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第十二章 SDH 网络

第十二章 SDH 网络. 12.1 SDH 的产生和基本概念 12.2 SDH 的速率与帧结构 12.3 映射原理与同步复用 12.4 SDH 开销 12.5 SDH 网元 12.6 SDH 传送网 12.7 SDH 自愈网 12.8 SDH 网同步 12.9 SDH 网络传输性能 12.10 SDH 网络管理. 本章内容、重点和难点. 本章内容  SDH 的产生、基本概念、速率和帧结构。  SDH 的映射原理、同步复用和开销。  SDH 网元、传送网和自愈网。  SDH 网同步、网络传输性能和网络管理。 本章重点

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第十二章 SDH 网络

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  1. 第十二章 SDH网络 12.1 SDH的产生和基本概念12.2 SDH的速率与帧结构12.3 映射原理与同步复用12.4 SDH开销12.5 SDH网元12.6 SDH传送网12.7 SDH自愈网12.8 SDH网同步12.9 SDH网络传输性能12.10 SDH网络管理

  2. 本章内容、重点和难点 本章内容  SDH的产生、基本概念、速率和帧结构。  SDH的映射原理、同步复用和开销。  SDH网元、传送网和自愈网。  SDH网同步、网络传输性能和网络管理。 本章重点  SDH的基本概念、速率和帧结构。  SDH的映射原理、同步复用和开销。  SDH网元、自愈网和网同步。 本章难点  SDH的映射原理、同步复用和开销。

  3. 学习本章目的和要求  掌握SDH的基本概念、速率和帧结构。  掌握SDH的映射原理、同步复用和开销。  掌握SDH网元的功能。  掌握SDH传送网、自愈网及网同步。  掌握SDH的误码性能，了解SDH的抖动和漂移性能。  熟悉SDH的网络管理。

  4. 12.1 光传输系统的演进 12.1.1 光传输系统的演化历程 时间 （传输距离<40km) （传输距离数千公里）

  5. 时间

  6. 12.1.2 电信网架构 站（DTE） 站（DTE） • 对骨干网要求： • 支持大容量业务传送（Tbit/s=1012bit/s） • 保证用户业务的QoS 节点 节点 节点 节点 节点

  7. 12.1.3 数字复用体系 • 传输单个数字语音及视频信号所需比特率远低于传输媒质的传输带宽 • 复用是将多路信号同时在传输媒介中进行传送的技术 • 只有经过信道复用才可以充分利用传输媒介的传输带宽 • 常用复用技术：时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDM）等 北美数字复用体系

  8. 三种数字复用体系与SDH标准 1.6G 139.269M N*155 N*45 97.728M 155.52M 44.736M 34.368M 32.064M 8.448M 6.312M 6.312M 6.312M 2.048M 1.544M 1.544M 2.048M 1.544M 日本 北美 欧洲 SDH/SONET

  9. 12.2 SDH的产生和基本概念 1．PDH存在的主要问题 （1）两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。如表6-1所示。 （2）无统一的光接口，无法实现横向兼容。 （3）准同步复用方式，上下电路不便。 （4）网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难。 （5）网络结构缺乏灵活性 （6）面向话音业务

  10. 表12-1 准同步数字体系

  11. 2．SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制——光同步传送网（SYNTRAN）。 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更名为同步光网络（SONET）。 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引起了ITU-T的关注。 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不仅适于光纤，也适于微波和卫星传输。表6-2是SONET和SDH的速率对照。 1989年，ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、G.708和G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输崭新的一页。

  12. 表12-2 SDH和SONET网络节点接口的标准速率

  13. 3．SDH的概念 所谓SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。 SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。 它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。

  14. 4．网络节点接口 网络节点接口（NNI）是表示网络节点之间的接口，在实际中也可以看成是传输设备和网络节点之间的接口。 它在网络中的位置如图12-1所示。 SDH的NNI处有标准化接口速率、信号帧结构和信号码型，即SDH在NNI实现了标准化。

  15. 图12-1 NNI在网络中的应用

  16. 12.3 SDH的速率与帧结构 1．SDH的速率 SDH采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，…），相应各STM-N等级的速率为 STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2 488.320Mbit/s STM-64 9 953.280Mbit/s

  17. 2．SDH的帧结构 SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其由9行和270×N 列字节组成，如图12-2所示。 帧周期为125s。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。 对于STM-1而言，其信息结构为9行×270列的块状帧结构，传输速率：fb=9×270×8×8 000=155.520Mbit/s。 从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。

  18. 图12-2 STM-N帧结构

  19. （1）段开销（SOH）区域 段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。 段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。 （2）信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。 （3）管理单元指针区域 管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端能正确分离净负荷。

  20. 3．SDH的特点 （1）新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。 （2）接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。 （3）网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。 （4）组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。 （5）兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。 （6）先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。 （7）独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。 （8）系列标准规范： 便于国内、国际互连互通。 注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。

  21. 4．SDH应用的若干问题 （1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。 （2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣化。 （3）软件权限过大：给安全带来隐患。须进行强的安全管理。 （4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。 （5）IP业务对SDH传送网结构的影响。

  22. 12.4 映射原理与同步复用 同步复用和映射方法是SDH最有特色的内容之一。 它使数字复用由PDH僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。 它可将PDH两大体系的绝大多数速率信号都复用进STM-N帧结构中。

  23. 12.4.1 基本复用映射结构 1．SDH的通用复用映射结构 SDH的通用复用映射结构，如图12-3所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。 图12-3 SDH的通用复用映射结构

  24. 2．我国的SDH复用映射结构 我国采用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N ，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。 图12-4我国的SDH复用映射结构

  25. 3．复用单元 （1）容器（C） 容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，其基本功能是完成PDH信号与VC之间的适配（即码速调整）。 ITU-T规定了5种标准容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输入速率，即1.544 Mbit/s、2.048 Mbit/s、6.312 Mbit/s、34.368 Mbit/s和139.264 Mbit/s。可参见图12-3所示。 我国的SDH复用映射结构仅涉及C-12、C-3及C-4。

  26. （2）虚容器（VC） 虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即 VC−n=C−n+VC−n POH  VC可分成低阶VC和高阶VC两类。 TU前的VC为低阶VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我国有VC-12和VC-3）； AU前的VC为高阶VC，有VC-4和VC-3（我国有VC-4）。  用于维护和管理这些VC的开销称为通道开销（POH）。 管理低阶VC的通道开销称为低阶通道开销（LPOH）。 管理高阶VC的通道开销称为高阶通道开销（HPOH）。

  27. （3）支路单元（TU） 支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，是传送低阶VC的实体，可表示为TU-n（n=11，12，2，3）。 TU-n由低阶VC-n和相应的支路单元指针（TU-n PTR）组成，即 TU-n=低阶VC-n+TU-n PTR （4）支路单元组（TUG） 支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。 1×TUC-2=3×TU-12 1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12 1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-12

  28. （5）管理单元（AU） 管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送高阶VC的实体，可表示为AU-n（n=3，4）。它是由一个高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-n PTR）组成， AU-n=高阶VC-n+AU-n PTR （6）管理单元组（AUG） 管理单元组是由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成。例如：1×AUG=1×AU-4 （7）同步传送模块（STM-N） N个AUG信号按字节间插同步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N

  29. 4．应用示例 例如，一个2.048Mbit/s和一个139.264Mbit/s信号的映射复用过程如下：

  30. 12.5 SDH网元 SDH传输网由各种网元构成，网元的基本类型有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框图如图12-30所示。 图12-30 SDH网元功能示意图

  31. 12.5 SDH网元 1．终端复用器（TM） TM的作用是将准同步电信号（2 Mbit/s、34 Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完成电/光转换。在收端则完成相反的功能。

  32. 12.5 SDH网元 2．分插复用器（ADM） （1）概念及作用 ADM是一个三端口设备，有两个线路（也称群路）口，和一个支路口，支路信号可以是各种准同步信号，也可以是同步信号。 ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。 （2）连接能力 ADM设备应具有支路——群路（上/下支路信号）和群路——群路（直通）的连接能力。支路——群路又可分为部分连接和全连接，如图12-31（a）和（b）所示。支路——支路的连接功能，如图12-31（c）所示。具有支路——支路连接能力的ADM设备进行有机地组合，可实现小型DXC的功能，如图12-31（d）所示。 （3）应用：常用于线性网和环形网。

  33. 12.5 SDH网元 图12-31 ADM设备的连接能力

  34. 12.5 SDH网元 3．数字交叉连接设备（DXC） （1）基本概念 DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系（G.702）或同步数字体系（G.707）信号的端口，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备。 适用于SDH的DXC称为SDXC，SDXC能进一步在端口间提供可控的VC透明连接和再连接。这些端口信号可以是SDH速率，也可以是PDH速率。

  35. 12.5 SDH网元 （2）基本结构 DXC由复用/解复用器和交叉连接矩阵组成。DXC的简化结构，如图12-32所示。 DXC的核心部分是交叉连接矩阵，参与交叉连接的速率一般等于或低于接入速率。而交叉连接速率与接入速率之间的转换需要由复用和解复用功能来完成。 图12-32 DXC简化结构

  36. 12.5 SDH网元 （3）基本功能 分离本地交换业务和非本地交换业务； 为非本地交换业务（如专用电路）迅速提供可用路由； 为临时性重要事件（如政治事件、重要会议和运动会）迅速提供电路； 网络出现故障时，迅速提供网络的重新配置； 按业务流量的季节性变化使网络最佳化； 网络运营者可以自由地在网中使用不同的数字体系（PDH或SDH）。

  37. 12.5 SDH网元 （4）DXC的分类 DXC配置类型通常用DXC X/Y表示，其中X表示接入端口数据流的最高等级，Y表示参与交叉连接的最低级别。 X和Y可以是数字0，1，2，3，4，5，6，…，其中0表示64kbit/s的电路速率；1，2，3，4分别表示PDH中的一至四次群速率，其中4也代表SDH中的STM-1等级；5和6分别表示SDH中的STM-4和STM-16等级。常用的有： DXC1/0，主要提供64kbit/s电路的数字交叉连接功能； DXC4/1，允许所有PDH的1～4次群电信号和STM-1信号接入和进行交叉连接，主要用于局间中继网； DXC4/4，允许PDH的140Mbit/s和SDH的155Mbit/sPDH接入和进行交叉连接，一般用于长途网。

  38. 12.5 SDH网元 （5）DXC与常规数字交换机的主要区别：如表12-4所示。 表12-4 DXC与常规数字交换机的主要区别

  39. 12.5 SDH网元 4．再生中继器（REG） 再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。 首先将线路口接收到的光信号变换成电信号，然后对电信号进行放大、整形和判决再生，最后再把电信号转换为光信号送到线路上。

  40. 12.6 SDH传送网 传送网主要指逻辑功能意义上的网络，即网络的逻辑功能集合。 传输网是指实际信息传递设备（如光缆）组成的物理网络。 传送是从信息传递的功能过程来描述，而传输是从信号在具体物理媒质中传输的物理过程来描述。 传送网可以有基于SDH的传送网、基于PDH的传送网和基于ATM的传送网等。

  41. 12.6.1 SDH传送网的分层与分割 1．分层与分割的概念 传送网可从垂直方向分解为3个独立的层网，即电路层、通道层和传输媒质层。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。分层和分割是正交的，图12-33所示。 对网络进行分层的好处是： ①对每一层网络比对整个网络作为单个实体设计简单； ②简化了TMN管理目标的规定； ③使网络规范与具体实施方法无关，保持较长时间的稳定； ④某一层网络的更新与改变不会影响其他层。 对网络进行分割的好处是： ①便于管理； ②便于改变网络组成，使之最佳化等。

  42. 12.6.1 SDH传送网的分层与分割 图12-33 分层和分割视图

  43. 12.6.1 SDH传送网的分层与分割 2．SDH传送网的分层 电路层网络是面向业务的，严格上讲不属于传送层网络。传送网本身大致分为两层，通道层和传输媒质层。如图12-34所示。 图12-34 SDH传送网的分层模型

  44. 12.6.1 SDH传送网的分层与分割 （1）电路层网络 电路层网络直接为用户提供通信业务，例如：电路交换业务、分组交换业务、IP业务和租用线业务等。根据提供的业务不同可以区分不同的电路层网络。 电路层网络的主要节点设备包括用于交换各种业务的交换机，用于租用线业务的交叉连接设备以及IP路由器等。 （2）通道层网络 通道层网络支持一个或多个电路层网络，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的传送通道（即电路群）。通道层网络又可进一步划分为低阶通道层（VC-11、VC-12、VC-2和VC-3）和高阶通道层（VC-4、VC-4-Xc和VC-3）。

  45. 12.6.1 SDH传送网的分层与分割 （3）传输媒质层网络 传输媒质层网络与传输媒质（光缆或微波）有关，它支持一个或多个通道层网络，为通道层网络节点（例如DXC、ADM等）间提供合适的通道容量。 传输媒质层又分为段层和物理媒质层（简称物理层）。 段层网络可分为复用段层网络和再生段层网络。复用段层网络为通道层提供同步和复用功能，并完成有关MSOH的处理和传送等功能；再生段层网络提供定帧、扰码、再生段误码监视以及RSOH的处理和传送等功能。 物理层网络涉及到支持段层网络的光纤、金属线对或无线信道等传输媒质，主要完成光/电脉冲形式的比特传送任务。

  46. 12.6.2 SDH传送网的物理拓扑 网络的物理拓扑泛指网络的形状，它反映了物理上的连接性。网络的基本物理拓扑有5种类型，如图12-35所示。 图12-35 网络基本物理拓扑类型

  47. 12.6.2 SDH传送网的物理拓扑 1．线形 概念：涉及通信的所有点串联起来，并使首末两个点开放。 优缺点：经济，生存性较差。 应用：市话局间中继网和本地网中使用较多。 2．星形（枢纽形） 概念：当涉及通信的所有节点中有一个特殊节点与其余所有节点直接相连，而其余节点间不能直接相连，便形成星形拓扑。 优缺点：成本较低，生存性较差。 应用：星形拓扑通常用于用户接入网。

  48. 12.6.2 SDH传送网的物理拓扑 3．树形 概念：将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点时就形成了树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。 应用：适合于广播式业务，不适于提供双向通信业务。有线电视网多采用这种网络。 4．环形 概念：当涉及通信的所有点串联起来，且首尾相连，没有任何点开放时，就形成了环形网。 应用：用于长途干线网和市话局间中继网及本地网。

  49. 12.6.2 SDH传送网的物理拓扑 5．网孔形 当涉及通信的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的点都直接互连时则称为网状形。 优缺点：可靠性很高，但结构复杂，成本较高。 应用：一级长途干线。 注：由SDH网元组成的SDH传输网有多种形式，图12-36所示为4种常用的SDH网络结构。 一般来说，本地网（即接入网或用户网）中，适于用环形和星形，有时也可用线形拓扑。在市内局间中继网中适于用环形和线形拓扑，而长途网可能需要网孔形拓扑和环形拓扑。

  50. 12.6.2 SDH传送网的物理拓扑 图12-36 SDH传输网络结构举例

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