第七章--IP-Over-SDH技术

第七章IPOverSDH技术7.1SDH基本原理7.2IPOverSDH技术7.3DWDM技术7.1SDH基本原理以光纤为代表的大容量传输技术，要求准同步网（PlesiochronousDigitalHierarchy，PDH）向更高速率发展，但实践中也暴露出PDH的局限性，其表现为：（1）PDH是逐级复用的，当要在传输节点从高速数字流中分出支路信号时，需配备背对背的各级复分接器，分支/插入电路不灵活；（2）PDH各级信号的帧中预留的开销比特很少，不利于传送操作管理和维护（OAM）信息，不适应电信管理网（TMN）的需要；（3）PDH中1.5Mbit/s与2Mbit/s两大系列难以兼容互通；（4）更高次群如继续采用PDH将难以实现；（5）PDH在各支路信号同源时仍需塞入脉冲来调整速率，不能从将来的PDH网络过渡到同步网而得到好处，也不利于向宽带综合业务数字网发展。7.1.1SDH特点SDH帧结构克服了PDH的不足，与传统的PDH相比较，SDH有如下特点：（1）灵活的分插功能。（2）SDH有强大的网络管理能力。（3）强大的自愈能力。（4）SDH有标准的光接口规范，不同厂家的设备可以在光路上互连，真正实现横向兼容。（5）SDH具有后向兼容性和前向兼容性。7.1.2SDH接口一、光接口的要求SDH重要特点之一是对光传输接口进行了规范。（1）线路码型采用符合SDH设备的网络节点接口规范的7级帧同步扰码NRZ。（2）应用场合分为长距离局间（＞40km）、短距离局间（约15km）和局内（≤2km）。（3）光源可采用发光二极管（LED）、多纵模（MLM）激光器和单纵模（SLM）激光器，光波长为1310nm或1500nm。（4）规定了光发射端的平均发射光功率范围、最小消光比和光信号眼图模块。（5）采用符合ITU-TG.652、ITU-TG.653或ITU-TG.654光纤。（6）接收端最小灵敏度、动态范围、最小过载功率、最大反射系数和光通道最大功率代价。二、光接口分类ITU-TG.957建议将光接口的应用场合分为3类：局内通信、短距离局间通信和长距离局间通信。三、SDH电接口参数规范（1）支持PDH电接口参数：SDH光缆线路系统应支持2.048Mbit/s、34.368Mbit/s和139.264Mbit/s电接口，其参数符合ITU-TG.703或GB7611-87（中国国家标准）的要求。（2）STM-1电接口参数：①标准比特率为155.520Mbit/s，比特率容差±20×10-6；②码型为CMI，其编码规则为“0”为“01”，“1”为“00”或“11”交替出现；③接口过压保护，脉冲上升时间为1.2μs，脉冲宽度为50μs，电压幅度为20V。7.1.3SDH网络设备一、终端复用设备终端复用设备（TerminalMultiplexer，TM）有两大类：第一类提供把PDH支路信号映射、复接到STM-N信号的功能。第二类提供把速率较低的若干STM-N信号组合成一个速率较高的STM-M（M＞N）信号的能力，如图7.2所示。第二类终端复用设备STM-NSTM-M图7.2第二类终端复用设备二、分插复用设备分插复用设备（AddandDropMultiplexes，ADM）是SDH中应用最广的设备。ADM的主要功能和应用有：①通过ADM内部的时隙交换功能，允许两个STM信号之间进行不同VC的互联，方便进行带宽管理；②可以为终端复用器将两个SDH光接口分别做主备用；③可使用ADM构成各种高可靠的自愈环网络。三、数字交叉连接设备数字交叉连接设备（DigitalCrossConnect，DXC）是现代通信网中最重要的设备之一。它是一种具有一个或多个PDH或SDH信号端口，并至少可以对任何端口之间接口速率信号进行可控连接和再连接的设备。数字交叉连接设备常用DXCm/n表示，m、n为自然数，表示数据速率等级。DXC设备是一种集复用、交换、保护/恢复、监控和网管等功能于一体的传输设备，其基本功能有：①分接复接功能。②分离业务功能。③电路调度功能。④简单易行的网络配置。⑤网关。⑥网络管理。⑦保护倒换功能。⑧恢复功能。⑨通道监视功能。⑩测试接入功能。7.1.4SDH传输网一、网络拓扑的选择网络拓扑是指网络的物理形状，即指网络节点与传输线路组成的几何图形。它反映物理上的连接。SDH网络有很多拓扑结构，不同拓扑的网络有不同的效能，并且其可靠性和经济性均不同，组网时应选用合适的物理拓扑结构。二、线型SDH传输网络线型网（点对点可以看作是线型网的一种特殊情况）是SDH网络中比较简单、经济的一种网络拓扑形式，常用于中继网和一些不是很重要的长途线路，如图7.5所示。它由涉及通信的节点串联起来，并使首末两点开放。终端复用设备分插复用设备终端复用设备图7.5线形SDH传输网络为了提高业务传送的可靠性，SDH传送网一般都带有保护与恢复功能。保护是指利用节点间预先安排的容量取代失效或劣化的传送实体，一定备用容量保护一定的主用容量，备用容量无法在网络上大范围内共享；恢复是利用节点间的任何可用容量，当发生链路或节点失效时，网络可以用重新选择路由的算法，安排可用容量恢复业务。线型网采用与传统的PDH系统相似的线路保护倒换方式。可细分为1+1和1:n保护倒换结构（1:1是l:n中n=l的特殊结构）。三、环型SDH传输网络SDH最大的优点是网络的自愈性，但线性SDH传输网并不能将它的这些特性充分发挥出来，因此在绝大多数情况下SDH设备组成环型网。在SDH环型传输网中，每个节点由分插复用设备构成。单向环网的各节点由具有单向传输链路的分插复用设备构成。双向环网的各节点由具有双向传输链路的分插复用设备构成。环型网结构中除使用ADM外，也可使用数字交叉连接设备（DXC）。SDH环型网的最大特点是具有自愈能力，常常用于中继网和重要的长途骨干网自愈环随着社会的进步，人们对信息的依赖性越来越强，网络传送的信息容量也急剧增长，通信网一旦出现故障将会带来不可估量的损失。因此，如今在网络的建设中要求网络有较高的生存能力，从而产生了自愈网的概念。7.1.5SDH同步网一、SDH网同步的必要性基于SDH的同步网络，不同于以往的点到点的同步，点到点同步的惟一目的就是减小滑动，将滑动次数控制在规定的技术范围内，以减小传输业务的损伤，而SDH网同步所关注的是如何保证在输出信号中的抖动和漂动满足ITU-T规范的要求。SDH使目前PDH体系各种速率数字信号以及ATM信元都能映射进STM-1帧内各种规格的虚容器（VirtualContainer，VC）。所谓映射就是使各种速率的支路信号与相应的虚容器容量同步，以使VC成为可以独立传送、复用和交叉连接的实体。当SDH网同步性能恶化，或者网络节点时钟失去外同步源，进入保持模式或自由运行模式，各节点时钟之间必然出现频率偏差，从而引起节点字节FIFO（即先进先出缓存器）容量相对于门限太满或太空，因此，必须在净负荷中进行字节调整，以使字节FIFO容量恢复到正常。二、SDH网同步方式SDH网的同步方式和数字同步网的同步方式、运行状态以及工作环境有关。SDH有4种同步方式，即同步方式、伪同步方式、准同步方式和异步方式。SDH网的传输性能也因不同的同步方式而受到影响。1．同步方式网络中的所有时钟都能最终跟踪到惟一的基准时钟（PRC）。在这种运行方式中，SDH指针调整只是由同步分配过程中不可避免的噪声引起的，呈随机性。该方式是数字同步网的正常工作方式。2．伪同步方式当网络中有两个以上节点都遵守G.811建议要求的基准时钟时，网络中的从时钟可能跟踪于不同的基准时钟，形成几个不同的同步网。3．准同步方式当网络中有1个节点或多个节点时钟的同步路径和替代路径都不能使用时，节点时钟将进入保持模式或自由运行模式。如果丢失同步的网络节点是执行异步映射功能的SDH输入网关，该节点时钟频率偏差（offset）和频率漂移（drift）将会导致整个SDH网络连接持续地进行指针调整；如果丢失同步的网络节点是SDH网络连接的最后—个网元，或者是倒数第2个网元，而最后一个网元处于被控制状态（例如，包含一个环路定时复用器），则SDH网络仍将发生指针调整；如果丢失同步的是中间网元，只要输入网关仍然处于与PRC保持同步状态，中间网元的指针移动将被该连接中下一个仍处于同步状态的网元校正，从而在最后的输出网关不会产生净指针移动。4．异步方式当网络节点时钟出现大的频率偏差时，则网络工作于异步方式。三、SDH同步网构成同步网的基本功能是准确地将同步信息从基准时钟向同步网的各下级或同级节点传递，从而建立并保持同步，其网络结构与通信网有所不同。四、SDH同步网的时钟数字同步网时钟级别可分为三级，各级节点的时钟等级和设置位置列于表7.2中。1．一级节点的时钟一级节点时钟采用基准时钟。目前我国同步网内的基准时钟有两种，一种是含铯原子钟的全国基准时钟（PRC），它产生的定时基准信号通过定时基准传输链路送到各省中心。另一种是在同步供给单元上配置全球定位系统GPS或其他卫星定位系统组成区域基准时钟（LPR），它也可接受PRC的同步。（1）全国基准时钟（PRC）。它是由铯原子钟组成或铯原子钟与全球定位系统GPS（或其他卫星定位系统）构成。（2）区域基准时钟（LPR）。它是由同步供给单元和全球定位系统GPS（或其他卫星定位系统）构成。2．二级节点的时钟二级节点设置二级节点时钟。各省中心的长途通信楼内应设置二级节点时钟，在地、市级长途通信楼和汇接长途话务量大的重要的汇接局（例如，有图像业务、高速数据业务、七号信令转发点等）亦应设置二级节点时钟。3．三级节点的时钟三级节点设置三级节点时钟。五、SDH同步网时钟工作模式SDH同步网中的时钟有以下3种工作模式：1．正常工作模式2．保持模式3．自由状态模式六、提高同步网可靠性的其他措施主从同步方式的缺点是对基准主时钟和同步定时分配链路的故障非常敏感，为了确保同步网的高可靠性，通常采用以下措施。1．主时钟备份对主时钟进行多重备份是提高同步网可靠性最常用的方法，可有效地防止因主时钟故障而造成全网丢失定时。2．冗余同步分配链路通过设置多条同步分配链路，各网元能从两条以上同步链路获取定时信号，不同的同步链路应由不同的路由提供。3．定时基准保护转换通常网元在任何时刻只能从一条同步分配链路中获取定时信号，为了提高时钟的可靠性，可采用自动定时基准保护转换方法，当一条同步链路出现故障时自动转换到另一条同步链路上，以确保不丢失时钟。4．时钟保持通常，端局以上和重要网元的从时钟应具有保护功能，以确保外时钟丢失时能保持正常工作所需的时钟精度。7.1.6SDH管理网一、电信管理网TMN是收集、处理、传送和保存有关电信网的维护、操作和管理信息的一种综合手段，为电信网的管理提供支撑和决策基础设施，从而实现电信网的自动化和标准化运行、维护和管理（OAM），提高电信网的运行效率和可靠性，降低OAM成本，促进网络及业务的发展。TMN的组成框图如图7.9所示。TMN由数据通信网（DCN）、操作系统（OS）、网络管理系统（NMS）和工作站（WS）等组成。TMN可利用电信网的部分设施来提供通信联络，因而两者可以有部分重叠。数据通信网（DCN）是以数据通信的方法来传送电信网的管理信息。数据通信网（DCN）工作站操作系统传输网络交换网络传输网络交换网络网络管理系统TMN电信网图7.9TMN的组成框图TMN的管理功能主要有：①性能管理，主要包括性能监测管理、负荷管理、网络管理、业务质量管理等；②故障管理，主要包括告警监视、故障定位、测试等功能；③配置管理，主要包括保障功能、控制功能、安装功能等；④计费管理，主要包括测量网络各业务的使用情况和使用的费用，收集计费记录和建立记账数据，形成用户账单；⑤安全管理，是指保证网络安全运行的一系列功能，主要包括口令管理、监视网络危险情况、防火墙功能、安全加密、危险隔离等。二、SDH管理网（SMN）SDH管理网（SDHManagementNetwo