第二章 宽带传输技术SDH-2011.ppt

1、第二章 宽带传输技术 SDH (Synchronous Digital Hierarchy),SDH设备,SDHMSTP,一、SDH概述,1、SDH产生的背景 2、SDH的优缺点,光传送网,光传送网：采用光纤作为媒介在各个地点之间传递用户信息的网络，属于OSI结构中的物理层。可以认为光传送网的输入和输出都是各种速率等级的串行比特流。 TDM 业务：Time Division Multiplexing , 电路交换类业务，主要指由低速的话音业务经多路复用而成的各种速率等级。 光传送网技术体制主要有：PDH，SDH，RPR， ASON等。,PDH,数字技术的发展，特别是数字集成电路的出现，为在电信

2、网中实现数字时分复用（TDM）技术创造了条件，它将每个模拟话路变换为64kb/s数字话路，为进一步提高链路容量，多个64kb/s信道又以字节为单位作进一步交错复接。将30个独立的64kbs信道与两个用于信息控制的信道一起形成一个32个数字信道“帧结构”，复接后比特率是2.048Mb/s，为扩大干线传输容量，又将若干个2Mb/s信道复接成更高速率。将4个2Mb/s信道以比特交错方式复接为 8Mb/s信号流，接着扩展到34Mb/s、140Mb/s 及565Mb/s，形成一个完整比特速率系列。在复接过程中，支路信息可来自不同设备，有各自的主时钟。为复接方便规定各信道比特流之间的异步范围，即规定了各主

3、时钟之间允许偏离标称值范围。这种对比特率偏差的约束,就是所称的准同步工作，相应的比特系列称为异步数字系列（PDH: plesiochronous digital hierarchy)。,PDH的缺陷 （1） 接口不统一,没有世界性标准的光接口规范 为了完成设备对光路上的传输性能进行监控，各厂家各自采用自行开发的线路码型。 典型的例子是mBnB码。其中mB为信息码，nB是冗余码。冗余码的作用是实现设备对线路传输性能的监控功能。由于冗余码的接入使同一速率等级上光接口的信号速率大于电接口的标准信号速率。不仅增加了发光器的光功率代价，而且由于各厂家在进行线路编码时为完成不同的线路监控功能在信息码后加上

4、不同的冗余码，导致不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率也不一样。致使不同厂家的设备无法实现横向兼容。这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备给组网管理及网络互通带来困难,（2）复用方式 异步带来的麻烦,现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。由于PDH采用异步复用方式，那么就导致当低速信号复用到高速信号时其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和固定性。也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置，而这一点正是能否从高速信号中直接分/插出低速信号的

5、关键所在。,1 ）从高速信号中分/插出低速信号要一级一级的进行。例如从140Mbit/s的信号中分/插出2Mbit/s低速信号，要经过如下过程如图1-2所示,2 ）由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化。在大容量传输时此种缺点是不能容忍的，这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因,3）运行维护方面 PDH信号的帧结构里用于运行维护工作OAM 的开销字节不多，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。由于PDH信号运行维护工作的开销字节少，这对完成传

6、输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的,4） 没有统一的网管接口 由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备就需买一套该厂家的网管系统。容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网,由于以上这种种缺陷，使PDH传输体制越来越不适应传输网的发展。于是美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络（SONET )体制.CCITT于1988年接受了SONET概念并重命名为同步数字体系(SDH )使其成为不仅适用于光纤传输也适用于微波和卫星传输的通用技术体制,PDH SDH,SDH的特点,按SDH组建的网是一个

7、高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用,（1） 接口统一,等 级,STM-1,STM-4,STM-16,STM-64,速率（Mb/s）,155.520,622.080,2488.320,9953.280,63,252,1008,4032,含2M数量,STM-256,39813.12,?,SDH体制有一套标准的信息结构等级。基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1， 相应的速率是155Mbi

8、t/s 。高等级的数字信号系列例如：622Mbit/s（ STM-4）、 2.5Gbit/s（ STM-16 ）等可通过将低速率等级的信息模块（例如STM-1 ）通过字节间插同步复接而成。复接的个数是4的倍数，例如：STM-4 4 STM-1， STM-16 4 STM-4。,1）电接口,字节间插,光口采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。为什么会这样？,2 ）光接口方面,扰码的标准是世界统一的,这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连0 和长连1 ，便于从线路信号中提取时钟信号。由于线路

9、信号仅通过扰码，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激光器的光功率代价。,（2）复用方式,采用了全网同步时钟和指针处理以及灵 活的复用映射结构，因而只需利用软件即 可从高速信号中一次直接分插出低速信 号，省去了全套背靠背复用设备，组网灵 活。,（3）OAM功能强大,SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM） 功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强。SDH信号丰富的开销占用整个帧所有比特的1/20 ，大大加强了OAM功能。这样就使系统的维护费用大大降低。而在通信设备的综合成本中，维护费用占相当大的一部分。于是SDH系统的综合成本要比PDH系统的

10、综合成本低。据估算仅为PDH系统的65.8%,SDH的缺点,1）频带利用率不如传统的PDH。 以2.048MbS为例，PDH的139.264MbS可以收容64个2.048Mb/s系统，而SDH的155.52Mb/s却只能收容 63个2.048 Mb/s。频率利用率从PDH的94下降到83 2）指针调整机理复杂,2.1、STM-N的帧结构 2.2、SDH的复用 2.3、映射、定位、复用,二、SDH帧结构和复用,2.1 SDH帧结构,SOH：段开销 AU PTR：管理单元指针 POH：通道开销,9270N字节,1,3,4,5,9,SOH,STM-N 净负荷 (含POH),传输方向,9N,261N,

11、270N列,SOH,AU PTR,T=125us,1）Payload,为了实时监测打包的低速信号在传输过程中是否有损坏,在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH 字节）。POH作为净负荷的一部分与信息码块一起装载在STM-N上，在SDH网中传送。它负责对打包的低速信号进行通道性能监视、管理和控制。,2）段开销（SOH）,保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM） 使用的字节 段开销又分为再生段开销（RSOH） 和复用段开销（MSOH）,RSOH、MSOH、POH提供了对SDH信号的层层细化的监控功能。 例如2.5G系统，RSOH监控的是整个STM-

12、16的信号传输状态；MSOH监控的是STM-16中每一个STM-1信号的传输状态；POH则是监控每一个STM-1中每一个打包了的低速支路信号（例如2Mbit/s ）的传输状态。这样通过开销的层层监管功能，使你可以方便地从整体和个体的角度来监控信号的传输状态便于分析、定位,3）管理单元指针（AU-PTR）,AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值指针值正确分离信息净负荷。,2.2 SDH的复用,低速信号复用成高速信号,1、比特塞入法（码速调整）,这种方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

13、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。,2）固定位置映射法,这种方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。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125us (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,SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用,又能满足同步复用。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

14、动损伤。这就要求SDH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125us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（相当于字节间插复用）三个步骤,2.2.1 140Mbit/s复用进STM-N信号,1） 140Mbit/s的PDH信号经过码速调整适配进C4,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1 20,X,Y,Y,Y,X,Y,Y,Y,X,Y,Y,Y,X,Y,Y,Y,X,Y,Z,C4子帧241W13Y5X1Z 260个字节1934IS5C130R10O208

15、0bit C比特主要用来控制相应的调整机会比特S，当CCCCC00000时，SI；当CCCCC11111时，SR。 当SI时，C-4能容纳的信息速率最大C-4max（19341）98000139.320Mbit/s 。 当SR时，C-4能容纳的信息速率最小C-4min19349 8000139.248Mbit/s。 也就是说C-4容器能容纳的E4信号的速率范围是139.248Mbit/s139.32Mbit/s ，而符合G.703规范的E4信号速率范围是139.261Mbit/s139.266Mbit/s,2）C4VC4 VC4是与140Mbit/sPDH信号相对应的标准虚容器,此过程相当于对

16、C4信号再打一个包封,将对通道进行监控管理的开销(POH )打入包封中去,以实现对通道信号的实时监控,J1：通道踪迹字节 B3：BIP-8码B3字节负责监测VC4在STM-N帧中传输的误码性能 C2：信号标记字节 C2用来指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质。例如通道是否已装载，所载业务种类和它们的映射方式。例如C2=00H表示这个VC4通道未装载信号，这时要往这个VC4通道的净负荷TUG3中插全1 码TU-AIS ，设备出现高阶通道未装载告警HP-UNEQ。 C2=02H 表示VC4所装载的净负荷是按TUG结构的复用路线复用来的，中国的2Mbit/s复用进VC4采用的是TUG结构。C2=1

17、5H表示VC4的负荷是FDDI 光纤分布式数据接口格式的信号,G1： 通道状态字节 G1用来将通道终端状态和性能情况回送给VC4通道源设备，从而允许在通道的任一端或通道中任一点对整个双向通道的状态和性能进行监视。 b1b4回传给发端由B3 BIP-8 检测出的VC4通道的误块数，也就是HP-REI。当收端收到AIS、 误码超限、J1 ，C2失配时，由G1字节的第5比特回送发端一个HP-RDI 高阶通道远端劣化指示，使发端了解收端接收相应VC4的状态以便及时发现定位故障,F2、F3： 使用者通路字节 H4： 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。例如作为TU-12复帧指示字

18、节或ATM净负荷进入一个VC-4时的信元边界指示器。只有当PDH信号：2Mbit/s ，复用进VC-4时H4字节才有意义 K3：空闲字节 N1：网络运营者字节,（3）VC4AU4,管理单元为高阶通道层和复用段层提供适配功能,由高阶VC和AU指针组成。AU指针的作用是指明高阶VC在STM帧中的位置。通过指针的作用允许高阶VC在STM帧内浮动，也就是说允许VC4和AU-4有一定的频偏和相差。这种差异性不会影响收端正确的定位分离VC4， 尽管货物包可能在车箱内信息净负荷区浮动，但是AU-PTR本身在STM帧内的位置是固定。AU-PTR不在净负荷区，而是和段开销在一起。,4）将AU-4加上相应的SOH

19、合成STM-1信号，N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号。,2.2.2 34Mbit/s复用进STM-N信号,1）H31 C-3 VC-3 TU-3 （TU-PTR指针作用）,2）TUG-3,3）3TUG-3C4,4）这时剩下的工作就是将C4 STM-N中去了。过程同前面所讲的将140Mbit/s信号复用进STM-N信号的过程类似：C4 VC4 AU-4 AUG STM-N,2.2.3 2Mbit/s复用进STM-N信号,1）2M C12,为什么要使用复帧呢? 采用复帧纯粹是为了码速适配的方便.例如若E1信号的速率是标准的2.048Mbit/s ,那么装入C12时正好是每个基帧装

20、入32个字节信息。因为C12帧频8000 帧/秒，PCM30/32E1 信号也是8000 帧/秒。但当E1 信号的速率不是标准速率2.048Mbit/s时，那么装入每个C12的平均比特数就不是整数。例如E1速率是2.046Mbit/s时，那么将此信号装入C12基帧时平均每帧装入的比特数是(2.046106bit/秒)/(8000帧/秒)255.75bit有效信息，比特数不是整数。因此无法进行装入。若此时取4个基帧为一个复帧，那么正好一个复帧装入的比特数为(2.046106bit/秒) / (2000帧/秒)=1023bit ,可在前三个基帧每帧装入256bit (32字节)有效信息,在第4帧装

21、入255个bit的有效信息这样就可将此速率的E1信号完整的适配进C12中去.,2）C12 VC12 （LP-POH低阶通道开销）,3）VC12 TU-12（TU-PTR） 4）3TU12 TUG-2 5）7TUG-2 TUG-3,SDH复用结构示意图,作业 一、求STM-1中2Mb/s信号的数量： 1、由140Mb/s的信号复用成的STM-1包含多少个2Mb/s信号？ 2、由34Mb/s的信号复用成的STM-1包含多少个2Mb/s信号？ 3、由2Mb/s的信号复用成的STM-1包含多少个2Mb/s信号？ 二、根据C12的帧结构求其输入接口的最高速率和最低速率。,2.3 映射、定位、复用,定位是

22、指通过指针调整，使指针的值时刻指向低阶VC帧的起点在TU净负荷中或高阶VC帧的起点在AU净负荷中的具体位置，使收端能据此正确地分离相应的VC。 复用也就是通过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。由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用，复用原理与数据的串并变换相类似。,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。像我们经常使用的将各种速率（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

23、，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，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种模式,异步映射,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，也无需与网络同步（例如PDH信号与SDH网不完全同步）。利用码速调整将信号适配进VC的映射方法 此种映射方法可从高速信号中（STM-N） 中直接分/插出一定速率级别的低速信号（例如2Mbit/s 、34Mbit/s 、140Mbit/s ）。因为映射的最基本的不可分割单位是这些低速信号，所以分/插出来的低速信号的最低级别也就是相应的这些速率级别的低速信号,比特同步映射,此种映射是对支路信号的

24、结构无任何限制，但要求低速支路信号与网同步（例如E1信号保证8000帧/秒）。无需通过码速调整即可将低速支路信号打包成相应的VC的映射方法。注意：VC时刻都是与网同步的。原则上讲，此种映射方法可从高速信号中直接分/插出任意速率的低速信号,字节同步映射,字节同步映射是一种要求映射信号具有字节为单位的块状帧结构，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。所以此种映射方式就可以直接从STM-N信号中上/下64kbit/s或N 64kbit/s的低速支路信号。为什么呢？ 因为VC的帧频是8000帧/秒，而一个字节为8bit，若从每个VC中固定的提取N个字节的低速支路信号那

25、么该信号速率就是N 64kbit/s,浮动VC模式,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10us）,锁定TU模式,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 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,异步映射浮动模式,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

26、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,三、开销和指针,3.1 开销,开销的功能是完成对SDH信号提供层层细化的监控管理功能。监控的分类可分为段层监控、通道层监控。段层的监控又分为再生段层和复用段层的监控。通道层监控分为高阶通道层和低阶通道层的监控，由此实现了对STM-N层层细化的监控例。 如对2.5G系统的监控，再生段开销对整个STM-16信号监控，复用段开销细化到其

27、中16个STM-1的任一个进行监控。高阶通道开销再将其细化成对每个STM-1中VC4的监控，低阶通道开销又将对VC4的监控细化为对其中63个VC12的任一个VC12进行监控，由此实现了从对2.5Gbit/s级别到2Mbit/s级别的多级监控手段。,3.1.1 段开销,1、定帧字节A1和A2（F628） 2、 J0：再生段跟踪字节，使收、发能正确对接 3、 B1：再生段比特间插奇偶校验字节(BIP-8)；校验矩阵,B1字节,被校验字节,被校验字节,被校验字节,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1

28、,0,4、 D1D3：再生段数据通信通道，可传送再生段运行数据（192kb/s） D4D12：复用段数据通信通道，可传送复用段运行数据（576kb/s） 数据通信通道（DCC）作为嵌入式控制通路ECC 的物理层，在网元之间传输操作管理维护（OAM )信息，构成SDH管理网（SMN ）的传送通路,5、 E1、E2：公务联络字节 6、F1：使用者通道字节，用于维护的数据/音频通道 7、 B2：复用段比特间插奇偶校验字节(BIP-N24)，工作原理与B1相同似 8、 K1、K2：自动保护倒换字节，执行APS协议； 其中： K1的b5b8为请求保护倒换的局站编号 K2的b1b4为倒换到保护通路上的局站

29、编号,9、 S1：同步状态字节，指示同步状态、时钟级别等 其中b1b4暂不使用，b5b8 表示时钟级别等 b5 b8 = 0010：G.811 时钟， 0100：G.812 时钟， 1011：设备时钟， 1111：不能用于同步,10、 M1：复用段远端差错指示，指示B2的误块 检测结果。其中b1暂不使用； b2 b8：用二进制编码方式，对B2的误块检测结果进行误块计数。,3.1.2 通道开销,根据监测通道的宽窄，通道开销又分为高阶通道开销和低阶通道开销。在本课程我们指高阶通道开销是对VC4级别的通道进行监测，可对140Mbit/s在STM-N帧中的传输情况进行监测；低阶通道开销是完成VC12通

30、道级别的OAM功能，也就是监测2Mbit/s在STM-N帧中的传输性能,1、高阶通道开销HP-POH,J1：通道踪迹字节 B3：BIP-8码B3字节负责监测VC4在STM-N帧中传输的误码性能 C2：信号标记字节 C2用来指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质。例如通道是否已装载，所载业务种类和它们的映射方式。例如C2=00H表示这个VC4通道未装载信号，这时要往这个VC4通道的净负荷TUG3中插全1 码TU-AIS ，设备出现高阶通道未装载告警HP-UNEQ。 C2=02H 表示VC4所装载的净负荷是按TUG结构的复用路线复用来的，中国的2Mbit/s复用进VC4采用的是TUG结构。C2=1

31、5H表示VC4的负荷是FDDI 光纤分布式数据接口格式的信号,G1： 通道状态字节 G1用来将通道终端状态和性能情况回送给VC4通道源设备，从而允许在通道的任一端或通道中任一点对整个双向通道的状态和性能进行监视。 b1b4回传给发端由B3 BIP-8 检测出的VC4通道的误块数，也就是HP-REI。当收端收到AIS、 误码超限、J1 ，C2失配时，由G1字节的第5比特回送发端一个HP-RDI 高阶通道远端劣化指示，使发端了解收端接收相应VC4的状态以便及时发现定位故障,F2、F3： 使用者通路字节 H4： 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。例如作为TU-12复帧指示字

32、节或ATM净负荷进入一个VC-4时的信元边界指示器。只有当PDH信号：2Mbit/s ，复用进VC-4时H4字节才有意义 K3：空闲字节 N1：网络运营者字节,2、低阶通道开销LP-POH,V5：通道状态和信号标记字节 V5是复帧的第一个字节，TU-PTR指示的是VC12复帧的起点在TU-12复帧中的具体位置，也就是TU-PTR指示的是V5字节在TU-12复帧中的具体位置。,J2：VC12通道踪迹字节 N2：网络运营者字节 K4：备用字节,3.2 指针,指针的作用就是定位过定位使收端能正确地从STM-N中拆离出相应的VC， 进而通过拆VC 、C的包封分离出低速支路信号的功能 对VC4 ，AU-

33、PTR指的是J1字节的位置；对于VC12 ，TU-PTR指的是V5字节的位置,3.2.1管理单元指针（AU-PTR）,AU-PTR由H1YYH2FFH3H3H3九个字节组成,Y=1001SS11,S比特未规定具体的值,F=11111111。指针的值放在H1、H2两字节的后10个bit中，3个字节为一个调整单位。 1）在VC4与AU-4无频差和相差时，AU-PTR的值是522，如图中箭头所指处,2）当VC4的速率高于AU-4的速率时，将3个H3字节（一个调整单位）的位置用来存放负荷。在AU-4中加入VC4+3个字节， 这种调整方式叫做负调整。 3）当VC4的速率低于AU-4速率时，要在AU-PT

34、R 3个H3字节后面再插入n3个H3字节，此时H3字节中填充伪随机信息。这种调整方式叫做正调整。 4）不管是正调整和负调整都会使VC4在AU-4的净负荷中的位置发生了改变。位置值是将紧跟H3字节的那个3字节单位设为0位置，然后依次后推。,指针调整方法,3.2.2 支路单元指针（TU-PTR）,TU-12 PTR由V1、V2、V3和V4四个字节组成。 在TU-12净负荷中从紧邻V2的字节起，以1个字节为一个正调整单位，依次按其相对于最后一个V2的偏移量给予偏移编号。总共有0139个偏移编号。VC-12帧的首字节V5字节位于某一偏移编号位置，该编号对应的二进制值即为TU-12指针值。 TU-12

35、PTR中的V3字节为负调整单位位置，其后的那个字节为正调整字节，V4为保留字节，指针值在V1、V2字节的后10个比特，V1 V2字节的16个bit的功能与AU-PTR的H1、H2字节的16个比特功能相同。,四、SDH主要设备,4.1 SDH常见网元,TM终端复用器,ADM分/插复用器,REG再生中继器,DXC数字交叉连接设备,4.2 SDH的逻辑功能块,五、SDH网络结构和保护,5.1基本的网络拓扑结构,5.2 SDH自愈环,自愈是指在网络发生故障（例如光纤断时）无需人为干预，网络自动地在极短的时间内（ITU-T规定为50ms以内）使业务自动从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出了故障,当

36、网络发生自愈时，业务切换到备用信道传输，切换的方式有恢复方式和不恢复方式两种。 恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，当主用信道修复后，再将业务切回主用信道。 不恢复方式指在主用信道发生故障时，业务切换到备用信道，主用信道恢复后，业务不切回主用信道，此时将原主用信道做为备用信道，原备用信道当作主用信道。,5.2.1 自愈环的分类,按环上业务的方向，可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数，可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）；按保护的业务级别，可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。,单向：环上二节点间的往来业务，如从节点AC的

37、业务AC和从节点CA节点的业务CA，沿着环的同一方向（同为顺时针或同为逆时针）传送。 双向：环上二节点间的往来业务，沿着环的不同方向（一为顺时针，另为逆时针）传送。,通道保护环和复用段保护环的区别 对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC 。倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。例如在STM-16环上若收端收到第4个VC4的第48个TU-12有TU-AIS ，那么就仅将该通道切换到备用信道上去。 复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量

38、决定的。倒换是由K1、K2 字节所携带的APS协议来启动的。当复用段出现问题时，环上整个STM-N业务信号都切换到备用信道上,5.2.2二纤单向通道保护环,. 单向通道保护环（二纤） 工作原理：双发选收。（1+1） 二根光纤：S光纤，P光纤。 正常时： 信号AC在发端A同时馈入S与P光纤（双发），沿二条路径到达C：S：ABC，P：ADC。 收端选收，一般选 S：ABC 同理，信号CA： S：C D A ； P：C B A。 收端选用 S：C D A。,5.2.2二纤单向通道保护环,故障时： 如B、C间的光缆被切断。 AC业务：在C节点由于来自 S光纤的AC信号 ABC丢失， 所以接收倒换开关转

39、向来自P 光纤，即接收信号：ADC CA业务信号仍按原路径传送。,单向通道保护环的特点： 优点：实现简单，不需使用APS协议，倒换速度最 快（30ms）。 缺点：不能重复使用节点间的时隙，环传输容量较 小；不能传送额外业务。 环传输容量：STM-N。 注：单向通道保护环获得非常广泛的应用；它适用 于集中型业务。,5.2.3 二纤双向通道保护环,5.2.3 二纤双向通道保护环,. 双向通道保护环（二纤） 正常时：（1+1） 信号AC在发端同时馈入S1与P1光纤（双发），沿二条路径到达C站：S1：ABC， P1：ADC。 收端选收，一般选S1：ABC 同理，业务信号CA： S2：CB A ； P2

40、：C D A。 收端择优选用，一般选 S2：CBA。,故障时： 如B、C间的光缆被切断。 AC业务：在C节点由于来自S1光纤的AC信号：ABC丢失，所以倒换开关转向P1光纤，接收信号：ADC 同理，在节点A接收从P2光纤来的CA业务信号： CDA 。 双向通道保护环与单向通道保护环无多大区别。,5.2.4 二纤单向复用段环,5.2.4 二纤单向复用段环,. 单向复用段保护环（二纤） 二根光纤：S（业务）光纤，P（保护）光纤。 正常时:(1:1) 业务信号AC在发端A只馈入S光纤，沿顺时针方向到达C站：ABC。 同理，业务信号CA在发端C只馈入S光纤，沿顺时针方向到达C站：CDA。,故障时：如B

41、、C间光缆被切断 在B节点执行环回功能：即把AC业务环回到P光纤上，沿路径ABADC到达目的地C。 在节点C：把接收点切换到P光纤上。 CA业务仍按原路径传送。 优点：倒换速度快（用APS）； P光纤可传送额外业务。 缺点：不能重复使用节点间时隙 环传输容量：STM-N,5.2.5 四纤双向复用段保护环,5.2.5 四纤双向复用段保护环,. 四纤双向复用段保护环 它由四根光纤组成： 二根业务光纤：S1与S2（一发一收）， 传送正常业务。 二根保护光纤：P1与P2 （一发一收）， 分别为二根业务光纤提 供反方向保护： P1为S1提供反向保护； P2为S2提供反向保护。,正常时)(1:1) 利用S

42、1与S2光纤传送业务。 业务信号AC在发端A馈入S1光纤 ，沿顺时针方向到达C站：ABC。 同理，业务信号CA在发端C馈入S2光纤，沿逆时针方向到达A站：CBA。 P1与P2光纤可传送额外业务。,故障时：如B、C间光缆被切断 在B、C点执行环回功能。 B节点：把AC业务从S1光纤环回到P1光纤，并沿逆时针方向传输：ABA D C（在B又执行一次环回：S2 P2）。 C节点：把CA业务从S2光纤环回到P2光纤，并沿顺时针方向传输：CDABA （在B又执行一次环回：S2 P2）。,四纤双向复用段保护环： 优点：能重复使用节点间时隙，大大增加整个环的 传输容量。 备用光纤PI、P2可传送额外业务。

43、缺点：倒换速度较慢，因用APS协议，而且需执行 交叉连接功能；对设备要求较高。 环传输容量：kSTM-N (k为网络中的节点数)。 注：四纤环对ADM设备提出了很高的要求，如系统容量、交叉容量、软件功能等；它适用于分散型业务。,5.2.6 双纤双向复用段保护环,. 双向复用段保护环（二纤） 二纤双向复用段保护环是目前SDH应用最广泛的一种保护方式。 它由二根光纤组成：S1 / P2光纤与S2 / P1光纤。 每根光纤传输容量的一半为工作通道（S）；一半为保护通道（P），且为另一根光纤的工作通道提供反方向保护。 如S1/P2光纤的工作通道为S1，保护通道为P2，P2为第二根光纤的工作通道S2提供

44、反方向保护。 另一根光纤S2/P1的含义与之类似。,正常时： 利用S1与S2工作通道传送业务 业务信号AC在发端A馈入SI/P2光纤的工作通道S1 ，沿顺时针方向到达C站：ABC。 同理，业务信号CA在发端C馈入S2/P1光纤的工作通道S2，沿逆时针方向到达A站：CBA。 P1与P2通道可传送额外业务。,故障时：如B、C间光缆被切断 在B、C点执行交叉连接。 B节点：把AC业务从S1通道交叉到P1通道，并使其沿逆时针方向传输： AB A D C。 C节点：把CA业务从S2通道交叉到P2通道，并使其沿顺时针方向传输： C D A。,二纤双向复用段保护环 优点：能重复使用节点间时隙，大大增加整个环

45、的 传输容量。 备用通道PI、P2可传送额外业务。 缺点：倒换速度较慢，因用APS协议，而且需执行 交叉连接功能。 环传输容量：k/2STM-N (k为网络中的节点数)。 注：双向复用段保护环获得非常广泛的应用；它适 用于分散型业务。,四种自愈环的特性比较与应用,5.3 SDH网络的恢复,保护，通常是指一个较快的转换过程，其转换的执行是由倒换开关自动确定的。保护作用之后，占用了在各传输节点之间预先指定的某些容量，因此转换后的通道具有预先确定的路由。保护过程中要涉及自动保护倒换（APS：Automatic Protection Switching)协议。 恢复，相对来说是一个较慢的转换过程，其转

46、换的执行，是在倒换开关以外的网路管理系统（NMS）。恢复作用以后，可占用在传输节点之间任意的容量，转换后的通道没有预先确定的路由。要实现恢复的过程，需要网路管理系统对几个传输节点同时进行控制，通常要通过DXC实现，是一个较复杂的过程。,网络恢复在网络出现故障或失效等异常情况时启动。由于故障导致了故障点（段）正常业务传输质量下降、甚至中断，此时网络恢复功能必须为受损业务找出新的可行路由，将这些业务疏导至目的地。,恢复的过程是：故障点邻近节点检测到失效，将该失效消息告知恢复控制点（负责恢复策略的实施）；控制点为受损业务寻找一条替代路由，将受损业务疏导到这条新路由上，业务得到恢复；当网络故障排除后，

47、控制点将受损业务重新安排回原来的路由上。,实施网络恢复的好处有： 1、实现自动快速通道恢复 2、改进了网络的可用性 3、实现了网络容量的最佳化,恢复的分类,从网络恢复控制机制上看主要分为集中式和分布式两大类。 集中式控制是通过一个中央控制中心来控制管理若干个DXC系统。控制中心在求取替代路由时可以有两种不同的方式，即链路恢复方式和通道恢复方式。Dijkstra算法及其修改形式是主要使用的路由选择算法。,集中式控制的连接方式,链路恢复,在链路恢复方式下，恢复过程是围绕失效链路展开的。以单链路失效为例。控制中心会收到两个节点（失效链路的两个端节点）的上报消息，经分析得出两节点间链路失效的结论，因此

48、所有经过该链路的业务均要进行恢复。链路恢复的特点是替代路由的寻找是围绕失效链路的两个端节点展开，至于失效链路上受损业务在其它链路或节点上的情况如何不用考虑。这样实现起来比较简单，但网络空闲容量利用率不高。,链路恢复,通道恢复与链路恢复的最大不同在于整个恢复过程围绕受损业务展开。 仍然以单链路失效为例。控制中心收到失效链路的两个端节点上报故障消息，确定所有受影响业务的数量、各业务的优先级以及业务的源节点和目的节点。如果可能，所有经过该链路的业务均要进行恢复。通道恢复的特点是替代路由的查找要按照失效链路上各个业务的源宿节点展开，恢复过程是在除去失效链路的新拓扑结构中重新安排受损业务的路由。这种方案

49、在理论上对网络资源的利用率最高，但实现过程复杂，特别是在失效链路承载多个不同源宿业务流的时候。,通道恢复,通道恢复,恢复-分布式控制,如果弱化控制中心的处理能力，增强各节点智能化，强调各节点的自主控制，由各节点自行检验失效，控制恢复动作，可以缩短失效业务恢复的时间。这种将恢复功能分派到各个DXC节点的恢复方法叫做分布式控制恢复。 在分布式控制方案中，每个节点具有相同的恢复算法、消息指令集、全网拓扑信息等。分布式控制恢复的具体实施也可以分为链路恢复方式和通道恢复。,当一条链路失效时，分布式恢复算法选择失效链路的一个端节点为发送点，另一个端节点为选择点。发送点通过与它连接的所有链路向全网广播请求消

50、息，直到选择点收到一条请求消息。由于请求消息在网络中是泛滥式广播的，所以最先到达选择点的请求消息经过的路径就是一条最短路径。因此，受损业务可以通过这条最短路径得到恢复。这种方法又被称为网络泛洪（network flooding).,分布式中的通道恢复依然是基于通道（业务），根据失效业务的源节点和宿节点进行恢夏。也就是说在每个失效业务的源节点和宿节点之间重新寻找一条最短路径。由于这些业务原先占用的容量不再重要，或者必须重新加以安排，所以可以先释放掉。 通道恢复在网络的容量资源利用上更趋于合理，在网络容量是主要矛盾的情况下这种方式是很有吸引力的。但是业务的源、宿节点检测到失效报警比失效链路端节点要

51、慢，而且失效链路上的业务往往属于不同的源、宿。多对源、宿节点都需要广播消息寻找替代路由，这大大增加了各节点处理消息的负担和处理过程的复杂程度。因此，链路恢复是实际中常用的方法。,六、IP OVER SDH,面向IP业务的光传送网技术,以IP为主的数据业务量已经超过话音业务。如何有效地在城域网和广域网上传输IP业务成为一个重要的研究课题。 IPoverSDH、以太网overSDH技术利用现有的SDH传送网，将IP和以太网数据包适配进SDH帧结构，已经得到规模应用。 SDH对于电路类业务来说是最优的，对于IP分组类业务则不是最优的。面向IP业务优化传送网结构，是RPR和光以太网技术提出的初衷。,三

52、种 IP over SDH 的映射协议,SDH是物理层传送技术,IP是网络层协议,要让IP通过SDH传输,在两层之间还需要一个数据链路层把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号。因此,对于IP over SDH而言,关键问题之一是寻找一种合适的链路层映射协议。目前IP over SDH 的链路层映射协议有三种,即PPP/HDLC、LAPS、SDL协议。这三种协议的参考模型如下图所示。,PPP/HDLC 的帧格式,(1)标志域:07,是标准的HDLC标识。实际通信中,前一帧的结束和下一帧的开始使用该标识进行区分.(2)地址域:HDLC 的广播地址,其值为0FF。HDLC不分配单个端站地址。(3

53、)控制域:其值为003,表示该帧是轮询/结束置0的HDLC无编号信息()帧命令。若该字节编码为其他值,则此帧将被丢弃。(4)协议域:用来标识PPP信息域封装的高层协议类型,如IPv4,Ethernet帧等。(5)PPP信息域:用来放置长度可变的高层协议数据,如IP数据报。(6)填充域:为保证PPP帧的顺利传输,需要对短信息进行填充,最大值可达1500字节。(7)FCS校验域:对整个HDLC帧进行帧校验,其值可为16或32bit,视具体情况而定。,每个HDLC帧以标志字节0 x7E开始,也以0 x7E结束。由于在PPP/HDLC信息域内也可能出现与标志字节0 x7E相同的数据字节,为保证数据的透

54、明传输,需要使用HDLC的字节填充方式来区分数据字节与标志字节。方法是:如果在信息域内含有与标志字节0 x7E相同的数据字节,则用填充字节0 x7D 0 x5E代替0 x7E,信息域内的0 x7D则又被填充为0 x7D 0 x5D 。在接收端,再将填充字节去掉,恢复成原来的数据字节 在确定了IP包在PPP帧中的封装之后,PPP/HDLC帧在SDH帧中的封装十分简单。PPP将SDH视为面向字节的全双工链路,把PPP/HDLC帧的字节流映射入SDH的虚容器中即可。PPP帧在虚容器中边界对齐,逐行排放,因为PPP/HDLC帧长是可变的,允许其跨越虚容器的边界。,PPP/HDLC 与 LAPS 帧格式

55、比较,IPoverSDH 的 LAPS 协议是由中国信息产业部武汉邮电科学研究院提出的,已被ITU-T正式确定为标准,其标准号为X.85/Y.1321。LAPS协议是 HDLC协议族的一种,它提供数据链路服务及协议规范,可以完全替代PPP/HDLC协议。LAPS帧格式与PPP帧格式的比较如下图所示。,(1)在PPP/HDLC协议中,地址域的全局地址为0 xFF, 对个别地址并没有规定;而LAPS协议则规定了三种地址:全局地址为0 xFF,个别地址分别为0 x04(IPv4)和0 x06(IPv6)。(2) PPP/HDLC协议利用PPP协议域对多协议进行封装;而LAPS协议则将PPP/HDLC

56、中不分配作它用的地址域改为SAPIs(服务访问点)标识符来进行多协议封装。例如当SAPIs为0 x04时,表示携带的是基于IPv4协议的业务,0 x0C为Ethernet业务。为了与PPP/HDLC兼容,当携带的业务类型为PPP/HDLC时, SAPIs的值为0 xFF。(3)在PPP/HDLC帧的传送过程中,对短的信息域必须进行填充;而LAPS帧不需要进行填充。(4)对于FCS校验域, PPP/HDLC为32bit或16bit,依具体情况而定;而LAPS则直接为32bit. 从以上比较可以发现,LAPS协议比PPP/HDLC更加简单方便,封装效率更高。,协议,PPP/HDLC和LAPS都采用

57、基于标志字节的帧定界方案,因此无法从本质上改变由此而带来的诸多缺点。Lucent公司提出的SDL协议则采用了一种全新的方案,可以完全消除采用帧定界方案的HDLC协议族的诸多缺点,可使链路速率达到2.5Gbit/s以上。,SDL帧结构,(1)净荷长度指示域:该字段长度为16bit,用来指示SDL帧信息域内承载的IP数据报的长度。(2)CRC校验域:该字段长度为16bit。它为SDL帧头(即长度指示域和CRC校验域)提供校验保护。(3)QoS指示域:该字段长度为32bit,用于支持QoS保障和复用功能,其编码和结构尚未确定。(4)信息域:该字段长度可变,用于承载用户的IP数据报。(5)FCS校验域

58、:为SDL帧提供帧校验保护。,从SDL的帧格式可以看出,它的主要特点是不再使用HDLC协议族通过标志字节进行帧定界的方法,而是在帧头放置16bit的净荷长度指示符。这样当接收端收到一个SDL帧后,只要根据长度指示符标出的信息域内净荷的实际长度,就可以直接将SDL帧承载的净荷提取出来,从而避免了HDLC协议族操作时由于逐字节查找标志字节所需的大量时间,也避免了由于字节填充/去填充所带来的复杂操作和带宽浪费,因而大大加快了IP数据报的处理速度。通过在QoS指示域内加入QoS信息,则可为IP数据报提供较强的QoS保障,大大改善了传统IP数据传输时QoS保障差的缺点。另外,由于MPLS技术已经日益成为新的网络传输技术,SDL帧的QoS字段也可以放置32bit的MPLS标签,使得SDL帧不需任何修改就可以适用于MPLS技术。,SDL帧的定界方式有两种:一种是使用POH(通道开