现代通信网络技术第五章

第五章SDH传送网及技术5.1SDH/SONET概述5.2SDH体系结构5.3SDH复用5.4SDH网元与网络结构5.5SDH支撑网5.6SDH设备简介5.1SDH/SONET概述5.1.1SDH/SONET发展背景随着通信技术与业务的发展，传统的PDH传输体制无法满足信号大容量传输的要求。PDH体制的区域性规范也使网络互连增加了难度美国贝尔研究所(Bellcore)首先提出了同步光网络（SynchronousOpticalNetwork，SONET），美国国家标准协会(ANSI)于20世纪80年代制定了有关SONET的国家标准。1988年CCITT在SONET的基础上，进行了一些修改和扩充，重新命名为同步数字体系(SynchronousDigitalHierarchy，SDH)，并制定了一系列的国际标准。⑦SONET主要应用于北美地区通信网，而我国和其它地区主要采用SDH来构建通信网。

SDH和SONET的工作原理完全相同，但是传输体系略有差别。两者的主要差别：①速率等级数不同，SDH目前有4种，SONET有10种；②帧结构格式一致，但指针安排和处理方法略有不同；③净负荷类型安排略有不同；④少数字节的用法、规定和参数推则不尽相同；⑤时钟规范目前不能兼容；⑥SDH的传输媒介可以是光纤、微波和卫星，而SONET的传输媒介只能是光纤；5.1.2SDH/SONET主要特点一、PDH技术的主要缺陷1）无统一的电接口规范和光接口规范。2）上下话路方式复杂。3）无强大的网管支持。SDH/SONET的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能，具体体现在如下几个方面：1）SDH/SONET网是由一系列网元(NE)组成的，是一个可在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。2）具有全世界统一的网络节点接口(NNI)。3）具有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM—N。二、SDH/SONET的主要特点三、SDH/SONET与PDH的主要区别1）PDH时钟采用准同步方式，无统一时钟，各传输设备各自提取定时实现同步，采用异步复接方式。2）SDH/SONET时钟采用同步方式，具有统一的中央时钟，实现所有传输设备的全部同步操作，采用同步复接方式。3）PDH上／下话路需要背靠背方式，操作复杂。4）SDH/SONET采用块状帧结构，上／下话路操作简单。4）具有一种块状帧结构，在帧结构中安排了丰富的管理比特，大大增加了网络的维护管理能力。5）具有一套特殊的复用结构，可以兼容PDH的不同传输速率，而且还可以容纳B-ISDN信号，因而它具有广泛的适应性。6）具有自愈保护能力，在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。表5-1SDH/SONET与PDH的比较5.1.3SDH/SONET技术标准一、SONET部分技术标准1985年ANSI颁布SONET系列标准，例如：ANSIT1.101：数字网络的同步接口标准ANSIT1.102：数字层次结构—电接口ANSITl.106：数字层次结构—光接口规范(单模)1988年ITU-T颁布SDH系列标准，例如：G.700：G.700、G.800和G.900系列建议的框架结构G.701：数字传输和多路复用词汇以及脉码调制(PCM)术语G.702：数字层次结构比特率G.703：分层数字接口的物理／电特性G.704：用于第一级和第二级的同步帧结构G.705：数字交换中，终止数字链路的特性要求……二、SDH部分技术标准SONET分插复用设备(SONETADM)通用标准：TR—TSY—000496，Bellcore，第2期，1989.9综合数字环路载波系统的总体要求、目标和接口：TR—TSY—000303，Bellcore，第1期，1986.9（修订本和增刊）数字同步网络规划：TA—NPL—000436，Bellcore，第1，1986.11同步光纤网(SONET)传输系统：公共通用标准：TR—TSY—000253，Bellcor，第1期，1989.9传输系统总体要求(TSGR)：公共要求：TR—TSY—000499，Bellcore，第3期，1989.2光纤传输系统的总体可靠性保证要求：TA—NWT—000418，Bellcore，第3期三、Bellcore部分技术参考5.1.4SDH/SONET应用领域

SDH/SONET在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展，早期电信运营商大规模建设了基于SDH/SONET的骨干光传输网络，提供各种网络应用所需的骨干传输通道，利用大容量的SDH/SONET环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而电力、广电等系统所建设的大型的专用网络也采用了SDH/SONET技术，架设系统内部的SDH/SONET光环路，以承载数据、远控、视频、语音等各种业务。在SDH/SONET主干传输网络中，许多优点可得到充分利用，特别是在综合业务的情况下，通过使用单一光纤基础结构除了传送语音、数据和传真业务，还传送视频和图像等要求很大带宽的信息流，从而可节省相当多的成本。目前，SDH/SONET正逐渐延伸到大型端用户组织所在的用户区，并继续延伸到住宅用户区。5.2SDH体系结构5.2.1SDH/SONET术语1）光载波(OpticalCarrier，OC)：SONET光信号层的定义，当从电信号转换成光信号时，比特流则称光载波。2）同步传递信号(SynchronousTransportSignal，STS)：SONET电信号层的定义，是对应光信号(OC)的等价电信号。3）同步传递模块(SynchronousTransportModule，STM)：SDH电信号层的定义，与SONET中STS定义相同。开销：在通信网络中，为了保证信息的正常、准确和灵活地传送，在传输业务信息之外，需要传输一些用于网络运行、管理和维护使用的附加字节．称之为开销。指针：用来指示低速信号在高速信号中位置的一组数值，也应属于一种开销，指针技术可以保证SDH复用时各支路信号的同步。5.2.2SONET/SDH信号体系结构

SONET基本传输率STS-1是51.840M，而SDH基本传输率STM-1为155.52M，与STS-3相当。目前常用SONET/SDH信号传输速率等级参见表5-2，其中STM–0主要用于微波传输。

5.2.3SDH分层结构

SDH的物理层分成三个子层：电路层、通道层和传输媒介层，其结构如图5-3所示。图5-3SDH分层结构电路层（CircuitLayers）：直接为用户提供通信服务，面向电路交换业务、分组交换业务、IP业务、租用线业务和宽带综合业务等，主要面向交换机、IP路由器等设备，可快速实现电路的建立和释放。通道层（ChannelLayer）：又分为低阶通道层（low-channellayer）和高阶通道层（high-channellayer），分别提供不同等级的信息结构。传输媒介层（TransmissionMediaLayer）：又分为物理媒介层和段层，段层则由复用段层和再生段层组成。这里应该注意的是SDH再生中继器只有两层，由再生段子层和物理媒介子层组成，实现信号的再生中继功能。5.2.4SDH网元类型与网络配置(X)用户端接设备：一般是终端适配器、交换机或终端复用器（TM），负责把用户有效负荷映射成标准SDH帧格式。交叉连接设备：一般是同步数字交叉连接设备，例如：数字交叉连接器（DXC），提供数字交叉连接、自动保护倒换等服功能。分复接设备：一般是线路复用设备，例如：分插复用器（ADM），提供线路端接、分复接、同步等功能。再生中继设备：一般是再生中继器（REG），负责信号的接收和再生转发，具有帧校验、加密和差错监控等功能。一、SDH网元类型SDH网络传输功能层次结构如图5-4所示的四个层次，电路层网络定义了交换机等业务处理设备构成的提供传输电路的网络；通道层网络定义了由数字交叉设备构成的，对电路以及传输媒质独立的传输通道网络；段层网络定义了由包括线路复用器和再生中继器等传输端局设备构成的，独立于传输媒质的复用通道网络；传输媒质层网络定义了由包括光纤和无线媒质的传输媒质网络。图5-4SDH网络传输功能层次结构二、SDH网络传输功能层次结构三、SDH网络配置图5-5SDH设备配置

SDH设备配置如图5-5所示。电路指用户端接设备之间端到端的链路，为用户端业务提供透明的传输路径，主要完成业务适配操作。通道指交叉设备之间的传输链路，为电路层网络提供透明的传输通道，主要完成电路交叉以及通道开销POH的终结与产生。复用段指分复接设备之间的传输链路，主要完成复用段开销MSOH的终结与产生以及对净荷的复接与分接。再生段指再生中继设备之间或中继设备与分复接设备之间的再生中继链路，主要完成再生段功能，实现段开销RSOH的终结与产生以及帧定位和扰码等。5.2.5SDH帧结构一、SDH帧的结构特点图5-6矩形块状帧结构

SDH的重要特点之一是希望各支路信号在一帧内的分布是均匀的，而且要便于装入或取出，并要求能对支路信号进行同步数字复用、交叉连接和交换等。为了适应所有这些功能，ITU—T采纳了一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构，如图5-6所示。由图可见，STM-N信号是9行×270×N列的块状帧结构，共有9行，270×N列，每个字节8比特，帧周期为125us。其中，N取值与STM-N的N相一致，范围为1，4，16，64，…，表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。字节的传输顺序是：从第一行开始由左向右，由上至下传输，在125us时间内传完一帧的全部字节数为9×270×N。二、帧的功能区域整个SDH帧结构大体上可分为三个区域：

1）段开销区域段开销(SOH，SectionOverHead)主要提供SDH网络运行、管理和维护（OAM）的一些附加的字节，用以提供帧定位、误码监测、自动保护倒换以及管理维护的公务信道，例如：SOH的DCC信道为网管提供了专门的通路。段开销包括再生段开销(RSOH，RegenerationSectionOverHead)和复接段开销(MSOH，MultiplexingSectionOverHead)，分别用于对相应的段层管理。如图5-4可见，SOH在STM-N帧结构中的位置是第1列至第9×N列中的第1行至第3行（再生段开销RSOH）和第5行至第9行（复接段开销MSOH）。例如：STM-1帧中段开销的字节数和比特数为：字节数：9×(3+5)＝72(字节)

比特数：9×(3+5)×8＝576（比特）

SDH每秒钟将传输8000帧，则SIM-1每秒钟用于段开销的比特数为：576×8000=4.608(Mbit)信息净负荷（Payload）或称同步有效负载包络（SPE，SynchronousPayloadEnvelope）包括用户有效负荷和通道开销(POH，PathOverHead)两个部分，存放着各种信息块。其中，用户有效负荷就是需要传输的用户信息，而通道开销POH是用于通道层性能监视、管理和控制的附加字节，POH与用户有效负荷一起以同步有效负载包络的形式在SDH网络中传送。信息净负荷区域的位置是第1行至第9行的10×N列到270×N列。例如：STM-1信息净负荷区域的字节数和比特数为：字节数：261×9＝2349(字节)

比特数：261×9×8＝18792(比特)2）信息净负荷区域

STM-N传输速率=每帧比特数（9×270×N×8bit）／每帧长度（125us）例如：STM-1帧结构为9行×270列字节数为9×270=2430（Byte）一帧的比特数为2430×8=19440（Bit）

STM-1传输速率＝9×270×8Bit／125us=155.520(Mbit／s)3）管理单元指针区域管理单元指针(AUPTR)是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内准确位置的指示符，以便接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷，指针有高、低阶之分，高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针）。同时，管理单元指针可以使用户有效负载在净负荷区内“浮动”，解决了网络中计时偏差的问题，消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的时延和性能损伤。管理单元指针(AUPTR)的位置是第4行中的第1至9×N列。例如：STM-1管理单元指针的字节数和比特数为：字节数：1×9=9(字节)

比特数：9×8=72(比特)三、STM-N速率5.3SDH复用5.3.1概念与术语一、SDH基本复用单元

SDH基本复用单元包括若干容器（C-n）、虚容器（VC-n）、支路单元（TU-n）、支路单元组（TUG-n）、管理单元（AU-n）和管理单元组（AUG-n）。其中，n为单元等级序号。1）容器C

容器（Containers，C）是用于装载各种速率信号的信息结构，主要完成速率调整等适配功能，需要传送的电路层信号(如：PDH信号和B-ISDN信号等)经过码速调整同步后装载入容器中。G.709建议中定义了5种标准容器：C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，其中C-3和C-4为高阶容器，其它为低阶容器。各容器的标准输入速率参见表5-3。2）虚容器VC

虚容器（VirtualContainers，VC）支持SDH通道层连接的一种信息结构，亦分为低阶虚容器（如：VC-11、VC-12、VC-2）和高阶虚容器（VC-3、VC-4），分别由容器（C）和支路单元组（TUG）加上通道开销（POH）构成，见图5-7所示。图5-7映射、指针处理和复用关系3）支路单元TU-PTR

支路单元（TributaryUnit，TU）是一种为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的信息结构，有四种支路单元TU-n（n=11、12、2、3），并由低阶VC加TU指针（TU-nPTR）组成，如图5-7所示。在SDH中把VC-n净荷容纳入支路单元，称之为定位。TU-n指针位于高阶VC的固定位置，用于指明低阶VC净荷起始位置相对于高阶VC帧起始位置的偏移量，具有校准高阶VC与低阶VC间时钟频率的相位偏差的调整功能。4）管理单元AU-PTR

管理单元（AdministrativeUnit，AU）是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构，有两种管理单元AU-3、AU-4，并且AU-n（n=3、4）由一个相应的高阶VC-n加上相应的AU指针（AU-nPTR）构成，如图5-7所示。在SDH中把高阶VC装入管理单元，亦称之为定位。AU-n指针位于AUG的固定位置，用于指明VC-n净荷起始位置相对于复用段帧起始位置的偏移，具有校准高阶VC与STM-N间时钟频率的相位偏差的调整功能。5）支路单元组TUG

支路单元组（TributaryUnitGroup，TUG）是在高阶VC净荷中固定占据规定位置的一个或多个支路单元（TU）经字节交叉复用并加入一些附加字节组成，如图5-7所示，其中加入额外的字节是为了保证完整的帧结构，把不同规模的TU组合成一个TUG可以增加传输网络的灵活性。TUG定义了TUG-2和TUG-3两种，其中TUG-2由四个TU-11或三个TU-12复用或一个TU-3而成。6）管理单元组AUG

管理单元组（AdministrativeUnitGroup，AUG）是在STM-N净荷中固定占据规定位置的一个或多个管理单元（AdministrativeUnit，AU）的集合，如图5-7所示。一个AUG可由一个AU-4或三个AU-3按字节交错间插方式组合而成。AUG成为STM-1帧结构的组成部分，AUG本身又可以复接成高阶同步传递模块。7）同步传送模块STM

从支路单元、管理单元到支路单元组、管理单元组是一个同步复用的过程，形成一个同步传送模块（STM），即同步传送模块（STM-N）：STM-N=N×STM-1=N×（AUG+SOH）.将低速支路信号复用成STM-N信号需要经过映射、定位和复用三个步骤。1）映射映射指在SDH网络边界把支路信号适配装入VC的过程。映射的目的是使信号能与相应的VC包封同步，以使VC成为能独立进行传送、复用和交叉连接的实体。映射的过程是将各种速率（140Mb/s、34Mb/s、2Mb/s）信号先经过码速调整，分别装入到各自相应的标准容器中，再加上相应的低阶或高阶的通道开销，形成各自相对应的虚容器的过程。为了适应各种不同的网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种模式。二、映射、定位和复用3）复用

复用（狭义复用）指把支路单元TU-12(或支路单元组TUG2)、TU-3(或支路单元组TUG2)编入高阶虚容器VC-4或把管理单元AU-4(或管理单元组AUG)编入STM-N，并加入段开销的过程。由于经过指针处理后，各虚容器间已经互相同步，复用为同步复用。复用采用字节间插复用方式，即复用时按顺序从各支路中读取一个字节，把各支路信号字节进行交错间插，组成一个新的包含各支路信号的数据流。2）定位定位或称指针处理是指通过指针把VC指配到TU或AU中的过程。定位过程通过指针调整，使指针值始终指向低阶VC帧的起点在TU净负荷中或高阶VC帧的起点在AU净负荷中的具体位置，使接收端能正确地分离相应的VC，定位过程示意图如图5-7所示。在AU和TU中分别有AUPTR和TUPTR，这两种指针的设置是SDH的一大特点，是同步数字系列和异步数字系列的重大区别之一。在SDH的复接过程中，容器（C）、虚容器（VC）、支路单元TU、支路单元组TUG和管理单元AU、管理单元组AUG之间的关系，及其映射、指针处理和复用操作的过程如图5-7实例所示。它们在SDH的分层结构中的位置与操作如图5-8所示。图5-8SDH复用基本单元在分层结构中的位置与操作三、各术语及其相互关系5.3.2SDH复用结构与方法一、SDH复用方式

SDH的复用包括两种情况：一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号。这种复用主要通过字节间插复用方式来完成，复用的个数是四合一，即4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16。另一种是低速支路信号（例如：2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s）复用成SDH信号STM-N。这种复用就是将PDH信号复用进STM-N信号中去，传统的方法有比特塞入法（又叫做码速调整法）和固定位置映射法两种，其中比特塞入法无法直接从高速信号中上/下低速支路信号，固定位置映射法引入的信号时延过大。因此，SDH采用字节间插复用的时分复用方式，将各种速率的信号以及ATM或IP等分组业务通过映射、定位和复用操作，形成STM－N帧送入信道中传输，如图5-10所示。图5-10SDH复用示意图二、SDH复用结构

ITU-TG.709规定了一整套完整的SDH复用结构，可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。ITU-T规定的SDH复用结构如图5-11。图5-11ITU-T规定的SDH复用结构尽管一种支路信号复用成SDH的STM-N的路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须唯一化。我国的光同步传输网技术体制规定了以2Mb/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用路线，其结构见图5-12所示。图5-12我国SDH复用结构三、STM-1复用过程实例分析首先,将140Mb/s的PDH信号经过码速调整（比特塞入法）适配进C4，C4是用来装载140Mb/s的PDH信号的标准信息结构，主要作用就是进行速率调整，C4的帧结构如图5-13所示。140Mb/s的信号装入C4也就相当于将其打了个包封，使140Mb/s信号的速率调整为标准的C4速率。C4的帧结构是以字节为单位的块状帧，帧频是8000帧/秒，也就是说经过速率适配，14