SDH网络结构和网络保护机理.doc

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SDH原理 第五章SDH网络结构和网络保护机理

第5章SDH网络结构和网络保护机理

第5章SDH网络结构和网络保护机理 1

5.1基本的网络拓扑结构 1

5.2链网和自愈环 3

5.2.1链形网 3

5.2.2环网——自愈环 5

5.3复杂网络的拓扑结构及特点 16

5.4SDH网络的整体层次结构 19

5.5PDH向SDH过渡的策略 21

小结 22

习题 22

P目标：

掌握SDH常见拓扑结构的特点和适用范围。

掌握网络自愈原理。

掌握不同类型自愈环的特点，容量和适用范围。

了解常见几种复杂网络的特点。

了解SDH网的整体层次结构。

了解PDH向SDH过渡的策略。

5.1基本的网络拓扑结构

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。

网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图5-1所示。

l链形网

此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。

这种拓扑的特点是较经济，在SDH网的早期用得较多，主要用于专网（如铁路网）中。

l星形网

此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。

这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。

特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网（接入网和用户网）。

图5-1基本网络拓扑图

l树形网

此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。

l环形网

环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。

这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。

环形网常用于本地网（接入网和用户网）、局间中继网。

l网孔形网

将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。

这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题。

但是由于系统的冗余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。

网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。

当前用得最多的网络拓扑是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复杂的网络。

本节主要讲述链网的组成和特点和环网的几种主要的自愈形式（自愈环）的工作机理及特点。

5.2链网和自愈环

传输网上的业务按流向可分为单向业务和双向业务。

以环网为例说明单向业务和双向业务的区别。

如图5-2所示。

图5-2环形网络

若A和C之间互通业务，A到C的业务路由假定是A→B→C，若此时C到A的业务路由是C→B→A，则业务从A到C和从C到A的路由相同，称为一致路由。

若此时C到A的路由是C→D→A，那么业务从A到C和业务从C到A的路由不同，称为分离路由。

我们称一致路由的业务为双向业务，分离路由的业务为单向业务。

常见组网的业务方向和路由如表5-1所示。

表5-1常见组网的业务方向和路由表

组网类型

路由

业务方向

链形网

一致路由

双向

环形网

双向通道环

一致路由

双向

双向复用段环

一致路由

双向

单向通道环

分离路由

单向

单向复用段环

分离路由

单向

5.2.1链形网

典型的链形网如图5-3所示。

图5-3链形网络图

链形网的特点是具有时隙复用功能，即线路STM-N信号中某一序号的VC可在不同的传输光缆段上重复利用。

如图5-3中A—B、B—C、C—D以及A—D之间通有业务，这时可将A—B之间的业务占用A—B光缆段X时隙（序号为X的VC，例如3VC4的第48个VC12），将B—C的业务占用B—C光缆段的X时隙（第3VC4的第48VC12），将C—D的业务占用C—D光缆段的X时隙（第3VC4的第48个VC12），这种情况就是时隙重复利用。

这时A—D的业务因为光缆的X时隙已被占用，所以只能占用光路上的其它时隙Y时隙，例如第3VC4的第49VC12或者第7VC4的第48个VC12。

链网的这种时隙重复利用功能，使网络的业务容量较大。

网络的业务容量指能在网上传输的业务总量。

网络的业务容量和网络拓扑，网络的自愈方式和网元节点间业务分布关系有关。

链网的最小业务量发生在链网的端站为业务主站的情况下，所谓业务主站是指各网元都与主站互通业务，其余网元间无业务互通。

以图5-3为例，若A为业务主站，那么B、C、D之间无业务互通。

此时，C、B、D分别与网元A通信。

这时由于A—B光缆段上的最大容量为STM-N（因系统的速率级别为STM-N），则网络的业务容量为STM-N。

链网达到业务容量最大的条件是链网中只存在相邻网元间的业务。

如图5-3，此时网络中只有A—B、B—C、C—D的业务不存在A—D的业务。

这时可时隙重复利用，那么在每一个光缆段上业务都可占用整个STM-N的所有时隙，若链网有M个网元，此时网上的业务最大容量为（M-1）×STM-N，M-1为光缆段数。

常见的链网有二纤链——不提供业务的保护功能（不提供自愈功能）；四纤链——一般提供业务的1＋1或1∶1保护。

四纤链中两根光纤收/发作主用信道，另外两根收/发作备用信道。

链网的自愈功能1＋1、1∶1、1∶n在上一节讲MSP功能块时已讲过，这里要说的是1∶n保护方式中n最大只能到14。

为什么？

这是由K1字节的b5—b8限定的，K1的b5—b8的0001～1110[1—14]指示要求倒换的主用信道编号。

5.2.2环网——自愈环

1.自愈的概念

当今社会各行各业对信息的依赖愈来愈大，要求通信网络能及时准确的传递信息。

随着网上传输的信息越来越多，传输信号的速率越来越快，一旦网络出现故障（这是难以避免的，例如土建施工中将光缆挖断），将对整个社会造成极大的损坏。

因此网络的生存能力即网络的安全性是当今第一要考虑的问题。

所谓自愈是指在网络发生故障（例如光纤断）时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内（ITU-T规定为50ms以内），使业务自动从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出了故障。

其基本原理是网络要具备发现替代传输路由并重新建立通信的能力。

替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。

由上可知网络具有自愈能力的先决条件是有冗余的路由、网元强大的交叉能力以及网元一定的智能。

自愈仅是通过备用信道将失效的业务恢复，而不涉及具体故障的部件和线路的修复或更换，所以故障点的修复仍需人工干预才能完成，就象断了的光缆还需人工接好。

&技术细节：

当网络发生自愈时，业务切换到备用信道传输，切换的方式有恢复方式和不恢复方式两种。

1.恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，当主用信道修复后，再将业务切回主用信道。

一般在主要信道修复后还要再等一段时间，一般是几到十几分钟，以使主用信道传输性能稳定，这时才将业务从备用信道切换过来。

2.不恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，主用信道恢复后业务不切回主用信道，此时将原主用信道做为备用信道，原备用信道当作主用信道，在原备用信道发故障时，业务才会切回原主用信道。

2.自愈环的分类

目前环形网络的拓扑结构用得最多，因为环形网具有较强的自愈功能。

自愈环的分类可按保护的业务级别、环上业务的方向、网元节点间光纤数来划分。

按环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）；按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。

下面讲讲通道保护环和复用段保护环的区别。

对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。

例如在STM-16环上，若收端收到第4VC4的第48个TU-12有TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。

复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。

倒换是由K1、K2（b1—b5）字节所携带的APS协议来启动的，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上。

复用段保护倒换的条件是LOF、LOS、MS-AIS、MS-EXC告警信号。

&技术细节：

由于STM-N帧中只有1个K1和1个K2，所以复用段保护倒换是将环上的所有主用业务STM-N（四纤环）或1/2STM-N（二纤环）都倒换到备用信道上去，而不是仅仅倒换其中的某一个通道。

通道保护环往往是专用保护，在正常情况下保护信道也传主用业务（业务的1＋1保护），信道利用率不高。

复用段保护环使用公用保护，正常时主用信道传主用业务，备用信道传额外业务（业务的1：

1保护），信道利用率高。

3.二纤单向通道保护环

二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环——S1；一个为备环——P1。

两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务，如图5-4（a）所示。

若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的支路业务“并发”到环S1和P1上，S1和P1上的所传业务相同且流向相反——S1逆时针，P1为顺时针。

在网络正常时，网元A和C都选收主环S1上的业务。

那么A与C业务互通的方式是A到C的业务经过网元D穿通，由S1光纤传到C（主环业务）；由P1光纤经过网元B穿通传到C（备环业务）。

在网元C支路板“选收”主环S1上的A→C业务，完成网元A到网元C的业务传输。

网元C到网元A的业务传输与此类似。

图5-4（a）二纤单向通道倒换环

当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。

如图5-4（b）所示。

图5-4（b）二纤单向通道倒换环

我们看看这时网元A与网元C之间的业务如何被保护。

网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1业务经光纤由网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于B—C间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。

网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于B—C间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。

网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。

网元发生了通道保护倒换后，支路板同时监测主环S1上业务的状态，当连续一段时间（华为的设备是10分钟左右）未发现TU-AIS时，发生切换网元的支路板将选收切回到收主环业务，恢复成正常时的默认状态。

二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际上是1＋1保护。

倒换速度快（华为公司设备倒换速度≤15ms），业务流向简捷明了，便于配置维护。

缺点是网络的业务