SDH技术及其在高速公路联网中的应用 - 工业/测控 - 电子工

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SDH是一种高速的光纤数据传输系统，他能以1～10Gb／s以上的速度传输数据。主要应用于高速、大规模的骨干网络互联以及电信系统的骨架构造，例如高速公路广域网络或PSTN的构造等。由于SDH与SONET区别不大(SONET标准是为美国和加拿大规定的，而SDH规范则是对欧洲和其他国家的)，本文在介绍SDH／SONET时，将根据具体情况进行2种体系的不同取舍。

1 SDH传输网络结构

现代高速网络是由干线、区域、局域网络连接组成。他是将图像、声音、文字和数据等信息转化成数字信号在光纤干线上传输，由切换技术再送到电话或电缆上，最终送到用户。图1给出了SDH传输网络拓扑结构示意图。其中，干线网络和区域网络拓扑结构为"格线"，而局域网为"环型"网络拓扑结构。

2 SDH协议栈

现在的异步宽带网是在特定基础上发展起来的，即建造、运行和维护的问题必须单独解决，这就导致了过于复杂的网络结构，网络的运行、维护和扩展都很困难。SONET标准化小组通过定义分层结构找到了解决方法。而且在SONET中为了地管理信息，是在字节级接人信息而不是像异步系统一样在比特级接人。每层独立地处理层间通信，并对整个链路的一部分进行管理。SDH／SONET的惟一例外是用于运行和维护的开销字节。他们按要求从低层向高层传送信息。

图2描述了SDH／SONET中的不同层和他们的相互作用。SDH／SONET各层间有一种层次关系，即从通道层开始，每层都请求他的所有低层的服务以完成他自身的功能。




从下往上，每层都建立在低层提供的服务上。这4层是：光层、段层、线路层及通道层。

(1)光层

光层提供高效率的光传输。该层处理的问题包括光脉冲传输，收发电子和工作波长。电一光设备在这一层进行通信。光层的主要功能是电信号到光信号的转换和STS-n／STM-n到光OC-n的映射。映射的原因是高层以电的形式完成功能，而物理传输系统却是用光纤的。

(2)段层

段层处理STS-n／STM-n帧在物理媒质上的传输。其功能包括帧定位、扰码、段差错监视和通信附加的段开销。一般传输设备包括一个终端物理单元和中继器之间或2个中继器之间的终端点。


(3)线路层

线路层在物理媒质上进行通道层的净荷和自身开销的可靠传送。线路层为通道层提供同步和复用。一条线路是指在连续的物理单元之间传送信息的传输媒质。这2个网络单元一个发出线路信号，一个终止线路信号，这些网络单元称为终端单元，因为信号在此终止。

(4)通道层

通道层处理通道终端设备(PTE)之间的业务。其主要功能是把通道开销业务映射到线路层要求的STM同步净荷格式。通道开销用指针标识STM-1或STM-3信号的起始点。

3 SDH帧

图3表示基本速率为155．520 Mb／s的基本SDH帧结构。同步传输系统的概念为了满足电信网的要求，已经超出了点到点传输系统的基本要求。因此，SDH／SONET可用于所有3种传统的网络应用(语音、图像和数据)。


从图3可以看出，最低级的SDH帧是STM-1，他由9行270列构成，共2 430 B。传输该帧的周期是125／ls，所以速率是155．520Mb／s。他被分为不同的部分来完成各自特定的功能：传输开销(TOH)、段开销(SOH)、线路开销(LOH)、通道开销(POH)、STS同步净荷(SPE)及净荷包封。

(1)传输开销

图3中STM的头3列是传输开销(TOH)，他是留给传送信息用的。给TOH安排了27B，其中9，b留给段开销(SOH)，18B留给线路开销。

(2)段开销

段开销包含只有段单元(如中继续器)才需要的信息。段开销信息由通常位于2个SDH传输单元间的端终端点处理。段开销可以提供的功能有：STM-1帧定位检测、段运行监视和故障隔离、用于OAM的数据通信通路及用于维护人员话音通信的通路。

(3)线路开销

线路开销包括线路终端真需要的信息。他可提供的功能包括：STM净荷指针、线路性能监视和信号性能检测、自动保护倒换(APS)信令通路(双向)、用于告警采集、远端监视和其他OAMP的数据通路及用于维护人员话音通信的通路。

(4)通道开销

通道开销是安排给净荷并与其一起传送知道净荷解复用。POH由净荷包封携带，支持净荷从SDH网入口点到出口点的传送。对于每个净荷都有一个答应的POH。POH执行以下功能：对于净荷在通路终端单元之间的传输是十分必要的；监视净荷的端到端传输和传输性能、确认正确连接、标识净荷类型及提供用于传送业务提供者信息的用户通路。

(5)净荷包封

净荷包封是STM帧内分配以来传送STMSPE的带宽。他可由几个STM-1组成以传送更高带宽的净荷。STMSPE由9行261列组成，用于存放净荷和通道开销。第l列容纳STM通道开销，其余260B用于传送实际新鲜。STMSPE可以从STM包封内的任何地方开始(可以始于一帧而结束于另一帧)。

4 SDH技术在高速公路联网中的应用方案

在各种宽带光纤网络应用中，采用SDH技术作为骨干网络的基础平台是最普遍的。这种系统可称之为有源光接人，主要是为了与基于无源光网络(PON)的接人系统相对比。有数字表明：目前55％到用户的光纤采用的是SDH技术，在2年内将有73％连到用户的光纤采用SDH技术。SDH技术自从20世纪20年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，而且价格越来越低。在接入网中应用SDH技术，可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带人接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来的好处，在接入网的建设发展中长期受益。

在现行的高速公路通信系统中，仍采用的是SDH+光接入网的方式。而作为IP网络的接入网应用，SDH提供了最新的IP业务支持。这种新型SDH设备配备了WAN及LAN的数字接口，将SDH技术与低成本的LAN技术相结合，提供灵活带宽，解决了SDH支路接口及其净负荷能力与局域网接口不匹配的问题，主要面向商业用户和公司用户，提供透明LAN互联业务和ISP接人，很适合目前数据业务高速发展的需求。

由于在现行的高速公路SDH传输设备中，承载的主要数据类型依然是电话系统。根据电话容量，我们不难算出电话信道对于SDH链路的有效应用通常不大于10％，有的甚至于仅有1％。我们在很多业务数据、语音、图像苦于无法远程获得的情况下，这种状况的存在显然极不合理。
应该认识到，无论从高速路的光纤资源，还是到高速路的链路资源都有着不小的空闲和浪费。诚然如前面所述，现行的高速路纷纷由SDH设备中辟出多路2Mb／s数据接口，来接驳数据路由器。但这只是一种权宜之计，并将可能面临以下2个严峻的问题：

(1)2Mb／s数据仅能将收费数据进行实时传输，无法传输语音与图像数据，通道不能有效共用，依然要为图像传输寻找专门通道。

(2)多路2 Mb／s的划分，将会在SDH 155-622Mb／s的主干上划出N个定制窄带的2Mb／s，使得资源无法相互利用与借鉴。这恰如在50m宽的高速路上硬生生地分出10个相互隔绝的5m宽车道，已失去了高速公路的基本优势。

事实上，SDH系统的建设不应仅就是PSTN的传输平台，而应是交通信息工程的综合应用平台。根据ISO／OSI的网络协议分析并将SDH作为广域网络的链路底层，可以采用以下渐进方式：

(1)在SDH之上直接复接2类设备：程控交换机，用于实现基于电路交换的PSTN电话网络；宽带高速率接人的ATM交换机或IP路由器，用于实现综合数据的集中接人和传输。如图4所示。



(2)当光传送网或高速广域网络技术成熟以后，可直接将ATM，DPT，千兆网，IPOS等架构于光纤之上，并将数据与电话系统同步接人。如图5所示。