市SDH传输网规划 优化 设计
X X大学网络教育学院毕业设计
论文题目：XX市SDH传输网规划设计
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一、同步数字体系(SDH)的基本原理 (3)
1、SDH的基本概念 (3)
2、SDH的帧结构 (5)
3、SDH的复用映射结构 (7)
4、SDH的传输网及网络单元 (8)
二、XX市SDH传输网络现状 (9)
1、网络结构，交换局数量及位置，传输设备类型及容量 (9)
2、存在的问题及扩大SDH网的必要性 (10)
三、XX市SDH传输网络结构设计方案 (11)
1、网络拓扑结构的设计 (11)
2、设备选型 (11)
3、局间中继电路分配 (11)
4、局间中继距离的计算 (12)
四、SDH网络保护方式的设计 (14)
1、SDH网络保护的基本原理 (14)
2、XX市SDH网网络保护方式的选择 (18)
五、SDH网同步的设计 (18)
1、网同步的基本概念 (18)
2、XX市SDH网同步的设计...................... ... (20)
六、方案论证、评估 (20)
一、同步数字体系(SDH)的基本原理
1、SDH的基本概念
（1）什么是SDH传输网
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，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，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。SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。
（2）SDH传输网的特点
SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点：
a:统一的比特率：
在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。而SDH 中实现了统一的比特率。此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。
b:极强的网管能力：
在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。c:自愈保护环：
在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。
凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其他方面为代价的,SDH技术也有一下的缺点
a: 频带利用率低
我们知道有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。
b:指针调整机理复杂
SDH体制可从高速信号（例如STM-1）中直接下低速信号（例如2Mbit/s），省去了多级复用/解复用过程。而这种功能的实现是通过指针机理来完成的，指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以说指针是SDH的一大特色。但是指针功能的实现增加了系统的复杂性。最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动－－由指针调整引起的结合抖动。这种抖动多发于网络边界处（SDH/PDH），其频率低、幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化，这种抖动的滤除会相当困难。
c: 软件的大量使用对系统安全性的影响
SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这也意味着软件在系统中占用相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机
病毒无处不在的今天。另外，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的。这样，系统的安全性就成了很重要的一个方面。
SDH体制是一种在发展中不断成熟的体制，尽管还有这样那样的缺陷，但它已在传输网的发展中，显露出了强大的生命力，传输网从PDH过渡到SDH 是一个不争的事实。
2、SDH的帧结构
SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图给出SDH帧一个STMN帧有9行，每行由270×N个字节组成。这样每帧共有9×270×N个字节，每字节为8 bit。帧周期为125 μs，即每秒传输8000帧。对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000= Mb/s。字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。如图标示了SDH的帧结构：
图
S DH帧大体可分为三个部分：
（1）信息净负荷（payload）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监控开销字节——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（低阶通道）进行通道性能监视、管理和控制。
（2）段开销（SOH）：是为了保证信息净负荷正常传送所必须附加的网络运行、管理和维护的字节。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。
（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9×N列，共9×N个字节，AU-PTR起什么作用呢我们讲过SDH能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号（例如2Mbit/s），为什么会这样呢这是因为低速支路信号在高速SDH信号帧中的位置有预见性，也就是有规律性。预见性的实现就在于SDH帧结构中指针开销字节功能。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（支路单元指针），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。各种信号装入SDH帧结构的净负荷区需经过三个步骤：映射、定位、复用。
3、SDH的复用映射结构
（1）SDH复用的特点:PDH的复用为逐级复用，称为线路复用。需使用大量的硬件配置，灵活性差。而SDH系统则是低阶通道层信号适配进高阶通道层，高阶通道层信号适配进复用段层。SDH采用同步复用、映射、指针处理的新概念，增加了数据处理的灵活性。SDH可以将目前PDH绝大多数的标准速率装入SDH帧结构内的信息净负荷区，也可是ATM信源或其他新业务信号。
（2）SDH的一般复用映射结构：SDH的一般复用结构如图所示，它是由
一些基本复用单元组成的有若干中间复用步骤的复用结构，各种业务信号复用进STM —N 帧的过程都要经历映射，定位和复用三个步骤。
s s
，也无需其与网同步，仅使用正码速调整或正/零/负码速调整将信号适配装入VC 的映射方法。
b: 比特同步映射是一种对映射信号结构无任何限制，但要求其与网同步，从而无需码速调整即可使信号适配装入VC 的映射方法。
c ：字节同步映射：是一种要求映射信号具有块状帧结构，并与网同步，无需任何速率调整可使信号适配装入VC 内规定位置的映射方法。
4、SDH 的传输网及网络单元
（1）SDH 传输网的基本网络结构
SDH 网主要由终端复用器TM 、分插复用设备ADM 、数字交叉连接设备DXC 等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。图标示出SDH 传输网各基本网元的拓扑结构， SDH 终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例如将多路E1信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与非SDH 网络业务的适配。ADM 是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载×1×N
的信息分成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给本地用户。然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。
图
（2）SDH网络的基本拓扑结构：
在SDH网络中，通常采用链形，星形，树形，环形和网孔形等结构，如图所示。
图
二、XX市SDH传输网络现状
1、网络结构，交换局数量及位置，传输设备类型及容量
XX市SDH传输网络结构如图所示，共有综合楼，二枢纽，残联，热源厂，新程控楼，报社等六个汇聚交换机房，汇聚机房采用华为OSN3500设备，容量为10G，接入层机房采用华为Metro1000设备，容量为155M。
图
2、存在的问题及扩大SDH网的必要性
主要存在问题如下：（a）网络成环率不足，多数组网结构为链形结构，一旦发生光缆阻断，极易导致传输中断，基站退服，存在严重的网络安全隐患。（b）部分链路网元过多或业务承载较多，原有的155M容量不足以支撑全网业务，制约了部分网元的接入及新业务的开通。因此对于XX市SDH传输网的规划改造势在必行。
三、XX市SDH传输网络结构设计方案
1、网络拓扑结构的设计：
网络拓扑结构主要采用环形拓扑，部分接入网元采用链形结构。拟在原
有网络结构的基础上新敷设新程控楼—锡温宾馆和石灰厂—残联两段光缆线路，如图所示。同时对原有的电路利用率较大的155M环路或链路进行扩容，升级为622M。
图
同时将无委会机房升级为汇聚机房，新增华为OSN3500设备，同时新敷设无委会—二枢纽汇聚光缆一条，实现汇聚机房成环优化，具体如图所示。
图
再敷设奶牛场—电力宾馆接入层光缆一条，实现两条链路的成环改造。
2、设备选型
通过综合考虑XX市原有网络结构，选用设备如下：
（1）汇聚层：选用华为技术公司生产的型号为OSN3500的设备，该设备是适用于城域网传输的STM-16/64兼容下一代多业务、智能化光传输设备（NG SDH），是满足当今以及未来城域网需求的主流设备。该设备除了能够支持SDH 设备传输的各种业务外，还强大的数据业务处理能力。选用本设备除了满足传输方面的需求外，还能为锡盟移动下一步大力发展的数据业务提供有力支撑。
（2）接入层：选择华为技术公司生产的型号为155/622H(Metro1000)设备。该设备是STM-1/STM-4兼容的多业务传输设备，提供STM-1/STM-4光同步传输功能，线路速率可以从STM-1在线升级到STM-4。OptiX 155/622H（（（（Metro 1000））））提供丰富的业务接口和比较大的交叉能力，同时该设备即可以通过SDH接口与华为公司的OptiX OSN 2000、OptiX 10G(Metro5000)、OptiX OSN 9500、OptiX OSN 7500、OptiX OSN 3500、OptiX OSN 2500、OptiX OSN 1500、OptiX Metro 500和OptiX Metro 100等设备组成传输网；也可以通过PDH
接口、以太网接口与接入网设备、GSM 移动蜂窝基站、ETS 无线接入基站、交换机、路由器等设备配合组成通信网。选用本设备是为了能进行灵活快捷的组网，为各种类型业务提供方便接入。
3、局间中继电路的分配：
首先计算发生业务是所需的局间中继电路数，主要包括以下几步：
（1）求某局到汇接局的平均话务量:
每户平均话务量（Erl/户）*用户数量
（2）求中继电路条数：
查厄朗表（呼损率不大于1%）得到中继电路条数，或根据下式计算得出中继电路条数：
某局到汇接局的平均话务量（Erl ）/（Erl/条）
（3）计算业务所需的2Mbit/s 电路数：
所需的2Mbit/s 电路数为：中继电路条数/30
综合以上数据得出，各节点所用的2Mbit/s 电路数为：
4、局间中继距离的计算：
SDH 网的传输指标，主要有衰减和色散。对于光纤，使用1310nm 工作波长，一般为衰减受限；工作在1550nm 窗口，一般受色散和衰减两种限制。但不管工作那种波长，衰减和色散都要核算。通常的方法是，先计算衰减，再核算色散值是否符合要求。我们采用最坏值法进行衰减的计算，公式如下：
j f C
P c e R s M P M P P L ααα+-----=2max （a ）
或
C
j
f P
c
e
R
s
M P
M
P
P
L
+
+-
-
-
-
=
α
αα2
max
(b)
式中：Ps --发送机在S点最小平均发送光功率（dBm）；
PR --接收机在R点最差灵敏度（BER=10-10时）(dBm)；
Me --设备富余度，一般取3dB，在光接口参数中已考虑；
PP --最大光通道代价(dB)；
c --光纤连接器损耗，通常一个中继段两端各1个连接器，损耗取个；
f --光纤衰减，干线用型光纤可分一，二两级，光纤衰减系数为：一级光纤：1310nm f≤km； 1550nm f≤ dB/km；
二级光纤：1310nm f≤km； 1550nm f≤km；
j --光纤接头损耗，通常取km；
Mc--线路富余度，每个中继段取3dB，100km以上每个中继段取5dB。
利用上述公式计算出中继段长度后，再核算色散是否受限。最常用和最有效的方法是，要求设备厂家提供SR间通道最大色散值Dmax (ps/nm),要求厂家提供的光纤色散系数D(ps/,再用下式进行核算：L=Dmax/D。
然后比较衰减受限和色散受限的结果，取较小的数值即为设计中继距离。
四、SDH网络保护方式的设计
1、SDH网络保护的基本原理：
二纤单向通道保护环:通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的;二纤单向通道环多用于环上有一站点是业务主站——业务集中站的情况，二纤单向通道环多用于155、622系统。如图。
图二纤单向通道保护环
二纤双向通道保护环:二纤双向通道保护环网上业务为双向（一致路由），保护机理也是支路的“并发选收”，业务保护是1＋1的，网上业务容量与单向通道保护二纤环相同，但结构更复杂，与二纤单向通道环相比无明显优势，故一般不用这种自愈方式。如图。
图二纤双向通道保护环
二纤单向复用段环:二纤单向复用段环的最大业务容量的推算方法与二纤单向通道环类似，只不过是环上的业务是1∶1保护的，在正常时备环P1上可传额外业务，因此二纤单向复用段保护环环的最大业务容量在正常时为2×STM-N（包括了额外业务），发生保护倒换时为
1×STM-N。二纤单向复用段保护环由于业务容量与二纤单向通道保护环相差不大，倒换速率比二纤单向通道环慢，所以优势不明显，在组网时应用不多。如图。
图二纤单向复用段环
双纤双向复用段保护环:双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)或M×STM-N（包括额外业务），其中M是节点数。双纤双向复用段保护环在组网中使用得较多，主要用于622和2500系统，也是适用于业务分散的网络。如图。
图双纤双向复用段保护环
2、XX市SDH网网络保护方式的选择
结合XX市网络现状，在汇聚层使用双纤双向复用段保护，在接入层使用二纤单向通道保护。选择依据如下：
如果业务分布不是集中于一两点而是倾向于分散分布，则选用复用段共
享保护，这是虽然有需要K字节通讯及其引出的倒换时间较长等问题，但鉴于它可以提供跟多的通路数，因而是较好的选择；如果业务明显地指向一个集中节点，有事还可能是指向两个节点，则选择1+1的通道保护，因其可开头难改的通道数并不比同样分布下复用段共享保护提供的更少，而又省去可K字节通讯，所以是一种非常合理的选择。反之，如果集中分布的业务也要选择复用段共享保护，则付出了代价而得不到好处，而在分散的业务分布，如要求开通较多的通道，则不宜用完全的1+1通道保护。
五、SDH网同步的设计
1、网同步的基本概念
同步是SDH 网络的最大特点，也是SDH 网络的最大优势。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。
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。
(1) 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：
a:基准主时钟，符合ITU-T 建议；
b:转接局时钟，符合ITU-T 建议；
c:端局从时钟，符合ITU-T 建议；
d:SDH 网元时钟，符合ITU-T 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。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) 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。
2、XX市SDH网同步的设计
根据规范SDH网同步采用主从同步方式，由于目前XX已建成BITS系统，可提供外部定时信号，因此本次设计采用线路定时工作方式，以ADM64设备为网头网元，其时钟为全网的基准时钟，其余站点从线路信号中提取定时。如图为网络定时信号传送图。
图
六、方案论证、评估
通过本次规划，XX市SDH传输网网元成环率达到90%，使大多数网元在光缆发生阻断时能进行业务倒换，大大提高了全网安全性，同时新增的汇聚节点有效解决了汇聚节点过少，接入网元跳接距离过长，单环网元过多等问题，使组网更加合理，能有效支撑业务发展。