光同步数字体系的研究与分析.doc

摘 要现代社会通信日益发达，对传输网络的要求越来越高，同步数字体系SDH作为准同步数字体系PDH的替代品而出现，并且不断更新完善以适应市场需求，成为当今光纤传输体系的主流。到目前为止，还没有出现可完全替代SDH的新技术，有的只是现有SDH技术的发展和补充，这也证明了SDH强大的生命力。鉴于SDH广泛的应用及未来良好的发展潜力，众多学者展开对SDH的研究，同时也为SDH的发展提供了强劲的动力。本次研究主要是了解SDH相关知识，并无高精尖技术方面的研究。论文主要从SDH的产生背景、工作原理出发，介绍了SDH的产生、特点以及未来发展（包括多业务传送平台MSTP和IP Over SDH技术），SDH帧结构，SDH映射、定位及复用，SDH同步与定时，SDH网络结构、网络管理以及网络保护与恢复，并结合应用实例进行讲解，最后介绍了部分SDH系统测试内容。关键词：PDH，同步复用，SDH，MSTP,IP over SDHIVABSTRACTNowadays telecommunication is developing fast, theres higher and higher demand for transmission network. SDH (Synchronous Digital Hierarchy), as a substitute of PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), keeping update to meet the market demand, has become the mainstream optical transmission system. So far, there is no alternative to SDH technology, only the extensions of SDH technology. This also proves SDH has strong vitality.Because of the wide range of SDH applications and good potential on future development, many scholars research on SDH, meantime this provide the development of SDH a strong driving force. This study is to understand basic knowledge of SDH, there is no high-technology research. This paper introduced the generation of SDH, characteristics of SDH and SDHs future development (including the Multi-Service Transport Platform and IP Over SDH technology), SDH frame structure, SDH mapping, positioning and multiplexing, SDH synchronization and timing, SDH network architecture, network management and network protection and recovery, combined with the application of examples to explain, and at last introduced some of the contents of the test SDH system.Keywords: PDH, Synchronous Multiplexing, SDH, MSTP, IP over SDH目 录第1章 SDH概述11.1 SDH的产生背景11.2 SDH的基本概念11.3 SDH的特点21.4 SDH与PDH的比较31.4.1 PDH的技术特点31.4.2 PDH存在的问题41.5 SDH的应用发展5第2章 SDH传输原理52.1 基本传输单元SDH帧62.2 传输中的复用与映射72.2.1 基本复用单元72.2.2 SDH的复用92.2.3 SDH的映射与定位102.3 传输数据速率11第3章 SDH的网络133.1 SDH的网络结构133.1.1 SDH传输网基本物理拓扑结构133.1.2 我国SDH传送网结构133.1.3 SDH网元143.2 SDH的组网技术163.2.1 SDH的网络分层163.2.2 SDH网络同步与定时183.2.3 SDH网络保护与恢复213.3 SDH的网络管理263.3.1 电信管理网TMN263.3.2 SDH管理网SMN263.4 SDH的组网应用实例283.4.1 SDH在广电传输网的应用283.4.2 京九铁路商龙段SDH传输系统29第4章 SDH的技术发展314.1 SDH发展方向314.2 多业务传送平台MSTP334.2.1 MSTP基本原理334.2.2 MSTP发展过程344.2.3 MSTP关键技术364.2.4 MSTP主要应用方向374.2.5 MSTP应用实例384.3 IP Over SDH394.3.1 IP Over SDH概念及特点394.3.2 IP Over SDH的应用41第5章 SDH测试425.1 传送能力测试425.1.1 虚容器BER测试425.1.2 映射测试425.1.3 去映射测试435.2 指针测试435.2.1 定时偏移测试435.2.2 支路输出抖动测试445.3 嵌入开销测试455.3.1 告警测试455.3.2 性能监视测试455.3.3 协议测试465.4 线路接口测试46结 论48参考文献49致 谢- 50 -第1章 SDH概述1.1 SDH的产生背景同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy缩写为SDH）出现以前，沿用的数字传输设备均属准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy缩写为PDH）。随着光纤通信的发展、网络的广泛应用和普及、电信新业务的不断涌现，都对传输网的可靠性、灵活性和针对性提出更高的要求。在这种情况下，PDH逐渐显露出它的诸多局限和不足。11998年，国际电联标准部ITU-T的前身国际电报电话咨询委员会CCITT，与美国国家标准化协会ANSI的TI委员会达成协议，将同步光纤网SONET（Synchronous Optical Network）修订为世界电信标准，重新命名为同步数字体系SDH(Synchronous Digital Hierarchy)，使之成为既适用于光纤也适用于微波和卫星传输的完整严密的传输网技术体系。SDH是一种新的数字传输体制，它将成为电信传输体制的一次革命。21.2 SDH的基本概念同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），根据ITU-T的建议定义，是不同速度的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。图1.1 SDH帧结构SDH用来承载信息的是一种块状帧结构，该块状帧如图1.1所示由纵向9行和横向270N 列字节组成，每个字节含8比特。整个帧结构由段开销（SOH）区、净负荷（payload）区和管理单元指针（AU PTR）区三部分组成。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。净负荷区域用来存放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域内的信息首字节在STM- NSDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STMN（Synchronous Transmission Module，N=1，4，16，64），最基本的模块为STM1，四个STM1同步复用构成STM4，16个STM1或四个STM4同步复用构成STM16。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，按由左向右、由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每帧传输时间为125s ，每秒传输1/12510-6=8000帧。对STM-1而言每帧能传输的比特数为8（27091）=19440b，STM-1的传输速率为194408000=155.52Mb/s，而STM-4为622.080Mb/s、STM-16为2488.320Mb/s。各种业务信号进入SDH的帧结构都要经过三个步骤，即映射、定位和复用。映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器C中，同时加入通道开销POH形成虚容器VC。定位就是将帧相位发生偏差（帧偏移）的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道，或将多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。映射、复用及定位的有关详细内容将在后续章节介绍。31.3 SDH的特点SDH传输网体系主要有以下特点4：（1） 统一的网络节点接口 对网络节点接口（NNI）进行了统一的规范，它包括数字速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。SDH实现了横向兼容，可以容纳北美、日本和欧洲的现有数字系列，使得PDH体系信号在STM-1等级上获得了统一。（2） 统一的光接口标准 SDH体系采用了NRZ码加扰码的光线路码型，克服了PDH体系信号在光接口上传输速率不同的缺点，实现了不同厂家生产的设备在光线路上的互通。（3） 传输速率高，传输容量大 高速的SDH信号是通过将STM-N信号按字节间插或按码块间插同步复接而成。商用的40Gbit/s的光纤系统已经投入使用。（4） 良好的兼容性 SDH网络不仅与现有的PDH网络完全兼容，还能容纳各种新业务信号，SDH体现了前向和后向的兼容性，成为公共的传输平台。（5） 灵活的复用映射结构 SDH标准规定了严格的映射复用方法，并采用指针技术，支路信号在线路信号中的位置是透明的，可以直接从STM-N中灵活地上下支路信号，无需通过逐级复用就可以实现分插功能，从而减少了设备的数量，简化了网络结构，提高了传输性能。（6） 完善的保护和恢复机制 SDH网络具有智能检测的网管系统和网络动态配置功能，自愈能力极强。当设备发生故障时，能迅速恢复业务，从而提高了网络的可靠性，降低了维护费用。（7） 强大的网络管理能力 SDH的帧结构中有丰富的开销比特，因而网络运行、管理和维护（OAM）能力极强。由于SDH采用的是分层的网络结构，能实现分布式管理，所以每一层网络系统的信号结构中都安排了足够的开销比特来实现OAM。 综合上述特点，SDH最核心的特点是同步复用、标准光接口及强大的网管能力。41.4 SDH与PDH的比较1.4.1 PDH的技术特点PDH技术最大的特点就是准同步复接 在复接异源信号之前,要对各个支路的信号实施频率和相位调整,使之成为同步的数字信号,然后在进行复接,这种复接方式称为准同步复接。，具体的说就是各支路信号之间并不完全同步，而是在标称值附近有一定的容差。从一次群（速率：2.048Mbit/s）、二次群（速率：8.448Mbit/s）、三次群（速率： 图1.2 准同步复接示意图34.368Mbit/s）、四次群（速率：139.264Mbit/s）、五次群（速率：564.992Mbit/s）的速率可以看出，相邻等级信号之间的速率不成4倍的关系，因为各支路信号不完全同步，所以就决定了它们不能直接进行复接，而是要先进行码速调整，使各支路信号保持同步后才能复接。图1.2所示的是准同步支路时钟fi，经码速调整后在进行同步复接的过程。3 1.4.2 PDH存在的问题（1）只有地区性电接口标准原CCITT建议的国际上通行速率的等级只有3种，即欧洲系列、北美系列与日本系列，因此只有地区性的数字速率和帧结构标准，而没有世界性的标准。三者之间互不兼容，是国际通信互联的瓶颈。（2）没有世界性的标准光接口规范各个厂家各自采用自行开发的线路码型，使得在同一数字等级上光接口信号的速率不同，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容，即限制了联网应用的灵活性。（3）准同步复用传输性能差，复用结构缺乏灵活性由于PDH系列属于准同步复用。如图1.3所示，由低次群到高次群的复用，需要逐级码速调整，以达到速率的匹配和容纳时钟频率的偏差。除此之外，由于每级设备都需要进行码型变换、定时、复用/解复用过程，因此上下电路极不方便。图1.3 PDH中分插支路信号的过程（4）承载信号的类型单一PDH传输体制主要是用来传输语音业务，难以满足现代通信的综合化、网络化、智能化方向的发展要求。（5）网络拓扑缺乏灵活性PDH传输网络基本上是以点对点为主，缺乏网络拓扑的灵活性。不能提供最佳的路由选择，数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占据了业务流量的大部分，无法经济地提供不断出现的新业务。（6）网络管理功能不全PDH复用信号帧结构中用于网络运行、维护、和管理（OAM）的比特很少，只是在线路编码中用插入比特的方法来传输一些监控信号，但无法对传输网实现分层管理和对通道的传输性能实现端到端的监控；网络管理功能不全，无法适应不断演变的电信网要求。而且，各厂家自行开发的管理系统和不规范的接口，不利于互联，也不利于形成一个统一的电信管理网。（7）网络的调度性及自愈功能差PDH传输系统网络运行和管理主要是靠人工对数字信号进行交叉连接，无法经济地对网络组织/电路带宽和业务提供在线实时控制，难以满足用户对网络动态组网和新业务接入的要求，因此网络的调度性及自愈功能差。41.5 SDH的应用发展SDH网的沿线分插和自愈能力使之在本地网与接入网中具有广阔的应用前景。SDH可以作为宽带综合业务数字网B-ISDN环境及非B-ISDN环境，如FTTC(光纤到路边)、HFC(光纤同轴电缆混合)以及基于金属线的VHDSL（超高速数字用户线)等方式的接入网。SDH除了用于光纤传输系统外，还可用在数字微波通信系统(如2155 Mbits系统)，SDH卫星通信也将成为现实。SDH微波通信系统作为光纤SDH系统的补充，可以使光纤网克服地理条件和气候条件而形成闭合环路，同时也可以作为整个通信网的安全保护手段。1SDH作为一种新的技术体制还存在一些缺陷，主要表现在一下3个方面：频带利用率不如PDH系统；指针调整机理复杂；软件的大量应用影响系统的安全性。因此，SDH需要不断更新发展以适应时代的需求。如今SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。SDH技术与一些先进技术相结合，如光波分复用（WDM）、异步传输模式（ATM）技术、Internet技术（IP over SDH）等，使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向，具有远大的商用前景。这也是我选课题时所考虑到的，本文以下主要内容包括：SDH的传输原理，包括传输基本单元帧结构，复用、定位及映射原理等；SDH的网络分层，我国SDH传输网结构，常用SDH网元，网络的同步与定时，网络保护与恢复以及网络管理；SDH传输系统测试等等。SDH相关技术发展，包括下一代SDH展望，以及IP Over SDH和MSTP的研究；SDH在广电系统和京九铁路商龙段应用实例及MSTP在珠海应用实例；第2章 SDH传输原理2.1 基本传输单元SDH帧结构及相应的信息格式是SDH的核心，它的结构会直接影响到传送业务信息的灵活性、对外的兼容性和适应性。SDH的帧结构如图2.1所示。图2.1 SDH帧结构图其中RSOH为再生段开销；MSOH为复用段开销；AU PTR为管理单元指针；POH为通路开销。帧结构中的指针是SDH所特有的概念和功能，用来指出净负荷的第1个字节在STM-N帧内的准确位置，用来实现净荷信息的同步。1段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节，主要是供网络运行、管理和维护使用。帧结构中横向为第1至9N列、纵向第1至第3行和第5至第9行的共89N个字节已分配给段开销。对于STM-1而言，相当于每帧有89B=72B（576bit）可用于段开销。由于每秒传8000帧，因而，STM-1有4.608Mbit/s可用于网络运行、管理和维护（OAM）。具有丰富的段开销用于网络的OAM是SDH传送网的重要特点。AU PTR是一种指示符，主要用来指示信息净负荷的第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接受端正确地分解。帧结构中横向为第1至第9N列、纵向第4行共9N个字节是保留给AU PTR用的。对于STM-1，相当于每帧有19B=9B （72bit）。每秒传8000帧，因而STM-1管理单元指针为0.576Mbit/s。采用指针方式是SDH的重要创新，使之可以在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的延时和性能损伤。信息净负荷区就是帧结构中存放各种信息容量的地方。帧结构中横向为10至第270N列、纵向第1至第9行的共9261N个字节都属于净负荷区域。其中还有少量的用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节（POH）。通道开销分为低阶通道开销和高阶通道开销。通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送。52.2 传输中的复用与映射SDH的通用复用和映射过程如图2.2所示。其中，C为容器，用来加载相应的PDH信息；VC为虚容器，为附加了POH的C；TU和AU为加了指针控制的VC。其中右边表示各等级PDH的信息速率。从图中可以看出，SDH对PDH信号可以兼容；SDH信息构成可以很灵活，同一STM-N信息模块可由多种复用途径来形成；网管信息包含在信号之中，便于提高服务质量。图2.2 ITU-T G.707复用映射结构由图2.2可以看出SDH复用结构是由一些基本复用单元组成的，有若干中间复用步骤的复用结构。12.2.1 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），对应于PDH系列中的等级序号。容器（C）是用来装载各种速率的业务信号的信号结构。针对PDH速率系列ITU-T建议G.707规定了C-11、C-12、C-2、C-3和C-4五种标准容器。其标准输入比特率分别为1544kbit/s、2048kbit/s、6312kbit/s、8448kbit/s、34368kbit/s和139264kbit/s。参与SDH复用的各种速率的业务信号都应该通过码速调整等适配技术，装进一个恰当的标准容器。已装载的标准容器又作为虚容器的信息净负荷。虚容器（VC）是用来支持SDH的通道层连接的信息结构，它是SDH通道的信息终端，其信息由容器的输出和通道开销（POH）所组成，即VC-n=C-n+VC-n POH。支路单元（TU）是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构，其信息TU-n由一个相应的低阶VC-n和一个相应的支路单元指针TU-n PTR组成，即TU-n=VC-n+TU-n PTR。一个或多个TU的集合称为支路单元组TUG。管理单元（AU）是提供高阶通道层和复用层之间适配的信息结构。有AU-3和AU-4两种管理单元。其信息AU-n由一个相应的高阶VC-n和相应的管理单元指针AU-n PTR组成，即AU-n=VC-n+AU-n PTR n=3，4。一个或多个AU的集合称为管理单元组AUG。下列表是一些SDH基本复用单元的参数：5表2.1 各类容器的主要参数容器C-4C-3C-2C-12C-11周期或复帧周期/s125125500500500帧频或复帧频率/Hz80008000200020002000结构26098494(129-1)-14(99-1)-14(39-1)-1容量/B2340756427139103速率/（Mbit/s）149.76048.3846.8322.2241.684表2.2 各类虚容器的主要参数虚容器VC-4VC-3VC-2VC-12VC-11周期或复帧周期/s125125500500500帧频或复帧频率/Hz80008000200020002000结构26198594(129-1)4(99-1)4(39-1)容量/B2349765428140104速率/（Mbit/s）150.33648.9606.8482.2401.664表2.3 各类支路单元和管理单元的主要参数支路单元和管理单元AU-4AU-3TU-3TU-2TU-12TU-11周期或复帧周期/s125125125500500500帧频或复帧频率/Hz800080008000200020002000结构2619+9879+3859+34(129)4(49)4(39)容量/B2358786768432144108速率/（Mbit/s）150.91250.30449.1526.9122.3041.7282.2.2 SDH的复用复用是一种使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信号适配进复用层的过程，即以字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。由于经由TU和AU指针处理后的各VC支路已经相位同步，此复用过程为同步复用。复用原理与数据的并串变换类似。5传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种：码速调整法和固定位置映射法。码速调整法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，也就是说不能直接从高速信号中上/下低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是PDH的复用方式。固定位置映射法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125s（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷，比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号；固定位置映射法引入的信号时延过大。4SDH网络中的复用包括三种情况：低阶SDH信号复用成高阶SDH信号；低速支路信号（例如E1、E3、E4）复用成SDH信号STM-N；大于C-4容量（139.760Mbit/s）的高速信号（如高清晰度电视信号和IP路由信号）复用进STM-4和STM-16。第一种情况复用的方法主要通过字节/码块间插复用方式来完成的。复用的个数是4合一，即4STM-1STM-4，4STM-4STM-16。在复用过程中保持帧频不变（8000帧/秒），这就意味着高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM-N帧中，段开销并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去。SDH网络的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如：将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤。这就要求SDH网络需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。在这种复用结构中，通过指针调整定位技术来取代125s缓存器用以校正支路信号频差和实现相位对准，各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于间插复用）三个步骤。第三种情况通过级联的方法实现。级联是一种结合过程，把多个虚容器组合起来，使得它们的组合容量可以当作一个保持比特序列完整性的单个容器使用。级联分为相邻级联和虚级联。VC-4相邻级联就是将相邻的X个C-4的容量拼在一起，相当于形成一个大的容器，来满足大于C-4的大容量客户信号传输的要求。VC-4级的虚级联就是把X个不同的STM-N中VC-4拼在一起形成一个大的虚容器作为一个整体使用。2.2.3 SDH的映射与定位2.2.3.1 SDH的映射映射是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器的过程。象我们经常将各种速率（140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/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，映射有三种方法与两种工作模式。先介绍三种方法：（1）异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制（信号有无帧结构均可），也无需其与网同步，仅利用正码速调整或正/零/负码速调整将信号适配装入VC的映射方法。它具有一定的码速调整能力和定时透明性。（2）比特同步映射是一种对映射信号结构无任何限制，但要求其与网同步，从而无需码速调整即可使信号适配装入VC的映射方法。因此，可认为比特同步映射是异步映射的特例或子集。（3）字节同步映射是一种要求映射信号具有块状帧结构（例如PDH基群帧结构），并与网同步，无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方式。它特别适用于在VC-1X（X=1，2）内无需组帧和解帧地直接接入和取出64kbit/s或N64kbit/s信号。6还有两种模式：（1）浮动VC模式指VC净负荷在TU内的位置不固定，由TU-PTR指示VC起点的一种工作方式。它采用了TU-PTR和AU-PTR两层指针来容纳VC净负荷与STM-N帧的频差和相差，引入的信号时延最小（约10s）。采用浮动模式时，VC帧内可安排VC-POH，可进行通道级别的端对端性能监控。三种映射方法都能以浮动模式工作。（2）锁定TU模式是一种信息净负荷与网同步并处于TU帧内的固定位置，因而无需TU-PTR来定位的工作模式。PDH基群只有比特同步和字节同步两种映射方法才能采用锁定模式。锁定模式省去了TU-PTR，且在TU和TUG内无VC-POH，采用125s的滑动缓存器使VC净负荷与STM-N信号同步。这样引入信号时延大，且不能进行端对端的通道级别的性能监测。综上所述，三种映射方法和两类工作模式共可组合成五种映射方式，当前最通用的异步映射浮动模式最适用于异步/准同步信号映射，包括将PDH通道映射进SDH通道的应用，能直接上/下低速PDH信号，但是不能直接上/下PDH信号中的64kbit/s信号。异步映射接口简单，引入映射时延少，可适应各种结构和特性的数字信号，是一种最通用的映射方式，也是PDH向SDH过渡期内必不可少的一种映射方式。当前各厂家的设备绝大多数采用的是异步映射浮动模式。浮动字节同步映射接口复杂但能直接上/下64kbit/s和N64kbit/s信号，主要用于不需要一次群接口的数字交换机互连和两个需直接处理64kbit/s和N64k/s业务的节点间的SDH连接。2.2.3.2 SDH的定位定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程。即以附加于VC上的支路单元指针(或管理单元指针)指示和确定低阶VC帧的起点在高阶净负荷中(或高阶帧的起点在AU净负荷中)的位置。在发送相对帧相位偏差使VC帧起点浮动时，指针值随之调整，从而始终保证指针值准确指示VC帧的起点的过程。指针分为管理单元指针AU PTR和支路单元指针TU PTR。AU-4指针提供AU-4帧中灵活的动态的VC-4定位方法。TU-3指针提供一种在TU-3帧中灵活和动态地调整VC-3的方法，定位过程与VC-3的实际内容无关。TU-12指针仅用于浮动映射。TU-12指针提供一种在TU-12复帧中灵活、动态地定位VC-12的方法，它与VC的实际内容无关。42.3 传输数据速率表2.4 SONET/SDH数据速率光传输层级SONET帧格式SDH层级和帧格式净负荷带宽(kbit/s)线速率(kbit/s)OC-1STS-1STM-050，11251，840OC-3STS-3STM-1150，336155，520OC-12STS-12STM-4601，344622，080OC-24STS-241，202，6881，244，160OC-48STS-48STM-162，405，3762，488，320OC-192STS-192STM-649，621，5049，953，280OC-768STS-768STM-25638，486，01639，813，120OC-3072STS-3072STM-1024153，944，064159，252，240第3章 SDH的网络3.1 SDH的网络结构3.1.1 SDH传输网基本物理拓扑结构网络拓扑结构的选择对于传输网的组建具有十分重要的作用， 网络的拓扑结构将涉及到网络中业务的要求、业务的流向、网络对未来新业务支持的适用性、网络的保护及调度方式、网络建设的条件及建设运营费用等诸多因素。网络的物理拓扑结构即网络节点和传输线路的排列，反映了物理上的连接性。网络的灵活性、可靠性和经济性在很大程度上与网络具体的物理拓扑有关。传输网的基本物理拓扑形式通常分为线形、星形、树形、环形、网状等形式。一般来说，用户接入网往往适用于星形和环形，中继网往往适用于环形和线性，长途网适用于网状形和环形。但许多实际情况错综复杂，常常在一个网络中采用多种拓扑类型的有机组合。7图3.1 传输网基本物理拓扑形式3.1.2 我国SDH传送网结构第一级为省级干线网，主要用于省会城市间的长途通信，由于其间业务量较大，因而一般在各城市的汇接节点之间采用STM-64、STM-16高速光链路，而在各汇接节点城市装备数字交叉连接DXC设备，例如DXC4/4，从而形成一个以网孔形结构为主，其它结构为辅的大容量、高可靠性的骨干网。由于使用了DXC4/4设备，这样可以直接通过DXC4/4中的PDH体系140Mbit/s接口，将原有的140Mbit/s和565Mbit/s系统纳入到长途一级干线之中。第二级为省内干线网，用于省内的长途通信。考虑其具体业务量的需求，通常采用网孔形或环形骨干网结构，有时也辅以少量线形网络，因而在主要城市装备DXC设备，其间用STM-4或STM-16高速光纤链路相连接，形成省内SDH网络结构。同样由于在其中的汇接点采用DXC4/4或DXC4/1设备，因而通过DXC4/1上的2Mbit/s、34Mbit/s和140Mbit/s接口，从而使原有的PDH系统也能纳入二级干线进行统一管理。第三级为中继网，主要由用于长途端局与市话局之间以及市话局之间通信的中继网构成。根据区域划分法，可分为若干个由分插复用器ADM组成的STM-4或STM-16高速环路，也可以是用路由备用方式组成的两节点环，而这些环是通过DXC4/1设备来沟通，既具有很高的可靠性，又具有业务量的疏导功能。第四级为接入网。由于处于网络的边界处，业务容量要求较低，而且大部分业务量汇聚于一个节点（端局）上，因而可以采用环形网络结构，也可以采用星形网络结构，其中是以高速光纤线路作为主干链路来实现光纤用户环路系统（OLC）的互通，或者经由ADM或TM来实现与中继网的互通。速率为STM-1或STM-4，接口可以为STM-1光/电接口、PDH体系的2Mbit/s、34Mbit/s和140Mbit/s接口、普通电话用户接口、小交换机接口、2B+D或30B+D接口以及城域网接口等。4 图2.2 我国SDH传送网结构3.1.3 SDH网元SDH网是由一些基本网元构成的。目前，实际应用的基本网元有4类，即终端复用器TM，分插复用器ADM，再生中继器REG和数字交叉连接设备DXC。当然，尚有其他一些非基本网元（调制解调器等）。另外有些设备实际包括了多种网元的功能，但最基本最常用的网元就是上述几种。9SDH设备是实现光同步传输网的重要物理手段。终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）和数字交叉连接设备（DXC）这些设备功能不同，但都有统一的标准光接口，不同厂家的产品能够实现横向兼容。以STM-1等级为例，TM和ADM的功能分别如图3.3所示。图3.3 STM-1终端复用器STM-1 terminal multiplexerTM的主要任务是将低速支路的电信号和155Mbit/s电信号装入STM-1帧结构中，并经电/光转换为STM-1光线路信号。其逆过程正好相反。图3.4 STM-1分插复用器STM-1 add-drop multiplexerADM是一种将TM和数字交叉连接功能综合于一体的设备，可以灵活地分插任意支路信号，在网络设计上有很大灵活性，因此应用很广泛。ADM利用其内部的时隙交换可以方便地实现带宽管理，即允许2个STM-N信号之间的不同VC实现互联，功能上相当于含有一个小型的DXC。利用ADM可以组成形式多样的自愈环，既可以应用于用户网和市内局间中继网，也可以应用于长途网；当然，ADM也可以用做TM。典型的ADM产品有Siemens公司的SMA-1，GPT公司的SMA-4，朗讯（Lucent）科技公司的ADM155系列、WaveStar ADM等。DXC相当于自动数字配线架，是一种具有1个和多个PDH或SDH信号端口，并至少可以对任何端口信号速率或子速率与其他端口信号速率或子速率进行可控连接和再连接的设备。实用于SDH的DXC能进一步在接口端口间提供可控的VC透明连接和再连接。DXC的简化结构如图3.5所示。图3.5 DXC的简化结构Simple structure of DXCDXC的输入输出端口与传输系统相连。DXC的核心部分是交叉连接模块，参与交叉连接的速率一般不高于接入速率。交叉连接速率与接入速率之间的转换需要由复用和解复用功能来完成。DXC在传输网中的基本用途是进行自动化网络管理，着眼点在网络。DXC可以看成是程序控制的数字分配架（DDF），主要功能有：分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅速提供可用路由；为临时性重要事件迅速提供电路；当网络出现故障时，能迅速提供网络的重新配置；按业务流量的季节变化使网络最佳化；网络运营者可自由地在网中混合使用不同的数字体系（PDH或SDH），并作为PDH和SDH的网关使用。可见，DXC是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能传输设备。它不仅直接代替了复用器和数字配线架，具有尺寸小、可靠性高的特点，而且可以为网络提供迅速、有效的连接和网络保护/恢复功能，并能经济、有效地提供各种业务，增加运营收入，具有很好的经济效益。DXC是整个SDH传输网的核心设备。DXC的引入可以提高灵活性、利用度，对传送的每一终接信号的性能进行充分控制。相关产品有Siemens公司的SXC4系列，朗讯（Lucent）科技公司的DACSVI-2000，WaveStarDACS4/4/1等。13.2 SDH的组网技术3.2.1 SDH的网络分层SDH传送网共分为通道层和传输媒质层。下层为上层提供透明服务，上层为下层提供服务内容。图3.6 SDH传送网分层模型 （1） 电路层网络电路层网络直接为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务和租用线业务等。主要节点设备有交换机、用于租用线业务的交叉连接设备及IP路由器等。（2） 通道层网络通道层网络支持一个或多个电路层网络，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的通道（即电路群）。通道层网络又可以进一步划分为高阶通道层和低阶通道层。通道的建立由交叉连接设备负责，可以提供半永久连接。SDH网的一个重要特点是能够对通道层网络的连接进行管理和控制，使网络应用十分灵活、方便。通道层网络与其相邻的传输介质网络是相互独立的，但可以讲各种电路层业务映射进复用段层所要求的格式中。（3） 传输介质层网络传输介质层网络与传输介质（如光缆、微波）有关，支持一个或多个通道层网络，为通道层网络节点（如DXC）间提供适当通道容量。STM-N可作为传输介质层网络的标准等级容量。传输介质层网络可进一步划分为段层网络和物理媒质层网络（简称物理层），其中，段层网络涉及到为通道层两个节点间提供信息传递的所有功能，而物理层涉及具体的支持段层网络的传输介质，如光缆和微波。在SDH网中，段层网络又可以进一步分为复用段层网络和再生段层网络，其中，复用段层网络为通道层提供同步和复用功能，并完成复用段开销的处理和传递；再生段层网络涉及再生器之间、再生器与复用段终端之间的信息传递，诸如定帧、扰码、再生段误码监测及再生段开销的处理和传递。43.2.2 SDH网络同步与定时3.2.2.1 关于同步的一些基本概念同步：同步是指两个或多个信号之间在频率或相位上保持某种特定的关系。在数字通信网中，同步通常是指网内所有的数字设备的时钟在频率或相位上都控制在预定的容差范围内。同步网：同步网是指数字同步网的简称，它是一个物理网，由同步网节点设备（各级时钟）和定时链路组成。同步网的作用是为其他网络提供定时参考信号。网同步：网同步是一个广义上的概念，用来描述网络中将公共频率信号或时间信号传送到所有网元（Network elements）的方法。网同步通常要求整个通信网中各数字设备时钟保持同步，而时钟同步包括频率同步和时间同步，但目前已建成的同步网尚不能实现时间同步。同步方式：SDH网的同步方式与数字同步网的工作方式、运行状态及工作环境有关。我国采用的同步方式有全同步方式、准同步方式、主从同步方式、互同步方式以及混合同步方式。目前数字通信网中实际使用的时钟类型主要分4类：铯原子钟；石英晶体振荡器；铷原子钟；全球定位系统GPS。我国数字同步网中时钟采用等级制，主基准时钟PRC和区域基准时钟LRP为一级基准时钟，由ITU-U的G.811建议规范；省中心除LRP外的时钟及地市级、部分汇接时钟为二级，由ITU-U的G.812建议规范；部分汇接局时钟和端局时钟为三级，由ITU-U的G.812建议规范；由ITU-U的G.813建议规范的数字小交换机、远程模块或SDH网元从时钟定为四级时钟。3.2.2.2 SDH网同步的必要性在SDH网中，各网元之间的频率偏差是通过指针调整来修正的，由于SDH网元是以字节为单位进行复用的，所以指针调整也是以字节为单位进行的。指针调整会引起相位抖动，一次指针调整不会超出网络接口所规定的指标，但当指针的调整速率不能受到控制而使抖动频繁的出现和积累并超过网络接口抖动的规定指标时，将引起信息净荷出现差错，因此，在SDH网中，网元内必须保持同步工作。对于PDH和SDH网互通情况，指针调整会使SDH解同步器和互连的PDH（2Mbit/s）设备性能劣化，导致抖动 定时抖动（简称抖动）定义为数字信号的有效瞬间相对于其理想时间位置的短时间偏离。所谓短时间偏离是指变化频率高于10Hz的相位变化，而低于10Hz的相位变化成为漂移。超标甚至产生严重损伤。有了同步网的支撑，指针调整将减少，对业务的影响也会减轻。对于SDH网上承载业务的一些设备，如蜂窝通信网的基站，同样需要传送网承载高精度的频率或时间基准，因此，SDH网仍然需要同步网的支撑才能发挥作用。3.2.2.3 我国的数字同步网现阶段，我国的数字同步网采用的是分布式多基准时钟方式，可由多个基准时钟控制的网络，各基准时钟间按准同步方式运行，对同步网内各节点划分等级，节点之间是主从关系，如图3.7所示。目前我国在北京和武汉建立了两个铯原子钟，或以铯时钟组为主与GPS接收机相结合的高精度主基准时钟，称为PRC；除在北京和武汉以外的其他省市网络中心（以下简称省中心）建立以铷时钟与GPS接收机相结合的高精度区域基准时钟，称为LPR。PRC产生的定时基准信号通过定时基准传输链路送到各省网络中心，为LPR提供基准信号。LPR由同步供给单元SSU和全球定位系统GPS构成，以GPS信号为主，当GPS信号出现故障或信号质量不满足要求时，LPR将通过地面链路直接或间接跟踪北京或武汉的PRC。LPR之间采用准同步方式，各省市以区内LPR为基准时钟建立区内的分级数字同步网。4 图3.7 我国数字同步网结构示意图3.2.2.4 SDH网同步的要求SDH网同步的要求主要体现在以下几个方面：（1） 同步定时基准传输链SDH同步网定时基准传输链如图3.8所示，各节点时钟经N个SDH网元互连，其中，每个网元都配备有一个符合ITU-T建议G.813要求的时钟。最长的基准传输链所包含的G.812从时钟数不超过K个。由于链路越长，定时的损伤越大，因此节点间允许的SDH网元数最终受限于定时基准链最后一个网元的定时质量。通常规定，在一条定时路径上SSU的个数应少于10