兰州至敦煌SDH通信传输系统设计(光纤通信课程设计)

1、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/、帧中继、ISDN综合业务数字网) 和FDDI光纤分布式数据接口)等

2、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

3、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、

4、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、 In ternet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

5、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

6、。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5设计步骤概述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

7、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：树形网:环形网:网孔形:环带链:STM-4e环相切:环相切:wGA2FSTM-4ewCESTM-16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

8、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。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 Q禾口 75Q两种阻抗任选，120Q使用平衡对称电缆，75Q则使用不平衡同轴电缆在此次设计中选用120 Q的

9、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。274KM27KM兰州图一:等级速率含2M电路数量话音话路容量STM-115520631890STM-4622.0802527560STM-162488.320100830240STM-649953.2804032120960S1M 2563981342016128483840此次设计中所设的主要站点及位置关系如下图二所示: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1

10、20km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（REQ， 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 窗口时可以使用光纤，当工作于1510窗口时可以使用、光纤。此 次设计中使用1310nm的光纤。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 嘉中继站（REG图三TM业务矩

11、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）3001282018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

12、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675745373028264时隙分配线路时隙：

13、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。女口 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

14、，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。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

15、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E乍1:1-20 IU1:

16、1-20E1:21-36Tu2:1-15E1:37-49IU2:16-28E1:1-12IU1:1-12W1:1-12flU1:21-32 IU1:16-28E1:13-23E1:1-20 jIU1:1-20E1：1_10 弋IU1:1-10W1:1-23E1:1-15IU1:1-E1:50-60 !u3?1-101#IU2:1-10VC4IU1:11-47W1:24-32 jU2:11-19 如1：33-40 IU2:20-27IU1:13-23IU1:11-19E1:24-32IU1:24-32IU2:1-8W1:1-8E1:11-19E1:1-7E1:8-13W1:914145-20IU

17、2:15-20IU118-23IU1:26-30E1:20-25IU1:20-25二 IU2:9W1:1W1：1-4E1:26-30IU2:1-4E1:19-22IU1:29-32E2:1-102#VC4IU3:11-21图四：时隙分配图TMADM兰州-150武威-150W1:5-8IU2:5-8E1:14-18IU1:24-28W1:1-4IU2:9-12E2:1-10IU1:1-10ADM张掖-150张掖：酒泉:敦煌:张掖：酒泉：嘉峪关：3张掖: 嘉峪关:敦煌: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SDH网元类型SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆

18、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。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。 STM-N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勺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言号中的任意位置上，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

19、。ADM分/插复用器分/插复用器用于SDHt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。 STM-N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言号进行交叉连接，一个 ADM可等效成两个TM。REG!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

20、，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STM-N STM-N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-

21、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REGT点大材小用了。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言号的交叉连接功能，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。0 o o笛效旳1c入线乂 nn 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勺核心是交叉连接，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勺类型和性能，注mn, m表示可

22、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/s34Mbit/s140 Mbit/s155Mbit/s622Mbit/ss设备选型F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

23、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：OSN95O0 OSN75O0 OSN35O0 OSN2500等b、Metro 系列设备： Metro6100、Metro5000、Metro3000 、 Metro1000、Metro500、Metro100。涵盖了 10G DWDM波分、10G、622M、155M SDH各级速率的设备。（4）、中兴SDH传输设备：ZXMP-S390 ZXMP-S385 ZXMP-S380 ZXM

24、P-S330 ZXMP-S325ZXMP-S320 ZXMP-S200 ZXMP-S100（5）、烽火SDH传输设备：a、 Citrans 系 列 ：Citrans530 Citrans550B Citrans550CCitrans580 Citrans750 Citrans780b、IBAS 系列：IBAS110 IBAS130B IBAS130C IBAS180 IBAS190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- 1 6多业务光传 输系统，具有大容量的交叉

25、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-4STM-1 光接口和STM-1电接口。Metro3000提供了丰富的具备 PDH接口的 I

26、U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-16STM-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-48

27、V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 In terface unit)板是单路 STM-16 光接口板。SL4 板：(STM-4 Optical In terface uni)，单路 STM-4 同步线路光接口 板；SD4 板：(Dual STM-4 Optical In terface unit)，双路 STM-4 同步线路 光接口板；SQ1 板：(Quad STM-

28、1 Optical In terfaces un)四路 STM-1 同步线路 光接口板；SD1 板：(Dual STM-1 Optical In terface un)，双路 STM-1 同步线路光 接口板；SL1 板：(STM-1 Optical In terface uni)，单路 STM-1 同步线路光接口 板；SDE板：(Dual STM-1 Electrical In terfaces un), 2x STM-1 同步线路 电接口板。SQE板: (Quad STM-1 Electrical In terfaces unit, 4X STM-1 同步线路 电接口板。SV4 板：(VC-

29、4-4V STM-4 Optical In terface uni),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-4-4CMetro3000 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1 + 1和1:N (1 N 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

30、, 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 SD