大学本科课件-光纤通信网络3SDH

1、SDH传输系统基本原理SDH基本原理概 述比 特 率VC 、通道、段复 接 结 构幀 结 构指 针开 销SDH网元设备类型及环拓扑时 钟 定 时SDH基本原理 SDH概 述S S ynchronous 同 步D D igital 数 字 H H ierarchy 系 列 SDH同步数字系列本质上是一个传输系统SDH概述11101101100100110001复用ch1ch2ch3ch4时分复用的概念 01011001110110101010CH1CH2CH3CH4将线路用于传输的时间划分成若干个时间片TS，每个用户分得一个时间片，在其占有的时间片内，使用线路的全部带宽。既可传数字信号又可传模拟

2、信号。SDH概述高速复用信道低速支路信道同步： 两个或多个信号之间在频率和相位上具有相同的长期频率准确度，最简单的关系是频率相等SDH概述PPlesio 是希腊语词根，是近似的意思 P lesiochronous 准同步DD igital 数字HH ierarchy 系 列 PDH准同步数字系列 也是一个传输系统PDH系统简介SDH概述SDH概述SDH概述数字交换机二次群2/8M MUX三次群8/34M MUX2 M 8 M四次群 34/140M MUX34 M140M 五次群复接.2MDDF(电路调度及测试 )DDFDDFDDF1230.VDF我国PDH系统的基本构成PCM基群光线路终端SD

3、H概述SDH概述 SDH与PDH的三大主要区别 同步的网络 所有网元都工作在同一时钟作用下 丰富开销比特 用于传输大量网络管理信息 统一的接口和复用标准 同时适用于欧洲、北美和日本的数字体系 统一的光接口SDH概述PDH体系的标准化工作 “先有设备，后出标准”SDH体系的标准化工作 “先有标准，后出设备”用总结经验的方式来制定标准，形成的标准自然技术上比较完善，但其是一个折中的产物，自然带有许多不完全合理的东西以哲学家式的想象力，从全网的角度出发制定标准，用来指导设备的研制和网络建设 SDH概述SDH概述数字传输技术的发展（模拟 PDH数字） 数字通信的发展过程模拟传输方式 1948年，晶体管

4、发明1965年，日本PCM-241962年，美国PCM-241968年，欧洲PCM-30形成三大PDH体系Reeves.A.H1937年里夫斯 PCM方式电子管构成的系统非常复杂、庞大，无法实用各国电信网先后开始了从模拟向数字的过渡。短距离小容量向长距离大容量发展 传输和交换数字化的成熟七、八十年代形成完整的PDH建议体系SDH概述数字传输技术的发展（PDH SDH）激光器和光纤的发明和实用化数字光通信技术的发展1985，ANSI，同步光网络（SONET）建议逐步完善（设备功能、光接口、组网方式、网络管理等），形成完整的SDH通信标准1984年，贝尔通信研究所，全同步网构想（SYSTRAN）超

5、出最初建立标准光接口目标引出传送网的概念1988，ANSI，SONET标准，增加2M、34M接口；CCITT第一批SDH建议（速率 系列、信号格式、复用结构） 技术的发展PDHSDH概述上/下话路(ADD/DROP)-电路分配 环(RING)-自愈性/生存性交叉连接(CROSS CONNECT)-容量管理 带宽管理 保护路由多样化SDH的优点（一） .同步网络. 复用过程简单 易于从复接的高速信号中提取支路信号SDH概述SDH的优点（二） .开销比特. 实现高级网络管理故障管理 (Fault management)配置管理 (Configuration management)性能管理 (Per

6、formance management)安全管理 (Security management)计费管理 (Accounting management)SDH概述SDH的优点（三） .统一的接口. 多厂家产品环境 易于国际互连 SDH概述SDH比特率SDH基本原理SDH比特率欧洲2.048Mb/s8.448Mb/s34.368Mb/s139.264Mb/s北美1.544Mb/s6.312Mb/s44.376Mb/s日本1.544Mb/s6.312Mb/s32.064Mb/s97.728Mb/sPDHG.702SDHG.707 注: 1、划线速率为SDH可以处理的PDH速率等级 2、SDH建议已明确

7、将51.84Mb/s作为中小容量卫星与无线SDH系统 的数字段接口速率,但不作为SDH的级别或NNI速率,为STM-0,但 并不代表SDH的一个基本速率等级. STM-1 155 .520Mb/s STM-4 622.080Mb/s STM-16 2488.320Mb/s STM-64 9953.280Mb/s 整 数 倍SONET/SDH等级电信号光信号CCITT名称STS-1STS-3STS-9STS-12STS-18STS-24STS-36STS-48OC-1OC-3OC-9OC-12OC-18OC-24OC-36OC-4851.84155.52466.56622.08933.12124

8、4.161866.242488.32STM-1STM-3STM-4STM-6STM-8STM-12STM-16速率SDH比特率 VC 、通道、段 复 接 结 构 帧 结 构SDH基本原理虚容器是不是SDH 系统准备好的一个个的大小不等的盒子呢？ 可以这么说。但这种盒子只是一个逻辑上的概念，并不是物理实体。 虚容器实际上是ITU-T定义的一些标准格式，原始信息首先被装载进这些虚容器，也就是变成这些标准格式，这个过程称为映射SDH的几个新概念（虚容器、通道、段）虚容器（一） VC 、通道、段VC 、通道、段虚容器-Virtual container-VC不同的PDH 原始信息对应于不同的VC： 低

9、阶虚容器(单个结构）-Lower order VC 1.5Mb/s-VC-11 2Mb/s-VC-12 6.3Mb/s-VC-2 高阶虚容器（可由多个TU或TUG组成） -Higher order VC 34Mb/s或45Mb/s-VC-3 140Mb/s-VC-4 虚容器（二） VC 、通道、段虚容器（三） 那么，虚容器里除了原始信息以外还有什么呢？我们不妨画一个图来表示VC的构成：原 始 信 息 塞入比特调整控制POH即通道开销，可见VC是与通道这个概念是紧密相连的。VC 、通道、段复接结构STM-NAUGTUG-3TUG-2C-4C-3C-2C-12C-11N17371313413926

10、4kb/s44736kb/s34368kb/s6312kb/s2048kb/s1544kb/sTU-3TU-2TU-12TU-11AU-4AU-3VC-3VC-2VC-12VC-11VC-4VC-3指针处理映射定位、校准复用指针调整下的同步复接我国的SDH基本复用结构（指针调整下的同步复接）STM-NAUGTUG-3TUG-2C-4C-3C-12b/s44736kb/s34368kb/s2048kb/sTU-3TU-12AU-4VC-3VC-12VC-4指针处理映射定位、校准复用AUGSTM-1+LPOH+TU PTR+AU PTR+RSOH MSOH+HPOH复接结

11、构STM-1的帧结构线路码流.(1)(2)270 bytes. . .(9) 行、列块状帧结构RSOHAU PTRMSOH1359261125us净负荷（Payload )VC-4POH2619TU Pointer1263POHPOHPOH315RSOHAU PTRMSOH9N261N125usSTM-1的帧结构SDH的几个新概念（虚容器、通道、段）通道和段（ 一） REGNENENEpath #1path #2section #1section #2section #4NE #1NE #2NE #3NE #4PDH端口PDH端口Section/TSSection/TSPathregenera

12、tor section（再生段）-两个NE之间的物理连接multiplex section (复用段）-相邻LT间对业务的逻辑功能path（通道）-两个PDH接口之间(端到端)的逻辑连接由此可见：section #3RSRSMSMSSDH的几个新概念（虚容器、通道、段）通道和段（二） H-path(开销)(通道)(段)L-pathMSRSPOHSOHOHSDHPathSection(高阶通道)(低阶通道)(复用段)(再生段)HPOH(高阶通道开销)(低阶通道开销)(复用段开销)(再生段开销)(通道开销)LPOHMSOHRSOH为了便于SDH网络的优化设计，有助于网管功能的实现以及保持技术规范的

13、相对稳定性，SDH将传输网划分成上述若干层次，每一层次上都有相应开销比特与之对应：(段开销)SDH为什么要提出这些概念呢？SDH的几个新概念（虚容器、通道、段） 指 针 开 销SDH基本原理指针的基本功能RSOHAU PTRMSOH1359261净负荷（Payload )VC-4POH2619TU Pointer1263POHPOHPOHSDH指针可分为两大类：AU PTR 和 TU PTR AU-4 PTR ：为VC-4 定位 TU-12 PTR：为VC-12定位指针的字节安排AU-4指针的字节安排（一）N N N N S S I DH1I D I D I D I DH2YY1*1*净负荷区

14、H3H3H3H4H4H4塞入码信息10比特指针值I增加指示比特D减少指示比特表示指针值将进行加1或减1操作，10比特的取值范围是0-1023,当AU-PTR的值不在此0-782范围内时，为无效指针，当连续8帧收到无效指针值或NDF时，产生AU-LOP新数据标识（NDF） 0110 指针正常操作 1001 指针将有一个 全新的值指示新数据若帧净负荷不再变化，下一帧NDF又回到正常值0110,且3帧内不再作指针值增减操作。负调整机会字节正调整机会字节指针的作用指针的作用非常重要，是SDH最具有特色的技术。 其基本功能是指示VC的首位置，同时指针在协调SDH网的同步性能 方面起着非常重要的作用，具体

15、体现在：1、校准相位差（指针更新)2、校准频率差（指针正调整或负调整）指针的作用指针的正调整H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3.H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3.H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3.VC-4VC-4VC-4I比特反转正调整机会指针的负调整H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3.H1 Y Y H2 1* 1*.H1 Y Y H2 1* 1* H3 H3 H3.VC-4VC-4VC-4D比特反转负调整机会指针的作用 对于上述正或负调整，将根据VC-4相对于AU-4的速率差一次又一次地周期性进行，直到两者速率相当。但相邻的两次调整

16、必须至少间隔三帧，也就是说若从指针反转的那一帧作为第一帧，至少在第五帧才能作指针反转，其下一帧的指针值将进行加1或减1操作。若指针连续调整，在收端将出现VC4定位错误，导致传输性能劣化。 总之，指针的作用是提供在AU帧内对VC灵活和动态定位的方法，以便VC 在AU帧内浮动，适应VC与AU或TU之间相位的差异和速率之间的差异。 综上所述，指针是与SDH同步性能密切相关的，通过指针的活动可以衡量SDH网的同步状况。 指针的作用开销（段开销）净负荷99261STM-1A1A1A1A2A2A2J0B1E1F1D1D2D3B2B2B2K1K2D4D5D6D7D8D9D10D11D12S1M1E2注：1、

17、 为国内使用保留字节， 用于具体传输媒质的特殊功能 2、未标注字节为将来国际标准确定 Z1Z1Z2Z2A1, A2 帧定位B1BIP-8C1(J0)C1:STM 识别符J0:再生段跟踪E1公务F1用户信道D1-D3DCCr数据通信通路B2BIP-NX24K1, K2APS, MS-AIS, MS-RDI(FERF)D4-D12DCCmS1同步状态M1 段REI(FEBE)E2公务 Z1,Z2空闲备用RSMS如果连续5帧以上找不到A1、A2图案，则进入OOF帧失步状态；如果OOF状态持续一定时间，则设备进入LOF帧丢失状态。开销（段开销）K1(b1b4): 指示倒换原因 K1(b5b8):指示提

18、出倒换请求 的工作系统序号K2(b1b5):指示复用段接收侧备 用系统倒换开关所桥 接到的工作系统序号K2(b6b8):回送发送端，接收端 已检测到上游段的缺 陷或告警指示信号开销（段开销）开销（高阶通道开销）J1B3C2G1F2H4Z3K3N11260VC-4HPOHJ1高阶通道跟踪B3通道BIP-8C2G1F2，Z3H4K3（1-4） N1(Z5)信号标识通道状态用户信道复帧位置指示APS网络操作者字节，用于串接监视开销（低阶通道开销）VC-12500S35125SLPOHV5J2N2(Z6)K41-2, BIP-23, REI(远端块差错指示）4, RFI（远端故障指示）5-7, 信号标

19、识8，RDI (远端失效指示）低阶通道跟踪网络操作者字节，用于串接监视APSV5K4N2J2 SDH网元设备类型及环拓扑SDH基本原理几种常见的网络拓朴结构点对点TE多点（线型）TETEADMADMTE环形具有高度的自愈性、可靠性REGADMADMADMADM复杂网络拓朴结构树型拓扑TETEADMADMTE网孔拓扑REGADMADMADMADMTE自愈网保护发生故障时的自动保护倒换APS1+1(含1:1)双向保护:当接收与发送的工作线路中有任 一路发生故障，二者皆由工作线路 W1Wn倒换到保护线路P1Pn APS (Automatic Protection Switching)1:n 可恢复模

20、式 不可恢复模式 单向保护:当接收与发送的工作线路中有任 一路发生故障时，只有发生故障的 工作线路W1Wn倒换到保护线路P1Pn 可恢复模式 :业务倒回原线路,但何时倒回可 由等待恢复时间(WTR)功能定义 不可恢复模式:业务不倒回原线路 故障清除后 (NEC设备默认WTR为300秒，该值可根据需要修改) 1:n适用于点对点、线型拓扑， 1:1适用于自愈环的保护模式 自愈网保护发生故障时的自动保护倒换 1.自动保护倒换以工作段或保护段的失效为基础，失效条件 为SF和SD（光纤失效或误码增加）。保护倒换也可通过接 收倒换命令来启动，即强制倒换(FSW)和手动倒换(MSW) APS规约 2.自动保

21、护倒换使用了两个自动保护倒换字节K1和K2, 以保证收发两端能同时正确完成倒换功能。K1字节 表示请求倒换的信道，K2字节确认桥接到保护信道 的信道号 3.APS自动保护倒换时间(包括K1和K2字节处理时间和 倒换时间)必须在50ms内 4.对于自愈环来说，发出K1和K2字节的ADM必须要在 K1和K2字节明确环上哪个ADM来接收，对于其他的 ADM， K1和K2字节是透明传输的 5. 复用段自愈环中只有1:1保护方式，不需要在 K1和K2 字节上明确哪个工作信道要倒换到保护信道上去自愈网保护发生故障时的自动保护倒换 1+1可恢复模式 STM-N 信号同时在工作段和保护段两个复用段发送，即同时

22、有两份相同的业务沿工作线路与保护线路发送，二者形成保护。因保护通道永久连接，故不允许提供额外的低等级业务自愈网保护发生故障时的自动保护倒换1:n的保护通路可用于提供低优先级的额外业务，因而系统效率高于1+1方式 1:n可恢复模式 n条工作通道共享一条保护通道，保护通道对发生故障工作通道所携带的业务进行保护，故障排除后，业务倒换回原工作通道，保护通道空闲，故可提供额外的低等级业务环环的分类自愈环 SHRUSHRBSHR单向自愈环双向自愈环通道保护环 PPS 线路保护环 （复用段保护环）LPS/MSP通道保护环PPS 线路保护环（复用段保护环）2F BSHR/LPS 4F BSHR/LPS2F B

23、SHR/PPS2F USHR/PPS2F USHR/LPSLPS/MSP环 两纤单向通道倒换环ABCDEF1+1并发优收环 两纤单向通道倒换环ABCDEFAIS1+1并发优收倒换只与接收端收到的信号质量有关，借助于2:1选择器，无需APS协议即可实施快速倒换，倒换时间可少于30ms环 4纤双向线路倒换环ABCDEF1:1环 4纤双向线路倒换环ABCDEF光缆故障，发生环回倒换（Loopback switch)1:1环 4纤双向线路倒换环ABCDEF工作光纤故障，发生区段倒换(Span switch)1:1环 4纤双向线路倒换环ABCDEF节点失效，在相邻节点作环回倒换1:1DXC自愈环DXCD

24、XCDXCDXCDXC切断6单位12单位2单位4单位ABCDEAE D传6个单位AB E D传2个单位AB C D传4个单位环 1:1复用段倒换环1. 2F复用段环与4F复用段环保护均为1:1保护， 倒换需要依靠APS协议，由工作侧收发两端同时将业务倒换到保护通道完成自愈。2. 依靠APS协议的复用段保护环可以利用空闲的 保护通道资源传送低等级的额外业务，从而 使有限的网络资源利用率得以提高。 我们也可以人为控制倒换，但在倒换之前应先执行 倒换练习Switch Exercise 。这一功能检测在保护 倒换电路中（即单元盘，线路保护）任何不正常状 况，但并不真正实施倒换 时 钟 定 时SDH基本

25、原理同步与定时同步方式一CLK1CLK2NENEData准同步方式 各节点都设立高精度的独立时钟，这些时钟具有统一的标称频率和频率容差，虽然各时钟频率不可能绝对相等，会产生滑动,但由于精度足够高，产生的滑动可以满足指标。对时钟性能要求高。 常用于国际数字网中，即一个国家和另一个国家的数字网之间采用此种同步铯原子钟铯原子钟同步与定时同步方式二CLK1NEMasterNESlaveData+Clock主从同步方式 定时信号从基准时钟向下级从钟逐级传送，各从钟直接从上级钟获取同步信号，不断根据过来的同步信号来调整本身的时钟，同步信号可以从传送业务的数字信号中提取，也可以使用专用链路传送定时信号。从钟

26、使用锁相环技术将输出信号的相位锁定到输入信号的相位上，正常锁定时，其输出相位具有与基准信号相同的精度。 对从钟性能要求低，但传输链路的不可靠会影响时钟传输。常用于一个国家、一个地区的数字网内部采用此种同步一般国家(或地区)内部的网络采用从上到下逐级同步的方式。最上级设基准主时钟，以下逐级跟踪主时钟。我国SDH网的四级时钟主从同步二级时钟：转接局从时钟(精度10-910-10)。三级时钟：端局从时钟(精度10-910-10)。从时钟的工作模式四级时钟：数字小交换机、远端模块或SDH节点内置从时 钟(精度10-610-8)。一级时钟：全网定时基准时钟(精度10-11)。铯原子主时钟 在北京，副时钟

27、在武汉。正常时以主时钟为基 准，出故障时用副时钟替代主时钟。 正常工作模式：跟踪锁定上级时钟。 保持模式：当定时基准丢失时，从时钟通过“记忆”提供 与原基准比较相符的定时信号。 自由振荡模式：当从时钟丢失基准定时超过24小时后从时 钟内部振荡器就会工作于自由振荡方式。同步与定时同步方式三CLK1NENEData+Clock互同步方式 网内没有主基准时钟，各时钟将自身频率锁定在所有接收到的定时信号的加权平均值上，各时钟相互作用，实现网内时钟同步。具有较高的可靠性，对时钟性能要求不高，但网络参数的变化容易引起系统性能变化甚至进入不稳定状态。CLK2同步与定时同步方式四AtomicCLKNetwor

28、kNetworkData混合同步方式 当定时传输距离很长时，将全网划分为若干个同步区，区内为主从同步网，区间为准同步方式，可以减少时钟级数，缩短定时信号传输距离。 时钟频率基本一致，1slip/72days,能被任何业务所接受。Atomic CLKSDH 通信系统的传输码型(1) 两种最基本的码型 归零码 ( Return to Zero , RZ )非归零码 ( Non Return to Zero ，NRZ )11011101(2) 电路处理系统的码型 ( 接口码型 )在电路中，由于电容和电感元件的存在，为使信号顺利通过，要求信号尽量无直流分量。对电路码型的要求避免长连“0”和长连“1”，

29、高、低频成分少，频率较均匀，便于时钟提取。误码检测方便。码型变换设备简单可靠。 AMI 码(Alternate Mark Inversion)AMI 码即交替传号反转码。信号“0”仍为“0”，信号“1”交替地变为“1”和“-1”，将有直流分量的二电平码变为无直流分量的三电平码。信号 111000000111 的码型为10000001-1-11-1 CMI码CMI码的编码规则为将“0”改为“01”，将“1”交替改为“00”和“11”。CMI码的特点信号 111000000111 的CMI码型为100000011111码序列最大三连“0”和三连“1”。直流分量稳定，低频分量小，便于时钟提取。码率为

30、原码的2倍，常用于四次群的接口码型 。有误码检测功能。 HDB3 码(High Density Bipolar)HDB3 码即三阶高密度双极性码。信号 0100001100000101 的码型为原码。“0”脉冲称为0码，非“0”脉冲称为B码。 在不出现四连 “0” 的情况，B 码（非0码）、 极性交替变化，分别称为 B+ 和B- 码或信码。遇第一个四连 “0” 时，第四个 “0” 改为与前面 B 码同极性的非 “0” 码，称为 V 码或破坏点（不算B码）。第一个破坏点与第二个四连 “0” 间的 B 码要求是奇数个，而且前面所有 B 码极性交替变化，同时第二个四连 “0”中的第四个 “0” 改为

31、与前一个V 码极性相反的V 码。若是偶数个或 0 个，则除第二个四连 “0” 的第四个 “0” 改为与前一个V 码极性相反的V 码外，四连 “0” 的第一个 “0” 改为与第二个V 码同极性的非 “0” 码，称为 B 码或补码。后面的码皆按此规则编制，要求所有 B 码 (B+ 、B 和 B ) 和 V 码分别都是交替改变极性的。NRZ 1110110000000000破坏点HDB3-10-111-1-1110000000VVB-B+BB+B+B-无直流分量，高、低频成分少，定时信息丰富，有利于时钟提取。码序列无连“1”，最大三连“0”。 任意两破坏点间的非零码的个数为奇数。两连续(中间有2或3

32、个“0”)相同极性的非“0”码中的后一个码必为破坏点。破坏点的原码为“0”。中间有2个“0”的两连续相同极性的非“0”码中，前一个码的原码为“0”。可用破坏点规则检测线路传输中产生的错误，常用于1、2、3 次群的接口码型。HDB3 码的特点便于时钟提取对线路码型的要求(2) 线路码型( 光码 )易于判读，频谱要窄码率增加量小 误码检测方便平均误码增殖小传输抖动小同步时间短功能较全码型变换设备简单可靠 mBnB 码在光纤中传输的码型只能是二极性码型。将码流每m个码分为一组，再按一定规律将每组的m个码编为n个码为一组的码型(n=m1)，重新组成码流。1B2B码( CMI码 )012B(A组)1B2

33、B(B组)00010111在编码过程中，A 组和 B 组交替使用。5B6B码5B6B码是用得最多的线路码型，两种模式交替使用。000000000100010000110010000101001100101101010010010100000111011000110101110011115B6B(模式1)5B6B(模式1)6B(模式2)6B(模式2)11001011001111011010010110001111010110011010011110101110100110101000101110110010110110111000111010000100011001010011101001010

34、1101101101111010110011100010111111001110111110111111100101000111000101001011000111001001001100001111010001010011010100010111011000001010001100011101100011110011110100101010100111101000101100101111110000110010110100110110111000111010111100011011100010100010100100101010100111101000101100101000110000110010110100010100111