ＳＤＨ联网技术（一）

编者按：

    作为新一代的传输技术体制，ＳＤＨ技术已被誉为未来宽带综合业务数字网的两大支柱之一。本栏将以此为题，自本期起分４期连载，系统地介绍这一技术，内容包括：

.ＳＤＨ的概述

.数字复用设备

.数字交叉连接设备

.网同步

.ＳＤＨ自愈网

.网络管理

１ ＳＤＨ概述

    同步数字系列（ＳＤＨ）作为新一代较为理想的传输网技术体制，不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输，已成为近年来国际学术论坛和ＩＴＵ研究工作的热点。

１．１ ＳＤＨ的产生

    ８０年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用。其应用场合已逐步从长途通信、市话局间中继通信转向用户接入网。光纤通信的廉价、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。然而，随着电信网的发展和用户要求的提高，光纤通信中的准同步系统正暴露出一些固有的弱点：

   （１）只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，没有世界性标准；

   （２）没有世界性的标准光接口规范，导致各个厂家自行开发的专用光接口大量滋生；

   （３）准同步系统的复用结构除了几个低速率等级的信号（如北美为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ，欧洲为２Ｍｂｉｔ／ｓ）采用同步复用外，其它多数等级的信号采用异步复用，即靠塞入一些额外比特使各支路信号与复用设备同步并复用成高速信号；

   （４）传统的准同步系统的网络运行、管理和维护（ＯＡＭ）主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试，因而复用信号帧结构中不需要安排很多用于网络ＯＡＭ的比特。而今天，这种辅助比特的严重缺乏已成了进一步改进网络ＯＡＭ能力的重要障碍，使传统的准同步系统无法适应不断演变的电信网要求，更难以很好支持新一代的网络；

   （５）由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务流量的大部分。可见，这种建立在点到点传输基础上的体制无法提供最佳的路由选择，也难以经济地提供不断出现的各种新业务。

    另一方面，用户和网络的要求也在不断变化，一个现代电信网要求能迅速、经济地为用户提供电路和各种业务，最终希望能对电路带宽和业务提供在线实时控制和按需供给。

    因此，以微处理器支持的智能网元的出现有力地支持了这种网络技术体制上的重大变革，一种有机地结合了高速大容量光纤传输技术和智能网元技术的新体制——光同步传输网应运而生。

    国际电信联盟标准部（ＩＴＵ－Ｔ）的前身国际电报电话咨询委员会（ＣＣＩＴＴ）于１９８８年接受了ＳＯＮＥＴ的概念，并重新命名为同步数字体系（ＳＤＨ），使之成为不仅适合光纤也适合微波和卫星传输的通用技术体制。为了建立世界性的统一标准，ＩＴＵ－Ｔ在光电接口、设备功能和性能、管理控制以及协议和信令方面进行了重要修改和扩展，已经在世界范围内就ＳＤＨ的基本软硬件问题达成了一致协议。

    从ＳＯＮＥＴ到ＳＤＨ，其实质内容和主要规范并没有很大变化，而且随着国际标准化工作的不断进行，两者也越来越趋于一致，因此一般统称为（光）同步数字传输网，或ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ网。但由于历史的原因，在少数细节的规定上仍有一些差别，例如：ＳＤＨ目前只有４种速率等级，即１５５／６２２／２４８８／９９５３Ｍｂｉｔ／ｓ，而ＳＯＮＥＴ有９种速率等级，即５２／１５５／４６６／６２２／９３３／１２４４／１８６６／２４８８／９９５３Ｍｂｉｔ／ｓ，但用得最多的也是ＳＤＨ的４种等级；ＳＤＨ与ＳＯＮＥＴ两者在ＳＴＭ－１速率上尽管帧结构格式一致，但在指针安排和处理方法上略有不同；两者在净负荷类型安排上也略有不同，ＳＤＨ不支持ＳＯＮＥＴ的ＶＴ３，而ＳＯＮＥＴ也不支持ＳＤＨ的ＶＣ－１２和ＶＣ－３；两者在少数字节的用法、规定和参数准则上不尽相同；两者在时钟规范上目前也不能兼容……如此等等，都导致两者尚不能完全互通兼容，但其基本原理和主要规范是一致的，下面以ＳＤＨ体制为主进行讲述。

１．２ ＳＤＨ网的基本概念

    ＳＤＨ网由一些ＳＤＨ网元（ＮＥ）组成，在光纤上进行同步信息的传输、复用、分插和交叉连接的网络。它有全世界统一的网络节点接口（ＮＮＩ），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程；它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块（ＳＴＭ－Ｎ），并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特（即网络节点接口比特流中扣除净负荷后的剩余部分）用于网络的ＯＡＭ；它的基本网元有终端复用器（ＴＭ）、再生中继器（ＲＥＧ）、分插复用器（ＡＤＭ）和同步数字交叉连接设备（ＳＤＸＣ）等等，其功能各异，但都有统一的标准光接口，能够在基本光缆段上实现横向兼容性，即允许不同厂家设备在光路上互通；它有一套特殊的复用结构，允许现存准同步数字体系、同步数字体系和Ｂ－ＩＳＤＮ信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性；它大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，适于将来的发展。

     光同步数字传输网早期应用时最重要的两个网元是终端复用器和分插复用器。以ＳＴＭ－１等级为例，终端复用器的主要任务是将低速支路电信号和１５５Ｍｂｉｔ／ｓ电信号纳入ＳＴＭ－１帧结构，并经电／光转换为ＳＴＭ－１光线路信号，其逆过程正好相反。而分插复用器是一种新型的网元，它将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活地分插任意支路信号的能力，在网络设计上有很大灵活性。

    以从１４０Ｍｂｉｔ／ｓ码流中分插一个２Ｍｂｉｔ／ｓ低速支路信号为例，采用传统准同步复用器和ＳＤＨ分插复用器的信号。

     在传统准同步系统中，为了从１４０Ｍｂｉｔ／ｓ码流中分插一个２Ｍｂｉｔ／ｓ低速支路信号，需经过１４０／３４Ｍｂｉｔ／ｓ，３４／８Ｍｂｉｔ／ｓ和８／２Ｍｂｉｔ／ｓ三次解复用和复用过程，而采用ＡＤＭ后，可以利用软件直接一次分插出２Ｍｂｉｔ／ｓ支路信号，十分简单和方便。

    由上述两个基本网元组成的典型网络应用有多种形式，诸如点到点传输、线形、枢纽网和环形网，实际应用时，还可能出现别的形式或者各种组合形式。

１．３ ＳＤＨ网的特点

作为一种全新的传输网体制，ＳＤＨ网有下列主要特点：

   （１）使１．５Ｍｂｉｔ／ｓ和２Ｍｂｉｔ／ｓ两大数字体系（３个地区性标准）在ＳＴＭ－１等级以上获得统一。今后，数字信号在跨国通信时，不再需要转换成另一种标准，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。

   （２）采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构。各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的，因而只需利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号，即所谓的一步复用特性。这样，既不影响别的支路信号，又避免了需要对全部高速复用信号进行分用的作法，省去了全套背靠背复用设备，使网络结构得以简化，上下业务十分容易，也使ＤＸＣ的实现大大简化。利用同步分插能力还可以实现自愈环形网，改进网络的可靠性和安全性。此外，背靠背接口的减少还可以改善网络的业务透明性，便于端到端的业务管理，使网络易于容纳和加速各种新的宽带业务的引入。

   （３）ＳＤＨ帧结构中安排了丰富的开销比特（大约占信号的５％），因而使网络的ＯＡＭ能力大大加强。此外，由于ＳＤＨ中的ＤＸＣ和ＡＤＭ等一类网元是智能化的，通过嵌入在ＳＤＨ中的控制通路可以使部分网络管理能力分配到网元，实现分布式管理，使新特性和新功能的开发变得比较容易。例如，在ＳＤＨ中可望实现按需动态分配网络带宽，网络中任何地方的用户都能很快获得所需要的具有不同带宽的业务。

   （４）由于将标准光接口综合进各种不同的网元，减少了将传输和复用分开的需要，从而简化了硬件，缓解了布线拥挤。例如，网元有了标准接口后，光纤可以直通到ＤＸＣ，省去了单独的传输和复用设备，以及既贵又不可靠的人工数字配线架。此外，有了标准光接口和通信协议后，光接口成为开放型接口，可以在基本光缆段上实现横向兼容，满足多厂家产品环境要求，降低联网成本。

   （５）由于用一个光接口代替了大量电接口，因而ＳＤＨ网所传输的业务信息可以不必经由常规准同步系统所具有的一些中间背靠背电接口而直接经光接口通过中间节点，省去了大量相关电路单元和跳线光缆，使网络可用性和误码性都获得改善，而且，由于电接口数量锐减导致运行操作任务简化及备件种类和数量的减少，使运营成本减少２０％～３０％。

   （６）ＳＤＨ网与现有网络能完全兼容，即可以兼容现有准同步数字体系的各种速率。同时，ＳＤＨ网还能容纳各种新的业务信号，例如：高速局域网的光纤分布式数据接口（ＦＤＤＩ）信号，城域网的分布排队双总线（ＤＱＤＢ）信号以及宽带综合业务数字网中的异步转移模式（ＡＴＭ）信元。简言之，ＳＤＨ网具有完全的前后向兼容性。

    上述特点中最核心的有３条，即同步复用、标准光接口和强大的网管能力。

当然，ＳＤＨ作为一种新的技术体制不可能尽善尽美，必然会有一些不足之处，例如：

    （１）频带利用率不如传统的ＰＤＨ系统。ＰＤＨ的１３９．２６４Ｍｂｉｔ／ｓ可以收容６４个２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ系统，而ＳＤＨ的１５５．５２０Ｍｂｉｔ／ｓ却只能收容６３个２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ系统，频带利用率从ＰＤＨ的９４％下降到８３％；ＰＤＨ的１３９．２６１Ｍｂｉｔ／ｓ可以收容４个３４．３６８Ｍｂｉｔ／ｓ系统，而ＳＤＨ的１５５．５２０Ｍｂｉｔ／ｓ却只能收容３个，频带利用率从ＰＤＨ的９９％下降到６６％。

    （２）技术上和功能上的复杂性大大增加。在传统ＰＤＨ系统中，６４个２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ到１３９．２６４Ｍｂｉｔ／ｓ的复用／分用只需１０万个等效门电路即可。而ＳＤＨ系统中，６３个２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ到１５５．５２０Ｍｂｉｔ／ｓ的复用／分用共需１００万个等效门电路。

    （３）在从ＰＤＨ到ＳＤＨ的过渡时期，会形成多个ＳＤＨ“同步岛”经由ＰＤＨ互连的局面。这样，由于指针调整产生的相位跃变使经过多次ＳＤＨ／ＰＤＨ变换的信号在低频抖动和漂移性能上会遭受比纯粹ＰＤＨ或ＳＤＨ信号更严重的损伤，需要采取有效的相位平滑措施才能满足抖动和漂移性能要求。

    （４）由于ＡＤＭ／ＤＸＣ的自选路由以及不同的２．０４８Ｍｂｉｔ／ｓ信号，使得网同步的规划管理和同步性能的保证增加了相当难度。

    （５）由于大规模采用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，使软件几乎可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备。这样，网络层上的人为错误、软件故障或计算机病毒的侵入会导致网络的重大故障，甚至造成全网瘫痪。为此，必须仔细地测试软件，选用可靠性较高的网络拓扑。

    综上所述，光同步传输网尽管也有其不足之处，但毕竟比传统的准同步传输网有着明显的优越性。毫无疑问，传输网的发展方向应该是这种高度灵活和规范化的ＳＤＨ网，它必将最终取代ＰＤＨ传输体制，并为宽带网的发展铺平道路。

２ 数字复用设备

    对光纤通信，采用复用方式可提高传输速率，降低成本。复用技术有时分复用、光时分复用、波分复用、频分复用等。模块信号ＳＴＭ－１是最基本的同步数字系列信号，而ＳＴＭ－Ｎ高等级信号是由ＳＴＭ－１同步复用、字节间插后形成的。

２．１ ＳＤＨ设备的一般逻辑功能块的组成

     为ＳＤＨ设备的一般逻辑功能块的组成，该图给出了将不同净负荷组合在一起并复用进ＳＴＭ－Ｎ所需要的步骤，既包含了必要的映射复用功能，又包含了交叉连接功能，因而该图是由最一般化的功能块组成，适用于所有ＳＤＨ设备。需要注意的是，图中功能的分割只是逻辑功能的分割，并不表示物理设备的实际分割。此外，不同功能块之间的连接点仅仅是逻辑上的参考点，并非内部接口，因而无需有参考点的接口规范。

    所有功能块中只有Ｇ．７０３接口处的ＰＤＨ物理接口（ＰＰＩ）功能块和通道适配功能块与净负荷有关，其它所有功能块都与净负荷无关。因而，除了与Ｇ．７０３接口有关的操作功能外，其它所有操作功能都独立于净负荷，增加新的净负荷类型时，只需提供新的接口功能，系统的其它部分不受影响。

２．２ 复用过程信号流程

    所谓复用过程信号流程，就是指信号从Ｇ．７０３接口输入直至形成ＳＴＭ－Ｎ信号输出的全过程。首先，ＰＤＨ物理接口（ＰＰＩ）功能块和低阶通道适配（ＬＰＡ）功能块为进来的准同步信号提供合适的物理接口，并将净负荷按规定映射进相应的信息容器（Ｃ）。信号加上低阶通道和高阶通道的一系列开销以及相位调整后，送入复用段适配（ＭＳＡ）功能块，按字节间插方式将由管理单元组成的管理单元组（ＡＵＧ）复用成完整的ＳＴＭ－Ｎ帧。进一步处理后，再生段终端（ＲＳＴ）功能块再对构成的ＳＴＭ－Ｎ信号进行扰码。最后，ＳＤＨ物理接口（ＳＰＩ）将内部的ＳＴＭ－Ｎ逻辑电平信号转换成ＳＴＭ－Ｎ接口的实际信号。随具体应用场合不同，这种实际信号可能是局内接口电信号或光信号，也可能是局间接口光信号。

２．３ 分用过程信号流程

    所谓分用过程只是上述复用过程的逆过程，即从ＳＴＭ－Ｎ输入到Ｇ．７０３接口输出。首先，ＳＰＩ将输入接口实际信号转换成内部逻辑电平信号，并且从输入线路信号中恢复定时信号。然后，ＲＳＴ进行帧定位搜寻，对ＳＴＭ－Ｎ定帧信号进行解扰，并处理段开销的第１至第３行。除了ＬＰＡ功能必须提供缓存和平滑电路来衰减由于复用过程、指针移动和比特塞入所引起的抖动外，其余操作功能都是上述相应复用过程的逆过程，在此不再重复。（待续）

（收稿日期：１９９７－１１－０９）