1、城市轨道交通通信技术SDH传输网CONTENTS目 录0103050204SDH传输网的基础知识SDH传输网的帧结构SDH传输网的自愈保护SDH基本传输原理SDH传输网的基本网元 SDH传输网SDH传输网是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。1 SDH传输网的基础知识光纤通信所具有的优良的宽带特性、传输性能和低廉的价格使之成为电信网的主要传输手段。随着通信网的发展和用户要求的提高，PDH暴露出的一些固有弱点使之不能适应发展的要求，SDH应运而生。SDH最初由美国贝尔通信研究所提出来，国际电信联盟标准部(ITUT)的前身国际电报电话咨询委员会(CCIT
2、T)于1988年接受了SDH概念，使之成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。SDH传输网是由一些网络单元组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。SDH传输网的主要优点 SDH传输网的主要缺点1 SDH传输网的基础知识（1）具有全球性标准的光接口规范。把北美、日本和欧洲、中国的PDH的1.5 Mbit/s和2 Mbit/s两种数字传输体制融合在统一的标准中，即在STM-1等级上得到统一，从而实现数字传输体制的世界性标准。（2）具有全世界统一的网络节点接口（network node interface，NNI），并对各网络单元的光接口提出了严格的规范要求，从而使任
3、何网络单元在光路上得以互连互通，实现了横向兼容性。（3）具有标准化的信息结构等级，称为同步传输模块（synchronous transfer module，STM）。它包括STM-1、STM-4、STM-16和STM-64。1.SDH传输网的主要优点1 SDH传输网的基础知识（4）具有前向兼容性和后向兼容性。SDH信号的基本传输模块（STM-1）可以容纳PDH的3个数字信号系列和其他各种体制的数字信号系列ATM、光纤分布式数据接口(fiber distributed data interface，FDDI)、分布式队列双总线(distributed queue dual bus，DQDB)等，
4、体现了SDH的前向兼容性和后向兼容性。（5）帧结构为页面式，具有丰富的用于维护管理的比特，使网络的运行、管理、维护与配置能力大大加强，促进了先进的网络管理系统和智能化设备的发展。（6）有一套灵活的复用结构和指针调整技术，允许现有的准同步数字体系、同步数字体系和BISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性。（7）大量采用软件进行网络配置和控制，使得功能开发和性能改变较为方便，适于未来的发展。1.SDH传输网的主要优点1 SDH传输网的基础知识（8）采用同步复用方式和灵活的复用映像结构，使低阶信号和高阶信号的复用/解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程。（9）能与现有的PDH网实现完全兼
5、容，同时还可以容纳各种新的数字业务信号。（10）具有强大的自愈能力。具有智能检测的SDH网管系统和网络动态配置功能，使SDH网络容易实现自愈，在设备或系统发生故障时，能迅速恢复业务，提高网络的可靠性。采用先进的ADM、数字交叉连接设备等传输设备，使组网能力和网络自愈能力大大增强，同时也降低了网络的维护管理费用。归纳起来，SDH传输网最为核心的优点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。1.SDH传输网的主要优点1 SDH传输网的基础知识2.SDH传输网的主要缺点频带利用率降低大量的集中软件控制，易导致网络故障抖动性及漂移性能差2 SDH传输网的基本网元SDH传输网是由不同类型的
6、网元通过光缆线路连接组成的，通过不同的网元实现SDH传输网的上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等功能。SDH传输网中常见的网元有终端复用器（terminal multiplexer，TM）、ADM、再生中继器（regenerator，REG）和DXC。01020304TMDXCREGADM2 SDH传输网的基本网元TM主要用于网络的终端结点上。其作用是将发送端支路端口的低速信号（G.703接口信号或STM-M信号）复用到线路端口的高速信号STM-N中。在接收端，从线路端口接收的STM-N的信号中分离出低速支路信号。它的线路端口输入输出多路低速信号。一般的TM均具有一定的交叉连接能力。在将低速
7、支路信号复用进线路信号的STM-N帧时，支路信号在线路信号STM-N中的位置可任意指定。TM的结构如图3-29所示。如图3-29所示，终端复用设备可实现将低速支路电信号和155 Mbit/s电信号纳入STM-1帧结构，并经过电光转换为STM-1光线路信号，其逆过程正好相反。1.TM2 SDH传输网的基本网元ADM用于SDH传输网的转接点处，是SDH传输网上使用最多、最重要的一种网元。ADM具有复用、解复用、交叉连接、业务调度及传输功能。ADM有两个线路端口和一个支路端口。两个线路端口各接一侧的光缆（每侧收/发共两根光纤），为了描述方便，将其分为西向（W）、东向（E）两个线路端口。ADM的结构如
8、图3-30所示。在发送端，将输入的低速率支路信号交叉复用成高速率信号STM-N，并从东（或西）侧送往线路端口；在接收端，可以将从东（或西）侧线路端口接收到的STM-N高速率信号解复用成低速率支路信号。此外，ADM还可将东（或西）侧线路中的STM-N信号进行交叉连接。2.ADM2 SDH传输网的基本网元2.ADM2 SDH传输网的基本网元REG是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电光变换等处理达到不积累线路噪声，保证传送信号波形完好的目的，实现延长通信距离的功能。REG只处理STM-N帧中的再生段开销（regenerator section overh
9、ead，RSOH），并且不具备交叉连接功能。因为ADM和TM都要将低速支路信号复用到STMN帧中，所以不仅要处理RSOH，而且要处理复用段开销（multiplex section overhead，MSOH）。另外，ADM和TM都具有交叉连接功能。REG的结构如图3-31所示，REG具有2对高速率输入输出STM-N线路信号端口（没有低速率支路端口）。SDH电再生器同样具有均衡放大（regeneration）、定时提取（reshaping）、识别再生（retiming）功能（3R功能），主要包括光/电转换、电/光转换、开销处理、扰码、定时提取、判决再生、性能监视等。3.REG2 SDH传输网的基
10、本网元REG是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电光变换等处理达到不积累线路噪声，保证传送信号波形完好的目的，实现延长通信距离的功能。REG只处理STM-N帧中的再生段开销（regenerator section overhead，RSOH），并且不具备交叉连接功能。因为ADM和TM都要将低速支路信号复用到STMN帧中，所以不仅要处理RSOH，而且要处理复用段开销（multiplex section overhead，MSOH）。另外，ADM和TM都具有交叉连接功能。REG的结构如图3-31所示，REG具有2对高速率输入输出STM-N线路信号端口（没
11、有低速率支路端口）。SDH电再生器同样具有均衡放大（regeneration）、定时提取（reshaping）、识别再生（retiming）功能（3R功能），主要包括光/电转换、电/光转换、开销处理、扰码、定时提取、判决再生、性能监视等。3.REG2 SDH传输网的基本网元3.REG2 SDH传输网的基本网元DXC具有复用、解复用、交叉连接、业务调度及传输功能，其主要任务是完成STM-N信号的交叉连接。DXC可将输入的M路STM-N信号交叉连接到输出的N路的STM-N信号上。DXC的核心是交叉矩阵，能够实现高速信号在交叉矩阵内的低级别交叉。DXC的结构如图3-32所示。DXC具有多对高速率输入
12、/输出STM-N线路信号端口，同时具有较强的交叉连接能力。DXC的典型应用有电路调度、多种网络的网关、不同网络间互连、网络恢复等。4.DXC3 SDH传输网的帧结构SDH传输速率SDH-N的帧结构3 SDH传输网的帧结构1.SDH传输速率同步数字体系信号最基本、最重要的模块信号是STM-1，其速率为155.520 Mbit/s。同步传送模块（STM-N）精确地定义了信号的帧结构和传输速率，用于SDH网元间的信息传送。更高速率的SDH可直接从155.520 Mbit/s（STM-1）中复用得到。目前，已经定义了6种同步传送模块，但第6种模块正在开发中，还未商用。SDH体系比特率如表3-8所示。S
13、DH传输网所传输的信号是由不同等级的同步传送模块（STM-N）信号组成的，其中N为正整数。从表3-8可知，STM-N信号的速率为155.520 Mbit/s的N倍。目前，国际标准化N的取值为N=1，4，16，64。3 SDH传输网的帧结构1.SDH传输速率3 SDH传输网的帧结构2.SDH-N的帧结构STM-1的帧长度用时间表示，通常为125 s，由270列和9行组成。因为每个字节每125 s出现一次，所以每个数据通路为64 kbit/s。STM-N的帧结构如图3-33所示。每行最初的9个字节用于开销，剩下的261个字节用于净负荷。一帧通常用行和列来表示，其中，行为9行垂直叠放的水平行。帧结构
14、中字节的传输由左上角的第一个字节开始，由左至右、由上而下顺序传送，直至右下角，需用125 s。因此，开销字节在垂直方向上与帧结构中的前面9列对齐，而净负荷在第10第270列中。这些开销字节称为段开销（section overhead，SOH），并细分为再生段开销和复用段开销。3 SDH传输网的帧结构2.SDH-N的帧结构3 SDH传输网的帧结构2.SDH-N的帧结构STM-N的帧结构组成相当简单。STM-N信号的帧结构由9行，270N列组成。每帧的长度为9270N节，每帧的持续时间为125 s，若帧频为8 kHz，则可求得STM-N比特率为9270N8 000 Mbit/s。STM-1 的SO
15、H传输速率为89818 00010-6=4.608 Mbit/s。STM-N帧结构的每个字节及每个字节中的每个比特是根据它在帧中的位置加以区分的，而每个字的速率均为64 kbit/s，这正好等于数字化的话音信号的传输速率，从而为灵活上下电路和支持各种业务打下基础。SDH-N的帧结构分3个主要区域，即STM-N信息净负荷区、管理单元指针（AU-PTR）区和SOH区。（1）STM-N信息净负荷区。信息净负荷区是帧结构中存放各种信息业务的地方。在STMN帧结构中，信息净负荷区位于纵向第19行、横向第(9N+1)(270N)列，共9261N=2 349N个字节。3 SDH传输网的帧结构2.SDH-N的
16、帧结构当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。（2）管理单元指针（AUPTR）区。单元指针主要是用来指示信息净负荷的第1个字节在STMN帧中的准确位置，以便在接收端正确地分解。在STMN帧结构中，管理单元指针(AUPTR)位于纵向第4行、横向第19N列，共9N个字节。（3）SOH区。SOH是指在STMN帧结构中保证信息净负荷正常、灵活地传送所必须供网络运行管理和维护的附加字节。它的主要作用是提供帧同步和网络运行、管理和维护所使用的字节。在STMN帧结构中，SOH位于纵向第13行、横向第19N列和纵向第59行、横向第19N
17、列，共89N=72N个字节。4 SDH基本传输原理同步复用方式和灵活的复用映射结构是SDH最具特色的内容之一，它使数字复用由PDH固定的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。图3-34为国际通用的SDH复用结构。它提供了欧洲2 Mbit/s、34 Mbit/s和140 Mbit/s速率及北美1.5 Mbit/s、6.3 Mbit/s和45 Mbit/s速率准同步信号的端口。要注意的是该结构不支持欧洲8 Mbit/s速率。为满足传统的PDH系列和格式要求，有许多复用路线可以进入STM-1帧。目前，我国SDH基本复用映射结构釆用的是AU-4路线（见图3-35），主要考虑目前PDH中应用最广的2 Mbi
18、t/s和144 Mbit/s支路接口。从图3-35中可以看出基群2 Mbit/s支路信号需要经过一个处理过程才能复用成STM-N信号。图中给出的复用结构存在多种处理单元，如指针处理、复用、定位校准等。我国釆用的复用映射结构使得每种速率的信号只能从唯一的复用路线到达STM-N，接口种类由5种简化为3种，即C-12、C-3和C-4。4 SDH基本传输原理4 SDH基本传输原理4 SDH基本传输原理0103050204相关概念定位SDH复用与映射实例复用映射4 SDH基本传输原理1.相关概念（1）容器（container，C）。定义。容器是用来装载各种速率的业务信号的信息结构。作用。容器主要用来实现
19、适配功能（如速率调整），使准同步数字体系信号能够进入有限数目的容器。种类。容器有5种：C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，其标准输入比特率分别为1.544 Mbit/s、2.048 Mbit/s、6.312 Mbit/s、34.368 Mbit/s（或44.736 Mbit/s）和139.264 Mbit/s。容器与虚容器的关系。已装载的容器又作为虚容器的信息净负荷。（2）虚容器（virtual container，VC）。定义。虚容器是支持SDH通道层连接的信息结构，由容器输出的信息净负荷加上通道开销（path overhead，POH）组成，即VC-n=C-n+VC-nPOH。VC
20、的同步。VC的包封速率与SDH网络同步，因此不同的VC是互相同步的，而VC内部允许装载来自不同容器的异步净负荷。4 SDH基本传输原理1.相关概念（3）支路单元（tributary unit，TU）和支路单元组（tributary group，TUG）。TU。TU是低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构，它的作用是由TU-n PTR指示VC-n净负荷起点在TU帧内的起始位置。TUG。在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的一个或多个TU的集合称为支路单元组。把不同规模的TU组合成一个TUG的信息净负荷，可增加传送网络的灵活性。（4）管理单元（administration unit，AU）和管理
21、单元组（administration unit group，AUG）。AU。AU是高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。AUG。在STM-N帧的净负荷中固定地占有规定位置的一个或多个AU的集合称为管理单元组。4 SDH基本传输原理2.映射映射是把PDH的各种速率及ATM信元与SDH的C进行适配的过程，即将PDH信号通过码速调整装入C-n中，再加上通道开销，映射到VC-n虚容器的过程，表3-9为各码率映射所对应的虚容器。实质上，映射就是使各种支路信号与相应的VC容量同步，以便使VC成为独立进行传送、复用和交叉连接的实体。VC在SDH网络传输过程中将保持完整。映射分为同步映射和异步映射。支路信号
22、时钟与虚容器的时钟同步时的映射，称为同步映射。同步映射无须速率适配，分为比特同步和字节同步。支路信号（业务信号）时钟与虚容器的时钟（SDH网络时钟）异步时的映射，称为异步映射。4 SDH基本传输原理2.映射4 SDH基本传输原理3.定位定位（指针定位）是一种将帧偏移信息收进TU或AU的过程，即用附加于VC上的支路单元指针表示和确定低阶VC帧的起点，确定高阶VC帧的起点在AU净负荷中的位置。指针（pointer）是SDH的关键技术之一。指针的作用主要有以下几点：（1）当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号之间的相位校准。（2）当网络处于准同步工作状态时，指针用来进行频率和相位校准；当网络
23、处于异步工作状态时，指针用来进行频率跟踪校准。（3）容纳相位抖动和漂移。在一个SDH传输网中存在相位偏差，两个网络存在频率偏差，即SDH传输网需要用指针进行调整。SDH通过正、负两种调整方法达到同步，该调整过程需要用一个指针来定位虚容器起始时净负荷参考字节的地址。调整过程使得净负荷在帧结构中移动，因此需要指针来指示净负荷POH字节，即净负荷的起始位置。调整过程将在多路复用结构的高阶和低阶中实现，即在虚容器VC-4和VC-12中实现。4 SDH基本传输原理4.复用复用就是使多个低阶通道层信号适配进高阶通道或多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程。举例如下：TU-114TUG-2TU-123TUG
24、-2，TUG-27TUG-3TU-21TUG-2，TUG-27+POHVC-3TU-31TUG-3，TUG-33+POHVC-4AU-33AUGAU-41AUGAUGN+SOHSTM-N4 SDH基本传输原理4.复用（1）TU-123TUG-2，TUG-27TUG-3的复用（见图3-36）。3个TU-12（9行4列36个字节）先按字节间插复用为TUG-2（9行12列），7个TUG-2按字节间插复用再增加2列塞入字节构成TUG-3（9行86列）。4 SDH基本传输原理4.复用（2）TUG-33+POHVC-4的复用（见图3-37）。3个TUG-3按字节间插复用构成9行258（386）列，作为VC
25、-4的净负荷。VC-4是9行261列，其中第1列为VC-4的POH，第2、3列是固定塞入字节。TUG-3相对于VC-4有固定的相位。4 SDH基本传输原理5.SDH复用与映射实例以2.048-Mbit/s支路信号为例，介绍其经映射、定位、复用成STM-N帧的过程。（1）-映射2.048-Mbit/sVC-12。速率为2.048-Mbit/s的信号进入VC-12做适配处理后，加上VC-12-POH构成VC-12。由前述映射过程可知，一个500-s的VC-12复帧容纳的比特数为4358=1-120 bit，所以VC-12的速率为1 120500=2.240 Mbit/s。（2）定位（指针调整）VC
26、-12+TU-12 PTRTU-12。VC-12加上TU-12 PTR构成TU-12。一个500 s的TU-12复帧有4个字节的TU-12 PTR，所含总比特数为1 120+48=1 152 bit，故TU-12的速率为1 152500=2.304 Mbit/s。4 SDH基本传输原理5.SDH复用与映射实例（3）复用3TU-12TUG-2，7TUG-2TUG-3，3TUG-3+VC-4 POHVC-4。3个TU-12(基帧)复用为1个TUG-2，每个TUG-2由9行12列组成，容纳的比特数为9128=864 bit，TUG-2的帧频为8 000帧/s，因此TUG-2的速率为8 0008641
27、0-6=6.912 Mbit/s（或2.3043=6.912 Mbit/s）。7个TUG-2复用为1个TUG-3，1个TUG-3可容纳的比特数为8647+928（塞入比特）=6 192 bit，故TUG-3的速率为8 0006 19210-6=49.536 Mbit/s。3个TUG-3按字节间插，再加上VC-4 POH和2个塞入字节后形成VC-4，每个VC-4可容纳（863+3)98=26198=18 792 bit，所以其速率为8 00018 79210-6=150.336 Mbit/s。4 SDH基本传输原理5.SDH复用与映射实例（4）定位VC-4+AU-4 PTRAU-4。VC-4加上
28、576 kbit/s的AU-4 PTR组成AU-4（8 0009810-6=0.576 Mbit/s），其速率为150.336+0.576=150.912 Mbit/s。（5）复用1AU-4+SOHSTM-1。1个AU-4直接置入AUG，速率不变。AUG加上4.608 Mbit/s的段开销形成STM-1（8 00089810-6=4.608 Mbit/s），速率为4.068+150.912=154.980 Mbit/s。NAU-4+SOHSTM-N。N个AUG按字节间插复用，再加上SOH形成STM-N帧，速率为N154.980 Mbit/s。5 SDH传输网的自愈保护自愈的概念自愈环的分类5
29、SDH传输网的自愈保护1.自愈的概念自愈是指在网络发生故障（如光纤断）时，无须人为干预，网络即能在极短的时间内（ITU-T规定为50 ms以内）使业务自动从故障中恢复传输，使用户几乎感觉不到网络出了故障。其基本原理是网络要具备发现替代路由并重新建立通信的能力。替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复要求。自愈仅是通过备用信道恢复失效的业务，而不涉及具体故障的部件和线路的修复或更换，所以故障点的修复仍需人工干预才能完成。5 SDH传输网的自愈保护2.自愈环的分类目前，环型网络的拓扑结构具有较强的自愈功能，应用广泛。自愈环可按环上业务的方向、网元节点间的光
30、纤数、保护的业务级别来划分。按环上业务的方向可将自愈环划分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收/发光纤）两大类；按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。通道保护环与复用段保护环不同。对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号）。通道保护环的保护功能是通过网元支路板的倒换功能来实现的。倒换与否由环上的某一个别通道信号的传输质量来决定，通常利用接收端是否收到简单的TU-AIS信号来决定该通道是否应进行倒换。例如，在STM-16环上，若接收端收到第4VC
31、4的第48个TU-12有TU-AIS，那么就仅将该通道切换到备用信道上。5 SDH传输网的自愈保护2.自愈环的分类复用段保护环是以复用段为基础的，倒换与否由环上传输的复用段信号的质量决定。倒换由K1、K2字节所携带的APS协议来启动，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2 STM-N的业务信号都将切换到备用信道上。复用段保护倒换的条件是LOF、LOS、MS-AIS、MS-EXC告警信号。通道保护环往往是专用保护，在正常情况下保护信道也传主用业务（业务的1+1保护），信道利用率不高。复用段保护环使用公用保护，正常时，主用信道传主用业务，备用信道传额外业务（业务的11保护），信道利用率高。感谢观看
