SDH帧结构

以下内容摘自笔者编著图书《网络工程师必读――接入网与交换网》：

 

7.3.1 SDH帧结构

要说到 SDH 的帧结构，就必须知道 SONET 的 STS-1 的帧结构，因为 SDH 是从 SONET 网络发展而来，而且在帧结构上继承了 SONET 帧结构。从表 7-1 可以看出， SDH 的基本模块速率 STM-1 相当于 SONET 基本传递速率 STS-1 的 3 倍。由此可见， STM-1 所包括的字节数也为 STS-1 的 3 倍。有了这样的认识后，我们再来了解一下 STS-1 ，也就是 SONET 的基本速率帧结构。

 

1. STS-1帧结构

 

在 STS-1 帧中，包括了 820 个字节（ 8 位组），每 125μs 传输一帧，总体数据传输速率为 51.84Mbps 。整个 810 个字节分为 9 行，每行 90 个字节，每次传输时是从左上到右下方向进行的。另外 ，在整个 810 个字节中又分为两大部分，即：传输开销和同步有效载荷信包。而传输开销部分中前三行的 3 个字节（总共 9 个字节）用于再生段开销（ Regenerator Section OverHead ， RSOH ） ，而第 4 行的 3 个字节用于管理单元指针（ AU PTR ），从第 5 开始，后面的四行共 12 个字节为复用段开销（ M ultiplex Section Overhead ， MSOH 。同步有效载荷信包部分中每行除了专门用于通道开销（ Path Overhead ， POH ）外，其余 86 个字节均为真正的有效载荷。 STS-1 的帧结构如图 7-22 所示。

 

图 7-22  STS-1 帧结构

 

在以上帧结构中，用于开销的部分包括： RSOH 、 AU PTR 、 MSOH 和 POH 这四部分，这四部分的具体帧结构如图 7-23 所示。图中各字节的用途分别如表 7-2 、表 7-3 和表 7-4 所示。

 

 

图 7-23 STS-1 开销字节帧结构

 

2. STM-1帧结构

 

以上介绍了 SONET 网络中的 STS-1 帧结构， SDH 的基本模块 STM-1 的帧结构与 STS-1 类似，只是相应字节长度变为原来的 3 倍而已。

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 ，它是由 3 个 STS-1 复用而成的。而四个 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，同样是每帧由纵向 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（ 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。它与 STS-1 一样，也又分为再生段开销（ RSOH ）和复用段开销（ MSOH ）两部分。再生 段开销包含只有段单元（如中继续器）才需要的信息，通常由位于 2 个 SDH 传输单元间的端终端点处理。再生段开销可以提供的功能有： STM-1 帧定位检测、段运行监视和故障隔离、用于 OAM 的数据通信通路及用于维护人员话音通信的通路。复用段开销包括线路终端真需要的信息。可提供的功能包括：线路性能监视和信号性能检测、自动保护倒换（ APS ）信令通路（双向）、用于告警采集、远端监视和其他 OAMP 的数据通路及用于维护人员话音通信的通路。

 

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（ POH ）字节。 对于每个净荷都有一个答应的 POH ，通道开销是安排给净荷，并与其一起传送，直到净荷解复用。 POH 由净荷包封携带，支持净荷从 SDH 网入口点到出口点的传送。 POH 执行以下功能：对于净荷在通路终端单元之间的传输是十分必要的；监视净荷的端到端传输和传输性能、确认正确连接、标识净荷类型及提供用于传送业务提供者信息的用户通路。

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 的帧传输时也是由左上到右下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间也为 125μs （因为一个 STM-1 帧相当于 3 个 STS-1 帧，而实际的帧传输还是 STS-1 ，所以帧的传输时间仍为 125μs ），每秒传输 1/125*1000000 （之所以要乘以 1000000 ，是把 μs （毫秒）转化为 s （秒））个帧，对于 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 （这里的 8000 为采样频率） =155.520Mbps ；而 STM-4 的传输速率为 4×155.520Mbps=622.080Mbps ； STM-16 的传输速率为 16×155.520 （或 4×622.080 ） =2488.320Mbps 。

 

根据 STS-1 的帧结构，以及 STM-1 与 STS-1 的关系可以得出， STM-1 的帧结构如图 7-24 所示。它 包括 19440bit ，即 2430 （ 3*810 ）字节，同样是排列成 9 行，共 270 列。每行的前 9 个字节（前 9 列），共 81 字节中放置了段开销（ SOH――Section Over head ）和管理单元指针（ AU PTR ）；每行的后 261 个字节构成了信息净负荷区（ Payload ），其中 有 9 字节为通道开销（ POH――Path Overhead ）。

 

图 7-24  STM-1 帧结构

 

在如图 7-24 所示的 STM-1 帧结构中，段开销（（ SOH ）也有称 “ 传输开销 ” （ TOH ）的）仍包括三个部分： RSOH 、 AU PTR 、 MSOH ，有效载荷信包也包括有效载荷和通道开销（ POH ）两部分。在这里要注意的是，这里各部分与 STS-1 的各部分是一一对应的，而且 RSOH 、 AU PTR 、 MSOH 三部分的字节长度是原来 STS-1 中相应开销中字节长度的 3 倍，即每行 9 个字节（总共 81 个字节），而 POH 长度却仍保持 STS-1 中的开销长度，每行为 1 个字节（共 9 个字节）。这样，有效载荷长度就为 260 个字节（共 2340 个字节）

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，帧相位发生的偏差称为帧偏移；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。

STM-1 中开销字节结构如图 7-25 所示。 �オ�

 

图 7-25 STM-1 开销字节结构

 

  段开销和通道开销各字节功能如下：

 A1 、 A2 （ Framing ）：为帧定位字节，其中 A1=11110110 ， A2=00101000 。一帧中有 48 个（ 6 个字节）帧定位比特。

B1 、 B2 、 B3 （ BIP-8 ）：为误码监测字节，其中  B1 为再生段误码监测，在偶校验的比特间插奇偶校验 8 位码（ BIP -8 码 ）；B2 为复接段误码监测，在偶校验的比特间插奇偶校验 24 位码（ BIP -24 码 ）；B3 为通道误码监测。

 

C1 、 C2 （ STS-ID ）：为标记符号字节，其中 C1 为 STM 识别符，识别每个 STM-1 信号在 STM-N 复用信号中的位置； C2 为信号指示标记，标明 VC 中映射的是 ATM 信元、 FDDI 、 MAN 还是某种 PDH 信号。

D1~D12 （ DataCom ）：为数据通信通路（ DCC ），构成 SDH 管理网（ SMN ）的传送链路，其中： D1~D3 为 192kbps 的数据通道，用于再生段； D4~D12 为 576kbps 的数据通道，用于复接段。

E1 、 E2 （ Orderwire ）：提供两路 64kbps 的公务联络语声通路，其中 E1 用于本地公务通路，在再生器（ REG ）接入； E2 用于直达公务通路，在复接段终端接入。

F1 、 F2 （ User ）：为用户通路，为特定维护目的提供临时的数据 / 语声通路。

G1 （ Path Status ）：通道状态字节。

H4 （ Mutiframe ）： TU （终端单元）位置指示字节，指示当前 TU 帧在 TU 复帧中的位置。

J1 （ Trace ）：用于跟踪通道连接状态，在 J1 中重复发送高阶通道接入点识别符，以使接收终端能根据 J1 确认与发送终端处于连接状态。

K1 、 K2 （ APS ）：用于自动保护倒换，专用于保护目的的 128kbps APS 信令信道。

Z1~Z5 （ Growth ）：分别为复接段和通道段备用字节。

【说明】图 7-25 中标记为 “X” 的表示为国内备用字节，空白字节为国际备用字节。

段、通道在 SDH 系统中相对位置关系如图 7-26 所示。其中 TM 为终端复用器； REG 为再生中继器； ADM 为分插复用器； SDXC 为交叉连接器。

 

图 7-26  段、通道在 SDH 系统中的位置关系

 

从段开销和通道开销的内容可知：段开销 SOH 提供帧定位，另外 SOH 和 POH 都提供了误码监测、自动保护倒换以及维护公务信道， SOH 的 DCC （ Data Communications Channel ）数据通信信道）则为网管提供了专门的通路，这些都显示了 SDH 网丰富的辅助通路资源。

STM － 1 是 SDH 网中最低等级的速率， N 个 STM － 1 以字节为单位同步交错复接后构成 STM － N 信号。