摘  要

随着社会的不断发展，人们对于信息传输的要求也大大提高，知网论文查重不仅仅只是局限于语音信息的传输，还包括了文字、图像、视频等信息的传递，这就使得人们对于传输体制的要求越来越高，在这样的历史条件下，SDH的出现就成为了必然。自从SDH代替PDH进入传输行业以来，由于其具有的全世界统一的网络节点接口、标准化的信息结构、特殊的复用结构、标准的光接口以及大量采用软件进行管理和配置，使其得到了蓬勃的发展。尤其是在铁路行业，铁路作为国家最重要的基础设施，也是人们出行最大众化的交通工具，一举一动都牵涉着国家经济以及人民的利益，自然需要更为专业和完善的技术作为支撑，因此在铁路骨干传输网中，SDH占据了很重要的地位。

本文主要通过三个大的方面完成论文内容，第一部分是绪论部分，主要介绍了本篇论文的选题背景以及研究的意义，大致介绍了一下目前我国铁路传输网中有关于SDH的研究现状，重点介绍了一下我国目前采用的五大环的骨干传输网络系统，从整体上说明了一下本篇论文的主要研究内容；第二部分介绍了有关于SDH以及传输网的相关知识，包括SDH的重点概念及其主要特点，在传输网方面，主要介绍了其发展历程，网络结构以及主要采用的设备种类，并且重点研究了一下SDH在传输网络中的作用；最后一个部分就是以天水——兰州线为例，从SDH的设计原则、组网方式、需求分析、保护方案、设备选择等方面入手，完成一个较为完善的铁路传输网络的设计。

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1 绪论

1.1 论文的选题背景和研究意义

当今，在信息传输如此发达的社会，数字传输技术的发展日新月异，对于信息的传输要求也就越来越高，原有的PDH（准同步数字传输）就暴露出了其一些无法克服的缺点，因此已经不能满足人们的需求，在这样的背景下，SDH就渐渐发挥出了自己的优势，加上光缆数字通信的迅速发展，SDH技术的发展也越来越重要，因此对于SDH的研究也就变得十分有必要性。

1.2 研究现状

在国内，SDH技术无论是在广域网或者是专用网上都有很好的发展。电信运营商巨头中国移动、中国联通、中国电信以及中国广电的骨干光传输网络都是基于SDH来实现的大规模建设，运用了大量的环路来承载ATM、IP等业务；除此之外，SDH在铁路上也有很大的研究前景。铁路传输网是铁路进行语音、数据、图像等信息传送的一个基础的承载平台，要求能够满足铁路运输组织、经营管理、客运营销等通信方面的需求。它是一个全程全网的系统，所以考虑时必须把全局和局部同时纳入考虑范围。它不是一个孤立的系统，必须要与其他网络进行互联来进行信息的交换。铁路的通信传输系统主要包括光传输系统（SDH、WDM、ASON、MSTP技术等）、通信链路、数字微波系统等。铁路传输系统应优先选择光传输系统，经济技术合理的情况下，也可以选用数字微波方式或者DWDM技术。在光传输系统中应该采用SDH设备，其中，高速铁路以及专线客运铁路传输系统应采用MSTP设备，目前，传输系统的主流技术还是基于SDH的MSTP技术。

铁路传输网可分为三层结构：骨干层、汇聚层、接入层。骨干层和中继层目前使用的是DWDM+SDH/MSTP的体制，接入层使用的是SDH/MSTP体制。根据我国铁路的近况以及需求，目前我国铁路有单独建设的五大骨干DWDM环和各个省分公司自己建设的省干传输网，我国现在的全路骨干传输网主要划分为五大环：京沪穗核心环、东北环、西北环（西北环一/二）以及西南环，如图1.1详细的介绍了五大环光层以及电层的情况以及各自的设备厂家和开通的时间。

1.3 论文的主要研究内容

本论文经过了对于SDH理论的研究、铁路传输网的现状分析，以天兰铁路为例，根据设计的总原则，从各个站点进行分析、对于传输速率进行选择、对传输设备进行选择、网络保护以及恢复方式、网络管理系统、同步系统方案以及对传输故障进行分析，介绍SDH在铁路传输网中的应用，在严格按照规定下，设计一个较为完善的铁路传输网的设计。
2 SDH与传输网的基础知识

2.1 SDH 概念

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字体系，依据ITU-T（国际电联电信标准化部门）建议，是为不同速率的信号传输提供相应等级的信息结构，其中包括了复用、映射以及相关的同步方法等组成的一个技术体制。也就是一种融合了复用、分插、交叉连接、同步信息传输以及交换功能为一体的标准化数字信号结构等级，能够在传输媒质上进行所要求的同步信号的传送，是一种新的数字传输体制，其提出也成为了传输体制的一个改革。

SDH在国际上有统一的复用方式、帧结构、数字传输标准速率等级、标准的光路接口，使得比起其他的传输体制（PDH等）而言，更突出了SDH的灵活性和可靠性，并且便于管理。其统一的规范能够使得不同厂商的设备进行互通，能够大大提高效率，提高网络资源利用率，降低管理及维护费用，可以更加高效的进行运行。正因为如此，使得SDH成为在传输技术方面发展和应用的热门话题，能使通信往数字化、综合化、智能化、个人化发展。

2.2 SDH产生背景

2.2.1 SDH发展过程

SDH的产生从一定意义上来说是必然的，随着社会的迅速发展，人们的需求越来越高，要求传送的信息已经不仅仅是语音，还包括文字、数据、图像、视频的传送，使得人们对传输体制的要求也越来越高。

1984年，美国贝尔提出了一种新的传输体制——SYNTRAN（光同步传送网）；1985年ANSI（American National Standards Institute美国国家标准委员会）通过了此标准，并且成为了国家的正式标准，并且更名为——同步光网络（SONET）；1986年，这一体系成为了美国数字体系的新标准，同年，这一标准也引起了ITU-T的关注；1988年ITU-T接受了SONET的概念，并且进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系——SDH。自从1988年SDH技术引入以来，迄今为止，SDH已经成为了一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛应用，并且将其巨大的优势带入更多的领域。

2.2.2 PDH与SDH

说起SDH，就得提起另外一种传输体制，它随着SDH的兴起而逐渐衰落，它就是PDH（Plesichronous Digital Hierarchy）准同步数字体系。

在以往的通信过程中，多使用PDH，采用PDH的系统，是在通信的每个节点上都分别设置高精度的时钟，尽管精度要求都很高，但总是会有一些细小的误差，为了保证通信的传输质量，就规定了一定的误差范围，因此，这种同步方式从严格来说并不是真正的同步，所以称为“准同步”。PDH体系的设备对于点到点点的通信有较好的适应性，但是随着通信行业的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，显而易见，PDH已经不能适用于现代通信业的需求。

除此之外，PDH 还有自己的局限性。它没有统一的数字信号速率、帧结构等统一的世界性标准，其光接口不规范也导致不同厂商设备之间的互联困难，信号的分插、复用、交叉连接困难，OAM（操作Operation、管理Administration、维护Maintenance）功能实现困难，因此，PDH渐渐被更加适应于通信发展的SDH所取代。

2.3 SDH基本原理

2.3.1 SDH帧结构

帧结构是一种按照规律有序排列的重复性图案，SDH的信息结构采用块状的帧结构同步传送模块STM-N（Synchronous Transport Mode，N=1，4，16，64……），最基本的模块是STM-1，高等级速率以字节交错间插方式同步复用。SDH帧结构如图2.1所示。

SDH-N帧是由9行、270×N列（N=1、4、16、64，256……）的8bit字节组成的码块，所以：帧长=9×270×N×8=19440×N bit。

帧结构由段开销（SOH）、管理单元指针（AU-PTR）和信息净荷（payload）3个主要区域组成。其中段开销是为保证信息净荷正常灵活传送所必须附加的，供网络运行、管理和维护（OMA）使用的字节，它又分为再生段开销（Regenerator  Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead，MSOH）再生段开销用于帧定位、再生段的监控和维护管理，复用段开销用于传送复用段的监控和维护管理；管理单元指针是用来指示信息净荷第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在收信端正确分离信息净荷；信息净荷是存放用户信息的地方，同时也存放少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节。

2.3.2 SDH传输速率

SDH具有统一规范的速率，其速率等级表示为STM-N，其中N表示正整数，目前而言，N只能支持一定的数字，如1、4、16、64、256……SDH的帧传输按从左到右、从上到下的顺序排成串行码流依次传输，每一帧的传输时间为125μs。

对于STM-1而言，每一帧比特数为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM-1的传输速率为：19400×8000=155.520Mbit/s；所以同理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。

2.3.3 SDH传输过程

SDH在进行传输信号的过程中，需将低速支路信号复用成为STM-N信号时，一般都需要进行三个步骤：映射、定位、复用。

(1) 映射

映射是一种在SDH网络边界处，将我们使用的各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）的支路信号经过码速调整，分别装进各自相对应的标准容器中（C），再加上相应的低阶或高阶通道开销，形成各自对应的虚容器（VC）的过程。为了能够更好地适应不断变化的网络状况，有异步映射、比特同步映射、字节同步映射三种方法以及浮动VC和锁定TU两种模式。

(2) 定位

定位是指通过支路单元指针（TU-PTR）或管理单元指针（AU-PTR），将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程。

(3) 复用

复用的过程就是将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层或者把多个高阶通道层适配进复用层的过程，概念相对比较简单。

下图2.3是我国的基本的SDH复用结构，可以较为清晰地说明SDH复用信号的过程。

2.4 SDH特点及发展趋势

SDH能够迅速发展起来，并且日渐成为最基础最广泛应用的传输体制，与其自身的特点密不可分。SDH的优点其中最核心的就是SDH的同步复用、标准的光接口以及强大的网络管理能力。

与此同时，任何一种技术都拥有其缺陷。众所周知，可靠性和有效性是彼此矛盾的，有效性增加则可靠性必然降低，反之，可靠性增加则有效性也自然会相应的降低。第二，比起PDH来说，SDH由于采用了灵活的映射复用结构，省去了多级复用/解复用的过程，其实现的主要依据就是采用了指针调整机制。但是指针调整机制复杂，增加了系统的复杂性，最主要的是由于指针的引入，使得SDH产生了一种特有的由于指针调整引起的抖动，会使网络边界处的低速信号的性能出现劣化，并且抖动的去除十分困难；第三，SDH的自动化程度高，所以软件在SDH中被广泛应用，而软件的大量使用对系统安全性的影响极大，使得存在大量的安全隐患，包括病毒、操作失误、死机等，这些对系统的影响都是致命的。所以对于设备以及操作人员都需要很高的要求。

SDH作为新一代理想的传输体制，具有明显的优越性，迄今为止，在通信中得到原来越广泛的应用，包括干线网、长途网、中继网、接入网等，此外还在光纤通信、微波通信、卫星通信中积极地开展研究与应用。尤其是近年来多媒体宽带业务的蓬勃发展，为SDH的应用提供了广阔的空间。

但与此同时，随着数据业务正慢慢成为全网的主要的发展业务，传统的电路交换网正逐渐向分组网络尤其是IP网络演进发展。作为支持传统电路交换方式的SDH结构将越来越不适应未来业务的发展，单独的SDH发展正在受到严重的挑战。因此SDH为了寻求更大的生存空间，就必须能够与其他技术更好的结合，如波分复用（WDM）技术、ATM技术、Internet技术等，使得SDH的作用能够更好的发挥出来。

2.5 传输网基础知识

2.5.1 传输网概述

传输网络是用来干什么的？举一个形象的例子，传输网在通信网中担任的角色就是相当于“搬运工”，把用户所需要的信息从A地搬运到B地。但是，用户往往关注的是信息的内容，从而导致传输网络常常被人们忽视。但是信息能否在接受端被接收或者接收到信息的效率、时间，都需要传输网络密不可分的帮助。因此，每一次传输网络技术的发展都会引起通信行业的改进。传输网络主要包含两类：传输设备以及各种线缆。

传输网，是一种将复接、交换等功能为一体的综合信息传送网络，能够提高网络的资源利用率，可以实现对网络的有效管理，是电信网的基础网络。传输网络的建设、发展、创新的思路，都是基于它是基础网络的原则。

2.5.2 传输网发展历程

传输网历程可用下图3.1来清晰地表示出来。