《SDH原理》pdf教案：2SDH帧结构

第 二 章 SDH信号 的帧 结构和复用步骤 P 目标 掌握 STM-N信号 的帧 结构 以 STM-1信号 的帧 结构为例 掌握 STM-N信号 帧中 各部分结构所起的大致作用 掌握 2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s复 用进 STM-N信号的全过程 掌握复用和映射的概念 2.1 SDH信号 STM-N的帧 结构 SDH信号需要什么样 的帧 结构呢 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 为什么呢 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 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 2-1所示 9× 270× N个字节 RSOH AU-PTR MSOH 9× N 1 3 4 9 payload 261× N 5 图 2-1 STM-N 帧结构图 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-1 诀窍 块状 帧是 什么呢 为了便于对信号进行分析 往往将信号 的帧 结构等效为块状 帧 结构 这不是 SDH信号所特有的 PDH信号 ATM信号 分组交换的数据包 它们 的帧 结 构都算是块状帧 例如 E1信号 的帧是 32个字节组成的 1行 32列的块状帧 ATM信号是 53个字节构成的块状帧 将信号 的帧 结构等效为块状 仅仅是为 了分析的方便 从上图看出 STM-N的信号是 9行 270 N列 的帧 结构 此处的 N与 STM-N的 N相一致 取值 范围 1 4 16 64 表示此信号由 N个 STM-1 信号 通 过 字节 间插 复 用而成 由此可知 STM-1信号 的帧 结构是 9行 270列的块状 帧 由上图 看出 当 N个 STM-1信号通 过 字节 间插复 用成 STM-N信号时 仅 仅是将 STM-1信号的 列按 字节 间插复 用 行数恒定为 9行 我们知道 信号在线路上传输时是一个 bit一个 bit地 进行传输的 那么这个块 状 帧是 怎样在线路上进行传输的呢 总不会是将整个块都送上线路同时传输 吧 当然不是这样传输 STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式 那么 先传 哪些比特 后传 哪些比特呢 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 STM-N信号 的帧频 也就是每秒传送 的帧数 是多少呢 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 125 s 8000帧 /秒听起来很耳熟 对了 PDH的 E1信号也是 8000帧 /秒 在这里你要注意到的是对于任何 STM级别 帧频都 是 8000帧 /秒 帧周期的恒定 是 SDH信号 的一大特点 想想看 PDH不同等级信号 的帧 周期是否恒定 由于 帧 周期的恒定使 STM-N信号的速率有其规律性 例如 STM-4的传输 数速 恒定 的等于 STM-1信号传输 数速 的 4倍 STM-16恒定等于 STM-4的 4倍 等于 STM-1的 16倍 而 PDH中的 E2信号速率 E1信号速率的 4倍 SDH信号的这 种规律性使高速 SDH信号直接分 /插出 低速 SDH信号成为可能 特别适用于大 容量的传输情况 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-2 想一想 STM-N帧中 单独一个字节的比特传输速率是多少 STM-N的帧频为 8000帧 /秒 这就是说信号 帧中 某一特定字节每 秒被 传送 8000次 那么该字节的比特速率是 8000 8bit 64kbit/s 这个数字是不是也 很眼熟 64kbit/s是一路数字电话的传输速率 从图 中看 出 STM-N的 帧 结构由 3部分组成 段开销 包括再生段开销 RSOH 和 复 用段 开销 MSOH 管理单元指针 AU-PTR 信息净负 荷 payload 下面我们讲述这 三 大部分的功能 1 信息净负荷 payload 是在 STM-N帧结构中存放将由 STM-N传送的各种 信息 码块 的地方 信息净负荷区相当于 STM-N这辆运货车的 车箱 车 箱 内装 载的货物就是 经过 打包的低速信号 待运输的货物 为了 实时 监测货物 打包的低速信号 在传输过程中是否有损坏 在 将低 速信号打包的过程中 加入了监控开销 字节 通道开销 POH 字节 POH作 为净负荷的一部分 与信息 码块 一起 装载在 STM-N这辆货车 上 在 SDH网 中传送 它负责对打包的 货物 低速信号 进行通道性能监视 管理和控制 有点儿类似于传感器 & 技术细节 何谓通道 举例说明 STM-1信号 可复 用进 63 2Mbit/s的信号 那么换一种说法可将 STM-1信号看成一条传输大道 那么在这条大路上又分成了 63条小路 每条 小路通过相应速率的低速信号 那么每一条小路就相当于一个低速信号通道 通道开销 的作用 就可以看成监控这些小路的传送状况了 这 63个 2M通道复合 成了 STM-1信号这条大路 此处可称为 段 了 现在你明白了吧 所谓 通道指相应的低速支路信号 POH的功能就是监测这些低速支路信号在 由 STM-N这辆 货 车承载 在 SDH网上 运输 时的性能 这 与将 STM-N信号类比为货车 将低 速支路信号打包装入车中运输 相 一致 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-3 注意 信息净负荷并不等于有效负荷 因为信息净负荷中 存放 的是 经过 打包的低速 信号 即 在 低 速信号 中 加上 了 相应的 POH 2 段开销 SOH 是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网 络运行 管理和维护 OAM 使用的字节 例如段开销可进行对 STM-N这辆 运货车中的 所有 货物在运输中是否有损坏进行监控 而 POH的作用是当车上 有货物损坏时 通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏 也就是说 SOH完 成对货物整体的监控 POH是完成对某一件特定的货物进行监控 当然 SOH和 POH还有一些管理功能 段开销又分为再生段开销 RSOH 和复 用段 开销 MSOH 分别对相应 的 段层 进行监控 我们讲 过段 其实也相当于一条大的传输通道 RSOH和 MSOH的作用也就是对这一条大的传输通道进行监控 那么 RSOH和 MSOH的区别是什么呢 简单的讲二者的区别在于监管的范 围不同 举个简单的例子 若光纤上传输的是 2.5G信号 那么 RSOH监控 的是 STM-16整体的传输性能 而 MSOH则是监控 STM-16信号中每一个 STM-1的性能情况 & 技术细节 RSOH MSOH POH提供了对 SDH信号的层层细化的监控功能 例如 2.5G系统 RSOH监控的是整个 STM-16的信号传输状态 MSOH监控的是 STM-16中每一个 STM-1信号的传输状态 POH则是监控每一个 STM-1中每一 个打包了的低速支路信号 例如 2Mbit/s 的传输状态 这样通过开销的层层 监管功能 使你可以方便 地 从宏观 整体 和微观 个体 的角度来监 控 信 号的传输状态 便于分析 定位 再生段开销在 STM-N帧中 的位置是第一到第三行 的 第一到第 9 N列 共 3 9 N个字节 复 用段 开销在 STM-N帧中 的位置是第 5到第 9行 的 第一到第 9 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-4 N列 共 5 9 N个字节 与 PDH信号 的帧 结构相比较 段开销丰富是 SDH信 号 帧 结构 的一个重要的特点 3 管理单元指针 AU-PTR 管理单元指针位于 STM-N帧中 第 4行的 9 N列 共 9 N个字节 AU-PTR起 什么作用呢 我们讲过 SDH能够从高速信号中直接分 /插出 低速支路信号 例 如 2Mbit/s 为什么会这样呢 这是因为低 速 支 路 信号在高速 SDH信号 帧中 的位置有预见性 也就是有规律性 预见性的实现就在于 SDH帧 结构中指针 开销字节功能 AU-PTR是用来指示信息净负荷 的 第一个字节在 STM-N帧内 的准确位置的指示符 以便 收端能 根据这个位置指示 符的 值 指针值 正确 分离信息净负荷 这句话怎样理解呢 若仓库中 以堆为 单位存放了很多货物 每堆 货物中的 各件 货物 低速支路信号 的摆放 是 有规律性的 字节 间插复 用 那么若要定位仓库 中某 件货物的位置就只要知道这堆货物的具体位置 就可以了 也就是说只要知道这堆货物的第一件货物 放 在哪儿 然后通过 本 堆 货物摆放位置的规律性 就可以直接定位出 本堆 货物中任一件货物的准确 位置 这样就可以直接从仓库中搬运 直接分 /插 某一件特定货物 低速支 路信号 AU-PTR的作用就是指示这堆货物 中 第一件货物的位置 其实指针有 高 低阶之 分 高阶 指针是 AU-PTR 低阶 指针是 TU-PTR 支路 单元指针 TU-PTR的作用类似于 AU-PTR 只不过 所 指示的货物 堆更 小一 些而已 2.2 SDH的复用结构和步骤 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 例如 2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s 复用成 SDH信号 STM-N 第一种情况在前面已有所提及 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合一 即 4 STM-1 STM-4 4 STM-4 STM-16 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 其 具体的 复用 方法在下一节中讲述 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原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-5 传统的 将低 速信号复用成高速信号的方法有两种 ? 比特塞入法 又叫做 码速 调整法 这种方法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 允许 被复 用的净负荷有较大的频率差异 异步复用 因为存在一个比特塞 入和去塞入的过程 码速 调整 而不能将支路信号直接接入高速复用信号 或 从 高速信号中分出 低速 支路信号 也就是说不能直接从高速信号中上 /下低 速支路信号 要一级一级的进行 这也就是 PDH的复用方式 ? 固定位置映射法 这种方法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来 携带 低速同步信号 要求 低速信号与高速信号同步 也就是说 帧频 相 一致 可方便的从高速信号中直 接上 /下低 速支路信号 但当高速信号和低速信号间出现 频差 和相差 不同步 时 要 用 125 s 8000帧 /秒 缓存器来 进行频率校正和相位对准 导致信号 较 大延 时和滑 动 损伤 从上面看出这两种复用方式都有一些缺陷 比特塞入法无法从高速信号中上 /下低 速支路信号 固定位置映射法引入的信号 时延过 大 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 125 s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 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 2-2 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-6 STM-N AUG AU-4 VC-4 AU-3 VC-3 TUG-3 TUG-2 TU-3 TU-2 TU-12 TU-11 VC-3 VC-2 VC-12 VC-11 C-4 C-3 C-2 C-12 C-11 × N × 1 × 1 × 1 × 3 × 3 × 3 × 4 × 7 × 7 139264kbit/s 44736kbit/s 34368kbit/s 6312kbit/s 2048kbit/s 1544kbit/s 指针处理 复用 定位校准 映射 图 2-2 G.709复用映射结构 从图 2-2中可以看到 此复 用结构包括了一些基本的复用单元 C 容器 VC 虚容器 TU 支路单元 TUG 支路单元组 AU 管理单元 AUG 管理 单元组 这些复用单元的 下 标表示与此复用单元相应的信号级别 在图 中从 一个有效负荷到 STM-N的复用路线不是唯一的 有多条路线 也就是说有多 种复用方法 例如 2Mbit/s的信号有两条复用路线 也就是说 可用 两种方 法复用成 STM-N信号 不知你注意到没有 8Mbit/s的 PDH信号是无法复用成 STM-N信号的 尽管一种信号复用成 SDH的 STM-N信号的路线有多种 但是对于一个国家或 地区则必须 使复 用路线唯一化 我国的光同步传输网技术体制规定 了以 2Mbit/s信号 为基础的 PDH系列作为 SDH的有效负荷 并选用 AU-4的复用路线 其结构见图 2-3所示 STM-N AUG AU-4 VC-4 TUG-3 TUG-2 TU-3 TU-12 VC-3 VC-12 C-4 C-3 C-12 × N × 1 × 1 × 3 × 3 × 7 139264kbit/s 34368kbit/s 2048kbit/s 指针处理 复用 定位校准 映射 图 2-3 我国的 SDH基本复用映射结构 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-7 下面我们分别讲述 2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s的 PDH信号是如何复 用进 STM-N信号 中的 2.2.1 140Mbit/s复 用进 STM-N信号 1 首先将 140Mbit/s的 PDH信号经过 码速 调整 比特塞入法 适配进 C4 C4是用来装 载 140Mbit/s的 PDH信号的标准信息结构 参与 SDH复用的各种速 率的业务信号都应首先通过 码速 调整 适配 技术装进一个与信号速率级别相对 应的标准容器 2Mbit/s C12 34Mbit/s C3 140Mbit/s C4 容器 的主要作用就是进行速率调整 140Mbit/s的信号装入 C4也就相当于将其打了 个包封 使 140Mbit/s信号的速率调整为标准的 C4速率 C4的帧 结构是以字节 为单位的块状帧 帧频是 8000帧 /秒 也就是说经过速率 适配 140Mbit/s的信 号 在适 配成 C4信号时已经与 SDH传输网同步了 这个过程也就相当于 C4装入 异步 140Mbit/s的信号 C4的帧 结构如图 2-4所示 139.264Mb/s 1 9 260 149.76Mb/s 8000帧 /秒 C4 图 2-4 C4 的帧 结构图 C4信号 的帧有 260列 9行 PDH信号在复 用进 STM-N中时 其块状 帧 一直保 持是 9行 那么 E4信号 适配 速率后的信号速率 也就是 C4信号的速率 为 8000帧 /秒 9行 260列 8bit=149.760Mbit/s 所谓对异步信号进行速率 适配 其实际含义就是 指当 异步信号的速率在一定范围内变动时 通过 码速 调整可 将其速率转换为标准速率 在这里 E4信号的速率范围是 139.264Mbit/s 15ppm G.703规范标准 (139.261 139.266)Mbit/s 那么通过速率 适配可 将这个速率范围的 E4信号 调整成标准的 C4速率 149.760Mbit/s 也就是说能 够装入 C4容器 怎样进行 E4信号的速率调整呢 可将 C4的 基帧 9行 260列 划分为 9个子帧 每个 子帧占 一行 每个 子帧 又 可以 13个字节为一个单位 分成 20个单位 20个 13字 节块 每个 子帧的 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-8 20个 13字 节块 的第 1个字节依次为 W X Y Y Y X Y Y Y X Y Y Y X Y Y Y X Y Z 共 20个字节 每个 13字 节块 的第 2到 第 13字 节放 的是 140Mbit/s的信息比特 见图 2-5 W W X XXX X XY YYY YY YY Y YY YY Y Z Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I I I I I I I II I I I I I I C R R R R R R R RR R R R R R OO S · I —信息比特 · O—开销比特 · R—固定插入非信息比特 · C—正码速调整中控制比特 · S—正码速调整中码速调整位置 12字节 C-4/125us 20× 13字节＝ 260字节1× 13 图 2-5 C-4的 子帧 结构 E4信号的速率 适配 就是通过 9个子 帧的 共 180个 13字 节块 的首字节来实现 那 么怎么实现的呢 一个子 帧中 每个 13字 节块 的后 12个字节均为 W字节 再加上 第一个 13字节的第一个字节也是 W字节共 241个 W字节 5个 X字节 13个 Y字 节 1个 Z字节 各字节的比特内容见图 2-5 那么一个子 帧的 组成是 C4子帧 241W 13Y 5X 1Z 260个字节 1934I S 5C 130R 10O 2080bit 一个 C4子帧 总计有 8 260 2080bit 其分配是 信息比特 I 1934 固定塞入比特 R 130 开销比特 O 10 调整控制比特 C 5 调整机会比特 S 1 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-9 C比特主要用来控制相应的调整机会比特 S 当 CCCCC 00000时 S I 当 CCCCC 11111时 S R 分别令 S为 I或 S为 R 可算出 C-4容器能容纳的信 息速率的上限和下限 当 S I时 C-4能容纳的信息速率最大 C-4max 1934 1 9 8000 139.320Mbit/s 当 S R时 C-4能容纳的信息速率最小 C-4min 1934 0 9 8000 139.248Mbit/s 也就是说 C-4容器能容纳的 E4信号的速率范 围是 139.248Mbit/s 139.32Mbit/s 而符合 G.703规范的 E4信号速率范围是 139.261Mbit/s 139.266Mbit/s 这样 C4容器就可以装 载速率在一定范围内 的 E4信号 也就是可以对符合 G.703规范的 E4信号进行速率 适配 适配后 为 标准 C4速率 149.760Mbit/s 2 为 了能够对 140Mbit/s的通道信号进行监控 在复用过程中要在 C4的块状 帧前 加上一列通道开销字节 高阶 通道开销 VC4-POH 此时信号成为 VC4信息结构 见图 2-6所示 1 1 9 261 P O H VC4C4 150.336Mbit/s149.76Mbit/s 图 2-6 VC4结构图 VC4是与 140Mbit/sPDH信号相对应的标准 虚 容器 此过程相当于对 C4信号再 打一个包封 将对通道进行监控管理的开销 POH 打入包封中去 以实现 对通道信号的实时监控 虚容器 VC 的包封速率也是与 SDH网络同步的 不同的 VC 例如与 2Mbit/s相对应的 VC12 与 34Mbit/s相对应的 VC3 是相互同步的 而虚 容器 内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷 虚容器这种信息结构在 SDH网 络传输中保持其完整性不变 也就是可将其看成独立的单位 货包 十分 灵活和方便 地 在通道中任一点插入或取出 进行同步复用和交叉连接处理 其实 从高速信号中直接定位上 /下的是相应信号的 VC这个信号包 然后通 过打包 /拆包来上 /下 低 速支路信号 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-10 在将 C4打包成 VC4时 要加入 9个开销字 节 位于 VC4帧的 第一列 这时 VC4的帧 结构 就成了 9行 261列 从中发现了什么没有 STM-N的帧 结构 中 信息净负荷为 9行 261 N列 当为 STM-1时 即为 9行 261列 现在 你明白了吧 VC4其实就是 STM-1帧的 信息净负荷 将 PDH信号经打包成 C 再加上相应的通道开销而成 VC这种 信息结构 这个过程就叫映射 3 货物都打成了标准的包封 现在就可以往 STM-N这辆车上装载了 装载 的位置是其信息净负荷区 在装载货物 VC 的时候会出现这样一个问题 当货物装载的速度和货车等待装载的时间 STM-N的帧 周期 125 s 不一致 时 就会使货物 在 车 箱内 的位置 浮动 那么在 收端 怎样才能正确分离货 物 包呢 SDH采用在 VC4前 附 加 一个管理单元指针 AU-PTR 来解决这个 问题 此时信号由 VC4变成了管理单元 AU-4这种信息结构 见图 2-7所示 1 1 9 AU-PTR 270 图 2-7 AU-4结构图 AU-4这种信息结构已初具 STM-1信号 的 雏形 9行 270列 只不过缺少 SOH部分而已 这种信息结构其实也算是将 VC4信息包 再 加了一个包封 AU-4 管理单元为 高阶 通道层和复 用段层 提供 适配 功能 由 高阶 VC和 AU指针组成 AU指针的作用是指明 高阶 VC在 STM帧中 的位置 也就是说指明 VC货包 在 STM-N车 箱 中的具体位置 通过指针的作用 允许 高阶 VC在 STM帧内 浮动 也就是说允许 VC4和 AU-4有一定的 频偏和 相差 换句话说 允许货物的装载 速度与车辆的等待时间有一定的时间差异 也可以这样说允许 VC4的速率和 AU-4包封速率 装载速率 有一定的差异 这种差异性不会影响 收端 正确的 定位 分离 VC4 尽管货物包可能 在 车 箱内 信息净负荷区 浮动 但 是 AU-PTR本身在 STM帧内 的位置是固定的 为什么 AU-PTR不在净负荷区 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-11 而是 和段 开销在一起 这就保证了 收端能 正确的在相应位置找到 AU-PTR 进而通过 AU指针定位 VC4的位置 进而从 STM-N信号中分离 出 VC4 一个或多个在 STM帧由 占用固定位置的 AU组成 AUG 管理单元组 4 只剩下最后一步了 将 AU-4加上相应的 SOH合成 STM-1信号 N个 STM-1信号通过字节 间插复 用成 STM-N信号 140Mbit/s STM-N的复用全过 程见 第 二 节 后 的附图 2.2.2 34Mbit/s复 用进 STM-N信号 1 同样 34Mbit/s的信号先经过 码速 调 整 将 其适配到 相应的标准容器 C3中 然后加上相应的通道开销 C3打包成 VC3 此时 的帧 结构是 9行 85列 为了 便于 收端 定位 VC3 以便能将它从高速信号中直接 拆离 出来 在 VC3的帧上 加了 3个字节的指针 TU-PTR 支路单元指针 注意 AU-PTR是 9个字节 此时的信息结构是 支路单元 TU-3 与 34Mbit/s的信号相应的信息结构 支 路单元提供 低阶 通道层 低阶 VC 例如 VC3 和 高阶 通道层之间的桥梁 也 就是说 是高阶 通道 高阶 VC 拆分成 低阶 通道 低阶 VC 或 低阶 通道复 用成高 阶 通道的中间过渡信息结构 C3 VC3的帧 结构 见第二 节 后 的附图 那么支路单元指针起什么作用呢 TU-PTR用以 指示 低阶 VC的 起点在支路单 元 TU中的 具体 位置 与 AU-PTR很类似 AU-PTR是指示 VC4起点在 STM帧 中 的具体位置 实际上二者的工作机理也很类似 我们可以将 TU类比成一个 小的 AU-4 那么在装载 低阶 VC到 TU中时也就要有一个定位的过程 加入 TU-PTR的过程 此时 的帧 结构 TU3如图 2-8所示 1 1 9 TU-3 H1 H2 H3 86 图 2-8 装入 TU-PTR后的 TU3 结构图 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-12 2 TU3的帧 结构有点残缺 先将 其 缺口部分补上 成 图 2-9所 示 的帧 结构 1 1 9 TUG3 H1 H2 H3 86 R 图 2-9 填补缺口后的 TU3 帧结构图 图中 R为塞入的伪随机信息 这时的信息结构 为 TUG3 支路单元组 3 三 个 TUG3通过字节 间插复 用 方式 复 合成 C4信号结构 复合过程见图 2-10所示 1 1 1 9 RR 258 260 C4 图 2-10 C4 帧结构图 因为 TUG3是 9行 86列的信息结构 所以 3个 TUG3通过字节 间插复 用 方式 复 合后的信息结构是 9行 258列的块状 帧 结构 而 C4是 9行 260列的块状 帧 结 构 于是在 3 TUG3的合成结构前面加两列塞入比特 使其成为 C4的信息结 构 4 这时剩下的工作就是将 C4 STM-N中去 了 过程同前 面所讲的将 140Mbit/s信号复 用进 STM-N信号的过程类似 C4 VC4 AU-4 AUG STM-N SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-13 想一想 此处有两个指针 AU-PTR和 TU-PTR 为什么要两个 两个指针提供了两级定 位功能 AU-PTR使收 端正确定位 分离 VC4 而 VC4可装载 3个 VC3 想想 看为什么是 3个 那么 TU-PTR相应的定位每个 VC3起点的具体位置 那 么 在接 收 端 通过 AU-PTR定位 到相应的 VC4 又通过 TU-PTR定位 到 相应的 VC3 2.2.3 2Mbit/s复 用进 STM-N信号 当前运用得最多的复用方式是将 2Mbit/s信号复 用进 STM-N信号中 它也是 PDH信号复 用进 SDH信号最复杂的一种复用方式 1 首先 将 2Mbit/s的 PDH信号经过速率 适配 装载到对应的标准容器 C12中 为了便于速率的 适配 采用了 复帧的 概念 即将 4个 C12基帧 组成一个 复帧 C12的 基帧帧频 也是 8000帧 /秒 那么 C12复帧的帧频就 成了 2000帧 /秒 见 第 二 节 后 的附图 那么 为什么要使用 复帧呢 采用 复帧 纯粹是为了 码速适配 的方便 例如若 E1信号的速率是标准的 2.048Mbit/s 那么装入 C12时正好是每个 基帧 装入 32个字节 256比特 有效信息 为什么 因为 C12帧频 8000帧 /秒 PCM30/32[E1]信号也是 8000帧 /秒 但当 E1信号的速率不是标准 速 率 2.048Mbit/s时 那么装入每个 C12的平均比特数就不是整数 例如 E1速率 是 2.046Mbit/s时 那么将此信号装入 C12基帧时 平均 每帧 装入的比特数是 (2.046 106bit/秒 )/(8000帧 /秒 ) 255.75bit有效信息 比特数不是整数 因此 无法进行装入 若此时取 4个 基帧为 一个 复帧 那么正好一个 复帧 装入的比 特数为 (2.046 106bit/秒 )/(2000帧 /秒 ) 1023bit 可在前三个 基帧每帧 装入 256bit 32字节 有效信息 在第 4帧装入 255个 bit的有效信息 这样就可将 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-14 此速率的 E1信号完整的 适配进 C12中去 那么 是 怎样对 E1信号进行速率 适配 也就是怎样将其装入 C12 的呢 C12基帧 结构是 9 4 2个字节 的带缺口 的块状帧 4个 基帧 组成一个 复帧 C12复帧 结构和字节安排如图 2-11所示 YWWYWWYWWYWW WWWWWWWW WWWWWWWW WWWWWWWW WWWWWWWW WWWWWWWW W 第 四 个 C-12基帧 结构 9 4-2 =31W+1 Y+ 1M+1N WW 第三个 C-12基帧 结构 9 4-2= 32W +1Y+1G WW 第 二 个 C-12基帧 结构 9 4-2=32W +1Y +1G WW 第一个 C-12基帧 结构 9 4-2=32W +2Y W WWWWWWWWWWWWWWWW WNMWWGWWGWWY 每格 为一个字节 8bit 各字节的比特类别 W I I I I I I I I Y RRRRRRRR G C1C2OOOORR M C1C2RRRRRS1 N S2 I I I I I I I I 信息比特 R 塞入比特 O 开销比特 C1 负调整控制比特 S1 负调整位置 C1 0 S1 I C1 1 S1 R* C2 正调整控制比特 S2 正调整位置 C2 0 S2 I C2 1 S2 R* R*表示调整比特 在 收端去 调整时 应忽略调整比特的值 复帧 周期 为 125 4=500 s 图 2-11 C-12复帧 结构和字 节安 排 复帧中 的各字节的内容见图 2-11所示 一个 复帧 共有 C12复帧 4 9 4 2 136字节 127W 5Y 2G 1M 1N 1023I S1 S2 3C1 49R 8O 1088bit 其中负 正调整控制比特 C1 C2分别控制负 正调整机 会 S1 S2 当 C1C1C1 000时 S1放有效信息比特 I 而 C1C1C1 111时 S1放塞入比特 R C2以同样方式控制 S2 那么 复帧可 容纳有效信息负荷的允许速率范围是 C-12复帧 max 1023 1 1 2000 2.050Mbit/s C-12复帧 min 1023 0 0 2000 2.046Mbit/s SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-15 也就是说当 E1信号 适配进 C12时 只要 E1信号的速率范围在 2.046Mbit/s 2.050Mbit/s 的范围内 就可以将其装载进标准的 C12容器中 也就是说 可以 经过 码速 调整将其速率调整成标准的 C12速率 2.176Mbit/s & 技术细节 从 第 二 节 后 的附图看 一个 复帧的 4个 C12基帧是 并行搁在一起的 这 4个 基 帧在 复用成 STM-1信号时 不是复用在同一 帧 STM-1信号中的 而是复用在 连续的 4帧 STM-1中 这样为正确分离 2Mbit/s的信号就有必要知道每个 基帧 在复帧中 的位置 即在 复帧中 的第几个 基帧 2 为了在 SDH网的传输中能实时监测任 一个 2Mbit/s通道信号的性能 需将 C12再打包 加入相应的通道开销 低阶 通道开销 使其成为 VC12的信 息结构 见第二 节 后 的附图 此处 LP-POH 低 阶 通道开销 是加在每个 基 帧左 上角的缺口上的 一个 复帧有 一组 低阶 通道开销 共 4个字节 V5 J2 N2 K4 因为 VC可看成一个独立的实体 因此我们以后对 2Mbit/s的业 务的调配是以 VC12为单位的 一组通道开销监测的是整个一个 复帧在 网络上传输的状态 想想看一个 C12复帧 装载多少帧 2Mbit/s的信号 一个 C12复帧 装载的是 4帧 PCM30/32的信 号 因此 一组 LP-POH监控的是 4帧 PCM30/32信号的传输状态 3 为了 使收端能 正确定位 VC12的帧 在 VC12复帧的 4个缺口上再加上 4个字 节的 TU-PTR 这时信号的信息结构就变成了 TU12 9行 4列 TU-PTR指示 复帧中 第一个 VC12的起点在 TU12复帧中 的具体位置 4 3个 TU12经过字节 间插复 用合成 TUG-2 此时 的帧 结构是 9行 12列 5 7个 TUG-2经过字节 间插复 用合成 TUG3的信息结构 请注意 7个 TUG-2合 成的信息结构是 9行 84列 为满足 TUG3的信息结构 9行 86列 则需在 7个 TUG-2合成的信息结构前加入两列固定塞入比特 如图 2-12所示 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-16 1 1 9 RR 84 TUG3 图 2-12 TUG3的信息结构 6 TUG3信息结构再复 用进 STM-N中的步骤 则 与前面 所讲的 一样 & 技术细节 从 140Mbit/s的信号复 用进 STM-N信号的过程可以看出 一个 STM-N最多可承 载 N个 140Mbit/s 也就是说 一个 STM-1信号只可以复 用进 1个 140Mbit/s的信 号 也 就 是说从 140Mbit/s复 用进 STM-1 此时 STM-1信号的容量相当于 64个 2Mbit/s的信号 同样的从 34Mbit/s的信号复 用进 STM-1信号 STM-1可容纳 3个 34Mbit/s的信 号 也就是说有 48 2Mbit/s的容量 从 2Mbit/s信号复 用进 STM-1信号 STM-1可容纳 3 7 3 63个 2Mbit/s信号 从上可看出 从 140Mbit/s和从 2Mbit/s复 用进 SDH的 STM-N中 信号 利 用率较 高 而从 34Mbit/s复 用进 STM-N 一个 STM-1只能容纳 48个 2Mbit/s的信号 利用率较低 从 2Mbit/s复 用进 STM-N信号的复用步骤可以看出 3个 TU12复用成一个 TUG2 7个 TUG2复用成一个 TUG3 3个 TUG3复 用进 一个 VC4 一个 VC4复 用进 1个 STM-1 也就是说 2Mbit/s的复用结构是 3 7 3结构 由于复用的方 式是字节 间插 方式 所在在一个 VC4中的 63个 VC12的排列方式不是顺序来排 列的 头一个 TU12的序号和紧跟其后的 TU12的序号相差 21 有个计算同 个 VC4中不同位置 TU12的序号的公式 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-17 VC12序号 TUG3编号 TUG2编号 1 3 TU12编号 1 21 TU12的位置在 VC4帧中 相邻是指 TUG3编号相同 TUG2编号相同 而 TU12编号相差为 1的两个 TU12 这个公式在用 SDH传输分析仪进行相关测试时会用得到 想想看序号相邻的 两 个 TU12在 VC4帧中 的排列位置有何共性 注 此处指的编号是指 VC4帧中 的位置编号 TUG3编号范围 1~3 TUG2编号范围 1~7 TU12编号范围 1~3 TU12序号是 指本 TU12是 VC4帧 63个 TU12的 按复 用先后顺序的第几个 TU12 见图 2-13 VC4 TUG3 TUG3 TUG3 TUG2 TUG2 TUG2 TU12 TU12 TU12 TU12 TU12 TU12 TU12 TU12 TU12 1 1 1 2 2 2 3 3 3 此处指的是位置编号 1 2 ： ： ： 7 1 2 3 图 2-13 VC4中 TUG3 TUG2 TU12的排放结构 以上 讲述了 中国所使用的 PDH数字系列复用到 STM-N帧中 的方法和步骤 对 这方面的内容希望你能理解 因为它是你以后提高维护设备能力的最基本的 知识 也是接下来深入学习 SDH原理的基础 2.3 映射 定位和复用的概念 在 将低 速支路信号复用成 STM-N信号时 要经过 3个步骤 映射 定位 复 用 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-18 定位是指通过指针调整 使指针的值时刻指向 低阶 VC帧的 起点在 TU净负荷 中 或 高阶 VC帧的 起点在 AU净负荷 中 的具体位置 使收端能 据此正确 地 分离 相应的 VC 这部分内容在下一节中将详细论述 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 例如 TU12( 3) TUG2( 7) TUG3( 3) VC4 或把多个 高阶 通道层 信号 适配进复用层 的过程 例如 AU-4( 1) AUG( N) STM-N 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 想一想 PDH140Mbit/s 34Mbit/s 2Mbit/s信号 适配进 标准容器的方式是什么装入方 式 一般都属于异步 装 入方式 因为要经过相应的塞入比特进行 码速 调整才能装 入 例如 在将 2Mbit/s的信号 适配进 C12时 不能保证每个 C12正好装入的是 一个 E1帧 好 我们重点讲一下映射的概念 映射是一种在 SDH网络边界 处 例 如 SDH/PDH边界处 将支路信号 适配进 虚 容器的过程 象我们经常使用的将各种速率 140Mbit/s 34Mbit/s 2Mbit/s 信号先经过 码速 调整 分别装入到各自相应的标准容器中 再加上 相应的 低阶或高阶的 通道开销 形成各自相对应的虚容器的过程 为了适应各种不同的网络应用情况 有异步 比特同步 字节同步三种映射 方法与浮动 VC和锁定 TU两种模式 异步映射 异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制 信号有 无帧 结构均可 也 无需与网络同步 例如 PDH信号与 SDH网不完全同步 利用 码速 调整将信 号 适配进 VC的映射方法 在映射时通过比特塞入将其打包成与 SDH网络同步 的 VC信息包 在解映射时 去除这些塞入比特 恢复 出原 信号的速率 也就 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-19 是恢复 出原 信号的定时 因此 说低 速信号在 SDH网中传输有定时透明性 即 在 SDH网边界处收发两端的此信号速率相一致 定时信号相一致 此种映射方法可从高速信号中 STM-N 中直接分 /插出 一定速率级别的低 速 信 号 例如 2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s 因为映射的最基本的不可分割 单位是这些低速信号 所以分 /插出来的低速信号的最低级别也就是相应的这 些 数率 级别的低 速信 号 比特同步映射 此种映射是对支路信号的结构无任何限制 但要求低速支路信号 与网 同步 例如 E1信号保证 8000帧 /秒 无需通过 码速 调整即可 将低 速支路信号打包 成相应的 VC的映射方法 注意 VC时刻都是 与网 同步 的 原则上 讲此 种映 射方法可从高速信号中直接分 /插出 任意速率的低速信号 因为在 STM-N信号 中可精确定位到 VC 由于 此种映射 是以比特为单位的同步映射 那么在 VC中可以精确的定位到你所 要分 /插的 低速信号 具体的那 一个比特的位置 上 这样理论上就可以分 /插出 所需的那些比特 由此根据所 需分 /插的 比特不同 可上 /下不同速率的低速支路信号 异步映射能 将低 速支路信号定位到 VC一 级就不能再深入细化的定位了 所以拆 包后 只能分出 VC相应速率级别的低速 支路信号 比特同步映射类似于将以比特为单位的低速信号 与网 同步 进 行比特 间插复用进 VC中 在 VC中每个比特的位置是可预见的 字节同步映射 字节同步映射是一种要求映射信号具有字节为单位的块状 帧 结构 并 与网 同 步 无需任何速率调整即可将信息字节装入 VC内规定位置的映射方式 在这 种情况下 信号的每一个字节在 VC中的位置是可预见的 有规律性 也就 相当于将信号按字节 间插 方式复 用进 VC中 那么从 STM-N中可直接下 VC 而在 VC中由于各字节位置的可预见性 于是可直接 提取指定的字节出来 所 以 此种映射方式就可以直接从 STM-N信号中上 /下 64kbit/s或 N 64kbit/s的 低速支路信号 为什么呢 因为 VC的帧频是 8000帧 /秒 而一个字节为 8bit 若从每个 VC中固定的提取 N个字节的低速支路信号 那么该信号速率就是 N 64kbit/s SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-20 浮动 VC模式 浮动 VC模式指 VC净负荷在 TU内的位置不固定 由 TU-PTR指示 VC起点的一 种工作方式 它采用了 TU-PTR和 AU-PTR两层指针来容纳 VC净负荷 与 STM-N帧的频差 和相差 引入的信号 时延 最小 约 10 s 采用浮动模式时 VC帧内可 安排 VC-POH 可进行通道级别 的端对端 性能监 控 三种映射方法都能以浮动模式工作 前面讲的映射方法 2Mbit/s 34Mbit/s 140Mbit/s映射进相应的 VC 就是异步映射浮动模式 锁定 TU模式 锁定 TU模式是 一种信息净负荷 与网 同步并处于 TU帧内 的固定位置 因而无 需 TU-PTR来 定位的工作模式 PDH基群 只有比特同步和字节同步两种映射 方法才能采用 锁定 模式 锁定模式省去了 TU-PTR 且 在 TU和 TUG内 无 VC-POH 采用 125 s的滑动 缓存器使 VC净负荷与 STM-N信号同步 这样引入信号时延大 且不 能 进行 端对端 的通道级别的性能监测 综上所述 三种映射方法和两类工作模式共可组合成五种映射方式 我们着 重讲一讲当前最通用的异步映射浮动模式的特点 异步映射浮动模式最 适 用于异步 /准同步信号映射 包括将 PDH通道映射进 SDH通道的应用 能直接上 /下 低 速 PDH信号 但是不能直接上 /下 PDH信号 中的 64kbit/s信号 异步映射接口简单 引入映射 时延少 可适应各种结构和 特性的数字信号 是一种最通用的映射方式 也是 PDH向 SDH过渡期内必不 可少的一种映射方式 当前各厂家的设备绝大多数采用的是异步映射浮动模 式 浮动字节同步映射接口复杂但能直接上 /下 64kbit/s和 N 64kbit/s信号 主要 用于不需要一次群接口的数字交换机互连和两个需直接处理 64kbit/s和 N 64kbit/s业务的 节 点间的 SDH连接 好 到目前为止 本节的内容就基本讲完了 在结束之前再强调一下 PDH各级别速率的信号和 SDH复用中的信息结构的一一对应关系 2Mbit/s C12 VC12 TU12 34Mbit/s C3 VC3 TU3 140Mbit/s C4 VC4 AU4 通常 在指 PDH各级别 速率 的信号时 也可用相 应 的信 息结构来表示 例如用 VC12表示 PDH的 2Mbit/s信号 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-21 想一想 想想看这一节都学了些什么 1. 学习了 STM-N的帧 结构及其各个组成部分的用法 2. 学习了 PDH各 速率 级别信号复 用进 STM N信号的方法和步骤 以及各种 信息结构大致的作用 C VC TU TUG AU AUG 3. 学习了对 2Mbit/s 140Mbit/s信号进行速率 适配 的方法 4. 复用 映射的基本概念 本节的重点是上述 1. 和 2. 这些内容你都掌握了吗 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧结 构 和 复 用 步骤 2-22 PPI LPA LPT LPC HPA HPT HPC MSA H4 139.264Mbit/s 1250 MSP MST RST SPI 149.760Mbit/s DXC4/3/1 2611 DXC4/4 1250 150.336 Mbit/s H1 H3 1 9 0 87 522- - - - - - - - AU-4 - 782 86 9× 270-8× 9 521 2701 1250 150.912 Mbit/s 1250 155.520 Mbit/s 1 270× N 0 125 155.520 × N Mbit/s × N 148.608 Mbit/s × 3 49.536 Mbit/s H1 H2 H3 R R R R R R 595 0 514 TUG-3 9× 86 83 679 764 841 1 86 0 125 49.152 Mbit/s 679 764 84 594593 595 0 510 1 H1 H2 H3 0 125 1 86 48.96 Mbit/s 1 85 0 125 H31 34.368Mbit/s 0 48.384 Mbit/s C-12 4(9× 4-2) H12 2.048Mbit/s 2 4 1250 2.176 Mbit/s VC-12 4(9× 4-1) 1250 1 4 V5 K4 N2 J2 2.240 Mbit/s V5 71 72 73 35 0 105 1 4 TU-12 4(9× 4) 102 103 104 V1 98 99 100101 1250 V4 V3 V2 2.304 Mbit/s × 3 70 1 12 70 70 71 71 71 72 72 72 104104 104 V1 V1 V1 1250 TUG-2 4(9× 12) 6.912Mbit/s 48.384Mbit/s × 7 C-4 9× 260 2601 J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 VC-4 9× 261 1 9 10 270 STM-1 9× 270 RSOH PTR STM-N 9× 270× N C-3 9× 84 1 84 J1 B3 C2 G1 F2 H4 F3 K3 N1 VC-3 9× 85 TU-3 9× 86-6 RSOH MSOH PTR PPI PDH LPA LPT LPC HPA HPT HPC MSA MSP MST RST SPI SDH μ s μ s μ s μ sμ sμ s μ s μ s μ s μ sμ sμ s μ sμ s125 复帧 子帧 子帧 复用 定位 映射 功能块 : 再生段开销 复用段开销 低阶通道适配 低阶通道终端 低阶通道连接 高阶通道适配 高阶通道终端 高阶通道连接 复用段适配 复用段保护 复用段终端 再生段终端 指针 物理接口 物理接口 附图 我国 SDH复用结构示意图 SDH原理 第二章 SDH信号 的帧 结构和复用步骤 2-1 小 结 本节主要讲述了 SDH帧的 结构及其各主要部分的作用 讲述了 PDH 2M 34M 140M 信号复 用进 STM-N帧的 大致步骤 习题 1. 2M复用在 VC4中的位置是第二个 TUG3 第三个 TUG2 第一个 TU12 那 么该 2M的 时隙 序 号为 2. STM-1可复 用进 个 2M信号 个 34M信号 个 140M信号 SDH原理 第二章 SDH信号 帧 结构和复用步骤 2-1