SDH-第1章.ppt

光传输技术光电子技术系杨祎2016年8月29日 2 本课程是电子科学与技术专业与光通信课程相关的一门专业课 通过本课程的学习要求掌握现代光纤通信中的数字传输原理与技术 如SDH传输技术 基于SDH的MSTP的概念 OTN传送技术 无源光接入技术及光网络的基础知识 培养学生专业素养 具有对光通信系统和网络的整体结构设计 维护和管理能力 课程性质和任务 multiservicetransportplatform OpticalTransportNetwork SynchronousDigitalHierarchy 3 课程大纲 4 教材 1 SDH技术 孙学康等编 人民邮电出版社第二版 20022 光传送网原理与技术 刘国辉 北京邮电大学出版社 20043 基于以太网的无源光网络 陈雪译 北京邮电大学出版社 2007参考资料 4 SDH 韦乐平著 人民邮电出版社 20015 SDH传送网技术 彭承柱著 电子工业出版社 19966 光传送网原理与技术 刘国辉编著北京邮电大学 20047 无源光网络技术 陈雪编著 北京邮电大学 2006 课程大纲 SDH技术 基于SDH的MSTP技术 OTN技术 光接入技术 SDH的基本概念和特点 SDH的速率与帧结构 SDH的映射 定位 复用原理 SDH设备的逻辑功能 SDH网络拓扑 同步及保护 SDH的接口指标 MSTP的功能 MSTP的工作原理 虚级联技术及链路容量调整方案 OTN与SDH WDM关系 OTN的概念 OTN的分层模型 OTN复用体系及复用结构 OTN的开销 OTN节点设备 OTN的网络结构与保护 EPON的工作原理和关键技术 第一章概述 本章重点 SDH的概念SDH的特点SDH的帧结构SDH的速率等级 6 本章难点 SDH的复用特点SDH的作用SDH帧的组成及各部分作用SDH的速率等级之间的关系与计算方法SDH开销字节SOH内容 第一节PDH的弱点 1 PDH PlesiochronousDigitalHierarchy 特点 1 两大体系 3种地区性标准 使国际间的互通存在困难 北美和日本采用以1 544Mbit s为基群速率的PCM24路系列 但略有不同 中国采用以2 048Mbit s为基群速率的PCM30 32路系列 如表6 1所示 2 无统一的光接口 无法实现横向兼容 3 准同步复用方式 上下电路不便 4 网络管理能力弱 建立集中式电信管理网困难 5 网络结构缺乏灵活性 6 面向话音业务 7 第二节SDH的产生和基本概念 2 SDH的产生1984年美国贝尔提出一种新的传输体制 光同步传送网 SYNTRAN 1985年ANSI通过此标准 形成了国家的正式标准 并更名为同步光网络 SONET 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准 同时 引起了ITU T的关注 1988年ITU T接受了SONET的概念 并进行了适当的修改 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 表6 2是SONET和SDH的速率对照 1989年 ITU T在其蓝皮书上发表了G 707 G 708和G 709三个标准 从而揭开了现代信息传输崭新的一页 8 第二节SDH的产生和基本概念 表1 1准同步数字体系 PDH 9 第二节SDH的产生和基本概念 表1 2SDH和SONET SynchronousOpticalNetwork 体系 10 第二节SDH的产生和基本概念 3 SDH的概念 SynchronousDigitalHierarchy 所谓SDH是一套可进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级 SDH网络则是由一些基本网络单元 NE 组成的 在传输媒质上 如光纤 微波等 进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的传送网络 它的基本网元有终端复用器 TM 分插复用器 ADM 同步数字交叉连接设备 SDXC 和再生中继器 REG 等 11 动画 第二节SDH的产生和基本概念 第二节SDH的产生和基本概念 4 SDH基本网络单元简介 1 终端复用器和分插复用器 TM将低速支路信号纳入STM 1帧结构 并将电 光转换成为STM 1光线路信号 ADM将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体 也具有电 光转换功能 2 再生中继器 放大 整形 再生 3 同步数字交叉连接设备 实现支路之间的交叉连接 13 1 SDH的特点 1 新型的复用映射方式 同步复用方式和灵活的映射结构 2 接口标准统一 全世界统一的NNI 体现了横向兼容性 3 网络管理能力强 帧结构中丰富的开销比特 4 组网与自愈能力强 采用先进的ADM DXC等组网 5 兼容性好 具有完全的前向兼容性和后向兼容性 6 先进的指针调整技术 可实现准同步环境下的良好工作 7 独立的虚容器设计 具有很好的信息透明性 8 系列标准规范 便于国内 国际互连互通 注 SDH最为核心的三个特点是同步复用 强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准 14 第三节SDH的特点 2 SDH应用的若干问题 1 频带利用率低 频带利用率不如传统的PDH系统高 2 抖动性能劣化 引入了指针调整技术 使抖动性能劣化 3 软件权限过大 给安全带来隐患 须进行强的安全管理 4 定时信息传送困难 分插 重选路由及指针调整所致 5 IP业务对SDH传送网结构的影响 15 第三节SDH的特点 第四节SDH的速率与帧结构 1 网络节点接口网络节点接口 NNI 是表示网络节点之间的接口 在实际中也可以看成是传输设备和网络节点之间的接口 它在网络中的位置如图1 1所示 SDH的NNI处有标准化接口速率 信号帧结构和信号码型 即SDH在NNI实现了标准化 16 SDH的速率与帧结构 图1 1NNI在网络中的应用 第四节SDH的速率与帧结构 2 SDH的速率SDH采用一套标准化的信息结构等级 称为同步传送模块STM N N 1 4 16 64 相应各STM N等级的速率为STM 1155 520Mbit sSTM 4622 080Mbit sSTM 162488 320Mbit sSTM 649953 280Mbit s 18 第四节SDH的速率与帧结构 3 SDH的帧结构SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构 其由9行和270 N列字节组成 如图1 2所示 帧周期为125 s 帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行 对于STM 1而言 其信息结构为9行 270列的块状帧结构 传输速率 fb 9 270 8 8000 155 520Mbit s 从结构组成来看 整个帧结构可分成3个区域 分别是段开销区域 信息净负荷区域和管理单元指针区域 19 SDH的帧结构 图1 2STM N帧结构 第四节SDH的速率与帧结构 1 段开销 SOH 区域段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常 灵活 有效地传送所必须附加的字节 主要用于网络的OAM功能 段开销分为再生段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 2 信息净负荷 Payload 区域信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特 也存放了少量可用于通道性能监视 管理和控制的通道开销 POH 字节 3 管理单元指针区域管理单元指针 AU PTR 是一种指示符 其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM N帧内的准确位置 以便在接收端能正确分离净负荷 21 STM N帧中放置各种业务信息的地方 2M 34M 140M等PDH信号 ATM信号 IP信息包等打包成信息包后 放于其中 然后由STM N信号承载 在SDH网上传输 若将STM N信号帧比做一辆货车 其净负荷区即为该货车的车厢 在将低速信号打包装箱时 在每一个信息包中加入通道开销POH 以完成对每一个 货物包 在 运输 中的监视 4 信息净负荷 9行 261列 第四节SDH的速率与帧结构 SDH的帧结构 动画 5 段开销字节 SDH开销是指用于SDH网络的运行 管理和维护的比特 SDH的开销分两类 段开销SOH和通道开销POH 分别用于段层和通道层的维护 SOH分为再生段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 两种 RSOH负责管理再生段 完成对STM N整体信息结构进行监控 可在再生器接入 也可在终端设备接入 MSOH负责管理复用段 完成对STM N中的复用段层信息结构进行监控 它将透明地通过每个再生器 只能在AUG组合或分解的地方才能接入或终结 RSOH MSOH POH组成SDH层层细化的监控体制二者区别 宏观 RSOH 和微观 MSOH SDH的帧结构 1 段开销 2 通道开销 POH PathOverhead VCPOH 低阶VCLPOH VC 1POH VC 2POH 高阶VCHPOH VC 3POH VC 4POH 作用 VC通道功能监视 维护信号 告警状态指示 复用结构指示 SDH的帧结构 段开销字节 STM 1的段开销 SOH 字节安排 如图1 3所示 STM N N 1 N 4 16 的SOH字节 可利用字节间插方式构成 安排规则如下 第1个STM 1的SOH被完整保留 其余N 1个SOH中仅保留A1 A2 B2和M1字节 其他字节均省去 以STM 1为例 图1 3STM 1SOH字节安排 定帧字节 A1 A2寻找连续信号流的帧头A1 f6H A2 28HA1和A2不经扰码 全透明传送 R OOF 接收信号失步状态R LOF 接收信号丢失状态 段开销字节 段开销字节 SOH 再生段踪迹字节 J0该字节用于确定再生段是否正确连接 该字节被用来重复发送 段接入点识别符 以便使段接收机能据此确认其与指定的发送端是否处于持续的连接状态 若收到的值与所期望的值不一致 则产生再生段踪迹标识失配 RS TIM 告警 数据通信通路 DCC D1 D12DCC用来构成SMN的传送链路 在网元之间传送OAM信息 D1 D3字节称为再生段DCC 用于再生段终端间传送OAM信息 速率为192kbit s 3 64kbit s D4 D12字节称为复用段DCC 用于复用段终端之间传送OAM信息 速率为576kbit s 9 64kbit s 28 数字通信通路 DCC 字节 D1 D12网元网管之间 网元和网元之间OAM信息通路D1 D3用于再生段 DCCR 带宽3 64kb sD4 D12用于复用段 DCCM 带宽9 64kb s 段开销字节 段开销字节 SOH 公务联络字节 E1和E2这两个字节用于提供公务联络的语声通路 速率为64kbit s E1属于RSOH 再生段之间的本地公务联络 可在所有终端接入 E2属于MSOH 用于复用段终端之间的直达公务联络 可在复用段终端接入 使用者通路字节 F1该字节是留给使用者 通常为网络提供者 专用的 主要为特殊维护目的而提供临时的数据 语声通路连接 其速率为64kbit s 30 段开销字节 SOH 比特间插奇偶校验8位码 BIP 8 B1不中断业务的前提下 提供误码性能监测 采用BIP n的方法 B1字节用于再生段在线误码监测 使用偶校验的比特间插奇偶校验码 BIP 8误码监测的原理如下 发送端对上一STM N帧除SOH的第一行以外的所有比特扰码后按8比特为一组分成若干码组 将每一码组内的第1个比特组合起来进行偶校验 如校验后 1 的个数为奇数 则本帧B1字节的第1个比特置为 1 如检验后 1 的个数为偶数 则本帧B1字节的第1个比特置为 0 以此类推 组成本帧扰码前的B1 b1 b8 字节数值 收端进行校验 当B1误码过量 误块数超过规定值时 系统产生再生段误码率越限 RS EXC 告警 31 段开销字节 SOH 图6 24BIP N偶校验运算方法 32 B1字节工作机理发端对对上一个已扰码帧 1 STM N 进行BIP8偶校验 所得值放于本帧 2 STM N 的B1字节处收端对所收当前未解扰帧 1 STM N 进行BIP8偶校验 所得值B1 与所收下一帧解扰后 2 STM N 的B1字节相异或异或的值为零则表示传输无误码块 有多少个1则表示出现多少个误码块若收端检测到B1误码块 在收端再生段背景误码块计数 RS BBE 性能事件中反映出来当B1误码过量 误块数超过规定值时 系统产生再生段误码率越限 RS EXC 告警 段开销字节 SOH 段开销字节 SOH 段开销字节 ROH 复用段误码监测B2字节对复用段信号流进行监控方式为BIP24偶校验BIP24偶校验工作机理 以24bit为单位 3个字节为单位 STM 1帧有3个B2字节 校验相应bit列 bit块 使相应列1的个数为偶 例 某信号一帧有9个字节 对其进行BIP24偶校验如图 段开销字节 SOH 比特间插奇偶校验N 24位码 BIP N 24 B2B2字节用作复用段在线误码监测 其误码监测的原理与BIP 8 B1 类似 只不过计算的范围是对前一个STM N帧中除了RSOH SOH的第一至第三行 以外的所有比特进行BIP N 24计算 并将计算结果置于本帧扰码前的B2字节位置上 误码检测在接收设备进行 监测过程与BIP 8类似 将监测结果用M1字节中的复用段远端差错指示 MS REI 将误块的情况回送发送端 若B2误码过量 检测的误块个数超过规定值时 本端产生复用段误码率过限 MS EXC 告警 36 段开销字节 B2字节工作机理发端对上一个未扰码帧除去RSOH外的所有字节进行BIP24偶校验 所得值放于本帧的3个B2字节处收端对所收当前已解扰帧且除去RSOH外的所有字节进行BIP24偶校验 所得值B2 与所收下一帧解扰后的B2字节相异或异或的值为零则表示传输可能无误码块异或的值不为零 则1的数目表示出现多少个误码块若收端检测到B2误码块 在收端复用段背景误码块计数 MS BBE 性能事件中反映出来若B2误码过量 检测的误块个数超过规定值时 本端产生复用段误码率过限 MS EXC 告警 复用段远端误块指示字节 M1对告信息 由信宿回传到信源告知发端 收端当前收到的B2检测的误块数 并在发端上报MS FEBBE性能事件同时在发端有MS REI 复用段远端误块指示 告警事件上报 段开销字节 SOH 收端检测到的B2的误块 MS BBE 发端上报MS FEBBE性能事件和MS REI告警 段开销字节 SOH 自动保护倒换 APS 通路字节 K1 K2 b1 b5 传送自动保护倒换信令 使网络具备自愈功能用于复用段保护倒换情况复用段远端失效指示 MS RDI 字节 K2 b6 b8 用于指示复用段告警b6 b8 111 表示收到复用段全1信号 本端产生复用段告警 MS AIS b6 b8 110 表示收到对告信息MS RDI 表示对端收信号失效 R LOS R LOF MS AIS等 段开销字节 SOH 收端检测K2 b6 b8 为111 本端产生MS AIS告警 发端检测K2 b6 b8 为110 本端产生MS RDI告警 段开销字节 SOH 同步状态字节 S1 b5 b8 S1 b5 b8 表示同步状态消息 4个比特可以表示16种不同的同步质量等级 其中 0000 表示同步质量不知道 1111 表示不应用作同步 0010 表示G 811时钟信号 0100 表示G 812转接局时钟信号 1000 表示G 812本地局时钟信号 1011 表示同步设备定时源 SETS 信号 其他编码保留未用 若在优先级表中配置了外部源 当外部源失效后 产生EXC SYN LOS告警 表示外同步时钟源丢失 备用字节在图6 23中的 表示国内使用的保留字节 表示与传输媒质有关的特征字节 未标记的用作将来国际标准确定 41 段开销字节 SOH 同步状态字节S1 b5 b8 用于表示各时钟源的时钟质量 并可用于时钟源保护倒换4个比特可以表示16种不同的同步质量等级值越小 表示时钟源质量越高 0000 表示同步质量不知道 0010 表示G 811时钟信号 0100 表示G 812转接局时钟信号 1000 表示G 812本地局时钟信号 1011 表示同步设备定时源 SETS 信号 1111 表示不应用作同步 其他编码保留未用 若在优先级表中配置了外部源 当外部源失效后 产生EXC SYN LOS告警 表示外同步时钟源丢失 高阶通道开销J1通道踪迹字节B3通道BIP 8字节C2信号标识字节G1通道状态字节F2 F3通道使用者通路H4复帧位置指示器K3 b1 b4 自动保护倒换 APS 通路N1网络运营者字节K3 b5 b8 备用比特 高阶通道开销 通道开销 POH 高阶通道开销 HPOH 通道踪迹字节 J1VC 4的首字节 即AU PTR所指的字节发端持续的发此字节 高阶通道接入点标识符 使收端能据此确认与指定发端处于持续连接状态 J1字节设置要求 收发相匹配 即设备实际收的值 设备应收的值收端检测到J1失配 相应通道 VC 4 产生追踪识别符失配 HP TIM 告警 高阶通道开销 HPOH 高阶通道误码监测字节 B3监测高阶VC的误码性能监测方式BIP 8偶校验机理类似于B1 B2 本端监测到相应VC通道B3误块 在相应通道的性能事件高阶通道误码计数 HP BBE 中反映出来信号标记字节 C2指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质要求收发相匹配 失配则本端相应VC 4通道产生高阶通道信号标记失配 HP SLM 告警 并可能往下级信息结构C 4下插全 1 C2 00H表示该VC 4未装载 本端产生高阶通道未装载 HP UNEQ 告警 并可能往下级信息结构C 4插全 1 设置设备时要求 VC 4装载2M设为TUG结构 34M设为TUG结构 140M设为140M结构 通道状态字节 G1反映高阶VC传输的状态对告信息 信宿反馈给信源 以便使信源知道信宿当前的接收状态b1 b4 回传由B3检测的误码块数 发端上报性能事件HP FEBBE及告警高阶通道远端差错指示 HP REI b5 收端检测到AU AIS J1和C2失配 VC 4未装载 在相应VC 4通道上由b5回传 在发端上报高阶通道远端接收失效指示 HP RDI 告警 高阶通道开销 HPOH TU位置指示字节 H4指示有效负荷的复帧类别和净负荷的位置PDH复用进SDH时 H4字节仅对2M信号有意义 指示当前帧是复帧的第几个基帧 以便收端据此找到TU PTR 拆分出2M信号H4的范围00H 03H若收端收到的H4字节超出此范围 或不是预期值 本端在相应通道产生HP LOM 复帧丢失 告警 并在相应通道的下级信息结构插全 1 高阶通道开销 HPOH 低阶通道开销 LPOH 1 通道状