中級通信傳輸與接入知識點提煉之SDH技術

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       通信專業(yè)技術人員職業(yè)水平考試（簡稱通信考試，通信專業(yè)考試，通信工程師考試）是由人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部領導下的國家級考試，其目的是，科學、公正地對全國通信專業(yè)技術人員進行職業(yè)資格、專業(yè)技術資格認定和專業(yè)技術水平測試。下面是希賽通信網小編整理的中級傳輸與接入專業(yè)相關信息，希望對學友們有所幫助！

       該技術也是一種光纖傳輸體制，它以同步傳送模塊（STM-1,155Mbit/s）為基本概念，其模塊由信息凈負荷(payload)、段開銷(SOH)、管理單元指針（AU）構成，其突出特點是利用虛容器方式兼容各種PDH體系。

   隨著全球互聯網（Internet）的迅猛發(fā)展，上網人數正以幾何級數快速增長，以因特網技術為主導的數據通信在通信業(yè)務總量中的比列迅速上升，因特網業(yè)務已成為多媒體通信業(yè)中發(fā)展最為迅速、競爭最為激烈的領域。同時，無論是從數據傳輸的用戶數量還是從單個用戶需要的帶寬來講，都比過去大很多。特別是后者，它的增長將直接需要系統(tǒng)的帶寬以數量級形式增長。因此如何提高通信系統(tǒng)的性能，增加系統(tǒng)帶寬，以滿足不斷增長的業(yè)務需求成為大家關心的焦點。

   光纖具有高帶寬、傳輸距離遠等優(yōu)點，已成為寬帶綜合數字業(yè)務網的主要物理連接媒介，不過，如果僅憑單純的光纜連接，并不能構成擔負各種復雜應用的傳輸網。骨干傳輸需要由復雜的傳輸協議來支撐，并借助光纖作為物理媒介。

   SDH傳送網的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網絡（SynchronousOpticalNETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標準傳送結構組成的，適用于各種經適配處理的凈負荷（即網絡節(jié)點接口比特流中可用于電信業(yè)務的部分）在物理媒質如光纖、微波、衛(wèi)星等上進行傳送。該標準于1986年成為美國數字體系的新標準。國際電信聯盟標準部（ITU—T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國標準協會（ANSI）達成協議，將SONET修改后重新命名為同步數字系列（SynchronousDigitalHierarchy,SDH）,使之成為同時適應于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術體制。

   SDH網是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準同步系列）網的一次革命。PDH是異步復接，在任一網絡節(jié)點上接入接出低速支路信號都要在該節(jié)點上進行復接、碼變換、碼速調整、定時、擾碼、解擾碼等過程，并且PDH只規(guī)定了電接口，對線路系統(tǒng)和光接口沒有統(tǒng)一規(guī)定，無法實現全球信息網的建立。隨著SDH技術引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監(jiān)控等過程的功能。SDH通過多種容器C和虛容器VC以及級聯的復幀結構的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務，如各種速率的異步數字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現的各種新業(yè)務。段開銷中大量的備用通道增強了SDH網的可擴展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實現了交叉連接和分插復用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網絡拓撲動態(tài)可變，增強了網絡適應業(yè)務發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內實現電路的保護、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強組網能力奠定基礎，只需幾秒就可以重新組網。特別是SDH自愈環(huán)，可以在電路出現故障后，幾十毫秒內迅速恢復。SDH的這些優(yōu)勢使它成為寬帶業(yè)務數字網的基礎傳輸網。

   原廣播電影電視部在1995年研究制定全國有線電視聯網規(guī)劃時已明確規(guī)定，部級和省級干線全部采用SDH傳輸技術，數據流的傳輸碼率為2.5Gb/s，即STM-16?，F在我國的有線電視網絡在省內和省外均采用了SDH傳輸體制，有線電視網絡的SDH網起著公共物理傳輸平臺的作用，在此平臺上，一部分帶寬用來傳輸廣播電視節(jié)目，另一部分用來直接傳輸用戶數據或從ATM、IP交換機匯聚來的數據流等。本文僅討論利用有線電視網絡的SDH網傳輸IP數據流。

   一、SDH傳輸網的基本構成

   SDH傳輸網是由一些SDH網絡單元組成的，在光纖、微波或衛(wèi)星上進行同步信息傳送，融復接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一網絡管理操作的綜合信息網?？蓪崿F網絡有效管理、動態(tài)網絡維護、對業(yè)務性能監(jiān)視等功能，能有效地提高網絡資源的利用率。

   SDH有全世界統(tǒng)一的網絡節(jié)點(NNI)，從而簡化了信號的互通以及信號的傳送、復用、交叉連接和交換過程，它有一套標準化的信息結構等級，稱為同步傳送模塊(SynchronousTransportModule)，STM-N。當n=1、4、16時，其最基本的模塊為STM-1、STM-4和STM-16，并具有一種塊狀幀結構，允許安排豐富的開銷比特(即在網絡節(jié)點接口比特流中扣除凈負荷后的剩余部分)用于網絡的運行、管理和維護(OAM)。它的基本網絡單元有同步光纖線路系統(tǒng)或SDH微波傳送系統(tǒng)、同步復用器(SM)、分插復用器(ADM)和同步數字交叉連接設備(SDXC)等等。

   SDH傳送網最重要的兩個網絡單元是終端復用器和分插復用器。以STM-1為例，終端復用器的主要任務是將低速支路信號和155Mb/s電信號納入STM-1幀結構，再經CMI(符號反轉碼)變換后進入微波傳送系統(tǒng)，其逆程正好相反。分插復用器，將同步復用與數字交叉連接功能綜合于一體，具有靈活的分插任意支路信號的能力，在網絡設計上有很大的靈活性。由這兩種基本網絡單元組成的典型網絡應用有多種形式，有點到點應用、線型應用、構成樞紐網、構成環(huán)形網、構成雙環(huán)形網和網孔形應用。

   二、SDH技術的傳輸原理

   SDH用來承載信息的是一種塊狀幀結構，塊狀幀由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成，每個字節(jié)含8b(bit)。整個幀結構由段開銷區(qū)、凈負荷區(qū)和管理單元指針區(qū)三部分組成。其中段開銷區(qū)主要用于網絡的運行、管理、維護及指配，以保證信息能夠正常靈活地傳送，管理單元指針用來指示凈負荷區(qū)域內的信息首字節(jié)在STM-N幀內的準確位置，以便接收時能正確分離凈負荷。凈負荷區(qū)域用來存放用于信息業(yè)務的比特和少量的用于通道維護管理的通道開銷字節(jié)。

    SDH的幀傳輸時，按由左向右，由小到大的順序排成串型碼流依次進行。每幀傳輸時間為125μS，每秒傳輸1/125×106=8000幀。對STM-1而言，每幀能傳輸的比特數為8×(270×9×1)=19940b，STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.52Mb/s，而STM-4為622.080Mb/s、STM-16為2488.320Mb/s。

   各種業(yè)務信號進入SDH的幀結構都要經過三個步驟，即映射、定位和復用。映射就是將各種進來的速率不等的信號先經過碼速調整，再裝入相應的標準容器C中，同時加入通道開銷POH形成虛容器VC。定位就是將幀相位發(fā)生偏差的(稱幀偏移)的信息收進支路單元或管理單元，它通過支路單元指針或管理單元指針的功能來實現。復用就是將多個低階通道層信號通過碼速調整進入高階通道或將多個高階通道層信號通過碼速調整進入復用層的過程。以139.264Mb/s信號到STM-1的形成為例來說明這三個步驟。139.264Mb/s信號首先進入標準容器，速率調整后輸出149.76Mb/s數字信號，進入虛擬容器，加入通道開銷576kb/s后輸出150.336Mb/s的信號，在管理單元內加入管理單元指針576kb/s，輸出150.336Mb/s的信號，因N=1，故由一個單元組加人段開銷4.608Mb/s后，輸出155.520Mb/s的STM-1信號。

   三、SDH網絡的特點

   SDH網絡具有如下特點：

   1．使1.5Mbit/s和2Mbit/s兩大數字體系在STM－1等級上獲得統(tǒng)一。數字信號在跨越國界通信時，不再需要轉換成為另一種標準，第一次真正實現了數字傳輸體制上的世界性標準。

   2．采用了同步復用方式和靈活的復用映射結構。各種不同等級的碼流在幀結構凈負荷內的排列是有規(guī)律的，而凈負荷與網絡是同步的，因而只需要利用軟件即可使高速信號一次直接分插出低速支路信號即所謂的一步復用特征。這樣既不影響別的支路信號，又避免了需要對全部高速復用信號進行分用的做法，省去了全套背靠背復用設備，使網絡結構得以簡化，上下業(yè)務十分容易，也使DXC的實現大大簡化。利用同步分插能力還可以實現自愈環(huán)形網，改進網絡的可靠性和安全性。此外，背靠背接口的減少還可以改善網絡的業(yè)務透明性，便于端到端的業(yè)務管理，使網絡易于容納和加速各種新的貸款業(yè)務的引入。

   3．SDH幀結構中安排了豐富的開銷比特，因而使得網絡的OAM能力大大加強。此外，由于SDH中的DXC和ADM等一類網元是智能化的，通過嵌入的控制通路可以使部分網絡管理能力分配到網元，實現分布式管理，使新特性和新功能的開發(fā)變得比較容易。

   4．由于將標準光接口綜合進各種不同的網元，減少了將傳輸和復用分開的需要，從而簡化了硬件，緩解了布線擁擠。此外，有了標準光接口和通信協議后，使光接口成為開放型接口，還可以在基本光纜段上實現橫向兼容，滿足多廠家環(huán)境要求，降低了聯網成本。

   5．由于用一個光接口代替了大量電接口，因而SDH網所傳輸的業(yè)務信息可以不必經由常規(guī)同步系統(tǒng)所具有的一些中間背靠背電接口而直接經光接口通過中間節(jié)點，省去了大量的相關電路單元和跳線光纜，使網絡的可用性和誤碼性能都獲得改善。而且，由于電接口數量銳減導致運行操作任務的簡化以及設備種類和數量的減少，使運營成本減少20％～30％。

   6．SDH網與現有網絡能完全兼容，即可以兼容現有準同步數字體系的各種速率。同時，SDH網還能容納各種新的業(yè)務信號，使之具有完全的向后兼容性和向前兼容性。

   四、IPoverSDH及其在有線電視網絡寬帶IP傳輸中的應用

   目前，Internet通過電信撥號的接入速度極其緩慢，一般電話的Modem只能提供幾十Kbit/S的傳輸速率，其速率和帶寬不可能很好地支持多媒體信息等寬帶業(yè)務。

   隨著多媒體通信的發(fā)展，因特網接入寬帶化的需求日益迫切。而有線電視網擁有豐富的帶寬資源，同時，目前我國有線電視用戶已經達到了8000萬戶，有線電視網絡的里程超過了240萬公里，中國已經成為世界第一大有線電視用戶國。有線電視網絡具有巨大的產業(yè)開發(fā)價值，構筑基于有線電視網的Internet寬帶信息網，不僅僅是廣大用戶的企盼，更是有線電視網實現第二次騰飛的關鍵所在。

   在有線電視網絡中用何種技術傳輸IP，取決于有線電視網絡所采用的傳輸技術。在有線電視網絡中的IP傳輸技術有IPoverATM、IPoverSDH、IPoverWDM三種形式。

   經研究和實踐發(fā)現：當IP業(yè)務繁忙時或出現大量不均衡、突發(fā)性業(yè)務時，會發(fā)生ATM降載，主干網路由器不堪負荷也會引起整個系統(tǒng)停機。再加上IPoverATM的網絡體系結構比較復雜、傳輸效率低、開銷損失大(達25%～30%)的缺點，使人們把眼光轉向了IPoverSDH。加之現在我國的有線電視網絡部級和省級干線均采用了SDH傳輸體制，因此在有線電視網絡中的IP傳輸技術較多采用IPoverSDH。

   1．IPoverSDH的概念

   IPoverSDH以SDH網絡作為IP數據網絡的物理傳輸網絡。它使用鏈路及點到點協議（PPP：PointToPointProtocol）對數據包進行封裝，根據RFC1662規(guī)范把IP分組簡單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業(yè)務適配器把封裝后的IP數據包映射到SDH同步凈荷中，然后經過SDH傳輸層和段層，加上相應的開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后達到光網絡，在光纖中傳輸。IPoverSDH，也稱為PACKEToverSDH（PoS），它保留了IP面向無連接的特征。

   2．IPoverSDH與路由器的關系

   IPoverSDH技術的實現需要高速路由器和PPP協議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由器的逐包轉發(fā)方式。其基本思路是將路由計算與包的轉發(fā)分開，采用緩沖技術、硬件芯片快速處理技術、以ATM信元交換矩陣作為路由器內部體系構架的交換路由技術，將路由器包的逐包轉發(fā)速度控制到與第二層交換的速度相當。它無須利用廣域網上的ATM交換機來建立虛電路VC。

   為保證路由與SDH設備之間的互操作性，路由器卡應支持下述SDH開銷字節(jié)功能：

   （1）用于自動保護倒換(APS)的Ｋ1、Ｋ2字節(jié)，允許路由器與路由器之間、路由器與ADM之間進行倒換；

   （2）通過蹤跡字節(jié)(Ｊ1)可由路由器卡來插入和監(jiān)視;·差錯監(jiān)視字節(jié)(Ｂ1、Ｂ2和Ｂ3)、復用段遠端差錯指示字節(jié)(Ｍ1)和通道狀態(tài)字節(jié)(Ｇ1)可由路由器)來插入和監(jiān)視；

   （3）路由器應對SDH的段、線路和通道進行告警和性能監(jiān)視；

   （4）路由器卡從SDH系統(tǒng)提取要定時。

   IPoverSDH中以鏈路方式來支付Internet網絡，不能參與Internet網絡的尋址。它的作用是將路由器以點到點的方式連接起來，提高點到點之間的傳輸速率。它并沒有從總體上提高Internet網絡的性能，這種Internet網絡本質上仍是一個路由器網。Internet網絡整體性能的提高將取決于路由器技術是否有突破性進展，因而這種技術的核心是千兆比線速路由交換機(千兆比特高速路由器)。

   目前不少網絡設備公司已推出基于IPoverSDH技術的交換路由器產品，如Cisco千兆位交換路由器GSR12000、Ascend千兆位路由轉發(fā)器GRF、Lucent于1998年推出的Packetstar千兆位路由器等。這些設備在交換功能方面引入了ATM技術，與傳統(tǒng)路由器相比，在技術方向有了重大突破，表現在吞吐量大(達60Gbps)和傳送時延小(14～40μs)，為IPoverSDH的實現奠定了基礎。但是，千兆比特高速路由器在實現第2層交換與第3層選路的綜合的同時，也帶來了設備的復雜性。此外，這種突破性技術尚不能廣泛應用于普通路由器。因而除非網絡上的全部路由器都能采用千兆比特速路由器技術，否則仍難以從整體上提高Internet網絡的水平。所以，IPoverSDH主要用于在干線上疏導高速率數據流。

   3．IPoverSDH的優(yōu)點

   IPoverSDH的優(yōu)點是：對IP路由的支持能力強，具有很高的IP傳輸效率；符合Internet業(yè)務的特點，如有利于實施多播方式；能利用SDH技術本身的環(huán)路和網絡自愈合能力達到鏈路糾錯的目的；同時又利用OSPF協議防止鏈路故障造成網絡停頓，提高網絡的穩(wěn)定性；將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區(qū)和國界，兼容不同技術標準實施全球聯網；聲略了ATM層，簡化了網絡結構，降低了運行成本。

   4．IPoverSDH的缺點

   IPoverSDH的缺點是：IPoverSDH目前尚不支持虛擬專用網VPN和電路仿真；在所有包交換技術中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IPoverSDH技術只能進行業(yè)務分級，不能提供較好的QoS；對大規(guī)模的網絡必須處理龐大、復雜的路由表，而且查找困難，路由信息占用比較大的帶寬。

   SDH傳輸技術，廣泛應用于傳輸領域，它的一系列優(yōu)點非常適合于廣播信號的傳輸。而IPoverSDH能使IP數據包通過PPP協議直接映射到SDH幀結構上，省去中間的ATM層，簡化了IP網絡體系結構，提高了數據傳輸效率，將IP網絡技術建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區(qū)和國界，兼容各種不同的技術和標準，易于實現網絡互聯。IPoverSDH技術是目前建設和改造Internet骨干網的首選方案。在有線電視網絡平臺上IPoverSDH適用于省際網絡和省內網絡上的IP傳輸。目前，國內外廣泛建設的SDH環(huán)境為IPoverSDH的實施創(chuàng)造了良好的條件。隨著千兆高速路由器的進一步成熟和IP業(yè)務的進一步增大，對IPoverSDH的應用會越來越廣泛。但是，應注意到，在一段時期內，IPoverATM、IPoverSDH將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域，但最終會過渡到IPoverDWDM。

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