同步數字系列

最初為實現光纖網中光接口的標準化，以便於不同廠商的產品在光路上互通，從1985年起，美國國家標準協會(ANSI)根據貝爾研究所提出的全同步網構想，着手起草同步光網絡(SONET)標準。國際電信聯盟電信標準部門(ITU-T)的前身——國際電報電話諮詢委員會(CCITT)從1986年開始研究以SONET概念為基礎、但重新命名為SDH的同步數字體系全球統一標準，並於1988年通過了第一批SDH建議，相關建議涉及複用速率、網絡節點接口、複用結構、複用設備、網絡管理、線路系統、光接口、信息模型、網絡結構等，對其速率系列、信號格式和複用結構等基本內容做出了規定。隨後又陸續通過了一系列建議，對SDH的各個方面逐步加以規範，形成了一套完整的全球統一的同步數字傳輸網標準，使之成為不僅適用於光纖，而且也適用於微波和衞星傳輸的通用技術體制，命名為同步數字系列(SDH)。SDH已經確立了在數字傳輸方面的主導地位。中國郵電部門從1994年起在幹線上逐步引入SDH系統，電力通信部門也在其之後不久開始採用SDH並逐漸作為主幹線路的首選。 ^[1] 

SDH是為了克服PDH的固有缺點而研究和發展起來的。它是以同步方式實現數字信號複用和構建傳輸網絡的一種通信體制。與準同步數字體系(ple-siochronous digital hierarchy，PDH)相比，SDH具有一系列優點。它不僅是一種全新的複用方式，而且是一種先進的傳輸網絡體制。基於SDH的同步數字傳輸網(簡稱SDH網)已經成為現代通信網的重要基礎之一。 ^[1] 

SDH克服了PDH的弱點，使1544Kb/s和2048Kb/s兩種PDH系列在STM-1等級上得到統一，網絡節點接口有了世界性標準。SDH採用同步複用方式和靈活的複用映射結構，可利用軟件從高速數字流中一次直接分插出低速支路的信號，上下業務方便，也簡化了DXC的實現。SDH塊狀幀結構中有佔5%的開銷比特，使網絡的運行管理、維護能力大大增強，也有利於通信網效率和可靠性的提高。SDH網還具有信息淨荷和定時透明性，可簡化網絡管理和適應在準同步環境下工作，SDH與PDH網兼容，且容納ATM信元和其他各種業務信號。SDH將取代PDH，併為實現寬帶通信提供條件。 ^[2] 

PDH的主要缺點是：①以準同步方式逐級復接，結構複雜，支路信號上、下困難;②幀結構中開銷比特較少，運行、管理和維護(OAM)能力差，只能靠人工交叉連接和停業務測試;③雖然電接口是標準的，但光接口未標準化，光路不能互通;④全世界存在三種不兼容的區域性標準，不利於國際互通。 ^[1] 

SDH的主要優點：①以同步方式按字節複用，結構簡潔明瞭，支路信號上、下方便，設備減少，功能增強;②具有強大的運行、管理和維護(OAM)能力，較方便地組織自愈網，便於提高效率、降低成本和增強可靠性;③高度標準化的光接口，加上強大的管理能力，容易實現光、電端機合一，簡化設備，加強互通性;④開放性好，既能傳送現有的大部分PDH信號，又能承載ATM等分組格式的信號，具有雙向兼容性。 ^[1] 

信號速率， ITU-T已規定了四個等級的SDH信號，記為STM-N(N= 1，4，16，64)，見表。STM-1是最基本的第1級同步傳送模塊，更高等級的STM-N信號的速率為STM-1的N倍，每個等級之間相差4倍。 ^[1] 

STM-N信號幀一般用二維矩陣表示，由(270×N)列×9行共2430×N個字節組成，每字節8比特。信號發送時從左上角開始，從左到右，自上而下，按順序傳送，每秒傳送8000幀。STM-N幀的基本結構見圖1。 ^[1] 

段開銷(section overhead，SOH)，是 STM幀結構中為了保證信息淨負荷正常靈活傳送所必需的附加字節，主要是供網絡運行、管理和維護使用的字節，包括再生段開銷(3×9N字節)和複用段開銷(5×9N字節)。對於STM-1而言，每幀有72個字節(72×8bit)可用於段開銷，也即可用於網絡運行、管理和維護目的，信息速率為4.608Mbit/s。 ^[1] 

信息淨負荷 (pay load)，是幀結構中存放承載信息的區域。但要指出的是，淨負荷區域中還包含有用於通道性能監視、管理和控制的通道開銷字節(pathoverhead，POH)。 ^[1] 

管理單元指針 (AU PTR)，是一種指示符，主要用來指示信息淨負荷的第1個字節在STM-N幀內的準確位置，以便在接收端正確地分解。 ^[1] 

SDH複用原理， 由基本模塊信號STM-1至STM-N的複用，採取同步複用並按字節間插(交織)的方式。SDH複用的難點是如何將現有的PDH信號納入同步傳送模塊。其基本方法是通過映射、定位和複用三個步驟，如圖2所示。 ^[1] 

映射，指將PDH信號送入容器C-n，經過變換處理，將PDH信號元素(比特)變為容器中位置唯一的元素(比特)，並進行必要的碼速調整和加入通道開銷等，構成虛容器VC-n。這一過程稱為映射。映射分異步映射和同步映射兩大類。SDH中，前者採用正碼速調整和正/零/負碼速調整兩種方式;後者無需速率適配，分比特同步和字節同步兩種方式。按淨負荷在高階VC內的定位方式，同步映射中又分浮動模式和鎖定模式，異步映射則僅有浮動模式。實際使用方式為：2048 kbit/s可用正/零/負碼速調整異步映射及浮動或鎖定的字節同步映射;34368 kbit/s可用正/零/負碼速調整異步映射，同步映射方式待定;139264 kbit/s只用正碼速調整的異步映射。 ^[1] 

定位，指經過映射後，VC之間已經是同步的，但是VC、TU、AU之間仍可能存在瞬時的相位或頻率差別，需要進行校準。SDH中採用指針調整技術，其基本原理是通過指針指示淨負荷在STM-N幀內的第一個字節的位置，因而淨負荷在STM-N幀內是浮動的，其相位可通過設置指針來調整或通過閲讀指針來確認。若同步映射採用鎖定模式，則無需指針定位。 ^[1] 

複用，指經過定位處理的TU可按照圖2所示的路徑，經過1～4次複用組合和AUG開銷處理，形成完全的STM-N幀。 ^[1] 

圖2 SDH一般複用結構

SDH網元，構成SDH網絡的基本單元(networkelement)，簡稱網元(NE)。關於網元的種類，ITU-T有詳細的分類和規定。總的來看，分四大類：同步數字交叉連接設備(SDXC)、分/插複用設備(ADM)、同步複用設備(MUX)和同步再生設備(REG)。除此之外，所有網元都應能與傳輸網管理系統相連，共同發揮作用，實現網管功能。 ^[1] 

同步數字交叉連接設備

同步數字交叉連接設備(SDXC) 允許接入不同等級的速率的數字信號，並對其全部或一部分進行交叉連接(半永久的交換)，或從高階信號中分出和插入低階信號。 ^[1] 

分/插複用設備

分/插複用設備(ADM) 連接兩個工作線路端口和若干個用户端口，能從線路信號中分出和插入低階信號。 ^[1] 

同步複用設備

同步複用設備(MUX) 又稱終端複用器(TM)，完成將PDH信號複用進入SDH，以及SDH低階信號和高階信號之間的復接和分接。 ^[1] 

同步再生設備

同步再生設備(REG) 完成光纖線路信號的再生中繼、再生段開銷處理以及傳輸性能監視。 ^[1] 

SDH接口主要是光接口，也有電接口。電接口只適用於STM-1，採用同軸電纜連接，最大距離約70m。光接口則能適應從低速到高速，從短途到長途等廣泛的應用場合。由於SDH的開放性要求，ITU-T已對SDH光接口做出了較為完整和嚴格的規範，以保證不同廠家生產的網元也能在光路上互通。 ^[1] 

由於SDH具有同步復接、支路分出及插入靈活、OAM能力強等優點，可以用SDXC及ADM等作為網絡節點設備，非常靈活地組成各種形式的SDH傳輸網(或SDH傳送網)。嚴格地講，傳輸網是指實體設備組成的物理網絡，而傳送網則是傳輸網信息傳送邏輯功能的集合(即邏輯意義上的網)。如不加嚴格區分，傳輸網(或傳送網)則泛指由傳輸鏈路、交叉節點以及它們的功能組合構成的整體，包括實體網和邏輯網。 ^[1] 

基於SDH的傳送網功能體系可以分解為三層：電路層、通道層和傳輸媒質層。 ^[1] 

為用户提供64kbit/s、2Mbit/s等速率的通信電路組成的網絡。電路層中的某一條電路可能通過通道層網絡中的幾個通道和傳輸媒質層網絡中的幾個段。 ^[1] 

為一個或多個電路層網絡提供信息傳送通道的邏輯網，可進一步劃分為高階通道層(VC-3、VC-4)網絡和低階通道層(VC-11，VC-12，VC-2和VC-3)網絡。SDH網的一個重要特點是能夠對通道層網絡的連接進行管理和控制。 ^[1] 

與傳輸媒質(光纜或無線)有關，支持一個或多個通道層網絡，可進一步劃分為段層網絡和物理媒質層網絡(簡稱物理層)。其中段層網絡涉及為提供通道層兩個節點間信息傳遞的所有功能;物理層網絡涉及具體的支持段層網絡的傳輸媒質，如光纜和無線。在SDH網中，段層網絡還可以再細分為複用段層網絡和再生段層網絡。複用段層網絡涉及複用段終端之間的端到端信息傳遞，諸如為通道層提供同步和複用功能並完成複用段開銷的處理和傳遞等;再生段層網絡涉及再生器之間或再生器與複用段之間的信息傳遞，諸如定幀、擾碼、再生段誤碼監視以及再生段開銷的處理和傳遞等。物理層網絡主要完成光(電)脈衝形式的比特傳送任務，與開銷無關。 ^[1] 

SDH傳送網功能體系分層模型對於理解SDH自愈網原理、分類和特點，做好通信網規劃、通信網組織和分層管理等具有指導意義。 ^[1] 

SDH網絡管理系統主要分為三層：最上層即第一層為網絡管理層(NC)，又稱網絡控制層，負責對所轄SDH全網進行監視與控制，在SDH網內可以包含多個子網，網絡管理層應具備通信管理網(TMN)所要求的主要管理應用功能;第二層為網元管理層(EM)，直接對網絡中的設備進行集中監視和操作控制，能提供諸如配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和計費管理等功能，此外還能提供一些附加管理軟件來支持財務、設備資源和維護分析等;第三層為網絡單元層(NE)，SDH的網絡單元(SNE)本身也具有一些管理功能，其基本功能包括單個網元的配置修改、故障、性能等管理功能。在實現分佈式管理的情況下，網絡管理系統通過軟件下載可使單個網元具有很強的管理功能。 ^[1]