第六章 同步数字体系

光纤通信与数字传输南京邮电大学通信与信息工程学院2第六章同步数字体系6.1SDH概述6.2SDH速率等级和帧结构6.3SDH复用和映射过程6.4SDH网元设备6.5SDH同步与定时6.6SDH传送网6.7SDH网络保护和恢复6.8SDH网络管理36.1SDH概述80年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模的应用。光纤通信的廉价、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。然而，传统的基于点对点传输的准同步（PDH）系统存在着一些固有的、难以克服的弱点，为了克服这些缺点，同步数字体系SDH应运而生。46.1.1SDH的产生SDH的产生最直接的背景是由于PDH技术存在的固有缺点，包括标准化差*接口不一致复用和解复用复杂*OAM能力弱*通道利用率低(光纤带宽)56.1.2SDH的基本概念和特点光同步数字传送网是由一些SDH网元（NE）组成，在光纤上进行同步信息传送、复用和交叉连接的网络。它具有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程。SDH具有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特（即网络节点接口比特流中扣除净负荷后的剩余部分）用于网络的OAM。SDH基本网元类型较多，但都有统一的光接口，具有高度的横向兼容性，允许不同厂家设备在光路上互通。SDH还具有一套特殊的复用结构，允许现存多种类型的信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性。6SDH传送网主要特点作为一种全新的传送网体制，光同步数字传送网的主要特点可以总结如下：接口统一灵活复用和解复用OAM能力强结构简化对信息负荷透明定时透明性运营成本低便于多厂家产品互通良好的兼容性7小结：SDH体制的核心特点同步复用（解复用）标准光接口强大的网管能力8第六章同步数字体系6.1SDH概述6.2SDH速率等级和帧结构6.3SDH复用和映射过程6.4SDH网元设备6.5SDH同步与定时6.6SDH传送网6.7SDH网络保护和恢复6.8SDH网络管理96.2SDH速率等级和帧结构建立一个统一的网络节点接口（NNI）是实现SDH网的关键，而规定一套必须遵守的速率和数据传送格式是NNI标准化的首要任务。本节中将首先介绍NNI的概念和要求，然后分别介绍速率和帧结构规范。106.2.1网络节点接口一个传输网是由两种基本设备构成的，即传输设备和网络节点。传输设备可以是光缆线路系统，也可以是由微波接力系统或卫星通信系统等实现。网络节点是指可以进行交换或选路的设备，可以有多种。简单的节点只有复用功能，复杂的节点则包括网络节点的全部功能，即终结、交叉连接、复用和交换功能。网络节点接口（NNI）在概念上是网络节点间的接口，从具体实现上看就是传输设备和网络节点之间的接口。NNI在网络中的位置可以用图6-1来表示。11图6-1NNI在网络中的位置126.2.2同步数字体系的速率同步数字体系信号最基本也是最重要的模块信号是STM-1，其速率为155.520Mbit/s，相应的光接口信号也只是STM-1信号经扰码后的电／光变换结果，因而速率不变。更高等级的STM-N信号是将基本模块按同步复用，经字节间插后的结果，其中N是正整数，即N为4、8、16和64。表6-1中列出了建议G.707所规范的标准速率值。13表6-1SDH的标准速率SDH等级速率（Mbit/s）STM-1155.520STM-4622.080STM-162488.320STM-649953.280STM-25639813.120146.2.3帧结构SDH要求能对各种支路信号进行同步的复用、交叉连接和交换，因而帧结构必须能适应所有这些功能。同时也希望支路信号在一帧内的分布是均匀的、有规律的，以便进行接入和取出，还要求帧结构能对北美1.5Mbit/s和欧洲2Mbit/s系列信号同样方便和实用。为此ITU-T采纳了一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构，其结构安排如图6-2所示。15图6-2STM-N帧结构9×270×N字节13459SOHAUPTRSOHSDH净负荷（含POH）9×N270×N列传输方向261×N16SDH帧结构内容SDH帧结构由270×N列和9行字节组成，每字节8比特。对于STM-1而言，帧长度为270×9＝2430字节，相当于19440比特。若用时间表示，对于任何STM等级，其帧长或帧周期均为125μs。帧结构中字节的传输是从左到右按行进行的，首先由图中左上角第1个字节开始，从左到右、由上而下按顺序进行，直至整个字节都传完，再转入下一帧。如此一帧一帧地传送，每秒共传8000帧。171.段开销SOH区域段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节，主要是供网络运行、管理和维护使用的字节。图6-2中横向为第1至第9×N列、纵向第1至第3行和第5至第9行的72×N个字节已分配给段开销。对于STM-1而言，相当于每帧有72个字节（576比特）可用于段开销。由于每秒传8000帧，因而，STM-1有4.608Mbit/s可用于网络运行、管理和维护目的。可见段开销是相当丰富的，这是光同步传送网的重要特点之一。182.管理单元指针AUPTR区域AUPTR是一种指示符，主要用来指示信息净负荷的第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端正确地分解。图6-2中横向为第1至第9×N列、纵向第4行的9×N个字节是保留给AUPTR用的。采用指针方式是SDH的重要创新，可以使之在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。193.信息净负荷区域信息净负荷区就是帧结构中存放各种信息容量的地方。图中横向为第10至第270×N列、纵向第1至第9行的2349×N个字节都属于净负荷区域。当然，其中还有少量的用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节（POH）。通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送。20第六章同步数字体系6.1SDH概述6.2SDH速率等级和帧结构6.3SDH复用和映射过程6.4SDH网元设备6.5SDH同步与定时6.6SDH传送网6.7SDH网络保护和恢复6.8SDH网络管理216.3SDH复用和映射过程将低速信号复用成高速信号一般有两种方法。一是脉冲插入法又称正码速调整法。它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。这种方法可以容许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用）。但不能直接把支路信号接入高速复用信号或从高速复用信号中分出支路信号。另一种是固定位置映射法。它利用低速支路信号在高速信号中的特殊固定位置来携带低速同步信号。这种方法可较方便地接入或取出支路信号。但高速信号与支路信号之间可能会出现微小的频率差和相移，这必须在复用设备接口处用125μs的缓存器来进行频率校正和相位对准，从而产生了信号延迟和滑动性损伤。22为了保证所有的PDH体系信号都能收容进SDH，ITU-T规定了一整套完整的复用结构（也就是复用路线），通过这些路线可将PDH的3个系列的数字信号以多种方法复用成STM-N信号。ITU-T规定的复用路线如图6-3所示。6.3.1基本复用映射原理和复用单元44736kb/s34368kb/s6312kb/s2048kb/s1544kb/sVC-3TUG-2VC-12VC-11TU-11TU-12TU-2TU-3TUG-2139264kb/sC-11C-12C-2C-3C-4AUGVC-4AU-4AU-4STM-NVC-4VC-3×N×1×3×7×7×1×3×1×3×4指针处理复用定位校准映射图6-3G.707给出的复用途径24SDH基本复用单元包括若干容器（C-n）、虚容器（VC-n）、支路单元（TU-n）、支路单元组（TUG-n）、管理单元（AU-n）和管理单元组（AUG-n），n为PDH系列等级序号。1.SDH基本复用单元252.复用单元的参数各类基本复用单元的参数由表6-2～6-4给出。26表6-2各类容器的主要参数容器C-4C-3C-2C-12C-11周期或复帧周期（μs）125125500500500帧频或复帧频率（Hz）80008000200020002000结构260×984×94（12×9-1）4（9×9-1）-14（3×9-1）-1容量（字节数）23407562340756139103速率（Mbit/s）149.76048.3846.8322.2241.64827表6-3各类虚容器的主要参数虚容器VC-4VC-3VC-2VC-12VC-11周期或复帧周期（μs）125125500500500帧频或复帧频率（Hz）80008000200020002000结构261×985×94（12×9-1）4（9×9-1）4（3×9-1）容量（字节数）2349765428140104速率（Mbit/s）150.33648.9606.8482.2401.664286.3.2我国采用的复用结构由图6.3中可知，从一个有效信息净负荷到STMN的复用路线不是唯一的，而对于一个国家或地区而言，其复用路线应该是唯一的。我国光同步传输体制规定以2048kbit/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，并选用AU-4复用路线，其基本复用映射结构如图6-4所示。这主要是考虑到我国PDH网络中应用较多的是2048kbit/s和139264kbit/s支路接口，如需要也可提供34368kbit/s的支路接口。29STM-NVC-3TUG-2VC-12TU-12TU-3TUG-3139264kb/s34368kb/s2048kb/sC-12C-3C-4AUGVC-4AU-4×N×1×7×1×3×3指针处理复用定位校准映射图6-4我国的SDH基本复用映射结构30PDH信号复用成SDH信号PDH信号复用成SDH信号必须经过映射、定位和复用三个步骤，如右图所示。低速支路信号容器C虚容器VCSDH管理单元AU支路单元311.映射映射是一种在SDH网络边界处，使支路信号适配进虚容器的过程。即各种速率的PDH信号分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销（POH）形成虚容器负荷的过程。32复用定位校准映射155.520Mb/sSTM-1AUGSOH×3码速调整2.048Mb/s2.224Mb/sVC-122.240Mb/sTU-122.304Mb/sTUG-26.912Mb/sTUG-349.536Mb/sVC-4150.336Mb/sAU-4150.912Mb/sC-12VC-12POHC-12C-12TU-12PTRTU-12TU-12TUG-2TUG-2TUG-2TUG-2TUG-2TUG-2TUG-2TU-12VC-12TUG-3TUG-3TUG-3VC-4AU-4PTRVC-4POH×7×3×1VC-4AU-4PTRAUG150.912Mb/s图6-5利用AU-4直接从C-1复接的方法332.定位定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程。即以附加于VC上的支路单元指针（或管理单元指针）指示和确定低阶VC帧的起点在高阶净负荷中（或高阶帧的起点在AU净负荷中）的位置。在发送端相对帧相位偏差使VC帧起点浮动时，指针值随之调整，从而始终保证指针值准确指示VC帧的起点的过程。指针分为AU-4指针、TU-3指针和TU-12指针。34图6-10AU-4指针偏移范围14914919102700125μs250μsAUG负调整机会正调整机会H1YYH21。1。H3H3H3087H1YYH21。1。H3H3H3865225217828601。表示全“1”字节Y表示1001SS11（S比特未规定）35图6-11AU-4／TU-3指针（H1、H2、H3）值NNNNSSIDIDIDIDID12345678910111213141516H1H2H310bit指针值负调整机会正调整机会10bit指针VC字节塞入字节正常值011000363.复用复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道信号适配进复用层的过程，即以字节交