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第5章 SDH网元类型、网络拓扑及保护.................................................................................5-1
5.1 SDH网元类型....................................................................................................................5-1
5.2 SDH网络的物理拓扑.........................................................................................................5-5
5.3 SDH网络保护....................................................................................................................5-7
5.3.1 路径保护..................................................................................................................5-7
5.3.2 子网连接保护.........................................................................................................5-13
5.3.3 环间双节点互通连接保护.......................................................................................5-20
5.3.4 共享光纤虚拟路径保护..........................................................................................5-22
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图5-1 终端复用器的功能................................................................................................5-1 图5-2 点到点的应用.......................................................................................................5-1 图5-3 简单的链形网应用................................................................................................5-2 图5-4 环带链网中的应用................................................................................................5-2 图5-5 STM-1分插复用器的功能.....................................................................................5-2 图5-6 链形网中的应用....................................................................................................5-3 图5-7 环形网中的应用....................................................................................................5-3 图5-8 枢纽形网中的应用................................................................................................5-3 图5-9 再生中继器功能图................................................................................................5-3 图5-10 基本物理拓扑结构模型.......................................................................................5-5 图5-11 1＋1单端倒换....................................................................................................5-8 图5-12 1＋1双端倒换....................................................................................................5-8 图5-13 1：N保护结构（正常状态）..............................................................................5-9 图5-14 1：N保护结构（倒换状态）..............................................................................5-9 图5-15 二纤单向复用段保护环示意图..........................................................................5-10 图5-16 二纤双向复用段倒换.........................................................................................5-11 图5-17 四纤双向复用段共享保护环示意图...................................................................5-12 图5-18 四纤双向复用段共享保护环示意图...................................................................5-12 图5-19 子网连接保护示意图.........................................................................................5-13 图5-20 环、链间业务...................................................................................................5-15 图5-21 相切环间业务...................................................................................................5-15 图5-22 跨接环间业务...................................................................................................5-16 图5-23 相交环间业务...................................................................................................5-17 图5-24 网孔形网络.......................................................................................................5-18
光网络基础知识目录图5-25 二纤单向通道保护环示意图..............................................................................5-19 图5-26 二纤双向通道保护环示意图..............................................................................5-20 图5-27 复用段共享保护环间的互通业务保护示意图.....................................................5-21 图5-28 通道保护环间的互通业务保护示意图................................................................5-22 图5-29 虚拟光纤共享路径保护示意图..........................................................................5-23 图5-30 虚拟光纤共享路径保护应用示意图...................................................................5-23
第5章 SDH网元类型、网络拓扑及保护
5.1 SDH网元类型
光同步数字传输网是由SDH网元设备和光缆线路系统两部分组成。网元设备
完成对信息的同步传输、复用和交叉连接，分为终端复用器（TM）、分插复
用器（ADM）、再生中继器（REG）和数字交叉连接设备（DXC）。
1. 终端复用器TM
下面以STM-1信号等级为例，说明终端复用器（TM）的功能和特点。终端
复用器的功能如图5-1所示。
图5-1终端复用器的功能
终端复用器的主要任务是将PDH各低速支路信号，如1.5Mbit/s、2Mbit/s、
34Mbit/s、45Mbit/s、140Mbit/s和SDH的155Mbit/s电信号，纳入STM-1
帧结构中并经电（光）转换为STM-1光线路信号，同时终端复用器也完成上
述过程的逆过程。
终端复用器主要用在点到点的网元设备上和链形网的两个端点，如图5-2和图
5-3所示。当然，终端复用器也经常应用在星形、树形、环带链的场合，作为
SDH传输网络的端点。
TM TM
图5-2点到点的应用
图5-3简单的链形网应用
另外，在实际应用中，TM也经常出现在下列环带链的应用中，如图5-4所示。
图5-4环带链网中的应用
2. 分插复用器ADM
分插复用器是网络中应用最为广泛的网元形式，这主要是因为它将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活地分插任意支路信号的能力。以STM-4信号等级为例，说明分插复用器（ADM）的功能和特点，分插复用器的功能如图5-5所示。
图5-5STM-1分插复用器的功能
ADM除了完成与TM一样的信号复用和解复用功能外，最主要是还能完成两侧线路信号间，以及线路信号与支路信号间的交叉连接。如接入的2Mbit/s系列支路信号和 1.5Mbit/s系列支路信号可以分别复用并连接到东向、西向的STM-4信号中。另外，东向和西向的STM-4信号也可以互连。
分插复用器在链形网、环形网和枢纽形网中应用十分广泛，如图5-6、图5-7和图5-8所示。
图5-6链形网中的应用
图5-7环形网中的应用
图5-8枢纽形网中的应用
3. 再生中继器REG
再生中继器的功能主要是完成信号的再生、放大与中继传输功能，与TM、ADM 相比，它在站点上没有上、下业务的功能，主要用于各种类型网络的中长距离信号再生。再生中继器的功能图如图5-9所示。
图5-9再生中继器功能图
4. 数字交叉连接设备DXC
数字交叉连接设备（DXC）是SDH网络的重要网络单元，兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管多项功能，DXC的核心是交叉连接。
以上给出了网元设备的各种工作类型，不同类型的网元设备的选用是根据网元在网络中的位置、上下业务的特点以及管理上的方便等因素决定。
5.2 SDH网络的物理拓扑
网络的物理拓扑结构即网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实
际连接抽象为物理上的连接。
如果通信是从一点到另一点进行传输，这就是点到点拓扑结构，常规PDH系
统和早期PDH系统即基于这种物理拓扑结构。除此之外，还有五种基本类型
的物理拓扑结构，如图5-10所示。
(a) 线形
(b) 星形
(c) 树形
(d) 环形
(e) 网孔形
图5-10基本物理拓扑结构模型
1. 线形
将通信网络中的所有点一一串联，而使首尾两点开放，这就形成了线形拓扑
结构，有时也称为链形拓扑结构。这种拓扑结构的特点是其间所有点都应具
有完成连接的功能。这也是SDH早期应用的比较经济的网络拓扑结构。
2. 星形（枢纽形）
这一种拓扑结构即是通信中某一特殊点与其他各点直接相连，而其他各点间
不能直接相连接，即星形拓扑结构。在这种拓扑结构中，特殊点之外的两点
通信一般应通过特殊点进行。这种网络拓扑结构形成的优点是可以将多个光
纤终端统一成一个终端，并利用分配带宽来节约成本。但也存在着特殊点的安全保障问题和潜在瓶颈问题。
3. 树形
所谓树形拓扑结构可以看成是线形拓扑结构和星形拓扑结构的结合。即将通信的末端点连接到几个特殊点。这种拓扑结构可用于广播式业务，但它不利于提供双向通信业务，同时还存在瓶颈问题和光功率限制问题。
4. 环形
环形的拓扑结构实际上就是将线型拓扑结构的首尾之间相互连接，即为环形拓扑结构。这种环形拓扑结构在SDH网中应用比较普遍，主要是因为它具有一个很大的优点，即很强的生存性，这在当今网络设计、维护中尤为重要。
5. 网孔形
当涉及通信的许多点直接互相连接时就形成了网孔形拓扑结构，若所有的点都彼此连接即称为理想的网孔形拓扑结构。这种拓扑结构为两点间通信提供多种可选路由，有可靠性高、生存性强且不存在瓶颈问题和失效问题的好处，但结构复杂、成本也高。
从以上可看出，各种拓扑结构各有其优点。在作具体的选择时，应综合考虑网络的生存性、网络配置的容量，同时考虑网络结构应当适于新业务的引进等多种实际因素和具体情况。一般来说，星形拓扑结构和树形拓扑结构适合用户接入网，环形拓扑结构和线形拓扑结构适用于中继网，树形和网孔形相结合的拓扑结构适用于长途网。
5.3 SDH网络保护
SDH网络的主要优点之一，是可利用不同的基本网络结构组合，使整个传输
网具有应付网络故障的能力，可提高网络运行的可靠性。
SDH网络主要依靠保护（Protection）和恢复（Restoration）这两种互不相同
的作用机制，保证通信业务在故障情况下可以得到保持。保护通常是指一个
较快的转换过程，其转换的执行是由倒换开关的部件自动确定的。保护作用
后，占用了在各网络节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道也具
有预先确定的路由。
现在SDH的自愈保护机制有如下4类：
z路径保护
z子网连接保护
z环间双节点互通连接保护
z共享光纤虚拟路径护
5.3.1 路径保护
SDH线路保护的工作原理是当工作系统传输中断或性能劣化到一定程度后，
系统倒换设备自动将主信号转至备用光纤系统传输。它主要用来保护传输媒
介和再生中继器以及终端（TM）和分插复用设备（ADM）的线路终端接口（例
如光/电与电/光转换部分），而不保护终端TM或ADM节点的故障。
1. 1+1线路保护
1+1保护结构，即每一个工作系统都有一个专用的保护系统。两个系统互为主
备用。工作、保护两个系统发端永久桥接，收端根据接收信号的质量优劣决
定从工作或保护系统接收信号，所以该保护结构不允许提供无保护的额外业
务通路。
1+1保护结构分为单端倒换和双端倒换。
z单端倒换：是一种只在被保护实体，受影响的一端执行切换动作的保护倒换方法，如图5-11所示。
z双端倒换：即使在单向故障的情况下，在被保护实体两端执行切换动作的保护倒换方法，如图5-12所示。
(b) 单端倒换
图5-111＋1单端倒换
(b) 双端倒换
图5-121＋1双端倒换
1+1保护结构中单端倒换不需要自动保护倒换协议（APS）的参与，只根据接收信号的故障或缺陷而自动进行，也可接收外部命令实施强制的倒换或锁定；双端倒换需要自动保护倒换协议（APS），由于在1+1保护结构中，工作通路的发端永久地桥接于工作段和保护段，因此切换与否的判决只是由收端作出，所以，这种APS操作具有简单、可靠、快速端特点。
1+1保护结构采用恢复和非恢复两种方式。
z恢复式：节点处于倒换状态时，工作系统恢复正常后，节点释放倒换，回复到原先到正常状态。
z非恢复式：节点处于倒换状态时，即使工作系统恢复了正常，节点仍然维持倒换态。
2. 1：N线路保护
1：N保护结构（N?1），即N个工作系统共享一个保护系统。工作系统传送正常的业务信号，保护系统可以传送正常的业务信号，也可以传送额外业务信号或者是无效信号。但系统一旦发生倒换，保护系统上传送的信号将会丢失。
1：N保护结构需要自动保护倒换协议（APS）的参与，保护原理如图5-13和图5-14所示。
A B
图5-131：N保护结构（正常状态）
A B
图5-141：N保护结构（倒换状态）
3. 二纤单向复用段保护环
这种环形结构中节点在支路信号分插功能前的线路上都有一保护倒换开关，如图5-15（a）所示。正常情况下，低速支路信号仅仅从S1光纤进行分插，保护光纤P1是空闲的。
(a)
(b)
图5-15二纤单向复用段保护环示意图
当BC节点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个节点B和C的保护倒换开关将利用APS协议转向环回功能，如图5-15（b）所示。对于AC间的业务：在B节点，S1光纤上的业务信号（AC）经倒换开关从P1光纤返回，沿逆时针方向经A节点和D节点仍然可以到达C节点，并经C节点倒换开关环回到S1光纤并落地分路。其它节点（A和D）的作用是确保P1光纤上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能，畅通无阻的传向分路节点。这种环回倒换功能可保证在故障状况下仍维持环的连续性，使低速支路上业务信号不会中断。故障排除后，倒换开关返回其原来位置。对于CA间的业务：由于业务是经过D点在S1光纤上进行传输的，不受断纤的影响，与正常时传输情况相同。
4. 二纤双向复用段共享保护环
二纤双向复用段保护环工作通道和保护通道的安排见图5-16（a）。利用时隙交换技术，一条光纤同时载送工作通路（S1）和保护通路（P2），另一条光纤上同时载送工作通路（S2）和保护通路（P1）。每条光纤上一半通路规定载送工作通路（S），另一半通路载送保护通路（P）。在一条光纤上的工作通路（S1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P1）来保护。反之亦然。这就允许业务双向传送，每条光纤上只有一套开销通路。
(a)
(b)图5-16二纤双向复用段倒换
当BC节点间光缆被切断后，如图5-16（b）所示，两根光纤也会被切断，与切断点相邻的B节点和C节点中的倒换开关将S1/P2光纤和S2/P1光纤沟通。利用时隙交换技术，可以将S1/P2光纤和S2/P1光纤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。例如，S1/P2光纤的业务信号时隙1到m可以转移到S2/P1光纤上的保护信号时隙（N/2+1）到（N/2+m）。当故障排除后，倒换开关通常将返回其原来的位置。
5. 四纤双向复用段共享保护环
四纤复用段共享保护环在每个区段（节点间）需4根光纤，如图5-17所示。工作和保护是在不同的光纤里传送。两根业务光纤（一发一收）和两根保护光纤（一发一收）。其中业务光纤S1形成一顺时针业务信号环，业务光纤S2形成一逆时针业务信号环。而保护光纤P1和P2分别形成与S1和S2反方向的两个保护信号环，每根光纤都通过一个倒换开关作保护倒换用。
正常情况下，从A节点进入环，以C节点为目的地的低速支路信号顺时针沿S1光纤传输；而由C节点进入环，以A节点为目的地的返回低速支路信号则逆时针沿S2光纤传回A节点，保护光纤P1和P2是空闲的。
CA AC
图5-17四纤双向复用段共享保护环示意图
图5-18四纤双向复用段共享保护环示意图
当BC节点间光缆被切断，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，从而维持环的连续性。如图5-18所示。在B节点，光纤S1和P1沟通，光纤S2和P2沟通。C节点也完成类似功能。其它节点确保光纤P1和P2上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能。故障排除后，倒换开关通常返回原来位置。
四纤双向复用段共享保护环具有环倒换（当环倒换时，受影响区段的业务量
由环的长路径的保护通路来传送）和区段倒换（一种类似于1:1线性APS的
保护机制，仅用于四纤环。其工作和保护通路不在同一根光纤中传输，失效
只影响工作通路。当区段倒换时，工作业务量由该失效区段的保护通路来传
送）两种功能。但两者同时发生时，支持优先级高的。多个区段倒换可以在
一个环内同时存在，对每一个区段倒换而言，仅占用了一个区段的保护通路。
对多个失效的情况（这些仅影响一个区段的工作通路，例如仅是工作通路的
电气故障和光缆切断）可以用区段倒换来得到完全保护。
5.3.2 子网连接保护
1. 子网连接概述
在网络结构日趋复杂的情况下，子网连接保护（SNCP）是唯一的可适用各种
网络拓扑结构且倒换速度快的业务保护方式。LO/HO SNCP是通道层的保护，
可用于不同的网络结构中：网状网及环网等。
如图5-19所示，SNCP采用1＋1保护方式。业务在工作和保护子网连接上同
时传送，当工作子网连接失效或性能劣化到某一规定的水平时，在子网连接
的接收端根据优选准则选择保护子网连接上的信号。倒换时一般采取单端切
换的方式，因而不需要协议。被保护的子网还可进一步由较低等级的子网连
接和链路连接级联而成。
图5-19子网连接保护示意图
(1) 保护倒换前的路径：
倒换前的路径：即是业务配置时所选择的路径（工作SNC）。
(2) 倒换条件：
z对高阶、低阶通道开销，将固有（Inherent）监视做为倒换条件；
z对高阶通道开销，将非介入（non-intrusive）监视做为倒换条件。
(3) 保护倒换的原理
z业务宿所处单板为SDH单元时，由线路单元对这些告警事件进行监测。
当倒换条件发生时，通过中断形式上报主机。主机软件根据上报的监测结果通知交叉单元重新配置交叉矩阵数据，由交叉单元实现保护功能。
z业务宿所处单板为线路单元时，当交叉单元检测到线路单元不在位时，切换交叉矩阵实现保护功能。
z对于业务宿在PDH单元上的情况，主机对子网连接保护的处理与原来通道保护完全一致，由支路板通过选择总线完成倒换。
z可保护信号级别
VC-4（包括STM-1信号和E4 PDH信号）；
VC-3（E3 PDH信号、T3 PDH信号）；
VC-12（E1 PDH信号）；
z保护倒换的时间
对于单个SNCP业务，SNCP倒换时间在G.841建议中的要求为50ms。在涉及大量SNCP业务时，倒换时间在建议中没有进行规定。目前对于大量的SNCP业务，可采用分组的方式来解决，即将网络中同源同宿同路由的业务在检测时作为一个整体，称为一个组，系统在检测到其中的某一业务（称为关键业务）产生倒换条件后，整个组的业务同时倒换。在倒换完成后，系统将对倒换的业务进行逐条校验，更正误倒换的业务SNC状态。分组方式优化了系统对故障的响应时间，可提高系统的倒换速度，减少倒换时间。
保护倒换的完成时间不包括启动保护倒换所必要的检测时间以及拖延时间。
拖延时间是指从宣告信号劣化或信号失效到启动保护倒换实施方法之间的时间。拖延时间对于多种保护方式间的互通来说是有用的，可以抑制倒换蔓延以及倒换竞争带来的网络不稳定情况的产生。拖延时间可根据具体的VC来设置。在倒换发生之前在整个拖延时间期限内应对缺陷条件（SD、SF）进行连续的监视。拖延时间建议要求能按100ms量级的步进值从0～10s内可设置。在一般情况下，拖延时间设置为0。
保护倒换恢复时间的概念与原来的复用段倒换恢复时间一致不再赘述。
2. SNCP的应用
在以前通道保护的基础上，SNCP增加了对以下几种网络拓扑形式的支持，可实现对业务的保护。
(1) 环、链间业务：
C
图5-20环、链间业务
如图5-20所示：
A、B、C、D结点组成SNCP环。结点A与E有业务。则在下列某一种情况发生时，可对业务进行保护。
a）A——B——D间断纤；
b）A——C——D间断纤。
板位：D节点的“环”逻辑系统的东、西板位要在设备的群路区。
(2) 相切环间业务：
A B
图5-21相切环间业务
如图5-21所示：
A、B、C结点组成SDH环一，C、D、E结点组成SDH环二。环一、环二为SNCP（或MSP）环。结点A与D有业务。
则在下列某一种情况发生时，可对业务进行保护:
a）A——B——C间断纤；
b）A——C间断纤；
c）C——E——D间断纤；
d）C——D间断纤；
e）在上述a）与c）同时发生；
f）在上述b）与d）同时发生。
板位：C节点的环一、环二逻辑系统的东、西板位要在设备的群路区。(3) 跨接环间业务：
A B
图5-22跨接环间业务
如图5-22所示：
A、B、C、D结点组成SDH环一，E、F、G、H结点组成SDH环二，两环通过DE、CF链连接。环一或环二为SNCP或BI-MSP保护，结点A与G有业务。
保护方式完全遵照G.842建议实现。
板位：C、D、E、F节点“环”逻辑系统的东、西板位要在设备的群路区。具体保护方式与动作完全符合G.842建议。
(4) 相交环间业务：
光网络基础知识第5章 SDH网元类型、网络拓扑及保护
图5-23相交环间业务
如图5-23所示：
A、B、C、D结点组成SDH环一，C、D、E、F结点组成SDH环二。环一
或环二为SNCP 或BI-MSP保护。结点A与F有业务。
则在下列某一种情况发生时，可对业务进行保护。
a）A——B——C间断纤；
b）A——D——C间断纤；
c）D——E——F间断纤；
d）D——C——F间断纤；
e）在上述a）与c）同时发生；
f）在上述b）与d）同时发生；
g）C或D站掉电；
板位：C、D节点“环”逻辑系统的东、西板位要在设备的群路区。
(5) 网孔形网络：