光纤通信系统-第6章SDH技术.doc

第6章 同步数字体系（SDH）高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，且通过通信网进行传输、交换和处理的信息量不断增大，现代化的通信网正朝着数字化、综合化、智能化和个人化方向发展。传统的准同步数字体系（PDH）已经不能适应现代通信网发展的要求，不断暴露出一些难以克服的缺点，随之而产生的同步数字体系（SDH）是完全不同于准同步数字体系的新一代的传送网体系。本章将介绍其产生的技术背景、基本概念、主要特点和基本原理。6.1 SDH基本概念6.1.1 SDH的产生80年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模的应用。其应用场合已经逐步从长途通信、市话局间中继通信转向接入网。光纤通信的廉价、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。然而，随着电信网的发展和用户的要求，传统的基于点对点传输的准同步（PDH）系统暴露出一些固有的、难以克服的弱点：1. 只有地区性的数字信号速率和帧结构标准（PDH系列有北美和欧洲两个体系和三个地区性标准），不存在世界性标准。不同地区的速率标准不一致导致相互补兼容，国际互通十分困难。2. 没有世界性的标准光接口规范，导致各个厂家自行开发的专用光接口大量滋生。这些专用光接口无法在光路上互通，唯有通过光电变换转变成标准的电接口（G.703接口）才能互通，限制了联网应用的灵活性，也增加了网络的复杂性和运营成本。3. 准同步系统的复用结构，除了几个低速率等级的信号采用同步复用外，其他多数等级的信号采用异步复用，即靠塞入一些额外比特使各支路信号与复用设备同步并复用成高速信号。这种方式很难从高速信号中识别和提取低速支路信号。为了上下电路，唯一的办法就是将整个高速线路信号一步一步地解复用到所要取出的低速支路信号等级；上下支路后，再一步一步地复用至高速线路信号进行传输。可见复用结构不仅复杂，也缺乏灵活性，硬件数量大，上下业务费用高，数字交叉连接（DXC）的实现十分复杂。4. 传统的准同步系统的网络运行、管理和维护（OAM）主要依靠人工的数字交叉连接和停业务测试，因而复用信号帧结构中不需要安排很多用于网络OAM的比特。而今天，这种辅助比特的严重缺乏已经成了进一步改进网络OAM能力的重要障碍，使传统的准同步系统无法适应不断演变的电信网要求，更难以很好支持新一代的网络。5. 由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使得数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务流量的大部分。为了解决上述的传统的PDH体制的弊病，美国贝尔通信研究所提出来一种新体制，称为同步光网络（SONET）。继而由国际电信联盟标准化部门（ITU-T）的前身国际电报电话咨询委员会（CCITT）于1988年接受了SONET的概念，并重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不仅适于光纤也适于微波和卫星传输的通用技术体制。为了建立起世界性的统一标准，ITU-T自1988年至1998年期间陆续完成了有关SDH的30多个标准，涉及比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和光接口、SDH信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能和网络保护结构等。6.1.2 SDH的基本概念和特点光同步数字传送网是由一些SDH网元（NE）组成，在光纤上进行同步信息传送、复用和交叉连接的网络。它具有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程；它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-1、STM-4、STM-16，并具有一种块状帧机构，允许安排丰富的开销比特（即网络节点接口比特流中扣除净负荷后的剩余部分）用于网络的OAM；它的基本网元有终端复用器TM、分插复用器ADM和同步数字交叉连接设备SDXC等等，其功能各异，但都有统一的光接口，能够在基本光缆段上实现横向兼容性，即允许不同厂家设备在光路上互通；它有一套特殊的复用结构，允许现存准同步系统、同步数字体系和B-ISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性；它大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，适于将来的不断发展。作为一种全新的传送网体制，光同步数字传送网主要有下列特点：（1） 使1.5Mbit/s和2Mbit/s两大数字系统（3个地区性标准）在STM-1等级上获得统一。今后，数字信号在跨越国界通信时，不再需要转换成另一种标准，实现了数字传输体制上的世界性标准。（2） 采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。因而只需要软件就可以使高速信号一次直接分插出低速支路信号，这样既不影响别的支路信号，又不需要对全部高速信号进行解复用，省去了全套背靠背复用设备，使网络结构得以简化，上下业务十分容易，也使数字交叉连接（DXC）功能的实现大大简化。利用同步分插能力还可以实现自愈环形结构，改进网络的生存性。此外，背靠背接口的减少还可以改善网络的业务透明性，便于端到端的业务管理，使网络易于容纳和加速各种新的宽带业务的引入。（3） SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（大约占信号的5），因而使网络的OAM能力（诸如故障检测、区段定位、端到端性能监视等）大大加强。此外，由于SDH中的DXC和ADM等一类网元是智能化的，通过嵌入在SOH中的控制通路可以使部分网络光路功能分配到网元，实现分布式光路和单端维护，减少了物理链路和安装运行成本，还使新特性和新功能的开发比较容易。（4） 由于将标准光接口综合进各种不同的网元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。此外还可以减少光纤网络的成本。（5） SDH网具有信息净负荷的透明性。即网络可以传送各种净负荷及其混合体而不管其具体信息结构如何。净负荷与SDH网的接口仅仅在边界上才有，一旦净负荷装入虚容器后，网络内部所有设备只需处理虚容器即可，从而减少了光路实体数量，简化了网络管理。（6） SDH网还具有定时透明性。从理论上说，SDH是作为同步网工作的，网元连接至高精度基准时钟，这样可减少调整频率和改善网络性能。各种互通的网元可能属于不同的业务提供者，这样尽管在每一业务提供者范围内（同步岛）是同步的，但不同范围内却是伪同步的。SDH采取了指针调整技术使得净负荷可以在不同同步岛之间传送而不影响业务质量。换言之，SDH网的这种定时透明性使其能在伪同步状态下很好地工作，并有能力经受定时基准的丢失。（7） 由于用一个光接口代替了大量电接口，因而SDH网中所传输的业务信息，可以不必经由常规准同步系统所具有的一些中间背靠背电接口而直接经光接口通过中间节点，省去了大量相关电路单元和跳线光缆，使网络可用性和误码性能都得到改善。而且，由于电接口数量锐减导致运行操作任务的简化及备件种类和数量的减少，使运营成本大大减少。（8） SDH信号结构的设计，已经考虑了网络传输和交换应用的最佳性，因而在电信网的各个部分（长途、中继和接入网）中都能通过简单、灵活和经济的信号互连和管理，使得传统电信网各个部分的差别正在渐渐消失，彼此的直接互连变得十分简单和有效，从而在电信网中可能出现一个单一的SDHSONET基本网络设施。此外，由于有了唯一的网络节点接口标准，因此各个厂家的产品可以直接互连互通，从而可能使电信网最终工作于多厂家产品并实现互操作。（9） SDHSONET网与现有网络能完全兼容，即可兼容现有准同步体系的各种速率。同时，SDH网还能容纳各种新的业务信号，如FDDI、ATM、TCPIP等。简言之，SDHSONET网具有完全的前向和后向兼容性。上述特点中最核心的有3条，即同步复用、标准光接口和强大的网管能力。当然，作为一种新的技术体制不可能尽善尽美，也必然会有它的不足之处，例如：（1） 频带利用率不如传统的PDH系统。以2.048Mbit/s为例，PDH的139.264Mbit/s可以收容64个2.048Mbit/s系统，而SDH的155.520Mbit/s只能收容63个2.048Mbit/s系统，频带利用率从PDH的94下降到83；以34.368Mbit/s为例，PDH的139.264Mbit/s可以收容4个系统，而SDH的155.520Mbit/s只能收容3个，频带利用率从PDH的99下降到66。当然，上述安排可以换来网络运用上的一些灵活性，但毕竟使频带利用率降低了。（2） 采用指针调整机理增加了设备的复杂性。以一个复用映射支路为例，容器和虚容器电路加上指针调整电路，以及POH和SOH的插入功能，大约需要67万个等效门电路，好在采用超大规模集成电路技术后，成本代价不算太高。（3） 在从PDH向SDH的过渡时期，会形成多个SDH“同步岛”经由PDH互连的局面。这样，由于指针调整产生的相位跃变使经过多次PDHSDH变换的信号在低频抖动和漂移特性上会遭受比纯粹SDH或PDH信号更严重的损伤，需要采取有效的相位平滑措施才能满足抖动和漂移性能要求，也为同步网的规划带来了复杂性。（4） 由于大规模地采用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，软件几乎可以控制网络中所有的交叉连接设备和复用设备。这样，在网络层上的人为错误、软件故障，乃至计算机病毒的入侵可能会导致网络的重大故障，甚至会造成全网的瘫痪。为此必须仔细地测试软件，选用可靠性较高的网络拓扑。综上所述，光同步传送网尽管也有其不足之处，但毕竟比传统的准同步传输有着明显得优越性。毫无疑问，发展方向应该是这种高度灵活和规范化的SDHSONET网，它必将会最终取代PDH传输体制，并为未来的国家信息基础设施（NII）的发展铺平道路。NGN-ASON6.2 SDH的速率等级和帧结构建立一个统一的网络节点接口（NNI）是实现SDH网的关键，而规定一套必须遵守的速率和数据传送格式是NNI标准化的首要任务。本节中将首先介绍NNI的概念和要求，然后分别介绍SDH的速率等级和帧结构规范。6.2.1 网络节点接口一个电信传输网是由两种基本设备构成的，即传送设备和网络节点。传输设备可以是光缆线路系统，也可以是微波接力系统或卫星通信系统。网络节点是指可以进行交换或选路的设备，可以有多种。简单的节点只有复用功能，复杂的节点则包括网络节点的全部功能，即终结、交叉连接、复用和交换功能。网络节点接口（NNI）在概念上是网络节点间的接口，从具体实现上看就是传输设备和网络节点之间的接口。但要想规范一个统一的NNI，首先要统一的是接口速率等级和信号的帧结构安排。NNI在网络中的位置可以用图6.1来表示。6.2.2 同步数字体系的速率同步数字体系信号最基本也是最重要的模块信号是STM-1，其网络节点接口的速率为155.520Mbit/s，相应的光接口信号也只是STM-1信号经扰码后的电光变换结果，因而速率不变。更高等级的STM-N信号是将基本模块STM-1以字节交错间插的方式同步复用的结果，其速率是155.520Mbit/s的N倍，目前SDH支持的N1、4、16和64。表6.1中列出了建议G.707所规范的标准速率值。表6.1 SDH的标准速率SDH等级速率（Mbit/s）STM-1155.520STM-4622.080STM-162488.320STM-649953.2806.2.3 帧结构SDH网的一个关键功能是要求能对支路信号（2/34/140Mbit/s）进行同步的复用、交叉连接和交换，因而帧结构必须能适应所有这些功能。同时也希望支路信号在一帧内的分布是均匀的、有规律的，以便进行接入和取出，还要求帧结构能对1.5Mbit/s和2Mbit/s系列信号同样方便和实用。为此ITU-T采纳了一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构，其结构安排如图6.2所示。它由270N列和9行字节组成，每字节8比特。对于STM-1而言，帧长度为27092430字节，相当于19440比特。若用时间表示，对于任何STM等级，其帧长或帧周期均为125s。帧结构中字节的传输是从左到右按行进行的，首先由图中左上角第1个字节开始，从左到右、由上而下按顺序进行，直至整个字节都传完，再转入下一帧。如此一帧一帧地传送，每秒共传8000帧。由图6.2可知，整个帧结构大体上可分为3个主要区域：1. 段开销（SOH）区域段开销是指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。图6.2中横向为第1至第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72个字节（576比特）可用于段开销。由于每秒传8000帧，因而，STM-1有4.068Mbit/s可用于网络运行、管理和维护。可见段开销是相当丰富的，这是光同步传送网的重要特点之一。2. 管理单元指针（AU PTR）区域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，以便在接收端正确地分解。图6.2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199个字节（72比特）。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，可以使之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。3. 信息净负荷（payload）区域信息净负荷区就是帧结构中存放各种信息容量的地方。图6.2中横向为第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。当然，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）。通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送。6.3 SDH复用和映射过程6.3.1 基本复用映射原理和复用单元将低速信号复用成高速信号一般有两种方法。一是脉冲插入法又称正码速调整法。它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。这种方法可以容许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用）。但不能直接把支路信号接入高速复用信号或从高速复用信号中分出支路信号。另一种是固定位置映射法。它利用低速支路信号在高速信号中的特殊固定位置来携带低速同步信号。这种方法可较方便地接入或取出支路信号。但高速信号与支路信号之间可能会出现微小的频率差和相移，这必须在复用设备接口处用125s的缓存器来进行频率校正和相位对准，从而产生了信号延迟和滑动性损伤。ITU-T为了保证所有的PDH体系的信号都可以收容进SDH，在建议G.707中对PDH各级信号的映射复用途径进行了规定，见图6.3所示。由图6.3中可以看出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。1. 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），n为PDH系列等级序号。（1）容器（C）容器是一种用来装载各种速率的业务信号的信息结构。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。其标准输入比特率如图所示，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。（2）虚容器（VC）虚容器是用来支持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-nC-nVC-n POH（3）支路单元（TU）和支路单元组（TUG）支路单元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-nVC-nTU-n PTR一个或多个TU的集合称为支路单元组TUG。（4）管理单元（AU）和管理单元组（AUG）管理单元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-nV-CnAU-n PTR n3,4一个或多个AU的集合称为管理单元组AUG。2. 复用单元的参数各类基本复用单元的参数如表6.36.5所示。表6.3 各类容器的主要参数容器C-4C-3C-2 C-12C-11周期或复帧周期（s）125125500500500帧频或复帧频率（Hz）80008000200020002000结构26098494（129-1）-14（99-1）-14（39-1）-1容量（字节数）2340756427139103速率（Mbit/s）149.76048.3846.8322.2241.648表6.4各类虚容器的主要参数虚容器VC-4VC-3VC-2 VC-12VC-11周期或复帧周期（s）125125500500500帧频或复帧频率（Hz）80008000200020002000结构26198594（129-1）4（99-1）4（39-1）容量（字节数）2349765428140104速率（Mbit/s）150.33648.9606.8482.2401.664表6.5 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-2 TU-12TU-11周期或复帧周期（s）125125125500500500帧频或复帧频率（Hz）800080008000200020002000结构261998793859 34（129）4（49）4（39）容量（字节数）2358786768432144108速率（Mbit/s）150.91250.30449.1526.9122.3041.7286.3.2 我国采用的复用结构由图6.4中可知，从一个有效信息净负荷到STMN的复用路线不是唯一的，而对于一个国家或地区而言，其复用路线应该是唯一的。我国光同步传输体制规定以2048kbit/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU4复用路线，其基本复用映射结构如图6.4所示。这主要是考虑到我国PDH网络中应用较多的是2048kbit/s和139264kbit/s支路接口，如需要也可提供34368kbit/s的支路接口。但是由于应用34368kbits时一个STM-1中只能容纳三个34368kbit/s，不够经济，因此一般不建议采用34368kbit/s的复用线路。PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位和复用三个步骤。1. 映射映射是一种在SDH网络边界处，使支路信号适配进虚容器的过程。即各种速率的PDH信号分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销（POH）形成虚容器负荷的过程。下面分别介绍几种主要信号的映射过程。（1）利用AU-4直接从C-1复接的方法复用方法如图6.5所示。标称速率为2.048Mbit/s的信号先进入C-12，作适配处理后的C-12输出速率为2.224Mbit/s，再加上VC-12POH便构成了VC-12（2.24Mbit/s）。TU-12 PTR用来指明VC-12相对于TU-12的相位。经速率调整后和相位对准后的TU-12速率为2.304Mbit/s 。再经均匀的字节间插组成TUG-2（32.304Mbit/s）。7个TUG-2经同样的单字节间插组成TUG-3（加上塞入字节后速率达49.536Mbit/s）。然后由3个TUG-3经单字节间插并加上高阶POH和塞入字节后，构成VC-4净负荷，速率为150.336Mbit/s。再加上0.576Mbit/sAU-4PTR就组成AU-4，速率为150.912Mbit/s。单个AU-4直接置入AUG，N个AUG通过单字节间插并加段开销便得到了STM-N信号。当N1时，一个AUG加上容量为4.608Mbit/s的段开销即为STM-1的标称速率为155.520Mbit/s。（2）利用AU-4直接从C-4复接的方法复用方法如图6.6所示。标称速率为139.264Mbit/s的信号进入C-4，经适配处理后的C-4输出速率为149.760Mbit/s，再加上VC-4 POH便构成了VC-4（150.336Mbit/s）。它与AU-4的净负荷容量一样，但速率可能不一致，需要进行调整。AU PTR的作用就是指明VC-4相对于AU-4的相位。它占有9个字节（0.576Mbit/s），于是考虑AU PTR后的AU-4速率为150.912Mbit/s。得到的单个AU-4直接置入AUG，N个AUG通过单字节间插并加段开销便得到了STM-N信号。当N1时，一个AUG加上容量为4.608Mbit/s的段开销，即为STM-1的标称速率155.520Mbit/s。（3）ATM信元的映射ATM信元由53个字节组成，其中前5个字节为信头，载有信元的地址和控制信息，后面的48个字节为信息字段，承载信息。ATM信元的映射时通过将每个信元的字节结构与所用的虚容器（VC-n或VC-n-Xc X1）的字节结构进行定位对准来实现的。因VC-n容量不一定是ATM信元长度（53字节）的整数倍，所以允许ATM信元跨越VC-n或VC-n-Xc边界，进入另一个VC-n或VC-n-Xc。ATM信元信息字段（占48字节）在映射进VC-n或VC-n-Xc之前应进行扰码。扰码使用X431的自同步扰码器。而且只对信元信息字段进行扰码，对信头不扰码。在信头期间扰码器停止工作，且保持状态不变。（i）将ATM信元映射进VC-4VC-3将ATM信元码流映射进，只需将ATM信元字节边界对准C-4C-3字节边界，然后再将C-4C-3与VC-4VC-3 POH（见图6.7）一起映射进VC-4VC-3。这样，ATM信元边界就与VC-4VC-3字节边界对准了。因C-4C-3容量（2340756字节）不是信元长度（53字节）的整数倍，所以一个信元可能跨越C-4C-3边界而到另一个C-4C-3。（ii）将ATM信元映射进VC-4-Xc将ATM信元码流映射进C-4-Xc只需要将信元边界对准C-4-Xc字节边界，然后再与VC-4-Xc POH及（X-1）列固定填充字节一起映射进VC-4-Xc（见图6.8）。这样，ATM信元边界就与VC-4-Xc字节边界对准了。用于C-4-Xc的容量（X倍2340字节）不是信元长度（53字节）的整数倍，因此一个信元有可能跨越C-4-Xc的边界到另一个C-4-Xc去。此时H4字节不作指示信元的偏移用，而保留作将来使（iii）将ATM信元映射进VC-12将2.176Mbit/s数据率的ATM信元码流映射进VC-12的方法见图6.9。在浮动TU模式中，由四个TU-12帧构成一个复帧。复帧中的每个VC-12帧由一个字节的VC-12 POH（V5、J2、N2、K4）和34字节的净负荷区所组成。将ATM信元装到VC-12净负荷区只需将信元边界对准任何一个VC-12字节边界即可。由于VC-12净负荷区容量不是ATM信元长度（53字节）的整数倍，因而ATM信元边界各VC-12结构之间的对准是随帧而变的，但每53帧为一个重复周期。同样地，允许信元跨越VC-12边界。（4）IP数据报的映射最近几年来，IP业务呈现出爆炸式的增长，TCPIP协议已经成为事实上公认的统一的上层协议标准。能否有效地支持IP业务，已成为新技术是否具有长远技术寿命的标志之一。ATM和SDH均能支持IP，两者各有千秋，分别称为IP over ATM和IP over SDH。IP over ATM利用ATM的速度快、容量大、多业务支持能力的优点及IP的简单、灵活、易扩充和统一性的优点，实现优势互补。不足之处是网络体系结构复杂，传输效率低，开销损失大（可达25以上）。而IP over SDH恰好能弥补上述IP over ATM的缺点，是一种更加直截了当的简明解决方案。IP over SDH的基本思路是将IP数据表（包括Ipv4、IPX等）通过点到点协议（PPP）直接映射到SDH帧，从而省去了中间的复杂的ATM层。具体作法是先将IP数据报封装进PPP分组，然后再利用高级数据链路控制规程HDLC按照RFC1662的规定组帧，最后将字节同步映射进SDH包封中，加上相应的SDH开销置入STM-N帧中。IP over SDH的协议栈见表6.6所示。其中PPP层的功能包括IP多协议封装、差错校验和链路初始化控制，而HDLC利用“塞入不塞入”方法为PPP封装的IP数据报提供定界，每一HDLC的始末都用标志01111110表示。这种方法在本质上保留了因特网作为IP网的无连接特性，形成统一的平面网，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于实现IP组播和兼容不同的技术体系的互连。这种方法也突破了传统IP网的性能限制，具有可扩展性。利用SDH提供的保护恢复可以改进网络可靠性。高速路由器直接将IP网与SDH环相连可以省去大量ADM，降低了网络成本。缺点是网络流量和拥塞控制能力差，大规模网络路由表太复杂，只有业务分级，尚无优先级业务质量，对于某些实时高质量业务难以保证其质量。因此，它是以运载IP业务为主的网络的理想方案。特别是随着千兆路由器的商用化，其发展势头十分强劲。当然，IP over SDH方案无论是从标准的角度还是从技术的角度都有不少工作要作。例如，为了保证IP数据报映射的透明性，可能需要在HDLC帧映射进VC包封之前进行扰码，已经有人提出采用ATM的1X43自同步扰码器以提供足够的比特序列透明性。可以相信，随着IP业务的大发展以及千兆高速路由器技术的日益成熟和改进，IP over SDH会获得越来越广泛的应用。表6.6 IP over SDH协议栈协议栈功 能IP客户层数据报PPPIP多协议封装差错检验链路初始化控制HDLCPPP分组定界SDH通道2. 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AU-4指针、TU-3指针和TU-12指针。（1）AU-4指针AU-4指针提供AU-4帧中灵活的动态的VC-4定位方法。动态定位意味着允许VC-4在AU-4帧内“浮动”。这样，指针不仅能适应VC-4和SOH的相位差，而且也能适应帧速率的差异。（i）AU-4指针位置AU-4指针包含在图6.10所示的H1、H2、H3字节中。（ii）AU-4指针值含有H1、H2字节中的指针指出VC-4起始字节的位置。分配给指针功能的这两个字节可以看作一个码字，如图6.11所示。其中指针字的最后10个比特（第716比特）携带具体指针值。AU-4指针值为十进制数0782范围内的二进制数。该值指示指针和VC-4第一个字节间的相对位置，并以三个字节为单位进行增减调整。图6.11中还示出了一个附加的有效字号种指示级联指示CI。即当AU-4指针设置成级联指示时就表示AU-4级联。它用14比特“1001”，56（SS）比特未规定，716比特10个“1”来表示。（iii）速率调整如果在AUG帧速率和VC帧速率之间有偏差，那么指针值将按需要增大或减小。同时相应地改变正、负调整字节。连续的指针操作至少间隔三个帧（即每第四个帧进行操作），这三帧期间指针值保持不变。如果VC的帧速率相对于AUG太慢，则可靠插入正调整字节来适应。于是VC必须在时间上向后移动，即指针值应增加“1”。这种操作由指针字的第7，9，11，13，15比特（I比特）的反转来指示。这种反转使接收机能进行5个比特的多数表决判定，以避免误判。三个正调整字节立即出现在含有反转I比特的AU-4帧中最后一个H3字节之后。相继指针将含有新的偏移值。如果VC的帧速率相对于AUG太快，那么可以利用指针区的三个H字节来存放VC信息（负调整字节），从而降低VC速率。于是VC必须在时间上提前，即指针值应减少“1”。这种操作由指针字的第8，10，12，14，16比特（D比特）的反转来指示。这种反转使接收机能进行5个比特的多数表决判定，以避免误判。三个负调整字节出现在含有反转D比特的AU-4帧中H3字节中。相继指针将含有新的偏移值。（iv）新数据标示（NDF）NDF表示允许由净负荷变化引起的指针值得任意变化。NDF由指针字的第一到第四比特（即图1-14中的N比特）携带。四个比特分配给NDF使其能进行纠错。正常工作时N比特为“0110”码。调整时用N比特反转“1001”来指示。当四个比特中三个与“1001”相符时NDF解释为净负荷有新数据（enable）（要执行调整）；当四个比特中三个与“0110”相符时NDF解释为净负荷无新数据（disable）（不执行调整）；剩下的值“0000”、“0011”、“0101”、“1010”、“1100”和“1111”应解释为无效。新的定位由符合NDF的指针值指示，并在偏移指示期中生效。（v）指针调整规则在正常运行期间内，指针确定了AUG内VC的起始位置。NDF被设置为“0110”（不起作用，即不执行调整）。指针值的改变仅能靠下列规则操作。若需正调整，带有I比特反转的当前指针值被发送，且其后的正调整机会用哑信息即固定塞入字节所填充，相继指针等于原先指针加“1”。若前一个指针值为最大值，那么随后指针值应置为“0”。在此操作后至少连续3个帧不能进行指针的增、减。若需负调整，带有D比特反转的当前指针被发送，且其后的负调整机会被实际数据写入，相继指针等于原先指针减“1”。若前一个指针值为“0”，那么随后指针值应置为最大值。同样在此操作后至少连续3个帧不能进行指针的增、减。若VC的定位除上面第3、4项意外的其他原因而改变，新指针值将伴随NDF设置为“1001”（起作用即执行调整）而发送。此NDF仅出现在含有新指针值得第一帧中，新VC的位置起始于首次出现新指针所指示的偏移处。同样在此操作后至少连续三个帧不能进行指针的增、减。（v）AU-4级联当要求传送大于一个C-4容量的净负荷时，AU-4能结合（级联）在一起形成AU-4-Xc。作为一个实体在网络中进行复用、交叉连接和传输。级联后的容量是C-4容量的X倍（即X4时为599040kbit/s；X16时为2396160kbit/s）。VC-4-Xc的第2到第X列为固定填充字节。VC-4-Xc的第1列用作POH。VC-4-Xc的结构如图6.12所示。AU-4-Xc的第一个AU-4应具有正常的指针值范围，所有后续的AU-4的指针设定为级联指示CI。其第14比特值为“1001”，第56比特未作规定，第716比特为全“1”。级联指示限定指针处理器应实行与AU-4-Xc的第一个AU-4相同的操作。级联时指针产生规则若一个AU-4-Xc正在发送，仅第一个AU-4产生指针。在AU-4-Xc的其它AU-4指针位置上由CI代替。由第一个AU-4指针指示的所有操作适用于AU-4-Xc中的每一个AU-4。级联时指针解释规则如果指针含有级联指示，那么，对AU-4实现的操作与AU-4-Xc内第一个AU-4指针实现的操作时一致的。另外，除了连续三次收到前后一致的新指针值外，级联指示的任何变化都不考虑，而认为是误码。（2）TU-3指针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。（i）TU-3指针位置三个各自的TU-3指针均分别包含在图6.13所示的三个分离的H1、H2和H3字节中。（ii）TU-3指针值包含在H1和H2字节中的TU-3指针值表示VC-3起始字节的位置，作为指针的两个字节可看作一个码字。如图6.11所示，指针字节的最后10个比特（第716比特）载有指针值。TU-3指针值为十进制数0764的二进制数。该数值指示指针与VC-3首字节的偏移。（iii）速率调整如果TU-3帧速率和VC-3速率之间有速率偏差。那么，指针值将按需要增大或减小。同时，相应地改变正负调整字节。连续的中止操作必须至少间隔三个帧，在此期间指针值保持不变。如果VC-3的帧速率相对于TU-3的帧速率偏慢，那么VC应在时间上向后移动，即指针值应增加“1”。这种操作由指针字的第7，9，11，13，15比特（I比特）的反转来指示。接收机进行5个比特的多数表决判定，以避免误判。一个正调整字节立即出现在含有反转I比特的TU-3帧中相应的H3字节之后。相继的TU-3指针将含有新的偏移值。如果VC-3的帧速率相对于TU-3偏快，那么VC可以在时间上提前，即指针值应减少“1”。这种操作由指针字的第8，10，12，14，16比特（D比特）的反转来指示。这种反转使接收机能进行5个比特的多数表决判定，以避免误判。负调整字节出现在含有反转D比特的TU-3帧中H3字节中。相继指针将含有新的偏移值。（iv）新数据标帜指针码字的第14比特（N比特）载有新数据标帜（NDF），它反映并允许由净负荷VC-3变化所引起的任意指针值变化。4个比特分配给标帜，使其能进行纠错。正常工作时N比特为“0110”码。调整时用N比特反转“1001”来指示。当四个比特中三个与“1001”相符时NDF解释为净负荷有新数据（enable）；当四个比特中有三个与“0110”相符时NDF解释为净负荷没有新数据（disable）；剩下的值“0000”、“0011”、“0101”、“1010”、“1100”和“1111”应解释为无效。新的定位由符合NDF的指针值指示，并在偏移指示期中生效。（v）TU-3指针调整规则正常运行时，指针确定了在TU-3帧内VC-3的起始位置。NDF被置为“0110”。其它规则与AU指针的调整基本相同。如果TU-3指针含有无效指针指示（NPI），除非连续三次收到一致的新指针值，任何变化将不考虑，而认为是误码。（3）TU-12指针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。（i）TU-12指针位置TU-12指针包括在图6.14所示的V1和V2字节中。V3用作负调整机会，V3后随的那个字节用作正调整机会。V4作为预留字节。（ii）TU-12指针值TU-12指针字节或码字示于图6.15中。两个S比特（比特5和6）指示TU类型。TU-12为“10”。指针值（第716比特）是指示V2字节与VC-12第一个字节偏移的二进制数。偏移的范围如表6.6所示。表6.7 TU-12指针编码偏移范围TU名称SS比特TU指针值范围（500s）比特5比特6TU-12100139（十进制数）（435字节）（iii）TU-12位置指示字节H4H4字节在下述三种复帧中结构的作用是：（a）500s（4帧）的复帧，可用于识别浮动TU-12模式中包括TU-12的指针的帧以及锁定TU-12模式中预留字节的位置。（b）2ms（16帧）复帧，可在锁定TU-12模式中用于2048kbit/s净负荷的字节同步随路信令。（c）3ms（24帧）复帧，可在锁定TU-11模式中用于1544kbit/s净负荷的字节同步随路信令。从VC-3VC-4 POH中的H4字节的值，可识别下一个VC-3VC-4净负荷的帧相位，如图6.16所示。H4字节的编码示于图6.17，6.18。其中P比特为信令相位指示，S比特为信令比特。对于仅仅工作在浮动TU-12模式的网元，可使用简化的复帧定位字节H4。简化的H4编码字节示于图6.18。最简单的方案是仅提供500s复帧。（iv）TU-12速率调整TU-12指针采用和TU-3指针调整VC-3速率相同的方法来精确调整VC-12的速率。V3字节起负调整机会的作用，正调整机会紧接着V3字节。当V3作负调整时，C3字节被数据所写入，如图6.19所示。是否调整，由当前TU-12复帧中指针的I和D比特提供指示。当V3未被用作负调整时，其值未作定义。即不论何时，当V3字节未被用于负调整时，要求接收机不考虑V3字节的值。（v）新数据标帜指针码字的第14比特（N比特）载有NDF，它可以反映并允许指针值的任意改变。作为TU-12指针的NDF，正常值为“0110”。而值“1001”表示VC-12需要作新的定位或可能的新的规格。当四个比特中三个与“1001”相符时NDF解释为净负荷有新数据（enable）；当四个比特中有三个与“0110”相符时NDF解释为净负荷没有新数据（disable）；剩下的值“0000”、“0011”、“0101”、“1010”、“1100”和“1111”应解释为无效。新的定位由符合NDF的指针值指示，并在偏移指示期中生效。如果这种变化是由于TU规格发生变化，那么在TUG-2中所有的TU中都必须同时有NDF的改变。（vi）TU-12指针调整规则VC-12的TU-12指针调整规则是TU-3指针调整规则的扩充和修改。指针调整例子3. 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或者把多个高阶通道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或者把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。由我国的复用路线可知：TUG-23TU-12；TUG-37TUG-2或1TU-3；STM-1VC-43TUG-3；STM-NNSTM-1；值得注意的是N个STM-1以字节交错间插方式复用成STM-N帧时，段开销的复用并非典型的交错间插，即仅以第一个STM-1的完整段开销和其余（N1）个STM-1段开销中的A1，A2，J0（或老设备的C1）和B2字节参与交错间插复用成STM-N的段开销，而各STM-1的指针加上净负荷则全部正常地参与字节交错间插复用，形成STM-N的指针和净负荷。由上述可知，一个STM-1可以直接提供63个2Mbit/s或3个34Mbit/s（经PDH复用解复用可以得到48个2Mbit/s）或一个140Mbit/s（经PDH复用解复用可以得到64个2Mbit/s口）。因此，在SDH干线上开通34Mbit/s是不经济的。我国光同步传输体制规定：干线上采用34Mbit/s口时，必须经过上级主管部门批准。6.4 SDH网元设备6.4.1 SDH设备的一般描述SDH设备的一般描述采用“功能参考模型”的方法，即把SDH设备按逻辑功能划分为许多基本功能块，每一个基本功能块完成一种简单的功能，几个基本功能块组合在一起构成较复杂的复合功能。全部基本功能块构成一个功能最完善的SDH设备，这就是一般化逻辑方框图，如图6.20所示。图6.20中功能块之间的点只作为逻辑参考点存在，不是内部接口，所以不作规定和描述。6.4.2 SDH复用设备复用设备包括终端复用器（TM）和分插复用器（ADM），分为四类七种。如图6.21所示。其中型设备主要用于在使用AU-4和AU-3的网络之间转换，这里不作介绍。1. TM类型和功能块描述终端复用设备TM分为低阶终端复用设备和高阶终端复用设备两大类，每一类又分为两型。（1）.1型复用设备该型复用设备提供把PDH支路信号映射、复接到STM-N信号的功能，例如把63个2Mbit/s信号复接成一个STM-1信号。每个支路信号在群路信号中的位置是固定的，故.1型复用设备又称为低阶固定终端复用设备，见图6.22。图6.22中复合功能块的主要功能简述如下：（1） 低阶接口（LOI）2Mbit/s和34Mbit/s的PDH信号在相应的G.703接口（PPI）进入，由低阶通道适配（LPA）把净荷映射到相应的容器中，形成数据流低阶容器；经低阶通道终端（LPT）插入VC通道开销，送给高阶组装器（HOA）。（2） 高阶组装器（HOA）高阶通道适配（HPA）给VC加上TU指针形成低阶TU信号，并组合多个低阶TU信号进入高阶通道终端（HPT），插入VC-4开销形成高阶VC-4信号。（3） 传送终端功能（TTF）VC-4 信号在复用段适配（MSA）处理AU-4指针，并对管理单元组（AUG）进行字节附加，构成完整的STM-N 帧。复用段保护（MSP）功能是，在发生故障时，能将信号分支到其他用于保护的线路系统中去。复用终端（MST）功能是传输并插入段开销的第5至9行。再生段终端（RST）功能是传输并插入段开销的第1至3行。然后最除段开销第1行意外的STM-N信号进行扰码。同步物理接口（SPI）功能是将内部STM-N逻辑电平信号转换成STM-N接口信号。（2）.2型复用设备该型复用设备提供把PDH支路信号灵活地映射，安排到STM-N信号帧中任何位置上的能力。.2型复用设备又称低阶灵活终端复用设备，见图6.23。图中复合功能块的主要功能和上述完全一样。.2型复用设备比.1型复用设备仅多了低阶通道连接功能（LPC）和高阶通道连接功能（HPC）。这两个功能块的描述见文所述。（3）.1型复用设备该型设备提供把若干个STM-N信号组合成一个STM-M（MN）信号的能力。例如可复接4个STM-1信号成一个STM-4信号，每个STM-N信号中的VC-4在STM-M信号中的位置是固定的，故又称为是高阶固定复用设备，见图6.24。图6.24中只有一种复合功能块TTF，其主要功能和上述完