谈宽带广电网的同步数字体系原理及功能
时间：04-26
来源：中电网
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作者：晏外雅 吴也文
1 同步数字体系
SDH(Synchronous Digital Hierachy, 同步数字体系)已经成为构建高速宽带数字传输网的基碨DH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，而SDH网络则是由一些基本网络单元(NE)组成的、在传输媒质上(光纤、微波等)进行同步信号传输、复用、分插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口(NNI)。这里所说的NNI是指网络节点互联的接口，它包含了传输网络的两种基本设备，即传输设备和网络节点设备。传输设备包括光纤通信、微波通信和卫星通信等系统，而网络节点包含许多种类，如64 kbps电路节点、宽带交换节点等。在现代传输网络中，要想统一上述技术和设备的规范，必须具有统一的接口速率和相应的帧结构，而SDH网络就具备了这一特点。
SDH采用一套标准化的信息结构等级，称之为同步传送模块STM-N(N=1、4、16、64……)，其中最基本的模块为STM-1，传输速率为155.520 Mbps；4个STM-1同步复用构成STM-4，传输速率为4×155.520 Mbps=622.080 Mbps；16个STM-1(或4个STM-4)同步复用构成STM-16，传输速率为2 488.320 Mbps，依此类推。SDH的帧结构为一个块状帧结构，其中安排了丰富的开销比特用于网络管理，包括段开销(SOH)和通道开销(POH)，同时具备一套灵活的复用与映射结构，允许将不同级别的PDH信号及ATM、BIP-ISDN等信号经处理后放入不同的虚容器(VC-n)中，因而具有广泛的适应性。在传输时，按照规定的位置结构将以上这些信号组装起来，利用传输媒质(光纤、微波等)送到目的地。SDH在组网时采用了大量的软件功能进行网络管理、控制及配置，具有很强的可扩充性和可维护性，尤其是在环型网、网状网等网络中应用时，可进行灵活的组网与业务调度，可实现高可靠的网络自愈。
2 同步数字体系的特点
SDH是完全不同于PDH(准同步数字体系)的新一代传输网体制，其基本特点是：(1)SDH网是由一系列SDH网络单元(NE)组成，它们是：线路系统、同步复用器、分插复用器(ADM)、同步数字交叉连接器(SDXC)，它是一个高度统一的、标准的、智能化的网络，信息在这里进行同步传输、同步复用和同步交叉连接；(2)它有全世界统一的网络节点接口；(3)有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-N；(4)帧结构是块状的，其中安排了丰富的管理比特，可在全程范围内实现管理和操作；(5)SDH网可以兼容现在PDH中的两种(北美和欧洲)码速率进入SDH帧结构中，同时还能容纳宽带综合业务数字网(B-ISDN)中异步传递模式(ATM)信元以及各种业务信号；(6)SDH网中采用同步复用方式和灵活复用映射结构，因此，在帧结构中各种不同等级的码流是有规律排列的，而且与网络是同步的，这样就有可能利用软件从高速信号中一次直接取出低速支路信号。但是，目前SDH也存在一些不足之处：(1)SDH的频带利用率不如PDH；(2)在SDH中采用的指针调整技术将产生相位跃变，这样，经过多次PDH/SDH变化的信号在低频抖动和漂移性能上将受较大损伤；(3)在SDH中由于大规模采用软件管理和集中控制技术，这样，一旦出现人为错误、软件故障或计算机病毒，将会导致全网瘫痪。为此，人们对SDH的软件测试、网络拓扑等提出了更高的要求。
3 同步数字体系组网技术
3.1 网络自愈
现代社会对信息的依赖越来越大，光纤的容量也越多越大，网络故障造成的损失将是十分巨大的，因此，当今对SDH网的网络保护就显得越来越重要了。SDH自愈网是基于SDH结构所建立的一种新型网络，它与传统的PDH(准同步数字体系)系统相比，具有控制简单、生存性强等突出特点，线型、环型和网状结构作为SDH自愈网的拓扑结构，分插复用器(ATM)和数字交叉连接设备(SDXC)都可作为其网元而提供组网的灵活性。所谓网络自愈，是指无需人为干预，网络在极短的时间内从失效的故障状态自动恢复传输所携带的业务，使网络具备一种可替代的传输路由。
3.2 自愈网种类
自愈网包含线路保护倒换、ADM自愈环和DXC网状自愈网3种，其中线路保护倒换和ADM自愈环采用的保护策略，其技术比较成熟，并已得到了广泛的应用；DXC网状自愈环采用的是恢复性策略，它充分开发DXC节点的智能，利用网络内的空闲信道恢复受故障影响的通道。
3.2.1 线路保护倒换
线路保护倒换是最简单的自愈网形式，其基本原理是当出现故障时，由工作通道倒换到保护通道，使业务得以继续传送。它有两种制式：
(1)1+1制式
1+1方式采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久地连在一起(桥接)，而在接收端根据故障情况择优选择接收性能良好的信号。
(2)1：N制式
其保护段(1个)由N个工作段共用，当其中任意一个出现故障时，均可倒换到保护段(利用APS协议)。其中1：1方式是1：N方式的一个特例。
线路保护倒换的特点是业务恢复时间短(小于50 ms)，但若工作段和保护段属同缆复用，则可能导致工作光纤(主用)和保护光纤(备用)同时因意外故障而被切断，此时可采用地理上的路由保护来解决，这种方式称之为分路由的APS结构，即工作光纤和保护光纤在不同路由的光缆中，因此这种结构可以对光缆断裂提供保护。另外还可以采用一种称之为双局汇接的方式，以便在节点失效时可对业务实施一定的保护。
3.2.2 ADM自愈环
自愈环是指采用分插复用器(ADM)组成环型网实现自愈的一种保护方式。自愈环含通道保护环和复用段保护环。对于通路保护环，它保护的单位是通道倒换与否以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，一般利用报警指示信号来决定是否应进行倒换。这种环属专用保护，保护时隙为整个环专用，在正常情况下保护段也传送业务信号。对于复用段保护环，业务量的保护是以复用段为基础，倒换与否按每一对节点间复用段业务信号的优劣而定，当复用段出现故障时，整个节点间的复用段业务信号都能转向保护段。复用段保护环需要采用自动保护倒换(APS)协议，从性质上来看，多属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常情况下保护段往往是空闲的。
3.2.3 DXC网状自愈网
数字交叉连接(DXC)用于SDH网称SDXC。从功能上看，SDXC是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能传输设备。当传输通道出现故障时，可对复用段、通道等进行保护倒换。由于这种保护倒换不需要知道网络的全面情况，一旦需要倒换，倒换时间很短，对各种业务的影响很小，但它提供的网络保护能力是有限的。
4 结束语
随着信息社会的到来，人们希望现代电信级传输网络能够快速、经济、有效地提供各种电路和业务，但由于原有的准数字同步体系(PDH)存在的固有缺陷，使得仅在原有框架上修改或完善已无济于事，因此，必须打破旧的思维方式，提出一种全新的体制，以适应现代信息社会的需要。这一工作，首先由美国贝尔通信研究所于1986年提出"同步光网络(SONET)"的概念和标准，后经欧洲、日本等国的参与，由国际电报电话咨询委员会于1988年在SONET基础上，经适当修改，重新命名为同步数字体系(SDH)，使之成为既适合于光纤又适合于微波和卫星传输的技术体制，从而揭开了现代信息传输崭新的一页，得到了空前的应用和发展。
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1 同步数字体系
SDH(Synchronous Digital Hierachy, 同步数字体系)已经成为构建高速宽带数字传输网的基碨DH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，而SDH网络则是由一些基本网络单元(NE)组成的、在传输媒质上(光纤、微波等)进行同步信号传输、复用、分插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口(NNI)。这里所说的NNI是指网络节点互联的接口，它包含了传输网络的两种基本设备，即传输设备和网络节点设备。传输设备包括光纤通信、微波通信和卫星通信等系统，而网络节点包含许多种类，如64 kbps电路节点、宽带交换节点等。在现代传输网络中，要想统一上述技术和设备的规范，必须具有统一的接口速率和相应的帧结构，而SDH网络就具备了这一特点。
SDH采用一套标准化的信息结构等级，称之为同步传送模块STM-N(N=1、4、16、64……)，其中最基本的模块为STM-1，传输速率为155.520 Mbps；4个STM-1同步复用构成STM-4，传输速率为4×155.520 Mbps=622.080 Mbps；16个STM-1(或4个STM-4)同步复用构成STM-16，传输速率为2 488.320 Mbps，依此类推。SDH的帧结构为一个块状帧结构，其中安排了丰富的开销比特用于网络管理，包括段开销(SOH)和通道开销(POH)，同时具备一套灵活的复用与映射结构，允许将不同级别的PDH信号及ATM、BIP-ISDN等信号经处理后放入不同的虚容器(VC-n)中，因而具有广泛的适应性。在传输时，按照规定的位置结构将以上这些信号组装起来，利用传输媒质(光纤、微波等)送到目的地。SDH在组网时采用了大量的软件功能进行网络管理、控制及配置，具有很强的可扩充性和可维护性，尤其是在环型网、网状网等网络中应用时，可进行灵活的组网与业务调度，可实现高可靠的网络自愈。
2 同步数字体系的特点
SDH是完全不同于PDH(准同步数字体系)的新一代传输网体制，其基本特点是：(1)SDH网是由一系列SDH网络单元(NE)组成，它们是：线路系统、同步复用器、分插复用器(ADM)、同步数字交叉连接器(SDXC)，它是一个高度统一的、标准的、智能化的网络，信息在这里进行同步传输、同步复用和同步交叉连接；(2)它有全世界统一的网络节点接口；(3)有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-N；(4)帧结构是块状的，其中安排了丰富的管理比特，可在全程范围内实现管理和操作；(5)SDH网可以兼容现在PDH中的两种(北美和欧洲)码速率进入SDH帧结构中，同时还能容纳宽带综合业务数字网(B-ISDN)中异步传递模式(ATM)信元以及各种业务信号；(6)SDH网中采用同步复用方式和灵活复用映射结构，因此，在帧结构中各种不同等级的码流是有规律排列的，而且与网络是同步的，这样就有可能利用软件从高速信号中一次直接取出低速支路信号。但是，目前SDH也存在一些不足之处：(1)SDH的频带利用率不如PDH；(2)在SDH中采用的指针调整技术将产生相位跃变，这样，经过多次PDH/SDH变化的信号在低频抖动和漂移性能上将受较大损伤；(3)在SDH中由于大规模采用软件管理和集中控制技术，这样，一旦出现人为错误、软件故障或计算机病毒，将会导致全网瘫痪。为此，人们对SDH的软件测试、网络拓扑等提出了更高的要求。
3 同步数字体系组网技术
3.1 网络自愈
现代社会对信息的依赖越来越大，光纤的容量也越多越大，网络故障造成的损失将是十分巨大的，因此，当今对SDH网的网络保护就显得越来越重要了。SDH自愈网是基于SDH结构所建立的一种新型网络，它与传统的PDH(准同步数字体系)系统相比，具有控制简单、生存性强等突出特点，线型、环型和网状结构作为SDH自愈网的拓扑结构，分插复用器(ATM)和数字交叉连接设备(SDXC)都可作为其网元而提供组网的灵活性。所谓网络自愈，是指无需人为干预，网络在极短的时间内从失效的故障状态自动恢复传输所携带的业务，使网络具备一种可替代的传输路由。
3.2 自愈网种类
自愈网包含线路保护倒换、ADM自愈环和DXC网状自愈网3种，其中线路保护倒换和ADM自愈环采用的保护策略，其技术比较成熟，并已得到了广泛的应用；DXC网状自愈环采用的是恢复性策略，它充分开发DXC节点的智能，利用网络内的空闲信道恢复受故障影响的通道。
3.2.1 线路保护倒换
线路保护倒换是最简单的自愈网形式，其基本原理是当出现故障时，由工作通道倒换到保护通道，使业务得以继续传送。它有两种制式：
(1)1+1制式
1+1方式采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久地连在一起(桥接)，而在接收端根据故障情况择优选择接收性能良好的信号。
(2)1：N制式
其保护段(1个)由N个工作段共用，当其中任意一个出现故障时，均可倒换到保护段(利用APS协议)。其中1：1方式是1：N方式的一个特例。
线路保护倒换的特点是业务恢复时间短(小于50 ms)，但若工作段和保护段属同缆复用，则可能导致工作光纤(主用)和保护光纤(备用)同时因意外故障而被切断，此时可采用地理上的路由保护来解决，这种方式称之为分路由的APS结构，即工作光纤和保护光纤在不同路由的光缆中，因此这种结构可以对光缆断裂提供保护。另外还可以采用一种称之为双局汇接的方式，以便在节点失效时可对业务实施一定的保护。
3.2.2 ADM自愈环
自愈环是指采用分插复用器(ADM)组成环型网实现自愈的一种保护方式。自愈环含通道保护环和复用段保护环。对于通路保护环，它保护的单位是通道倒换与否以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，一般利用报警指示信号来决定是否应进行倒换。这种环属专用保护，保护时隙为整个环专用，在正常情况下保护段也传送业务信号。对于复用段保护环，业务量的保护是以复用段为基础，倒换与否按每一对节点间复用段业务信号的优劣而定，当复用段出现故障时，整个节点间的复用段业务信号都能转向保护段。复用段保护环需要采用自动保护倒换(APS)协议，从性质上来看，多属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常情况下保护段往往是空闲的。
3.2.3 DXC网状自愈网
数字交叉连接(DXC)用于SDH网称SDXC。从功能上看，SDXC是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能传输设备。当传输通道出现故障时，可对复用段、通道等进行保护倒换。由于这种保护倒换不需要知道网络的全面情况，一旦需要倒换，倒换时间很短，对各种业务的影响很小，但它提供的网络保护能力是有限的。
4 结束语
随着信息社会的到来，人们希望现代电信级传输网络能够快速、经济、有效地提供各种电路和业务，但由于原有的准数字同步体系(PDH)存在的固有缺陷，使得仅在原有框架上修改或完善已无济于事，因此，必须打破旧的思维方式，提出一种全新的体制，以适应现代信息社会的需要。这一工作，首先由美国贝尔通信研究所于1986年提出"同步光网络(SONET)"的概念和标准，后经欧洲、日本等国的参与，由国际电报电话咨询委员会于1988年在SONET基础上，经适当修改，重新命名为同步数字体系(SDH)，使之成为既适合于光纤又适合于微波和卫星传输的技术体制，从而揭开了现代信息传输崭新的一页，得到了空前的应用和发展。
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