地铁SDH通信传输系统维护方法的研究.docx

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地铁SDH通信传输系统维护方法的研究

上海工程技术大学

毕业论文

论文题目地铁SDH通信传输系统维护方法的研究

作者姓名

指导老师

学科（专业）电子信息工程（城市轨道交通通信信号）

所在学院城市轨道交通学院

提交日期二零一零年六月

目录

摘要1

ABSTRACT2

0引言4

1轨道交通通信系统4

1.1城轨通信系统的作用5

1.2城市轨道交通对通信系统的要求6

2城轨通信传输子系统7

2.1SDH传输系统7

3同步数字体系9

3.1SDH技术10

3.2SDH组网11

3.2.1SDH基本的网络拓扑结构11

3.2.2SDH自愈网13

4SDH系统维护14

4.1维护工作的前期准备14

4.2SDH系统维护工作15

4.2.1日常例行维护与周期性例行维护15

4.2.2突发性维护16

5SDH突发性维护17

5.1工作中常见故障17

5.2维护处理原则18

5.3故障处理总流程19

5.3.1故障处理总流程图19

5.3.2流程说明21

5.3.3注意事项21

5.4故障分析方法22

5.4.1告警性能分析法22

5.4.2环回法24

5.4.3插拔法与替换法25

5.4.4配置数据分析法27

5.4.5更改配置法27

5.4.6仪表测试法28

5.4.7经验处理法28

5.5SDH告警信号29

5.5.1告警模块30

6.1.2告警信号说明31

5.4SDH误码问题故障定位33

5.4.1误码类故障常见原因33

5.4.2常用分析方法33

5.4.3处理步骤34

5.5SDH系统应急处理流程34

5.5.1SDH系统应急处理流程图35

5.5.2流程说明36

5.5.3注意事项37

5.6复用段保护环故障处理子流程38

5.6.1复用段保护环故障处理流程图38

5.6.2流程说明38

5.7通道保护环故障处理子流程39

5.7.1通道保护环故障处理流程图39

5.7.2流程说明40

6故障案例分析41

6.1案例1：

光路误码复用段未倒换41

6.2案例2：

时钟板故障导致的误码42

7小结44

致谢45

参考文献46

译文47

原文说明85

摘要

随着上海轨道交通的发展，SDH（同步数字体系）系统在整个传输网络中起到了重要的作用，传输着各类涉及行车安全的信息，与城轨信号系统共同完成行车指挥调度。

SDH传输网络除了传输通信系统所需的语音、数据、图像等各种信息外，还为电力监控、自动售检票、自动列车监控、防灾报警、机电设备监控系统、门禁、办公自动化等其他专业系统提供传输通道。

所以，如何快速地处理常见故障以及做好日常维护,提高其传输质量,具有重要的意义。

尤其是在世博会召开期间，保证传输系统的可靠性的任务更为严峻。

本文针对SDH传输设备在日常运行中所发生的常见故障的处理及日常维护中的一些问题进行了简单总结与归纳。

提出了SDH系统突发性维护的流程图，总结比较了应对不同故障各种分析法方的适用性，并归纳了各种故障下，处理的重点以先恢复通信为首要原则，确保列车安全运行，和对不同故障的维护方法。

可供城市轨道交通通信维护人员参照使用。

关键词：

地铁，同步数字体系，故障，维护

StudyoftheMaintenceMethods

forMetro’sSDHCommnuicationSystem

ABSTRACT

WiththedevelopmentofShanghaiMetro,theSDH（SynchronousDigitalHierarchy）systemplaysamoreimportantroleintheentirecommunicationnetwork.Avarietyofinformationrelatedtotrafficsafetyaretransportedonit,anditcompletestheorganizationoftrainoperationtogetherwiththerailwaysignalingsystem.SDHsystemwillnotonlyrequiredfortransmissionofvoice,data,imagesandotherinformation,butalsoforSCADA,AFC,ATS,FAS,EMCS,ACS,OAandotherprofessionalsystemtransmissionchannel.So,howtoquicklydealwithcommonfaultsanddoroutinemaintenance,toimproveitstransmissionquality,isofgreatsignificance.Especially,duringtheWorldExpoheld,toensuretransmissionsystemreliabilitybecomesmoredifficult.

Thepapersummarizesthecommonbreakdownprocessingandtheroutinemaintenancequestionsoccurredinthedailymovement.TheSDHsystemburstcharacteristicsmaintenanceflowchartisproposed,andtheapplicabilityofdifferentanalysismethodsresponsetodifferentfaultissummarized.Themostimportantprocessingprincipleinthemaintenanceisalsogivenoutinthepaper.ThosewillguidancethemaintenanceandadministrationoftheSDHsystem.

Keywords:

metro,SDH,fault,maintenance

地铁SDH通信传输系统维护方法的研究

唐益101206128

0引言

伴随着2010年上海世博会的召开，上海城市轨道交通已有12条线路，运营里程达到420公里。

为了保证全网络安全有序的运行，生产、管理各环节对通信业务的需求也在不断地增大，其中，光传输通信方式已在城轨通信业务中占据了主导地位。

目前，上海城市轨道交通通信主干网以SDH光传输通信为主，它具有传输信息量大、频带宽、距离远、质量高、抗干扰及辐射性强等优点，是集语音、图像、数据传输为一体的综合传输网。

所以，如何有效地做好光通信设备的日常维护工作，确保其安全稳定地运行，是非常重要的。

因此，在严格遵守日常例行维护与周期性例行维护之外，针对突发性故障与其维护处理方法需有一套可行的法案提供参考，这样才能够达到事半功倍的效果。

1轨道交通通信系统

城市轨道交通（简称城轨）通信系统是指挥列车运行、公务联络和传递各种信息的重要手段，是保证列车安全、快速、高效运行不可缺少的综合通信系统。

城轨通信系统如图1.1，主要包括：

传输系统、公务电话系统、专用电话系统、无线集群通信系统、闭路电视监控系统（CCTV）、有线广播系统（PA）、时钟系统、电源及接地系统、乘客导乘信息系统（PIS）、办公室自动化（OA）等子系统。

通信系统的服务范围涵盖了运营控制中心、车站、停车场、隧道及列车、网络运营监控中心（COCC）、集团本部等

区域。

图1.1城轨传输网

1.1城轨通信系统的作用

首先，城轨通信系统与信号系统共同完成行车调度指挥，并为城轨的其他各个子系统提供信息传输通道和时标信号。

此外，通信系统是城轨交通内部公务联络的主要通道，使构成城轨交通内部的各个子系统能够紧密联系，以提高整个系统的运行效率。

同样，通信系统也是城轨交通内、外联系的通道。

城轨通信系统在发生火灾、事故或恐怖活动的情况下，是进行应急处理、抢险救灾和反恐的主要手段。

城市轨道交通特别是在发生事故、灾害或恐怖活动时，越是需要通信联系，但若在常规通信系统之外再设置一套防灾救护通信系统，势必要增加投资，而且长期不使用的设备也难以保证良好的运行状态。

所以，在正常情况下，通信系统能为运营管理、指挥、监控等提供通信联络的手段，为乘客提供周密的服务；在突发灾害、事故或恐怖活动的情况下，能够集中通信资源，保证有足够的容量以满足应急处理、抢险救灾的特殊通信需求。

1.2城市轨道交通对通信系统的要求

城市轨道交通对通信系统的要求是能迅速、准确、可靠地传递和交换各种信息。

（1）对于行车组织，通信系统应能保证将各站的客流情况、工作状况、线路上各列车运行状况等信息准确、迅速地传输到控制中心。

同时，将控制中心发布的调度指挥命令与控制信号及时、可靠地传送至个车站及行进中的列车上。

（2）对于城轨运行的组织管理，通信系统应能保证各部门之间、上下级之间的保持畅通、有效、可靠的信息交换与联系。

（3）通信系统应能保证本系统与外部系统之间便捷、畅通的联系。

（4）通信系统主要设备和模块应具有自检功能，并采取适当的冗余配置，故障时能自动切换和报警，控制中心可监测和采集个车站设备运行和监测的结果。

目前，城市轨道交通在国内发展迅速，特大城市中的轨道交通正向网络化运营方向发展，通信系统作为网络化运营的基本支撑系统正发挥着越来越重要的作用。

2城轨通信传输子系统

城轨交通线路中的各个站点，分散布置于城市中各个区域，每个站点（包括车站、停车场、控制中心等）均不是一个独立的信息及业务孤岛，各站点与控制中心之间，以及各个站点之间需要通信系统为其搭建一个统一的信息沟通平台，实现相互之间信息交互需求。

因此，必须构建通信传输网，以满足城轨系统内各区域的信息及业务传输要求。

另外，不同线路之间的信息交换，也必须借助传输系统来实现信息传递与交换。

城轨交通通信主干网是一个基于光纤的传输系统。

它是最重要的通信子系统，因此它必须具备可靠性、冗余性、可扩展性、可重构性和灵活性等特征。

传输系统为各城轨交通各系统提供丰富的接口类型，如以太网接口（2、10、50、100Mbit／s）、E1接口（2Mbit／s）、RS422／RS232／RS485数据通信接口、语音接口（具有64Kbit/s、2线／4线、模拟／数字、带信令／无信令等特征）、高质量音频接口（15kHz带宽）等。

除了传输通信系统所需的语音、数据、图像等各种信息外，传输系统还为电力监控（SCADA）、自动售检票（AFC）、自动列车监控（ATS）、防灾报警（FAS）、机电设备监控系统（EMCS）、门禁（ACS）、办公自动化（OA）等其他专业系统提供传输通道。

2.1SDH传输系统

SDH（SynchronousDigitalHierarchy）是同步数字传输系统的简称，它是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。

它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面主流，也是全球传输领域应用最广泛、技术最成熟、性价比最高的一种制式。

上海轨道交通目前使用的传输系统制式如表2.1所示。

表2.1上海轨道交通传输系统制式

线路

主干网传输系统

上海轨道交通1号线

基于SDH

上海轨道交通2号线

基于OTN/SDH

上海轨道交通3号线

基于SDH

上海轨道交通4号线

基于SDH

上海轨道交通5号线

基于SDH

上海轨道交通6号线

基于SDH

上海轨道交通7号线

基于SDH

上海轨道交通8号线

基于SDH

上海轨道交通9号线

基于SDH

上海轨道交通10号线

基于SDH

上海轨道交通11号线

基于SDH

传输系统只提供传输的通道，它根据轨道交通的业务需求、功能定位等来选择传输制式或配置相关的接口，以满足所承载的业务需求。

同时，根据业务的不同需求，在一条线路上同时构建多个传输系统也是一种可行的方案，如在部分线路中，图像传输采用固定带宽ATM（异步传输模式）传输图像信息，而语音及信息传输采用SDH。

随着技术的发展及成本的下降，轨道交通传输系统将进行制式调整和整合，并逐步过度到新一代SDH标准，即基于SDH的MSTP（多业务传送平台）技术。

3同步数字体系

SDH传输技术是20世纪90年代初走向商用的同步数字传输体制标准，它基于TDM原理，有非常成熟的ITU-T标准和产品，其可用性、可靠性、通用性都很强，是现代电信传输网的基础，广泛应用于公用电信网和铁路、电力、高速公路、石油等专用网络。

采用SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现多厂家设备的兼容，在全程全网范围实现协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，在我国获得了广泛的使用。

按照时分复用方式进行的光纤通信，其传输速率一直持续提高，过去20多年来速率从8Mbit/s增加到10Gbit/s。

现在40Gbit/s的系统已开始投入商用，更高速率的传输系统试验也已获成功。

这些高速系统的出现，为各种各样的新业务特别是宽带业务和多媒体业务，提供了实现的可能。

SDH有非常成熟的ITU—T标准和产品，其可用性、可靠性、通用性都很强，是现代电信传输网的基础。

并且技术先进，具有标准光接口、强大的网络管理能力和灵活分插分路（同步复用）的能力。

组网灵活，可组成点对点、链形、环形等基本应用。

还可用于相交环、相切环等各种复杂拓扑结构，设备兼容TM、ADM、REG、DXC等工作方式，并可在各方式间灵活转换。

3.1SDH技术

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N（SynchronousTransferModule，N=1，4，16，64，…），最基本的模块为STM-1，四个STM-1同步复用构成STM-4，16个STM-1或四个STM-4同步复用构成STM-16；SDH采用块状的帧结构来承载信息，如图3.1所示，每帧由纵向9行和横向270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（SectionOverHead，SOH）区、STM-N净负荷区和管理单元指针（AUPTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Regenerator

图3.1SDH传输帧结构

SectionOverHead，RSOH）和复用段开销（MultiplexSectionOverHead，MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。

SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×1000000帧，对STM-1而言每帧字节为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM-1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit/s；而STM-4的传输速率为4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM-16的传输速率为16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit/s。

SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：

映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TUPTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。

3.2SDH组网

3.2.1SDH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3.2所示。

▪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。

▪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）。

▪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。

▪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。

▪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。

图3.2SDH网络基本拓扑图

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。

3.2.2SDH自愈网

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。

4SDH系统维护

SDH光通信现已成为城市轨道交通通信网的主要传输方式，传输着大量极为重要的保护、数据、语音信息，光传输系统的安全稳定运行，直接关系着城市轨道交通的安全稳定运行。

在不同的运行环境中。

要确保SDH光传输设备的稳定可靠运行，取决于有效的SDH通信传输系统的维护。

在例行维护工作中，及时发现设备故障的先兆，将故障解决在萌芽期，不但可以避免故障的发生、业务中断造成的损失，还可以避免故障恶化对整个设备所造成的损伤，延长设备的使用寿命。

随着SDH光传输网的不断升级和发展、网络规模的不断扩大，对维护人员维护能力的要求越来越高。

4.1维护工作的前期准备

SDH系统的维护主要是对光线路和设备的维护，运行维护人员必须熟知系统的各方面情况才能做好维护工作，具体如下：

（1）熟练掌握所维护传输设备的基本原理、告警功能、网管及设备的维护性操作。

（2）熟悉掌握所维护机房或系统的情况。

如组网拓扑情况、保护属性、业务分配情况况和时隙配置等情况。

（3）熟练掌握常用仪表的功能及使用方法。

SDH光传输系统常用仪表有：

光功率计、光时域反射仪（OTDR）、误码仪和2M话路分析仪等。

4.2SDH系统维护工作

4.2.1日常例行维护与周期性例行维护

为降低设备故障发生率，平时的设备维护就必不可少。

为防患于未然，平时维护工作就要认真，不能敷衍了事。

在数据方面要及时上载网元数据、备份数据库数据。

要及时浏览当前告警。

异常事件及性能浏览等。

发现问题及时处理。

还有网管计算机也要定时维护，防止操作系统受损。

在平时工作和处理故障过程中，要随时做好记录，以丰富自己的知识和积累经验。

相关日常例行维护项目表与周期性例行维护项目可参见表4.2与表4.2。

表4.1SDH系统日常维护项目表

维护测试项目

维护类别

周期

外部状况（供电系统、机房温湿度、防尘等）

设备维护

每日

设备声音告警检查

设备维护

每日

机柜指示灯观察

设备维护

每日

电路板指示灯观察

设备维护

每日

设备温度检查

设备维护

每日

以低级别用户身份登录网管

网元维护

每日

网元和电路板状态检查

网元维护

每日

告警检查

网元维护

每日

性能事件监视

网元维护

每日

保护倒换检查

网元维护

每日

维护测试项目

维护类别

周期

查询日志记录

网元维护

每日

ECC路由的检查

网元维护

每日

设备环境变量检查

网元维护

每日

网元时间检查

网元维护

每日

电路板配置信息的查询

网元维护

每日

（续上表）

表4.2SDH周期维护项目表

维护测试项目

维护类别

周期

风扇检查和定期清理

设备维护

2周

公务电话检查

设备维护

2周

业务检查－误码测试

设备维护

1月

启动、关闭网元系统检查

网管维护

1月

定期更改网管用户的登录口令

网管维护

1月

网管数据库的备份和转储

网管维护

1月

网管计算机维护

网管维护

1月

远程维护功能的测试

网管维护

1月

机柜清洁检查

设备维护

1季度

地线连接检查

设备维护

1季度

地阻检查测试

设备维护

1年

电源线连接检查

设备维护

1年

4.2.2突发性维护

除了定期的维护外，往往会出现影响SDH传输系统正常工作的突发性事件，而突发性维护就是指在日常例行维护中、周期性维护中、用户申告发现设备故障或障碍以及网络调整等带来的维护任务。

在发现设备故障或障碍时应首先根据故障或障碍现象和告警指示对故障或障碍进行判断分析，利用监控系统进行故障或障碍定位，尽快找出故障或障碍原因，在最短时间内排除故障或障碍。

5SDH突发性维护

面对SDH突发性维护，需要及时找出故障原因，尽快恢复系统传输，以保证轨道交通全网络安全畅通运行为首要。

5.1工作中常见故障

导致传输故障的原因很多，但按障发生对业务的影响来说，SDH传输系统中的故障可参见表5.1。

表5.1SDH故障分类

故障种类

可能原因

外部原因

人为原因

设备本身故障

业务中断类

▪供电电源故障

▪接地故障

▪环境异常

▪光纤、电缆故障

▪误操作设置了光路或支路通道的环回

▪误操作更改、删除配置数据，设置业务未装载

▪单板失效或性能不好

误码类

▪光功率问题

▪接地故障

▪环境