SDH

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。在各種寬帶光纖接入網技術中，採用了SDH技術的接入網系統是應用最普遍的。SDH的誕生解決了由於入户媒質的帶寬限制而跟不上骨幹網和用户業務需求的發展，而產生了用户與核心網之間的接入"瓶頸"的問題，同時提高了傳輸網上大量帶寬的利用率。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SDH技術可以將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。 ^[2] 

SDH採用的信息結構等級稱為同步傳送模塊STM-N（Synchronous Transport Mode，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-16，四個STM-16同步複用構成STM-64，甚至四個STM-64同步複用構成STM-256；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，其中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（Regenerator 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。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而言每幀比特數為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。 ^[3] 

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如下： ^[3] 

（1）映射是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。 ^[3] 

（2）定位即是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] 

（3）複用的概念比較簡單，複用是一種使多個低階通道層的信號適配進高階通道層，或把多個高階通道層信號適配進複用層的過程。複用也就是通過字節交錯間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程，由於經過TU和AU指針處理後的各VC支路信號已相位同步，因此該複用過程是同步複用原理與數據的串並變換相類似。 ^[3] 

SDH的內容包括傳輸速率、接口參數、複用方式和高速SDH傳送網的OAM。其主要內容借鑑了1985年 Bellcore(現在的 Telcordia Technologies)向ANSI提交的 SONet( Synchronous Optical Network)建議，ITU-T對其做了一些修改，大部分的修改內容是在較低的複用層，以適應各個國家和地區網絡互連的複雜性要求。相關的建議包含在G707、G.708和G.709中。SDH設備只能部分兼容 SONet，兩種體系之間可以相互承載對方的業務流，但兩種體系之間的告警和性能管理信息等無法互通。 ^[4] 

為了支持各種業務的傳輸，SDH確定了由低速速率複用獲得高速速率，再由高速速率複用獲得更高速速率的方式來獲得各種通信速率。SDH以基本同步傳送模塊STM1為基本單元進行傳輸，其他更高的速率通過多個STM1進行復用得到。SDH確定的同步傳送信號第一級速率為STS-1(Space Transportation System)，STS-1的速率為51.840Mbps，而STS-1是由多個低速的T1、T2、T3的信號複用後得到的基本速率信號STM1，其中：T1=1.544Mbps、T2=6.312Mbps、T3= 44.736Mbps。三路STS-1再複用後送到基本同步傳送模塊STM1線路傳輸，STM1速率為3×51.840Mbps=155.520Mbps。 ^[5] 

（1）SDH傳輸系統在國際上有統一的幀結構數字傳輸標準速率和標準的光路接口，使網管系統互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與現有的PDH完全兼容，並容納各種新的業務信號，形成了全球統一的數字傳輸體制標準，提高了網絡的可靠性。 ^[4] 

（2）SDH接入系統的不同等級的碼流在幀結構淨負荷區內的排列非常有規律，而淨負荷與網絡是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實現了一次複用的特性，克服了PDH準同步複用方式對全部高速信號進行逐級分解然後再生複用的過程，由於大大簡化了DXC，減少了背靠背的接口複用設備，改善了網絡的業務傳送透明性。 ^[4] 

（3）由於採用了較先進的分插複用器（ADM）、數字交叉連接（DXC）、網絡的自愈功能和重組功能就顯得非常強大，具有較強的生存率。因SDH幀結構中安排了信號的5%開銷比特，它的網管功能顯得特別強大，並能統一形成網絡管理系統，為網絡的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網絡的維管費和生存能力起到了積極作用。 ^[4] 

（4）由於SDH多種網絡拓撲結構，它所組成的網絡非常靈活，它能增強網監，運行管理和自動配置功能，優化了網絡性能，同時也使網絡運行靈活、安全、可靠，使網絡的功能非常齊全和多樣化。 ^[4] 

（5）SDH有傳輸和交換的性能它的系列設備的構成能通過功能塊的自由組合，實現了不同層次和各種拓撲結構的網絡，十分靈活。 ^[4] 

（6）SDH並不專屬於某種傳輸介質，它可用於雙絞線、同軸電纜，但SDH用於傳輸高數據率則需用光纖。這一特點表明，SDH既適合用作幹線通道，也可作支線通道。例如，我國的國家與省級有線電視幹線網就是採用SDH，而且它也便於與光纖電纜混合網(HFC)相兼容。 ^[4] 

（7）從OSI模型的觀點來看，SDH屬於其最底層的物理層，並未對其高層有嚴格的限制，便於在SDH上採用各種網絡技術，支持ATM或IP傳輸。 ^[4] 

（8）SDH是嚴格同步的，從而保證了整個網絡穩定可靠，誤碼少，且便於複用和調整。 ^[4] 

（9）標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現橫向兼容，降低了聯網成本。 ^[4] 

（1）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），這是由於在SDH的信號——STM-N幀中加入了大量的用於OAM功能的開銷字節，這樣必然會使在傳輸同樣多有效信息的情況下，只有當PDH信號是以140Mbit/s的信號複用進STM-1信號的幀時，STM-1信號才能容納63×2Mbit/s的信息量，但此時它的信號速率是155Mbit/s，速率要高於PDH同樣信息容量的E4信號（140Mbit/s），也就是説STM-1所佔用的傳輸頻帶要大於PDH E4信號的傳輸頻帶。 ^[6] 

（2）指針調整機理複雜

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，指針的作用就是時刻指示低速信號的位置，以便在“拆包”時能正確地拆分出所需的低速信號，保證了SDH從高速信號中直接下低速信號的功能的實現。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。 ^[6] 

（3）軟件的大量使用對系統安全性的影響

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。這樣系統的安全性就成了很重要的一個方面。所以設備的維護人員必須熟悉軟件，選用可靠性較高的網絡拓撲。 ^[6] 

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。 ^[7] 

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-N(N=4,16,64)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。 ^[7] 

現如今，同步數字體系技術應用十分廣泛，在全世界的中國移動、電信、聯通、廣電等電信運營商都在採取同步數字體系技術，大範圍的應用在世界各地當中。大範圍的應用此種技術來去使很多業務更加便捷的出租給各大企業或者是事業單位中。而現如今很多網絡企業都使用了同步數字體系技術，構建出屬於自身企業所才能應用到的體系技術，來吸引更多的業務，使自己在行業中站穩腳跟。例如就向電力系統，在現代大規模的應用同步數字體系技術，使其可以對企業中的數據、遠控、視頻、語音等業務提高業績。 ^[9] 

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。 ^[8] 

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。 ^[8] 

從技術上來看，接入層的相對帶寬需求較小，需要提供Ethernet、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Ethernet 、ATM 傳送與處理的系統（包括TDM、Ethernet與ATM接口，甚至包括Ethernet 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 、Ethernet 等業務的接入、傳送和保護。 ^[8] 

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。 ^[8] 

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（Packet 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。 ^[8]