SDH原理(華為)-第1章SDH概述

1、第1章 SDH概述P 目標(biāo)：1. 了解SDH的產(chǎn)生背景為什么會產(chǎn)生SDH傳輸體制。 2. 了解SDH體制的優(yōu)點和不足。3. 建立有關(guān)SDH的整體概念為以后更深入的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1 1.1 SDH產(chǎn)生的技術(shù)背景為什么會產(chǎn)生SDH傳輸體制在講SDH傳輸體制之前，我們首先要搞清楚SDH到底是什么。那么SDH是什么呢？SDH全稱叫做同步數(shù)字傳輸體制，由此可見SDH是一種傳輸?shù)捏w制（協(xié)議），就象PDH準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體制一樣，SDH這種傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級，接口碼型等特性。那么SDH產(chǎn)生的技術(shù)背景是什么呢？我們知道當(dāng)今社會是信息社會，高度發(fā)達(dá)的信息社會要求通信網(wǎng)能提供

2、多種多樣的電信業(yè)務(wù)，通過通信網(wǎng)傳輸、交換、處理的信息量將不斷增大，這就要求現(xiàn)代化的通信網(wǎng)向數(shù)字化、綜合化、智能化和個人化方向發(fā)展。傳輸系統(tǒng)是通信網(wǎng)的重要組成部分，傳輸系統(tǒng)的好壞直接制約著通信網(wǎng)的發(fā)展。當(dāng)前世界各國大力發(fā)展的信息高速公路，其中一個重點就是組建大容量的傳輸光纖網(wǎng)絡(luò)，不斷提高傳輸線路上的信號速率，擴(kuò)寬傳輸頻帶，就好比一條不斷擴(kuò)展的能容納大量車流的高速公路。同時用戶希望傳輸網(wǎng)能有世界范圍的接口標(biāo)準(zhǔn)，能實現(xiàn)我們這個地球村中的每一個用戶隨時隨地便捷地通信。傳統(tǒng)的由PDH傳輸體制組建的傳輸網(wǎng)，由于其復(fù)用的方式很明顯的不能滿足信號大容量傳輸?shù)囊?，另外PDH體制的地區(qū)性規(guī)范也使網(wǎng)絡(luò)互連增加了難

3、度，因此在通信網(wǎng)向大容量、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的今天，PDH的傳輸體制已經(jīng)愈來愈成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的瓶頸，制約了傳輸網(wǎng)向更高的速率發(fā)展。傳統(tǒng)的PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：1. 接口方面(1) 只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，不存在世界性標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的PDH數(shù)字信號序列有三種信號速率等級：歐洲系列、北美系列和日本系列。各種信號系列的電接口速率等級、信號的幀結(jié)構(gòu)以及復(fù)用方式均不相同，這種局面造成了國際互通的困難，不適應(yīng)當(dāng)前隨時隨地便捷通信的發(fā)展趨勢。三種信號系列的電接口速率等級如圖1-1所示。圖1-1 電接口速率等級圖(2) 沒有世界性標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范。為了完成設(shè)備對光路上的傳輸性能進(jìn)行監(jiān)控，各廠家各自采用自

4、行開發(fā)的線路碼型。典型的例子是mBnB碼。其中mB為信息碼，nB是冗余碼，冗余碼的作用是實現(xiàn)設(shè)備對線路傳輸性能的監(jiān)控功能。由于冗余碼的接入使同一速率等級上光接口的信號速率大于電接口的標(biāo)準(zhǔn)信號速率，不僅增加了發(fā)光器的光功率代價，而且由于各廠家在進(jìn)行線路編碼時，為完成不同的線路監(jiān)控功能，在信息碼后加上不同的冗余碼，導(dǎo)致不同廠家同一速率等級的光接口碼型和速率也不一樣，致使不同廠家的設(shè)備無法實現(xiàn)橫向兼容。這樣在同一傳輸路線兩端必須采用同一廠家的設(shè)備，給組網(wǎng)、管理及網(wǎng)絡(luò)互通帶來困難。2. 復(fù)用方式現(xiàn)在的PDH體制中，只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信號（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信

5、號）是同步的，其他速率的信號都是異步的，需要通過碼速的調(diào)整來匹配和容納時鐘的差異。由于PDH采用異步復(fù)用方式，那么就導(dǎo)致當(dāng)?shù)退傩盘枏?fù)用到高速信號時，其在高速信號的幀結(jié)構(gòu)中的位置沒規(guī)律性和固定性。也就是說在高速信號中不能確認(rèn)低速信號的位置，而這一點正是能否從高速信號中直接分/插出低速信號的關(guān)鍵所在。正如你在一群人中尋找一個沒見過的人時，若這一群人排成整齊的隊列，那么你只要知道所要找的人站在這堆人中的第幾排和第幾列，就可以將他找了出來。若這一群人雜亂無章的站在一起，若要找到你想找的人，就只能一個一個的按照片去尋找了。既然PDH采用異步復(fù)用方式，那么從PDH的高速信號中就不能直接的分/插出低速信號，

6、例如：不能從140Mbit/s的信號中直接分/插出2Mbit/s的信號。這就會引起兩個問題：(1) 從高速信號中分/插出低速信號要一級一級的進(jìn)行。例如從140Mbit/s的信號中分/插出2Mbit/s低速信號要經(jīng)過如下過程。如圖1-2所示。圖1-2 從140Mbit/s信號分/插出2Mbit/s信號示意圖從圖中看出，在將140Mbit/s信號分/插出2Mbit/s信號過程中，使用了大量的“背靠背”設(shè)備。通過三級解復(fù)用設(shè)備從140Mbit/s的信號中分出2Mbit/s低速信號；再通過三級復(fù)用設(shè)備將2Mbit/s的低速信號復(fù)用到140Mbit/s信號中。一個140Mbit/s信號可復(fù)用進(jìn)64個2M

7、bit/s信號，但是若在此僅僅從140Mbit/s信號中上下一個2Mbit/s的信號，也需要全套的三級復(fù)用和解復(fù)用設(shè)備。這樣不僅增加了設(shè)備的體積、成本、功耗，還增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備的可靠性。(2) 由于低速信號分/插到高速信號要通過層層的復(fù)用和解復(fù)用過程，這樣就會使信號在復(fù)用/解復(fù)用過程中產(chǎn)生的損傷加大，使傳輸性能劣化，在大容量傳輸時，此種缺點是不能容忍的。這也就是為什么PDH體制傳輸信號的速率沒有更進(jìn)一步提高的原因。3. 運行維護(hù)方面PDH信號的幀結(jié)構(gòu)里用于運行維護(hù)工作（OAM）的開銷字節(jié)不多，這也就是為什么在設(shè)備進(jìn)行光路上的線路編碼時，要通過增加冗余編碼來完成線路性能監(jiān)控功能。由

8、于PDH信號運行維護(hù)工作的開銷字節(jié)少，因此對完成傳輸網(wǎng)的分層管理、性能監(jiān)控、業(yè)務(wù)的實時調(diào)度、傳輸帶寬的控制、告警的分析定位是很不利的。4. 沒有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口由于沒有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口，這就使你買一套某廠家的設(shè)備，就需買一套該廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)。容易形成網(wǎng)絡(luò)的七國八制的局面，不利于形成統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)。由于以上這種種缺陷，使PDH傳輸體制越來越不適應(yīng)傳輸網(wǎng)的發(fā)展，于是美國貝爾通信研究所首先提出了用一整套分等級的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字傳遞結(jié)構(gòu)組成的同步網(wǎng)絡(luò)（SONET）體制。CCITT于1988年接受了SONET概念，并重命名為同步數(shù)字體系（SDH），使其成為不僅適用于光纖傳輸，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。

9、本課程主要講述SDH體制在光纖傳輸網(wǎng)上的應(yīng)用。 想一想：你也許在資料中看過SDH信號能直接從高速信號中下低速信號，例如直接從622Mbit/s信號中下2M信號，為什么？這種特性跟SDH所特有的同步復(fù)用方式有關(guān)，既然是同步復(fù)用方式，那么低速信號在高速信號幀中的位置是可預(yù)見的，于是從高速信號中直接下低速信號就變成了一件很容易的事了。1.2 與PDH相比SDH有哪些優(yōu)勢SDH傳輸體制是由PDH傳輸體制進(jìn)化而來的，因此它具有PDH體制所無可比擬的優(yōu)點，它是不同于PDH體制的全新的一代傳輸體制，與PDH相比在技術(shù)體制上進(jìn)行了根本的變革。首先，我們先談一談SDH的基本概念。SDH概念的核心是從統(tǒng)一的國家電

10、信網(wǎng)和國際互通的高度來組建數(shù)字通信網(wǎng)，是構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN），特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的重要組成部分。那么怎樣理解這個概念呢？因為與傳統(tǒng)的PDH體制不同，按SDH組建的網(wǎng)絡(luò)是一個高度統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的、智能化的網(wǎng)絡(luò)。它采用全球統(tǒng)一的接口以實現(xiàn)設(shè)備多廠家環(huán)境的兼容，在全程全網(wǎng)范圍實現(xiàn)高效的協(xié)調(diào)一致的管理和操作，實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)與業(yè)務(wù)調(diào)度，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈功能，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。并且由于維護(hù)功能的加強(qiáng)大大降低了設(shè)備的運行維護(hù)費用。下面我們就SDH所具有的優(yōu)勢（可以算是SDH的特點吧），從幾個方面進(jìn)一步說明。注意與PDH體制相對比。1. 接口方面(1) 電接口方面接口的規(guī)范化與否

11、是決定不同廠家的設(shè)備能否互連的關(guān)鍵。SDH體制對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）作了統(tǒng)一的規(guī)范。規(guī)范的內(nèi)容有數(shù)字信號速率等級、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等。這就使SDH設(shè)備容易實現(xiàn)多廠家互連，也就是說在同一傳輸線路上可以安裝不同廠家的設(shè)備，體現(xiàn)了橫向兼容性。SDH體制有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息結(jié)構(gòu)等級，即有一套標(biāo)準(zhǔn)的速率等級?；镜男盘杺鬏斀Y(jié)構(gòu)等級是同步傳輸模塊STM-1，相應(yīng)的速率是155Mbit/s。高等級的數(shù)字信號系列例如：622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等，是通過將低速率等級的信息模塊（例如STM-1）通過字節(jié)間插同步復(fù)接而成，復(fù)接的個數(shù)是4的倍數(shù)，例如：ST

12、M-44STM-1，STM-164STM-4。& 技術(shù)細(xì)節(jié)：什么是字節(jié)間插復(fù)用方式呢？我們以一個例子來說明。有三個信號：幀結(jié)構(gòu)各為每幀3個字節(jié)，若將這三個信號通過字節(jié)間插復(fù)用方式復(fù)用成信號D，那D就應(yīng)該是這樣一種幀結(jié)構(gòu)：幀中有9個字節(jié)，且這9個字節(jié)的排放次序如下圖：那么這樣的復(fù)用方式就是字節(jié)間插復(fù)用方式。你明白了嗎？(2) 光接口方面線路接口（這里指光口）采用世界性統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，SDH信號的線路編碼僅對信號進(jìn)行擾碼，不再進(jìn)行冗余碼的插入。想想看，為什么會這樣？擾碼的標(biāo)準(zhǔn)是世界統(tǒng)一的，這樣對端設(shè)備僅需通過標(biāo)準(zhǔn)的解碼器就可與不同廠家SDH設(shè)備進(jìn)行光口互連。擾碼的目的是抑制線路碼中的長連“0”和長連

13、“1”，便于從線路信號中提取時鐘信號。由于線路信號僅通過擾碼，所以SDH的線路信號速率與SDH電口標(biāo)準(zhǔn)信號速率相一致，這樣就不會增加發(fā)端激光器的光功率代價。2. 復(fù)用方式由于低速SDH信號是以字節(jié)間插方式復(fù)用進(jìn)高速SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中的，這樣就使低速SDH信號在高速SDH信號的幀中的位置是固定的、有規(guī)律的，也就是說是可預(yù)見的。這樣就能從高速SDH信號例如2.5Gbit/s（STM-16）中直接分/插出低速SDH信號例如155Mbit/s（STM-1），從而簡化了信號的復(fù)接和分接，使SDH體制特別適合于高速大容量的光纖通信系統(tǒng)。另外，由于采用了同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，可將PDH低速支路信號

14、（例如2Mbit/s）復(fù)用進(jìn)SDH信號的幀中去（STM-N），這樣使低速支路信號在STM-N幀中的位置也是可預(yù)見的，于是可以從STM-N信號中直接分/插出低速支路信號。注意此處不同于前面所說的從高速SDH信號中直接分插出低速SDH信號，此處是指從SDH信號中直接分/插出低速支路信號，例如2Mbit/s，34Mbit/s與140Mbit/s等低速信號。于是節(jié)省了大量的復(fù)接/分接設(shè)備（背靠背設(shè)備），增加了可靠性，減少了信號損傷、設(shè)備成本、功耗、復(fù)雜性等，使業(yè)務(wù)的上、下更加簡便。SDH的這種復(fù)用方式使數(shù)字交叉連接（DXC）功能更易于實現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)具有了很強(qiáng)的自愈功能，便于用戶按需動態(tài)組網(wǎng)，實現(xiàn)靈活的業(yè)

15、務(wù)調(diào)配。& 技術(shù)細(xì)節(jié)：什么是網(wǎng)絡(luò)自愈功能？網(wǎng)絡(luò)自愈是指當(dāng)業(yè)務(wù)信道損壞導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷時，網(wǎng)絡(luò)會自動將業(yè)務(wù)切換到備用業(yè)務(wù)信道，使業(yè)務(wù)能在較短的時間（ITU-T規(guī)定為50ms以內(nèi)）得以恢復(fù)正常傳輸。注意這里僅是指業(yè)務(wù)得以恢復(fù)，而發(fā)生故障的設(shè)備和發(fā)生故障的信道則還是要人去修復(fù)。那么為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自愈功能除了設(shè)備具有DXC功能（完成將業(yè)務(wù)從主用信道切換到備用信道）外，還需要有冗余的信道（備用信道）和冗余設(shè)備（備用設(shè)備）。以下是一個具有自愈功能傳輸網(wǎng)的簡單例子。3. 運行維護(hù)方面SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的用于運行維護(hù)（OAM）功能的開銷字節(jié)，使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能大大加強(qiáng)，也就是說維護(hù)的自動化程度大大加強(qiáng)。PD

16、H的信號中開銷字節(jié)不多，以致于在對線路進(jìn)行性能監(jiān)控時，還要通過在線路編碼時加入冗余比特來完成。以PCM30/32信號為例，其幀結(jié)構(gòu)中僅有TS0時隙和TS16時隙中的比特是用于OAM功能。SDH信號豐富的開銷占用整個幀所有比特的1/20，大大加強(qiáng)了OAM功能。這樣就使系統(tǒng)的維護(hù)費用大大降低，而在通信設(shè)備的綜合成本中，維護(hù)費用占相當(dāng)大的一部分，于是SDH系統(tǒng)的綜合成本要比PDH系統(tǒng)的綜合成本低，據(jù)估算僅為PDH系統(tǒng)的65.8%。4. 兼容性SDH有很強(qiáng)的兼容性，這也就意味著當(dāng)組建SDH傳輸網(wǎng)時，原有的PDH傳輸網(wǎng)不會作廢，兩種傳輸網(wǎng)可以共同存在。也就是說可以用SDH網(wǎng)傳送PDH業(yè)務(wù)，另外，異步轉(zhuǎn)移

17、模式的信號（ATM）、FDDI信號等其他體制的信號也可用SDH網(wǎng)來傳輸。那么SDH傳輸網(wǎng)是怎樣實現(xiàn)這種兼容性的呢？SDH網(wǎng)中用SDH信號的基本傳輸模塊（STM-1）可以容納PDH的三個數(shù)字信號系列和其它的各種體制的數(shù)字信號系列ATM、FDDI、DQDB等，從而體現(xiàn)了SDH的前向兼容性和后向兼容性，確保了PDH向SDH及SDH向ATM的順利過渡。SDH是怎樣容納各種體制的信號呢？很簡單，SDH把各種體制的低速信號在網(wǎng)絡(luò)邊界處（例如：SDH/PDH起點）復(fù)用進(jìn)STM-1信號的幀結(jié)構(gòu)中，在網(wǎng)絡(luò)邊界處（終點）再將它們拆分出來即可，這樣就可以在SDH傳輸網(wǎng)上傳輸各種體制的數(shù)字信號了。& 訣竅：在SDH網(wǎng)

18、中，SDH的信號實際上起著運貨車的功能，它將各種不同體制的信號（本課程主要是指PDH信號）象貨物一樣打成不同大小的（速率級別）包，然后裝入貨車（裝入STM-N幀中），在SDH的主干道上（光纖上）傳輸。在收端從貨車上卸下打成貨包的貨物（其它體制的信號），然后拆包封，恢復(fù)出原來體制的信號。這也就形象地說明了不同體制的低速信號復(fù)用進(jìn)SDH信號（STM-N），在SDH網(wǎng)上傳輸和最后拆分出原體制信號的全過程。1.3 SDH的缺陷所在凡事有利就有弊，SDH的這些優(yōu)點是以犧牲其他方面為代價的。1. 頻帶利用率低我們知道有效性和可靠性是一對矛盾，增加了有效性必將降低可靠性，增加可靠性也會相應(yīng)的使有效性降低。例

19、如，收音機(jī)的選擇性增加，可選的電臺就增多，這樣就提高了選擇性。但是由于這時通頻帶相應(yīng)的會變窄，必然會使音質(zhì)下降，也就是可靠性下降。相應(yīng)的，SDH的一個很大的優(yōu)勢是系統(tǒng)的可靠性大大的增強(qiáng)了（運行維護(hù)的自動化程度高），這是由于在SDH的信號STM-N幀中加入了大量的用于OAM功能的開銷字節(jié)，這樣必然會使在傳輸同樣多有效信息的情況下，PDH信號所占用的頻帶（傳輸速率）要比SDH信號所占用的頻帶（傳輸速率）窄，即PDH信號所用的速率低。例如：SDH的STM-1信號可復(fù)用進(jìn)63個2Mbit/s或3個34Mbit/s（相當(dāng)于482Mbit/s）或1個140Mbit/s（相當(dāng)于642Mbit/s）的PDH信號。只有當(dāng)PDH信號是以140Mbit/s的信號復(fù)用進(jìn)STM-1信號的幀時，STM-1信號才能容納642Mbit/s的信息量，但此時它的信號速率是155Mbit/s，速率要高于PDH同樣信息容量的E4信號（140Mbit/s），也就是說STM-1所占用的傳輸頻帶要大于PDH E4信號的傳輸頻帶（二者的信息容量是一樣的）。2. 指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜SDH體制