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第九章光纤网络通信技术温州大学物理与电子信息学院韦文生(一)本章内容简介(1)信息高速公路的概念(2)同步数字系列(SDH)(3)异步传输模式(ATM)(4)光纤有线电视系统的设计示例(二)学习者分析:本章为光纤通信系统网络的基础知识和综合应用。学生学习了前面各章的知识,应该对光通信系统网络的概念有综合的认识。(三)教学目标:使学生掌握信息高速公路的概念,同步数字系列(SDH)的构成和优点、基本原理,以及对光纤有线电视系统设计的认识。(四)主要内容(重点、难点)和方法:(1)掌握同步数字系列(SDH)的构成和优点;(2)分析光纤有线电视系统的设计原理和基本步骤。(3)措施:通过理论知识讲授、动画演示、图形解释、例题分析使学生牢记光发射机与光接收机的基本原理和结构组成;光纤通信系统的基本原理和结构组成。(五)基本要求:(1)掌握同步数字系列(SDH)的基本原理和组成结构;(2)掌握光纤有线电视系统设计的基本要点。(六)教学要点:重点阐述同步数字系列(SDH)的基本原理框图和组成结构,分析光纤有线电视系统设计的基本要点;(七)教学特点:是本课程中光源、探测器、光传输等内容的综合;为本课程其它学习内容的概括总结,为光通信系统的理解奠定基础。(八)教学安排:第一、二、三节2课时;第六、七节1课时。1第一节、信息高速公路的概念信息高速公路:1993年9月,美国克林顿政府提出的“国家信息基础结构(NⅡ):行动计划”,“国家信息基础结构”俗称为——信息高速公路。优点:交互式、宽带(高速)、智能、个人的综合业务数字网(缩写ISDN)。NⅡ的技术设施包括:应用信息系统和公用通信网络。应用信息系统包括:政府信息系统、金融信息系统、科技教育信息系统,等等。公用通信网络由交换节点、传输系统、终端设备组成的智能网络。异步传输模式同步数字序列传输模式第二节同步数字序列一、基本概念光同步数字传输网(SynchronousDigitalHierarchy,SDH)是有关通过物理(主要为光)的传输网络传送适配的净荷(Payload)的标准化数字传送结构的一系列集。宽带网络的物理传输媒介是光纤,SDH将成为宽带网络的骨干网,它是一2种全新技术体制,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。SDH的推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波传输发生了重大改变。SDH网络的引入和使用,就可以比较容易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价的信息高速公路。二、SDH的产生1.1PDH的缺陷以往的准同步数字传输网络(PlesiochronousDigitalHierarchy,PDH)系统已越来越不适应电信网的发展,因为PDH体制有以下固有的一些缺点。(1)PDH标准不统一目前世界上有三种异步复接体制(表9-1),三者互不兼容,国际互联时必须进行转换。另外,目前只有统一的电接口标准(G.703),而没有统一的光接口标准,即使在同一种异步复接体制中,也不能保证光接口的互通。六次群(Mb•S-1)五次群(Mb•S-1)四次群(Mb•S-1)三次群(Mb•S-1)二次群(Mb•S-1)北美日本中国西欧基群(Mb•S-1)国家或地区ch30048.2ch120448.84×ch480368.344×ch1920264.1394×ch7680992.5644×chch307204.241536013.12××ch24544.1ch96312.64×ch480064.325×ch1440728.973×ch576020.3974×ch230405888.14×ch24544.1ch96312.64×ch672736.447×chchch604843298064992.564124032176.2746×××chsGbsGb32256/4.2416128/13.12××表9.1世界主要地区商用光纤通信制式的比较可见:3对于以2.048Mb/s为基础速率的制式,各次群的话路数按4倍递增,速率的关系略大于4倍。对于以1.544Mb/s为基础速率的制式,在3次群以上,日本和北美各国又不相同,看起来很杂乱。PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差,而且是异源的,通常采用正码速调整方法实现准同步复用。1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化,并得到各国广泛采用。PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。在这种形势下,现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来,主要有: (a)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。(b)各种复用系列都有其相应的帧结构,没有足够的开销比特,使网络设计缺乏灵活性。(c)复接/分接设备结构复杂,上下话路价格昂贵。(2)PDH复用结构复杂要完成数字复接,各低速数字支路必须彼此同步,有两种方法可以保证这一点:建立同步网络和采用异步复接。在准同步网络中,各群次独立定时,因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。异步复接实际上是通过两个步骤实现的:先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都一致,然后进行同步复接。一般采用正码速调速,这样在发送端就要插入一些码速调整比特,一路低速信号往往要经过多次码速调整,使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号,要上下话路,只能采用一系列背靠背的复接器,将高次群信号一步步地解复用到所要解出的低次群上,上下路后,再重新一步步地复用到高次群上。显然,这种异步复用方式结构复杂、成本高、设备利用率低,硬件所占的成分大,因此很不灵活。PDH和SDH分插信号流程的比较如图9-3所示。4图9.3分插信号流程的比较光/电光信号分接分接分接140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s复接复接复接电/光光信号2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(电信号)SDH采用SDH分插复用器(ADM),可以利用软件一次直接分出和插入2Mb/s支路信号,十分简便。(3)PDH缺乏强大的网络管理功能在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助信道,而目前的PDH网络已很难挖掘出足够的辅助信道容量,因为PDH网的运行、管理和维护主要采用人工数字交叉连接和暂停业务进行测试的方法,因此帧结构中没有过多设置OAM比特。现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强。网络管理功能的缺乏使PDH网络已无法支持新一代电信网。要在原有的技术体制中对PDH网进行修补已是得不偿失。只有进行根本的改革才是出路,于是就出现了光同步传输网。SONET和SDH的提出美国贝尔公司首先提出了同步光网络(SONET),美国国家标准协会(ANSI)于20世纪80年代制定了有关SONET的国家标准。当时的CCITT采纳了SONET的概念,进行了一些修改和扩充,重新命名为同步数字体系(SDH),并制定了一系列的国际标准。SDH和SONET的基本原理完全相同,标准也兼容,但略有差别,见表9-2。ADM155Mb/s光接口155Mb/s光接口PDH2Mb/s(电信号)5SONET的电信号称同步传递信号STS(SynchronousTransportSignal),光信号称光载体OC(OpticalCarrierLevel),它的基本比特率是51.840Mbps;SDH的基本速率为155.520Mbps,其速率分级名称为同步传递模块STM(SynchronousTransportModule)。SDH的优点(与PDH相比): (1)SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1,传输速率为155.520Mb/s;4个STM-1同步复接组成STM-4,传输速率为622.080Mb/s;16个STM-1组成STM-16,传输速率为2488.320Mb/s,以此类推。(2)SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此,光接口成为开放型接口,这有利于建立世界统一的通信网络。标准的光接口综合进各种不同的网络单元,简化了硬件,降低了网络成本。(3)在SDH帧结构中,丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理。便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。SDHSONET等级速率速率(Mbps)等级51.840STM-1OC-1STM-1155.520155.520STM-3OC-3466.560STM-9OC-9STM-4622.080622.080STM-12OC-12933.120STM-18OC-181244.160STM-24OC-241866.240STM-36OC-36STM-162488.3202488.320STM-48OC-48STM-649953.2809953.280STM-192OC-1926(4)采用SDH,不必进行码速调整,简化了复接分接的实现设备。由低速信号复接成高速信号,或从高速信号分出低速信号,不必逐级进行。(5)采用数字交叉连接设备DXC,可以对各种端口速率进行可控的连接配置,对网络资源进行自动化调度和管理。既提高了资源利用率,又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采用了DXC后,大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力,使现代通信网络提高到一个崭新的水平。SDH网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能、非常灵活的网络,这体现在以下几个方面。(1)支持多种业务SDH的复用结构中定义了多种容器C和虚容器VC,各种业务只要装入虚容器就可作为一个独立的实体在SDH网中进行传送。C、VC以及联和复帧结构的定义使SDH可以灵活地支持多种电路层业务,包括各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等,以及将来可能出现的新业务。另外,段开销中大量的备用通道也增强了SDH网的可扩展性。SDH的这种灵活性和可扩展性使它成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。(2)迅速、灵活地更改路由,具有很强的生存性PDH中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线,耗时长、成本高且易出错。在SDH网中,大规模采用软件控制,通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备,需要改变路由时,通过软件更改交叉连接设备和分插复用器的连接,只要几秒钟就可灵活地重组网络。特别是SDH的自愈环,在某条链路出现故障时,可以迅速地改变路由,从而大大提高了SDH网的可靠性。(3)定义了标准的网络接口和标准网络单元。提高了不同厂商之间设备的兼容性,使组网时有更大的灵活性。三、SDH的NNI及帧结构网络节点接口(NNI:NetworkNodeInterface)——网络节点之间的接口。在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间的接口。7图9-4给出了一种可能的网络配置,以说明网络节点接口的位置。规范一个统一的NNI标准,应使它不受限于特定的传输媒质,不受限于网络节点所完成的功能,同时对局间通信或局内通信的应用场合也不加限定。图9-4SDH的网络节点接口NNI的基本特征是:具有国际标准化的接口速率和信号帧结构。NNI标准化的优势:(a)可以使3种地区性PDH系列在SDH网中实现统一;(b)而且在建设SDH网和开发应用新设备产品时可使网络节点设备功能模块化、系列化;(c)能根据电信网络中心规模大小和功能要求灵活地进行网络配置,从而使SDH网络结构更加简单、高效和灵活,并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。四、SDH同步复用原理及帧结构同步复用原理:把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层,以及把多个高阶通道层适配进STM-1(N)的过程。要通过SDH网络传输业务信号,必须先将业务信号复用进STM-N信号帧当中。ITU-T规定了一整套完整的信号复用结构(也就是复用途径),通过这些途径可将PDH3个系列的数字信号以及其它信号通过多种形式复用成STM-N信号。ITU-T规定的复用结构如图9-5所示。8图9-5ITU-T规定的SDH复用结构。从上图可以看出,从一个有效负荷到STM-N的复用途径不是唯一的。例如:2Mbit/s的信号可通过两种途径复用成STM-N信号。SDH网络中的复用包括三种情况:(1)低阶SDH信号复用成高阶SDH信号。(2)低速支路信号(例如E
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