SDH自愈环及其在光接入网中的应用

1、原理就是使网络具备发现故障和重新建立通信的能力。自愈环网只涉及重新建立通信，而不管具体失效元部件的修复和更换，后者仍需人工干预才能完成。1.1 SDH自愈环结构及分析1.1.1SDH自愈环结构介绍将网络节点连成一个环形网可以进一步改善网络的生存性和成本，一个环形自愈环也称自愈环网。自愈环网的网络节点可以是DXC，也可以是ADM，利用ADM的智能分插能力构成的自愈网是SDH的特色之一，也是目前研究工作十分活跃的领域。根据SDH自愈环业务保护的基础不同，SDH自愈环可以划分为通道保护倒换环和复用段保护倒换环两大类。从功能结构观点来划分，通道保护倒换环也称为子网连接保护，复用段保护倒换环也称为路径保

2、护。对于通道保护倒换环，业务信息的保护是以每个通道为基础的，根据环内的每个通道信号质量的优劣决定是否倒换；对于复用段保护倒换环，业务量的保护是以复用段为基础的，根据每一节点间的复用段信号质量的优劣决定是否倒换，当复用段出现故障时，节点间的所有复用段业务信号都倒换到保护回路。两者的重要区别：前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用；后者往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享。按照进入环的支路信号与由该支路信号分路节点返回的支路信号方向是否相同来区分，可以将自愈环分为单向环和双向环。单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输，而双向环

3、中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路的节点返回的信号按相反方向传输。按照业务通道和保护通道的利用情况，自愈网中存在1:1，1+1等保护形式。1:1保护形式是指正常情况下业务信号只连在工作通路上，在保护通路上可以传输额外的业务信号，当工作通路发生故障时，节点将保护通路上的额外业务舍弃，切换为传输业务信号，是自安业务信号的保护。1+1保护形式是指业务信号同时跨接在工作通路和保护通路，接收业务的节点从工作通路和保护通路中择优选择业务信号，即工作通路发生故障时，节点自动切换到保护通路接收业务信号，反之亦然。按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分，还可以划分为二纤环和四纤环。按照上述各种

4、不同的分类方法可以区分出多种不同的自愈环结构（参见表1.1.）。通常，通道倒换环主要工作在单向二纤方式，近来双向二纤方式也开始应用，并在某些方面显示了一定的优点。而复用段倒换环既可以工作在单向方式，又可以工作在双向方式；既可以是二纤方式，又可以是四纤方式。实用化的结构主要是双向方式。表1 SDH自愈环结构分类4种典型的自愈环结构：双纤单向通道倒换环，双纤单向复用段倒换环，双纤双向复用段倒换环和四纤双向复用段倒换环。（1） 二纤单向通道保护倒换环 二纤单向通道倒换保护环如图1所示： CA AC CA AC S1 S1 P1 P1 A A D B D B C C CA AC CA AC 倒换 图1

5、 二纤单向通道保护倒换环二纤单向通道保护倒换环的保护方式为通道1+1保护，也是基于“并发选收”的原则，以PATH-AIS为倒换的依据，不需要APS协议。他优两根光纤，一根用于传送信号的S光纤，另一根时用于保护的P光纤。它采用“首端桥接，末端倒换”的结构，即在A和C节点中，进入环的信号同时接入S光纤和P光纤，而分路节点的信号是靠倒换来获得的。如图1所示，在节点A，进入环的以节点C为目的地的之路信号AC同时馈入发送方向光纤S1和P1，其中S1光纤按顺时针的方向将业务信号送至分路节点C，而P1光纤则按逆时针方向将同样的之路信号送至分路节点C。接收端分路节点C同时接到两个方向来的支路信号，按照分路信号

6、的优劣决定选哪一支路信号为分路信号。正常情况下，一S1光纤送来的信号为主信号。按照进入环的支路信号与由该支路信号分路节点返回的信号方向是否相同可将环分为单向环和双向环。在图1中，由A到C的信号以及由C返回A的信号都是沿S1顺时针及P1逆时针，所以它是单向环。但B和C节点间的光缆被切断时，在节点C，由于从A经S1来的AC信号丢失，按并发优收的原则，倒换开关将由S1转向P1，接收由A节点经P1而来的AC信号作为分路信号，从而使AC间的业务信号得以维持，不会丢失。故障排除后，开关返回原来位置。（2） 二纤单向复用段保护倒换环 二纤单向复用段保护倒换环如图2所示。 CA AC CA AC S1 S1

7、P1 P1 A A D B D B C C CA AC CA AC 倒换 图2 二纤单向复用段保护倒换环 如图2所示，在二纤单向复用段倒换环中，节点在支路信号分插功能前的每一高速线路上都有一保护倒换开关，正常情况下，低速支路信号仅仅从S1进行分插，P1是空闲的，由A到C以及由C 返回A的信号都是沿S1顺时针方向传送的，所以它是一个单向环。当B和C节点间的光缆被切断，B和C节点中的保护倒换开关将利用ASP协议执行环回功能，在B节点，S1上的AC信号经倒换开关从P1返回，沿逆时针方向经A和D节点到达C节点，并经过C节点的倒换开关环回到S1并落地分路。这种环回倒换功能能保证在故障状况下仍维持环的连续

8、性，使低速支路上的业务信号不会中断，故障排除后，倒换开关返回原来位置。（3） 四纤双向复用段倒换环四纤双向复用段倒换环如图3所示 CA AC CA AC S1 S1 P1 P1 S2 S2 P2 P2 A A D B D B C C CA AC CA AC 倒换 图3 四纤双向复用段倒换环如图3所示,四纤双向复用段倒换环有两根分别对应收发方向的业务光纤S1和S2，以及两根对应收发方向的保护光纤P1和P2。正常情况下，从A节点进入环，以由C节点为目的地的低速支路信号沿S1顺时针传输，而由C节点返回A节点的低速支路信号则沿S2逆时针传输，所以它是一个双向环；而保护光纤P1和P2是空闲的。当B和C节

9、点间的光缆被切断时，利用APS协议，B和C节点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而得以维持环的连续性。当光纤S1和P1沟通，S2和P2沟通，沿S1的AC信号在B节点经倒换开关从P1返回，沿逆时针方向经过A和D节点到达C节点，并经倒换开关回到S1光纤落地分路，CA信号也类似。从图文中可以看出，S1上的业务信号与P2上的保护信号的传输方向相同，都是顺时针。利用时隙交换技术，可以时光纤S1和P2上的信号都置于一根光纤上，这根就称为S1/P2光纤，这时，这根光纤上的一半时隙如奇时隙用于传业务信号，而另一半时隙如偶时隙给保护信号，同样也有S2/P1光纤。S1/P2上的保护时隙可保护S2/P1上的业务信号

10、，而S2/P1上的保护信号时隙可保护S1/P2上的业务信号。于是，四纤环可以简化为二纤环。对于二纤双向复用段倒换环我们一般采用奇偶时隙保护，也有其他保护形式，如前半时隙传业务信号，后半时隙传保护信号。（4） 二纤双向复用段倒换环二纤单向复用段倒换环如图4所示。 CA AC CA AC S1/P2 S1/P2 S2/P1 S2/P1 A A D B D B C C CA AC CA AC 倒换 图2 二纤单向复用段倒换环如图4所示，AC信号沿S1/P2光纤顺时针方向传输，而CA信号沿S2/P1逆时针方向传输，所以它仍是一个双向环。当B和C节点间光缆被切断，B和C节点内的倒换开关将根据APS协议，

11、将S1/P2与S2/P1沟通，利用时隙交换技术，可将S1/P2和S2/P1上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙，从而完成保护倒换作用，保护倒换时间小于30ms。例如，将S1/P2的业务信号奇时隙可转移到S2/P1上的保护信号偶时隙，即将所有业务信号置于另一根光纤上传输，并且在A，B，C，D这四个站点都要进行这种时隙交换。当故障排除后，倒换开关将返回原来位置。1.1.2自愈环结构分析按照自愈环的定义可以用多种手段来实现自愈环，各种自愈环需要考虑下面一些共同的因素：初始成本、要求恢复的业务量的比例、用于恢复任务所需的额外容量、业务恢复速度、升级或增加节点的灵活性、易于操作运行和维护等等。

12、针对上述自愈环结构的特性，特列下表进行分析比较：二纤单向通道倒换环二纤单向复用段倒换环四纤双向复用段倒换环二纤双向复用段倒换环节点数KKKK最高线路速率STM-NSTM-NSTM-NSTM-N最大业务容量STM-NSTM-NSTM-NSTM-N成本（集中业务）低低低低成本（均匀业务）高高中中APS无有有有系统复杂性最简单简单简单复杂保护时间50505050端到端保护有无无无主要应用场合接入网中继网中继网长途网中继网长途网1.2 SDH自愈环设计方法的探讨在做该设计前应先了解整个工程的基本情况，主要包括：各站的站电源（-24V、-48V、还是-60V）；主信道光接口（群路光接口）传输率是多少，各

13、站的应用模式是ADM还是REG，传输距离短、中还是长；支路接口是PDH接口，还是SDH接口，接口的速率等级是多少。对PDH的2Mbit/s接口，还要清楚其接口是75，还是120，是否采用单元板保护。对SDH 155 Mbit/s接口要分清是电接口，还是光接口；是否采用外时钟，接口是75还是120。除此之外，还必须清楚：网上节点数量；整个网上的业务分配，是集中型业务还是均匀型业务；用户对保护倒换是否有明确要求等。各种自愈环根据其不同的特点，可设计不同的网络应用。通常对于接入网部分，由于处于网络的边界处，业务容量要求低，而且大部分业务量汇集在一个节点（端局）上，根据特性分析比较表可知通道倒换环十分

14、适合，并且通道倒换环还有一个优点，即可以有选择地决定某些通道保护，某些不保护。这样在实际网络中，由于往往有其他保护方式（诸如业务量路由分摊或DXC恢复）需要1+1保护的通道量并不很大，此时通道保护环就比较经济了；而当局间通信各节点之间均有较大业务量，而且节点需要较大的业务量分插能力时，具有较大业务量的双向复用段倒换环非常合适。至于究竟是二纤方式，还是四纤方式，则应根据容量要求和经济性考虑综合比较。一般来说，业务量不大时，二纤复用段倒换环比较经济，否则四纤复用段倒换环更经济，这点从分析表中看得很清楚。但四纤复用段倒换环采用的光纤芯数较多，初期投资较大，在实际网络应用中不是很多。2 SDH自愈环的

15、实际应用2.1 SDH自愈环在光接入网中的可行性研究2.1.1 SDH自愈环可行性分析SDH已经在核心网牢牢地站住了脚，目前的市场、带宽需求和技术都已显示有必要把SDH的技术上的巨大优势带进接入网领域，使SDH的功能和接口尽可能靠近用户。在光接入网中应用SDH的主要优势在于： 对于要求高可靠、高质量业务的大企事业用户，SDH可以提供理想的网络性能和业务对靠性。此时可以直接用SDH系统以点到点或环形拓扑形式与用户相连，可以增加传输带宽，改进网管能力，简化维护工作，降低运行维护成本。SDH的固有灵活性使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需的长期和短期业务以及满足组网需要、而发展极其迅速的蜂窝通信

16、系统采用SDH系统尤其适合，它可以迅速灵活地提供所需的2Mbits透明通道。当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑、低功耗和低成本的新型系统。目前已有若干厂家研制出专用于接入网的SDH设备，其应用市场前景看好。 目前，对于需要带宽大于34Mbits的大企事业用户，直接将 SDH分插复用器（ADM）设置在用户处用STM1通道与STMN服务节点相连，已证明是一种经济可行的方法、这种连接既可以是点对点的方式，也可以通过环结构，对于带宽要求远小于34Mbits的情况，则采用更低速率的复用器或共享ADM（分插复用器）的方式更经济有效。对于多数普通企

17、事业用户，设在路边（DP点）的终端复用器可以用来为大量用户提供 2Mbits为基本单元的带宽，需要小于2Mbits带宽业务的用户可以靠业务复用器或后接PON来解决。为了更充分地利用SDH的优势，需要将SDH进一步扩展至低带宽用户，特别是无线用户，提供64kbit/s等级的灵活性并能综合进现有和新的业务传送千台。使用STM0子速率连接对于小带宽用户是一种经济有效的方案，同时还能保持全部SDH管理能力和功能。目前ITU-T第15研究组已开发了一个新的建议G.708，它规定了两种接口，即传送TUG-2的接口sSTM2n和传送TU-12的接口sSTM-1k。对于大企事业用户，由于带宽需求大，可以考虑直

18、接用STMN环形结构将其互联起来，然而，对个带宽要求很高的某些大企事业单位可能不愿受环形带宽的限制，他们更喜欢点对点的连接方式。此外，将ADM直接放在用户所在地还存在一个信息安全的问题。对于带宽要求不太高的企事业用户，首先连至路边的ADM再经环形结构互连可能更适宜。ADM是体现SDH特色的重要设备，利用ADM可组成链路，适于在沿线节点有上、下电路要求的环境下使用，也可用在接入网中；链路两端的TM如改成ADM且首尾相接连成环状，则可组成具有自动保护倒换的SDH自愈环，这种方式适于在本地网中运用，近年来也发展到用于二级干线网。衡量自愈环性能的一个重要指标是保护/恢复时间的长短，很多重要业务只能容忍

19、极短的业务保护/恢复时间，大概在50ms以内。在这一方面以DXC选路为基础的自愈网需要几分钟，而自愈环则普遍较好，可达到(50200)ms，随着SDH技术的不断完善，自愈环的保护/恢复时间将全部缩短至50ms以内。接入网市场趋势与SDH的综合接入目前，因特网业务正成为普通居民日益重要的接入业务，从电子邮件、WEB浏览到远程教学、远程购物乃至视频业务等等，带宽要求以几倍几十倍的速度增长。与PC时代不同，因特网不是一项技术，也不是一项产品，而是一种全新的服务和应用。因此，这是一个真正以市场为导向的时代。哪里有市场，哪里有用户，资本、人才等资源就要流向哪里。在因特网服务的提供上，已经逐步形成了电信网

20、、CATV网和计算机网三大网络并存的市场局面，而如何经济、高效地构建满足各种用户需要的接入网络更是成为大家竞争的焦点。为此，它们都提出了各自的解决方案，如：有线电视公司希望利用HFC（混合光纤/同轴电缆）技术，而电信运营商则倾向于光接入网技术或xDSL来开展宽带接入。如何把握接入网技术发展的新趋势对已进入高速增长期的我国接入网建设至关重要。预计在今后的5到10年内，包括我国电信网在内的世界各国电信网中的数据业务量(主要是IP业务量)将超过电话业务量，这将使电信网发生历史性的变化，不可避免地给电信网的发展和建设带来一些新的问题，特别是计算机局域网和Internet国际互联网的普及对通信网的业务接

21、入能力提出了强有力的挑战，这使我国用户接入网的发展建设将进入一个新的阶段。在接入网的主干层采用SDHADM组成的自愈环或ATM光纤接入等宽带技术，对IP业务的处理已不是问题，问题的关键在配线层和引入层。目前常用的宽带IP接入技术有xDSL（包括HDSL、ADSL、VDSL、UADSL、EDSL等）和以太网技术。他们各有特色适于不同的应用。用户业务多样化、个人化，窄带、宽带需长期共存、平滑过渡将来的接入网应该是一个以FTTH形式实现的宽带光接入网。但是要建设这样一个宽带接入网，还有很多问题尚待解决。第一是宽带业务收入的不确定性。宽带用户是哪些对象？其地理位置分布如何？业务量分布怎样？宽带业务普及

22、率将怎样发展？用户能为宽带业务负担的费用是多少？第二是宽带业务的标准尚不成熟，设备有待改进，成本有待降低，有些新技术还在研究试验之中。第三是投资问题。宽带接入意味着巨大的投资，特别是在我国，要在短时间内拿出这么一笔投资来建设宽带接入网是有困难的。因此，应根据社会的发展，用户的需要，设备的成熟程度和经济实力，分阶段逐渐建设我国的宽带接入网。权威性的CTIA调查预测表明：64kb/s接入速率可满足70左右的业务需求，128 kb/s接入速率可满足80左右的业务需求，2Mb/s接入速率可满足90左右的业务需求，10Mb/s接入速率可满足99.2左右的业务需求。一个窄带系统将使未来业务的扩容变得困难和

23、昂贵，这就要求目前的接入网设备应是宽带和窄带接入兼容的。只有采用接入网的新技术、新设备、新方法、新思路，发展建设本地网，才能最大限度地合理组网，快捷地建设，提高投资效益，接入网才能实现数字化、宽带化、智能化。从长远的发展来看，光纤直接到用户的技术方案无疑最理想，由于接入网的用户共享程度远小于核心网，造成它对成本非常敏感。这种全光纤的接入技术进展较慢。从各设备厂商的宽带接入产品来看，比较具有发展前景的新型宽带接入技术主要有ATMPON(BPON)、ADSL、SPDH、SDH、HFC、宽带无线接入技术和以太网接入技术等。这些技术或单独或组成混合方案，以适合于具有不同特点服务商、不同网络环境和不同的

24、用户要求。其中SDH自愈环与宽带PON相结合很可能是今后十年宽带接入网的一种主要形式。在接入网的主干层采用SDHADM组成的自愈环，保证了网络的可靠性，配线层采用BPON，将业务分配到各个ONU，从ONU到用户可采用铜线。这种结构除提供基本的电话业务外，还可提供高速数据和图象等宽带业务。2.2 SDH自愈环在萍乡市光接入网的应用设计 设计方案（1）建设背景随着我国电信事业的飞速发展，整个电信网络特别是用户网的优化日显迫切。光纤接入网的建设己逐步进入具体的实施阶段，越来越多的接入设备将在网上采用。主要解决萍乡市内各专用大业务的需求。将建成的网关局(在三分局)将作为专用虚拟网的业务平台，今后该专用

25、业务接入将通过光纤接入网接入这一平台。根据规划，八分局、七分局业务节点应纳入三分局关口局的业务平台。接入网设备采用华为公司的接入设备。（2）设计目标及范围设计目标：以自愈环方式，通过光接入网提供各类业务的接入。设计范围主要包括萍乡三分局及八分局的光接入网设备。（3）组网方案该设计采用深圳华为公司提供的ADM设备（SBS）及具有内置式SDH技术的ONU设备组成光纤接入网，再通过OLT设备将业务接到三分局网关局中。根据本设计的组网规划，萍乡专用虚拟网用户的业务提供点为三分局，故萍乡市内专用虚拟网用户都需经各自本地局（八分局、七分局）中继层 ADM转接到三分局的网关局C&C08设备上。SDH

26、中继层的各局ADM设备形成环网，因其业务较集中（各站的业务均需传送到三分局）故选择二纤单向通道倒换环。（4）用户业务需求情况本设计主要以八分局局的安源宾馆为例进行说明，设主要包括POTS用户及将来综合业务。（5）传输系统本项目0LT端采用外置式SDH，与ONU之间采用华为公司的内置式8DH同步光传输系统传输，此次项目使用STM-1中的4个2M系统传递语音。（6）设备配置和模拟用户计算每线忙时平均话务量：010Erl；数字用户线忙时平均每线话务量：02Erl；局间中继线以及V52承载通路每线忙时平均话务量：07Erl；F150与接入网OLT之间V52的2Mbits链路数Nv5的计算公式为： Nv

27、5=SEAT30=Nsub*AsoAT30用户线的忙时话务量 A-r：V52一个话路的忙时话务量把实际数据代入得：Nvs=512*010730=244(2Mbits)实际配置4个2Mbits根据该网的设计需求，ADM网元设备有两个主线路光接口，需配置两组主线路光接口板。每个网元设备都有一部分公共插板，这些是必不可少，如主控板等。支路单元板根据前面计算值来实际配置。PSTN该SDH自愈环接入系统图如下：C&C08关口局三分局OLT 三分局DDNDDN节点机STM-1ADMSTM-1两纤单向通道保护 八分局 七分局STMSSTM-1ADMSTM-1ADMONU512安源宾馆/592POS+

28、8ISDN/4*2M/透传4*2M（7）网管系统本设计采用华为公司的网元级网管系统，采用局域网的连接方式与网关网元连接（三分局），接入设备的管理维护可纳入三分局OLT端的ANNMS网管系统，该系统通过华为公司提供的网管软件对OLT、ONU进行网络管理。三分局 OLT端的AN-NMS网管系统用以提供三分局片区内的用户接入设备(包括传输设备)的管理功能，将来可以同其他端局的OLT设备一道纳入萍乡市集中网管系统。管理功能包括：故障管理功能、性能管理功能、配置管理功能、安全管理功能和计费管理功能。该系统可以通过以下方式同112系统联网测试。a：仿真测试：112远端处理机通过仿真测试协议同OLT中的BA

29、M管理摸块相连，采用测试头的方式进行测试，此种方式的精度较高，但造价昂贵。    b：利用ONU中的TSS板进行用户线内、外线的测试，此种方式具有较高的性价比，本次项目选用此种方式。（8）业务功能及实现本次设计的实施可以提供以下功能：1)电话业务：实现了有关PSTN的全部功能，支持PSTN、用户预连接及半永久连接、PSTN新业务(国标规定的15种)、CENTREX业务、CID、区别振铃功能、16KC计次及反极性计费功能。普通电话通过ASL板接入，每块ASL板可以带16个用户。2）图象业务：CATV、数字电视并可扩展为VOD。（9）网络同步在三分局接入BI

30、TS时钟，设备时钟选取外部参考时钟；其他网元设备从线路STM1信号中获得同步信号，即跟随迎宾局的时钟信号。（10）设备主要技术指标符合ITU-T蓝皮书相关建议    G700、G703、G704、G706、G737、G821、G823·2MBS电接口板(RSAl(H)符合ITU-T建议G723、G704、G823·光接口板·数据接口板(DIU)符合ITU-T V35·语音接口板(ASL板)语音编码方式：符合ITU-T建议G711·A律13折线语音通路特性：符合ITU-T建议G552、ESI·每接

31、口板语音通路数：16个·电源:标准电源：-48V·环境条件变动范围：工作温度：-10+50；湿度：长期工作20-80（11）软件设置该华为软件（SBSMN-NES）的配置界面为图形界面，运行环境为Windows 95或Win NT4.0以上版本，数据库采用ACCESS7.0版本。 建立网络拓扑图在装机时首先建立网络拓扑图。 配置网元数据双击拓扑图上的网元进行网元登录，登录后，双击网元图标进入网元配置向导，根据配置向导的提示，一步一步完成对网元属性、板位、逻辑系统和逻辑系统关系的配置。·网元属性配置单击网元配置向导<下一步>进入网元属

32、性配置。输入设备名称，选择设备类型（SBS 155）。·配置网元板位单击网元板位安装进行板位安装配置，单击向导图中的<查询网元物理板位>按钮，即可查询到网元上实际安装的所有单元板，并显示在网元相应位置上。·配置逻辑系统单击网元板位配置图中<下一步>按钮进入网元逻辑系统配置。按其中的增加按钮可以配置逻辑系统的各项属性。设定设备类型为ADM，STM级别为STM-1、拓扑结构为环形、光纤数为单向、保护类型为通道保护，以及东西向线路、主备用交叉板和逻辑系统所包含的支路板。·配置逻辑系统主备用关系按逻辑系统配置图上<下一步>按钮，进入逻辑

33、系统主备用关系配置。只有线形复用段保护的组网结构需要配置，在此环网不需配置。·下发网元配置数据单击<下一步>按钮，进入配置向导结束界面。选择所有选项，单击<完成>按钮，所有设置的配置数据下发到网元，并校验，若校验通过，该部分网示配置完成，网元开工运行。若其中数据有误，校验通不过，将弹出错误信息提示框。 网元配置成功后，双击网元图标就会弹出该网元的板位图，接着就可以进行单元板的配置。 单元板配置·支路单元配置支路单元板指SDH设备所有的PDH，电接口板，包括2M、34M和140M电接口板。配置时在板位图上右键双击相应的单元板，在弹出的浮动菜单中选择（配置-）小进入单元板配置对话框，在此可以设置各通道的保护属性和阻抗。·线路单元配置在板位图上右键双击相应的单元板，在弹出的浮动菜单中选择配置-，进入单元板配置对话框，在此根据需要可以配置线路板应发、应收的J0、J1和