良好的可扩展性。（3）接入层接入层由多个业务接入节点组成，可采用多种接入技术，能完成多种业务的 接入和传送。接入层应有丰富的业务接口，如2M, 10/100M, A T M等，有建设 速度决、可靠性高、成本低和对业务质量提供保证的特性等。考虑到传输网承载 的业务会逐步由以话音为主向以数据为主转变，因此对传输网络结构的优化应考 虑到数据业务的需求，统筹兼顾。应根据业务的流量流向，合理组织网络，提高 传输通道的利用率，同时要逐步增加大颗粒通路组织管理的比例，让通道转接尽 可能在较高的速率中实现。重要节点和调度频繁、跨环业务较多的节点应尽量采用多光口的SDH设备。为便于网络组织及支撑将来业务的发展，对中继层面通 路的安排应以155MbitJs颗粒为主，同时，要根据需要，选择1到2个核心（或汇 聚）节点进行通路的汇聚。4.1SDH光网络拓扑结构SDH基本拓扑机构有链形、星形、树形、环形和网孔形。（1）链形网图4-1 SDH链形网特点：简单经济投入少，容量大；适用于长途骨干网。（2）星形网树形网图4-2 SDH星形网特点：光纤终端合为一个节约成本，枢纽节点安全性差；适用本地网。（3）图4-3 SDH树形网特点：不利于提供双向业务，枢纽节点可靠性不高。(4)环形网图4-4SDH环形网特点：当前用的最多的具有自愈功能。常用本地网，局间中继网。(5)网孔形网图4-5 SDH网孔形网特点：可靠性更高，但是结构复杂。常用国家骨干网。4.2核心层建设方案核心层由核心节点组成，一般有交换局、长途局、数据中心及关口局等，负 责核心节点间大容量中继电路，与省/本地长途网的互联互通，与其它网络的互 联互通。网络结构相对稳定，业务可靠性、安全性要求高。网络节点数量少、业 务容量大、电路调度频繁。核心层可采用的组网技术主要有城域波分、MSTP和 OXC 等。若业务量不是特别大，新建的城域传输网核心层可选用MSTP技术组网。城 域核心层业务收敛程度高，核心设备节点相对较少，可通过1 OG设备或40G设 备实现大颗粒业务传送。由于SDH设备经历了较长的发展和应用过程，基于SDH 的MSTP系统成本相对较低，同时可提供成熟的网络保护和较大的网络带宽， 承载高速护、POS端口和传统SDH端口，并可同时提供SDH链路业务，实现交换 局、关口局与汇接局的互连互通。网络建设采用基于SDH的MSTP技术，可为 城域传输网核心层提供低成本综合业务解决方案。对于业务量特别大的区域，尤其是未来业务流量将保持较高增长速度的地方， 核心层应采用城域波分技术。采用城域波分技术可以把当前单独组网的IP宽带 风和城域传输网的核心层统一到城域波分物理平台上，由此平台提供的波长资源 分别承载SDH, MSTP和IP宽带业务。这样不仅有利于网络统一管理，而且可通 过灵活调拨波长资源，快速满足IP网迅速增长的带宽要求，解决光纤直连方式 中光纤资源快速消耗的问题，提高网络资源的利用率。另外，城域波分提供带保 护的波长通道，可用于传送比光纤直连具有更好QoS保障的数据业务，以增强 IP网的生存性和健壮性。更重要的是，城域波分技术的应用为今后向智能光网 络发展提供平滑演进的物理平台，可避免分离组网所造成的网络融合困难和难以 扩展等问题，为引入智能oxc、适应未来智能提供多样化业务和灵活分配带宽奠 定基础。核心层网络拓扑结构的今后目标是向网状网或格状网的方向发展，采用 分布式的控制机制，应用OXC组网技术，并基于ASON和GMPLS等新标准和 技术。基于OXC的智能光网络是今后传送网发展的重要方向，但当前技术尚未 成熟，业务需求也有待开拓。4.3汇聚层建设方案汇聚层由汇聚节点组成，负责一定区域内业务汇聚和疏导，要求具有强大的 业务调度能力。汇聚层的存在避免了接入点直接入核心层，导致的接入网跨度大、 主干光纤消耗严重等问题。汇聚层可采用的组网技术主要有MSTP, RPR和城域 波分技术。在汇聚层采用MSTP，可保证对传统TDM业务的支持，同时优化数 据业务的传送，提高带宽利用率。利用MSTP的L2交换和汇聚功能，可节省汇 聚层节点的业务端口，降低网络成本。当前和今后一段时期，TDM业务仍将是 电信运营商最主要的收入来源，而且还有一定的增长空间，在业务需求以TDM 业务为主时，新建城域传输网的汇聚层以采用MSTP为适。若己建的SDH网络还有较多的剩余容量，能满足今后TDM业务发展的需 求，而新增的业务主要以IP数据业务为主时，则可以考虑采用RPR技术组网。 RPR具有优化的数据业务传送能力，它能提供多种级别的业务种类，可满足用 户多样化业务需求。当城域全范围或局部区域业务量很大且光纤短缺时，可在汇 聚层局部区域采用城域波分技术，基于经济性考虑，应以采用CWDM技术为主。 由于汇聚业务颗粒较小，可通过T-MUX接口，把低速业务汇聚到一个波长，以 提高波长利用率。在当前情况下，汇聚层业务量相对较小，通常无需城域波分技 术即可满足带宽需求。对于城域传输网与IP网的组网，倾向于采用汇聚层IP城 域网和城域传输网分别组网的方式，IP网节点独立于传输网节点。将来技术成 熟后，汇聚层也会向统一传送平台发展。4.4接入层建设方案接入层处在网络末端，进行业务的接入。接入层是技术最丰富、对成本最敏 感的区域，当前接入层可供选择的技术主要有MSTP, RPR和EPON等。接入层 采用MSTP可以替代部分数据网络设备，降低网络成本。对于IP业务流量占主 导的区域，可采用RPR组网，以实现数据业务接入能力优化。由于接入层中的 主要业务包括l OM/100M以太网、2M, 34M/45M等小颗粒业务，城域波分技术 不适用于这一层面。对于城域传输网与IP网的组网，应综合考虑技术成熟性和 网络经济性，根据实际需求，可采用多种不同的技术方案实现经济和灵活的业务 接入。在接入层，城域传输网应能提供丰富的业务接口，以最大限度满足IP业 务的接入和承载，有利于节省网络投资和提高资源利用率。局部区域（如传输资 源紧缺或用户IP业务需求量大）仍可采用光纤直连方式。在接入层网络结构优化 中需要考虑以下原则：1）对于基站和重要的数据业务节点，应采用MSTP设备作为末端接入设备与 汇聚节点组环，形成环网保护;在光纤资源受限的情况下，可采用链型结构组网。2）对于较零散的、安全性等要求不高的数据用户，在城域传送网内光纤资源 丰富时，可综合比较投资成本与承载的业务量，适当采用点对点光纤直连方式。3）对于接入层过大过长环路，可选择环上距离较近且能将现有环路进行拆分的节 点，新建直接光缆路由，拆分后环路包含节点数目应当大致相当。4）单节点下挂的支链数宜在4个支链以内，支链节点数目宜在4个以下，对于接 入层过长链路，宜在建设初期杜绝长链的产生。对于已经存在的长链，建议考虑 新建迂回路由，将长链成环。5）对于无法建设迂回路由的长链，建议同路由环回形成虚拟环，防止单个节 点失效（停电）而影响所有下游节点业务对于链路迁回路由超长（超过10公里）， 或者安全性不高的接入节点，建议不纳入接入环。6）对于接入层规模较大区域，通过合理选择汇聚机房，将汇聚节点进一步下 沉，对接入层按就近原则进行分割。5.SDH光网络系统特点SDH传送网主要有下列特点：1使1.5Mbit/s和2Mbit/s两大数字体系在STM1 等级上获得统一。各个国家之间在进行数字信号通信时无需转换为另一标准是第 一个世界性统一标准的数字传输体系。2同步复用复用映射结构灵活。不同码流 根据不同等级有规律地排列在帧结构净负荷中而净负荷跟网络之间是同步的因 此只需用软件就可使低速支路信号一次直接高速信号分插出来这并不影响其他 支路信号还不再需要对所有高速多路复用信号分用简化了网络结构上下业务也 方便DXC还得到极大地简化了。通过同步分插能力还能构建自愈环网大大提高 网络的可靠性与安全性。还有减少背对背接口业务能改进业务的透明性方便端到 端的业务管理使网络更容易适应并加快引进新的贷款业务。3丰富的开销比特。 极大地提高了网络的OAM能力而且DXC和ADM等那类网元的高度智能化可 以通过嵌入式的控制通路把一部分网络管理功能分配给网元这种分布式的管理 能促进发展新特性和功能。4因为把标准光接口集成到各种网元，所以减少了原 本需要的分开传输和复用从而简化硬件纾缓挤塞路由。另外因为有了标准的光接 口和通信协议光接口就成。3为了开放型接口实现在基本光缆段上横向兼容适应 多厂家环境要求从而降低联网成本。5具有信息净负荷的透明性。该网络可以传 输多种净负荷及其混合体无论它们的信息结构是怎样的。净负荷和SDH网络接 口只存在边界上净负荷一旦装入虚容器需要处理的就只是虚容器了这样光路实 体数量就能减少了从而网络管理更容易。6具有定时透明性。通过SDH网元连 接到高精度参考时钟可以减少调整频率和提高网络性能。另外SDH的指针调整 技术使净负荷能在不同的“同步岛”间传输而不会影响业务质量。也就是说SDH 网络的定时透明性可以确保即使它在伪同步状态下也能正常工作也能够承受定 时基准丢失。7用一个光接口代替了大量电接口。可以不由常规的SDH同步系 统的背靠背电接口传输业务而是直接直接经由光纤接口通过中间节点消除很多 单元相关的电路和跳线光缆这样网络的可用性和误码率性就能得到改进。同时因 为减少了电接口的数量、设备种数简化了操作任务从而减少了 20 -30运营成本。 8与现有网络能完美兼容现有PDH的各种速率依旧可发挥作用。9能接入各种新 业务从而具备完全的向后、向前的兼容性。总之SDH网有着最核心的三个特点 即同步复用、标准光接口和强大的网管能力其明显的优越性已成为传输网发展的 主流。6. SDH光网络应用及发展趋势由于以上所述的SDH的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了 巨大的发展电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨 干光传输网络。利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用 电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了 SDH技术， 架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。比如电力系统，就利用SDH环 路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。而对于组网更加迫切、而又没有 可能架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。由 于SDH基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限 制。承载方式有很多种，可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务 的复用，也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。SDH技术可真正 实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于VPN等方式。在政府机关和对安 全性非常注重的企业，SDH租用线路得到了广泛的应用。一般来说，SDH可提 供E1, E3, STM-1或STM-4等接口，完全可以满足各种带宽要求。同时在价格方 面，也己经为大部分单位所接受。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 地适应通信网飞速发展的需要。迄今，SDH得到了空前的应用与发展。在标准 化方面，己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，且在光纤通信、微波通信、 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yob。可以预计SDH技术将不断发展。随 着网络的发展，它将进一步为终端用户提供宽带服务，在迎接ATM, CATV、多 媒体、因特网、全光网络带来的机会和提出的挑战中，将得到更加广泛的应用。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。参考文献1 刘磊.SDH传输网建设计.知网，2004,7(4).2 马丁.2.5Gbps光传输SDH网络设计毕业设计.知网，2012,8(21).3 刘磊.SDH光网络设计与实现.知网,2010,5(30).4 易诗利.SDH光传输系统组网设计.新观察,2014,12(4).