自考光纤通信第5章光同步数字传输网.ppt

第第5章章 光同步数字传输网光同步数字传输网5.1 SDH的基本概念的基本概念5.2 SDH中的基本复用、映射结构中的基本复用、映射结构5.3 SDH光传输系统光传输系统5.4 SDH传送网传送网5.5 SDH网络中的安全性问题网络中的安全性问题5.6 SDH网络性能网络性能5.1 SDH的基本概念 SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络（SDH网中不含交换设备，它只是交换局之间 的传输手段）。SDH网的概念中包含以下几个要点：SDH网有全世界统一的网络节点接口（NNI）SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传递模块STM-N（N=1，4，16，64），并具有一种块状帧结构 SDH网有一套特殊的复用结构SDH网大量采用软件进行网络配置和控制 SDH网有标准的光接口 SDH网的基本网络单元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和数字交叉连接设备等 5.1.1 SDH的网络节点接口、速率和帧结构（1）网络节点接口图5-1 NNI在网络中的位置（2）同步数字体系的速率。SDH所使用的信息结构等级为STM-N同步传输模块，最简单的模块信号是STM-1，其速率是155.520Mbit/s。其中N是正整数，目前国际标准化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（3）帧结构 在STM-N帧结构中，共有9行，270N列，每个字节=8比特，帧周期为125s。图5-2 STM-N的帧结构 由图5.2可以看出，整个帧结构可以分为三个区域：段开销（SOH）区、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1-9N列中的第1-3行和第5-9行。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。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的分解出有效传输信息。5.1.2 SDH网的特点（1）SDH网络是由一系列SDH网元组成的，它是一个可在光纤或微波、卫星传输系统上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。（2）它有全世界统一的网络节点接口（NNI）（3）它有一套标准化的信息结构等级，被称为同步传输模块STM-N（4）它具有一种块状帧结构，在帧结构中安排了丰富的管理比特，大大增加可网络的维护管理能力（5）它有一套特殊的复用结构，可以兼容PDH的不同传输速率，而且还可以容纳B-ISDN信号，因而具有广泛的适应性5.2 SDH中的基本复用、映射结构 各种信号复用映射进STM-N帧的过程，都必须经过映射、定位和复用三大关键步骤。5.2.1 SDH复用结构 我国目前采用的复用结构是以2Mbit/s系列PDH信号为基础的，通常采用2Mbit/s 和140Mbit/s之路接口，有时也可根据需要采用34Mbit/s之路接口（1）复用单元。SDH的复用结构是由一系列复用单元组成，各复用单元的信息结构和功能各部相同常用的有容器（C）、虚容器（VC）、管理单元（AU）、之路单元（TU）等。容器 容器（C）实际上是一种装载各种速率业务信号的信息结构，主要完成PDH信号与VC之间的适配功能。ITU-T规定了5种标准容器，我国的SDH复用结构中，仅用了装载2.048Mbit/s、34.368Mbit/s和 139.264Mbit/s信号的3种容器，即C-12，C-3和C-4，其中C-4为高阶容器，C-3和C-12为低阶容器。虚容器 虚容器（VC）是用来支持SDH通道层连接的信息结构，它是由标准容器C的信号加上用以对信号进行维护与管理的通道开销（POH）构成的。虚容器又包括高阶虚容器和低阶虚容器。无论是高阶VC，还是低阶VC，它们在SDH网络中始终保持独立的相互同步的传输状态，即其帧速度与网络保持同步，并在同一网络中的不同VC都是保持相互同步的 支路单元与支路单元组 VC出来的数字流进入管理单元（AU）或支路单元（TU）。TU是为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的一种信息结构，它是由虚容器和一个相应的支路单元指针构成。指针用来指示虚容器在高一阶虚容器中的位置，这种净负荷中对虚容器位置的安排称为定位。一个或多个TU组成一个支路单元组（TUG）。支路单元与支路单元组 管理单元（AU）是一种在高阶通道层和复用层提供适配功能的信息结构，由高阶VC和一个相应的管理单元指针构成。一个或多个在STM-N帧中占固定位置的AU组成一个管理单元组（AUG）。管理单元指针的作用是用来指示该高阶VC在STM-N中的位置。同步传输模块 同步传输模块（STM-N）是在N个AUG的基础上，加上能够起到运行、管理和维护作用的段开销构成。关于通道、复用段、再生段的说明 在SDH传输系统中通道、复用段、再生段间的关系如图5-5所示。其中PT指通道终端，MST指复用段终端，RST指再生段终端。图5-5 STM-N的帧结构（2）复用过程举例图5-6 STM-N的帧结构 从图中可以看出：将139.264Mbit/s的支路信号送入高阶容器（C-4）做适配处理，经码速调整之后输出149.760Mbit/s数字信号；在C-4基础上每帧加9个字节的通道开销（POH），从而构成VC-4，起输出的信号速率为150.336Mbit/s；在VC-4内加上管理单元指针（AU-PTR），构成AU-4，则信号速率为150.912Mbit/s；当N=1时，由一个AUG加上段开销后，则STM-1信号的速率为155.520Mbit/s。5.2.2 映射方法 映射：是指能够在SDH网络边界与虚容器适配的过程。5.3 SDH光传输系统5.3.1 系统结构1.点到点链状线路系统 该系统是由具有复用和光接口功能的线路终端、中继器和光缆传输线路构成，其中中继器可以采用目前常见的光-电-光再生器，也可以使用掺饵光纤放大器（EDFA），在光路上完成放大的功能2.环路系统 环路系统中，可选用分插复用器，也可以选用交叉连接设备作为节点设备，它们的区别在于后者具有交叉连接功能，它是一种集复用、自动配线、保护/恢复、监控和网管设备的控制下，对由多个电路组成的电路群进行交叉连接，因此其成本很高，故通常使用在线路交汇处，而接入设备则可以使用数字环路载波系统（DLC）、宽带综合业务接入单元（B-ISDN）5.3.2 SDH网元1.终端复用器（TM）TM可提供从G.703接口到STM-1输出的简单复用功能 在组合信号中，每一个支路的信号保持固定的对应位置，这样便可利用计算机软件进行信息组合成为一个STM-M（MN）信号2.分插复用器（ADM）ADM是在SDH网络中使用的另一种复用设备。具有能够在不需要对信号进行解复用和完全终结STM-N情况下经G.703接口接入各种准同步信号的能力。它也可以将STM-N输入到STM-M（MN)内的任何支路的能力 虽然ADM的输入、输出信号等级相同，但其中的信息内容已经发生了变化。另外由于分插复用器ADM能在SDH网中具有灵活的插入和分接电路的功能，即通常所说的上、下话路的功能。3.数字交叉连接器（DXC）DXC的基本功能 电路调度功能 业务的汇集和疏导功能 保护倒换功能 DXC除以上功能外，还有开放带宽业务、网络恢复、不完整通道段监测、测试接入等功能 DXC连接类型 通常有五种：单向、双向、广播式、环回和分离接入 值得说明的是DXC4/1，DXC4/4/1均代表不同配置的DXC设置。通常在实际的设计中DXC的配置类型是用DXC X/Y来表示，其中X表示接口数据流的最高等级，Y表示参与交叉连接的最低级别。数字1-4分别表示PDH体系中的1-4次群速率，其中4也代表参与SDH体系中STM-1，数字5和6则分别代表SDH体系中的STM-4和STM-164.再生中继器（REG）再生器：对光波进行放大、整形的设备5.4 SDH传送网 网络是指能够提供通信服务的所有实体及其逻辑配置。传送网是完成信息传送功能的手段，它是网络逻辑功能的集合。传输网是由具体设备组成的网络。5.4.1 传送网的分层结构图5-11 通信网的分层结构图分层结构：最下层就是光传送层。最上层是业务层。业务层直接为电交换/复用层提供服务内容，最后要通过光传送/网络层在光域上进行信号传输。各层之间的关系是下层为上层提供支持手段，上层为下层提供服务内容。光传送网又分为核心层、汇接层和接入层。5.4.2 传送网的节点和节点设备 传送网是由网络节点、传输通道、管理、控制和支撑设备构成。传送网中的节点通常具有下列特点：网络中的节点具有功率放大和数字信号再生功能。网络中的节点可以是业务的分插交汇点、交叉连接点，也可以是网络管理系统、控制系统和支撑系统的切入点。网络升级以及新技术的使用都是通过节点配置来体现的，因而网络技术性能同样是通过网络节点设备的性能来显现的。传送网中常使用的网络节点设备基本分为两大类：1、基于电子技术的复用设备2、基于光层面的光传送技术的设备1.基于SDH的光传送网（1）SDH传送网分层模型 从垂直方向看，SDH传送网共分为通道层和传输媒质层，网络关系如图5-13所示。图5-13 传送网的分层模型 电路层网络 电路层网络是面向公用交换业务的网络 通道层网络 通道层网络为电路层网络节点提供透明的通道 传输媒质层的网络 传输媒质层是指那些能够支持一个或多个通道层网络，并能在通道层网络节点处提供适当通道容量的网络 段层网络又可以进一步分为复用段层网络和再生段层网络 再生段层网络是用于传递再生中继器之间以及再生中继器与复用终端之间信息的网络 物理媒质层网络是那些能够为通道层网络提供服务的、能够以光电脉冲形式完成比特传送功能的网络 相邻层网络间的关系（2）层网络的分割 子网的分割 网络连接和子网连接的分割5.5 SDH网络中的安全性问题 保护与同步 5.5.1 SDH网络的保护 自愈功能是指当网络出现故障时，能够在无需人为干预的条件下，在极短时间内从失效状态中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出现了故障。其基本原理就是使网络具有备用路由和重新确立通行的能力 自愈保护可以分为线路线路保护倒换、环形网保护、网孔形DXC网络恢复及混合保护方式等 1.自动线路保护倒换（1）1+1和1：n结构图5-15 1+1线路保护倒换结构（2）保护倒换的实现 K1和K2字节 操作过程2.环路保护（1）自愈环结构方式的划分 按照自愈环结构来划分，可分为通道倒换环和复用段倒换环 按照进入环的支路信号和由分路节点返回的支路信号方向是否相同来划分，可分为单向环和双向环两种 按照一对节点之间所用光纤的最小数量来划分，可分为二纤环和四纤环（2）几种典型的自愈结构 二纤单向复用段倒换环图5-17 二纤单向复用段倒换环(a)图5-17 二纤单向复用段倒换环(b)四纤双向复用段倒换环图5-18 四纤双向复用段倒换环 二纤双向复用段倒换环图5-19 二纤双向复用段倒换环 二纤单向通道倒换环图5-20 二纤单向通向倒换环5.5.2 SDH的网同步 所谓网同步是指网络的所有设备的时钟频率和相位的偏差都控制在容许的范围之内，这样可以保证通信网内的数字信号的正常交换与传输1.网同步方式 国际上所使用的同步方式有主从同步方式、相互同步方式和准同步方式，但大多数国家普遍采用主从同步方式。主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的基准主时钟，而其他时钟均逐级与上一级时钟保持同步，以此实现与主时钟同步的目的，及具体结构如图5-11所示。图5-22 我国同步时钟等级 由图5-22可知，主从同步网多采用树型拓扑结构，基准时钟通过同步链路逐级向下传输，在各交换节点上，通过锁相环将本地时钟与接收到的上一级时钟进行相位锁定，从而达到与基准时钟同步的目的。2.我国同步网结构 我国同步网采用分级的主从同步方式，即同步网中的时钟依据其在网中的位置和重要性被分为四个等级，其中基准时钟为第一级时钟，其他三级依次为转接局、本地局和设备从时钟。每一级从时钟需要和上一级或同级保持同步。3.同步时钟的等级标准4.时钟电路的工作模式5.6 SDH网络性能5.6.1 光接口、电接口的界定光接口：电接口：5.6.2 误码性能 是以误块秒比（ESR）、严重误块秒比（SESR）及背景误块比（BBER）为参数来表示的。1.误块（EB）由于SDH帧结构是采用块状结构，因而当同一块内的任意比特发生差错时，则认为该块出现差错，通常称该块为差错块或误块。2.误码性能参数 误块秒比（ESR）：当某1秒具有1个或多个误块时，则称该秒为误块秒，那么在规定观察时间间隔内出现的误块秒数与总的可用时间（在测试时间内扣除其间的不可用时的时间）之比便成为误块秒比 严重误块秒比（SESR）：某1秒内有不少于30%的误块，则认为该秒为严重误块秒比 背景误块比（BBER）：如果连续10秒钟误码率劣于10-3则认为是故障5.6.3 抖动性能 抖动是数字光纤通信系统的重要指标之一，它对通信系统的质量有非常大的影响。1.抖动与漂移的概念 在数字信号传输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，而是随机的，这种变化关系可以用频率来描述，当频率10Hz时的随机变化被称为抖动，反之称为漂移。抖动的程度原则上可以用时间按、相位、数字周期来表示 多数情况下是用数字周期来表示，通常用符号UI（Unit Interval）来表示。2.抖动与积累3.抖动指标 抖动的指标有输入抖动容限、无输入抖动时输出抖动容限以及抖动转移特性等 输入抖动容限是指复用器（或系统）能够允许的输入信号的最高抖动和漂移限值 为了能够满足数字网的抖动和漂移要求，ITU-T提出了无输入抖动时的输出抖动和漂移限值（最大值），这就是输出抖动和漂移容限 抖动转移特性定义为输出STM-N信号的抖动与所输入STM-N信号的抖动的比值随频率变化关系