SDH技术介绍
SDH技术介绍一、SDH的概念SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）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）。国际电话电报咨询委员会（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，能大大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，受到人们的广泛重视。本文对SDH的产生背景，技术特点，基本原理，网络生存性及应用作了介绍，并展望了SDH将来的发展趋势。二、SDH技术发展背景介绍当今社会是信息社会，高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通信网传输、交换处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、综合化智能化和个人化方向发展。目前传统的由PDH传输体制组建的传输网，由于其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，由此看出在通信网向大容量标准化发展的今天，PDH的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。传统的PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：1.接口方面（1）只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准。（2）没有世界性标准的光接口规范。2.复用方式现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号，（包括日本系列6.3Mbit/s速率的信号）是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。这就会引起两个问题：（1）从高速信号中分/插出低速信号要一级一级的进行。（2）由于低速信号分/插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程，这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化。3.运行维护方面PDH信号的帧结构里用于运行维护工作OAM的开销字节不多，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。由于PDH信号运行维护工作的开销字节少，这对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度，传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的。4.没有统一的网管接口由于没有统一的网管接口，这就使你买一套某厂家的设备就需买一套该厂家的网管系统，容易形成网络的七国八制的局面，不利于形成统一的电信管理网。由于以上这种种缺陷使PDH传输体制越来越不适应传输网的发展。于是美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的同步网络（SONET）体制，CCITT于1988年接受了SONET概念，并重命名为同步数字体系SDH，使其成为不仅适用于光纤传输，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，能大大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，受到人们的广泛重视。三、SDH技术特点简介3.1、映射、定位和复用的概念将低速PDH支路信号复用成STM-N信号过程中需要经过了3个步骤：映射、定位、复用，下面一次介绍这三个概念：（1）映射：映射（Mapping）是一种在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处），将支路信号适配进虚容器的过程。例如，将各种速率（140M、34M、2M和45Mbit/s）PDH支路信号先经过码速调整，分别装入到各自相应的标准容器C中，再加上相应的通道开销，形成各自相应的虚容器VC的过程，称为映射。为了适应各种不同的网络应用情况，有异步、比特同步、字节同步三种映射方法与浮动VC和锁定TU两种映射模式。（2）定位：定位（Alignment）是一种当支路单元或管理单元适配到它的支持层帧结构时，将帧偏移量收进支路单元或管理单元的过程。它依靠TU-PTR或AU-PTR功能来实现。定位校准总是伴随指针调整事件同步进行的。（3）复用：复用(Multiplex)是一种使多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层（例如TU-12（×3）→TUG-2（×7）→TUG-3（×3）→VC-4），或把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程（例如AU-4（×1）→AUG（×N）→STM-N）。复用的基本方法是将低阶信号按字节间插后再加上一些塞入比特和规定的开销形成高阶信号，这就是SDH的复用。3.2SDH的开销开销是开销字节或比特的统称，是指STM-N帧结构中除了承载业务信息（净荷）以外的其他字节。开销用于支持传输网的运行、管理和维护（OAM）。3.2.1段开销字节STM-N帧的段开销位于帧结构的（1~9）行×（1~9N）列（其中第4行为AU-PTR除外）。我们以STM-1信号为例来讲述段开销各字节的用途。对于STM-1信号，段开销包括位于帧中的（1~3）行×（1~9）列的RSOH再生段开销和位于（5~9）行×（1~9）列的MSOH复用段开销。如图1所示再生段开销和复用段开销在STM-1帧中的位置，它们的区别是什么呢？区别在于监控的范围不同，RSOH是对应一个大的范围—STM-N，即对每个再生段实行监管；MSOH是对应这个大的范围中的一个小的范围—STM-1，对每个复用段实行监管。A1A1A1A2A2A2JO×＊×＊B1△△E1△F1××D1△△D2△D3管理单元指针B2B2B2K1K2D4D5D6D7D8D9D10D11D12S1M1E2××△为与传输媒质有关的特征字节（暂用）×为国内使用保留字节＊为不扰码国内使用字节所有未标记字节待将来国际标准确定（与媒质有关的应用，附加国内使用和其他用途）9字节9行RSOHMSOH图1STM-1段开销字节安排（1）定帧字节A1和A2：定帧字节的作用是识别帧的起始点，以便接收端能与发送端保持帧同步。A1、A2字节就能起到定帧的作用，通过它，收端可从信息流中定位、分离出STM-N帧。（2）再生段踪迹字节：J0字节被用来重复地发送段接入点标识符，以便使接收端能据此确认与指定的发送端处于持续连接状态。（3）数据通信通路（DCC）字节：D1～D12用于OAM功能的数据信息——下发的命令、查询上来的告警性能数据等。其中，D1~D3字节是再生段数据通路（DCCR），用于再生段终端间传送OAM信息；D4~D12字节是复用段数据通路（DCCM），用于在复用段终端间传送OAM信息。（4）公务联络字节：E1和E2可分别提供一个64kbit/s的公务联络语声通道，语音信息放于这两个字节中传输。（5）使用者通路字节：F1提供速率为64kbit/s数据/语音通路，保留给使用者（通常指网络提供者）用于特定维护目的的公务联络。（6）比特间插奇偶校验8位码BIP-8：B1字节就是用于再生段层误码监测的（B1位于再生段开销中第2行第1列）。（7）比特间插奇偶校验N×24位的（BIP-N×24）字节：检测的是复用段层的误码情况。（8）复用段远端误码块指示（B2-FEBBE）字节：M1字节是个对告信息，由接收端回送给发送端。M1字节用来传送接收端由B2所检出的误块数，以便发送端据此了解接收端的收信误码情况。（9）自动保护倒换（APS）通路字节：K1、K2（b1-b5）用作传送自动保护倒换（APS）信息，用于支持设备能在故障时进行自动切换，使网络业务得以自动恢复（自愈），它专门用于复用段自动保护倒换。（10）复用段远端失效指示（MS-RDI）字节：K2（b6~b8）这3个比特用于表示复用段远端告警的反馈信息，由收端（信宿）回送给发端（信源）的反馈信息，它表示收信端检测到接收方向的故障或正收到复用段告警指示信号。也就是说当收端收信劣化，这时回送给发端MS-RDI告警信号，以使发端知道收端的状况。若收到的K2的b6~b8为110码，则表示对端检测到缺陷的告警（MS-RDI）；若收到的K2的b6~b8为111，则表示本端收到告警指示信号（MS-AIS），此时要向对端发MS-RDI信号，即在发往对端的信号帧STM-N的K2的b6~b8置入110值。（11）同步状态字节：S1（b5~b8）表示ITU-T的不同时钟质量级别，使设备能据此判定接收的时钟信号的质量，以此决定是否切换时钟源，即切换到较高质量的时钟源上。（12）与传输媒质有关的字节：△字节专用于具体传输媒质的特殊功能，例如用单根光纤做双向传输时，可用此字节来实现辨明信号方向的功能。（13）国内保留使用的字节：×用途待由将来的国际标准确定。3.2.2高阶通道开销：HP-POH高阶通道开销的位置在VC-4帧中的第一列，共9个字节。（1）通道踪迹字节J1：AU-PTR指针指的是VC-4的起点在AU-4中的具体位置，即VC-4的首字节的位置，以使收信端能据此AU-PTR的值，准确地在AU-4中分离出VC-4。J1正是VC-4的首字节，那AU-PTR所指向的正是J1字节的位置。（2）高阶通道误码监视字节（BIP-8）：B3利用BIP-8原理，B3字节负责监测VC-4在传输中的误码性能，监测机理与B1、B2相类似，只不过B3是对VC-4帧进行BIP-8校验。（3）信号标记字节：C2用来指示VC帧的复接结构和信息净负荷的性质。（4）通道状态字节：G1用来将通道终端状态和性能情况回送给VC-4通道源设备，从而允许在通道的任一端或通道中任一点对整个双向通道的状态和性能进行监视。（5）使用者通路字节：F2、F3这两个字节提供通道单元间的公务通信（与净负荷有关），目前很少使用。（6）TU位置指示字节：H4指示有效负荷的复帧类别和净负荷的位置。（7）自动保护倒换通道：K3字节的b1~b4用于传送高阶通道保护倒换指令。（8）网络运营者字节：N1用于高阶通道的串联连接监视（TCM）功能。2.3.3低阶通道开销：LP-POH低阶通道开销这里指的是VC-12中的通道开销，它监控的是VC-12通道级别的传输性能。（1）通道状态和信号标记字节：V5具有误码检测、信号标记和VC-12通道状态显示等功能。（2）VC-12通道踪迹字节：J2的作用类似于J0、J1，它被用来重复发送内容——由收发两端商定的低阶通道接入点标识符，使接收端能据此确认与发送端在此通道上处于持续连接状态。（3）网络运营者字节：N2用于低阶通道的串联连接监视（TCM）功能。（4）自动保护倒换通道K4：b1~b4比特用于通道保护，b5~b7比特是增强型低阶通道远端缺陷指示，而b8比特为备用。3.2.3SDH的指针指针的作用就是定位，通过定位使收端能准确地从STM-N码流中拆离出相应的VC，进而通过拆VC、C的包封分离出PDH低速信号，即能实现从STM-N信号中直接分支出低速支路信号的功能。（1）管理单元指针（AU-PTR）：AU-PTR的位置在STM-1帧的第4行1~9列共9个字节，用以指示VC-4的首字节J1在AU-4净负荷的具体位置，以便接收端能据此准确分离VC-4。当VC-4的速率（帧频）于AU-4的速率（帧频）不同步时，需要进行指针调整。（2）支路单元指针（TU-PTR）：TU-12指针用以指示VC-12的首字节（V5）在TU-12净负荷中的具体位置，以便接收端能准确分离出VC-12。3.3、SDH的技术特点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：（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，它利用软件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，由于大大简化了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，优化了网络性能有，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，支持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。目前的传输网络以较大规模光纤SDH传输网为主体。为承载TDM业务而设计制定的SDH技术，以其高的可靠性、强的可控性、好的扩展性以及完善的网络体制，在现在传输网中占着主导地位。在传输网的建设规划中，由于考虑到成本和网络生存性的因素，环状拓扑尤其是双纤环是构成网络的主要拓扑形式，其它各种拓扑形状中，点对点和线状使用得也相对较多，星状、树状和网格状在实际网络中比较少见。四、SDH技术的基本原理和关键技术4.1、SDH技术的基本原理SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（SynchronousTransport，N=1，4，16，64），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；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（SectionOverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AUPTR）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（RegeneratorSectionOverHead，RSOH）和复用段开销（MultiplexSectionOverHead，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而言每帧字节为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：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（TUPTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。图2SDH设备工作流程图4.2、SDH的关键技术在当今城域网内，呈现出流量和业务快速增长而又很难预测的现象，这给规划和建设网络带来很大困难，最好的解决方法是使网络具有支持多业务、多协议和智能化的特点，从现在的传统网络结构向语音与数据网络融合的方向发展。在这种情况下，产生了两种综合传送平台方案，一种是以数据为中心向以太网升级的方案，它具有低成本、应用广泛和容易使用的优势，但同时存在明显的缺陷，即有限的服务质量(QoS)保证，为此IEEE802.17定义了弹性分组环(RPR)标准，目的是在提供综合业务传送平台的同时，提高包交换网络的可靠性，利用环网的概念提供保护，达到同步数字体系(SDH)50ms的保护水平；另一种是以传统SDH技术为中心向下一代SDH升级的方案，实现各种类型的数据在同步光网络(SONET)/SDH上灵活可靠地传输(DoS–DataoverSONET/SDH)。DoS是一种传输机制，它使各种数据接口(如以太网、光纤通道、企业系统连接体系结构/光纤连接(FICON)通道等)能高效地接入SONET/SDH，尤其是支持现在广泛用于广域网(WAN)的吉比特以太网。DoS的实现主要基于3种关键技术：通用成帧规程(GFP—-genericframingprocedure)、虚级联(VC—-virtualconcatenation)和链路容量调整方案(LCAS—-linkcapacityadjustmentscheme)。4.2.1、通用成帧规程(GFP)在SDH上传输数据包一般采用PoS(packet-over-SDH)协议，原有以点对点协议(PPP)为基础的PoS技术已不符合应用要求，因为PoS仅把数据包或帧用PPP、帧中继(FR)或高级数据链路控制(HDLC)协议封装，再映射到SDH中。PoS不能区别不同的数据包流，因此也不能对每个流的流量工程、保护和带宽进行管理，不能提供许多用户需要的1Mbit/s-10Mbit/s以太网带宽颗粒，它实际上是靠高层的路由器等设备来实现流量工程和业务生成功能。因此，在SDH上采用新的封装格式GFP传送数据包，是下一代SDH的发展重点。ITU-T把GFP定义为G.7041，GFP具有数据头纠错和把通道标识符用于端口复用(把多个物理端口复用成一个网络通道)的功能。最重要的一点是GFP可支持成帧映射(frame-mapped)和透明传送(transparent-mapped)两种工作方式，这样便可支持更多应用。成帧映射方式是把已成帧用户端数据信号的帧封装进GFP帧中，以子速率级别支持速率调整和复用。透明传送方式则完全不同，它接收原数字信号，只在SDH的帧内用低开销和低时延数字封装的方式来实现。从原理上讲，GFP可封装任何协议数据，保证简单的协议在光层上融合，并保证灵活性和更细的带宽颗粒。2001年11月，ITU-TG.7042通过了VC和LCAS，它们都是下一代SDH中的关键技术，尤其是支持GFP时。在传送网中，VC和LCAS提供一种更灵活的通道容量组织方式，以更好地满足数据业务的传输特点，把任意带宽的以太网数据流映射到任意数量的VCl2或VC3通道中，最大程度地减少带宽浪费。VC和LCAS一起创造可微调的SDH容量，以适应数据业务的QoS和服务等级协议(SLA)需求。VC还允许新的更有效的共享保护机制，把流量分成不同部分，然后通过不同路径发送。在网络正常工作情况下，不需要配置额外的保护通道，例如当其中一条路由出现故障时，LCAS可以把出现故障的VC4通道从虚级联组(VCG)中自动删除，此时VCG的带宽会减少，但可确保链路故障时业务不中断。LCAS技术的复杂性在于，VC把不同的VC/同步传输模块(STM)连接起来运送载荷，而在VCG中，不同的VC/STM将走不同路径，在接收端会产生不同时延，因此必须具备能纠正这种偏差的功能。另外，LCAS为双向信令协议，能保证网管系统中改变通道带宽的命令不影响用户流量。4.2.2、虚级联(VC)技术虚级联(VC)是指用来组成SDH通道的多个虚容器VC-n之间并没有实质的级联关系，它们在网络中被分别处理并独立传送，只是因为它们所传的数据具有级联关系。这种数据的级联关系在数据进入容器之前即做好标签，待各个VC-n的数据到达目的终端后，再按原定的级联关系重新组合。SDH级联传送要求每个SDH网元都具有级联处理功能，而虚级联传送只要求终端设备具有相应功能即可，因此易于实现。利用VC技术可把一个完整的用户带宽分割开，映射到多个独立的VC-n中传输，然后由目的终端把这些VC-n重新组合成完整的用户带宽。这样做对网络影响小，能合理地分配各种业务带宽，提高网络带宽利用率。例如，用户要传输1Gbit/s的以太网数据，由于传统SDH的速率等级固定，所以要用16个VC4即一个2.5Gbit/s(16×150Mbit/s=2.4Gbit/s)的信道来传输1Gbit/s数据，带宽利用率仅为42%；若使用VC技术，则可把7个VC4级联起来(共1.05Gbit/s)传输1Gbit/s数据，带宽利用率高达95%。4.2.3、链路容量调整方案(LCAS)帧结构作为基于SDH的协议，链路容量调整方案(LCAS)也是通过定义SDH帧结构中的空闲开销字节来实现的。对于高阶VC和低阶VC，LCAS分别利用VC4通道开销的H4字节和VCl2通道开销的K4字节。LCAS技术是建立在VC基础上的，与VC相同的是，它们的信息都定义在同样的开销字节中；与VC不同的是，LCAS是一个双向握手协议。在传送净荷前，发送端和接收端通过交换控制信息，保持双方动作一致。显然，LCAS需要定义更多开销来完成其较复杂的控制。表中介绍LCAS帧结构各字节的含义。如表中所示，LCAS除了定义MFI和SQ之外，还定义了CTRL、GID、CRC、MST和RS-Ack等5个字段。a)MFI：是一个帧计数器，某一帧的MFI值总是上一帧的值加1。对于像SDH这样的同步系统，每帧所占的时隙都相同。MFI标识了帧序列的先后顺序，即标识了时间的先后顺序。接收端通过MFI之间值的差别，判断从不同路径传来的帧之间时延差多少，计算出时延后，就可把不同时延的帧再次同步。高阶VC和低阶VC可容忍的最大时延差均为±256ms。b)SQ：与VC定义相同。c)CTRL：主要有两个作用，一是表示当前成员的状态，例如，最后一个成员的控制字段为EOS(0011)，空闲的成员控制字段为IDLE(0101)；二是通过ADD(0001)和DNU(1111)表明当前成员需加入或移出VCG，用FIXED(0000)和NORM(0010)表示不支持LCAS和正常传送状态。d)GID：是一个伪随机数，同一组中的所有成员都拥有相同的GID，这样就可标识来自同一发送端的成员。e)CRC：对整个控制包进行校验。f)MST：标识组中每个成员的状态。OK=O，FAIL=1。g)重排序确认位(RS-Ack)：容量调整后，接收端通过把RS-Ack取反来表示调整过程结束。4.2.4、链路容量调整过程LCAS的最大优点是具有动态调整链路容量的功能。作为一个双向握手协议，当某一端向对端传输数据时若增加或删除成员，对端也要在反方向重复这些动作，发给源端，其中对端的相应动作不必与源端同步。调整分为增加或减少成员，需要调整VCG中成员的序列号，其中控制域EOS是指VCG序列号的最后一个。下面介绍不同情况下的调整方法：a)带宽减少，暂时删除成员。当VC成员失效时，VCG链路的末端节点首先检测出故障，并向首端节点发送成员失效的消息，指出失效成员；首端节点把该成员的控制字段设置为“不可用(DNU)”，发往末端节点；末端节点把仍能正常传送的VC重组VCG(即把失效的VC从VCG中暂时删除)，此时首端节点也把失效的VC从VCG中暂时删除，仅采用正常的VC发送数据；然后，首端节点把动作信息上报给网管系统。b)业务量增大，新加入成员。当VC成员恢复时，VCG链路的末端节点首先检测出失效VC已恢复，向首端节点发送成员恢复消息；首端节点把该成员的控制字段设置为“正常(NORM)”，并发往末端节点；首端节点把恢复正常的VC重新纳入VCG，末端节点也把恢复正常的VC纳入VCG；最后，首端节点把动作信息上报给网管系统。如前所述，LCAS是对VC技术的有效补充，可根据业务流量模式提供动态灵活的带宽分配和保护机制。按需带宽分配(BOD)业务是未来智能光网络的杀手级应用，LCAS实现VC带宽动态调整，为实现端到端的带宽智能化分配提供了有效的手段。在突发性数据业务增多的应用环境下，VC和LCAS是衡量带宽是否有效利用的重要指标。4.2.5、LCAS技术的实现LCAS是对SDH能力的一项重要改进，它能让SDH网络更加健壮灵活。LCAS是建立在VC基础上、连续运行在两端点节点之间的信令协议，运营商可动态调整通道容量，当VCG中部分成员失效时，它剔除这些成员，保证正常成员继续顺利传输。当失效的成员被修复时，它能自动恢复VCG的带宽，这一过程远快于手动配置，从而加强对业务的保护能力。另外，实际使用中，某些企业对网络带宽的需求因时段不同而有差异，例如上班时仅需1Ombit/s带宽就足以完成日常工作，但在下班之前半小时，则需100Mbit/s带宽才能完成当天数据的备份。以往，这些企业为了保证数据备份顺利进行，不得不租用100Mbit/s带宽，造成巨大浪费。这一普遍现象使光网络智能化和自动化的需求日趋紧迫，但是以自动交换光网络(ASON)技术为核心的下一代智能光网络技术尚需一段时间才能成熟，作为ASON自动调整带宽的基础协议之一，LCAS技术能在一定程度上满足上述需求。LCAS技术的实现一般分两步走。首先在核心网没有实现控制平面时，可由网管手工解决动态调整通道容量的问题；随着用户？网络接口(UNI)标准的不断完善，在不中断业务的前提下动态调整带宽，满足用户需求。当带宽需求增加时，保证链路的容量；当带宽需求减少时，多余的带宽可挪作他用。这样，既可节省企业开支，又可提高运营商的服务质量。ASON的智能网元通过信令协议处理，采取网络拓扑结构自动识别或自动邻接发现等机制，迅捷地建立连接通道，为业务层网络快速建立承载通路，并根据实际需要，随时释放和拆除已建立的通道，或倒换到新的连接通道。同时，LCAS提供的不损伤业务容量调整机制也给ASON线路保护/恢复提供了新的途径，利用ASON中基于网状网(mesh)保护/恢复算法的扩展这一特性，自动解决部分线路的故障，提供新的Qos保证。ASON中链路容量调整的发起，可以由用户的带宽请求触发，也可以由网络中的流量监督自动进行。前者应用于快速专线业务，后者运用于数据网接入业务。总之，ASON将使原来基于人工操作的静态网络，升级为交换式的可直接租赁带宽和直接营利的智能光网络。五.SDH网络生存性为了提高业务传送的可靠性，SDH传送网提供了一整套保护和恢复策略。保护和恢复概念的区别在于：保护只能利用传送节点间预先安排的容量，一定的备用容量为一定的主用容量所用，备用资源无法在网络大范围内共享。恢复则可以利用节点间的任何可用容量，当主用通道失效时，网络可以利用算法为业务重新选择路由。近几年来，一种自愈网（Self-healingnetwork）的概念应运而生，SDH网络在全程范围内实现了网络自愈的功能，所谓自愈网是指当网络发生故障时，无需人为干预，网络就能在极短的时间内（ITU-T规定在50ms以内），从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络除了故障。自愈网的分类方式分为多种，按照网络拓扑的方式可以分为以下两种：5.1链形网络业务保护方式（1）1+1通道保护:通道1+1保护是以通道为基础的，倒换与否按分出的每一通道信号质量的优劣而定。通道1+1保护使用并发优收原则。插入时，通道业务信号同时馈入工作通路和保护通路；分出时，同时收到工作通路和保护通路两个通道信号，按其信号的优劣来选择一路作为分路信号.通常利用简单的通道PATH-AIS信号作为倒换依据，而不需APS协议，倒换时间不超过10ms。（2）1+1复用段保护:复用段保护是以复用段为基础的，倒换与否按每两站间的复用段信号质量的优劣而定。当复用段出故障时，整个站间的业务信号都转到保护通路，从而达到保护的目的.复用段1+1保护方式中，业务信号发送时同时跨接在工作通路和保护通路。正常时工作通路接收业务信号，当系统检测到LOS、LOF、MS-AIS以及误码＞10E-3告警时，则切换到保护通路接收业务信号。（3）1:1复用段保护:复用段1:1保护与复用段1+1保护不同，业务信号并不总是同时跨接在工作通路和保护通路上的，所以还可以在保护通路上开通低优先级的额外业务。当工作通路发生故障时，保护通路将丢掉额外业务，根据APS协议，通过跨接和切换的操作，完成业务信号的保护。5.2环形网络业务保护方式环形网保护分为通道环保护和复用段环保护。（1）二纤单向通道保护环：二纤单向通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环S1；一个为备环P1。两环的业务流向一定要相反，通道保护环的保护功能是通过网元支路板的倒换功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务并发到主环S1、备环P1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板从主环下支路的业务，若环网中网元A与C互通业务，网元A和C都将上环的支路业务并发到环S1和P1上。P1为顺时针。在网络正常时，网元A和C都选收主环S1上的业务。那么A与C业务互通的方式是A到C的业务经过网元D穿通，由S1光纤传到C（主环业务）；由P1光纤经过网元B穿通传到C（备环业务）。在网元C支路板选收主环S1上的A→C业务，完成网元A到网元C的业务传输。网元C到网元A的业务传输与此类似：S1：C→B→A；P1：C→D→A。收端选用S1：C→B→A。CAACCAACS1P1P1S1ABCDCAACCAACS1P1P1S1ABCD倒换图3二纤单向通道保护环图4二纤单向通道保护环（故障时）当BC光缆段的光纤同时被切断，注意此时网元支路板的并发功能没有改变，也就是此时S1环和P1环上的业务还是一样的。我们看看这时网元A与网元C之间的业务如何被保护。网元A到网元C的业务由网元A的支路板并发到S1和P1光纤上，其中S1光纤的业务经网元D穿通传至网元C，P1光纤的业务经网元B穿通，由于BC间光缆断，所以光纤P1上的业务无法传到网元C，不过由于网元C默认选收主环S1上的业务，这时网元A到网C的业务并未中断，网元C的支路板不进行保护倒换。网元C的支路板将到网元A的业务并发到S1环和P1环上，其中P1环上的C到A业务经网元D穿通传到网元A，S1环上的C到A业务，由于BC间光纤断所以无法传到网元A，网元A默认是选收主环S1上的业务，此时由于S1环上的C→A的业务传不过来，这时网元A的支路板就会收到S1环上TU-AIS告警信号。网元A的支路板收到S1光纤上的TU-AIS告警后，立即切换到选收备环P1光纤上的C到A的业务，于是C→A的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护，此时网元A的支路板处于通道保护倒换状态——切换到选收备环方式。二纤单向通道保护环的优点是倒换速度快。由于上环业务是并发选收，所以通道业务的保护实际上是1+1保护。业务流向简捷明了，便于配置维护。二纤单向通道保护环的缺点是网络的业务容量不大。二纤单向保护环的业务容量恒定是STM-N，与环上的节点数和网元间业务分布无关。（2）二纤双向通道保护环：二纤双向通道保护环上业务为双向（一致路由），保护机理也是支路的“并发优收”，业务保护是1+1的，网上业务容量与单向通道保护二纤环相同。二纤双向通道环与二纤单向通道环之间可以相互转换。图5二纤双向通道保护环（3）二纤双向复用段保护环：二纤双向复用段倒换环（也称二纤双向复用段共享环）是一种时隙保护。即将每根光纤的前一半时隙（例如STM-16系统为1#~8#AU4）作为工作时隙，传送主用业务，后一半时隙（例如STM-16系统的9#~16#AU4）作为保护时隙，传送额外业务，也就是说一根光纤的保护时隙用来保护另一根光纤上的主用业务。例如，S1/P2光纤上的P2时隙用来保护S2/P1光纤上的S2业务，因此在二纤双向复用段保护环上无专门的主、备用光纤，每一条光纤的前一半时隙是主用信道，后一半时隙是备用信道，两根光纤上业务流向相反。在网络正常情况下，网元A到网元C的主用业务放在S1/P2光纤的S1时隙（对于STM-16系统，主用业务只能放在STM-16的1#~8#AU4中），沿S1/P2光纤由网元B穿通传到网元C，网元C从S1/P2光纤上的接收S1时隙所传的业务。网元C到A的主用业务放于S2/P1光纤的S2时隙，经网元B穿通传到网元A，网元A从S2/P1光纤上提取相应的业务。CACAACACS1/P2S2/P1ACDBS2/P1S1/P2倒换STM-Na.正常工作时情况b.故障时工作情况图6二纤双向复用段保护环当环网B-C间光缆段被切断时，网元A到网元C的主用业务沿S1/P2光纤传到网元B，在网元B进行倒换（故障邻近点的网元倒换），将S1/P2光纤上S1时隙的业务全部倒换到S2/P1光纤上的P1时隙上去（例如STM-16系统是将S1/P2光纤上的1#—8#AU4全部倒到S2/P1光纤上的9#~16#AU4），然后，主用业务沿S2/P1光纤经网元A和D穿通传到网元C，在网元C同样执行倒换功能（故障端点站），即将S2/P1光纤上的P1时隙所载的网元A到网元C的主用业务倒换回到S1/P2的S1时隙，网元C提取该时隙的业务，完成接收网元A到网元C的主用业务。。网元C到网元A的业务先由网元C将其主用业务S2倒换到S1/P2光纤的P2时隙上，然后，主用业务沿S1/P2光纤经网元D和A穿通到达网元B，在网元B处同样执行倒换功能，将S1/P2光纤的P2时隙业务倒换到S2/P1光纤的S2时隙上去，经S2/P1光纤传到网元A落地。通过以上方式完成了环网在故障时业务的自愈。P1、P2时隙在线路正常时也可以用来传送额外业务。当光缆故障时，额外业务被中断，P1、P2时隙作为保护时隙传送主用业务。（4）四纤双向复用段保护环：四纤环由4根光纤组成，这4根光纤分别为S1、P1、S2、P2，其中S1、S2为主纤，传送主用业务；P1P2为备纤，传送备用业务。也就是说P1、P2光纤分别用来在主纤故障时保护S1、S2上的主用业务。注意S1、P1、S2、P2光纤的业务流向。S1与S2光纤业务流向相反（一致路由，双向环），S1、P1和S2、P2两对光纤上业务流向也相反。图7四纤双向复用段倒换环向复用段保护环就是因为S1和P2，S2和P1光纤上业务流向相同才得以将四纤环转化为二纤环。在环网正常时，网元A到网元C的主用业务从S1光纤经B网元到网元C，网元C到网元A的业务经S2光纤经网元B到网元A。网元A与网元C的额外业务分别通过P1和P2光纤传送。网元A和网元C通过收主纤上的业务互通两网元之间的主用业务，通过收备纤上的业务互通两网之间的备用业务。当B–C间光缆段光纤均被切断后，在故障两端的网元B、C的光纤S1和P1，S2和P2有一个环回功能，故障端点的网元环回，这时网元A到网元C的主用业务沿S1光纤传到B网元处，在此B网元执行环回功能将S1光纤上的网元A到网元C的主用业务环到P1光纤上传输，P1光纤上的额外业务被中断，经网元A、网元D穿通传到网元C，在网元C处P1光纤上的业务环回到S1光纤上，网元C通过收主纤S1上的业务接收到网元A到网元C的主用业务。网元C到网元A的业务先由网元C将其主用业务环到P2光纤上，（P2光纤上的额外业务被中断），然后沿P2光纤经过网元D、网元A的穿通传到网元B，在网元B处执行环回功能，将P2光纤上的网元C到网元A的主用业务环回到S2光纤上，再由S2光纤传回到网元A，由网元A下主纤S2上的业务。通过这种环回、穿通方式完成了业务的复用段保护，使网络自愈。总之，环形网结构具有很高的生存性，网络恢复时间短，具有良好的业务量疏导能力，因而受到很大的欢迎，但采用哪一种保护类型要根据本地的业务容量、保护容量、初始成本、灵活性等而决定。七、SDH的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。八、SDH的发展趋势1.概述从20世纪末以来，SDH技术已经成为国家通信基础设施的建设重点，近年来，植根于SDH技术上的新技术层出不穷。因此，在“十一五”规划前期预研课题中突出“下一代SDH技术发展趋势分析”，对于充分利用网络中的已有投资，进一步提升国内产品的领先地位都有着重要意义。未来几年内，SDH将向多业务承载能力、智能化和更高的传输容量这三个方面发展。1.1更丰富的多业务承载能力随着电信运营市场竞争的加剧，网络需要承载的业务类型大幅增加。如何在单一的基础网络中实现多类型业务的有效承载，成为了人们广泛关注的问题，并由此产生出一个新的技术概念？多业务传送平台(MSTP)。在国内当前实际的网络建设中，应用最普遍的是基于SDH的多业务传送平台MSTP。基于SDH的MSTP的基本思想是在传统的SDH传输平台上，将SDH对实时业务的有效承载和网络二层甚至三层技术所具有的数据业务处理能力有机结合起来，以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力。在当前实际的设备开发和应用中，如何有效地承载以太网业务是关注的重点。为满足客户层对以太网业务性能日益增长的要求，当前新的研究重点己集中在将多协议标签交换(MPLS)和弹性分组环(RPR)等技术内嵌入MSTP中，并和已有技术有效配合，共同提高以太网的业务性能及其组网应用能力。1.2更强大的传送智能具有更高的智能也是基于SDH的MSTP的一个重要的发展方向。智能化的光传输技术ASON则可进一步将客户层网络对带宽需求的变化和节点的带宽调整动作关联起来，实现基于SDH的MSTP节点的带宽按需分配。智能光网络是网络发展的必然趋势，但它在网络中的应用将是一个逐步演进的过程。目前，能够部分支持ASON的智能光节点已经开始逐步应用于电信网络。从实际进展情况看，ASON大规模应用于网络各层面还需要一定时间，它将首先在长途骨干网以及城域网的骨干层中得到应用，进而逐步向网络边缘渗透。1.3更高的传输容量从过去20多年的电信发展过程来看，光纤通信的发展始终在按照TDM方式进行，高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。目前，10Gbit/s系统已开始在各运营商的骨干网络中大量使用，一些设备制造商的实验室已开发出40Gbit/s系统。从网络应用看，10Gbit/s接口的路由器已经问世，为了提高核心网的效率和功能，希望单波长内能处理多个数字连接，因此核心网的单波长速率向40bit/s方向演进是合乎逻辑的。从实际应用来看，40Gbit/s在节点技术的实现、网络应用和系统的性能价格比等方面还存在一定的问题，因此短期内规模应用的可能性不大。总之，网络发展导致传输网与业务网关系越来越紧密，MSTP在借鉴数据网、交换网等行之有效的技术基础上，将传送和业务节点紧密结合，可灵活的满足多种业务信号的传输要求。因此，在相当长的一段时间内，MSTP将依然是国内城域传输网建设的主流技术。2.新一代SDH的特点和关键技术(一)新一代SDH节点关键技术1.级联与虚级联随着通信技术的不断发展，越来越多不同类型的应用需要由SDH传送网络承载。但是，大量新的数据业务所需的传送带宽不能和SDH的标准虚容器(VC，VirtualContainer)有效匹配。为了使SDH网络能够更高效的承载某些速率类型的业务，尤其是宽带数据业务，需要采用VC级联。VC级联的概念是在ITU-TG.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销(POH)，此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小的颗粒带宽调节。虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。2.链路容量调整方案(LCAS)链路容量调整方案(LCAS)是在ITU-TG.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制分组来动态调整业务带宽。控制分组所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS(表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC)、空闲和不使用6种。LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度，对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入。3.MPLS以及RPR为了能够在以太网业务中更好地引入QoS，在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层。智能适配层的实现技术主要有MPLS和RPR两种。MPLS技术通过LSP标签栈突破了VLAN在核心节点的4096地址空间限制，并可以为以太网QoS、SLA增强和网络资源优化利用提供很好的支持。而RPR技术为全分布式接入，提供快速分组环保护，支持动态带宽分配、空间重用和额外业务。显然，针对不同的网络应用环境和以太网业务的流量模式，内嵌MPLS与内嵌RPR的MSTP各有优缺点。综合两种技术共同实现对以太网业务的处理是一种可以考虑的方法。(二)以太网封装协议目前，MSTP传送以太网帧的协议主要有3种：PPP、LAPS和GFP。LAPS(LinkAccessProcedure-SDH)和GFP(GeneralFrameProtoco1)是其中应用前景较好的适配协议。LAPS是由武汉邮电科学研究院提出的第一个ITU-TEoS标准X.86。该方案采用ITU-TX.85标准规范的LAPS协议作为以太网MAC层与物理层的SDH之间的数据链路适配层。GFP是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准，它采用了与ATM技术相似的帧定界方式，利于多厂商设备互联互通。GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP-F和GFP-T两种方式，从而既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。(三)MSTP的网络管理MSTP网络管理完成标准管理信息的交换及故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、计费管理。由于MSTP设备具有较强的多业务承载能力，MSTP-EMS和MSTP-NMS所包含的管理功能可以分别在逻辑上分成SDH传送管理层和数据业务管理层两个层次。SDH传送管理层主要包含传统SDH传送网络所需要的各项管理功能，数据业务管理层主要包含MSTP实现多业务承载后，作为业务提供网络所需的各项业务管理功能。(四)动态带宽分配如何提高SDH带宽分配的灵活性，一直是人们十分关注的问题。通过综合采用前面介绍的各项新技术(虚级联、LCAS、GFP/LAPS)，配合以日趋成熟的ASON标准所定义的控制平面智能，能够实现SDH带宽的动态按需分配(BoD，BandwidthonDemand)。SDH带宽的按需分配可以采用分布控制或集中控制两种不同的实现方法。分布控制的实现方法中，通路的建立需要基于标准的UNI接口和使用GMPLS协议；集中控制实现方法则需要使用网管系统(网元管理系统EMS/网络管理系统NMS)完成网络控制。
