SDH传输系统基本原理

SDH传输系统基本原理 SDH基本原理 概述比特率VC 通道 段复接结构幀结构指针开销SDH网元设备类型及环拓扑时钟定时 SDH基本原理 SDH概述 S Synchronous同步 D Digital数字 H Hierarchy系列 SDH概述 时分复用的概念 将线路用于传输的时间划分成若干个时间片TS 每个用户分得一个时间片 在其占有的时间片内 使用线路的全部带宽 既可传数字信号又可传模拟信号 SDH概述 高速复用信道 低速支路信道 同步 两个或多个信号之间在频率和相位上具有相同的长期频率准确度 最简单的关系是频率相等 SDH概述 P Plesio是希腊语词根 是 近似的 意思 Plesiochronous 准同步 D Digital 数字 H Hierarchy系列 SDH概述 SDH概述 SDH概述 数字交换机 二次群2 8MMUX 三次群8 34MMUX 2M 8M 四次群34 140MMUX 34M 140M 五次群复接 2M DDF 电路调度及测试 DDF DDF DDF 1 2 30 VDF 我国PDH系统的基本构成 PCM基群 光线路终端 SDH概述 SDH概述 SDH与PDH的三大主要区别同步的网络所有网元都工作在同一时钟作用下丰富开销比特用于传输大量网络管理信息统一的接口和复用标准同时适用于欧洲 北美和日本的数字体系统一的光接口 SDH概述 PDH体系的标准化工作 先有设备 后出标准 SDH体系的标准化工作 先有标准 后出设备 用总结经验的方式来制定标准 形成的标准自然技术上比较完善 但其是一个折中的产物 自然带有许多不完全合理的东西 以哲学家式的想象力 从全网的角度出发制定标准 用来指导设备的研制和网络建设 SDH概述 SDH概述 数字传输技术的发展 模拟PDH数字 数字通信的发展过程 1948年 晶体管发明 1965年 日本PCM 24 1962年 美国PCM 24 1968年 欧洲PCM 30 SDH概述 数字传输技术的发展 PDHSDH SDH概述 SDH的优点 一 同步网络 复用过程简单易于从复接的高速信号中提取支路信号 SDH概述 SDH的优点 二 开销比特 实现高级网络管理 故障管理 Faultmanagement 配置管理 Configurationmanagement 性能管理 Performancemanagement 安全管理 Securitymanagement 计费管理 Accountingmanagement SDH概述 SDH的优点 三 统一的接口 多厂家产品环境 易于国际互连 SDH概述 SDH比特率 SDH基本原理 SDH比特率 欧洲2 048Mb s8 448Mb s34 368Mb s139 264Mb s 北美1 544Mb s6 312Mb s44 376Mb s 日本1 544Mb s6 312Mb s32 064Mb s97 728Mb s PDHG 702 SDHG 707 注 1 划线速率为SDH可以处理的PDH速率等级2 SDH建议已明确将51 84Mb s作为中小容量卫星与无线SDH系统的数字段接口速率 但不作为SDH的级别或NNI速率 为STM 0 但并不代表SDH的一个基本速率等级 STM 1155 520Mb s STM 4622 080Mb s STM 162488 320Mb s STM 649953 280Mb s 整数倍 SONET SDH等级 电信号 光信号 CCITT名称 STS 1STS 3STS 9STS 12STS 18STS 24STS 36STS 48 OC 1OC 3OC 9OC 12OC 18OC 24OC 36OC 48 51 84155 52466 56622 08933 121244 161866 242488 32 STM 1STM 3STM 4STM 6STM 8STM 12STM 16 速率 SDH比特率 VC 通道 段 复接结构 帧结构 SDH基本原理 虚容器是不是SDH系统准备好的一个个的大小不等的盒子呢 可以这么说 但这种 盒子 只是一个逻辑上的概念 并不是物理实体 虚容器实际上是ITU T定义的一些标准格式 原始信息首先被装载进这些虚容器 也就是变成这些标准格式 这个过程称为 映射 VC 通道 段 VC 通道 段 虚容器 Virtualcontainer VC不同的PDH原始信息对应于不同的VC 低阶虚容器 单个结构 LowerorderVC1 5Mb s VC 112Mb s VC 126 3Mb s VC 2高阶虚容器 可由多个TU或TUG组成 HigherorderVC34Mb s或45Mb s VC 3140Mb s VC 4 虚容器 二 VC 通道 段 虚容器 三 那么 虚容器里除了原始信息以外还有什么呢 即 通道开销 可见VC是与通道这个概念是紧密相连的 VC 通道 段 复接结构 STM N AUG TUG 3 TUG 2 C 4 C 3 C 2 C 12 C 11 N 1 7 3 7 1 3 1 3 4 139264kb s 44736kb s34368kb s 6312kb s 2048kb s 1544kb s TU 3 TU 2 TU 12 TU 11 AU 4 AU 3 VC 3 VC 2 VC 12 VC 11 VC 4 VC 3 指针调整下的同步复接 我国的SDH基本复用结构 指针调整下的同步复接 STM N AUG TUG 3 TUG 2 C 4 C 3 C 12 N 1 7 3 1 3 139264kb s 44736kb s34368kb s 2048kb s TU 3 TU 12 AU 4 VC 3 VC 12 VC 4 指针处理 映射 定位 校准 复用 AUG STM 1 复接结构 STM 1的帧结构 线路码流 1 2 270bytes 9 行 列块状帧结构 RSOH AUPTR MSOH 1 3 5 9 261 125us 净负荷 Payload VC 4 POH 261 9 TUPointer 1 2 63 POH POH POH 3 1 5 RSOH AUPTR MSOH 9 N 261 N 125us STM 1的帧结构 SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 通道和段 一 REG NE NE NE path 1 path 2 section 1 section 2 section 4 NE 1 NE 2 NE 3 NE 4 PDH端口 PDH端口 Section TS Section TS Path regeneratorsection 再生段 两个NE之间的物理连接multiplexsection 复用段 相邻LT间对业务的逻辑功能path 通道 两个PDH接口之间 端到端 的逻辑连接 由此可见 section 3 RS RS MS MS SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 通道和段 二 为了便于SDH网络的优化设计 有助于网管功能的实现以及保持技术规范的相对稳定性 SDH将传输网划分成上述若干层次 每一层次上都有相应开销比特与之对应 段开销 SDH为什么要提出这些概念呢 SDH的几个新概念 虚容器 通道 段 指针 开销 SDH基本原理 指针的基本功能 SDH指针可分为两大类 AUPTR和TUPTRAU 4PTR 为VC 4定位TU 12PTR 为VC 12定位 指针的字节安排 AU 4指针的字节安排 一 NNNNSSID H1 IDIDIDID H2 Y Y 1 1 净负荷区 H3 H3 H3 H4 H4 H4 塞入码 信息 10比特指针值I 增加指示比特D 减少指示比特表示指针值将进行加1或减1操作 10比特的取值范围是0 1023 当AU PTR的值不在此0 782范围内时 为无效指针 当连续8帧收到无效指针值或NDF时 产生AU LOP 新数据标识 NDF 0110指针正常操作1001指针将有一个全新的值指示新数据若帧净负荷不再变化 下一帧NDF又回到正常值0110 且3帧内不再作指针值增减操作 指针的作用 指针的作用非常重要 是SDH最具有特色的技术 其基本功能是指示VC的首位置 同时指针在协调SDH网的同步性能方面起着非常重要的作用 具体体现在 1 校准相位差 指针更新 2 校准频率差 指针正调整或负调整 指针的作用 指针的正调整 H1YYH21 1 H3H3H3 H1YYH21 1 H3H3H3 H1YYH21 1 H3H3H3 VC 4 VC 4 VC 4 I比特反转 正调整机会 指针的负调整 H1YYH21 1 H3H3H3 H1YYH21 1 H1YYH21 1 H3H3H3 VC 4 VC 4 VC 4 D比特反转 负调整机会 指针的作用 对于上述正或负调整 将根据VC 4相对于AU 4的速率差一次又一次地周期性进行 直到两者速率相当 但相邻的两次调整必须至少间隔三帧 也就是说若从指针反转的那一帧作为第一帧 至少在第五帧才能作指针反转 其下一帧的指针值将进行加1或减1操作 若指针连续调整 在收端将出现VC4定位错误 导致传输性能劣化 总之 指针的作用是提供在AU帧内对VC灵活和动态定位的方法 以便VC在AU帧内浮动 适应VC与AU或TU之间相位的差异和速率之间的差异 综上所述 指针是与SDH同步性能密切相关的 通过指针的活动可以衡量SDH网的同步状况 指针的作用 开销 段开销 净负荷 9 9 261 STM 1 A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 B1 E1 F1 D1 D2 D3 B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 M1 E2 注 1 为国内使用保留字节 用于具体传输媒质的特殊功能2 未标注字节为将来国际标准确定 Z1 Z1 Z2 Z2 A1 A2 帧定位 B1 BIP 8 C1 J0 C1 STM识别符 J0 再生段跟踪 E1 公务 F1 用户信道 D1 D3 DCCr B2 BIP NX24 K1 K2 APS MS AIS MS RDI FERF D4 D12 DCCm S1 同步状态 M1 段REI FEBE E2 公务 Z1 Z2 空闲备用 RS MS 如果连续5帧以上找不到A1 A2图案 则进入OOF帧失步状态 如果OOF状态持续一定时间 则设备进入LOF帧丢失状态 开销 段开销 K1 b1 b4 指示倒换原因K1 b5 b8 指示提出倒换请求的工作系统序号K2 b1 b5 指示复用段接收侧备用系统倒换开关所桥接到的工作系统序号K2 b6 b8 回送发送端 接收端已检测到上游段的缺陷或告警指示信号 开销 段开销 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A2 A2 A2 J0 Z0 B1 E1 F1 D1 D2 D3 B2 B2 B2 B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 Z1 Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z2 Z2 M1 STM 16SOH 9行 144列 开销 段开销 开销 高阶通道开销 J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 K3 N1 1 260 VC 4 HPOH J1 高阶通道跟踪 B3 通道BIP 8 C2 G1 F2 Z3 H4 K3 1 4 N1 Z5 信号标识 通道状态 REI1 4 RDI5 用户信道 复帧位置指示 APS 网络操作者字节 用于串接监视 开销 低阶通道开销 VC 12 500 S 35 125 S LPOH V5 J2 N2 Z6 K4 1 2 BIP 2 3 REI 远端块差错指示 4 RFI 远端故障指示 5 7 信号标识 8 RDI 远端失效指示 低阶通道跟踪 网络操作者字节 用于串接监视 APS V5 K4 N2 J2 SDH网元设备类型及环拓扑 SDH基本原理 环 几种常见的网络拓朴结构 点对点 TE 多点 线型 TE TE ADM ADM TE 环形 具有高度的自愈性 可靠性 REG ADM ADM ADM ADM 复杂网络拓朴结构 树型拓扑 TE TE ADM ADM TE 网孔拓扑 REG ADM ADM ADM ADM TE 自愈网保护 发生故障时的自动保护倒换 APS 1 1 含1 1 双向保护 当接收与发送的工作线路中有任一路发生故障 二者皆由工作线路W1 Wn倒换到保护线路P1 Pn APS AutomaticProtectionSwitching 1 n 可恢复模式 不可恢复模式 单向保护 当接收与发送的工作线路中有任一路发生故障时 只有发生故障的工作线路W1 Wn倒换到保护线路P1 Pn 可恢复模式 业务倒回原线路 但何时倒回可由等待恢复时间 WTR 功能定义 不可恢复模式 业务不倒回原线路 故障清除后 NEC设备默认WTR为300秒 该值可根据需要修改 1 n适用于点对点 线型拓扑 1 1适用于自愈环的保护模式 自愈网保护 发生故障时的自动保护倒换 1 自动保护倒换以工作段或保护段的失效为基础 失效条件为SF和SD 保护倒换也可通过接收倒换命令来启动 即强制倒换 FSW 和手动倒换 MSW APS规约 2 自动保护倒换使用了两个自动保护倒换字节K1和K2 以保证收发两端能同时正确完成倒换功能 K1字节表示请求倒换的信道 K2字节确认桥接到保护信道的信道号 3 APS自动保护倒换时间 包括K1和K2字节处理时间和倒换时间 必须在50ms内 4 对于自愈环来说 发出K1和K2字节的ADM必须要在K1和K2字节明确环上哪个ADM来接收 对于其他的ADM K1和K2字节是透明传输的 5 复用段自愈环中只有1 1保护方式 不需要在K1和K2字节上明确哪个工作信道要倒换到保护信道上去 自愈网保护 发生故障时的自动保护倒换 1 1可恢复模式 STM N信号同时在工作段和保护段两个复用段发送 即同时有两份相同的业务沿工作线路与保护线路发送 二者形成保护 因保护通道永久连接 故不允许提供额外的低等级业务 自愈网保护 发生故障时的自动保护倒换 1 1的保护通路可用于提供低优先级的额外业务 因而系统效率高于1 1方式 1 n可恢复模式 n条工作通道共享一条保护通道 保护通道对发生故障工作通道所携带的业务进行保护 故障排除后 业务倒换回原工作通道 保护通道空闲 故可提供额外的低等级业务 环 环的分类 自愈环SHR USHR BSHR 单向自愈环 双向自愈环 通道保护环 PPS 线路保护环 复用段保护环 LPS MSP 通道保护环 PPS 线路保护环 复用段保护环 2FBSHR LPS 4FBSHR LPS 2FBSHR PPS 2FUSHR PPS 2FUSHR LPS LPS MSP 环 两纤单向通道倒换环 A B C D E F 1 1并发优收 环 两纤单向通道倒换环 A B C D E F 1 1并发优收 1 1SNC P的倒换只与接收端收到的信号质量有关 借助于2 1选择器 无需APS协议即可实施快速倒换 倒换时间可少于30ms 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 光缆故障 发生环回倒换 Loopbackswitch 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 工作光纤故障 发生区段倒换 Spanswitch 1 1 环 4纤双向线路倒换环 A B C D E F 节点失效 在相邻节点作环回倒换 1 1 环 2纤双向线路倒换环 A B C D E F 工作信道 空闲保护信道 1 1 环 2纤双向线路倒换环 A B C D E F 光缆故障 发生环回倒换 Loopbackswitch 1 1 环 1 1复用段倒换环 1 2F复用段环与4F复用段环保护均为1 1保护 倒换需要依靠APS协议 由工作侧收发两端同时将业务倒换到保护通道完成自愈 2 依靠APS协议的复用段保护环可以利用空闲的保护通道资源传送低等级的额外业务 从而使有限的网络资源利用率得以提高 我们也可以人为控制倒换 但在倒换之前应先执行倒换练习SwitchExercise 这一功能检测在保护倒换电路中 即单元盘 线路保护 任何不正常状况 但并不真正实施倒换 时钟定时 SDH基本原理 什么是SSM SynchronizationStatusMessage同步状态信息 背景 Varioustrafficssuchasvoice data videoMultipleservicessuchasIP ATM SDH Differentsynchronizationqualitylevelwouldberealizedoversamenetwork MoreQoSrequiredSupplyingmoresuitablesynchronizationsourcetoeachNEismuchmoreimportant什么是SSM DefinedinITU TG 781SSMoffersthequalitylevelandprioritylevelofsynchronizationsourcetoeachNEinordertoassureclockquality IndicatedonSan n 4 8 bitsonexternal2Mbit ssignalorS1byte b5 b8bit onSTM Nlinesignal MSB MostSignificantBitLSB LeastSignificantBitSSU SynchronizationSupplyUnit SynchronizationArchitecture 同步与定时 2 4 8 11 15 SDH将通过S1字节 5 8 或外接的2Mbit ssignalSan n 4 8 比特携带时钟的Q值的技术称为SSM技术 即同步状态信息技术 它指出的是定时链起点时钟的长期精度 据它可选择和确认最佳质量的同步路径 有利于时钟源的倒换及防止时钟形成环路 时钟的Q值与S1字节的取值关系对应如下 同步与定时 网元的时钟源 1 外同步定时 2 STM N线路信号中提取 3 2MPDH支路提取 4 内部定时 保持模式 holdover 自由振荡模式 free run Externalin fromBITS 1 2 Externalout toBITS 1 2 Line1 line2 Tributary1 2 STM N STM N STM N line3 holdover freerun 同步与定时 同步方式一 CLK1 CLK2 NE NE Data 准同步方式各节点都设立高精度的独立时钟 这些时钟具有统一的标称频率和频率容差 虽然各时钟频率不可能绝对相等 会产生滑动 但由于精度足够高 产生的滑动可以满足指标 对时钟性能要求高 常用于国际数字网中 即一个国家和另一个国家的数字网之间采用此种同步 铯原子钟 铯原子钟 同步与定时 同步方式二 CLK1 NEMaster NESlave Data Clock 主从同步方式定时信号从基准时钟向下级从钟逐级传送 各从钟直接从上级钟获取同步信号 不断根据过来的同步信号来调整本身的时钟 同步信号可以从传送业务的数字信号中提取 也可以使用专用链路传送定时信号 从钟使用锁相环技术将输出信号的相位锁定到输入信号的相位上 正常锁定时 其输出相位具有与基准信号相同的精度 对从钟性能要求低 但传输链路的不可靠会影响时钟传输 同时存在定时环路的可能 常用于一个国家 一个地区的数字网内部采用此种同步 同步与定时 同步方式三 CLK1 NE NE Data Clock 互同步方式网内没有主基准时钟 各时钟将自身频率锁定在所有接收到的定时信号的加权平均值上 各时钟相互作用 实现网内时钟同步 输入缓存吸收时钟间的差别 没有slips 具有较高的可靠性 对时钟性能要求不高 但网络参数的变化容易引起系统性能变化甚至进入不稳定状态 CLK2 同步与定时 同步方式四 AtomicCLK Network Network Data 混合同步方式当定时传输距离很长时 将全网划分为若干个同步区 区内为主从同步网 区间为准同步方式 可以减少时钟级数 缩短定时信号传输距离 时钟频率基本一致 1slip 72days 能被任何业务所接受 AtomicCLK 同步与定时 时钟源倒换规则 1 首先选择质量级别即Q值高的时钟 2 对于质量级别相同的时钟 选择优先级别P值