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同步數字體系

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同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy, SDH）是一種光纖通信系統中的數字通信體系。它是一套新的國際標準化協議，使用由發光二極管發出的激光或高相關光束，通過光纖同步傳輸複用數字碼流。
中文名
同步數字體系
外文名
Synchronous Digital Hierarchy
性    質
數字體系
提出時間
1988年

目錄

  1. 1 基本概念
  2. 2 發展歷史
  3. 3 主要原理
  4. ▪ SDH幀結構
  1. ▪ 幀傳輸速率
  2. ▪ 複用過程
  3. 4 技術特點
  4. ▪ 優點
  1. ▪ 缺點
  2. 5 主要應用
  3. 6 發展前景

同步數字體系基本概念

SDH技術與光纖技術或微波技術結合起來形成的同步數字傳輸網是一個融復接、線路傳輸及交換功能於一體由統一網管系統管理操作的中和信息網絡，可實現網絡有效管理、動態網絡維護、業務運行時的功能監視等，有效地提高了網絡資源的利用率，因此是當今世界信息領域在傳輸技術方面的發展和應用的熱點，受到人們的廣泛重視。

同步數字體系發展歷史

SDH技術的誕生有其必然性，隨着通信的發展，要求傳送的信息不僅是話音，還有文字、數據、圖像和視頻等。加之數字通信和計算機技術的發展，在70至80年代，陸續出現了T1(DS1)/E1載波系統(1.544/2.048Mbps)、X.25幀中繼、ISDN(綜合業務數字網) 和FDDI(光纖分佈式數據接口)等多種網絡技術。隨着信息社會的到來，人們希望現代信息傳輸網絡能快速、經濟、有效地提供各種電路和業務，而上述網絡技術由於其業務的單調性，擴展的複雜性，帶寬的侷限性，僅在原有框架內修改或完善已無濟於事。SDH就是在這種背景下發展起來的。
美國貝爾通信研究所於1985年提出同步光網絡（Synchronous Optical Network, SONET）的概念和相應的標準，並於1986年成為美國數字體系的·新標準。國際電信聯盟標準部（ITU-TS）的前身國際電報電話諮詢委員會（CCITT）於1988年接受SONET概念並與美國國家標準化協會（ANSI）的T1委員會達成協議，將SONET修訂後重新命名為同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy, SDH），使之適應於歐美兩種數字體系，並統一於一個傳輸架構之中。這就是由準同步數字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH）發展到同步數字體系的過程。
SDH技術自從90年代引入以來，至今已經是一種成熟、標準的技術，在骨幹網中被廣泛採用，且價格越來越低，在接入網中應用可以將SDH技術在核心網中的巨大帶寬優勢和技術優勢帶入接入網領域，充分利用SDH同步複用、標準化的光接口、強大的網管能力、靈活網絡拓撲能力和高可靠性帶來好處，在接入網的建設發展中長期受益。
同步數字體系 同步數字體系

同步數字體系主要原理

同步數字體系SDH幀結構

SDH採用的信息結構等級稱為同步傳送模塊STM－N（Synchronous Transport，N=1，4， 16，64），最基本的模塊為STM－1，四個STM－1同步複用構成STM－4，16個STM－1或四個 STM－4同步複用構成STM－16。
SDH採用塊狀的幀結構來承載信息，每幀由縱向9行和橫向 270×N列字節組成，每個字節含8bit，整個幀結構分成段開銷（Section OverHead，SOH）區、STM－N淨負荷區和管理單元指針（AU PTR）區三個區域。
  • 段開銷區：主要用於網絡的運行、管理、維護及指配以保證信息能夠正常靈活地傳送，它又分為再生段開銷（Rege nerator Section OverHead, RSOH）和複用段開銷（Multiplex Section OverHead, MSOH）；
  • 淨負荷區：用於存放真正用於信息業務的比特和少量的用於通道維護管理的通道開銷字節；
  • 管理單元指針區：用來指示淨負荷區內的信息首字節在STM－N幀內的準確位置以便接收時能正確分離淨負荷。
STM-1幀結構 STM-1幀結構

同步數字體系幀傳輸速率

SDH的幀傳輸時按由左到右、由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸，每幀傳輸時間為125μs，每秒傳輸1/125×1000000幀，對STM－1而言每幀字節為8bit×（9×270×1）=19440bit，則STM－1的傳輸速率為19440×8000=155.520Mbit/s；而STM－4的傳輸速率為4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM－16的傳輸速率為16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit/s。如下表所示：
SDH幀等級
負載帶寬 (Kbit/s)
傳輸速率 (kbit/s)
STM-0
50112
51,840
STM-1
150336
155,520
STM-4
601344
622,080
STM-16
2405376
2,488,320
STM-64
9621504
9,953,280
STM-256
38486016
39,813,120

同步數字體系複用過程

SDH傳輸業務信號時各種業務信號要進入SDH的幀都要經過映射、定位和複用三個步驟：
  1. 映射：是指將各種速率的信號先經過碼速調整裝入相應的標準容器（C），再加入通道開銷 （POH）形成虛容器（VC）的過程，幀相位發生偏差稱為幀偏移；
  2. 定位：是指將幀偏移信息收進支路單元（TU）或管理單元（AU）的過程，它通過支路單元指針（TU PTR）或管理單元指針（AU PTR）的功能來實現；
  3. 複用：是指將多個低價通道層信號通過碼速調整使之進入高價通道或將多個高價通道層信號通過碼速調整使之進入複用層的過程。

同步數字體系技術特點

同步數字體系優點

  1. 國際統一的數字傳輸標準STM-N
  2. 光SDH 同步數字體系使1.5 Mbit/s和2 Mbit/s兩大數字體系（三個地區性標準）在STM-1等級以上統一。今後，數字信號在跨越國界通信時，不需要轉換成另一種標準，第一次真正實現了數字傳輸體制上的世界性標準。
  3. 採用同步複用方式和靈活的複用映射結構，具有廣泛的適應性
  4. 同步複用和映射方法是SDH最有特色的內容之一，它使數字複用由PDH固定的大量硬件配置轉變為靈活的軟件配置。
  5. 安排有豐富的開銷比特用於網絡的操作管理和維護
  6. SDH幀結構中安排有豐富的段開銷比特，約佔用整個幀結構的所有容量的1/20，應用段開銷比特，除了可完成傳輸網的性能監控、分層管理、告警分析和故障定位，而且還用進一步擴展的餘地。
  7. 統一的標準光接口
  8. 由於將標準光接口綜合進各種不同的網元，減少了將傳輸和複用分開的需要，從而簡化了硬件，緩解了佈線的擁擠。例如網元有了標準光接口後，光纖可直通到DXC，省去了單獨的傳輸和複用設備，以及又貴又不可靠的人工數字配線架。此外，有了標準光接口信號和通信協議後，使光接口成為開放性接口，還可以在基本光纜段上實現橫向兼容，滿足多廠家產品環境要求，降低了聯網成本。
  9. 採用軟件進行網絡配置管理和控制，便於擴展
  10. SDH網大規模採用軟件控制和將業務量集中在高速鏈路和交叉連接點上，軟件幾乎可以控制網絡中所有交叉連接設備和複用設備。

同步數字體系缺點

  1. 系統的有效性低
  2. 有效性和可靠性是一對矛盾，增加了有效性必將降低可靠性，增加可靠性也會相應的使有效性降低。SDH的一個很大的優勢是系統的可靠性大大的增強了（運行維護的自動化程度高）。
  3. 指針調整機理複雜
  4. SDH體制可從高速信號中直接下低速信號，省去了多級複用/解複用過程。而這種功能的實現是通過指針機理來完成的，可以説指針是SDH的一大特色。但是指針功能的實現增加了系統的複雜性。最重要的是使系統產生SDH的一種特有抖動－－由指針調整引起的結合抖動。這種抖動多發於網絡邊界處，其頻率低，幅度大，會導致低速信號在拆出後性能劣化，這種抖動的濾除會相當困難。
  5. 軟件的大量使用對系統安全性的影響
  6. SDH的一大特點是OAM的自動化程度高，這也意味軟件在系統中佔用相當大的比重，這就使系統很容易受到計算機病毒的侵害，特別是在計算機病毒無處不在的今天。另外，在網絡層上人為的錯誤操作、軟件故障，對系統的影響也是致命的。

同步數字體系主要應用

由於以上所述的SDH的眾多特性，使其在廣域網領域和專用網領域得到了巨大的發展。中國移動、電信、聯通、廣電等電信運營商都已經大規模建設了基於SDH的骨幹光傳輸網絡。利用大容量的SDH環路承載IP業務、ATM業務或直接以租用電路的方式出租給企、事業單位。而一些大型的專用網絡也採用了SDH技術，架設系統內部的SDH光環路，以承載各種業務。比如電力系統，就利用SDH環路承載內部的數據、遠控、視頻、語音等業務。
而對於組網更加迫切、而又沒有可能架設專用SDH環路的單位，很多都採用了租用電信運營商電路的方式。由於SDH基於物理層的特點，單位可在租用電路上承載各種業務而不受傳輸的限制。承載方式有很多種，可以是利用基於TDM技術的綜合複用設備實現多業務的複用，也可以利用基於IP的設備實現多業務的分組交換。SDH技術可真正實現租用電路的帶寬保證，安全性方面也優於VPN等方式。在政府機關和對安全性非常注重的企業，SDH租用線路得到了廣泛的應用。一般來説，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-5等接口，完全可以滿足各種帶寬要求。同時在價格方面，也已經為大部分單位所接受。

同步數字體系發展前景

SDH作為新一代理想的傳輸體系，具有路由自動選擇能力，上下電路方便，維護、控制、管理功能強，標準統一，便於傳輸更高速率的業務等優點，能很好地適應通信網飛速發展的需要。迄今，SDH得到了空前的應用與發展。在標準化方面，已建立和即將建立的一系列建議已基本上覆蓋了SDH的方方面面。在幹線網和長途網、中繼網、接入網中它開始廣泛應用。且在光纖通信、微波通信、衞星通信中也積極地開展研究與應用。
近些年，點播電視、多媒體業務和其他寬帶業務如雨後春筍般紛紛出現，為SDH應用在接入網中提供了廣闊的空間。SDH技術應用於接入網的好處是：
  1. 對於要求高可靠、高質量業務的大型企事業用户，SDH可以提供較為理想的網絡性能和業務可靠性。
  2. 可以將網管範圍擴展至用户端，簡化維護工作。
  3. 利用SDH固有靈活性，可使網絡運營者更快、更有效地提供用户所需的長期和短期業務需求。
從技術上來看，接入層的相對帶寬需求較小，需要提供IP、TDM，可能還有ATM等綜合業務傳送。以SDH 系統為基礎並能夠提供IP 、ATM 傳送與處理的系統（包括TDM、IP與ATM接口，甚至包括IP 和ATM 交換模塊）將是解決接入層傳送的主要方法，這種方式可廉價地在一個業務提供點（POP）上提供高質量專線、ATM 、IP 等業務的接入、傳送和保護。
隨着骨幹傳輸容量不斷增大，城域傳輸網絡的接入能力也多樣化。但以IP為主的網絡業務仍然是不可預知的，這需要傳輸網絡具有更好的自適應能力，而這種自適應能力不僅僅是網絡接口或網絡容量的適應能力，而且要求網絡連接的自適應能力。總的來説，低成本、靈活快速的完成運營商端局到用户端的業務接入和業務收斂是對未來城域網接入系統的主要需求。
簡單地講，這種採用SDH傳輸以太網等多種業務的方式就是將不同的網絡層次的業務通過VC級聯的方式映射到SDH電路的各個時隙中，由SDH網絡提供完全透明的傳輸通道，從物理層的設備角度上看是一個集成的整體。這種解決方案可以大幅度地降低投資規模，減少設備佔地面積，降低功耗，進而降低網絡運營商的運營成本。同時，提供多業務的能力還可以使網絡運營商能夠快速地部署網絡業務，提高業務收入，增強市場競爭能力。
綜上所述，SDH以其明顯的優越性已成為傳輸網發展的主流。SDH技術與一些先進技術相結合，如光波分複用（WDM）、ATM技術、Internet技術（IP over SDH）等，使SDH網絡的作用越來越大。SDH已被各國列入21世紀高速通信網的應用項目，是電信界公認的數字傳輸網的發展方向，具有遠大的商用前景。