SDH光传输设备组网设计

摘要

摘要

同步数字体系（Synnchronous Digital Hierarchy SDH）是一种新的传输体制，广泛地运用于实用的光纤通信系统中。高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通信网传输、交换、处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、综合化、智能化和个人化方向发展，随着系统容量的不断提高，电子器件处理信息的速率还远远低于光纤所能提供的巨大负荷量的矛盾就更加显现。为了进一步满足各种宽带业务对网络容量的需求，进一步挖掘光纤的频带资源，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，开发和使用新型光纤通信系统将成为未来的趋势。本文以SDH的传输原理为基础，通过中国华为公司所研制的最新一代SDH智能光传输设备—OPTIX OSN为基础，设计了一个以三台设备为基本网元的简单的链型传输网络，通过实验室的运行和测试，可以实现异地之间的通信业务的上传下载传输。

关键字：SDH，网络，光传输，STM-N,组网，复用，光接口

ABSTRACT

ABSTRACT

Digital synchronous Digital system (Synnchronous Hierarchy SDH) is a kind of new transmission system, is widely used in practical optical fiber communication system. Highly developed the information society for network can provide varied telecommunication business, through the network transmission and exchange, processing of information will continue to increase, this requires modern communications network to the digital, integrated, intelligent and personalization direction, with the continuous improvement of the system capacity, rate of processing information electronic devices are still far lower than fiber can provide the huge contradiction is more load appeared. In order to further meet various broadband business demand for network capacity, further mining fiber band resources, make full use of SDH synchronous multiplexing, standardization of light interface, powerful network management ability, flexible network topology ability and high reliability, the development and use of new fiber communications systems will become the trend of the future. Based on SDH transmission principle as the foundation, which is developed by China huawei company of the latest generation of SDH intelligent optical transmission equipment - OPTIX OSN as the foundation, the design a to three equipment for the basic nets yuan simple chain type transmission network, through laboratory operation and test, can realize the communication between the different business uploads and downloads transmission.

Keyword:SDH，network，optical transmission，STM-N，networking，reuse，Light interface

目录

第一章引言 (1)

1.1选题背景 (1)

1.2研究目标和意义 (1)

第二章SDH原理 (2)

2.1 SDH信号的帧结构和复用步骤 (2)

2.1.1 SDH信号的帧结构 (2)

2.1.2 SDH的复用步骤 (5)

2.2 SDH设备的逻辑组成 (5)

2.2.1 SDH网络的常见网元 (5)

2.2.2 SDH设备的逻辑功能块 (7)

2.3 SDH网络结构和网络保护机理 (9)

2.3.1基本的网络拓扑结构 (9)

2.3.2 自愈网 (10)

2.4 SDH网的特点 (12)

2.5 SDH传输过程 (13)

第三章硬件结构、设备简介 (15)

3.1 SDH设备总体介绍 (15)

3.2 T2000网管系统介绍 (15)

3.2.1 T2000网管的特点 (15)

3.2.2 单站配置 (16)

第四章拓扑结构 (18)

4.1网络拓扑结构图 (18)

4.2网管实现 (19)

4.2.1 组网器材 (19)

4.2.2内容说明 (20)

4.2.3 T2000网管实现 (20)

第五章结论 (36)

5.1 设计总结 (36)

参考文献.... . (37)

致谢 (38)

第1章引言

第一章引言

1.1选题背景

随着人们生活品质的不断提高，对通信也提出了更高的要求。单纯的话音、数据通信等已经不能满足人们的需求。人们希望能享受到更加快捷、更加人性化的电信服务。再由于各种计算机网络的普及以及各国信息产业的迅猛发展，电信网正逐渐向着宽带化、多媒体化的信息网转变，在这种趋势下，利用光传输也逐步走向大众化。

1.2研究目标和意义

多年来，光传输技术的智能化一直为业内人士所关注，人们希望通过构建智能化的光传输网络来解决现有传输网存在的几个方面的问题：第一，传统网络难以适应网上快速增长的数据业务所具有的不可预见性，实现网络带宽的动态分配。第二，传统光传输网主要依靠人工配置网络连接，耗时费力且难以适应现代网络拓展新业务的需要。第三，为了提高承载业务的可靠性，传统的光传输网需要预留大量的备用容量，降低了传送网的带宽使用效率。此外，传统网络的业务保护方式比较单一，缺少先进的保护、恢复和路由选择功能。

同步数字体系(SDH)在世界范围广泛应用于城域主干网，长途通信网和广域网。sDH是一种结合了高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的传输体制。它能提供方便有效的数据复用和解复用功能，并能可靠地传输数据。

1

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第二章SDH原理

2.1 SDH信号的帧结构和复用步骤

2.1.1 SDH信号的帧结构

SDH所使用的信息结构等级为STM-N 同步传输模块，其中最基础的模块信号是STM-1，其速率是155.520Mbit/s，更高等级的STM-N信号是将N 个STM-1按字节间插同步复用后所获得的。其中N 是正整数，目前国际化标准N 的取值为：N =1，4，16，64，256.相应各STM-N 等级的速率为

STM-1 155.520Mbit/s

STM-4 622.080Mbit/s

STM-16 2488.320Mbit/s

STM-64 9953.280Mbit/s

STM-256 39813.12Mbit/s

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。

由于要求SDH网能够支持支路信号（2/34/140Mbit/s）在网络中进行同步数字复用和交叉连接等功能，因而其帧结构必须具备下述功能。

·支路信号在帧内的分布是均匀、有规律，便于接入、取出。

·对PDH各大系列信号，都具有同样的方便性和实用性。

第2章SDH原理

为满足上述要求，SDH的帧结构为一种块状帧结构，如图1所示：

由图可知：在STM-N 帧结构中，共有9行，270×N 列，每个字节=8比特，帧周期为125μs。字节的传输顺序是：从第一行开始由左向右，由上向下传输，在125us时间内传完一帧的全部字节数为9×270×N 。

例如：STM-1的帧结构

信息结构（块状）：9行 270列

一帧的字节数：9×270=2430

一帧的比特数：2430×8=19440

速率：fb=一帧比特数/传一帧的时间=9×270×8/125×10=155.520（Mbit/s）

图1 STM-N的帧结构

以上方法可求出当N 为1，4，16，64，256时的任意速率值。由图1可以看出，整个帧结构分为三个区域：段开销（SOH）去、信息净负荷区和管理单元指针。

段开销（SOH）是指SDH帧结构中，为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节，它在STM-N 帧结构中的位置是第1～9×N 列中的第

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1～3行和第5～9行。在图二中以STM-1为例给出其段开销字节安排。

注：△为与传输媒质有关的特征字节（暂用）；

×为国内使用保留字节；

*为不扰码字节；

所有未标记字节待将来国际标准确认（与媒质有关的应用，

附加国内使用和其他国际用途）。

图2 STM-1段开销（SOH ）的字节安排

信息净负荷区域内存放的是有效传输信息，也称为信息净负荷，它是由有效传输信息加上部分用于通道监视、管理和控制的通道开销（POH ）组成。通常POH 被视为净负荷的一部分，并与之一起传输，直接在接收端该净负荷被分接出来。

第2章 SDH 原理

信息净负荷在STM-N 中的位置是第10～270×N 列。

管理单元指针实际上是一组数码，用来指示净负荷中信息起始字节的位置，这样在接收端可以根据指针所指示的位置正确地分解出有效传输信息。管理单元指针在STM-N 中的位置是第4行的1～9×N 列。

2.1.2 SDH 的复用步骤

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），在这四重模块中，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，其结构如图3所示：

图3 STM —N 同步复用结构图

2.2 SDH 设备的逻辑组成

2.2.1 SDH 网络的常见网元

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。

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，如图4所示：

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M N

图4 TM--终端复用器终端

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，如图5所示：

M N

图5 ADM--分/插复用器

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，如图6所示：

第2章SDH原理

图6 REG--再生中继器

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，如图7所示：

图7 DXC--

数字交叉连接设备2.2.2 SDH设备的逻辑功能块

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图8 SDH设备的逻辑功能块

SPI： SDH物理接口 TTF：传送终端功能

RST：再生段终端 HOI：高阶接口

MST：复用段终端 LOI：低阶接口

MSP：复用段保护 HOA：高阶组装器

MSA：复用段适配 HPC：高阶通道连接

PPI： PDH物理接口 OHA：开销接入功能

LPA：低阶通道适配 SEMF：同步设备管理功能LPT：低阶通道终端 MCF：消息通信功能

LPC：低阶通道连接 SETS：同步设备时钟源

HPA：高阶通道适配 SETPI：同步设备定时物理接口HPT：高阶通道终端

第2章SDH原理

2.3 SDH网络结构和网络保护机理

2.3.1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（网元）和传输线路的几何排列就构了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）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。如图9所示：

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图9 基本网络拓扑结构

线形结构：为使非相邻的两个点之间能实现连接功能，要求其中的所有点应具有连接功能。这是一种经济的拓扑结构。中间各点应使用（ADM）分插复用设备，首末两端使用(TM）终端复用设备。

链形结构：此种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。

星形结构：此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽；节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网）。

树形结构：此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。

环形结构：环形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。环形网常用于本地网（接入网和用户网）、局间中继网。

网孔形结构：将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。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，不存在瓶颈问题和失效问题。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。网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。

2.3.2 自愈网

一．自愈的概念

当网络发生故障时，无需人为干预，即可在极短的时间内从失效故障中自动恢复工作，使用户感觉不到网络出现故障。其基本原理就是使网络具备发现故障并能找到替换传送路由的能力，在较短时限内重新建立通信。

二．线路保护倒换的原理与应用

第2章SDH原理

线路保护倒换是最简单的自愈网形式，基本原理是当出现故障时，由工作通道倒换到保护通道，使业务得以继续传送。

(1) 1+1保护

1+1方式采用并发优收，即工作段和保护端在发送端永久地连在一起（桥接），而在接受端根据故障情况择优接受性能良好的信号。

(2）1：N保护

1个保护段，N个工作段，保护段由N个工作段公用，当其中任意一个工作段出现故障时，均可倒换到保护段（利用APS协议）。其中1：1方式是1：N方式的特例三．自愈环的原理与应用

自愈环是指采用分插复用器(ADM）组成环形网实现自愈的一种保护方式。

自愈环按结构分类：通道倒换环和复用段倒换环；

按光纤的数量分类：有二纤环和四纤环；

按接受和发送信号的传输方向分类：单向环和双向环。

1.二纤单向通道保护环

采用两根光纤，其中一根用于传送业务信号，称W1光纤，另一根用于保护，称P1光纤。基本原理采用1+1的保护方式（首端桥接，末端倒换），即利用W1光纤和P1光纤同时携带业务信号并分别沿两个方向传输，而接收端只择优选取其中的一路。

2.二纤双向通道保护环

二纤双向通道保护环仍采用两根光纤，并可分为1+1和1：1两种方式，其中的1+1方式与单向通道保护环基本相同（并发优收），只是返回信号沿相反方向（双向）而已。其主要优点是可利用相关设备在保护环或将同样ADM设备应用于线形场合下，具有通道再利用的功能，从而增加总的分插业务量。

3.四纤双向复用段共享保护环

四纤双向复用段共享保护环在每个区段（节点间）采用两根工作光纤（一发一收，W1和W2）和两根保护光纤（一发一收，P1和P2），其中W1和W2分别沿顺时针和逆时针双向传输业务信号，而P1和P2分别形成对W1和W2的两个方向的保护环，在每一节点上都有相应的倒换开关作为保护倒换之用。这种结构的最大业务容量可达单个ADM容量K倍（K为节点数），即K×STM-N。

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4. 二纤双向复用段共享保护环

二纤双向复用段保护环采用了时隙交换（TSI）技术。在一根光纤中同时载有工作通路W1和保护通路P2，在另一根光纤中同时载有工作通路W2和保护通路P1。每条光纤上的一半通道规定载送工作通路（W），另一半通道载送保护通路（P），在一条光纤的工作通路（W1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P1）来保护；反之依然。

2.4 SDH网的特点

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，是网管系统互通，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分厂强大，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

第2章 SDH 原理

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）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;

2.5 SDH 传输过程

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；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。其中，复用是以复用路线图进行的，ITU-T 规定的路线图有多种，但一个国家和地区仅使用一种。我国采用的SDH 信号复用线路 如图10所示：

图10 中国所采用的SDH

信号复用线路图

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其中：

1）、复用路线1：

C4——容器4；与140M相对应的标准信息结构，完成速率适配。

VC4——虚容器4；与C4相对应的标准信息结构，完成对装载的140M信号进行实时的性能监控。

AU-4——管理单元4，与VC4相对应的信息结构。

由于复用路线为140M—VC4—AU-4—STM-1，所以STM-1仅能复用进一路140M信号。

2）、复用路线2：

C3——容器3；与34M相对应的标准信息结构，完成速率适配。

VC3——虚容器3；与C3相对应的标准信息结构，完成对装载的34M信号进行实时的性能监控。

TU3——支路单元3；与VC3相对应的标准信息结构，完成一级指针定位。

TUG3——支路单元组3；与TU3相对应的标准信息结构。

由于复用路线为34M—VC3—TU3—TUG3；3个TUG3—VC4—STM-1；所以STM-1可以复用进3路34M。

3）、复用线路3：2M复用步骤（2M →VC4）：

C12——容器12；与2M相对应的标准信息结构，完成2M信号速率适配，4个基帧组成一复帧。

VC12——虚容器12；与2M相对应的标准信息结构，完成对2M信号实时监控。

TU12——支路单元12；与VC12相对应的标准信息结构，完成对VC12的一级指针定位。

TUG2——支路单元组2；TUG3——支路单元组3。

复用路线为2M—C12—VC12—TU12；3TU12—TUG2；7TUG2—TUG3；

3TUG3—VC4—STM-1。所以STM-1可装入3×7×3=63个2M信号。2M复用结构是3-7-3结构。

第3章硬件结构、设备简介

第三章硬件结构、设备简介

3.1 SDH设备总体介绍

本实验平台由OPTIX OSN 2000设备（3套）和维护用终端若干台组成。

本实验平台为华为公司最新一代SDH 光传输设备，采用多ADM 技术，根据不同的配置需求，可以同时提供E1、64K 语音、10M/100M、34M/45M 等多种接口，满足现代通信网对复杂组网的需求。根据实际需要和配置，目前提供E1、64K 语音、10M/100M 三种接口。

本实验平台提供传输设备传输速率为STM-1（即155M）。其中SDH1和SDH3中有光板和电板，能够进行光到电、电到光的转换，即实现业务的上下；而SDH2没有电板，无法进行光到电、电到光的转换，所以SDH2只能进行业务的中转，不能进行业务的上下。

3.2 T2000网管系统介绍

3.2.1 T2000网管的特点

随着OptiX 设备的广泛应用，如果只是用网管来调试、维护、处理问题，操作繁复，而且速度也慢。熟练掌握OptiX SDH系列传输产品的常用命令行和命令行的批处理文件，会给我们的开局调试、日常维护带来很大的方便。具体说来，命令行网管的基本功能与命令行的基本功能是一样的，两者的区别在于网管用视窗化中文界面、鼠标点击、菜单选择等来实现对网元的操作；而命令行则通过逐行输入命令及参数实现对网元的操作，这些命令是英文字符和数字的，学习起来难度稍大。下面简述几点T2000网管的特点：

（1） T2000 网管软件采用SERVER/CLENT（服务器/客户端）工作方式，软件复杂而庞大，需要用数据库做支持。

（2）采用流行的GUI 结构，比较直观，类似于WINDOWS 操作，不需要去记忆复杂的指令集。

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（3）采用流行的JAVA 界面示图，直观又好。

（4）主要操作界面，采用功能导航树的方式，提供对设备的配置、管理和维护功能。保护功能完善。

（5）视图直观简洁，适应现代网络维护需要。

3.2.2 单站配置

3.2.2.1创建网元

网管启动以后，就可以开始进行单站配置了；单站配置的第一步就是创建网元。新建一个网元一般有两种方式：直接创建网元和设备自动发现后创建网元。直接创建网元：

入口1：在主拓扑图上点击右键，选择[创建/拓扑对象]会弹出一个创建拓扑对象的对话框

入口2：在主拓扑的主菜单上点击[拓扑/创建/拓扑对象]也可进入创建网元对话框。

选择要建立的网元类型，并按照对话框的提示输入网元属性信息：

完成上述操作后，点击<应用>或<确定>，在主拓扑上选中一个坐标，单击左键，即可创建该网元。

设备自动发现后创建网元：

在主拓扑图菜单上点击[拓扑/设备自动发现]：

弹出<设备搜索>窗口，点击<开始搜索>进行网元的搜索：

搜索完所需网元之后，可点击<停止搜索>，然后选中未创建的网元（一次可多选，也可以用Ctrl+A进行全选），点击<创建网元>进行创建，输入网元密码，选中<所有网元采用相同用户和密码>可以在创建网元时不必反复输入网元的用户名和密码。创建网元完成后，在主拓扑上双击该网元就可以开始配置网元。

3.2.2.2配置网元

第一步：在主拓扑上双击新建网元的图标，选择手工配置