基于华为Optix 2500+光传输网络的实现与分析毕业设计.docx

基于华为Optix 2500+光传输网络的实现与分析毕业设计.docx

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基于华为Optix2500+光传输网络的实现与分析毕业设计

摘要:

由于网络迅速发展，迫切需要快速增加传输带宽，而SDH光传输网络可较好的解决这一问题，并且SDH光传输网络有许多传统PDH网络无法比拟的优势。

它不仅可以应用在所有传统的电信领域，还可能使电信网络结构演变成为一个同一网络。

因此，我们有必要研究SDH原理及SDH光传输网络的组网技术。

关键词：

光传输网、SDH原理、Optix2500+

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofthenetwork,afastgrowthinthebandwidthoftransportnetworkisneeded.SDHtransportnetworkisabletodealwithsuchproblem.further,SDHtransportnetworkhasmanyadvantageswhichcannotbefoundinthetraditionalPDHnetwork,suchnetworkcanbedeployednotonlyintherealmoftraditionaltelecommunicationsbutcanmakethenetworksintoawholeone.Therefore,itisnecessaryforustoresearchtheprincipleofSDHandSDHopticaltransmissionnetworktechnology.

TheOptixSDHseriestransmitleveledthecommoncommandlineandcommand-linebatchfilethatwillgiveourstartcommissioning,routinemaintenanceagreatdealofconvenience.

TheOptix2500+synchronousopticaltransmissionequipment,SDHequipmentaOptixseriesproductsofHuaweiTechnologiesCo.,Ltd.Inthecourseofthestudy,thepaperfirstlytoldusthecurrentdevelopmentofopticaltransmissionnetwork.ThenitexplainedustheprincipleofSDHbasictheory,includingtheframestructure,thetransmissionrate,multiplexingstructureandnetworktype.Thenthepaperintroducedusthehardwarestructureaofthenewgenerationoftransmissionequipment--HuaweiOptix2500+.Atlast，thepapertoldustheresearchandanalysisofallkindsofopticaltransmissionnetworkbaseontheHuaweiOptix2500+optical

transmissionequipment。

Therefore,throughtheequipmentofallkindsofnetworkresearchandanalysis,sothatfinallywefullyunderstandtheSDHtransmissionnetworktechnology.

KeyWords：

opticaltransmissionnetwork、principleofSDH、Optix2500+

一、绪论

1、光传输网的概述及发展

（1）概述

光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。

光传输电视信号的工作过程是在光发射机、光纤和光接收机三者之间进行的；在中心机房的光发射机把输入的RF电视信号变换成光信号，它由电/光变换器（Electric-OpticalTransducer，E/O）完成，变换成的光信号由光纤传输导向接收设备（光接收机）接收，光接收机把从光纤中获取的光信号变换还原成电信号。

因此光传输信号的基理就是电/光和光/电变换的全过程，也称为光链路。

国际电信联盟（ITU）于2007年末发行了一份题为《电信改革趋势：

通往下一代网络之路》的重要出版物，该文件为我们指明了下一代传输网的发展趋势将是“一网承送多重业务”，随着业务的全IP化趋势，未来的“一网”无疑将会是以分组为核心的承载传送网络分组传送网（PTN）。

从光传输网的产生到现在，已经经过了PDH、SDH、MSTP、DWDM、ASON和PTN几种技术发展和革新，本文回顾和梳理了光传输网的发展历史并对未来的光传输网发展趋势作出推断。

（2）光传输网的发展与应用

1972年ITU—T前身CCITF提出第一批PDH建议，1976和1988年又提出两批建议形成完整的PDH体系。

PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）即准同步数字系列，准同步数字系列有两种体制：

北美体制和欧洲体制。

在数字通信发展的初期，大量的数字传输系统都是准同步数字体系。

PDH虽然被称作是光的处理，但基本上是电信号层的处理。

随着数字交换的引入，由光通信技术的发展带动的长距离、大容量数字电路的建设，以及网络控制和宽带数字综合业务发展的需要，暴露了PDH一些固有弱点，如北美和欧洲两种数字体制互不兼容；没有世界性的标准光接口规范，在光路上无法互通和调配；难以上、下话路；因定时损伤而难以实现E5速率上的异步复用；网络维护管理复杂，缺乏灵活性，无法适应不断演变的电信网的要求等。

SDH（SynchronousDigitalHierarchy）即同步数字系列，最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络（SONET），1988年，国际电报电话咨询委员会（CCI1丫r）接受了SONET的概念，重新命名为“同步数字系列（SDH）”。

随着不断增长的IP数据、话音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及起来，原先以承载话音为主要目的的城域网在容量以及接口能力上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。

于是，MSTP（Multi—ServiceTransportPlatform，多业务传送平台）技术应运而生。

MPLS是1997年由思科公司提出，并由IETF制定的一种多协议标签交换标准协议，它利用2．5层交换技术将第三层技术（如IP路由等）与第二层技术（如ATM、帧中继等）有机地结合起来，从而使得在同一个网络上既能提供点到点传送，也可以提供多点传送；既能提供原来以太网尽力而为的服务，又能提供具有很高QoS要求的实时交换服务。

DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）即密集波分复用，这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。

更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能（例如，达到最小程度的色散或者衰减）。

这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。

如图1所示。

图1光传输网的发展

随着骨干网络容量的日益增大以及城域接人能力的多样化，对传输网络具备良好自适应能力的需求逐步提上日程，对网络带宽进行动态分配并具有高性价比的解决方案已是人们追求的目标。

ASON正是在这样的市场环境下应运而生的，ASON（Auto—maticallySwitchedOpticalNetwork）即自动交换光网络。

ASON的概念来源于ION（智能光网络）。

2000年的ITU—T正式确定由SGL5组开展对ASON的标准化工作。

ITU—T进一步提出自动交换传送网（ASTN）的概念，明确ASON是ASTN应用与OTN的一个子集。

ASON是在选路和信令控制下，完成自动交换功能的新一代光网络，是一种标准化了的智能光传送网，代表了未来智能光网络发展的主流方向，是下一代智能光传送网络的典型代表。

ASON首次将信令和选路引入传送网，通过智能的控制层面来建立呼叫和连接，使交换、传送、数据三个领域又增加了一个新的交集，实现了真正意义上的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复，是光传送网的一次具有里程碑意义的重大突破，被广泛认为是下一代光网络的主流技术。

ASON技术的发展虽然取得了比较大的进展，但还存在着一些问题，主要集中在性能本身的完善和互联互通上。

2、SDH的发展及应用

（1）SDH的概念

SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系），根据ITU-T的建议定义，是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

（2）SDH的产生背景

在讲SDH传输体制中，前我们首先要搞清楚SDH到底是什么。

那么SDH是什么呢？

SDH全称叫做同步数字传输体制，由此可见SDH是一种传输的体制（协议），就象PDH——准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。

目前，传统的由PDH传输体制组建的传输网，由于其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，因此看出在通信网向大容量、标准化发展的今天，PDH的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。

传统的PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：

Ⅰ、接口方面

①只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准。

②没有世界性标准的光接口规范。

Ⅱ、复用方式

现在的PDH体制中，只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。

由于PDH采用异步复用方式，那么就导致当低速信号复用到高速信号时，其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性。

也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置，而这一点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的关键所在。

既然PDH采用异步复用方式，那么从PDH的高速信号中就不能直接的分/插出低速信号，例如：

不能从140Mbit/s的信号中直接分/插出2Mbit/s的信号。

这就会引起两个问题：

①从高速信号中分/插出低速信事情要一级一级的进行。

②由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化，在大容量传输时，此种缺点是不能容忍的。

Ⅲ、运行维护方面

PDH信号的帧结构里用于运行维护工作OAM的开销字节不多，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。

由于PDH信号运行维护工作的开销字节少，这对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的。

Ⅳ、没有统一的网管接口

由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备，就需买一套该厂家的网管系统。

容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网。

由于以上这种种缺陷，使PDH传输体制越来越不适应传输网的发展，于是美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络（SONET）体制，CCITT于1988年接受了SONET概念，并重命名为同步数字体系（SDH），使其成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

（3）SDH的应用与发展趋势

SDH的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。

中国移动、电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。

利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。

而一些大型的专用网络也采用了SDH技术，架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。

比如电力系统，就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。

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。

SDH作为新一代理想的传输体系，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，能很好地适应通信网飞速发展的需要。

迄今，SDH得到了空前的应用与发展。

在标准化方面，已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了SDH的方方面面。

在干线网和长途网、中继网、接入网中它开始广泛应用。

且在光纤通信、微波通信、卫星通信中也积极地开展研究与应用。

二、SDH原理

1、网络节点接口

传统的准同步光缆数字系统是一个自封闭系统，光接口是专用的，外界无法接入。

而同步光缆数字线路系统是一个开放式的系统，任何厂家的任何网络单元都能在光路上互通，即具备横向兼容性。

为此，必须实现光接口的标准化。

网络节点接口的国际规范内容包括：

数字速率等级、帧结构、复用和映射方法等。

传输网是由传输网络节点和传输线路构成的，传输线路包括光缆传输线路、微波接地系统和卫星通信系统。

规范网络节点（设备）的目的是使网络与网络，网络与系统、系统与系统之间正常连接，

网络节点接口是指网络节点之间的接口，具体也可以看作是传输设备和网络节点之间的接口。

NNI在网络中的可能位置如图2所示。

图2NNI在网络中的位置

2、同步数字体系的速率

SDH采用的信息结构等级成为同步传送模块STM-M，最基本的模块有分别为STM-1,4个STM-1同步复用构成STM-4,16个STM-1或者4个STM-4同步复用构成STM-16。

SDH信号的速率等级表示为STM-N，其中N是正整数。

目前SDH只能支持一定的N值，即N只能为1，4，16和64，其中最基本、也是最重要的模块信号是STM-1，其速率是155.520Mbit/s，更高等级的STM-N信号是将基本模块信号STM-1经过字节间插后得出，STM-4等级的速率为622.080Mbit/s，STM-16等级的速率为2488.320Mbit/s，STM-64等级的速率为9953.280Mbit/s。

3、帧结构

STM-N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地、有规律的分布。

为什么呢？

因为这样便于实现支路的同步复用、交叉连接（DXC）、分/插和交换，说到底就为了方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号。

鉴于此，ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构，如图3所示。

图3STM-N帧结构图

从图3看出STM-N的信号是9行×270×N列的帧结构。

此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：

1，4，16，64……。

表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。

由此可知，STM-1信号的帧结构是9行270列的块状帧，由图3看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。

我们知道，信号在线路上传输时是一个bit一个bit地进行传输的，那么这个块状帧是怎样在线路上进行传输的呢？

总不会是将整个块都送上线路同时传输吧。

当然不是这样传输，STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，那么先传哪些比特后传哪些比特呢？

SDH信号帧传输的原则是：

帧结构中的字节（8bit）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。

STM-N信号的帧频（也就是每秒传送的帧数）是多少呢？

ITU-T规定对于任何级别的STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125微秒。

8000帧/秒听起来很耳熟，对了，PDH的E1信号也是8000帧/秒。

在这里你要注意到的是对于任何STM级别帧频都是8000帧/秒，帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。

想想看PDH不同等级信号的帧周期是否恒定？

由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。

例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。

而PDH中的E2信号速率E1信号速率的4倍。

SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分/插出低速SDH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。

从图中看出，STM-N的帧结构由3部分组成：

段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。

下面我们讲述这三大部分的功能。

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（低速信号）进行通道性能监视、管理和控制（有点儿类似于传感器）。

②段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。

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还有一些管理功能。

段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。

我们讲过段其实也相当于一条大的传输通道，RSOH和MSOH的作用也就是对这一条大的传输通道进行监控。

那么，RSOH和MSOH的区别是什么呢？

简单的讲二者的区别在于监管的范围不同。

举个简单的例子，若光纤上传输的是2.5G信号，那么，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。

再生段开销在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9N个字节；复用段开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。

与PDH信号的帧结构相比较，段开销丰富是SDH信号帧结构的一个重要的特点。

③管理单元指针（AU-PTR）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，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷。

这句话怎样理解呢？

若仓库中以堆为单位存放了很多货物，每堆货物中的各件货物（低速支路信号）的摆放是有规律性的（字节间插复用），那么若要定位仓库中某件货物的位置就只要知道这堆货物的具体位置就可以了，也就是说只要知道这堆货物的第一件货物放在哪儿，然后通过本堆货物摆放位置的规律性，就可以直接定位出本堆货物中任一件货物的准确位置，这样就可以直接从仓库中搬运（直接分/插）某一件特定货物（低速支路信号）。

AU-PTR的作用就是指示这堆货物中第一件货物的位置。

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，只不过所指示的货物堆更小一些而已。

4、SDH的复用结构和步骤

我们知道，SDH的工作方式如图4所示：

图4SDH的工作方式

SDH的复用包括两种情况：

一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。

第一种情况复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合一，即4×STM-1→STM-4、4×STM-4→STM-16。

在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒）。

这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。

在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。

在复用成的STM-N帧中，SOH并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。

第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去，传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种：

比特塞入法（又叫做码速调整法），这种方法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是PDH的复用方式。

固定位置映射法，这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125us（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。

从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号：

固定位置映射法引入的信号时延过大。

SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如：

将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1→STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤。

这就要求SDH需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。

在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125us缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。

ITU-T规定了一套完整的复用结构可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。

我国为了使每种净负荷只有一条复用映射途径，规定了一个较为简单的复用映射结构，如图5所示：

图5G.709复用映射结构

从图2-4中可以看到此复用结构包括了一些基本的复用单元：

C—容