面向ＩＰ应用的ＳＤＨ的发展方向

１ 前言

    SDH自其诞生至今，由于其独特的同步复用功能、统一的复用标准及其强大的网管功能，曾受到电信业界的青睐，成为世界上各个网络运营商发展传输网络采用的重要技术之一。

    然而ＳＤＨ设备也有其自身的不足，比如网同步时有抖动积累、ＳＴＭ－１（１５５Ｍｂｉｔ／ｓ）的速率相对于一般的用户接入网来说速率显得太高而不经济等。特别是随着ＩＰ技术的广泛推广，对ＳＤＨ提出了更严格的要求，例如光通道带宽的经济利用问题等。随着异步转移模式（ＡＴＭ）和同步数字系列（ＳＤＨ）的发展及其性能优势在电信网中的显赫体现，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ及后来提出的ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）已是顺理成章的事。但是，由于ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ技术方案所占开销太大，ＩＰ ｏｖｅｒ ＷＤＭ技术的不成熟性（包括帧结构的确定、ＱＯＳ保障和链路的保护与恢复等问题有待解决），电信业界人士目前更倾向于ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术。ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术与ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ技术方案相比，它最大的弱点是ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术不能动态地分配带宽，从而引起光通道带宽较大的资源浪费，但通过ＳＤＨ设备增加千兆以太网接口方案，能达到使ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ动态地分配带宽，提高光通道带宽资源利用率的目的。

     因此，本文对增加ＳＤＨ开销中未定义字节的开发应用、在ＳＤＨ设备中增加ｓＳＴＭ接口及ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ等技术作重点介绍。

２ 增加ＳＤＨ开销中未定义字节的开发应用

      ＳＤＨ设备对ＩＴＵ－Ｔ建议中已定义开销字节的正确处理是保证整个系统正常工作的关键。一般的ＳＤＨ设备只完成ＩＴＵ－Ｔ建议中已定义开销字节的功能处理开发，而对未定义的开销字节（指ＳＤＨ段开销结构中未标记的字节）没有进行开发，似乎要等到ＩＴＵ－Ｔ建议定义后再来着手研究。这是不可取的，因为始终处于被动状态的开发方式在同类设备竞争中很难占到很大的市场份额。

    增加对ＳＤＨ开销中未定义字节的开发应用（对这片未定义的字节处理单独设置一块开销字节扩展盘）有如下优点：

（１）临时建立数据通道

      系统利用开销中未定义的字节，为用户提供６４ｋｂｉｔ／ｓ同向数据接口、ＲＳ２３２异步数据接口和ＴＴＬ接口等，每个数据通道占用一个开销字节。这样，在系统组网时，每个数据通道就具备多种传输模式（如单向连接方式、双向连接方式、广播通道等传输模式），并且每个数据通道的传输模式可由用户通过网管终端控制台随时进行选择、修改。

（２）自动选择数据通道保护方式

     开销扩展盘在不同的组网应用场合可根据网管的不同配置自动选择数据通道保护倒换策略，如在四纤系统中，信号采用双向连接方式，保护方式则采用类似复用段保护的方式；在二纤环形系统中，信号采用单向连接方式，保护方式则采用类似通道保护的方式。

（３）扩展开销功能可以重新定义

     网管系统可以通过开销扩展功能对段开销（ＳＯＨ）中的任意未用字节内容进行检测和修改。因此，当ＩＴＵ－Ｔ建议对开销字节的定义有所增补时，可以通过开销扩展盘对增补的新定义字节进行处理，而无需更换设备。

３ 在ＳＤＨ设备中增加ｓＳＴＭ接口

     目前，ＩＴＵ－Ｔ第１５研究组在建议Ｇ．７０８中规定了两种类型的接口：ｓＳＴＭ－２ｎ（传送ＴＵＧ－２）接口和ｓＳＴＭ－１ｋ（传送ＴＵ－１２）接口，这两种接口的速率取决于ｎ、ｋ的取值，例如，当ｎ＝１、２、４时，其对应的速率分别为７．４８８Ｍｂｉｔ／ｓ、１４．４Ｍｂｉｔ／ｓ、２８．２２４Ｍｂｉｔ／ｓ；当ｋ＝１、２、４、８、１６时，其对应的速率分别为２．８８Ｍｂｉｔ／ｓ、５．１８４Ｍｂｉｔ／ｓ、９．７９２Ｍｂｉｔ／ｓ、１９．００８Ｍｂｉｔ／ｓ、３７．４４Ｍｂｉｔ／ｓ。这种接口比较适用于无线传送技术中。而在建议Ｇ．７０７中规定了ｓＳＴＭ－０接口，其速率为５１．８４Ｍｂｉｔ／ｓ，这种速率既适应于中、小容量微波传输系统和卫星传输系统，更适合于目前ＳＤＨ设备在接入网中的推广。

４ 提高ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术中的带宽利用率

    在ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术中，ＳＤＨ仍属于电路交换，采用时分复用（ＴＤＭ）技术。在ＴＤＭ方式中，网络分配给通信连接的传输带宽是固定时隙，在此时隙中信源才能将信息传送给网络，其他时隙的带宽分配给其他通信过程。这种技术的弊端是不能根据业务量的大小动态地分配带宽。

     而ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ技术则不同，它在带宽分配方面有其独到之处。ＡＴＭ分配带宽是根据每类呼叫业务建立相应的虚路径连接（ＶＰＣ），并预留相应的虚路径（ＶＰ）带宽，这样呼叫时网络只判断相应的ＶＰＣ是否允许接入呼叫，如果存在空闲的带宽，网络判决接入业务；如果ＶＰ带宽无法满足业务的需求，网络可能根据当前运行状态改变ＶＰ的传输资源分配。另外，有一种最近提出的ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＴＭ，也能做到动态地分配带宽。动态同步传送模式（ＤＴＭ）是一种基于电路交换，并辅以动态时隙分配的宽带网络结构。动态同步传送模式基于通道通信，它相当于ＡＴＭ中的ＶＰ／ＶＣ，但去掉了ＡＴＭ中的复杂流量管理控制。通道间是时分复用的。动态同步传送模式时隙分为数据时隙和控制时隙，控制时隙仅占少量时隙，大部分是数据时隙。在ＤＴＭ系统初始化时，数据时隙按照预定的模式分配给ＤＴＭ网络总线上的所有节点，这样每个节点就拥有了一些数据时隙，以供数据发送，未分配完的数据时隙将会在节点间相互借用，随ＩＰ业务量的大小而动态变化。但它的缺陷是这种技术方案至今未通过标准化，并且与已大量商用的ＳＤＨ设备相比，其市场占有率太低。

４．１ ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术

     目前，为了使ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术具有动态带宽分配能力，以提高ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术中光通道带宽利用率，笔者认为较好的方法是通过在ＳＤＨ设备增加千兆以太网接口方案，即实现ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术达到此目的。 

    ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ与ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术的主要不同在于改变ＩＰ 路由器和ＳＤＨ ＡＤＭ的接口，前者中的ＩＰ路由器只有一对以太网和ＳＤＨ接口，以太网接口（一般是千兆以太网接口）集成在ＳＤＨ ＡＤＭ中；而后者中的ＩＰ路由器有许多种接口，包括令牌环接口、ＩＳＤＮ接口、以太网接口和几种不同速率的ＳＤＨ接口（如ＳＴＭ－１、ＳＴＭ－４、ＳＴＭ－１６等），在ＳＤＨ ＡＤＭ中也必须配置几种不同速率的接口（如ＳＴＭ－１、ＳＴＭ－４、ＳＴＭ－１６等）。

４．２   ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的映射过程

    ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的映射过程跟用高比特数字用户线（ＨＤＬＣ）协议实现ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的映射过程类似，只是此处改点到点通信协议（ＰＰＰ）帧为ＬＡＰＳ协议帧。

     用ＨＤＬＣ协议实现ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ，其映射过程分三步：

    ＩＰ数据报被封装成ＬＡＰＳ协议分组；

     用ＨＤＬＣ协议将被封装成ＬＡＰＳ协议分组后的ＩＰ数据报进行分组定界，变成ＨＤＬＣ帧；

      将ＨＤＬＣ帧列成一行映射入ＳＤＨ帧。

      采用ＨＤＬＣ协议来实现ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ或ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的映射，是一种传统的做法，映射过程中，在发送与接收端都需要对每一个输出／输入字节进行监控，并有时还要在两端分别进行填充和去填充操作（当用户数据字节的编码与标志字节相同时），这样的映射过程会给设备操作带来复杂性。

     前不久，由朗讯公司提出的一种简化数据链路（ＳＤＬ）协议引起了人们的注意，用这种协议来实现ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ或ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的映射过程时，跟ＨＤＬＣ方式有着明显的不同，它不需先将ＩＰ数据报装成ＰＰＰ协议或ＬＡＰＳ协议分组形式，而是直接对ＩＰ数据报分组进行定界、链路层管理，变成ＳＤＬ的帧格式，然后将ＳＤＬ帧映射入ＳＤＨ帧。ＳＤＬ的帧定界是基于ＳＤＬ帧头中的长度指示符来完成的，定界方式有两种：一种是使用ＳＤＨ通道开销（ＰＯＨ）中的Ｈ４字节作为指针，另一种是使用ＣＲＣ捕获方法，与ＡＴＭ中使用的方法相同。ＳＤＬ方法实现起来比较简单，比ＨＤＬＣ更容易应用于高速链路，是一种很有前途的协议。因此，在面向ＩＰ应用的ＳＤＨ发展过程中，应争取早日将ＳＤＬ协议应用于ＳＤＨ设备中。

４．３  ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的带宽动态分配

      当ＩＰ数据报业务所需的带宽介于ＶＣ－ｘ与ＶＣ－ｘ＋１之间时，ＳＤＨ设备可以采用对每个ＶＣ－ｘ分别建立点到点链路来进行传送，这是常规ＳＤＨ设备已能做到的。比如有４００Ｍ带宽的ＩＰ业务，我们可以对３个ＶＣ－４分别建立ＰＰＰ链路，即以ＳＴＭ－１为单位建立３个点到点链路。这样实际占用ＳＤＨ设备的３个１５５Ｍ口，似乎光通道资源利用率较高（为４００／（１５５．５２×３）＝８５．７３％），但由于ＩＰ业务通过分配给３个１５５Ｍ口来传送，在ＳＤＨ网内可能经受不同的时延，这样会带来管理上的困难。

      ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术之所以具有带宽动态分配功能，是通过在ＳＤＨ设备中增加千兆以太网接口，以太网接口级联ＶＣ－４方式将以太网帧映射进ＳＤＨ设备来实现的，因此，其核心内容在于级联。级联ＶＣ－４方式的具体过程如下：

      千兆以太网接口将Ｎ个ＶＣ－４捆绑在一起组成ＶＣ－４－Ｎ，在ＶＣ－４－Ｎ所支持的净荷区Ｃ－４－Ｎ中建立一个ＬＡＰＳ链路在ＳＤＨ网中传送，这就是ＶＣ－４级联，它能在单个ＶＣ－４－Ｎ内可携带Ｎ个Ｃ－４净荷。级联分为连续级联和虚级联。当Ｎ个ＶＣ－４连续排列时为连续级联，通常以ＶＣ－４－Ｎ中第一个ＶＣ－４的通道开销ＰＯＨ作为级联后的ＶＣ－４－Ｎ的通道开销。连续级联的缺点是有带宽分段问题，即Ｎ个ＶＣ－４必须相邻，应用灵活性差。真正有发展前景的是虚级联方式。虚级联方式无需ＶＣ－４相邻，它仅需通道终端设备提供级联功能即可。这种级联方式网络不变，但通道源和宿端各需增加一个终端设备作处理，收端须有一个缓冲存贮器引入额外延时，所有这些处理都是ＳＤＨ设备中增加的千兆以太网接口所需要做到的。这样，ＶＣ－４－Ｎ所携带的相当于净荷区Ｃ－４－Ｎ容量的ＩＰ业务便可在千兆以太网接口通道中传送。ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ中，以太网接口集成在ＳＤＨ ＡＤＭ中的好处是它比ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的带宽等级划分得更细。例如一个３００Ｍｂｉｔ／ｓ的业务在ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ中需要经由路由器的ＳＴＭ－４（６２２Ｍｂｉｔ／ｓ）接口映射入ＳＤＨ中，通过ＳＤＨ网传输时需占用６２２Ｍｂｉｔ／ｓ的光通道；而在ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ中则通过分配ＳＴＳ－３Ｃ（１５５ Ｍｂｉｔ／ｓ）的增量来支持不同用户的带宽要求，３００Ｍｂｉｔ／ｓ的业务分配两个ＳＴＳ－３Ｃ的增量就足够了，通过ＳＤＨ网传输时只需占用３１０Ｍｂｉｔ／ｓ的光通道。由此可见，ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术比ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的带宽利用率要高得多。

      另外，ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ与ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ｏｖｅｒ ＳＤＨ的不同之处是用千兆以太网取代ＡＴＭ。这种做法的好处是：千兆以太网与ＩＰ兼容，携带ＩＰ数据报时额外开销少。由于千兆以太网使用了和标准以太网相同的ＩＥＥＥ ８０２．２ ＬＬＣ层，所以现存的ＩＰ协议可以不做任何修改就能在千兆以太网上运行。而ＡＴＭ则需要通过ＬＡＮ仿真、ＡＴＭ上的多协议（ＭＰＯＡ）等技术来将ＩＰ调整到ＡＴＭ适配器层上后才能运行ＩＰ协议；在额外开销方面，以传送一个１ ５００字节的ＩＰ数据报为例，千兆以太网只需添加２６字节的额外开销，而ＡＴＭ则需添加１９６字节的额外开销。

     据报道，中兴通讯的ＺＸＳＭ－１５０／６００／２５００光传输ＳＤＨ设备能直接提供１０Ｍｂｉｔ／ｓ、１００Ｍｂｉｔ／ｓ的以太网接口，它采用ＩＰ＋ＰＰＰ包模式到ＳＤＨ虚容器（ＶＣ）的直接映射实现数据的传输，可用于实现设备所在站点间的计算机网络互联。笔者认为，在该设备增加千兆以太网接口，利用虚级联ＶＣ－４的方式将ＩＰ业务映射入ＳＤＨ设备中传输，也许其市场前景会更好。

５ 结束语

      ＳＤＨ在主干线上已被广泛采用，但对于接入网、无线通信及ＩＰ业务等市场领域，ＳＤＨ占有的份额却很少。这要求我们在提高ＳＤＨ性能的同时，增加一些新的功能，比如增加ｓＳＴＭ接口及以太网接口等满足电信业务运营商的需求，只有这样，ＳＤＨ才能走出目前的尴尬境地。

参考文献

１ 韦乐平．接入网技术的现状与发展展望．邮电商情,１９９９,（１７）:７～１１

２ 赵颖等．ＳＤＨ开销中未定义字节的应用开发．光通信研究，１９９８,（６）,８～１１

３ 毛谦．ＳＴＭ－０的子速率及其接口．光通信研究，１９９８，（４）：１～５

４ 黄锡伟等．宽带通信网络．北京：人民邮电出版社，１９９８

５ 韦乐平．光同步数字传送网．北京：人民邮电出版社，１９９８

６ 邬贺铨．面向ＩＰ的ＳＤＨ技术．中国通信，１９９９,（８）：６３～６７

７ 于宁．动态同步传送模式——ＤＴＭ．现代电信科技，１９９９,（１）：２９～３１

（收稿日期：２０００－０１－１８）

[摘要] 面向ＩＰ应用的ＳＤＨ设备仍存在许多不足之处，对此，文章重点介绍ＳＤＨ开销中未定义字节的开发应用、在ＳＤＨ设备中增加ｓＳＴＭ接口以及ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ等技术。

[关键词] 同步数字系列 网间协议 以太网 光通道带宽

[Abstract] Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ＳＤＨ ｅｑｕｉｐ-ｍｅｎｔ ，ｔｈｅｎ ｐｕｔｓ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｐｌｏｙｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｄｅｆｉｎｅｄ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｂｙｔｅｓ ｉｎ ＳＤＨ?ｓＳＴＭ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ａｄｄｅｄ ｉｎ ＳＤＨ ｅｑｕｉｐ-ｍｅｎｔ ａｎｄ ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．

[Keywords] ＳＤＨ ＩＰ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｂａｎｄ-ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ