ＳＤＨ联网技术（二）

编者按：

    同步数字体系（ＳＤＨ）是新一代较为理想的传输网技术体制，本刊分４期介绍其联网技术。上期已介绍了ＳＤＨ的概念、特点以及ＳＤＨ数字复用设备。本期将着重介绍ＳＤＨ数字交叉连接设备和ＳＤＨ网同步。

３ 数字交叉连接设备

 ３．１ 数字交叉连接设备（ＤＸＣ）的 基本概念

    随着电信网的发展，传输系统的种类越来越多，容量越来越大，网络也越来越复杂。传统的将不同种类和容量的传输系统在人工数字配线架上互连的方式不仅效率低、可靠性差，而且无法适应动态变化的传输网络配置和管理的要求。因而出现了相当于自动数字配线架的ＤＸＣ设备（当然其功能已远不限于此）。这是一种具有１个或多个准同步数字体系或同步数字体系的信号端口，并至少可以对任何端口信号速率（和／或其子速率信号）与其它端口信号速率（和／或其子速率信号）间进行可控连接和再连接的设备。适用于ＳＤＨ的ＤＸＣ（即ＳＤＸＣ）则能进一步在接口间提供可控的虚通道（ＶＣ）透明连接和再连接，这些接口信号既可以是ＳＤＨ速率，也可以是ＰＤＨ速率。此外，ＳＤＸＣ还能支持Ｇ．７８４建议所规定的控制和管理功能。可见，ＳＤＸＣ只是ＤＸＣ中的一类，两者的差别在于：应用于ＰＤＨ的ＤＸＣ只能处理有限的几个ＰＤＨ等级信号，而ＳＤＸＣ则能处理包含各种等级的信号及其混合体的ＶＣ，并对这些ＶＣ实现连接和再连接功能。此外，由于ＳＤＸＣ采用了ＳＤＨ复用原理，因此省去了传统ＤＸＣ内的全套背靠背复用设备，使设备变得简单、灵活和经济。最后，在ＳＤＨ环境中应用的ＳＤＸＣ由于主要工作在同步状态，因而定时精度取决于输入基准时钟，内部时钟的要求可以有所降低。而最近开发的ＤＸＣ设备都是既能工作于ＰＤＨ环境，又能工作于ＳＤＨ环境的同步系统。为此，文中涉及ＤＸＣ术语时，一般已包含ＳＤＸＣ在内，需要强调时，再直接应用ＳＤＸＣ这一术语。

    一个传统的ＤＸＣ可以用图３所示的简化结构来表示，其接入端口（即输入输出端口）与传输系统相连。ＤＸＣ的核心部分是交叉连接功能，参与交叉连接的速率一般等于或低于接入速率。交叉连接速率与接入速率之间的转换需要由复用和分用功能来完成。首先，每个输入信号被分用成ｍ个并行的交叉连接信号。然后，内部的交叉连接网采用时隙交换技术（ＴＳＩ），按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些交叉连接通道进行重新安排，最后再利用 复用功能将这些重新安排后的信号复用成高速信号输出。整个交叉连接过程由连至ＤＸＣ的本地操作系统或连至电信管理网（ＴＭＮ）的支持设备进行控制和维护。对于ＳＤＸＣ，由于特定的ＶＣ总是处于净负荷帧中的特定列数，因而要对ＶＣ实施交叉连接，只须对特定的列进行交换即可。因而ＳＤＸＣ实际是一种列交换机，利用外部编程命令即可实现交叉连接功能。

    依据端口速率和交叉连接速率的不同，ＤＸＣ可以有各种配置形式。通常用ＤＸＣ Ｘ／Ｙ来表示一个ＤＸＣ的配置类型，其中，Ｘ表示接入端口数据流的最高等级，Ｙ表示参与交叉连接的最低级别。数字０表示６４ｋｂｉｔ／ｓ的电路速率，数字１、２、３、４分别表示ＰＤＨ体制中的１至４次群速率，其中４也代表ＳＤＨ体制中的ＳＴＭ－１等级；数字５和６分别代表ＳＤＨ体制中的ＳＴＭ－４和ＳＴＭ－１６等级。例如ＤＸＣ１／０表示接入端口的最高速率为一次群信号，而交叉连接速率则为６４ｋｂｉｔ／ｓ。ＤＸＣ４／１表示接入端口的最高速率为１４０Ｍｂｉｔ／ｓ或１５５Ｍｂｉｔ／ｓ，而交叉连接的最低速率为一次群信号。换言之，这种ＤＸＣ４／１设备允许所有１、２、３、４次群信号和ＳＴＭ－１信号接入并进行交叉连接。实际电信网中，目前应用最广泛的是ＤＸＣ１／０、ＤＸＣ４／１和ＤＸＣ４／４这３种设备，其应用重点各有不同。其中ＤＸＣ１／０称为电路ＤＸＣ，主要为现有ＰＤＨ提供快速、经济和可靠的６４ｋｂｉｔ／ｓ电路的数字交叉连接功能，可以为专用网提供自动和集中的管理维护，也可以作为汇接网中心节点或用作网关；ＤＸＣ４／１是功能最为齐全的多用途系统，主要用于局间中继网，也可以作长途网、局间中继网和本地网之间的网关，以及ＰＤＨ与ＳＤＨ之间的网关；ＤＸＣ４／４是宽带数字交叉连接设备，对逻辑能力要求较低，接口速率与交叉连接速率相同，采用空分交换方式，因此交叉连接速度很快，主要用于长途网的保护／恢复和自动监控。

３．２ ＤＸＣ的基本功能和特点

    ＤＸＣ在传输网中的基本用途是进行自动化网络管理，其主要功能有：分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务（例如专用电路）迅速提供可用路由；为临时性重要事件迅速提供电路；当网络出故障时，能迅速提供网络的重新配置；按业务流量的季节性变化使网络最佳化；网络运营者可以自由地在网中混合使用不同的数字体系（ＰＤＨ或ＳＤＨ），并作为ＰＤＨ与ＳＤＨ的网关使用。简言之，ＤＸＣ是一种兼有复用、配线、保护／恢复、监控和网管的多功能传输设备。它不仅直接代替了复用器和数字配线架，具有尺寸小、可靠性高的特点，而且可以为网络提供迅速有效的连接和网络保护／恢复功能，并能经济有效地提供各种业务，尤其是租用业务，增加运营收入，具有很好的经济效益。

与常规保护倒换系统相比，ＤＸＣ所需的备用线路大大减少，也不需要常规配线方式那么大的冗余容量，提高了网络利用率，从而使网络的规划工作得以简化，规划时间得以缩短。

    从ＤＸＣ的基本功能可知，ＤＸＣ的核心是交叉连接网络，用于ＳＤＨ环境中的ＤＸＣ交叉连接网络有下述４个特点：

（１）信号独立性：即无论哪个数字体系的信号，交叉连接网络都可以进行交叉连接，信号匹配工作已在接口连接板上完成。

（２）无阻塞性：ＤＸＣ对任意带宽的支路信号都能进行无阻塞的交叉连接，甚至对广播方式也是如此。

（３）周期性：在每一个１２５μｓ帧中，所有支路信号都周期性地在固定位置上重复出现。

（４）同步性：使所有输入并行信号的频率完全相同。同步性和周期性结合意味着在传送过程中，系统总能对任意一条通道进行定位。

交叉连接网络的周期性和同步性使ＤＸＣ能够处理所有不同数字体系的信号，使不同并行输入信号中的信息可以容易地彼此交换。

从ＤＸＣ的交叉连接功能可知，所谓交叉连接也是一种“交换功能”。与常规数字交换机不同之处在于，ＤＸＣ交换的对象是多个电路组成的电路群（称通道）。ＤＸＣ交叉连接矩阵由外部操作系统控制，将来要连至电信管理网（ＴＭＮ），因而增加了网络灵活性和网络管理能力。ＤＸＣ还能提供经济的上下业务设施和网关功能。而且由于ＤＸＣ代替了配线架和复用器，各个信号的定时信息必须经过系统传送并在输出处再生，因此ＤＸＣ具有定时透明性。当然，就交叉连接矩阵而言，ＤＸＣ远非数字交换机那样动态变化，基本是半永久性的。

３．３ 集中控制与分布控制

    ＤＸＣ在网络中最主要的应用是提供网络自动恢复功能。所谓网络恢复功能就是当网络出故障后，能自动地重选路由，恢复业务，恢复算法（也即路由算法）。目前主要有集中控制和分布控制两种算法。

３．３．１ 集中控制方法

    网络由中心控制系统（网管系统）控制，其内部有一个庞大的网络数据库，存有涉及网络的所有节点、交叉连接矩阵表以及空闲容量的全部信息。每一链路和通道都分配有优先等级数值，作为该通道的权值。当链路失效后，故障信息经其他路由报告给中心控制系统。然后，中心控制系统从其网络数据库中搜寻有关节点的信息并计算和模拟可能的替代路由。利用各个通道所分配的权值可以计算出可能路由的累积权值，于是可以列出若干可供选择的路由权值表，其中最佳路由置于表的开头。当中心控制系统选定某一最佳路由后将同时送出控制命令给相应的节点执行交叉连接或分插功能，从而建立起新的路由，于是失效路由的业务将转而由新路由携带，起到网络恢复作用。

３．３．２ 分布控制方法

    网络泛洪法是最典型的分布控制算法，使网络具有很高的生存能力，它无需中心控制系统。当链路失效后，检测到故障的源节点所产生的要求空闲通道的消息，将传向所有节点，并在其遇到的每一节点的所有方向上都分支，直到最后到达终节点（即紧挨失效段的另一侧节点）为止，网中所有节点都能收到该消息。通常，源节点要求所有邻近节点提供空闲容量，然后所有节点都报告它与相邻节点间的可用空闲通道，直至搜寻到源节点与终节点之间的最短或最快替代路由。一旦终节点确认了用以搜寻最佳路由的消息，该消息将回传给源节点确认路由的存在并表明可以使用这一替代路由。之后源节点要求该替代路由上的所有节点执行交叉连接或分插功能分配空闲容量从而形成一新的路由，于是失效路由上的业务将转而由该替代路由携带。如果单一路由不能支持所有失效设施，则可以利用多条替代路由来共同完成这一任务。

３．３．３ 两种控制方法的比较

    集中控制方法是传统的控制方法，随着ＳＤＨ的引入，不仅网络单元（如ＤＸＣ、ＡＤＭ）已具有智能，而且可以利用嵌入通信通路快速地将控制机理分配给网元（ＮＥ），因而分布控制方法得到了发展，两者的主要区别有以下几个方面。

    首先，集中控制方法仅需对控制响应消息实现标准化，而分布式控制需要对控制响应消息以及路由算法都实现标准化才行。

    其次，集中控制方法的智能集中在中心控制系统，因此易于支持不同厂家设备和不同容量的节点共同工作。分布控制要求所有节点（ＤＸＣ或ＡＤＭ）具有同样的智能。

    再者，集中控制需要访问网络数据库，在网络范围内模拟和计算各种替代路由，恢复时间较长，至少几分钟。当网络空闲容量较少时甚至可达几十分钟以上。时间已远大于电话呼叫丢失门限和数据协议的超时。而分布控制中替代路由的搜寻无需复杂的全网路由的模拟和计算，恢复时间很短，可小于２ｓ这一重要的连接丢失门限值。

    最后，集中控制需要维持一个完整的、一致的和准确、庞大的网络数据库，随着网络的不断发展和变化，其存储、响应时间和成本都将成为问题，分布控制没有这些麻烦。

    综上所述，两者各有利弊，应互相补充，配合应用，其发展趋势是越来越多地将控制机理分配给网络单元。

４ 网同步

４．１ 网同步的基本原理

    网同步是数字网所特有的问题，实现网同步的目标是使网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以使网内各交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。否则会在数字交换机的缓存器中产生信息比特的溢出和取空，导致数字流的滑动损伤，造成数据出错。由于时钟频率不一致产生的滑动在所有使用同一时钟的系统中都会出现，影响很大，因而必须进行有效控制。

４．１．１ 同步方式

    目前，各国公用网中交换节点时钟的同步主要采用主从同步方式。

    主从同步方式使用一系列分级的时钟，每一级时钟都与其上一级时钟同步，网中的最高一级时钟称为基准主时钟或基准时钟（ＰＲＣ），这是一个高精度和高稳定度的时钟，该时钟经同步分配网（即定时基准分配网）分配给下面的各级时钟。目前ＩＴＵ－Ｔ将各级时钟划分为以下４类：

（１）基准主时钟，由建议Ｇ．８１１规范；

（２）转接局从时钟，由建议Ｇ．８１２规范；

（３）端局从时钟，也由建议Ｇ．８１２规范；

（４）ＳＤＨ网络单元时钟，由建议Ｇ．８１３规范。

通常，同步分配网采用树形结构，将定时基准信号送至网内各交换节点，然后通过锁相环使本地时钟的相位锁定到收到的定时基准上，从而使网内各交换节点的时钟都与基准主时钟同步。

４．１．２ 时钟类型和工作模式

４．１．２．１ 时钟类型

目前公用网中实际使用的时钟类型主要分为以下３类：

   （１）铯原子钟

铯原子钟利用铯原子的能量跃迁现象构成的谐振器来稳定石英晶体振荡器的频率。这是一种长期频率稳定度和精确度都很高的时钟，其长期频偏优于１×１０－１１，可以作为全网同步的最高等级的基准主时钟。

   （２）石英晶体振荡器

石英晶体振荡器是应用范围十分广泛的廉价频率源，可靠性高，价格低，频率稳定度范围很宽，采用高质量恒温箱的石英晶振的频偏率可达１０－１１／天。一般，高稳定度石英晶振可以作为长途交换局和端局的从时钟，此时石英晶振采用窄带锁相环，并具有频率记忆功能。低稳定度石英晶振可以作为远端模块或数字终端设备的时钟。

   （３）铷原子钟

随着技术的进步，这种过去很少应用的时钟源正获得新应用。其性能（稳定度和精确度）和成本介于上述两种时钟之间。频率可调范围大于铯原子钟，适于作同步区的基准时钟。

４．１．２．２ 工作模式

主从同步方式中，节点上的从时钟通常有３种实际工作模式（除了完全理想的工作条件外）。

   （１）正常工作模式

    正常工作模式指在实际业务条件下的情况。此时，时钟同步于输入的基准时钟信号，影响时钟精度的主要因素有基准时钟信号的固有相位噪声和从时钟控制环（从时钟振荡器的锁相环）的相位噪声。通常，输入基准时钟信号可以跟踪网中的主时钟。但也有可能是从另一更高等级但暂时处于保持模式工作的转接局从时钟中获取定时。

   （２）保持模式

    当所有定时基准丢失后，从时钟可以进入所谓的保持模式。此时，从时钟利用定时基准信号丢失之前所存储的最后的频率信息作为其定时基准而工作，同时振荡器的固有频率会慢慢地漂移，以保证从时钟频率在长时间内与基准频率只有很小的频率偏差，使滑动损伤仍然在允许的指标要求内。这种方式可以应付长达数天的外定时中断故障。实际应用中，转接局时钟、端局时钟和一些重要的网元（如ＤＸＣ和ＳＤＨ设备等）时钟都具备保持模式功能，一些简单的网元（如再生器）时钟也可以不具备此功能。

  （３）自由运行模式

    当从时钟不仅丢失所有外部定时基准，而且也失去了定时基准记忆或者根本没有保持模式时，从时钟内部振荡器工作于自由振荡方式。

４．２ ＳＤＨ网同步结构和方式

４．２．１ ＳＤＨ的引入对网同步的影响

    ＳＤＨ有很多优点，然而，ＳＤＨ的引入会对网同步产生重要影响。当然，目前从技术上已有措施可以减小这些影响，但尚不能完全消除。

    ＳＤＨ允许不同规格的净负荷实现混合传输，这对传输网应用十分方便，但对网同步规划却带来不利。在ＳＤＨ网中，网元收到的２Ｍｂｉｔ／ｓ一次群信号既可能是单独传来的，也可能是嵌入在高次群信号内一起传来的，显然两者的定时性能有很大的不同。但由于ＳＤＨ网中的ＤＸＣ和ＡＤＭ都有分插和重选路由的能力，因而在网中很难区分具有不同经历的２Ｍｂｉｔ／ｓ信号，也就难以确定最适于作网络定时的２Ｍｂｉｔ／ｓ信号，给网同步规划带来困难。

    ＳＤＨ自愈环、路由备用和ＤＸＣ的自动配置功能带来了网络应用的灵活性和高生存性，但却给网同步定时的选择带来了复杂性。在ＳＤＨ网中，网络定时的路由随时都有可能变化，因而其定时性能也随时可能变化，即网元的外定时质量无法确定，给网同步规划带来极大的困难。

    综上所述，ＳＤＨ的引入将会对网同步的规划和管理产生重要影响，需要在规划和设计ＳＤＨ时仔细考虑。□

（收稿日期：１９９７－１１－０９）