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1、SDH通信系统 Synchronous Didital Hierarchy,准同步数字体系PDH,准同步数字体系PDH情况 准同步数字体系PDH在将用户来的话路复接为一次群，各话路是在同一个时钟系统的控制下进行复接的，采用的是同步复接方式。但在复接为高次群时，则是采用异步复接方式，又称为准同步复接，由于参与复接的各支路码流，可能来自不同设备，这些设备又有各自的时钟，于是在复接前要进行码速调整，把参与复接的各支路码流调整为同步码流，然后实施复接。,准同步数字体系PDH,PDH暴露出的缺点： 1由于历史原因，世界上的准同步数字体系有两种基础码速率，美、日基础码速为1.54M，欧洲和我国为2.048

2、M，没有统一的国际标准，难以兼容，互通困难。 2准同步体系间，光接口不统一，各生产厂家自定标准，无法在光路上互通，必须转换为标准接口后才能互通，增加设备成本，不灵活。 3PDH复接基本上是异步复接，造成从高速支路中取出低速支路非常困难，需要将整个高速信号一步步解复用成低速信号，再复用到高速信号进行传输，设备复杂，还会引起信号损伤。 4PDH帧结构中，安排的管理比特较少，使得网络管理能力难以进一步提高。 5PDH缺乏灵活性，使得数字通信设备的利用率很低，无法提供最佳的路由选择，难以提供新业务。,同步数字体系SDH,SDH的产生 由于PDH的一系列缺点，ITU-T在贝尔实验室提出的SONET的基础

3、上，1988年制定了同步数字体系SDH的技术体制，使之既适用于光纤信道，又适用于微波和卫星信道的通用技术体制，SDH有如下特点： 1) 将基群码速率不同的两套 PDH 系列 , 经过一系列措施后 , 在四次群以上兼容互通于同步传送模块 STM-1 中 , 实现了数字传送体制上的国际性标准。 2) 将标准光接口综合进多种不同的网络单元, 传输和复用不必分开 , 由于采 用了分插复用器 ADM, 可以利用软件一次分插出低速支路信号, 简化了硬件。同时光接口成为开放性接口, 可以在光路上实现兼容和不同厂家产品在光路上互通。 3) 采用了与 PDH 不同的块状的帧结构 , 允许安排丰富的开销比特, 使

4、得网络的维护管理功能大大增强。 4) 采用特殊的复用结构, 使得现有的 PDH、SDH、B-ISDN 信号都能方便地接入, 具有广泛的适应性。 5) 提出了自愈网的新概念 , 增加了通信的可靠性。 SDH 技术也存在着一些缺陷 , 如频带利用率不如 PDH, 设备的复杂程 度提高 , 存在着边界抖动, 对软件的依赖性强等。但SDH 的出现依然是数字复用 技术的一次革命 , 是未来通信理想的传输制式。,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

5、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。,同步数字体系SDH,SDH的速率 SDH传输网中的信号是以同步传输模块STM的形式来传输的。STM具有一套标准化的结构等级STM-N(N=1,4,16,64)，特点是：同步传输及以模块化传输。 它们的码速率分别为：STM-1:155.520Mb/s；STM-4:622.080Mb/s；STM-16:2488.320 Mb/s;STM-64:9953.280 Mb/s。 STM-4=4*STM-1，STM-16=16*STM-1，STM-64=64*STM-1,同步数字体系SDH的特点,1、

6、电接口方面 接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键，SDH体制对网络节点接口NNI 作了统一的规范，规范的内容有数字信号速率等级帧结构复接方法、线路接口、监控管理等，于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备体现了横向兼容性。 2、光接口方面 线路接口指光口，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。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，由于线路信号仅通过扰码所以SD

7、H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,3、复接方式 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，是可预见的，这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s STM-16 中直接分/插出低速SDH信号，例如155Mbit/s STM-1， 这样就简化了信号的复接和分接，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。另外由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号例如2Mbit/s 复用进SDH信号的帧中去， 这样使低速支路信号在STM

8、-N帧中的位置也是可预见的，于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号。,同步数字体系SDH的特点,4、运行维护方面 SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护开销字节，OAM 功能的开销字节使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。PDH的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。,同步数字体系SDH的特点,5、兼容性 SDH有很强的兼容性，这也就意味着当组建SDH传输网时原有的PDH传输网不会作废，两种传输网可以共同存在，也就是说可以用SDH网传送PDH业务。SDH把各种体制的低速信号在起点处复用进STM-1信号的帧

9、结构中，在终点再将它们拆分出来，这样就可以在SDH传输网上传输各种体制的数字信号。,同步数字体系SDH的特点,缺陷： 1. 频带利用率低 SDH的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强，运行维护的自动化程度高，这是由于在SDH的信号STM-N帧中加入了大量的用于OAM功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDH信号所占用的频带传输速率要比SDH信号所占用的频带传输速率窄。 PDH四次群140Mbit/s，64个2M，而STM-1（155.520bit/s）分接成2M，只有63个。,同步数字体系SDH的特点,缺陷： 2. 指针调整机理复杂 SDH体制可从高速信号中直接下低速信

10、号例如2Mbit/s，省去了多级复用/解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来完成的。指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现，可以说指针是SDH的一大特色。 但是指针功能的实现，增加了系统的复杂性，最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动，由指针调整引起的结合抖动，这种抖动多发于网络边界处（SDH/PDH） 其频率低、幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化，这种抖动的滤除会相当困难。,同步数字体系SDH的特点,3、软件的大量使用对系统安全性的影响 SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这也意味软件

11、在系统中占用相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害。在网络层上人为的错误操作软件故障对系统的影响也是致命的这样系统的安全性就成了很重要的一个方面。 尽管如此，传输网从PDH过渡到SDH已是一个必然的趋势,同步数字体系SDH的特点,同步数字体系SDH的帧结构,SDH的帧结构 SDH的关键功能要求对各支路信号进行同步的数字复接、交叉连接和交换，所以要求各支路信号在一帧内的分布是均匀有规律的，便于接入和取出。因此SDH采用了欲PDH条状帧结构不同的块状帧结构。,同步数字体系SDH的帧结构,SDH帧结构由9行270N列字节组成，的N与STM-N的N相一致，帧周期为125us，帧频8000H

12、Z，字节传输时，在一帧内的发送顺序是从左向右，从上倒下，对STM-1而言，传输速率为： 927088000bit/s155.520Mbit/s 其它高等级信号的传输速率是155.520Mb/s的N倍，所有STM-N信号的周期都为125us。 整个帧结构分为三个部分：段开销、信息净负荷区、管理单元指针。,段开销：开销是数据流中扣除净负荷之后部分，通常是运行、管理和维护比特。段开销占据13行和59行的前9N字节，STM-1有8972字节，丰富的段开销是SDH的一个重要特点。 信息净负荷区：存放各种业务信息的地方，也存放少量用于通道监视、管理和控制的通道开销POH。STM-1每帧有26192349字

13、节。 管理单元指针：用来指示信息负载的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便于正确地分接，并且利用指针调整技术解决网络节点间地时钟偏差，代替PDH中地码速调整，STM-1中有9个字节。,再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）区别：监控范围不同 ，RSOH是对应一个大的范围STM-N，MSOH是对应这个大的范围中的一个小的范围STM-1。,SDH信号帧传输的原则是：帧结构中的字节8bit 从左到右、从上到下一个字节一个字节（一个比特一个比特）的传输传完一行，再传下一行，传完一帧，再传下一帧。 STM-N信号的帧频：ITU-T规定对于任何级别的STM等级帧频是8000帧/秒，也就是帧长

14、或帧周期为恒定的125 s，而PDH的E1信号也是8000帧/秒。,同步数字体系SDH的帧结构,同步数字体系SDH,SDH的复接原理 SDH采用映射、定位、复用的方法将不同码速率标准的PDH信号、ATM信号组装为标准的STM-N。 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，定位是指通过指针调整，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,其中：C容器 VC虚容器 TU支路单元组 AU管理单

15、元 AUG管理单元组,我国的光同步传输网技术体制规定了以2Mbit/s信号为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用路线。,SDH设备,SDH设备 SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的，通过不同的网元完成SDH网的传送功能、上/下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等 SDH设备分为终端复用设备（TM）、分/插复用设备（ADM）、光再生中继器（REG）和同步交叉连接设备（SDXC）等。,TM的主要功能是实现将PDH信号复接成高速STM-N信号，并完成电光相互转换，使其在光纤中传输。通常用在网络的终端站点上，它的线路端口输入/输出一路STM-N信号。,SDH设备,

16、ADM分/插复用设备可在系统中间站方便的将支路信号从主信号中提取出来，也可以将支路信号方便的插入到主信号码流中。 分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使用最多最重要的一种网元,SDH设备,光传输网的再生中继器有两种，一种是纯光的再生中继器主要进行光功率放大，以延长光传输距离，另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波形的完好性 ADM若本地不上/下话路时完全可以等效一个REG。 真正的REG只需处理STM-N帧中的RSOH 且不需要交叉连接功能，而

17、ADM和TM因为要完成将低速支路信号分/插到STM-N中，不仅要处理RSOH， 而且还要处理MSOH ，另外ADM和TM都具有交叉复用能力。,SDH设备,数字交叉连接设备（DXC）完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，实际上相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。 DXC可以对任何端口信号与其它端口信号间进行可控连接和再连接的设备，端口信号可以是PDH信号或SDH信号，并能支持所规定的控制和管理功能。 图中DXC可将输入的m路STM-N信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上，DXC的核心是交叉连接，功能强的DXC能完成高速率STM-16 信号在交叉矩阵内的低级别交

18、叉。,SDH设备,SDH设备的常用板盘,公共控制板： 电源单元、交叉板、时钟板、网络控制板、公务板 线路板： STM-1/STM-4/STM-16/STM-64群路板 波长：1310/1550nm，短距/长距/中距离/超长距 业务支路板： 2M支路板（16/32/63路）、多端口STM-1/STM-4接口板、多端口以太网板 功率放大器： 发信功率放大器（+14db/17db）、收信预放大器（-27db/-32db）,SDH网络结构,网络的有效性信道的利用率、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。 网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。,链形网： 此种网络拓扑是将网中的所有节

19、点一一串联而首尾两端开放，这种拓扑的特点是较经济。在SDH网的早期用得较多。如铁路专网中沿铁路建设，龙政、宜华沿500KV线路建设。,星形网： 此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点，与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本。但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题,树形网： 此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。,环形网： 环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓

20、扑形式，这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。,网孔形网： 将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑，这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题。但是由于系统的冗余度高，必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。,SDH的网络结构,当前用得最多的网络拓扑是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复杂的网络,SDH的保护,所谓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。 其基本原理是网

21、络要具备发现替代传输路由，并重新建立通信的能力。替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。网络具有自愈能力的先决条件是有冗余的路由、网元强大的交叉能力以及网元一定的智能。 自愈仅是通过备用信道将失效的业务恢复而不涉及具体故障的部件和线路的修复或更换，所以故障点的修复仍需人工干预才能完成，就象断了的光缆还需人工接好。,SDH的保护,自愈环结构总类多，按照环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分，可分为单向环和双向环； 按倒换层次分，可分为通道倒换环和复用段倒换环； 按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分，可以分为二纤环和四纤环。,SDH的保护,常用

22、的两种保护方式，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 ，某一路PDH信号倒换与否，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。发端并发，收端切换。 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或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上,SDH的保护,(1) 二纤单向通道倒换环。 在二纤单向通道倒换环中 , 用 S 表

23、示一根光纤用于传送信 号 , 另一根用 P 表示的光纤用于保护 , 此倒换环采用“ 首端桥接 , 末端倒换结构 ”, 参见图 (a 所示。业务信号与保护信号分别由两光纤携带。例如在节点 A 入环 , 在节点 C 为目的 AC 信号同时进入发送方向光纤 S1 和 P1, 即所谓 1+1 的双馈保护方式。其中 ,Sl 光纤沿顺时针方向送至分支节点 C,pl 光纤沿逆时针方向把信号送入节点 C 。在节点 C 按 照两通道信号优劣选用一路作为分路信号 , 一般情况是首先选取 S1 光纤送来的信号。 当 Bc 节点间光缆被切断时 , 若两光纤同时切断 , 如图(b) 所示 , 在节点 C, 从 Sl 送

24、来的 AC 信号丢失 , 这时按通道选优准则 , 此时倒换开关将会转至 Pl 光纤 , 接收经 P1 光 纤送来的 AC 信号 , 使 AC 间的业务得以维持 , 不会丢失。当故障排除后 , 又可恢复原位。,SDH的保护,(2) 二纤双向复用段共享保护环 二纤双向复用段保护环工作通道和保护通道的安排见图 (a) 。利用时 隙交换技术 , 一条光纤同时载送工作通路 (S1) 和保护通路 (P2), 另一条 光纤上同时载送工作通路 (S2) 和保护通路 (P1) 。每条光纤上一半通路规定载送工作通路 (S), 另一半通路载送保护通路 (P) 。在一条光纤上的工作通路(S1), 由沿环的相反方向的另

25、一条光纤上的保护通路 (P1) 来保护。反之亦然。这就允许工作业务量双向传送。每条光纤上只有一套开销通路。 当 BC 节点间光缆被切断后 , 如图 (b) 所示 , 两根光纤也会被切断 , 与 切断点相邻的 B 节点和 C 节点中的倒换开关将 S1/P2 光纤和 S2/P1 光纤沟通。利 用时隙交换技术 , 可以将 S1/P2 光纤和 S2/P1 光纤上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙, 从而完成保护倒换作用。例如 ,S1/P2 光纤的业 务信号时隙 1 到 m 可以转移到 S2/P1 光纤上的保护信号时隙 (N/2+1) 到 (N/2+m) 。当故障排除后 , 倒换开关通常将返回

26、其原来的位置。,SDH的保护,复用段倒换要通过运行APS协议，所以倒换速度不如通道保护环快，复用段倒换速度50ms。 对于大容量的系统（2.5G)，保护方式通常采用二纤双向复用段保护。而小容量系统（如155M、622M）通常采用通道保护。 二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收所以通道业务的保护，实际上是11保护，倒换速度快业务流向简捷明了，便于配置维护缺点是网络的业务容量不大。,SDH的保护,(3) 四纤双向复用段倒换环。四纤双向环主要采取一主一备方式 , 它用两根光纤传业 务 ( 一发一收 ), 另两根光纤作保护 ( 一发一收 ) 。其中 , 业务光纤 S1 形成顺时针方向业务 环

27、,Sz 形成逆时针方向业务环 , 而保护光纤 Pl 和 P2 分别形成与 Sl 、 S2 方向相反的两个保 护环 , 在每根光纤上都有倒换开关作保护倒换用 , 如图 5 35(a) 所示。,SDH的保护,(3) 四纤双向复用段倒换环。四纤双向环主要采取一主一备方式 , 它用两根光纤传业 务 ( 一发一收 ), 另两根光纤作保护 ( 一发一收 ) 。其中 , 业务光纤 S1 形成顺时针方向业务 环 ,S2 形成逆时针方向业务环 , 而保护光纤 Pl 和 P2 分别形成与 Sl 、 S2 方向相反的两个保 护环 , 在每根光纤上都有倒换开关作保护倒换用 , 如图 5 35(a) 所示。正常情况下,

28、 从A 点进入环, 沿 Sl 光纤传输到C节点。当BC节点间光缆切断 (4 根光纤全断)时 , 利用APS协议 , 在B和C节点各有两个倒换开关执行环回功能 , 从而维持环的连续性, 如图(b)所示。在B节点, 光纤Sl和P1沟通, 光纤S2 和P2沟通。,SDH的保护,4）自动线路保护。自动线路保护是传统的信号传输系统采用的保护方式，一般都用备份来保护，既用光纤系统备份（包括设备备份和线路备份）进行保护，分为11和1：N结构，其原理是：当工作通道中断或性能劣化到一定程度，系统将主信号自动倒换到备用系统，这种保护方式使业务恢复时间很短，一般在50ms接通，对于传输系统的光电元件故障很有效，对于

29、光缆中断特别是同一缆芯所有光纤中断，此种方式方式无能为力，须采用SDH环形网保护。,同步数字体系SDH,网络管理功能 SDH具有强大的网络管理功能，包括：一般功能，故障管理，性能管理，配置管理，帐目（计费）管理，安全管理，接口主要有Q接口和F接口，还有以太网接口。,SDH同步与定时,SDH系统的同步和定时 数字通信系统同步和定时是决定通信质量的关键，频率同步可以维持各网元相同的频率，但不能保证各点的相位。由于各点相位的随意性，在网络中会产生跟踪和传输损伤带来的相位误差积累，SDH同步网必须将其消除。 网同步的目的是使网中各节点的时钟频率和相位都限制在预先确定的容差范围内，以免由于数字传输系统中

30、收/发定位的不准确导致传输性能的劣化、误码、抖动。,ITU-T规定的4级时钟,基准主时钟满足G.811规范。110-11 转接局时钟满足G.812规范（中间局转接时钟）。110-8 端局时钟满足G.812规范（本地局时钟）。 SDH网络单元时钟满足G.813 规范（SDH网元内置时钟）。 4.610-6,从时钟有三种工作方式： 锁定工作方式 保持工作方式 自由运行方式,锁定工作方式是指在正常业务条件下的工作方式，此时从时钟的振荡频率同步于外部输入的基准时钟信号。 SDH设备时钟的外部定时信号可以通过两种方式获得，一种是网元直接从外部2.048kHz或2.048kbit/s的同步定时源获得；另一

31、种是从接收的STM-N线路信号中提取。,SDH同步与定时-锁定工作方式,SDH同步与定时-保持工作方式,当从时钟丢失所有定时基准后，进入保持工作方式。进入保持工作方式后，从时钟利用定时基准信号丢失前所存储的最后频率信息作为定时基准信号，在受控振荡器上维持一定的电压。由于从时钟采用的定时基准信号不是当前主时钟的定时钟信号，因此振荡器的固有频率回慢慢的漂离当前主时钟的频率，但只要时钟性能稳定，仍可以保证从时钟频率在长时间内（24h）与基准频率的偏差保持在一定的范围内。,当从时钟不仅丢失了所有的定时基准信息，而且丢失了定时基准记忆或从时钟根本没有保持功能时，从时钟内部振荡器工作于自由振荡方式。另外，当从时钟处于保持模式的时间超过了规定的时间时，也会进入自由振荡方式。,SDH同步与定时-自由振荡方式,SDH同步与定时,SDH网元时钟源的种类： . 外部时钟源 . 线路时钟源，从东向或者西向STM-N线路信号中提取 . 支路时钟源，从PDH支路信号中提取，不过该时钟一般不用，因为SDH/PDH网络边界处的指针调整会影响时钟质量 . 设备内置时钟源，由SDH设备SETS功能块提供 同时SDH网元通过SETPI功能块向外提供时钟源输出接口,SDH网络单元提供输出定时输入定时接口，接口具有G.703 2Mbit/s的物理特性。外部提供的定时源一般有三种： PDH网中的2.048