兰州至敦煌SDH通信传输系统设计(光纤通信课程设计)(22页).doc

-兰州至敦煌SDH通信传输系统设计(光纤通信课程设计)-第 21 页设计题目：兰州至敦煌SDH通信传输系统1 设计背景甘肃作为我国西北部的一个大省，无论是在经济、文化领域，还是在政治领域，都有着其独特的作用。而作为其省会城市，兰州有着其他城市不可比拟的作用。他必须实现与全省各地市县的即时通信，实时掌握各地动态，了解民生情况。那么，怎样才能及时的了解各地情况呢？此时，建立一条比较高速的通信传输线路就显得很有必要了。随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1(DS1)E1载波系统(1.5442.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网) 和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH就是在这种背景下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，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带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。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，也已经为大部分单位所接受。 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。所以，在对兰州至敦煌的通信传输系统进行设计时，SDH技术就成为了首选对象。2 设计目的传输网是重要的电信基础网，而SDH是目前应用最为广泛的传输体制，通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场合，掌握典型传输设备的组网过程。 同时，掌握SDH工程应用中的两种基本应用拓扑结构：线形网结构和环形网结构。会根据实际情况选择各站点的应用模式，决定站点之间的线路是否加再生中继器，是否需要线路保护。最终确定各站点上下的业务量，画业务矩阵，进行时隙分配。还能根据实际条件，选择合适的设备。对所学的光纤知识做一全面的复习与总结。并通过课程设计实践，提高实践动手能力，将理论知识与实践相结合。3 设计内容此次设计的是兰州至敦煌SDH通信传输系统，沿途途经过武威、张掖、酒泉、嘉峪关等四个主要站点，最终到达敦煌。全长约为1038KM。此次设计中的关键是各站点之间业务量的确定，以及根据相应的业务量进行业务矩阵的绘制。再根据业务矩阵，对SDH线性链路进行时隙分配。同时，还应绘制出整个系统的结构图。完成以上步骤以后，就要进入硬件安装与软件设置阶段。在这一阶段，对所用到的主要设备做一简单的介绍。再根据实际情况，进行设备选型，并作简要分析。最终，对自己所设计的系统进行总体评价。4 设计流程提出设计方案修改设计方案答辩通过？NY数据准备阶段应用条件确定 网络结构确定绘制业务矩阵阶段 结束进行时隙分配系统评价系统结构绘制硬件选型合理 ？ NY5 设计步骤5.1 概述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成了网络的拓扑结构。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，所以在建设网络时，首先要确定采用何种网络结构。 常见的网络结构有链形网、星形网、树形网、环形网、网孔形、环带链、环相切、环相交等，如下图：链形网：星形网：树形网：EDCBA 环形网： 网孔形： 环带链：环相切：环相切：在确定网络结构的同时还要确定其应用方式，即业务信号的传输是单向还是双向，对于链形、星形、树形、点对点这几种网络，业务信号应双向传输，而对于环形网，如果业务呈集中分布，一般将该环设为二纤单向通道保护环，信号单向传输，信号的收、发走分离路由；而如果业务分布分散，则将该环设为二纤双向复用段保护环，信号双向传输，信号的收、发走一致路由。所谓业务呈集中分布，是指网络中有一个业务相对集中的站，该站与其他大多数站的有业务，而其他各站之间没有业务或仅有少量业务；所谓业务分布分散，是指网络中没有明显的业务中心站，各站之间互有业务。 本次设计采用SDH中的线形网拓扑结构。5.2 应用条件分析在本次设计中，我始终遵循ITU-T建议的有关规定。目前光通信设备供电电源都采用标准电源，有-24V,-48V,-60V三种，而ITU-T建议目前推荐使用-48V的电源，所以在本次设计中各站的电源一律配置为-48V电源。ITU-T建议在2048kb/s的数字接口上，容许有120和75两种阻抗任选，120使用平衡对称电缆，75则使用不平衡同轴电缆。在此次设计中选用120的阻抗。毫无疑问，此次设计中支路接口是SDH接口。SDH的等级（等级、速率与容量的关系）如下图一所示：可知本次设计采用STM-1的等级，速率为2M即可。图一：此次设计中所设的主要站点及位置关系如下图二所示：敦煌 兰州嘉峪关 张掖 武威 酒泉274KM2 27KM225KM235KM276KM 图二兰州、敦煌两站应用模式为TM，武威、张掖、嘉峪关等战应用模式为ATM。其中各站之间使用有线路保护的4纤。 当传输距离>120km时需设立中继站，所以：兰州和武威之间设立三个中继站（REG），武威和张掖之间设立两个中继站（REG），张掖和酒泉之间设立两个中继站（REG），在酒泉和嘉峪关之间无需设计中继站（REG），嘉峪关和敦煌之间需设立三个中继站（REG）。 由上图个站点之间的距离可知，此次设计传输距离还是比较长的。所以可选用1310nm和1510nm两个窗口的波长。当工作于1310窗口时可以使用G.652光纤，当工作于1510窗口时可以使用G.652、G.653 、G.655光纤。此次设计中使用1310nm的G.652光纤。5.3网络结构此次设计，网络结构为线性。如下图三所示：（下图中各站位置不代表实际位置，只为绘制方便）兰州 武威 张掖 酒泉 嘉峪关276km 4C235km 4C225km C427km4CTMADMADMADMADM274km 4C敦煌 中继站（REG）图三TM5.4业务矩阵 以下是各站点所在城市人口数对比：站名兰州武威 张掖酒泉嘉峪关敦煌人口（万）300193.4512899.032018则根据人口数可以大概确定各城市上下的业务量，同时对敦煌和酒泉还应相应的预留一些业务通道。因为敦煌属于一旅游地，酒泉有卫星发射基地，而两地都有较大的发展潜力。由于时间关系，下面所假设的业务量都是，将实际的业务量缩小若干倍之后的情况：上图所示的系统，假设兰州和武威之间开通20个2Mb/s，兰州和张掖之间开通15个2Mb/s，兰州和酒泉之间开通12个2Mb/s，兰州和嘉峪关之间开通10个2Mb/s，兰州和敦煌之间开通10个2Mb/s；武威和张掖之间开通12个2Mb/s，武威和酒泉之间开通10个2Mb/s，武威和嘉峪关之间开通10个2Mb/s，武威和敦煌之间开通10个2Mb/s，张掖和酒泉之间开通8个2Mb/s，张掖和嘉峪关之间开通5个2Mb/s，张掖和嘉峪关之间开通5个2Mb/s，张掖和敦煌之间开通5个2Mb/s，酒泉和嘉峪关之间开通4个2Mb/s，酒泉和敦煌之间开通3个2Mb/s，嘉峪关和敦煌之间开通3个2Mb/s。则此次设计的业务矩阵表如下：站名兰州武威张掖酒泉嘉峪关敦煌总计兰州201512101067武威2012108757张掖151285545酒泉121084337嘉峪关10854330敦煌10753328总计6757453730282645.5时隙分配线路时隙：根据SDH复用原理，一个STM-1中包含63个VC12或4个VC3或1个VC4，VC称为虚容器，一个VC可以理解为一个通道，需要分配一个时隙。可以这样理解，一个STM-1对应2M业务的时隙编号为163，对应34M业务的时隙编号为14，对应140M业务的时隙编号为1。业务矩阵确定以后即可以对SDH线型网络的链路进行时隙分配，时隙分配图是对SDH网元进行业务设置的依据，下图四就是上表所示的业务矩阵的一种时隙分配图（假设支路板插在第1-4槽位，且每块支路板上有32个2M通道）。图中W、E分别表示网元的西、东向。如E1:1-20表示东向第一个VC-4时隙的第一至二十个VC-12时隙，W1:1-12表示西向第一个VC-4时隙的第一至十二个VC-12时隙。IU1表示网元上第1个支路板位，IU1:1-20表示第1个支路板上的第一到第20个2M通道。注意：中间站如武威站在配置业务业务时，除了要配置到兰州站和张掖站的本地业务之外，还要配置兰州站站到张掖站的穿通业务（图中没有表达出来）。同理，张掖、酒泉、嘉峪关站也要配置相应的穿通业务。5.6系统结构根据设计条件和业务矩阵就可以确定系统结构和系统中各站的结构。对于链型网，端站为终端复用设备（TM）,如果不带保护，一个系统只用到东向侧或西向侧的群路接口；如果带保护，则需要2个群路端口来提供主备用的保护。链路站的中间站为分插复用设备（ADM）,如果是无保护链，要用到一个东向侧及一个西向侧的群路接口；如果是有保护链，要用到两个东向侧及两个西向侧的群路接口。群路接口确定后，根据业务矩阵来确定支路板的类型和数量。假设所购进的2M支路板每块有32个接口，则下页图五就是根据假设的应用条件和业务矩阵下绘制出的系统结构图。图中标明了各站的设备类型和各站站名；群路接口的插槽号（12、22），图中括号内的插槽号是有线路保护时备用群路接口板所在的插槽号；支路板的型号、数量（如“三”）和到各站的业务量。同时还标明了各站之间所需的中继器的数量。兰州武威张掖酒泉嘉峪关敦煌EEWEWEWEWEE1:1-20 E1:1-20 IU1:1-20 IU1:1-20 E1:21-36 E1:1-15 IU2:1-15 IU1:1-15 E1:37-49E1:1-12 IU2:16-28IU1:1-12E1:50-60E1:1-10IU3:1-10IU1:1-10 W1:1-12 E1:16-28 IU1:21-32 IU1:16-28 W1:1-23 E1:13-231# IU2:1-10 IU1:13-23 W1:24-32E1:11-19IU2:11-19IU1:11-19VC4W1:33-40E1:1-7IU2:20-27 IU1:11-47 W1:1-8 E1:24-32 IU2:1-8 IU1:24-32 W1:9-14 E1:20-25 IU2:9-14 IU1:20-25 W1:15-20 E1:8-13 IU2:15-20IU1:18-23W1:1-4 E1:26-30IU2:1-4 IU1:26-30W1:5-8E1:14-18IU2:5-8IU1:24-28 W1:1-4 E1:19-22 IU2:9-12 IU1:29-32E2:1-10E2:1-102#VC4 IU3:11-21IU1:1-10图四：时隙分配图TM ADM ADM兰州-150 武威-150 张掖-15033223 1-2 1-22-2 1-2 2-2 2-2（1-1） （1-1）（2-1）（1-1） （2-1）武威：20兰州：20兰州：15张掖：15张掖：12武威：12 三 酒泉：12 二 酒泉：10二酒泉：8 嘉峪关：10 嘉峪关：8嘉峪关：5 敦煌：10 敦煌：7敦煌：5 TM ADM ADM 敦煌-150 嘉峪关-150 酒泉-150 1-2 1 1-22-21-22-2（1-1）（2-1）（1-1） （2-1） （1-1）兰州：10兰州：10兰州：12一武威：7二武威：8二武威：10张掖：5张掖：5张掖：8酒泉：3酒泉：4嘉峪关：4嘉峪关：3敦煌：3敦煌：3子架 交叉连接单元 2M支路单元 中继器及数量图五SDH工程系统结构图6 硬件设备选型6.1 SDH网元类型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，下面介绍SDH网中常见网元的特点和基本功能。l 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，它是一个双端口器件，如图六所示。图六 TM模型它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM-N中，或从STM-N的信号中分出低速支路信号。在将低速支路信号复用进STM-N帧时有一个交叉的功能，例如可将支路的一个STM-1信号复用进线路上的STM-16信号中的任意位置上，或支路的2Mbit/s信号可复用到一个STM-1中63个VC12的任一个位置上。l 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，它是一个三端口的器件，如图七所示。图七 ADM模型ADM有两个线路端口和一个支路端口。两个线路端口各接一侧的光缆，每侧收/发共两根光纤，为了描述方便我们将其分为西W向东向E两个线路端口。ADM的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去，或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。另外还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接，一个ADM可等效成两个TM。l 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。如图八所示。图八 电再生中继器它的作用是将w/e侧的光信号，经O/E抽样、判决、再生整形、E/O在e或w侧发出。REG与ADM相比仅少了支路端口，所以ADM若本地不上/下支路信号时完全可以等效一个REG。真正的REG只需处理STM-N帧中的RSOH且不需要交叉连接功能，w-e直通即可。而ADM和TM因为要完成将低速支路信号分/插到STM-N中，所以不仅要处理RSOH而且还要处理MSOH。另外ADM和TM都具有交叉连接功能，因此用ADM来等效REG有点大材小用了。l 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，相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。如图九所示。图九 DXC功能图DXC可将输入的m路信号交叉连接到输出的n路信号上，上图表示有m条入信号和n条出信号，DXC的核心是交叉连接，功能强的DXC能完成高速信号在交叉矩阵内的低级别交叉，例如VC12级别的交叉。通常用DXCm/n来表示一个DXC的类型和性能，注mn，m表示可接入DXC的最高速率等级，n表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速率级别，m越大表示DXC的承载容量越大，n越小表示DXC的交叉灵活性越大。m和n的相应数值的含义见下表：m或n0123456速率64Kbit/s2Mbit/s8 Mbit/s34 Mbit/s140 Mbit/s155 Mbit/s622 Mbit/s2.5Gbit/s6.2设备选型下面对一些主流厂家的SDH设备做一简要比较。（1）、SDH设备主流厂家产比较国内厂家：华为、中兴、烽火等。国外厂家：朗讯、阿尔卡特、西门子、富士通等。（2）传输设备主要参数：a、物理特性：机架尺寸、硬件组成、电源功耗b、接口：接口类型、数量、接口参数c、交叉容量：高阶能力、低阶能力（VC）d、保护方式：环网保护、设备保护e、同步：2Mb/s、2MHz、SSM（S1字节）f、网管：网管名称、管理能力、接口类型g、公务：数量、速率（3）、华为SDH传输设备：a、OSN系列设备：OSN9500、OSN7500、OSN3500、OSN2500等b、Metro系列设备：Metro6100、Metro5000、Metro3000、Metro1000、Metro500、Metro100。涵盖了10G DWDM波分、10G、2.5G、622M、155M SDH各级速率的设备。（4）、中兴SDH传输设备：ZXMP-S390 ZXMP-S385 ZXMP-S380 ZXMP-S330 ZXMP-S325 ZXMP-S320 ZXMP-S200 ZXMP-S100（5）、烽火SDH传输设备：a、Citrans系列： Citrans530 Citrans550B Citrans550C Citrans580 Citrans750 Citrans780b、IBAS系列：IBAS110 IBAS130B IBAS130C IBAS180 IBAS1906.3 所选硬件设备简介经过综合比较，此次设计中采用华为的Metro3000传输设备。下面对此设备做一简要介绍。Metro3000系统是华为技术有限公司开发的STM-16多业务光传输系统，具有大容量的交叉连接矩阵和多系统的配置能力，可接入各种级别的SDH业务以及ATM/IP，实现了多业务的同平台传输；能够方便地实现传输网络的业务调度和带宽管理，可应用于各种层次的网络。Metro3000完全遵循ITU-T、IEEE以及中国国家技术监督局关于SDH的建议或标准进行设计，因此具有横向兼容性。Metro3000兼有的MADM和DXC功能的系统结构使其具有灵活的组网能力，适用于点到点、链形网、环形网、枢纽网、网孔形网等各种网络拓扑。Metro3000设备提供的SDH接口单元包括STM-16/ STM-4/STM-1光接口和STM-1电接口。Metro3000提供了丰富的具备PDH接口的IU接口单元，如T1、E1、E3、T3等PDH电接口系列。Metro3000采用MADM方式提供多种传输容量的复用/传送功能和多系统间的交叉连接功能，多种速率级别（STM-16、STM-4或STM-1）的网元系统可以共存于一个标准Metro3000设备中。Metro3000系统硬件结构为子架插板式设计，最基本的功能单元为单板，不同功能的单板插在工作子架中可以配置成不同类型、不同功能的设备，工作子架安装在机柜中，一个机柜中最多可以安装两个子架。此外，机柜中还安装有电源盒等辅助设备。Metro3000机柜顶部安装电源盒，外部-48V电源通过电源盒给机柜供电，支持-48V电源双路备份工作方式，同时，提供六路外部告警的接入和两路机柜告警的输出接口，方便设备的运行管理。Metro3000设备提供的SDH接口单元包括STM-16光接口、 STM-4光接口、STM-1光接口和STM-1电接口。S16板：（STM-16 Optical Interface unit）板是单路STM-16光接口板。SL4板：（STM-4 Optical Interface unit），单路STM-4 同步线路光接口板；SD4板：（Dual STM-4 Optical Interface unit），双路STM-4 同步线路光接口板；SQ1板：（Quad STM-1 Optical Interfaces unit），四路STM-1同步线路光接口板；SD1板：（Dual STM-1 Optical Interface unit），双路STM-1同步线路光接口板；SL1板：（STM-1 Optical Interface unit），单路STM-1同步线路光接口板；SDE板：（Dual STM-1 Electrical Interfaces unit），2×STM-1 同步线路电接口板。SQE板：（Quad STM-1 Electrical Interfaces unit），4×STM-1 同步线路电接口板。SV4板：（VC-4-4V STM-4 Optical Interface unit），在SDH设备上通过虚级联实现了宽带级联业务的传输，从而使SDH的传输业务带宽能力从VC-4提高到VC-4-4C。Metro3000对关键功能块提供冗余备份保护。当工作模块发生故障时，系统将立刻自动地将预先设置的需要保护的业务调度到备用模块上，这种主备方式是1+1热备份。Metro3000设备支持11和1:N（1N 14）这两种线路保护方式，业务倒换时间小于50ms，符合ITU-T建议要求本设备可以配置成ADM、TM、REG等网元类型。7 系统评价由于时间有限及能力方面的欠缺，我所设计的系统，仅根据自己所学的理论知识，在理论实现方面做了一些设计，很多实际情况都未考虑到。如在兰州至敦煌的光纤线路会经过许多地理环境，有山地、还可能有沙漠地形，在这种环境下应该对系统做进一步的改进和优化。从实现的功能来说，此次设计的系统实现功能还是比较单一的，仅是从传输语音方面来设计的，而现代通信的主要要求不仅仅是在语音方面，高清视频，大容量、高速率的通信已成为现代通信的主流。为此，还得从系统容量和群速率方面进行改进。此次设计，在进行业务量的预测时仅仅是根据各站点所在城市的在人口数量来衡量的，所以难免有不当的地方。而且在进行设计时，为了方便把实际的业务量至少缩小了20倍。同时，预留的时隙可能有点少，系统的可扩展性不怎么强。 另外，此次设计应用的是SDH的线性拓扑结构，自愈能力不如环形结构强大。一旦发生故障，有可能使网络瘫痪。8 设计心得 通过此次设计，我了解到传输网是重要的电信基础网，而SDH是目前应用最为广泛的传输体制，通过SDH设备组网设计使我们熟悉了SDH的基本知识，知道了SDH的一些拓扑结构，了解了每个拓扑结构的特点，掌握了SDH线性网的基本功能及其应用，并学习了华为Metro3000传输设备硬件组成情况，了解了的基本设计过程。利用以上知识我设计了一套简单的SDH设备组网，实现了6个2M双向业务之间信息的互通。在设计过程中我也遇到不少的问题，甚至很多地方还是没有弄明白，但我也尽力查资料把问题都弄懂，最后完成了本次课程设计的任务。通过这次实习，我在多方面都有所提高。通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次SDH组网设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了SDH组网设计等课程所学的内容，掌握SDH组网设计的方法和步骤，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。总之，每一次的课程设计都是一次挑战，也是一次提高，每一次都会有问题，每一次也有收获，在挑战中体验，在体验中总结，在总结中进步。9 参考文献1、昌电力通信光传输网的优化期刊论文力系统通信2009焦晓波、郭力辉2、SDH的基本原理及传输网设计期刊论文008蓝宇冰3、同步数字传输网1995韦乐平4、光纤通信原理与技术 郑玉甫、蔡小林、张椿玲、耿勇5、光纤通信技术(第2版) 孙学康、张金菊6、光纤通信与光纤信息网 董天临7、光纤通信(21世纪高职高材) 黄一平 目录设计题目：兰州至敦煌SDH通信传输系统11 设计背景12 设计目的23 设计内容34 设计流程35 设计步骤55.1 概述55.2 应用条件分析75.3网络结构95.4业务矩阵105.5时隙分配115.6系统结构126 硬件设备选型156.1 SDH网元类型156.2设备选型186.3 所选硬件设备简介197 系统评价228 设计心得239 参考文献24