宽带网络技术(基于SDH的技术以及应用)

基于SDH的技术以及应用0915222020余畅摘要：本文介绍了关于SDH特点及技术概述，以及SDH的基本原理包括SDH信号的帧结构，SDH信号的复用，SDH网络结构和网络保护机理，SDH接口SDH运行维护，SDH技术的局限，并介绍了以IPoverSDH，基于SDH城市组网的具体应用，并展望了SDH技术未来的发展。1.SDH特点及技术概述SDH全称叫做同步数字传输体制，由此可见SDH是一种传输的体制协议，就象PDH准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型等特性。SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（SynchronousTransport，N=1，4，16流程，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－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；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（SectionOverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AUPTR）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（RegeneratorSectionOverHead，RSOH）和复用段开销（MultiplexSectionOverHead，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125μs，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（TUPTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用的概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程。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。2.SDH基本原理2．1．1SDH信号的帧结构STM．N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地有规律的分布。因为这样便于实现支路的同步复用、交叉连接(DXC)、分／插和交换，说到底就是为了方便的从高速信号中直接上／下低速支路信号。鉴于此ITU．T规定了STM．N的帧是以字节(8bit)为单位的矩形块状帧结构(如图2．1STM．N帧结构图所示)。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。ITU．T规定对于任何级别的STM等级，帧频是8000帧／秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125us。帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。2．1．2SDH信号的复用SDH的复用包括两种情况：一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号；另一种是低速支路信号(例女112Mbit／s34MbiVs140Mbit／s)复用成SDH信号STM-N。第一种情况复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合l，在复用过程中保持帧频不变(8000帧／秒)，这就意味着高一级的STM．N信号是低一级的STM．N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。在复用成的STM．N帧中，SOH并不是所有低阶SDH帧中的段开销间插复用而成，而是舍弃了一些低阶帧中的段开销。第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM．N信号中去。SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用(例如将PDH信号复用进STM-N)，又能满足同步复用(例如STM．1_STM．4)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【15】。2．2SDH网络结构和网络保护机理SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的。网络节点(网元)和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。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(如图2．3所示)。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【16】。2.3SDH接口2.3.1电接口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、方法、线路接口、监控管理等。这就使SDH设备容易实现多厂家互连，也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。基本的传输结构等级是同步传输模块—STM一1，相应的速率是155Mbi仃S。高等数字信号系列例如:622Mbit/s(STM一4)、2.SGbit/s(STM一6)等，是通过速率等级的信息模块(例如STM一l)通过字节间插同步复接而成，复接的是4的倍数，例如:STM一4=4xSTM一l，STM一16=4xSTM一4。2.3.2光接口线路接口(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“O’，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。有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实现灵活的业务调配。2.4SDH运行维护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/犯信号为例，其帧结构中仅有TSO时隙和TS16时隙中的比特是用于OAM功能。SDH信号丰富的开销占整个贞所有比特的1/20，人大加强了OAM功能。这样就使系统的维护费用大大降低，!仃j{l:通信设务的练合成本中，维护费川占相当大的一部分，于是SDH系统的综合成本要比PDH系统的综介成本低，据估算仅为PDH系统65.8%。2.5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，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一l)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向SDH及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一1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。2.6SDH技术的局限性尽管SDH技术有了以上如此多的优点，但是，这些优点的换取，确是以牺牲其他方面为代价的。频带利用率低我们知道有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。例如，收音机的选择性增加，可选的电台就增多，这样就提高了选择性。但是由于这时通频带相应的会变窄，必然会使音质下降，也就是可靠性下降。相应的，SDH的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了(运行维护的自动化程度高)，这是由于在SDH的信号一一sTM一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，即PDH信号所用的速率低。例如:SDH的STM一1信号可复用进63个ZMbi订s或3个34Mbit/s(相当于48又ZMbi灯s)或l个14OMbit/s(相SDH专网组网当于64xZMbit/s)的PDH信号。只有当PDH信号是以14OMbit/s信号复用进STM一1信号的帧时，STM一1信号才能容纳64xZMbit/S的信息量，但此时它的信号速率是155Mbit/s，速率要高于PDH同样信息容量的E4信号(140Mbit/s)，也就是说STM一1所占用的传输频带要大于PDHE4信号的传输频带(二者的信息容量是一样的)。指针调整机理复杂SDH体制可从高速信号(例如STM一l)中直接下低速信号(例如ZMbi此)，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的一种特有抖动一一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。软件的大量使用对系统安全性的影响SDH的一大特点是OA划的自动化程度高，这也意味着软件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，特别是在计算机病毒无处不在的今天。另外，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。3.SDH技术应用尽管SDH技术仍存在一些局限性，但是随着光纤技术以及光网络技术的不断发展，SDH光纤同步传输设备己经能提供从155Mbit/s、622Mbit/S、2.SGbi仃s到10Gbit/s的传输速率，并且能够提供强大的交叉和网络调度、保护能力。目前2.SGbi眺和10Gbi吮的传输速率已经能够满足我国目前电信网一级干线和二级干线的需求。这种解决方案己经十分成熟，而且己经被广泛的应用。随着技术的不断发展，SDH正朝着40Gbi眺的方向发展。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、广一电等电信运营一商都已经大规模建设了基于.光传输网络t，不lJ用大容量的SDH环路承载lP业务、ATM业务或钧路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。而对于组网更加迫