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[Sonet/SDH] SDH与SONET的异同 [复制链接]

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发表于 2004-5-29 21:57:00 |显示全部楼层

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编者按:SDH和SONET是同步传输体制的两种标准,电信部门在设备引入时应注意这两种标准的异同;提供国际业务的企业还可能遇到这两种标准的系统互通问题,为此本刊特邀光纤传输领域的专家邬贺铨先生撰文,从系统速率、复用结构、净荷类型、通道指针、段开销字节、通道开销字节、维护告警判据、时钟性能等方面对SDH与SONET进行了比较,指出了它们的不同之处,最后说明了SDH 与SONET互通需注意的问题。
主题词:同步数字系列,同步光网络

同步光网络(SONET)是美国于80年代中期提出的,并被定为美国国家标准(ANSI.T1.105)。受SONET的启发,国际电信联盟(ITU)于1988年开发了同步数字系列(SDH)的第一套建议(G.707~G.709),到现在SDH建议已有10多个,世界上绝大多数电信传输设备制造厂商都从准同步数字系列(PDH)转向生产SDH或SONET设备。其中一些厂家只生产SDH设备,另一些厂家只生产SONET设备,少数厂家两种设备都生产。一般来讲,生产厂家注意SDH与SONET的共性,但网络运营者则更多注意到这两者的差别并考虑它们的互通问题。一些国家已决定作为今后只选用SONET传输系统,另一些国家则明确选用SDH,到目前为止还没有一个国家或一个电信运营企业同时选用这两种体制的传输系统,但在国际通信中SDH与SONE T的互通则是不可避免的。
SONET与SDH的差异可以溯源于PDH中T1(1.544Mbit/s)和E1(2.048Mbit/s)两大系列的不同。SONET的提出是基于北美的PDH环境(T1系列),开发之初并没有考虑兼容欧洲PDH(E1系列)。SDH的开发虽然是在SONET概念的基础上导出的,但它兼容了T1与E1两大系列,并作出一些改进。因此可以说SONET与SDH是相似的,但并不是相同的。尽管不同的方面并不太多,而且近年来SONET与SDH的标准各自都有一些修改,有靠拢的趋势。如已注意到能兼容时尽量兼容,但不同之处仍然存在且足以影响到直接互通。主要的不同之处体现在系统速率、复用结构、映射支路的速率、开销的定义与用法、性能判据等方面,此外术语也有所不同。
1        系统比特率
网络节点接口(NNI)处SONET与SDH的传输比特率。SONET考虑将45Mbit/s映射接入作为基础,第一级同步传送信号(STS-1)定在51.84Mbit/s,起点速率较低。SDH则考虑映射接入140Mbit/s为基础,将第一级同步传送模块(STM-1)速率定为155.52Mbit/s,相当于STS-3,其起点速率较高。SDH的级速率成4倍增长,分级数较少;而SONET中相邻级的速率成2、3、4倍关系不等,分级较细。考虑到原有的PDH中小容量无线和卫星传输系统也可能要向SDH方向过渡,它们的带宽不足以传输STM-1信号,因此近年在SDH建议中已明确可以将51.84Mbit/s作为中小容量卫星与无线SDH系统的数字段接口速率,但不作为一个SDH级别或NNI的速率。下面为了方便起见,将51.84Mbit/s暂且称为STM-0,它对应于STS-1。
2        复用结构
VT1.5SPE(1.5Mbit/s虚支路净荷包络)相当于虚容器VC11,VT1.5(1.5Mbit/s虚支路)相当于支路单元TU11,VTG(虚支路组)相当于支路单元组TUG-2。VT2 SPE与VT2则分别对应VC12与TU12。VT3 SPE与VT3在SDH中无对应物。VT6 SPE与VT6分别对应VC2与TU2。STS-1 SPE与STS-3 SPE分别 对应VC3与VC4。 SONET与SDH所支撑的净荷类型有所不同,SONET支撑DS1C(3152kbit/s),而SDH不支撑;SDH支撑34Mbit/s,但SONET中未包含。
还需要指出ITU-T建议的SDH复用结构。很多国家所选用的则只是这一标准中的一个子集,例如我国选用AU-4复用路线而不选用AU-3,也不支撑6Mbit/s的映射,从这个意义上说与SONET的差异更大一些。从上述可以注意到,SONET对每一种净荷类型只提供一种复用路线,它对应于基于AU-3的SDH方式,而SDH复用结构是欧洲与北美的PDH系列的折衷产物,它对除140Mbit/s以外的净荷类型都提供两种复用路线,即基于AU-3与基于AU-4两种方式。这一差别是导致SONET与SDH不兼容的重要因素。基于AU-4的SDH不可能与SONET的STS-N直接互通。基于AU-3的SDH与SONET在开销方面也有很多的不同之处,这为互通带来了困难。
还需说明一点,SONET中STS-1本身是不能支撑140Mbit/s映射的,但可以采用级联的办法即3个STS-1的SPE并路构成STS-3C来支撑装入140Mbit/s信号,它看上去象STS-3,但仅有一组通道开 销(POH)而不是象STS-3那样有3组POH(每组对应一个STS-1)。类似地可以有STS-12C用以支撑599.040Mbit/s的异步转移模 式(ATM)信号(其接口比特率为622Mbit/s)。
3        净荷类型
归纳了SONET与SDH所能支撑的净荷映射,*号标志出不兼容的净荷类型。
4        高阶通道指针
在STM-1帧结构中设置了指针调整用字节,对基于AU-3的方式共有“H1H1H1H2H2H2H3H3H3”9个字节,每一组H1H2H3对应一组TU3;对基于AU-4方式,这9个字节是“H1YYH211H3H3H3”,其中Y为“1001SS11”,1为全“1”字节。H1的第7~8比特与H2整个字节共10比特组成指针(PTR),用其二进值指示最后一个H3字节与所载净荷的第一个字节的偏移,偏移量计数以一个字节(对AU-3)和3个字节(对AU-4)为单位,当PTR为全“1”时则表示级联(CI)。H3字节作为负调整位置。H1的第1~4比特称为新数据标志(NDF),它的使能状态(“1001”)表示本帧的指针值与前一帧无关。H1的第5~6比特称为SS比特,用于指示净荷的规模。在SDH中SS的默认值为“10”,它表示净荷为AU-4或TU-3。需要指出对基于AU-4的SDH,仅第1个H1的SS为“10”,等效第2和第3个H1(即YY)中的SS可随意。SONET的STS-1中H1H2H3的用法类似于基于AU-3的SDH,但SS比特用法不同,其默认值为“00”,对STS-3C,第1个H1的SS比特可随意,第2和第3个H1的SS为“00”。

5        段开销(SOH)
为方便比较,示出了STS-3与基于AU-3的STM-1、STS-3C 与基于AU-4的STM-1的SOH对比情况,*号标志的是仅SONET有而SDH不具有的字节,同时还示出POH。
5.1        C1字节
在SDH中C1字节原用作STM-1序号识别符,设置在再生段开销(RSOH)内但并不要求再生器对C1进行处理,而且在STM-N信号中仅对应第一个STM-1的C1才需要表示序号,与序号为n(n≠1)的STM-1对应的C1字节无需使用,其内容不作规范,也可供国内使用。SONET中也用C1作为STS-1的序号识别符,但STS-3帧中的3个C1都需要使用,分别表示对应的STS-1序号。
ITU-T从1993年1月起同意将SDH帧中第1个C1字节重新命名为 J0以提供段轨迹(Regenerator Section Trace)功能, 其它的C1字节则被重新命名为Z0,其用途待定。ANSI在1993年5月暂 定将SONET帧中的C1用于段轨迹功能。段轨迹字节用于载送再生段的编号, 以便于网络运营者的管理。但对于段轨迹字节应采用何种编号方案,SONET与SDH仍然是不一致的,SDH的J0字节可能需与下面将要说到的J1字节有同 样的编号方案,即在国际边界上须采用类似电话网的编号方式(建议E.164方 式),而SONET则使用64字节的自由格式脉串。
5.2        E1字节
E1属RSOH字节,它提供再生器之间或再生器与终端复用器(TM)之间 的64kbit/s业务通路。在SDH中明确这是采用A律或μ律编码的PCM 话音通路,在SONET中尚未明确E1字节是否采用PCM编码及何种码律。
5.3        F1字节
F1字节也是RSOH,在SDH中将F1留作使用者通路,即可为特定维护 目的提供临时数据/话音通路连接。在SONET中这一字节的使用是任选的,有 些SONET设备将此字节用于传送维护管理信息。
5.4        K2字节
K2字节属于复用段开销(MSOH),它的前4比特(第1~4比特)用于对K1后4比特(即第5~8比特,指示请求自动保护倒换(APS)的通道号) 的响应。在SONET中被称为源节点识别,在SDH中称为通道编号。K2的第5比特在SONET中指示环网APS配置类型,“0”表示短通道码,“1”表 示长通道码,在SDH中表示复用段保护MSP制式类型,1+1保护为“0”,1∶N为“1”。
5.5        Z1字节
MSOH中第1个Z1字节的后4比特(第5~8比特)用于传送同步状态消息,即指示时钟质量级别。在SDH中已重新命名第1个Z1字节为S1,在SONET中也用作同样用途但仍称为Z1。其它Z1字节则留待今后国际标准化。
5.6        Z2字节
MSOH中第3个Z2字节在SDH中重新命名为M1,作为段远端误码块( FEBE)指示。它将本端从BIP-24N检出的误码块值传送给对端。在SONET中尚未明确是否需要复用段误码块对告指示,只明确SONET的STS-3C或STS-12C系统用于传送B-ISDN信号时,Z2可用于B-ISD N用户网络接口(UNI)的FEBE。
5.7        E2字节
MSOH中E2字节在SDH中被定义为TM间话音业务通信用字节,规定使 用A/μ律PCM编码,码律的转换需按建议G.802的规定。在SONET中并不强制使用E2字节,该字节可用于任选的功能。
6        通道开销(POH)
6.1        J1字节
J1字节是高阶POH的一部分,在SONET中称为通道轨迹,在SDH中 则称为通道接入点识别符(API),都是用于传送通道编号以便收端能够辨明发端。但关于API的帧格式,SDH与SONET不同。在SONET中以64字节脉串的自由格式传送通道轨迹并重复发送。在SDH中J1字节在国内可使用64字节自由格式或16字节的E.164编号格式(即将数字通道以类似电话网的编号方式来编号),当通道跨越国际边界时,则必须采用E.164编号格式。将 E.164的16字节格式重复4次则可在64字节格式中传送。
6.2        B3字节
B3属高阶POH,被称为高阶通道误码监视字节(BIP-8)。在SONET中,B3是对扰码前的上一帧的STS SPE所有比特(包括固定插入字节) 进行奇偶校验BIP-8计算得到的,而SDH则是对扰码前的上一帧的VC3或VC4的所有比特进行BIP-8计算得到的,VC3或VC4与STS SPE 的区别是,它们不包括固定插入字节。为了达到SDH与SONET互通的目的,要求每个AU-3中固定插入的两行(第30行与第59行)的每一列的字节对应 相同,即SONET的偶校验结果与SDH一样,但由于SONET的B3所覆盖 的对象较SDH多两行(固定插入的两行),因此SONET中B3检出误码的概率要比SDH大一些。
6.3        Z3字节
Z3属高阶POH,在SONET中被称为增长字节,可用于将IEEE 802.6的市域网分布队列双总线(MAN DQDB)映射进SONET。 在SDH中,Z3被称为通道使用者通路(相当于F2),被分配用于通道元之间的使用者通信,它与净荷类型有关。
6.4        Z4字节
Z4是高阶POH中的一个字节。在SONET中Z4是备用字节,在SDH中Z4原来也是备用字节,但在1994年5月ITU-T第15组已建议将Z4重新命名为K3,其中前4比特用于传送高阶通道保护用的APS指令,后4比特 暂作备用。
6.5        Z5字节
Z5也是高阶POH字节。在SONET中,规定Z5用于串联连接监视,其中前4比特用于传送输入误码计数值(IEC),后4比特作为通信通路。在SDH中,将Z5称为网络操编辑字节,可用于特定维护目的。当将Z5用于串联连接 监视时,被称为串联连接开销(TCOH),其前4比特与SONET中Z5用途 相同,在串联连接的第1个VC中Z5的后4比特用作端对端数据链路,可采用LAPD规程,其余VC的Z5中后4比特则作为备用。
6.6        J2字节
J2字节位于低阶POH。在SDH中,称J2为低阶VC的通道轨迹识别符,就象J1那样,建议采用E.164编号格式对低阶通道接入点编号。在SONET中尚未规范J2字节的用途。
6.7        Z6字节
在SDH中,规定Z6作为低阶通道串联连接监视,类似于高阶POH中的Z 5。在SONET中,Z6作为备用字节。
6.8        Z7字节
Z7原为低阶POH的备用字节。在1994年5月ITU-T SG15建 议将Z7重新命名为K4,其中前4比特传送低阶通道保护用APS指令,后4比 特备用。在SONET中,整个Z7用途待定。
6.9        V5字节
在SDH与SONET中,都将V5作为低阶通道POH,其中第1、2比特 作为比特交错奇偶校验(BIP-2),第3比特向对端指示误码块(REI), 第4比特为远端故障指示(RFI),第5~7比特作为信号标签,第8比特为远 端缺陷指示(RDI)。   BIP-2共2比特,其第1、2比特分别是前一帧低阶通道所有字节的奇数 比特和偶数比特的偶校验结果,校验的对象包括Z6字节。由于SDH使用 Z6字节作为IEC,即当串联连接时远端通过BIP-2检到输入通道有误码时,将改写Z6字节(用Z6来传送IEC),为了不影响BIP-2所实现的端对端 性能监视,在Z6被写入IEC后,相应地要修改V5前两比特中所载的BIP-2值。SONET中不使用Z6作为IEC,即SONET无需改写BIP-2值。

7        维护告警判据
7.1        帧定位与失位判据
在SONET中,定义了严重误码帧(SEF)。如果帧定位码语(A1、A2字节)上连续4帧均出现误码,则从这第1帧开始就进入SEF。只有当连续两 帧在帧定位码语上不再检到误码才离开SEF。如果SEF持续3ms,则认为发 生“失步(OOF)”,如果OOF持续2.5±0.5s(除了信号丢失或故障 外),则进入“帧丢失(LOF)”状态。在LOF期间如果持续10±0.5s 不再出现OOF,则退出LOF。在SDH中,规定在5帧(625μs)内如检不到帧定位信号就认为是OOF。但在正常有帧定位的情况下,10-3的(泊松型)误码率也不应造成每6分钟 多于一次误判OOF。当系统处于OOF时,随机的非定帧信号导致误退出OOF的概率在250μs间隔内不应大于10-5;但一旦出现正确帧定位信号且没有假 冒定帧信号时,退出OOF的时间不应长于250μs。显然SONET判定OOF的时间比SDH长,SONET中规定了从OOF进入/退出LOF的时间,而SDH中从OOF到LOF或从LOF到OOF的时间尚待规定(已提议0~3ms的OOF持续时间或没有OOF的持续时间作为进入或 离开LOF的判据)。
7.2        丢失指针(LOP)告警
在SONET中,区分了LOP缺陷事件与LOP故障。LOP缺陷的发生是指连续8帧检不到有效的指针或连续8帧检到NDF为“1001”但没有有效的级联指示(CI),收到通道告警指示信号(AIS)时不作为LOP缺陷。LOP缺陷的终止是指收到有效的指针且正常的NDF(“0110”)或连续3帧收 到有效的CI。当LOP缺陷持续2.5±0.5s时就定义为LOP故障,只有 当LOP缺陷在以后的持续10s内部不再出现才宣布退出LOP故障。在SDH中,不区分LOP缺陷与LOP故障,当连续8~10次收到无效指 针或连续8~10次收到NDF为使能状态(“1001”)就认为进入LOP状 态,只有当指针说明器处于收到3次连续相同的正常指针或3次连续AIS指示之 后才退出LOP状态。
7.3        告警指示信号(AIS)

有通道AIS与线路AIS之分。
(1)对于通道AIS:SONET中将连续3帧指针字节(H1与H2)为 全“1”定义为通道AIS(即AIS-P)事件。当单帧检到NDF为使能状态 (“1001”)且有有效指针时或连续3帧检到有效指针且NDF为正常状态(“0110”)时,则退出AIS-P事件。若AIS-P事件持续2.5±0.5s,则称为AIS-P故障。只有持续10±0.5s不再出现AIS-P事件 之后才认为退出AIS-P故障状态。SDH中不分AIS-P事件与AIS-P故障,只要连续3帧均检到AIS,就进入AIS-P故障状态;一旦收到一次NDF使能状态(“1001”)和有效指针则退出AIS-P故障状态。
(2)对于线路AIS(AIS-L或MS-AIS):K2字节的后3比特(即第6~8比特)为“111”时称为线路AIS。SONET中一旦检到K2 的后3比特为“111”时则认为出现AIS-L事件。当这一事件持续2.5± 0.5s时就认为是AIS-L故障,当在其后10±0.5s内不再出现AIS-L事件就认为退出AIS-L故障。SDH中只要连续3帧检到K2后3比特为“111”,则认为MS-AIS;如果连续3帧在K2后3比特收到与“111” 不同的任何码组均认为已退出了MS-AIS。
7.4        对告
(1)通道远端缺陷指示(RDI-P):高阶通道POH中G1字节第5比特称为高阶RDI-P,低阶通道POH中V5字节第8比特称为低阶RDI-P。当这一比特为“1”时指示通道远端接收故障(FERF)。在SDH中一旦检到这一比特为“1”就认为发生RDI-P。在SONET中还规定了时间要求,即 发生AIS-P或LOP-P之后的100ms内必须送出RDI-P,连续5帧 收到RDI-P才认为发生RDI-P缺陷事件。如果以后连续5帧再也不出现RDI比特为“1”,则退出RDI-P缺陷状态。当RDI-P缺陷状态持续2.5±0.5s时就定义为远端故障指示(RFI-P),只有当其后10±0.5s内不再出现RDI-P缺陷状态才认为退出RFI-P。
(2)复用段RDI:K2字节后3比特为“110”,表示复用段对告(在SONET中称为RDI-L,在SDH中称为MS-FERF)。在SONET 中,一旦检到K2的后3比特为“110”,就认为检到RDI-L码。若持续5帧,便认为发生RDI-L缺陷事件。只有当K2的后3比特连续5帧不再是“110”时才退出这一缺陷事件。在SDH中,当接收信号出现故障时,应在250μs内发送MS-FERF。当连续3帧收到K2的6~8比特为“110”时就 认为收到MS-FERF;只有在连续3帧内K2的第6~8比特不再是“110”,才宣布退出MS-FERF。
8        从钟定时性能
SDH和SONET设备从钟有几种工作模式:接受外参考时钟输入的锁定模式,其中又分为理想锁定和输入参考信号有损伤时的锁定两种;短期丢失输入参考时钟时的保持模式和自由振荡模式。
8.1        理想锁定模式
采用此模式时,设备从钟输出仍然有漂移,可用时间间隔误差的最大值(MTIE)和均方值(TDEV)来衡量。对SDH已暂定如下规范:MTIE≤40 ns(0.1~1s),40×t0.1ns(1<t≤100s),25.25× t0.2ns(100<t≤1000s);TDEV≤3.2ns(0.1~25 s),0.64×t0.5ns(25<t<100s),6.4ns(100<t <1000s)。对SONET则尚未有规范。当输入参考时钟无抖动时,从钟输 出仍有抖动:SDH要求2048kHz口峰-峰抖动≤0.05UIpp(20H z~100kHz);对STM-1~STM-16口规范为0.5UIpp(高频 段为0.1UIpp),SONET要求MTIE≤20ns(0.1~1s),60ns(10~1000s)。
8.2        有损伤时的锁定模式
SDH规定了外参考时钟入口可容忍的漂移量(用MTIE、TDEV和漂移幅度三者来规范,见G.815),而SONET只用TDEV规范。SDH还规 范了参考时钟入口的抖动容限,例如Jpp≥250ns(1Hz~19Hz),≥ 4750f-1ns(19Hz<f<49Hz),≥100ns(49Hz~1M Hz)。SONET尚未有规范。关于从外时钟输入抖动至从钟输出抖动的转移特性,SDH要求增益≤0.2dB(1Hz~10Hz),SONET仅要求带宽 ≤0.1Hz,但相位增益未定。

8.3        由于输入定时基准丢失的短期相位变化
SDH的要求是:≤7.5×10-6tns(t<0.016s),≤(120+5×10-8t)ns(t<15s)。SONET的要求是MTIE≤1000ns,且MTIE的变化率在任何14ms内≤20ns。
8.4        保持模式时的相位变化
当丢失外参考时钟时,从钟将进入记忆保持状态,由于温度影响和劣化等原因从钟输出相位将发生变化,这种变化可用MTIE来衡量。SDH要求恒温时MTIE≤(500t+0.58×10-4t2+120)ns,温度影响将增加(2000t)ns。SONET要求在进入保持模式的第1个24小时内任何一秒测 得的精度不劣于±4.6ppm。
8.5        自由振荡时频偏
SDH规定设备内从钟自由振荡时相对G.811时钟的频偏≤±4.6pp m(暂定1月或1年),SONET标准则是±20ppm。
9        SDH与SONET互通需注意的问题
上面说明了SDH与SONET的差异,其中一些差异例如开销等虽然可以通过App来调整,但因SDH与SONET的App量很大,要完成这一修改并非易事。因此尽管SDH与SONET有很多共性,但要将两者兼容是困难的,上述差异使SDH与SONET不能直接互通,更不能互换使用。通常一个国家的传输系统若采用SDH就不会同时采用SONET,反之亦然。但在国际通信中SONET与SDH的互通问题难以避免。注意到ATM交换机的UNI与NNI的物理层标准是基于SDH而不是基于SONET,在采用SONET传输系统的国家当要用SONET链路和ATM交换机互连时,SDH与SONET的互通也是必不可少的。ITU-T建议G.708规定当基于AU-3的SDH与基于AU-4的SDH国际互通时,应采用AU-4复用结构;同理,基于AU-4的SDH与SONET互通时,需采用AU-4结构,即要将SONET的AU-3路线(STS-1 SPE→STS-1)变换为AU-4复用路线(即STS-3C路线),这可通过AU-3/AU-4复用转换器来实现。不过还需注意在SONET的STS-3C中,指针调整字节H1中SS比特的规范不同于基于AU-4的SDH设备,为了互通,SDH与SONET设备都应具有通过App控制可以不理睬收到的SS比特内容的能力,即当收到的SS比特与规范值不同时不应视为故障或告警。当基于AU-4或AU-3的SDH与SONET的STS-3C或STS-1互通时,高阶POH中通道轨迹字节J1所载的高阶API的格式是不同的,ITU-T规定在国际边界上应采用建议E.164规范的编号方式,而SONET则采用以64字节为周期的自由格式,为此需将E.164格式重复四次以便在64字节周期中传输,终端则需按E.164编号格式来识别。此外就高阶POH中误码监视用字节B3所覆盖的对象而言,SONET与SDH有所不同,后者比前者少包含两行固定插入,为了互通时B3仍有兼容的误码计数值,这两行固定插入的每一列字节应对应相同。就象数字交叉连接设备(DXC)可作为SDH与PDH的信关那样,一些企业已开发出可以作为SDH与SONET信关的DXC,它们可在VC12或VC3上实现互通。随着SDH与SONET的发展和国际通信需求的增加以及ATM交换机的引入,SDH与SONET互通方案将会逐步完善。
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