PDH和SDH.docx

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PDH和SDH

PHD和SDH

以往在传输网络中普遍采用的是准同步数字体系（PDHlesiochronousDigitalHierarchy），随着信息社会的到来，它已不能满足现代信息网络的传输要求，因此同步数字体系应运而生。

PDH存在的主要问题

•    PDH主要是为话音业务设计，而现代通信的趋势是宽带化、智能化和个人化。

•    PDH传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性。

•    存在相互独立的两大类、三种地区性标准（日本、北美、欧洲），难以实现国际互通。

•    异步复用，需逐级码速调整来实现复用/解复用。

•    缺少统一的标准光接口，无法实现横向兼容。

•    网络管理的通道明显不足，建立集中式传输网管困难。

•    网络的调度性差，很难实现良好的自愈功能。

SDH的产生

  SDH的研究工作始于1986年，其目的是建立光纤通信的通用标准，通过一组网络单元提供一个经济、简单、灵活的网络应用。

  美国贝尔通信研究所最先提出了光同步传输网的概念，并称之为同步光网络（SONET）。

  1988年，美国国家标准协会（ANSI）通过了两个最早的SONET标准。

  国际电话电报咨询委员会（CCITT），于1988年接受了SONET的概念，重新命名为同步数字系列（SDH），建立了世界性的统一标准。

什么是SDH

  SDH-SynchronousDigitalHierarchy,是一种传输技术体制。

它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。

它具有世界性的统一标准，不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星通信。

  SDH网络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输网络。

•    有全世界统一的网络接口接点（NNI）

作用：

减少设备种类和数量，简化了操作。

•    有一套标准化的信息结构等级（STM）

作用：

统一了现存的两个数字体系，方便了国际互连。

•    具有块状帧结构

作用：

可以安排丰富的开销比特用于网络运行的维护和管理。

•    具有广泛适应性的复用结构

作用：

简化了上下业务的过程，改善网络透明性。

•    独特的指针调整技术

作用：

改善网络性能，简化网络管理。

  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155.520Mbit/s。

将4个STM-1同步复用构成STM-4，传输速率为622.080Mbit/s，以此类推。

SDH的主要特点

•    使1.5Mbit／s和2Mbit／s两大数字体系（三个地区性标准）在STM一1等级以上获得统一。

•    采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。

各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的。

•    SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（大约占信号的5％），使网络的OAM能力大大加强。

•    将标准光接口综合进各种不同的网络单元，简化硬件，缓解了布线拥挤。

•    SDH网具有信息净负荷的透明性。

即网络可以传送各种净负荷及其混合体而不管其具体信息结构如何，简化了网络管理。

SDH应用的若干问题

•    频带利用率不如PDH，因为安排了许多用于网管的比特开销。

•    设备复杂性有所增加，因为需要处理指针。

•    人为或软件的错误容易导致网络重大故障。

帧结构与开销功能

　　SDH的帧结构是实现SDH网络诸多功能的基础，对它的基本要求是既能满足对支路信号进行同步数字复用、交叉连接和交换，又能使支路信号在一帧内的分布是均匀、规则和可控的，以便于接入和取出。

　　在本部分应该着重学习SDH的帧结构组成，以及各部分的功能，因为这是了解SDH的基础。

帧结构    SDH帧结构是如何构成的

    帧结构的基本描述

段开销（SOH）    段开销字节安排

    段开销字节的定义、功能及应用

通道开销（POH）    高阶通道开销（HPOH）（VC-3／VC-4POH）

    低阶通道开销（LPOH）（VC-1/VC-2POH）

帧结构与开销功能

SDH帧结构是如何构成的

  SDH帧结构具有以下特点：

（1）块状帧结构（如图2.1），并以字节为基础。

（2）纵向9行，横向270×N列。

　　（3）由左到右、由上到下顺序排成串行码流依次传输。

　　（4）传输一帧需125μs，每秒8000帧。

　　（5）STM-N传输速率：

N×8×9×270×8000=N×155.520Mbit/s。

　　　　其中N只能取1,4,16,…

帧结构的基本描述

　整个帧结构可分为段开销、STM-N净负荷和管理单元指针三个基本区域。

（1）段开销（SOH：

SectionOverhead）区域

　段开销定义：

指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，　它主要用于网络的运行、管理、维护及指配（OAM&）（如公务通信、误码监测、自动倒换信息等）。

　段开销位置：

可分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）两个部分。

其中RSOH位于帧结构中的1～3行和1～9×N列，MSOH位于帧结构中的5～9行和1～9×N列。

  对于STM-1而言，每帧共有576bit（8bit/字节×9字节/行×8行）可用于段开销，由于帧长定为125μs，及每秒传输8000帧，所以共有4608Mbit/s用于OAM&。

  SDH丰富的开销为其实现强大的网络管理奠定了基础。

（2）STM-N净负荷（Payload）区域

　信息负荷定义：

指真正用于电信业务的比特。

　信息负荷位置：

帧结构中l～9行和10×N～270×N列的2349×N个字节。

  对于STM-1而言，每帧共有18792bit（8bit/字节×261字节/行×9行）位于净负荷区域，可用于业务传输。

  　净负荷区域内还存放了少量可用于通道维护管理的通道开销（POH）字节。

通常，POH作为净负荷的一部分并与其一起在网络中传送。

　（3）管理单元指针（AUPTR）区域

　AUPTR定义：

一组特定的编码，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，以便接收时能正确分离净负荷。

  采用指针处理的方式是SDH的重要创新，它消除了在常规PDH系统中由于采用滑动缓存器所引起的延时和性能损伤。

段开销（SOH）

  　段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）两个部分。

RSOH负责管理再生段，可在再生器接入，也可在终端设备接入；MSOH负责管理由若干个再生段组成的复用段，它将透明地通过每个再生段，只能在管理单元组（AUG）进行组合或分解的地方才能接入或终结。

段开销字节安排

　STM-N的SOH字节可利用字节间插方式构成。

安排规则如下:

　　*第一个STM-1的SOH被完整保留

　　*其余N-1个SOH中仅保留定帧字节A1，A2和BIP-N×24字节B2

　　*其它字节（B1，E1，E2，F1，K1，K2和D1～D12）均省去

　　*M1字节要专门定义位置

SOH字节位置的编号方法

图示为SOH字节位置的编号方法

段开销字节在STM-N帧内的位置可以用一个三座标矢量S（a,b,c）来表示。

a表示行数,取值为l到3，或5到9。

b表示复列数,取值为1到9。

c表示在复列数内的间插层数,取值可为1,4,16,等。

以STM一1内的K1字节为例,由于其处于第5行,第4复列,间插层数为l层，因此其矢量座标为S（5,4,l）,其余也可照此类推。

行数和列数的关系及其座标可以用下面的式子来求得：

行数＝a

列数＝N（b一1）十c

下面举一实例说明。

在STM一4帧结构中第2个STM一1的Kl字节的行数和列数按照上面两个式子为:

行数＝5

列数＝4（4-1）+1=13

段开销字节的定义、功能及应用

以STM-1为例介绍各开销字节的定义、功能及应用

通道开销（POH）

  SDH在实现网络管理时，采用了分层结构，前面所说的SDH主要用于管理再生段和复用段，而本节所要讲的是用于通道管理的通道开销（POH：

PathOverhead）。

POH根据所管对象（虚容器VC）可分为高阶通道开销（HPOH）和低阶通道开销（LPOH）。

高阶通道开销（HPOH）（VC-3／VC-4POH）  

  将VC-3POH附加给C-3或者多个TUG-2的组合体便形成了VC-3

  将VC-4POH附加给C-4或者多个TUG-3的组合体即形成VC-4。

  高阶VCPOH的主要功能有VC通道性能监视、告警状态指示、维护信号以及复用结构指示等。

  对于STM-1中VC-4而言，HPOH位于帧结构中第1～9行、第10列，依次为J1，B3，C2，G1，F2，H4，F3，K3，N1。

（1）通道踪迹字节-J1

  J1是虚容器中第1个字节，其位置由相关的指针来指示，该字节被用来重复发送高阶通道接入点识别符，使通道接收端能据此确认与所制定的发送端是否处于连续的连接状态。

（2）通道BIP-8字节-B3

  该字节用作高阶通道误码检测，其误码检测原理与SOH中B1类似，只不过计算范围是对扰码前上一帧中高阶VC所有字节进行计算，并将结果置于本帧扰码前B3。

（3）信号标记字节-C2

  该字节用来指示VC帧内的复接结构和信息净负荷的性质。

（4）通道状态字节-G1

  该字节用来将通道内的状态和性能情况回送给高阶vc通道的源设备，实现双相通道的状态和性能监视。

（5）通道使用者通路字节-F2，F3

  这两个字节为使用者提供与净负荷有关的通道单元之间的通信。

（6）TU位置指示字节-H4

  为净负荷提供一般的位置指示，也可指示特殊净负荷的位置。

如作为TU-1/TU-2复帧指示字节或ATM信元净负荷进入一个VC-4时的信元边界指示器。

（7）自动保护倒换（APS）通路-K3（b1～b4）

  这些比特用作高阶通道级保护的APS指令。

至于K3（b5～b8）留作将来使用，尚未规定具体数字，要求接收机忽略其值。

（8）网络操作者字节-N1

  该字节用于高阶通道的串联连接监视功能（HP-TCM）。

低阶通道开销（LPOH）（VC-1/VC-2POH）

  将低阶VCPOH附加给C-1／C-2即可形成VC-1／VC-2。

其主要功能有VC通道功能监视，用于维护的信号，以及告警状态指示等。

（1）通道状态和信号标记字节-V5

  该字节是复帧的首字节，具有误码监测、信号标记和VC-12通道状态表示等功能。

（2）通道踪迹字节-J2

  该字节被用来重复发送低阶通道接入点识别符，使通道接收端能据此确认与所制定的发送端是否处于连续的连接状态。

（3）网络操作者字节-N2

  该字节提供低阶通道的串联连接监视功能（LO-TCM）。

（4）自动保护倒换（APS）通路-K4（b1～b4）

  这些比特用作低阶通道级保护的APS指令。

（5）预留比特-K4（b5～b7）

  K4（b5～b7）作为选项功能由产生K4字节的路径源端自行决定。

  K4（b8）为备用比特，尚未规定具体数字，要求接收机忽略其值。

同步复用与映射原理

　　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的僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。

下面将首先介绍基本复用原理，然后进一步讲述具体复用映射结构和方法，以及通道开销和指针的规定和应用。

SDH基本复用原理    基本复用方法

    SDH的一般复用结构

同步复用基本结构    基本复用映射单元

    基本复用映射步骤

    我国采用的复用映射结构

    典型示例

同步复用与映射原理

SDH基本复用方法

  现代电信传输的发展方向之一是传输速率的高速化，其方式是采用时分复用的形式将多路低速信号复用成高速信号。

  那么如何解决各路信号之间的频差和相移等问题？

传统的解决方法：

（1）码速调整法（比特塞入法）

    利用固定位置的比特塞入指示来显示是否载有信号数据。

缺点：

有一个比特塞入与去塞入的过程，不能直接上下路。

（2）固定位置映射法

  在高速信号的特殊位置中携带低速支路信号。

缺点：

需要缓存器进行频率校正和相位对准，容易导致信号延时和缓动损伤。

SDH技术中：

（3）指针调整法

基本原理：

利用净负荷指针表示在STM-N帧内浮动的净负荷的准确位置。

当出现净负荷在一定范围内的频率变化时，只需增加或减少指针数值即可达到目的。

  SDH的一般复用结构

SDH的一般复用结构如图所示。

它是由一些基本复用映射单元组成、由若干个中间复用步骤的复用结构，具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进STM-N帧都要经历映射、定位校准和复用三个步骤。

基本复用映射单元

一、容器（C）

定义：

一种用来装载各种速率业务信号的信息结构。

功能：

完成适配（主要是码速调整），让那些最常使用的准同步数字体系信号能够进入有限数目的标准容器。

种类：

C-n（n-11，12，2，3，4）

    目前我国仅涉及C-12，C-3，C-4

  每一种容器分别对应一种标称的输入速率，即2.048Mbit/s（C-12）;34.368Mbit/s（C-3）;139.264Mbit/s（C-4）。

二、虚容器（VC）

定义：

用来支持SDH通道层连接的信息结构。

构成:

由安排在帧结构中的信息净负荷和通道开销（POH）组成。

    即VC-n=C-n+VC-nPOH

种类：

低阶虚容器：

VC-11，VC-12，VC-2

    高阶虚容器：

VC-3，VC-4

  VC是SDH中最为重要的一种信息结构，其包封速率与SDH网络同步，因而不同VC互相同步，但在VC内部允许装载来自不同容器的异步净负荷。

  除VC的组合点和分解点（即PDH/SDH网边界处），VC在SDH网中传输时总是保持完整不变，可以作为一个独立的实体在通道中任一点取出或插入。

三、支路单元（TU）

定义：

TU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。

构成:

由一个相应的低阶VC和一个相应的支路单元指针组成。

    即TU_n=VC_n+TU_nPTR

    其中指针PTR用来指示VC净负荷帧起点相对于高阶VC帧起点间的偏移量。

四、支路单元组（TUG）

定义：

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。

    可把一些不同大小的TU组合成一个TUG，从而增加传送网络的灵活性。

例如:

一个TUG-2由一个TU-2或三个TU-12或四个TU-11按字节间插组合而成；

    一个TUG-3由一个TU-3或七个TUG-2按字节间插组合而成。

五、管理单元（AU）

定义：

AU是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构。

构成:

由一个相应的高阶VC和一个相应的管理单元指针组成。

    即AU_n=VC_n+AU_nPTR

功能：

AU_PTR指VC_n净负荷起点相对于复用段帧起点间的偏移量，而其自身相对于STM-N的位置总是固定的（第四行一至九列）。

六、管理单元组（AUG）

定义：

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。

功能：

一个AUG由一个AU-4或三个AU-3按字节间插组合而成。

七、同步传送模块（STM-N）

其帧结构参见第二节。

基本复用映射步骤

一、映射（mapping）

定义：

是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。

二、定位校准（Alignment）

定义：

是一种当支路单元或管理单元适配到支持层的帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。

它依靠TU_PTR和AU_PTR功能加以实现。

这里所说的指针是一种指示符，其值定义为虚容器相对于支持它的传送实体的帧参考点的偏移量。

指针

SDH指针的作用：

1、当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准

2、当网络失去同步工作状态时，指针用来做频率和相位相位校准

3、当网络处于异步工作状态时，指针用来做频率跟踪校准

4、指针可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移

分类:

AU-4,TU-3,TU-1/2

一.AU指针

1.AU指针的功能

　　设置AU指针可以为VC在AU帧内的定位提供一种灵活和动态的方法。

因而AU指针不仅能够容纳VC和SOH在相位上的差别，而且能够容纳帧速率上的差异。

2.AU指针的位置

　　AU一4指针包含在SOH第4行的H1、H2和H3字节中（为了确定VC一4位置，实际只需要Hl和H2两个字节）。

而3个AU一3指针中的每1个都包含在3个分离的Hl、H2和H3字节中。

3.AU指针值

　　在分给AU指针使用的HI、H2和H3字节中，H1和H2字节是结合使用的，可以看作1个码字，其中码字的最后10个比特（即第7至第16比特）携带具体指针值。

H3字节用于VC帧速率调整，负调整时可携带额外的VC字节。

　　AU一4指针值是二进制数，用十进制数表示的范围为0-782（因为AU一4按3个字节为单位调整，因而有效范围为2349除3），这个数值显示了指针与VC一4第1个字节间的偏移。

　　AU一3指针值也是二进制数，用十进制数表示的范围也是0至782（有效范围87×9＝783）。

由于AUG内有3个AU一3，每个AU一3有它自己的一套H1、H2和H3字节。

第l套Hl、H2和H3字节（第1、第4和第7列）属于第1个AU一3。

第2套H1、H2和H3字节（第2、第5和第8列）属于第2个AU一3。

第3套Hl、H2和H3字节（第3、第6和第9列）属于第3个AU一3。

每个AU-3指针都独立工作，互不相关。

　　注意：

在计算指针和VC开始字节的偏移时，AU指针字节是不计在内的。

例如，在AU一4，指针值0表示VC将于最后一个H3字节后的那个字节开始，而指针值87表示VC将于K2字节（第5行和第7列）后3个字节开始。

4.频率调整

　　如果AUG与VC的帧速率不同，即有频率偏移，则指针值将按照需要增加或减少，同时还伴随有相应的正调整字节或负调整字节的出现或变化。

　　当频率偏移较大，需要连续多次指针调整操作时，相邻两次的操作必须至少分开3帧，即每个第四帧才能进行指针调整操作，两次操作之间的指针值保持为常数不变

　　当VC的帧速率比AUG的帧速率慢时，需提高VC帧速率

　　操作：

此时可以在VC前插入3个填充伪信息的空闲字节（即正调整字节），从而增加了VC帧速率。

但由于插入了正调整字节，实际VC在时间上向后推移，因而用来指示其起始位置的指针值要增加1。

　　操作指示：

将指针码宇的5个增加比特（I比特），即第7、9、11、13和15比特进行反转，并在接收机中按5比特多数表决准则作出决定。

　　正调整字节的位置：

AU一4帧内最后一个H3字节后出现3个正调整字节。

AU一3则将在单独的H3字节后出现1个正调整字节。

　　当VC的帧速率比AUG的帧速率快时，需要降低VC帧速率

　　操作：

此时可以利用AU指针区的3个H3字节来存放实际VC信息（负调整字节），从而相当降低了VC帧速率。

由于VC信息的起始几个字节存入了AU指针区，实际VC在时间上向前移动了3个字节，因而指示其起始位置的指针值要减l。

　　操作的指示：

是将指针码字的5个减少比特（D比特），即第8、10、12、14和16比特进行反转，并在接收机中按5比特多数表决准则作出决定。

　　负调整字节的位置：

AU一4帧内H3字节内出现3个负调整字节。

对于AU一3而言，则将在单独的H3字节处出现1个负调整字节。

5.新数据标帜（NDF）

　　定义：

NDF表示允许由净负荷变化所引起的指针值的任意变化，由指针码字的第1至第4比特携带。

　　表示：

正常状态N比特显示"0110"码，将上述码反转为"1001"码即表示NDF。

6.AU指针的产生规则：

　　1．正常工作时，指针确定了VC在AU帧内的起始位置，NDF设置为"0110"状态。

　　2．指针值的改变只能靠下述3种操作（即3、4或5）。

　　3．如果需要正调整，则送出的当前指针值中的I比特需要反转，其后的正调整机会用伪信息填充。

随后的指针值是先前指针值加l。

如果先前的指针值处于最大值，则其后的指针设置为0。

而且其后至少3帧内不允许进行任何指针增减操作。

　　4．如果需要负调整，则送出的当前指针值中的D比特需要反转，其后的负调整机会用实际数据重写。

随后的指针值是先前指针值减l。

如果先前的指针值已经为0，则其后的指针值设置为最大值。

而且其后至少3帧内不允许进行任何指针增减操作。

　　5．如果除上述第3和第4条规则以外的其他原因引起VC定位的变化，则应送出新的指针值。

二.TU-1/TU-2指针

　　TU-1/TU-2指针为净负荷VC-1/VC-2在TU-1/TU-2复帧内的灵活动态的定位提供了一种方法。

这种定位方法与VC的实际内容无关。

　　在TU幅帧中有四个字节（V1、V2、V3、V4）分给TU指针使用。

其中V1是复帧中第一个TU帧的第一个字节；V2～V4则是复帧中随后各个TU帧的第一个字节。

　　TU-1/TU-2指针包含在V1、V2字节中，V3作为负调整字节，其后的那个字节作为正调整字节，V4作为保留字节。

SDH指针的作用：

1、当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准

2、当网络失去同步工作状态时，指针用来做频率和相位相位校准

3、当网络处于异步工作状态时，指针用来做频率跟踪校准

4、指针可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移

三、复用：

（Multiplex）

定义：

是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或把多个高阶通道层的信号适配进复用层的过程。

基本复用方式是采用字节间插。

我国采用的复用映射结构

　我国采用的基本复用映射结构如图，它保证每一种速率的信号只有唯一的一条复用路径可以到达STM-N帧。

典型示例

将2.048Mbit/s信号复用映射进STM-N

将2.048Mbit/s信号复用映射进STM-N

复用映射途径（点击图上箭头查看相应复用映射过程）

第一步.2.048Mbit/s的数字流适配进入C-12  

（1）异步映射下的C-12帧结构

•    C-12帧结构由9行×4列-2个字节（1个VC-12POH字节和一个TU-12指针字节）构成，共1023+1（S2）个数据比特。

•    C-12帧可看成由4个帧组成的复帧，因为它们处于4个连续的STM-1帧中。

•    2048Kbit/s的信号以正/零/负码速调整方式装入C-12。

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