第3章同步数字系列SDH(传送网)课件

第3章 同步数字系列SDH （传送网）22024/7/12本章重点n光纤通信系统nPCM时分多路复用n同步数字系列SDHn全光网络32024/7/123.1传送网简述n传输介质 传输技术分为有线传输、无线传输；有线传输有：双绞线、同轴线、光纤、混合系统；无线传输有：卫星、微波、蜂窝移动通信系统；n传输系统所用介质，和传输速率有关。光纤、毫米波导、卫星通信，适合于高次群PCM话路的传送。42024/7/123.1传送网简述n3.1.1光纤通信系统n光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式，最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成 52024/7/12光纤通信系统构成62024/7/121、光源光源是光波产生的根源，是话音、图像、数据等业务经过信源编码所得到的信号；2、光学信道光学信道是传输光波的导体，包括最基本的光纤，还有中继放大器等；3、光发送机和调制器光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；4、光接收机光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最终还原成原来的话音、图像、数据等信息。72024/7/12光纤通信系统优点nSDH可以连接到ATM、ISDN和其他设备的接口上，在很长的距离上提供高速的数据传输，为这些设备提供高速通信，非常适合于为多种高带宽LAN和WAN技术和协议提供传输路径。82024/7/12光纤通信具有以下的主要优点：1)传输频带宽、通信容量大，短距离时传输速率超过10Gbps；2)抗干扰能力强、线路损耗低、传输距离远；3)造价低、实现简单，应用范围广；4)线径细、质量小、抗化学腐蚀能力强、光纤制造资源丰富；5)使用的是标准化技术，对应用需求具有快速的适应能力。92024/7/123.1.2 微波传送网络技术数字微波中继通信概述1微波中继通信的概念和特点n微波中继通信是利用微波频段的波长范围为1m1mm、频率范围为300MHz300GHz的无线电波沿地面进行中继传输的无线通信。102024/7/12n微波中继通信主要用来传送长途电话信号、宽频带电视信号、数据信号和移动通信信号等。n微波中继通信有以下特点。n（1）通信频段的频带宽，通信容量大，利于宽频带信号的传输。n（2）由于工作频率高，受外界干扰的影响小。（一般干扰在100MHz以下。）112024/7/12n（3）通信灵活性较大，采用中继方式可以实现地面上远距离通信，并可以跨越沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境，特别是在遭受如地震、洪水等灾害时，通信的建立、撤收及转移都较容易。122024/7/12n（4）天线增益高，方向性强。当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成反比。由于微波中继通信的工作波长短，因而容易制造高增益天线，降低发信机的输出功率。另外微波天线具有很强的方向性，可以把电磁波聚集成很窄的波束，减少通信中的相互干扰。n（5）投资少，建设快。n（6）数字微波通信除具有上述微波通信的共同特点外，还具有数字通信的特点。132024/7/122微波中继系统的组成3微波中间站的转接方式 微波中继通信系统中间站的转接方式一般是按照收发信机转接信号时的接口频带划分的，分为基带转接方式、中频转接方式和微波转接方式三种。142024/7/12数字微波的收发信原理1数字微波发信设备 数字微波发信设备通常有两种组成方案。（1）微波直接调制发射机（2）中频调制发射机152024/7/122数字微波收信设备 数字微波收信一般都采用超外差接收方式。它由射频系统、中频系统和解调系统三大部分组成，将来自接收天线的微弱的微波信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器后和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大器放大，滤波后送解调单元实现信码解调和再生。162024/7/123天线馈线系统 微波通信系统中，对天线馈线的基本要求是：足够的天线增益，良好的天线方向性；低传输损耗的馈线系统、极小的电压驻波比；整个天、馈线系统应有较高的极化去耦度和足够的机械强度。172024/7/124射频波道的频率配置（1）单波道频率配置（2）多波道频率配置（3）射频波道的频率再用5微波传播特性 微波中继通信的电磁波主要是在靠近地表的大气空间传播，因而地形地物对微波电磁波会产生折射、反射、散射、绕射和吸收现象。182024/7/123.1.3 卫星传送网技术卫星通信概述1卫星通信的基本概念 卫星通信是指地球上的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继转发站而实现多个地球站之间的通信，相应的通信系统称为卫星通信系统。如图2-77所示，设在空间用于中继转发的人造卫星称为通信卫星。192024/7/12图图3-1 卫星通信系统示意图卫星通信系统示意图202024/7/122通信卫星类型3卫星通信的特点和使用频率 （1）卫星通信特点 （2）卫星通信工作频段的选择是一个十分重要的问题，它直接影响整个系统的传输容量、质量、可靠性和设备的复杂性，以及成本的高低，并还将影响与其他通信系统的协调。如表2-9所示。212024/7/12卫星通信系统组成 卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部分组成。n1通信卫星n2地球站222024/7/12卫星通信系统中的多址方式n多址方式是卫星通信系统中多个地球站共用一个卫星转发，分别同时建立相互之间的通信线路而实现多边通信。n卫星通信系统中常用4种多址方式，分别为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。232024/7/12卫星通信应用系统n1ALOHA系统n2VSAT系统n3移动卫星通信系统n4低轨道卫星移动通信系统242024/7/121 1、同步时分复用、同步时分复用将时间划分为以帧为单位的等时间间隔，每帧再进一步划分为等数量等间隔的时隙且对这些时隙按顺序编号，所有帧中编号相同的时隙位置用于传送来自于同一源端的信号。同步的含义在于时隙位置与源端信号是严格对应的，在一次通信建立后的交换过程中，时隙位置与源端信号对应关系一旦确立，其关系就保持固定不变。易见，知道时隙位置，就可以知道该位置上的信号来自于哪个源端。u没有信息的话路，也要保持该话路在帧里面的时隙位置；u同步时分复用，对于网络的时钟同步有很高的要求；同步时分复用模式：各个话路的时隙，在帧里面的相对位置固定；3.2 PCM时分多路复用时分多路复用252024/7/122、异步时分复用 将时间划分为若干个等间隔或不等间隔的时隙，每个时隙位置用于传送来自于一个源端的信号，但信号与时隙位置没有固定的对应关系。正是由于信号与时隙位置之间没有固定对应关系这一原因，所以，不同于同步时分复用方式，统计时分复用方式中每个时隙位置上的信号都含有一个附加的标志头，该标志头信息用于标志该信号来自哪个源端以及用于转接设备进行转接处理。而同步复用方式无需添加标志头。u异步时分复用，可以提高时分信道的利用率,多用于分组交换。3.2 PCM时分多路复用时分多路复用262024/7/12【补充内容：同步网简介】n（严格）同步网；n准同步网；自学：沈庆国书，P32-38；272024/7/12名词解释：PCM采样PCM（脉冲编码调制）的原理图3.2 PCM时分多路复用时分多路复用282024/7/12名词解释：时分复用、时分解复用292024/7/12名词解释：一路PCM编码速率、基群（一次群）、二次群、三次群、四次群、高次群；-一路PCM编码（64kbit/s）：一路语音的PCM采样波特率，即：8000次PCM采样/s 8bit/每次采样=64kbit/s；-基群（也称：一次群，为2.048Mbit/s）：包含32路信号（30路PCM语音、2路非语音）波特率在时分复用后形成的波特率；即：3264kbit/s=2.048Mbit/s；-二次群、三次群、四次群，依此类推；-高次群；302024/7/123.3光纤通信传输体制的发展n在数字通信发展的初期，为了适应点到点通信的需要，大量的数字传输系统都是准同步数字体系（PDH）。n准同步（PDH）是指各级的比特率相对于其标准值有一个规定的容量偏差，而且定时用的时钟信号并不是由一个标准时钟发出来的，通常采用正码速调整法实现准同步复用。3.3.1 准同步PDH312024/7/12PDH的缺点：PDH只有地区性的数字信号速率和帧结构，没有世界标准，难以向更高次群的技术发展；PDH没有世界性的标准光接口规范，妨碍了联网应用的灵活性；PDH复用结构，低速率采用同步复接，其他多数等级采用异步复接，通过塞入额外比特，复用成高速率信号，难以提取低速支路信号；PDH的网络管理比特偏少，不能满足通信网操作、维护和管理（OAM）的要求；PDH难以从高次群信号中直接分离出低次群甚至基群信号，对于中继站上、下话路，很不方便；322024/7/12332024/7/12342024/7/12光纤通信传输体制的发展历程n1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建议；n1976和1988年提出两批建议-形成完整的PDH体系；n1984年美国贝尔实验室开始同步信号光传输体系的研究；n1985年美国国家标准协会(ANSI)起草光同步网标准，并命名为SONET；n1986年CCITT开始以SONET为基础制订SDH；n1988年通过了第一批SDH建议；n1990以后，SDH已成为光纤通信基本传输方式；目前SDH不仅是一套新的国际标准，又是一个组网原则，也是一种复用方法。352024/7/12实现语音通信时的传输速率n明线技术，FDM模拟技术，每路电话4kHz；n小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路电话4kHz；n中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话4kHz；n光纤通信140Mbps PDH系统，TDM数字技术，每路电话64kbps；n光纤通信2.5Gbps SDH系统，TDM数字技术，每路电话64kbps；n光纤通信N2.5Gbps WDM系统，TDM数字技术+光频域FDM模拟技术，每路电话64kbps。FDM：频分复用；TDM：时分复用；WDM：波分复用；362024/7/123.3.2同步数字系列SDHn3.3.2.1通信介质和特性nSDH高速通信使用的通信介质是单模光纤电缆和T载波通信(从T3开始)。主要的传输方法发生在物理层，这样其他一些传输技术，如ATM、FDDI等，可以运行在SDH之上。SDH和使用固定信元长度的技术(如ATM)最为兼容，和使用可变帧长的技术兼容性要差一些。372024/7/12SDH的特点n把世界上两套流行的PDH数字系列（1.544MHz系列、2.048MHz系列）融合到统一标准之中，在STM-1基础上得到统一，实现了数字通信传输的世界标准；n从STM-1（基础帧）往上，完全采用同步字节复用，便于实现横向兼容，便于向高次群、大容量方向发展；n有充足的管理开销比特，网络管理维护能力强，便于组织自愈合环；n有一套灵活的复接结构与指针技术，解决了节点间时钟差异问题；n从SDH-N中容易分出/插入支路信号，还可用软件动态改变网络配置，及时适应用户业务对于传输能力的需求；382024/7/12nSDH的基本速率是155.52Mbps，称为同步传输模块1(STM-1),STM-N则表示速率为N155.520Mb/s的传送模块，其中N一般取1、4、16、64、256。nSTM-1，为SDH的基础帧；nSTM-4、16、64、256，为SDH的复接后的高阶帧；392024/7/12比较：PDH，是通过专门的复接器进行复接；402024/7/12SDH的光纤传输速率SDH级别STS级别传输速率(bps)STM-1STS-3155.52MSTM-4STS-12622.08MSTM-8STS-241244.16MSTM-12STS-361866.24MSTM-16STS-482488.32MSTM-64STS-1929553.28M(10G)STM-256STS-76839813.12M(40G)412024/7/123.3.2.2 SDH组成n同步数字序列SDH，是由SDH网元（NE）组成，在光纤上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。422024/7/123.3.2.3 SDH帧结构nSDH 是基于时分多路复用（TDM）的一种技术。SDH帧结构基于构建模块的同步字节多路复用。这些同步复用单元是固定字节数的结构，采用字节交织到或映射到其它帧，最终构成STM-N/STS-N帧。对于TDM传输，虚容器（VC）或虚支路（VT）是基本的构建模块。一个VC/VT映射一个负载，负载可以是任意PDH（准同步数字体系）信号或其它任何低阶同步复用单元。432024/7/12STM-N帧结构的说明：（1）净荷区：存放信息码净荷，包含有POH；（2）通道开销POH：是用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节；通道的作用是：在复用结构中，通过对通道进行管理，把数据组织进入STM帧结构的净荷区。（3）段开销SOH：主要用于网络的运行管理和维护；（4）管理单元指针AUPTR：用来指示信息净荷的第一字节在帧内的准确位置；442024/7/12nSDH的基本模块是速率为155.520MHz的同步传送模块STM-1；n更高速率等级的信号是STM-N（N=4、16、64），可以简单地将STM-1进行字节间插入同步信号复接而成，简化了复接和分接过程，使SDH适合于高速大容量光纤通信系统；nSDH的帧结构，便于实现横向兼容；452024/7/123.3.2.4 SDH复用原理1、复用方法n传统的做法。低速支路信号复用成高速信号的方法有：正比特塞入法、固定位置映射携带法；（正比特塞入法，存在塞入和去塞入的过程，不利于快速插入与分接；固定位置映射携带法，有个频差的处理问题）nSDH，采用净荷指针技术，低阶SDH信号通过字节间插入同步复用的方式来实现复用成高阶信号；nSDH网，既有异步复用方式的应用（如：将PDH复用进STM-N），又有同步复用方式的应用（如：STM-1复用成STM-4）；462024/7/12正比特塞入法存在问题：正比特塞入法，存在塞入和去塞入的过程，不利于快速插入与分接；塞入比特，进行速率适配472024/7/12存在问题：固定位置映射携带法，需要严格同步，有个频差的处理问题；固定位置映射携带法 482024/7/123.3.2.4 SDH复用原理SDH复用结构，包括：VC：虚容器；C-11、C-12、C-2、C-3、C-4：容器；TU：支路单元；AU：管理单元；TUG：支路单元组；2、复用结构492024/7/12（1）容器（C）容器，是一种信息结构，主要完成速率适配功能；容器可以用来装载PDH信号的标准信息结构，也可以用来装载ATM信号。CCITT规定了五种标准容器；（2）虚容器（VC）虚容器，是支持SDH通道层连接的信息结构，在SDH网中传输时总保持不变。它是TU或AU的信息净荷。VC由信息净荷（即C的输出）与通道开销（POH）组成。（3）支路单元、支路单元组（TU、TUG）提供低阶通道层与高阶通道层之间适配的信息结构；（4）管理单元、管理单元组（AU、AUG）AU是为高阶通道层和复用段层提供适配的信息结构；502024/7/123、SDH的复用原理（1）在SDH网络的边界处，各种速率的信号（如：PDH、ATM等）先分别经过码速率调整（正比特塞入），装入相应的标准容器（C-n），实现与SDH传输网的同步；（2）由标准容器出来的信号，加入通道开销POH，形成虚容器（VC-n），这个过程叫“映射”；（3）低阶VC在高阶VC中的位置、高阶VC在AU中的位置，由指针（支路单元指针和管理单元指针）描述，以方便接收端快速正确地（从STM-N拆离出VC，从VC、C拆分出低速PDH信号）拆分，从而实现从STM-N信号中直接下载低速支路信号；（固定位置映射）（4）TU、AU的主要功能就是进行指针调整。当由于频差导致发生帧相位偏移时，指针也随之调整，确保指针准确指向VC帧起点位置。512024/7/123.3.2.5 SDH分层模型nSDH使用了四个协议层，SDH的协议和体系结构使其能够提供远距离上的安全传输。522024/7/12SDH与OSI模型的通信层次比较 532024/7/123.3.2.6 网络拓扑和故障恢复 1、SDH环网nSDH技术已经作为传输网络的成熟标准被接受。因为SDH技术本身具有生存性和性能优势。自愈性双向环架构提供了优异的可用性和错误监控能力。用于高速传输的主干都是基于SDH技术的。542024/7/122、SDH网的结构nSDH网，是一个智能化的设备，可以通过远程控制灵活地组网和管理。网络中的每一个SDH的网元节点，都可以通过软件进行本地或远程操作。552024/7/12562024/7/12uTM：终端复用器。用于将低速支路信号复用进STM-N帧上任意位置，或完成相反的变换。uREG：再生中继器。主要进行光的功率放大以延长光传输距离。uDXC：SDH的数字交叉连接设备，也称SDXC。它是能够在接口端之间提供可控的VC透明连接与再连接的设备。它还具有一定控制、管理功能。可以为临时重要事件提供通信电路；当网络出现故障时，迅速更新网络配置，快速实现网络恢复；可作为SDH、PDH网络的连接设备。uADM：分插复用器（三端口）。用于将低速支路信号交叉复用进两侧线路（即：支路信号上电路），或者从线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号（即：支路信号下电路）。572024/7/12n3、故障恢复nSDH环网具有的自动备份和恢复容错机制，可以进行用户不会觉察到的过程检测和修复系统故障。SDH的容错能力，意味着网络设备或者网络链路的故障不会导致整个网络的瘫痪。nSDH在环型拓扑中传输，提供的故障恢复方法有三种：单向路径交换、自动保护交换和双向路径交换。582024/7/123.3.3 SDH技术的发展n21世纪的高速传输技术将以光通信技术为主，目前各发达国家的骨干网基本上都是采用SDH传输体制。n现有的SDH系统最初是为传输固定速率的语音而设计的，因而具有固定的速率等级难以扩展，不适宜IP环境的开销等缺点。592024/7/123.3.3.1 在SDH上实现ATMn具有ATM虚拟路径功能的SDH设备，可以在ATM层处理、增加和丢弃ATM信元。n通过ATM流量分配同步传输模式STM，在基于ATM的LAN之间，传输的所有ATM数据流量都可以连接到SDH环，并且共享SDH信号。ATM VC是通过位于传输环之外的ATM网络设备(ATM交换机)进行管理的。602024/7/123.3.3.2 IP over SDHnIP Over SDH，是IP数据包通过采用点到点协议（PPP，Point to Point Protocol）映射到SDH帧上，按各次群相应的线速率进行连续传输的。IP Over SDH也叫Packet Over SDH或PPP Over SDH（POS）。POS即通过SDH提供的高速传输通道直接传送IP分组。POS定位于电信运营级的数据骨干网，其网络主要由大容量的高端路由器，经由高速光纤传输通道连接而成。612024/7/123.3.3.3 DOS（Data over SDH）新的SDH 622024/7/121、通用成帧规程（GFP，Generic Framing Procedure）n为了完成多协议的子波长复用，需要一种组帧机制，它既能保持光信号的透明性，又能有效复用若干个相互独立的、不同的协议流。nITU-T的通用成帧协议（GFP）是一个信息流量自适应协议，提供一个支持所有传输网的各种高层协议的组帧格式，能将任何数据类型转换成SDH同步信道字节。通用成帧协议支持两种协议映射模式：帧映射模式和透明传输模式。n帧映射模式能够适配分组协议。目前的GFP标准对IP/点到点协议、以太网协议和弹性分组环（RPR）都制定了帧适配机制。n透明传输模式用于适配时间敏感型协议，这些协议包含所有固定速率的数据传输协议。DOS用到的几个技术（补充）：632024/7/122、虚拟级联（VC，Virtual Concatenation）n级联可以分为相邻级联和虚级联。n相邻级联是在同一个STM-N中，利用相邻的虚支路VT级联，成为一个整体结构进行传输。n虚拟级联可以按照数据流的不同需求有效分配传输带宽。虚级联是将分布在不同STM-N中的VT等(可能同一路由，也可能不同路由)按级联的方法，形成一个虚拟的大结构进行传输，也就是把几个小的信道，按所需带宽组合成一个大的信道来传输用户数据，因而具有很强的灵活性。642024/7/123、链路容量调整方案（LCAS）n链路容量调整方案（LCAS），是一个端到端的握手机制，允许源和目的成帧器协调增加或删除信道，灵活动态地在整个网络范围内改变SDH信道的带宽。652024/7/123.3.3.4 我国的SDH传输网结构662024/7/123.4全光网OTNn光学传输网络（OTN），又称全光网，通常被定义为具有高级特性，如光学信道路由、交换、监控、生存性的光学网络，并且能够以无与伦比的带宽粒度（最大可扩展到每光学信道数十Gbps），灵活地、可扩展和可靠地传输范围广泛的客户信号。在全功能光学传输网络中，传输网络功能将从SDH网络转向光学传输网络，并补充服务层特性，以满足广泛的基础设备和特定服务要求。672024/7/123.4.1全光网的优点n1简单可靠。全光网结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有光电转换与存储，网中许多光器件都是无源的，便于维护、可靠性高。n2可扩展性好。加入新的网络节点时，不影响原有的网络结构和设备，具有网络可扩展性。n3透明传输。全光网以波长选择路由，对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可提供多种协议业务，可不受限制地提供端到端业务。n4灵活重组。可根据通信业务量的需求，动态地改变网络结构，充分利用网络资源，具有网络可重组性。n5快速恢复。实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms，对绝大多数业务无影响。n6提供多种业务。682024/7/12全光网支持的业务及应用有3类：n1 传统数字信号业务，其数据速率范围从低速Kbps至高速Gpbs，如异步传送模式（ATM）、局域网的互连、多路数字电话、以太网等。n2模拟信号业务，如有线电视（CATV）节目的多路传送。n3用户需要光接口业务，高速数据和多媒体业务，包括视频工作站、大规模数据库和多路高清晰度电视等，这是全光网业务的主流。692024/7/123.4.2 全光传送网的网络结构n全光通信网络的结构分为服务层（Service layer）和传送层（Transport layer）。n网络传送层分为SDH层、ATM层和光传送层。光传送层由光分插复用器（OADM）和光交叉连接（OXC）组成。在光传送层，通过迂回路由波长，在网络中形成大带宽的重新分配。在光缆断开时，光传送层起网络恢复的作用。在远端，光纤环中的光分插复用器OADM插入/分离所确定的波长通道至ATM复用器，而OXC则连接两个光WDM环路到ATM交换机。702024/7/123.4.3 全光网技术n为实现全光网，需要关键设备包括光放大器、光分插复用器和光交叉连接器件。n1）光放大器n光放大器用于补偿传输上的光功率损耗，但是光放大器方面存在带宽限制，限制了可用的波长资源。n2）光分插复用器n光分插复用器用于实现从传输设备中上下路某个波长信号。n3）光交叉连接器件712024/7/12n光交叉连接器件用于直接在光域内实现路由选择、网络恢复。n光分插复用器和光交叉连接器件因为存在大量的光开关和光滤波器，光信号串扰严重，在网络中会积累。另外光滤波器的级联会影响总通带特性；波长转换技术不成熟；网络运行、管理和控制方案不成熟等，这些障碍都限制了全光网络的规模。722024/7/12思考题：1、SDH对于PDH的改进体现在哪些方面？2、SDH的帧结构的特点？2、简述SDH复用的原理。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。