SDH原理篇.docx

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SDH原理篇

1.SDH产生的技术背景——为什么会产生SDH传输体制

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。

1.2与PDH相比SDH有哪些优势

1）接口方面：

光电接口有世界统一的规范

2）复用方式：

PDH异步复用，采用逐级分叉低速信号，SDH同步复用，可以直接分叉低速信号，节省了大量复用/分接设备。

3）运行维护：

SDH具有丰富的开销字节，加强网络监控功能，提高了网络自动化程度，降低维护成本。

4）兼容性：

SDH对PDH和其他异步模式信号有很好的兼容性，可以使多种网络共存。

1.3SDH缺陷：

频带利用率低、指针调整机理复杂、软件的大量使用对系统安全性的影响

1.4码型：

SDH光口码型是加扰的NRZ；2M/34M电口是HDB3；140M/155M电口是CMI

2.1SDH信号的帧结构和复用步骤

图2-1STM-N帧结构图

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。

传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。

（从上至下，从左向右）

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125μs。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

2.2SDH的复用结构和步骤（字节间插）

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。

图2-3我国的SDH基本复用映射结构

具体的复用过程请详查SDH原理，我们只记住一个STM-1可以分别复用进一个140M，或3个34M，或63个2M的PDH信号。

3、开销和指针

3.1开销

段层的监控又分为再生段层和复用段层的监控，通道层监控分为高阶通道层和低阶通道层的监控。

例如对2.5G系统的监控，再生段开销对整个STM-16信号监控，复用段开销细化到其中16个STM-1的任一个进行监控，高阶通道开销再将其细化成对每个STM-1中VC4的监控，低阶通道开销又将对VC4的监控细化为对其中63个VC12的任一个VC12进行监控。

3.1.1段开销

STM-N帧的段开销位于帧结构的（1-9）行×（1-9N）列。

注：

第4行为AU-PTR除外。

我们以STM-1信号为例来讲述段开销各字节的用途。

对于STM-1信号，段开销包括位于帧中的（1-3）行×（1-9）列的RSOH和位于（5-9）行×（1-9）列的MSOH。

如图3-1所示。

图3-1STM-N帧的段开销字节示意图

·定帧字节A1和A2

定帧字节的作用有点类似于指针，起定位的作用。

A1：

11110110（f6H），A2：

00101000（28H）。

当连续5帧以上（625μs）收不到正确的A1、A2字节，即连续5帧以上无法判别帧头（区分出不同的帧），那么收端进入帧失步状态，产生帧失步告警——OOF；若OOF持续了3ms则进入帧丢失状态——设备产生帧丢失告警LOF，下插AIS信号，整个业务中断。

在LOF状态下若收端连续1ms以上又处于定帧状态，那么设备回到正常状态。

·再生段踪迹字节：

J0

该字节被用来重复地发送段接入点标识符，以便使接收端能据此确认与指定的发送端处于持续连接状态。

J0不匹配会产生RS-TIM。

·数据通信通路（DCC）字节：

D1-D12

D1-D12字节提供了所有SDH网元都可接入的通用数据通信通路，作为嵌入式控制通路（ECC）的物理层，在网元之间传输操作、管理、维护（OAM）信息，构成SDH管理网（SMN）的传送通路。

其中，D1-D3是再生段数据通路字节（DCCR），速率为3×64kbit/s＝192kbit/s，用于再生段终端间传送OAM信息；D4-D12是复用段数据通路字节（DCCM），共9×64kbit/s=576kbit/s，用于在复用段终端间传送OAM信息。

·公务联络字节：

E1和E2

分别提供一个64kbit/s的公务联络语声通道，语音信息放于这两个字节中传输。

E1属于RSOH，用于再生段的公务联络；E2属于MSOH，用于终端间直达公务联络。

·比特间插奇偶校验8位码BIP-8：

B1（实际用的是偶校验）

这个字节就是用于再生段层误码监测的（B1位于再生段开销中）。

采用的是偶校验。

会产生性能事件为RS-BBE，没有对告告警。

·比特间插奇偶校验N×24位的（BIP-N%24）字节：

B2

B2的工作机理与B1类似，只不过它检测的是复用段层的误码情况。

性能事件为MS-BBE，对端MS-FEBBE，

通过M1字节发送对告，MS-REI。

·自动保护倒换（APS）通路字节：

K1、K2（b1-b5）

这两个字节用作传送自动保护倒换（APS）信令，用于保证设备能在故障时自动切换，使网络业务恢复——自愈，用于复用段保护倒换自愈情况。

·复用段远端失效指示（MS-RDI）字节：

K2（b6-b8）

若收到的K2的b6-b8为111，则此信号为本端收到MS-AIS信号，此时要向对端发MS-RDI信号，即在发往对端的信号帧STM-N的K2的b6-b8放入110比特图案。

·同步状态字节：

S1（b5-b8）

S1（b5-b8）的值越小，表示相应的时钟质量级别越高。

·复用段远端误码块指示（MS-REI）字节：

M1

这是个对告信息，由接收端回发给发送端。

M1字节用来传送接收端由BIP-N×24（B2）所检出的误块数，以便发送端据此了解接收端的收信误码情况。

3.1.2通道开销（POH）

1.高阶通道开销：

HP-POH

高阶通道开销的位置在VC4帧中的第一列，共9个字节，如图3-6所示。

图3-6高阶通道开销的结构图

·J1：

通道踪迹字节

AU-PTR所指向的正是J1字节的位置。

HP-TIM（高阶通道追踪字节失配）

·B3：

通道BIP-8码B3字节负责监测VC4在STM-N帧中传输的误码性能。

若在收端监测出误码块，那么设备本端的性能监测事件—HP-BBE（高阶通道背景误码块）显示相应的误块数，同时在发端相应的VC4通道的性能监测事件—HP-REI（高阶通道远端误块指示）显示出收端收到的误块数。

·C2：

信号标记字节

C2用来指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质，例如C2=00H表示这个VC4通道未装载信号，HP-UNEQ。

HP-SLM（高阶通道信号标记字节失配）

·G1：

通道状态字节

G1用来将通道终端状态和性能情况回送给VC4通道源设备。

b1—b4回传给发端由B3（BIP-8）检测出的VC4通道的误块数，也就是HP-REI。

当收端收到AIS、误码超限、J1，C2失配时，由G1字节的第5比特回送发端一个HP-RDI（高阶通道远端劣化指示）。

·H4：

TU位置指示字节

H4指示有效负荷的复帧类别和净负荷的位置。

H4字节就是指示当前的TU-12（VC12或C12）是当前复帧的第几个基帧，起着位置指示的作用。

H4字节的范围是00H—03H，若在收端收到的H4不在此范围内，则收端会产生一个TU-LOM（支路单元复帧丢失告警）。

下插AIS。

2.低阶通道开销：

LP-POH

低阶POH就位于每个VC12基帧的第一个字节，一组低阶通道开销共有4个字节：

V5、J2、N2、K4。

图3-7低阶通道开销结构图

·V5：

通道状态和信号标记字节

V5是复帧的第一个字节，TU-PTR指示的是VC12复帧的起点在TU-12复帧中的具体位置，也就是TU-PTR指示的是V5字节在TU-12复帧中的具体位置。

误码监测

（BIP-2）

远端误块指示

（REI）

远端故障指示

（RFI）

信号标记

（SignalLable）

远端接收失效指示

（RDI）

1

2

3

4

5

6

7

8

误码监测：

传送比特间插奇偶校验码BIP-2：

第一个比特的设置应使上一个VC-12复帧内所有字节的全部奇数比特的奇偶校验为偶数。

第二比特的设置应使全部偶数比特的奇偶校验为偶数。

远端误块指示

（从前叫作FEBE）：

BIP-2检测到误码块就向VC12通道源发1，无误码则发0。

远端故障指示

有故障发1

无故障发0

信号标记：

表示净负荷装载情况和映射方式。

3比特共8个二进值：

000未装备VC通道

001已装备VC通道，但未

规定有效负载

010异步浮动映射

011比特同步浮动

100字节同步浮动

101保留

110O.181测试信号

111VC-AIS

远端接收失效指示（从前叫FERF）：

接收失效则发1，成功则发0。

图3-8VC-12POH（V5）的结构

·J2：

VC12通道踪迹字节

3.2指针

指针的作用就是定位，通过定位使收端能正确地从STM-N中拆离出相应的VC，进而通过拆VC、C的包封分离出PDH低速信号，也就是说实现从STM-N信号中直接下低速支路信号的功能。

指针有两种AU-PTR和TU-PTR，分别进行高阶VC（这里指VC4）和低阶VC（这里指VC12）在AU-4和TU-12中的定位。

对VC4，AU-PTR指的是J1字节的位置；对于VC12，TU-PTR指的是V5字节的位置。

AU-4净负荷区就有261×9/3＝783个位置，AU-PTR的范围是0~782，当收端连续8帧收到无效指针值时，设备产生AU-LOP告警（AU指针丢失），并往下插AIS告警信号。

正/负调整是按一次一个单位进行调整的，那指针值也就随着正调整或负调整进行+1（指针正调整）或-1（指针负调整）操作。

当AU4>VC4时进行正调整；当AU4

TU-12PTR由V1、V2、V3和V4四个字节组成。

总共有0～139个偏移编号。

4.1SDH网络的常见网元

TM——终端复用器

它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM-N中，或从STM-N的信号中分出低速支路信号。

ADM——分/插复用器

ADM有两个线路端口和一个支路端口。

ADM的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去，或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。

REG——再生中继器

它的作用是将w/e侧的光信号经O/E、抽样、判决、再生整形、E/O在e或w侧发出。

DXC——数字交叉连接设备

DXC的核心是交叉连接，功能强的DXC能完成高速（例STM-16）信号在交叉矩阵内的低级别交叉（例如VC12级别的交叉）。

通常用DXCm/n来表示一个DXC的类型和性能（注m≥n），m表示可接入DXC的最高速率等级，n表示在交叉矩阵中能够进行交叉连接的最低速率级别。

m越大表示DXC的承载容量越大；n越小表示DXC的交叉灵活性越大

m或n

0

1

2

3

4

5

6

速率

64kbit/s

2Mbit/s

8Mbit/s

34Mbit/s

140Mbit/s155Mbit/s

622Mbit/s

2.5Gbit/s

4.2SDH设备的逻辑功能块

SPI：

SDH物理接口TTF：

传送终端功能

RST：

再生段终端HOI：

高阶接口

MST：

复用段终端LOI：

低阶接口

MSP：

复用段保护HOA：

高阶组装器

MSA：

复用段适配HPC：

高阶通道连接

PPI：

PDH物理接口OHA：

开销接入功能

LPA：

低阶通道适配SEMF：

同步设备管理功能

LPT：

低阶通道终端MCF：

消息通信功能

LPC：

低阶通道连接SETS：

同步设备时钟源

HPA：

高阶通道适配SETPI：

同步设备定时物理接口

HPT：

高阶通道终端

SPI是设备和光路的接口，主要完成光/电变换、电/光变换，提取线路定时，以及相应告警的检测。

（收光高、低、不含时钟信号判定为R-LOS）

RST是RSOH开销的源和宿，也就是说RST功能块在构成SDH帧信号的过程中产生RSOH（发方向），并在相反方向（收方向）处理（终结）RSOH。

OOF/LOF/RS-BBE

MST是复用段开销的源和宿，在接收方向处理（终结）MSOH，在发方向产生MSOH。

MS-REI/MS-EXC/MS-RDI/MS-AIS/

·MSP：

（复用段保护功能块）

·MSA：

复用段适配功能块

MSA的功能是处理和产生AU-PTR，以及组合/分解整个STM-N帧，即将AUG组合/分解为VC4。

检查AU-AIS/AU-LOP

·HPT：

高阶通道终端功能块

HPT是高阶通道开销的源和宿，形成和终结高阶虚容器。

HP-TIM/HP-UNEQ/HP-SLM/HP-BBE/HP-FEBBE/HP-RDI/HP-LOM/HP-REI

PPI：

PDH物理接口功能块

PPI的功能是作为PDH设备和携带支路信号的物理传输媒质的接口，主要功能是进行码型变换和支路定时信。

当PPI检测到无输入信号时，会产生支路信号丢失告警T-ALOS（2Mbit/s）或EXLOS（34Mbit/s、140Mbit/s），表示设备支路输入信号丢失。

T-ALOSTU-LOPTU-AIS

HPC/LPC完成高低阶交叉（在矩阵盘中）

LPT是低阶POH的源和宿，对VC12而言就是处理和产生V5、J2、N2、K4四个POH字节。

LP-REILP-UNEQLP-SLMLP-TIM

&技术细节：

常见的倒换方式有1+1、1:

1和1:

n。

以图4-8的设备模型为例：

1＋1指发端在主备两个信道上发同样的信息（并发），收端在正常情况下选收主用信道上的业务，因为主备信道上的业务一模一样（均为主用业务），所以在主用信道损坏时，通过切换选收备用信道而使主用业务得以恢复。

此种倒换方式又叫做单端倒换（仅收端切换），倒换速度快，但信道利用率低。

1∶1方式指在正常时发端在主用信道上发主用业务，在备用信道上发额外业务（低级别业务），收端从主用信道收主用业务从备用信道收额外业务。

当主用信道损坏时，为保证主用业务的传输，发端将主用业务发到备用信道上，收端将切换到从备用信道选收主用业务，此时额外业务被终结，主用业务传输得到恢复。

这种倒换方式称之为双端倒换（收/发两端均进行切换），倒换速率较慢，但信道利用率高。

由于额外业务的传送在主用信道损坏时要被终结，所以额外业务也叫做不被保护的业务。

1∶n是指一条备用信道保护n条主用信道，这时信道利用率更高，但一条备用信道只能同时保护一条主用信道，所以系统可靠性降低了。

ITU-T建议规定了各告警信号的含义：

LOS：

信号丢失，输入无光功率、光功率过低、光功率过高，使BER劣于10-3。

OOF：

帧失步，搜索不到A1、A2字节时间超过625μs。

LOF：

帧丢失，OOF持续3ms以上。

RS-BBE：

再生段背景误码块，B1校验到再生段——STM-N的误码块。

MS-AIS：

复用段告警指示信号，K2[6—8]=111超过3帧。

MS-RDI：

复用段远端劣化指示，对端检测到MS-AIS、MS-EXC，由K2[6-8]回发过来。

MS-REI：

复用段远端误码指示，由对端通过M1字节回发由B2检测出的复用段误块数。

焈MS-BBE：

复用段背景误码块，由B2检测。

焈MS-EXC：

复用段误码过量，由B2检测。

焈AU-AIS：

管理单元告警指示信号，整个AU为全“1”（包括AU-PTR）。

焈AU-LOP：

管理单元指针丢失，连续8帧收到无效指针或NDF。

焈HP-RDI：

高阶通道远端劣化指示，收到HP-TIM、HP-SLM。

焈HP-REI：

高阶通道远端误码指示，回送给发端由收端B3字节检测出的误块数。

焈HP-BBE：

高阶通道背景误码块，显示本端由B3字节检测出的误块数。

焈HP-TIM：

高阶通道踪迹字节失配，J1应收和实际所收的不一致。

焈HP-SLM：

高阶通道信号标记失配，C2应收和实际所收的不一致。

焈HP-UNEQ：

高阶通道未装载，C2=00H超过了5帧。

焈TU-AIS：

支路单元告警指示信号，整个TU为全“1”（包括TU指针）。

焈TU-LOP：

支路单元指针丢失，连续8帧收到无效指针或NDF。

焈TU-LOM：

支路单元复帧丢失，H4连续2—10帧不等于复帧次序或无效的H4值。

焈LP-RDI：

低阶通道远端劣化指示，接收到TU-AIS或LP-SLM、LP-TIM。

焈LP-REI：

低阶通道远端误码指示，由V5[1—2]检测。

焈LP-TIM：

低阶通道踪迹字节失配，由J2检测。

焈LP-SLM：

低阶通道信号标记字节适配，由V5[5—7]检测。

焈LP-UNEQ：

低阶通道未装载，V5[5—7]=000超过了5帧。

第五章SDH网络结构和网络保护机理

网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形

自愈的概念

所谓自愈是指在网络发生故障（例如光纤断）时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内（ITU-T规定为50ms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。

当网络发生自愈时，业务切换到备用信道传输，切换的方式有恢复方式和不恢复方式两种。

目前环形网络的拓扑结构用得最多，因为环形网具有较强的自愈功能。

自愈环的分类可按保护的业务级别、环上业务的方向、网元节点间光纤数来划分。

按环上业务的方向可将自愈环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）；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。

下面讲讲通道保护环和复用段保护环的区别。

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），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的，通常利用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，若收端收到第4VC4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去。

复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。

倒换是由K1、K2（b1—b5）字节所携带的APS协议来启动的，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上。

复用段保护倒换的条件是LOF、LOS、MS-AIS、MS-EXC告警信号。

3.二纤单向通道保护环（PP环）

二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环——S1；一个为备环——P1。

两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务，如图5-4（a）所示。

若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的支路业务“并发”到环S1和P1上，S1和P1上的所传业务相同且流向相反——S1逆时针，P1为顺时针。

在网络正常时，网元A和C都选收主环S1上的业务。

那么A与C业务互通的方式是A到C的业务经过网元D穿通，由S1光纤传到C（主环业务）；由P1光纤经过网元B穿通传到C（备环业务）。

在网元C支路板“选收”主环S1上的A→C业务，完成网元A到网元C的业务传输。

网元C到网元A的业务传输与此类似。

图5-4（a）二纤单向通道倒换环

当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。

如图5-4（b）所示。

图5-4（b）二纤单向通道倒换环

我们看看这时网元A与网元C之间的业务如何被保护。

网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1业务经光纤由网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于B—C间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。

网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于B—C间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。

网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。

网元发生了通道保护倒换后，支路板同时监测主环S1上业务的状态，当连续一段时间（华为的设备是10分钟左右）未发现TU-AIS时，发生切换网元的支路板将选收切回到收主环业务，恢复成正常时的默认状态。

二纤单向通道保护倒换环由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际上是1＋1保护。

倒换速度快（华为公司设备倒换速度≤15ms），业务流向

简捷明了，便于配置维护。

缺点是网络的业务容量不大。

二纤单向保护环的业务容量恒定是STM-N，与环上的节点数和网元间业务分布无关。

为什么？

举个例子，当网元A和网元D之间有一业务占用X时隙，由于业务是单向业务，那么A→D的业务占用主环的A—D光缆段的X时隙（占用备环的A—B、B—C、C—D光缆段的X时隙）；D—A的业务占用主环的D—C、C—B、B—A的X时隙（备环的D—A光缆段的X时隙）。

也就是说A—D间占X时隙的业务会将环上全部光缆的（主环、备环）X时隙占用，其它业务将不能再使用该时隙（没有时隙重复利用功能）了。

这样，当A—D之间的业务为STM-N时，其它网元将不能再互通业务了——即环上无法再增加业务了，因为环上整个STM-N的时隙资源都已被占用，所以单向通道保护环的最大业务容量是STM-N。

7.双纤双向复用段保护环——双纤共享复用段保护环

鉴于四纤双向复用段环的成本较高，出现了一个新的变种：

双纤双向复用段保护环，它们的保护机理相类似，只不过采用双纤方式，网元节点只用单ADM即可，所以得到