SDH原理

sczzk1980

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系），根据ITU-T的建议定义，是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。

光端机容量较大，一般是16E1到4032E1。SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电报电话咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点。




产生背景

SDH技术的诞生有其必然性，随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像

SDH技术
SDH技术
和视频等。加之数字通信和计算机技术的发展，在70至80年代，陆续出现了T1(DS1)/E1载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网) 和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的到来，人们希翼现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。SDH就是在这种背景下发展起来的。在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH技术自从90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，且价格越来越低，在接入网中应用SDH技术可以将核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，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好处，在接入网的建设发展中长期受益。[1]





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基本原理

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1，4， 16

流程
流程
，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销（Section OverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AU PTR）区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Regenerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×1000000帧，对STM－1而言每帧比特数为8bit×（9×270×1）=19440bit，则STM－1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit/s；而STM－4的传输速率为4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM－16的传输速率为16×155.520（或4×622.080）=2488.320Mbit/s。
SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤。ITU-T G.707标准建议的复用映射结构如图所示。


映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移。

定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现。

复用的概念比较简单，复用是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程。复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程，由于经过TU和AU指针处理后的各VC支路信号已相位同步，因此该复用过程是同步复用原理与数据的串并变换相类似。[3]






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拓扑结构

SDH网络具有链型、星型、环型、树型和网孔型等结构形式，其中双环结构是一种常用的形式，因为其具有自愈功能，能提供较高的可靠性。较常用的有双纤单向通道保护环和双纤双向复用段保护环，其结构如下图所示。










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维护测试

当前的SDH网络在开通业务之前，要进行各种各样的传输性能测试和特性验证，主要进行以下几点的测试验证。




业务功能性
包括开销字节的发送及解码。




传输性能
BERT误码测试，就是在各种速率下，传输误码性能的测试。




抖动漂移
对设备及网络进行抖动性能分析（包括：固有抖动、抖动转移特性、抖动传函等）和漂移测试。






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特点

SDH之所以能够快速发展这是与它自身的特点是分不开的，其具体特点如下：



特点
特点




优点
（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性。

（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用App能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于简化了DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性。

（3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5%开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用。

（4）由于SDH多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化。

（5）SDH有传输和交换的性能它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活。

（6）SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容。

（7）从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支撑ATM或IP传输。

（8）SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整。

（9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。




缺点
有效性和可靠性是一对矛盾，增加了有效性必将降低可靠性，增加可靠性也会相应的使有效性降低。SDH的一个很大的优势是系统的可靠性的增强了（运行维护的自动化程度高），这是由于在SDH的信号－－STM-N帧中加入了大量的用于OAM功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，只有当PDH信号是以140Mbit/s的信号复用进STM-1信号的帧时，STM-1信号才能容纳64×2Mbit/s的信息量，但此时它的信号速率是155Mbit/s，速率要高于PDH同样信息容量的E4信号（140Mbit/s），也就是说STM-1所占用的传输频带要大于PDH E4信号的传输频带。

2. 指针调整机理复杂

SDH体制可从高速信号中直接下低速信号，省去了多级复用/解复用过程。而这种功能的实现是通过指针机理来完成的，指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以说指针是SDH的一大特色。但是指针功能的实现增加了系统的复杂性。最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动－－由指针调整引起的结合抖动。这种抖动多发于网络边界处，其频率低，幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化，这种抖动的滤除会相当困难。

3. App的大量使用对系统安全性的影响

SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这也意味App在系统中占用相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天。另外，在网络层上人为的错误操作、App故障，对系统的影响也是致命的。这样系统的安全性就成了很重要的一个方面。所以设备的维护人员必须熟悉App，选用可靠性较高的网络拓扑。






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应用

由于以上所述的SDH的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。中国移动、电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了SDH技术，架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。比如电力系统，就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

而对于组网更加迫切、而又没有可能架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。由于SDH基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。承载方式有很多种，可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用，也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于VPN等方式。在政府机关和对安全性非常注重的企业，SDH租用线路得到了广泛的应用。一般来说，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-5等接口，完全可以满足各种带宽要求。同时在价格方面，也已经为大部分单位所接受。






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发展趋势

SDH作为新一代理想的传输体系，具有路由自动选择能力，上下电路方便，维护、控制、管理功能强，标准统一，便于传输更高速率的业务等优点，能很好地适应通信网飞速发展的需要。迄今，SDH得到了空前的应用与发展。在标准化方面，已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了SDH的方方面面。在干线网和长途网、中继网、接入网中它开始广泛应用。且在光纤通信、微波通信、卫星通信中也积极地开展研究与应用。

近些年，点播电视、多媒体业务和其他宽带业务如雨后春笋般纷纷出现，为SDH应用在接入网中提供了广阔的空间。SDH技术应用于接入网的好处是：1）对于要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户，SDH可以提供较为理想的网络性能和业务可靠性。2）可以将网管范围扩展至用户端，简化维护工作。3）利用SDH固有灵活性，可使网络运营者更快、更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。

[4] 从技术上来看，接入层的相对带宽需求较小，需要提供Ethernet、TDM，可能还有ATM等综合业务传送。以SDH 系统为基础并能够提供Ethernet 、ATM 传送与处理的系统（包括TDM、Ethernet与ATM接口，甚至包括Ethernet 和ATM 交换模块）将是解决接入层传送的主要方法，这种方式可低价地在一个业务提供点（POP）上提供高质量专线、ATM 、Ethernet 等业务的接入、传送和保护。

随着骨干传输容量不断增大，城域传输网络的接入能力也多样化。但以IP为主的网络业务仍然是不可预知的，这需要传输网络具有更好的自适应能力，而这种自适应能力不仅仅是网络接口或网络容量的适应能力，而且要求网络连接的自适应能力。总的来说，低成本、灵活快速的完成运营商端局到用户端的业务接入和业务收敛是对未来城域网接入系统的主要需求。

简单地讲，这种采用SDH传输以太网等多种业务的方式就是将不同的网络层次的业务通过VC级联的方式映射到SDH电路的各个时隙中，由SDH网络提供完全透明的传输通道，从物理层的设备角度上看是一个集成的整体。这种解决方案可以大幅度地降低投资规模，减少设备占地面积，降低功耗，进而降低网络运营商的运营成本。同时，提供多业务的能力还可以使网络运营商能够快速地部署网络业务，提高业务收入，增强市场竞争能力。

综上所述，SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。SDH技术与一些先进技术相结合，如光波分复用（WDM）、ATM技术、Internet技术（Packet over SDH）等，使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向，具有远大的商用前景。