SDH学习笔记

SDH学习笔记

 

 

1 、 SDH 的概念

 

SDH （ Synchronous Digital Hierarchy ，同步数字体系）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。

 

2 、 SDH 的产生背景

 

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 (1.544 ／ 2.048Mbps) 、 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。

 

3 、 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 STM － N （ Synchronous Transport ， N=1 ， 4 ， 16 ， 64 ），最基本的模块为 STM － 1 ，四个 STM － 1 同步复用构成 STM － 4 ， 16 个 STM － 1 或四个 STM － 4 同步复用构成 STM － 16 ； SDH 采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向 9 行和横向 270 × N 列字节组成，每个字节含 8bit ，整个帧结构分成段开销（ Section OverHead ， SDH ）区、 STM － N 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 STM － N 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 125 μ s ，每秒传输 1 ／ 125 × 1000000 帧，对 STM － 1 而言每帧字节为 8bit ×（ 9 × 270 × 1 ） =19440bit ，则 STM － 1 的传输速率为 19440 × 8000=155.520Mbit ／ s ；而 STM － 4 的传输速率为 4 × 155.520Mbit ／ s=622.080Mbit ／ s ； STM － 16 的传输速率为 16 × 155.520 （或 4 × 622.080 ） =2488.320Mbit ／ s 。

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。

 

4 、 SDH 的特点：

 

4.1. 接口方面

 

4.1.1 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。

SDH 体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。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 155Mbit/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 。

 

4.1.2 光接口方面

 

线路接口（这里指光口）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×××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 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。

 

4.2. 复用方式

 

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，也就是说是可预见的，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（ STM-N ）， 这样使低速支路信号在 STM-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，注意此处不同于前面所说的从高速 SDH 信号中直接分插出低速 SDH 信号，此处是指从 SDH 信号中直接分 / 插出低速支路信号，例如 2Mbit/s 、 34Mbit/s 与 140Mbit/s 等低速信号，于是节省了大量的复接 / 分接设备（背靠背设备），增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本功耗、复杂性等，使业务的上下更加简便。

SDH 的这种复用方式使数字交叉连接 DXC 功能更易于实现，使网络具有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配。

 

注：什么是网络自愈功能？

网络自愈是指当业务信道损坏，导致业务中断时网络会自动将业务切换到备用业务信道，使业务能在较短的时间（ ITU-T 规定为 50ms ）以内得以恢复正常传输。注意这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故障的信道则还是要人去修复。

那么为达到网络自愈功能除了设备具有 DXC 功能，完成将业务从主用信道切换到备用信道外，还需要有冗余的信道，冗余设备。

 

4.3 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 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。以 PCM30/32 信号为例，其帧结构中仅有 TS0 时隙和 TS16 时隙中的比特是用于 OAM 功能。

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。

 

4.4. 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。另外异步转移模式的信号 ATM 、 FDDI 信号等其他体制的信号也可用 SDH 网来传输。

那么 SDH 传输网是怎样实现这种兼容性的呢？ SDH 网中用 SDH 信号的基本传输模块（ STM-1 ） 可以容纳 PDH 的三个数字信号系列，和其它的各种体制的数字信号系列 —ATM 、 FDDI 、 DQDB 等，从而体现了 SDH 的前向兼容性和后向兼容性，确保了 PDH 网向 SDH 网，和 SDH 向 ATM 的顺利过渡。 SDH 是怎样容纳各种体制的信号呢？很简单， SDH 把各种体制的低速信号在网络边界处，（例如 SDH/PDH 起点）复用进 STM-1 信号的帧结构中，在网络边界处终点再将它们拆分出来即可，这样就可以在 SDH 传输网上传输各种体制的数字信号了。

在 SDH 网中 SDH 的信号实际上起着运货车的功能，它将各种不同体制的信号，（本文中主要是指 PDH 信号）象货物一样打成不同大小的速率级别包，然后装入货车（装入 STM-N 帧中），在 SDH 的主干道上传输。在收端，从货车上卸下打成货包的货物，（其它体制的信号）然后拆包封恢复出原来体制的信号，这也就形象地说明了不同体制的低速信号复用进 SDH 信号（ STM-N ） 在 SDH 网上传输和最后拆分出原体制信号的全过程。

 

5 、 SDH 的应用

 

由于以上所述的 SDH 的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于 SDH 的骨干光传输网络。利用大容量的 SDH 环路承载 IP 业务、 ATM 业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了 SDH 技术，架设系统内部的 SDH 光环路，以承载各种业务。比如电力系统，就利用 SDH 环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用 SDH 环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。由于 SDH 基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。承载方式有很多种，可以是利用基于 TDM 技术的综合复用设备实现多业务的复用，也可以利用基于 IP 的设备实现多业务的分组交换。 SDH 技术可真正实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于 ××× 等方式。在政府机关和对安全性非常注重的企业， SDH 租用线路得到了广泛的应用。一般来说， SDH 可提供 E1 、 E3 、 STM-1 或 STM-4 等接口，完全可以满足各种带宽要求。同时在价格方面，也已经为大部分单位所接受。

 

6 、 SDH 的发展趋势

 

SDH 作为新一代理想的传输体系，具有路由自动选择能力，上下电路方便，维护、控制、管理功能强，标准统一，便于传输更高速率的业务等优点，能很好地适应通信网飞速发展的需要。迄今， SDH 得到了空前的应用与发展。在标准化方面，已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了 SDH 的方方面面。在干线网和长途网、中继网、接入网中它开始广泛应用。且在光纤通信、微波通信、卫星通信中也积极地开展研究与应用。

近些年，点播电视、多媒体业务和其他宽带业务如雨后春笋般纷纷出现，为 SDH 应用在接入网中提供了广阔的空间。 SDH 技术应用于接入网的好处是： 1 ）对于要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户， SDH 可以提供较为理想的网络性能和业务可靠性。 2 ）可以将网管范围扩展至用户端，简化维护工作。 3 ）利用 SDH 固有灵活性，可使网络运营者更快、更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。

可以预计 SDH 技术将不断发展。随着网络的发展，它将进一步为终端用户提供宽带服务，在迎接 ATM 、 CATV 、多媒体、因特网、全光网络带来的机会和提出的挑战中，将得到更加广泛的应用。

综上所述， SDH 以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。 SDH 技术与一些先进技术相结合，如光波分复用（ WDM ）、 ATM 技术、 Internet 技术（ IP over SDH ）等，使 SDH 网络的作用越来越大。 SDH 已被各国列入 21 世纪高速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向，具有远大的商用前景。