论文-SDH应用与发展.doc

兰州交通大学博文学院SDH应用与发展 班 级：07通信2班 指导老师：杨国荣 老师 学生姓名：邓罡 学 号：2007910286 日 期：2010年6月摘 要SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）光端机容量较大，一般16E1到4032E1。SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。 它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1(DS1)E1载波系统(1.5442.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网) 和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的到来，人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH就是在这种背景下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入瓶颈的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。第一部分 SDH概述一 SDH的定义SDH是同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy)的缩写，根据ITU-T的建议定义，它为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 。它是一种新的数字传输体制，被称为电信传输体制的一次革命。我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：公路将是SDH传输系统信号，立交桥将是大型ATM交换机，SDH系列中的上下话量复用器(ADM)就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务(语音、图像、数据等)。与以往传统传输技术不同的是，SDH技术就好比集装箱列车，各种货物(业务)贴上标签(各种开销：Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内)，因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。二 SDH的基本传输原理SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STMN（Synchronous Transport，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；SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向 270N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（Section OverHead，SOH）区、STMN净负荷区和管理单元指针（AU PTR）区三个区域，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，它又分为再生段开销（Rege nerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， MSOH）；净负荷区用于存放真正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内的信息首字节在STMN帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125s，每秒传输11251000000帧，对STM1而言每帧字节为8bit（92701）=19440bit，则STM1的传输速率为194408000=155.520Mbits；而STM4的传输速率为4155.520Mbits=622.080Mbits；STM16的传输速率为16155.520（或4622.080）=2488.320Mbits。 SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。图0 SDH原理流程图三 SDH的优点SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点：1、统一的比特率： 在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。而SDH中实现了统一的比特率。此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。2、极强的网管能力： 在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。3、自愈保护环： 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。4、SDH技术中采用的字节复接技术： 若把SDH技术与PDH技术的主要区别用铁路运输类比一下的话，PDH技术如同散装列车，各种货物(业务)堆在车厢内，若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。因此，PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。而SDH技术就好比集装箱列车，各种货物(业务)贴上标签(各种开销：Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内)，因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。因此，可以肯定地说，即将实现的信息高速公路将基本上由SDH设备构成，只有同高速公路(SDH)相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。 据统计目前世界上共有17家电讯厂商掌握SDH技术。随着中国邮电工业总公司及所属四家工厂与邮电部第五研究所合作研制的ATM-1/STM-4级别的SDH设备的推出，该公司成为了世界上第18家能够提供SDH设备的企业。第二部分 SDH的主要应用一 SDH数字微波通信技术的特点及其应用1. SDH微波通信的定义SDH微波通信是新一代的数字微波传输体制。数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段。它兼有SDH数字通信和微波通信两者的优点，由于微波在空间直线传输的特点，故这种通信方式又称为视距数字微波中继通信。2. SDH微波通信系统的组成数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。如图1所示是一条数字微波通信线路的示意图，其主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路，除了线路两端的终端站外，还有大量中继站和分路站，构成一条数字微波中继通信线路。 组成此通信线路设备的连接方框图如图2所示。它分为以下几个部分： 用户终端，直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。交换机。这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。数字电话终端复用设备（即数字终端机）。其基本功能是把来自交换机的多路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波传输信道，以及把数字微波传输信道收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备，按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，简称SDH设备，它由一些基本功能块灵活地组成不同类型的总的设备。图中的数字分路终端机可由分插复用器（ADM）来替代。微波站。按工作性质不同，它可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。有两个以上方向的上，下话路的微波站则称之为数字微波枢纽站。SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMINRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）、收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取石DH开销的插入与提取、NRZCMI变换等）。在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可通过Q3接口与电信管理网（TMN）连接。终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下低价支路信号。终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。SDH微波中继站。主要完成信号的双向接收和转发。有调制、解调设备的中继站，称再生中继站。需要上、下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。再生中继站具有全线公务联络能力，以及向网管系统汇报站信息。线路运行质量的能力，并可执行网管系统的配置管理及进行遥控及遥测。再生中继站也可以上、下旁路业务信号。3. SDH数字微波采用的关键技术SDH微波传输设备所采用的基本技术大致与PDH相同，但由于传输方式的特点又决定了两者有所不同，SDH有下述几个关键技术：（1） 编码调制技术微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在411GHz频段大都采用的波道间隔为2830MHz及40MHz（ITU-R相关的频率配置建议）。要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，所需调制状态数的区别如表1所示。 （2） 交叉极化干扰抵消以（XPIC）技术为了进一步增加数字微波系统的容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM，128QAM或512QAM调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从所传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程可以在射频、中频或基带上进行。采用XPIC技术后，对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。（3） 自适应频域和时域均衡技术当系统采用多状态0AM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU一R的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。（4） 高线性功率放大器和自动发射功率控制多状态调制技术对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。例如，对采用640AM的系统而言，要求传输信道的三阶交调失真要比主信号至少低45dB。若采用128QAM或256QAM调制技术，则要求更严。为满足系统总传输性能的要求，除了对微波高功放采取输出回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频失真器或采用前馈技术等来改善放大器的线性。高线性功率放大器和自动发射功率控制（ATPC）技术的关键是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。采用ATPC技术的优点是，降低了同一路由相邻系统的干扰，减小了上衰落对系统的影响，降低了电源消耗，减小非线性失真。4. SDH微波在SDH电信网中的应用微波作为三大传输手段之一也在SDH网中起着重要作用。尽管光纤传输网在容量方面有微波无法比拟的优点，但不管是通信干线上还是支线，SDH微波网仍然是光纤网不可缺少的补充和保护手段。SDH微波网可以利用现有模拟或PDH微波网的基础设施进行建设。其主要应用有下列几种：用SDH微波系统使光纤电信网形成闭合环路；与SDH光纤系统串接使用；作为SDH光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题；自成链路或环路。5. 工程综合应用网图在许多通信系统工程设计的建设过程中，不可避免地要考虑到已有系统的再利用因素，以及不同型号设备的兼容问题，SDH数字微波通信系统在此方面具有独有的优势。它不仅具有光纤级传输性能及全面的网络管理性能，还包括一个开放的系统结构，能方便地实现不同型号的ADM（上、下话路复用器）之间的切换和交叉互连。其综合应用（典型）网络链接如图3所示。 我国地域辽阔，各地自然条件和经济发展情况差别相当大，因此，必须因地制宜的安排各种传输手段。各国的经验表明，在发生自然灾害的情况下，总是首先靠无线通信方式恢复电信业务。同时在某些应用场合，如连接到卫星地球站、移动通信网基站及其专用网，以及连接到广大农村及偏远的厂矿等，还是用微波作为传输手段比较灵活方便，而且，其性能价格比也十分理想。所以，我国在大力发展光纤干线传输网的同时，也十分注意发展建设SDH数字微波通信网。原邮电部已决定在“九五”至“十五”期间新建30条左右的国家一级干线SDH微波电路，总长约30000km。二 IP over SDH和IP over ATM技术介绍1. 概述新一代宽带IP网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输技术基础上。典型的相关技术有IP over ATM、 IP Over SDH、IP over WDM等。IP Over ATM，融合了IP和ATM技术特点，发挥ATM支持多业务、提供QoS（服务质量保证）的技术优势。IP Over SDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。2. 宽带IP支持技术2.1 IP over ATMIP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通（CutThrough）方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。用ATM来支持IP业务有2个必须解决的问题：其一是ATM的通信方式是面向连接的，而IP是不面向连接的，要在一个面向连接的网上承载一个不面向连接的业务，有很多问题需要解决，如呼叫建立时间、连接持续期等等；其二是ATM是以ATM地址寻址的，IP通信是以IP地址来寻址的，在IP网上端到端是以IP寻址的，而传送IP包的承载网（ATM网）是以ATM地址来寻址的，IP地址和ATM地址之间的映射是一个很大的难题。IP over ATM分层模型与封装示意如图4所示。图4 IP over ATM分层模型与封装示意用ATM来承载IP业务，从目前来看又有相当的前景，因而在这方面提出了许多解决方案，从大类来说，可以分为两类：一类为迭加模式，另一类为集成模式。 迭加模式迭加模式指的是IP网的寻址是迭加在ATM寻址的基础上的，通俗一点说在迭加模式中ATM的寻址方式是不变的，IP地址在边缘设备中映射成ATM地址，IP包据此传向另一端边缘设备。迭加模式的最大特点是在ATM网中不论是用户网络信令还是网络网络间信令均不变，对ATM网来说IP业务只是它承载的业务之一，ATM的其它功能照样存在不受影响。迭加模式最典型的有局域网仿真（LANE）、经典的在ATM上传送IP（CIPoA-classical IP over ATM）和ATM上的多协议（MPOA-multiprotocol over ATM）等。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。 集成模式集成模式指的是IP网设备和ATM网设备已集成在一起了。在集成模式中，ATM网的寻址已不再是独立的，ATM网中的寻址将要受到IP网设备的干预。在集成模式下，IP网的设备和ATM网设备是集成在一起的，IP网的控制设备一般可称为IPC，它具有传统路由器的功能，能完成IP网的路由功能，并具有控制建立ATM虚通路的能力，IPC是一个逻辑功能块，它可以是一个独立的物理设备，也可以不是一个独立的物理设备，而是ATM交换机中的一个功能模块，但它是必不可少的。ATM交换设备一般仍为普通ATM交换机，但它也有十分重大的改变，最大的变化在信令（UNI和NNI），它们之间的信令已不再是ATM Forum或ITU-T的信令，而是一套特别的控制方式。其目的在于能快速建立连接，以满足无连接IP业务快速切换的要求。集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司提出IP交换（IP Swtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tag swtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。迭加模式和集成模式的分类法是按ATM信令来分类的。不能反映网络的整体性能。从网络整体的性能角度出发来考虑，ATM可以有两种方法来支持IP over ATM。（1） ATM作为链路。使用ATM的永久性虚通路将地域上分离的路由器连接起来，在这里ATM的永久性虚通路取代了传统的专线，这种工作方式即为ATM作为链路来承载IP业务。在这种工作方式中，ATM只是作为链路将若干路由器连起来，它不参与IP网的寻径功能。因而这种IP网其本质上仍是一个路由器网，它不改变IP网的整体性能只是提高了某些部分的传输速率而已。（2） ATM作为网络。另一种方法是ATM网以网络形式来支持IP over ATM。在这种场合， ATM参与了IP网的寻径功能，由于ATM的寻径及其它指标均要大大优于普通路由器，因而以网络形式来支持IP网（IP over ATM），可以在网络性能方面大大提高IP网的性能，不仅提高了传输速率也大大缩短了传输时延，以网络形式来支持IP网（IP over ATM）的最合理算法是MPLS。 MPLS是一种拓扑驱动的算法，它和无连接的IP传输非常适应。基于MPLS算法的ATM上的IP网是一种很好的IP网的组织形式，可构成一个主于物理通信平台多业务同时应用的一种十分理想的格局，并且能从整体上提高IP的性能。从以上分析可以看出，IP Over ATM具有以下特点： 优点：（1）由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。（3）适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。 缺点（1） 目前：IP over ATM还不能提供完全的QoS保证。、（2）对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（2030）。（3）在复制多路广播方面缺乏高效率。（4）由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。尽管IP over ATM，特别是ATM以网络形式来支持能获得很好的网络整体性能。但IP over ATM的技术进展比较慢，特别是MPLS的标准化工作尚需时日，使得ATM仍不能满足业务高速发展对带宽的要求，从而导致IP over SDH技术的出现。图5 IP over SDH分层模型与封装示意2.2 IP Over SDHIP Over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。SDH是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连接的网，在IP over SDH中， SDH只可能有一种工作方式，即SDH只可能以链路方式来支持IP网。SDH作为链路来支持IP网，由于它不能参与IP网的寻址，它的作用只是将路由器以点到点的方式连接起来，提高点到点之间的传送速率，它不可能从总体上提高IP网的性能。这种IP网其本质上仍是一个路由器网。 IP网整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展。千兆路由器在技术上是有突破的，但是技术的突破带来了设备复杂度大大的提高，由于这种突破性技术目前并不能广泛用于普通路由器中，除非全网全部路由器都采用千兆路由器（IP over SDH），否则就不可能从整体上提高IP网的水平。另外SDH是依靠网管来完成端到端的半永久性连接的配置的，一个大网完全依靠网管来配置是不可想象的。所以千兆比路由器（IP over SDH）只可能在干线上用，用以疏导高速率数据流。IP over SDH，也称Pacdket over SDH（PoS）。它保留了IP面向无连接的特征，其分层模型与封装示意如图5所示。支持IP over SDH技术的协议、标准和草案主要有： PPP协议PPP协议（即IETF FRC1661：The Point-to-Point Protocol和RFC2153：PPP vendor Extension是一个简单的OSI第二层网络协议。其标头只有两个字节，没有地址信息，只是按点到点顺序，面向无连接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧（符合RFC1662：PPP in HDLC-Link Faming）以满足映射到SDHSonet帧结构（符合RFC1619：PP over SDH）上的要求。 简化的数据链路协议（SDL）在IPPPPHDLCSDH中，使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题，主要表现在：用户使用HDLC帧时，网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时，网管需要进行填充、去填充操作。为此，Lucent提出了简化数据链路协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP数据包进行高速定界，可适用于OC-48STM-16以上速率的IP over SDH。SDL的帧格式如图6所示。图6 SDL的帧格式SDL协议主要应用于点到点的IP传送，可以用于任何类型的数据包（如IPv4、IPv6等）。与HDLC相比，SDL更容易应用于高速链路，并且可能提供链路层的QoS。从以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特点：优点：（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healing Ring）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF协议防止备和链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。（4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。缺点：（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。（2）不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。（3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。随着千兆位高速路由器的商用化，IP over SDH的发展势头很强。例如美国Sprint公司和GTE公司已决定采用Cisco的GSR 12000高速路由器作为节点建立IP骨干网。世界最大的ISDN业务供应商UUNet也宣布将在骨干网上采用IP over SDH。采用这种技术的关键是千兆位高速路由器，这方面近来已有重要突破性进展。美国Cisco公司于1997年9月推出的12000系列千兆位交换路由器（GSR），可以在千兆位速率上实现因特网业务选路，还具有60Gb/s的多带宽交换能力，提供灵活的拥塞管理、组播和QoS功能，其骨干网速率可以高达2.5Gb/s。AT&T和KDD已开始提供一条横跨太平洋的海底光缆专用线路连接旧金山和东京，开展IP over SDH业务；横跨大西洋的海底光缆连接纽约和斯德哥尔摩，从1996年9月开始，也开展了IP over SDH业务。目前，全世界很多电信公司和大众业，也在建设IP over SDH网络。图7为IP over SDH的应用方案示意图。图7 IP over SDH的应用方案示意图在图7中，SDH光纤环由光纤双向环组成；路由器可有各种不同的等级，分别连接各自的IP子网。在图7中，如路由器1与路由器2通信，接入线路速率为E1，欲实现IP over SDH，则在STM-1中继线及STM-16光纤环路中分别分出一条E1速率的支持（信号），由SDH网管系统设置，这条支路类似于ATM网中设置的永久虚电路（图7中以虚线表示）固定连接于路由器1与路由器2之间。2.3 IP over ATM 与 IP over SDH比较协议开销与带宽效率：IP over ATM 开销在20%以上。相比IP over SDH一般只有5%左右。但SDH链路带宽是独占不能共享，相反，IP over ATM可通过ATM的VP/VC连接共享网络带宽。QoS：服务质量与延时，抖动，带宽有关。ATM 具有业务分类，排队机制，带宽管理和拥塞控制等，在这方面有独特的优势。而IP本身在这方面虽有QoS等方案，但其在广域网中并不能真正保证QoS。寻址和路由：ATM网络具有完整的寻址和路由连接功能。IP over SDH中PPP本身无寻址和路由能力，网间必须配置点到点链路及冗余链路。容错性能：ATM提供了从故障链路和交换机恢复的能力。SDH具有光纤被切断时的保护切换能力。而ATM运行在SDH上时，也可享有这种能力。表2 IP over SDH和IP over ATM传输效率分析3. 总结通过以上的分析比较，我们可以发现，在高性能、宽带的IP业务方面，IP over SDH技术由于去掉了ATM设备，投资少、见效快而且线路利用率高。因而就目前而言，发展高性能IP业务，IP over SDH是较好选择。而IP over ATM技术则充分利用已经存在的ATM网络和技术，发挥ATM网络的技术优势，适合于提供高性能的综合通信服务，因为它能够避免不必要的重复投资，提供Voice、Video、Data多项业务，是传统电信服务商的较好选择。三 SDH的集成宽带接入应用1. 简介随着技术所本持续下降，电信市场日益开放以及以IP为代表的数据业务的爆炸式增长，网络的带宽与容量再次成为热门话题和紧缺的资源。以美国为代表的发达国家的骨干网正向超高速和超大容量的方向发展，高达160Gbit/s（1610Gbit/s）的波分复用系统已投入应用。用户侧的PC机的速率也在突飞猛进，唯独中间的接入网仍停留在窄带水平。为了适应这一新的形势，接入网的宽带接入技术也呈现了新的发展态势。接入网络对电信运营商而言是极其重要的，因为它直接连接着最终用户。面对通信宽带化的趋势，原有的接入网络技术已开始表现出种种不如人意的地方，而建设新型宽带接入网络成了人们关注的新话题。在这种情况下，传统的电话网势必向以数据业务为中心，以宽带化和IP化为特征的下代电信网过渡。电信业务从电话等窄带业务逐渐转向集语音、高速数据、可变视频为一体的多媒体宽带业务。面对众多的接入技术，如何选择理想的解决方案，高效、经济的构建满足各种用户需要的接入网络是人们关注的一个焦点。宽带接入网建设应根据社会的发展、用户的需要、设备的成熟程度和经济实力分阶段实施。接入设备必须组网灵活，窄带、宽带业务都可以接入，支持未来发展。2.集成宽带接入的特点 这种集成接入系统是基于SDH的。将SDH技术上的优势带进接入网领域，使SDH的功能和接口尽可能靠近用户是SDH发展的趋势。考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑、低功耗和低成本的新型系统。集成宽带接入通过V5接口或DLC完成窄带接入，通过插入不同的接口卡直接向用户提供10/100Mbit/s以太网接口或270Mbit/s DVB数字图像接口，不需ATM适配层就能直接把宽带业务映射到SDH帧中，并能半动态/动态地按需分配带宽（NE1或NT1），以适应不同业务接口需要，从而有效地提高带宽利用率，真正实现宽窄接入兼容，是理想的综合宽带接入解决方案。（1）基于SDH这种接入方案的传输部分符合SDH体制标准，其速率、帧结构、功能都与STM-41一致。能与任一厂家的STM-4或STM-6互连，还能平滑升级到STM-4。具有标准的SDH支路接口。除T1和T3接口用于SONET外，还可提供E1（2Mbit/s）支路接口。具有155Mbit/s光/电分支支路功能，利用155Mbit/s光分支盘可以形成光分路。利用155Mbit/s电分支盘复用到上一级传输设备，提高系统组网的灵活性。除能用作接入设备外，还能直接作为传输设备使用，应用范围相当广泛。（2）综合接入接入网是一个快速发展的网络，一些可用于接入网的技术还在不断出现，谁也无法预料将会出现什么新的接入业务，尤其是宽带业务。因此，衡量一个综合接入网产品的好坏，不能仅看其支持接入业务种类的多少，还要看其解决宽/窄兼容的技术。如果能够动态地分配带宽，无论将来宽带业务如何发展，只需开发相应的接口盘就能满足新的业务要求，而不需对设备进行大的改动，减少了开发周期，降低了成本。集成接入系统利用虚容器（VC）将不同的支路的信号映射到STM-1中。级连的VC能映射比单个的VC更大的数据流，因此能更有效地利用带宽并能实现带宽的按需分配，动态地分配信道。对于大多为非电信标准的宽带业务，能提高带宽的利用率。它采用两级复用方案，一级是从STM-1到E1，另一级从E1到64kbit/s。当业务比特率大于时，给它分配多个级联的VC-1；反之，分配一个或部分E1。这些比特小于E1的业务在多个64kbit/s等级中处理，与级联VC中的动态带宽分配无关。（3）符合TMN要求的网络管理系统接入网网管的建设应当是基于TMN的，在开放的环境中，采用标准的管理协议来传送标准的管理信息，保证网管的高度适应性和可持续性建设要求。TMN对网络管理系统与被管理设备之间传送的管理信息进行了标准化，只要各接入网设备都提供标准的接口，不论其具体实现方法如何，也不论其组网方式如何，不同的接入网资源都可以被集中管理，统一调度。在接入网网管的建设中，由于接入网本身的技术特点，要求网管系统具有良好的适应性和可持续性，而TMN技术则切实保证了接入网网管建设的平滑过渡和可持续性发展。3.对各种接入的支持3.1支持窄带业务 为了更充分地利用SDH的优势，需要将SDH进一步扩展至低带宽用户，特别是无线用户，提供灵活并能综合新老业务的64kbit/s等级传送平台。具体实施方法可以有多种，如使用STM-0子速率连接（sub STM-0），对于小带宽用户是一种经济有效地方案，同时又能保持全部SDH管理能力和功能。目前LTU-T第15研究组已开发了一个新的建议G.708。规定了sSTM-2n和sSTM-1k接口，届时SDH演进一步向用户推进，在接入网领域占据更大的份额。集成宽带接入设备支持窄带的接入（V5接口），与V5.1/5.2研究平台兼容，更改协议可实现升级。两种协议处理方案（远端终结和局端终结），用户可根据情况选择。3.2支持宽带业务SDH利用虚容（VC）将不同的支路信号映射到STM-N中。在SDH标准中，采用VC-1（映射T1/E1），VC-2（映射T2），VC-3（映射T3/E3）。级连的VC能映射比单个的VC更大的数据流因此能更有效地利用带宽。它的另一个好处是能实现“带宽按需分配”，即动态地分配信道。对于像以太网和压缩数字图像这样的非标准数据速率，动态带宽按需分配能大大地提高带宽的利用率。3.3支持IP业务接入网用SDH的最新发展趋势是支持IP接入。目前至少需要支持以太网接口的映射，除了携带语音业务量以外，可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务，从而使SDH也能支持IP的接入。IBAS设备通过插入网卡作为支路盘，为用户提供两路以太网接口，工作方式可为双工或半双工。以太网接口所需带宽可由系统灵活分配（n2Mbit/s）。综合起来，集成宽带接入系统具有如下优点：（1）综合考虑了窄带接入和宽带接入。另外更完善地解决了IP接入，实现了语音、数字电视、多媒体服务的集成接入。（2）基于SDH，由于SDH技术很成熟，能提供可靠的服务。（3）可增加带宽，提高网络管理能力，减少维护工作，降低成本。（4）对于GSM系统来说，可灵活地提供2Mbit/s的透明通道。（5）可方便地升级和扩大容量，为平滑过渡至FTTH做好准备。4.与其他宽带接入技术的比较4.1与ADLS（非对称数字用户线）的比较非对称数字用户线（ADSL）系统是一种利用现有双绞铜线的宽带接入技术，它利用双绞线传送双向不对称比特率数据。ADSL的内部比较复杂，它采用了高级的数字信号处理技术和新的算法压缩数据，使大量的信息得以在网上高速传输。ADSL系统的发展趋向是进一步提高系统的下行带宽，即演变成所谓甚高速数字用户线（VDSL）系统，这种技术在双绞线上的下行传输速率可以扩展至25-52Mbit/s，同时允许1.5Mbit/s的上行速率，其传输距离会缩短至1000m或300左右。ADSL最大特点是无需改变现有铜缆网络设施就能提供宽带业务，其主要缺点是线对的苛刻要求，目前国内双绞线只有10左右的线对可以开ADSL，另外，价格仍偏高。从长远的发展看，双绞线的传输带宽毕竟还是有限的。它最终只能是一个过渡性的方案，或者与其他宽带接入系统配合使用。拉入网发展的最终目标是光纤到家，应该因地制宜，在有条件的地方，尽量地使光纤靠近用户。集成接入系统是基于SDH的新型综合宽带接入系统，无论从传输带宽、信号质量，还是从今后向FTTH的过渡上，都有其发展优势。可以针对不同业务提供相应的接口，如以太网接口、DVB接口，实现宽窄带、新老业务的综合接入；标准SDH光传输平台，把ONU尽可能地推向用户端，简化了网络体系结构。4.2与HFC（光纤同轴电缆混合网）的比较HFC是一个灵活的接入和传输系统。将光纤和同轴电缆的优点集于一身，又较FTTO或者是SDV造价低廉。同时支持模拟和数字传输。HFC的灵活性和强大的功能已使它成为CATV和电话提供商的首选。HFC是广播式服务的一个很好的解决方案，但在发展双向、交互式服务中存在着严重不足：（1）HFC是一个树型结构，在电信服务中可靠性不高，易被噪声干扰。（2）许多用户共享上行信道，限制上行信道的应用。（3）用模拟传输技术。（4）不支持Q3接口。与HFC相比，集成宽带接入方案运用SDH设备，可形成高可靠网络技术。同时他支持F接口和Q接口，在局端实现用户线路测试，远程和集中式监督和控制。为了满足VOD、可视电话和其他动态视频服务，集成宽带接入方案提供了DVB接口。总之，与HFC相比，集成宽带接入方案更能满足广播公司宽带接入的需要，带宽更宽、可靠性更高。易开通双向服务。4.3与APON的比较接入网正在应用PON（无源光网络）系统，使携带的信息ATM化后的PON称为APON。对于承载和终端用户来说，APON有许多优点。因为光纤维护费用远比铜轴的低。现在，速度为155Mbit/s的对称APON系统和速度为622Mbit/s/155Mbit/s的非对称APON系统正发展之中。另外，光纤技术不受电接口的影响，从而保证了高质量的电信服务。APON系统的另一优势是在提供动态带宽仇配的OLE中集合了ATM信元、ATM的QoS优势、PON的宽带透明传输的优势。但是，APON的发展前景却面临着ATM的衰落和IP的兴起。另外，APON技术显得还很昂贵。与APON相比，集成宽带接入系统费用低，提供宽带支流接口，实现了NE1或nT1到STM-1复用，以及动态带宽分配。也可提供IP接入，将信号直接映射到SDH帧中，简化了网络结构，降低了费用，提高了系统效率。实现了宽带和窄带的集成接入。4.4与LMDS比较本地多点分配业务（LMDS）是一种新出现的毫米波宽带无线接入技术，可提供双向数据、语音和视频业务。如果仅用于语音则可以支持6万个电话用户，同时可支持速率为ISDN-BRI、E1和E3和专用电话业务，但最有利的业务是数据业务。LMDS可提供对称业务与不对称业务，如交互式电视和高速数据。另外可以提供因特网接入，可以用于局域网的互连。LMDS网络建设周期短，数据传输质量高，其信号质量与可靠性与其他技术相比甚至更好。尤其适用于光接入网因用户密度和/或成本原因而不经济可行的地区。但是，LMDS所使用的频段技术实现难度较大，其发展在很大程度上取决于能否开发出低成本的28GHz收发机。这一频段的放大器需要基于镓砷技术的单片毫米波集成电路，要做到低成本、高性能不大容易。另外，LMDS的最大弱点是采用无线信道且只能视距传输，因而抗干扰能力差，甚至雨点、树叶等都会对信号产生影响。为了避免阻挡，枢纽站可能不得不设置在高于地面15-20m处，这在有些环境下应用不利。宽带固定无线接入技术作为有线接入技术的有益补充，代表了宽带接入技术的一种新的不可忽视的发展趋势。不过对于中国的广大用户而言，目前无线宽带接入技术仍然是接入技术发展的主流。综合宽带接入系统采用有线（光纤）信道，可远距离传输，容量更大，抗干扰能力强，成本较低。集成宽带接入系统基于SDH体制，它可以提供宽带支路接口、能够灵活地按需分配带宽，电信、广电等各种部门都可以使用这种接入平台来为广大用户提供宽带接入业务。5.总结以上讨论了集成接入系统的特点，并将其与其他接入系统作了比较。集成宽带接入系统既是传统电信服务（如E1、T1）的理想解决方案，又是非标准电信服务，如数字电视、计算机网络的理想解决方案。集成宽带接入系统集成了宽带及窄带接入，在同一个壳中放置了接入模块、传输模块、CATV模块和管理模块。通过ISDN接口卡，实现电话和Internet接入。通过以太网接口卡实现LAN和VOD的互连。宽带接入是接入网的趋势，而集成宽带接入系统则提供了一个对现有接入网的很好的解决方案。第三部分SDH技术的未来发展与展望一.SDH网络管理软件发展SDH是由软件控制的复杂系统和网络，大量借鉴了计算机科学的最新研究成果，例如采用了面向对象的软件设计方法，UNIX操作系统，最新的关系数据库结构等。一个考虑周全、技术先进的灵活网管系统是SDH网技术成败的关键。因而一旦硬件系统研制成功后，大量的后续工作将集中在软件开发上。由于SDH技术还处于发展阶段，ITU-T关于SDH网络级管理的建议还处于完善的过程中；在网管系统的横向兼容性方面，即多厂家能力，目前还处于研究开发阶段，需要与生产厂家配合进行软件版本升级，从而日臻完善。二.超高速光纤传输技术的发展 由于高速电子电路、光电器件的瓶颈效应，传统的电时分复用(TDM)光纤通信系统的传输速率到了25Gb/s时再向上发展已经很困难，宽带业务的发展对传输网又提出了更高的要求，因此采用最新的OTDM(光时分复用)和DWDM(密集波分复用)技术将势在必行(密集是指比普通波分复用的波长间隔更小，以02nm或其整数倍为波长间隔)。现在有些生产厂家已能提供商用的DWDM产品，因此可以考虑在技术条件成熟及性能价格比较合理的情况下，在一些业务量大的专用汇接局之间采用DWDM技术。三.SDH应用传输媒介扩展 在大多数情况下，传输网的媒介都是一以光纤为主、无线为辅，在无线通信方面微波是一种重要的通信手段。SDH微波传输系统与现有的PDH微波系统兼容采用于PDH140Mb/s系统原有的频道间隔，即30MHz与40MHz两种，但需要传送的比特率更高。目前商用系统的速率是155Mb/S和2155Mb/s，正在研究622Mb/s系统，除微波外今后卫星通信也要向SDH过渡，以有建议将DXC功能安装在卫星上，今后还可