《SDH原理》pdf教案：1SDH概述

第一 章 SDH概述 P 目 标 了解 SDH的产生背景 为什么会产生 SDH传输体制 了解 SDH体制的优点和不足 建立有关 SDH的整体概念为以后更深入的学习打下基础 1.1 SDH产生的技术背景 为什么会产生 SDH传输体制 在讲 SDH传输体制之前 我们首先要搞清楚 SDH到底是什么 那么 SDH是什 么呢 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 那么 SDH产生的技术背景是什么呢 我们知道当今社会是信息社会 高度发达的信息社会要求 通信网 能提供多种 多样的电信业务 通过 通信网 传输 交换 处理的信息量将不断增大 这就 要求现代化的 通信网 向数字化 综合化 智能化和个人化方向发展 传输系统是 通信网 的重要组成部分 传输系统的好坏直接制约着 通信网 的发 展 当前世界各国大力发展的信息高速公路 其中一个重点就是组建大容量 的传输光纤网络 不断提高传输线路上的信号速率 扩宽传输频带 就好比 一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路 同时用户希望传输 网能 有世界 范围的接口标准 能实现我们这个地球村中的每一个用户能随时随地便捷地 通信 目前传统的由 PDH传输体制组建的传输网 由于 其复 用的方式很明显的不能 满足信号大容量传输的要求 另外 PDH体制的地区性规范也使网络互连增加 SDH原理 第一章 SDH概述 1-1 了难度 由此看出在 通信网 向大容量 标准化发展的今天 PDH的传输体制 已经愈来愈成为现代 通信网 的瓶颈 制约了传输网向更高的速率发展 传统的 PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面 1. 接口方面 1 只有地区性的电接口规范 不存在世界性标准 现有的 PDH数字信号序 列有三种信号速率等级 欧洲系列 北美系列和日本系列 各 种 信号系列的 电接口速率等级以及信号 的帧 结构 复用方式均不相同 这种局面造成了国 际互通的困难 不适应当前随时随地便捷通信的发展趋势 三 种 信号 系列的 电接口速率等级如图 1-1所示 565Mbit/s 139Mbit/s 34Mbit/s 8Mbit/s 2Mbit/s 1.6Gbit/s 400Mbit/s 100Mbit/s 6.3Mbit/s 1.5Mbit/s 274Mbit/s 45Mbit/s 6.3Mbit/s × 4 × 4 × 4 × 4× 4 × 4 × 4 × 4 × 6 × 7 × 3 欧洲系列 日本系列 北美系列 × 5 32Mbit/s 图 1-1 电接口速率等级图 2 没有世界性标准的光接口规范 为了完成设备对光路上的传输性能进行 监控 各厂家各自 采 用自行 开 发 的线路 码型 典型的例子是 mBnB码 其中 mB为信息码 nB是冗余码 冗余码的作用是 实现 设备对线路传输性能的监 控功能 由 于 冗余码的接 入使 同一 速率 等级上光接口的信号速率大于电接口 的标准信号速率 不仅增加了发光器的光功率代价 而且由于各厂家在 进行 线路编码时 为完成不同的线路监控功能 在 信息 码 后 加 上 不同的冗余码 导致不同厂家同一 速率 等级的光接口 码型 和速率也不一样 致使不同厂家的 SDH原理 第一章 SDH概述 1-2 设备无法实现横向兼容 这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备 给组 网 管理及网络互通带来困难 2. 复用方式 现在的 PDH体制中 只有 1.5Mbit/s和 2Mbit/s速率的 信号 包括日本系列 6.3Mbit/s速率的信号 是同步的 其他 速率的信号 都是异步的 需要通过 码 速 的调整来匹配和容纳时钟的差异 由于 PDH采用 异步复用方式 那么就导 致 当低 速信号复用到高速信号时 其在高速信号 的帧 结构中的位置没规律性 和固定性 也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置 而这一点正是 能否从高速信号中直接 分 /插 出 低速信号的关键所在 正如你在一堆人中寻找 一个没见过的人时 若这 一堆 人排 成整齐的队列 那么你只要知道所要找的 人站在这堆人中的第几排和第几列 就可以将他找了出 来 若这 一堆人杂乱 无章的站在一起 若要找到你想找的人 就只能一个一个的 按 照 片去 寻找了 既 然 PDH采用异步复用方式 那么从 PDH的高速信号中就不能直接的 分 /插 出 低速信号 例如 不能从 140Mbit/s的信号中直接 分 /插 出 2Mbit/s的信号 这就 会引起两个问题 1 从高速信号 中分 /插出 低 速信 事情要一级一级的进行 例如从 140Mbit/s的 信号 中分 /插出 2Mbit/s低速信号要经过如下过程 如 图 1-2所示 2Mbit/s 解 解 解 复 复 复 用 用 用 复 复 复 用 用 用 140Mbit/s 34Mbit/s 8Mbit/s 8Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s 图 1-2 从 140Mbit/s信号分 /插出 2Mbit/s信号 示意图 从图 中看出 在将 140Mbit/s信号分 /插出 2Mbit/s信号过程中 使用了大量 的 背靠背 设备 通过三级 解复 用设备从 140Mbit/s的信号中分出 2Mbit/s低速信号 再通过三级复用设备将 2Mbit/s的低速信号复用到 140Mbit/s信号中 一个 140Mbit/s信号可复 用进 64个 2Mbit/s信号 若在此 处仅仅从 140Mbit/s信号中上下一个 2Mbit/s的信号 也需要全套的三级复 用和解复用设备 这样不仅增加了设备的体积 成本 功耗 还增加了 设备的复杂性 降低了设备的可靠性 SDH原理 第一章 SDH概述 1-3 2 由于低速信号分 /插到 高速信号要通过层层的复用和解复用过程 这样就 会使信号在复用 /解复 用过程中产生的损伤加大 使传输性能劣化 在大容量 传 输时 此种缺点是不能容忍 的 这也就是为什么 PDH体制传输信号的速率 没有更进一步提高的原因 3. 运行维护方面 PDH信号 的帧 结构里用于运 行 维 护 工作 OAM 的开销字节不多 这也就是 为什么在设备进行光路上的线路编码时 要通过增加冗余编码来完成 线路性 能 监控功能 由 于 PDH信号 运 行 维 护 工作的开销字节少 这对 完成传输网的 分层管理 性能监控 业务的实时调度 传输带宽的控制 告警的分析定位 是很不利的 4. 没有统一的 网管 接口 由于没有统一的 网管 接口 这就使你买一套某厂家的设备 就 需买 一套该厂 家的 网管 系统 容易形成网络的七国 八制 的局面 不利于形成统一的电信管 理网 由于以上这种种缺陷 使 PDH传输体制越来越不适应传输网的发展 于是美 国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成 的 同 步网络 SONET 体制 CCITT于 1988年接受了 SONET概念 并重命名为 同步数字体系 SDH 使其成为不仅适用于光纤传输 也适用于微波和卫 星传输的通用技术体制 本课程主要讲述 SDH体制在光纤传输 网 上的应用 想一想 你也许在资料中看过 SDH信号 能 直接从高速信号中下低速信号 例如直接从 622Mbit/s信号中下 2M信号 为什么 这种特性跟 SDH所特有的同步复用方式 有关 既然是同步复用方式 那么低速信号在高速信号 帧中 的位置是可预见 于是从高速信号中直接 下低 速信号就变成了一件很容易的事了 1.2 与 PDH相比 SDH有哪些优势 既然 SDH传输体制是 PDH传输体制进化而来的 因此它具有 PDH体制 所 无可 比拟的优点 它 是不同于 PDH体制的全新的一代传输体制 与 PDH相比在技 术体制上进行了根本的变革 SDH原理 第一章 SDH概述 1-4 首先 我们先谈一谈 SDH的基本概念 SDH概念的核心是从统一的国家电信 网 和国际互通的高度来组建数字 通信网 是 构成综合业务数字网 ISDN 特别是宽带 综合 业务数字网 B-ISDN 的重要组成部分 那么怎样理解这个 概念呢 因为与传 统 的 PDH体制不同 按 SDH组建的网是一个高度统一的 标准化的 智能化的网络 它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的 兼容 在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作 实现灵活的组网 与业务调度 实现网络自愈功能 提高网络资源利用率 由于维护功能的加 强 大 大降低了设备的 运 行 维 护 费用 下面我们就 SDH所具有的优势 可以算是 SDH的特点吧 从几个方面进一 步说明 注意与 PDH体制相对比 1. 接口方面 1 电接口方面 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体制对网络 节点接口 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 复接 方法 线路接口 监控管理等 于是这就使 SDH设备容易实现多厂 家互连 也就是说在同一 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 基本的信 号 传输 结构等级是同步传输模块 STM-1 相应的 速率 是 155Mbit/s 高等 级的数字信号系列例如 622Mbit/s STM-4 2.5Gbit/s STM-16 等 可 通过 将低 速率等级的信息模块 例如 STM-1 通过字节 间插 同步 复接而 成 复接 的个数是 4的倍数 例如 STM-4 4 STM-1 STM-16 4 STM-4 & 技术细节 什么是字节 间插复 用方式呢 我们以一个例子来说明 有三个信号 帧 结构各为 每帧 3个字节 若将这三 A A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 B C SDH原理 第一章 SDH概述 1-5 个信号通过字节 间插复 用方式复用成信号 D 那 D就应该是 这样一种 帧 结构 帧中 有 9个字节 且这 9个字节的排放次序如下图 A1 B1 B2C1 C2 C3B3 D A2 A3 那么这样的复用方式就是字节 间 插复 用方式 你明白了吗 2 光接口方面 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 想想看 为什么会这样 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 0 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 2. 复用方式 由于低速 SDH信号是以字节 间插 方式复 用进 高速 SDH信号 的帧 结构中的 这 样就使低速 SDH信号在高速 SDH信号 的帧中 的位置 是 固定的 有规律性 的 也就是说 是 可预见 的 这样就能从高速 SDH信号例如 2.5Gbit/s STM-16 中 直接分 /插出 低速 SDH信号例如 155Mbit/s STM-1 这样就简化了信号的 复 接和分接 使 SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统 另外 由于 采用 了 同步复用方式和灵活的映射结构 可将 PDH低速支路信号 例如 2Mbit/s 复 用进 SDH信号 的帧中 去 STM-N 这样 使 低速支路信号 在 STM-N帧中 的 位 置也是可预见的 于是可以从 STM-N信号中直接分 /插出 低速支路信号 注意此处不同于 前面所说 的从高速 SDH信号中直接 分插出 低 速 SDH信号 此处 是 指从 SDH信号中直接分 /插出 低速支路信号 例如 2Mbit/s 34Mbit/s与 140Mbit/s等低速信号 于是节省了大量的 复接 /分接 设备 背靠背设备 增加了可靠性 减少了信号 损伤 设备成本 功耗 复杂 性等 使业务的上 下更加简便 SDH原理 第一章 SDH概述 1-6 SDH的这种复用方式使数字交叉连接 DXC 功能更易于实现 使网络 具有 了很强的 自愈功能 便于用户按需动态组网 实时 灵活的 业务调配 & 技术细节 什么是网络自愈功能 网络自 愈 是 指当 业务信道损坏导致业务中断时 网络会自动将业务切换到备 用业务信道 使业务能在较短的时间 ITU-T规定为 50ms以内 得以恢复正 常传输 注意这里仅是指业务得以恢复 而 发生 故障的设备和 发生 故障的信 道则还是要人去修复 那么为达到网络自愈功能除了设备具有 DXC功能 完成将业务从 主用信 道切 换到备用信道 外 还需要有冗余的信道 备用信道 冗余设备 备用设 备 以下是一个具有自愈功能 传输网 的简单例子 A 主 主 备 备 主信道 备信道 B 备信道 主信道 3. 运行维护方面 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 PCM30/32信号为例 其帧 结构中仅有 TS0时 隙 和 TS16时 隙中 的比特是用于 OAM功能 SDH原理 第一章 SDH概述 1-7 SDH信号丰富的开销占用整个 帧 所有比特的 1/20 大大加强了 OAM功能 这 样就使系统的维护费用大大降低 而 在 通信设备的综合成本中 维护费用占 相当大的一部分 于是 SDH系统 的综合成本要比 PDH系统的 综合成本低 据 估算仅为 PDH系统的 65.8% 4. 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-1 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网向 SDH网和 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-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 B 诀窍 在 SDH网 中 SDH的信号实际上起 着运 货车的功能 它将各种不同体制的信 号 本课程主要是指 PDH信号 象货物一样打成不同大小的 速率级别 包 然后装入货车 装入 STM-N帧中 在 SDH的主干道上 光纤上 传输 在 收端从 货车上 卸 下打 成货包 的货物 其它体制的信号 然后 拆 包封 恢复 出原来体制的信号 这也就形象 地 说明了不同体制的低速信号复 用进 SDH信 号 STM-N 在 SDH网上传输和最后 拆分出原 体制信号的全过程 SDH原理 第一章 SDH概述 1-8 1.3 SDH的缺陷所在 凡事有利就有弊 SDH的这些优点是以牺牲其他方面为代价的 1. 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 STM-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-1信号可复 用进 63个 2Mbit/s或 3个 34Mbit/s 相当于 48 2Mbit/s 或 1个 140Mbit/s 相当于 64 2Mbit/s 的 PDH信号 只有当 PDH信号是 以 140Mbit/s的信号复 用进 STM-1信号 的帧时 STM-1信号才能 容纳 64 2Mbit/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-1所占用的传输频带要大于 PDH E4信号的传输频带 二者的 信息容量 是一样的 2. 指针调整机理复杂 SDH体制可从高速信号 例如 STM-1 中直接 下低 速信号 例如 2Mbit/s 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 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 SDH原理 第一章 SDH概述 1-9 3. 软件的大量使用 对 系统 安全性的影响 SDH的一大特点是 OAM的自动化程度高 这也意味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 SDH体制是一种新生事物 尽管还有这样那样的缺陷 但它已在传输网的发 展中 显露出了强大的生命力 传输 网 从 PDH过渡到 SDH已是一个必然的趋 势 想一想 在这一节你学到了些什么 1. SDH究意是什么 2. 为什么会出现 SDH的传输体制 3. 与 PDH相对比 SDH有什么优势 4. SDH的局限性是什么 是否已建立了 SDH的整体概念 SDH原理 第一章 SDH概述 1-10 小结 本节主要讲述了 SDH体制产生的技术背景 SDH的特点 主要是建立 SDH的 整体概念 习题 1. 为什么 SDH体制适合大容量传输的情况 SDH原理 第一章 SDH概述 1-11