SDH技术 1技术产生背景 SDH传输体制是由PDH传输体制进化而来的它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制，与PDH相比在技术体制上进行了根本的变革 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传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展世界各国大力发展的信息高速公路，其中一个重点就是组建大容量的传输光纤网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，就好比一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路同时用户希望传输网能有世界范围的接口标准，能实现我们这个地球村中的每一个用户能随时随地便捷地通信 传统的由PDH传输体制组建的传输网，其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，而且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： 只有地区性的电接口规范，不存在世界性的标准同时也没有世界性标准的光接口规范这样就导致不同厂家的设备无法实现横向兼容这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备，给组网、管理及网络互通带来困难 2） 复用方式： PDH采用异步复用方式，那么从PDH的高速信号中就不能直接的分/插出低速信号，而要通过层层的复用解复用过程这样不仅增加了设备的体积、成本、功耗，还增加了设备的复杂性，降低了设备的可靠性同时还会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化在大容量传输时，此种缺点是不能容忍的这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因 3） 运行维护方面： PDH信号的帧结构里用于运行维护工作的开销字节不多，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， 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 2.基本概念和特点 SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN），特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分因为与传统的PDH体制不同，按SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率由于维护功能的加强，大大降低了设备的运行维护费用 2.1SDH技术的优点： 相对比于PDH体制，SDH体制具有以下优点： 1） 电接口方面： SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备吗，体现了横向兼容性 SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级基本的信号传输结构等级是同步传输模块（STM-1），相应的速率是155Mbit/s高等级的数字信号系列例如 622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等，可通过将低速率等级的信息模块（例如STM-1）通过字节间插同步复接而成复接的个数是4的倍数例如STM-4=4×STM-1，STM-16 =4 ×STM-4 2） 光接口方面： SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入 扰码的标准是世界统一的，这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连扰码的目的是抑制线路码中的长连0和长连1，便于从线路信号中提取时钟信号由于线路信号仅通过扰码，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激光器的光功率代价 3） 复用方式： 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s（STM-16）中直接分/插出低速SDH信号例如155Mbit/s（STM-1）这样就简化了信号的复接和分接，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统 另外，由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号例如2Mbit/s复用进SDH信号的帧中去，这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号于是节省了大量的复接/分接设备、背靠背设备，增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂性等，使业务的上下更加简便 SDH的这种复用方式使数字交叉连接（DXC）功能更易于实现使网络具有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配 4） 兼容性 SDH有很强的兼容性这也就意味着当组建SDH传输网时，原有的PDH传输网不会作废两种传输网可以共同存在也就是说可以用SDH网传送PDH业务另外，异步转移模式的信号（ATM ）、FDDI信号等其他体制的信号也可用SDH网来传输 5） 运行维护方面 SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM）功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强也就是说维护的自动化程度大大加强PDH的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成以PCM30/32信号为例，其帧结构中仅有TS0时隙和TS16时隙中的比特是用于OAM功能 SDH信号丰富的开销占用整个帧所有比特的1/20 ，大大加强了OAM功能这样就使系统的维护费用大大降低而在通信设备的综合成本中，维护费用占相当大的一部分于是SDH系统的综合成本要比PDH系统的综合成本低，据估算仅为PDH系统的65.8% 2.2SDH的缺陷： 1）频带利用率低 SDH的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了，运行维护的自动化程度高这是由于在SDH的信号STM-N帧中加入了大量的用于OAM功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDH信号所占用的频带要比SDH信号所占用的频带窄，即PDH信号所用的速率更低，频带利用率更高 2）指针调整机理复杂 SDH体制可从高速信号中直接下低速信号，省去了多级复用/解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来完成的指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现可以说指针是SDH的一大特色 但是指针功能的实现增加了系统的复杂性最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动（由指针调整引起的结合抖动）这种抖动多发于网络边界处，其频率低、幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化这种抖动的滤除会相当困难 3）软件的大量使用对系统安全性的影响 SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这也意味软件在系统中占用相当大的比重这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天另外，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的这样系统的安全性就成了很重要的一个方面 3下一代SDH传送网的关键技术 3.1 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 3.2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% 3.3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 如上表所示，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 3.4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 3.5 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 4 SDH自愈环的生存性 4.1 环网保护机制 实现环网保护有两种技术，网络保护和网络恢复 网络保护通常是利用预留容量，为失效通常提供备用通道，使受影响的业务从备用通道到达目的地因为这种方式能对各种故障中受影响的业务都提供默认的备用传输通道，所以在故障发生后能直接按预定方案操作，快速恢复受到影响的业务，是一种静态的保护方式，不需网管干预采用这种技术的网络结构有线形和环形两种，其中SDH环网因为具有较完善的保护功能和较灵活的组网方式，是SDH网络结构中应用较广泛的一种，称自愈环组成自愈环的节点设备是ADM分插复接设备 而网络恢复通常是利用网络的冗余容量，依据特定的算法，为受故障影响的业务重新分配到达目的地的通道这种为受影响的业务寻找新路由的过程，是一种动态的过程，必需网管干预，主要用在数字交叉连接设备（DXC）上 光网络的生存性，其实就是光网络的保护与恢复，包括线路、业务节点、电路、光路、业务、信号的保护与恢复提高生存性的方案很多，如提高光纤线路和节点设备的可靠性，减少串接在系统中单元设备的数量，热备份，倒换保护，等等自愈环是利用多路由的网络拓扑方式，不仅提高了网络的生存能力，而且降低了倒换所需备用路由的成本，在网络规划中起到重要的作用所以 SDH自愈环不仅在中继网和接入网中得到广泛应用，而且在长途中也开始应用 4.2 SDH自愈环（SHR）的分类 SDH自愈环结构一般分为两大类，即通道保护环和复用频保护环通道保护环是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣业决定，通常利用简单的通道AIS信号来决定是否应进行倒换复用段保护环是以复用段为基础的，倒换一否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣来决定当复用段出现问题时，整个节点的复用段信号都转向保护通道 又可以将自愈环分为单向环和双向环正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输而双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路节点返回的信号经相反的方向传输 按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分，自愈环可分为2纤环和4纤环通道保护环通常是 2纤环；而复用频段保护环可以是2纤环，也可以是4纤环 工程中常用的SDH自愈环结构是2纤单向通道保护环、2纤双向复用保护环和4纤双向复用段保护环，其中电力系统常用的是2纤单向通道保护环 4.3 2纤单向通道保护环的生存性 4.3.1 保护方式 通道保护环的保护方式有1 1和1：1两种1 1保护方式是发送节点将所发送的支路信号固定桥接，保护倒换只在接收端进行，实现起来较简单，不需要在节点间交换保护倒换信令1：1保护方式是在发送端并不固定桥接，然后再在接收端完成倒换 1：1保护方式是双向操作，正常工作情况下，保护信道上可以传送不受保护的额外业务，也易于发展为1：n的保护结构但双向保护控制比单向保护复杂，因而通道保护环一般采用1 1单向保护方式单向通道保护环的每对节点之间都有2根光纤，1根用于传输工作信号，1根用于保护，这 2根光纤的传输方向相反，进入环的一个支路信号经工作光纤传至目的节点，而返回信号则由同一方向经环的剩余部分返回2纤单向通道保护环的倒换控制相对其他自愈环结构是最简单的，它的优点是能适合任何网络拓扑和任何通道等级 4.3.2 节点功能 通道保护环的节点都是ADM设备组成通道保护环且采用1 1保护方式的ADM设备必须具备两个功能 1）发端ADM应具备桥接功能，即同时向工作信道和保护信道的同一时隙发送相同的低速支路信号的能力； 2）对每一个通道，收端ADM都能从两路输入信号中择优选取 4.3.3 操作模式 通道保护环的操作模式有可恢复和不可恢复两种在可恢复模式中，当工作信道的失效清除后，信号应从保护信道倒换回工作信道中在不可恢复模式中，当失效路径的失效条件不再存在，并无外部启支命令时，系统进入无请求状态，而不发生任何倒换1 1单向保护环应该既能支持可恢复操作模式，也能支持不可恢复操作模式；如果要同时支持两种模式，则应能通过OS或人机界面进行设定1：1保护的操作模式应为可恢复模式 由于可恢复模式会引起更多的倒换工作，为了防止因断续失效而引起的频繁倒换，当工作信道的失效条件清楚后，必须经过一个设定时间，信号才能倒换回工作信道，这个设定时间称为WTR时间WTR时间应设5-12min，并能以s为设置单位在等待恢复状态下，不应发生任何倒换 4.3.4 倒换时间 倒换时间是指ADM检测到倒换条件并能完成倒换动作的时间因为倒换期间传输的信号将全部丢失，所以倒换时间的长短是衡量自愈环网络性能的重要指标在这方面，自愈环的性能大大优于 DXC重建网络，DXC重建网络的恢复时间一般为几分钟，而ITU-T规定的倒换目标值为50ms，由于单向通道保护环不需要APS协议，倒换动作少，一般均能满足这个要求 4.3.5 保护容量 在单向通道保护环内，进入各节点的支路信号都是通过整个环传输的，且其工作方式为“首端桥接，尾端倒换”的1 1模式，工作纤和保护纤同时传送相同的支路信号因而环的业务容量等于所有能够进入环的业务量之和，也就是工作纤上ADM的线路口容量STM-N可见对于单向环，无论业务模型如何，它的保护容量不变 4.3.6节点数量 单向通道保护环对电路的节点数有一定要求，如通道保护出现失效，紧靠失效的下游节点将产生通道AIS，该AIS通过若干中间节点一直传送到目的节点由于每个节点在传送通道AIS时都有一定的时延，如果工作路径上节点数太多，延时的累积将会影响通道保护环的恢复时间因此，虽然理论上对通道保护环的节点数没有限制，但实际设计时，应考虑节点对AIS的传输延时，从而对环上节点数量作出限制 在工程实际应用中，通道保护环的接点数还受到以下条件的制约 1）如果是双向操作的通道保护环或者是1：1通道保护环，由于需要使用K3、K4字节传送 APS信令，环的节点数不能超过16；通道保护环的节点数还受业务流量的制约如STM-1等级形成2 纤单向通道保护环可以传输63个2M信号 2）由于在每个接点分插的最大业务量是固定的，如果节点之间的业务需求太大，也不允许环的节点数太多 3）通道保护环的节点数还受同步时钟的制约，如果1个环上有2个接点使用BITS时钟源， ITU-T规定，2个时钟源之间的节点数不能超过20，这也在一定程度上限制了自愈环的节点数 因此，工程上自愈环的规模一般都不大，节点数一般都不超过10个 4.4 自愈环的互通 4.4.1 连通结构 随着网络规模的扩大及网络结构层次的增多，组建一个庞大、结构单一的网络将使通信的可靠性受到影响，使运行与维护检修不便相反，在电力系统通信网中，根据地域、带宽等要求分别组建多个小型自愈环并将环与环互相连通，组成网状网，就可以大大地提高网络的可靠性与生存能力 环间互通主要解决的问题是，对穿过两个或多个环的业务的保护，以及终端点分别在不同环的业务的自动恢复，同时要不影响各环自身的保护倒换和操作的独立性当两个环互通时，网中任意一个节点的失效，应不会引起业务丢失；自愈环任意一个环上的任何失效故障都不应引起另一个环的保护动作；由于互通引起的倒换只能对由失效引起的丢失或劣化的环间业务量有影响 两个环间的连接方式可以是在每个环上有单个节点的相互连通，也可以是两个节点的连通而两个节点的连通一般定义了工作节点和保护节点自愈环的互通有两种实现方式，一种是用普通 ADM节点设备实现，这种方法通常用于两环间的单节点连通，另一种是采用了具有分接－续传功能的ADM设备作为互通节点的双节点互通环 单节点互通是在每个环上有单个节点与另一个环上的单个ADM节点设备连通对于环间的互通业务，通过与对方环连通ADM节点的分插复用功能来实现这种结构可以保护单个跨距段的光纤节断时受影响的业务，但如果连通环上两个节点中任意一个失效，则穿越环间的和从失效节点上下的业务都不能被保护这种互通环的结构简单，对各种不同类型的环间的互通都可以应用 双节点互通环结构的保护机理更完善进行了分接－续传功能改进的互通节点，使安排在两个环之间的两组互通节点对，可以互相保护穿通两环间的业务这样环中任意节点失效不会导致原来通过该节点的业务丢失但它的结构较为复杂，成本高 4.4.2单向通道保护环的互通 如果中继网和接入网都是单向通道保护环，就需要使两个通道保护环卫通两个通道保护环分别通过各自环上的两个互连节点连接在一起，每个环间业务从源节点分别经工作信道和保护信道由不同的方向到达一个互连节点当其中一路信号到达相应的互连节点时，即从该互连节点分接，并继续传向下一个互连节点这样，每个互连节点的选择器的输出传输到第二个环的对应互连节点第二个环的互连节点将从第一个环接收到的信号分别经工作信道和信道从不同的方向传向目的节点最后，目的节点将在由两个不同方向上接收的信号中作出选择两个单向通道保护环互连，不仅可以对每个环内的失效提供保护，对互连节点的失效和互连路径的失效也能提供保护 4.5 2纤单向通道保护环在电力系统中的应用 电力系统通信网，业务容量要求较低，且大部分业务量汇集在一个或几个中心节点（中心局）上，因而适用比较简单经济的单向通道倒换环采用2纤方式还是4纤方式则取决与容量要求与经济性考虑，通常业务量不太大时2纤环比较经济，因为电力系统通信要求信号中断时间短、恢复延时小、生存能力强、可靠性高等，使得单向通道保护环在电力系统中得到了广泛的应用 西安地区电力通信SDH自愈环环网是由数个互通的单向通道保护环组成的以局本部为中心站组成了东、北、南共3个大环，各个环上的站点分别为8个、9个、10个，各环上局中心和集控站通过155M互相连通，另外，以东、西、南、北郊数个集控中心站为中心点，又分别组成了几个小型单向通道保护环，这样，50多个站点组成了互相连通的网，其他各站陆续以支线方式接入各个中心站和集控站，系统容量为155M和622M通道保护环的每对节点之间都有两根传输方向相反的光纤，工作信号和保护信号分别由顺时针方向的工作光纤和逆时针方向的保护光纤所携带系统采用 1 1保护方式，在发送端的主、备用通道中传送同一业务，在接收端根据信号质量优劣选择接收各个节点采用ADM设备，具备桥接功能和分接功能 5.下一代SDH技术的现状及发展趋势 5.1下一代SDH的定位以及发展历程 下一代SDH的产生与近年来兴起的城域网建设密切相关，回顾从前，国内几乎没有城域网(MAN)的概念，因为话音业务是主体，而本地网是一个大家都熟悉的字眼，本地网又分为市话网、郊区网还有农话网现在数据业务发展比较快，虽然在运营过程中还存在不少障碍和问题，但趋势是明朗的现在，国内各大运营商纷纷提出各自的城域网建设计划，而且开展得如火如荼，究其本质原因，是为了实现网络优化，即在长途骨干网与用户接入网之间消除“断层”现象因为城域网将分布在不同地点(企业、机关、智能小区、商住楼、宾馆、学校等等)的用户业务进行最大程度的整合、梳理、汇聚后，再送往骨干层，从而使网络层次变得非常清晰，效率也得到极大提升当然，城域网内部又可细分为核心、汇聚和接入层，要根据城市的网络规模、容量大小等实际情况具体进行规划，不能“一刀切” 从城域传送网和城域业务网的关系来看，如果SDH传送网只是完成对业务信号的透明传送功能，即不具备动态带宽分配能力和一定的智能性，那么，业务层自身的压力就非常巨大这一点，老牌运营商体会非常深刻，以往数据设备主要依靠光纤直连方式组网，传送设备爱莫能助现在，老牌运营商正在修正他们的建网思路，新兴运营商转向在城域接入和汇聚层直接采用多业务传送设备来分担业务层的压力，而且在某种程度上，可以减少设备投资和提高网络的性价比 因此，现在所指的下一代SDH设备就是指由传统SDH设备发展而来多业务传输设备MSTP，综观国内MSTP的发展，可以分为四个阶段：第一阶段是雏形阶段(Original stage)，在此阶段，SDH设备采用数量较少的通道对以太网业务实现透明传送，可以为运营商提供远程局域网互连，通常并不对外开展运营整体功能较弱；第二阶段是灵活阶段(Flexible stage)，在此阶段，SDH已经演化成为符合国标要求的MSTP，除以太网透传功能外，还能提供以太网L2交换以及ATM业务的接入和汇聚功能，设备功能焕然一新；第三阶段是动态阶段(Dynamic stage)，在此阶段，RPR处理功能已经融入MSTP，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的CoS和QoS以及愈发安全的用户隔离功能；第四阶段是智能阶段(Intelligent stage)，即在SDH传送网的层面上，增加智能化的控制层面，从而快速响应业务层的带宽实时申请，并更多地采用交换式连接来建立SDH电路或波长通道，还能根据实际运营的需要随时拆除、更新或重建电路或通道，为带宽租用和光虚拟专网(O-VPN)等运营场合提供了智能化的策略 5.2基于SDH的MSTP 目前，对于各运营商的城域传送网，应从采用单纯的SDH设备转向下一代基于SDH的多业务传送平台(MSTP)，目前国标《基于SDH的MSTP技术要求》已经成熟，引起了各方面的极大关注MSTP可以基于多种线路速率实现，包括155/622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s等一方面，MSTP保留了固有的TDM交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口，继续满足话音业务的需求；另一方面，MSTP提供ATM处理、Ethernet透传以及Ethernet L2交换功能来满足数据业务的汇聚、梳理和整合的需要 MSTP可以提供ATM处理模块，针对ATM业务接入，比如多点DSLAM接入到ATM骨干交换机的应用场合(还包括未来3G的BTS接入到NodeB、或NodeB接入到RNC的应用场合)，通过VP/VC信元交换和统计复用功能，将在若干节点分别接入的多个155Mb/s时隙收敛到SDH环的一个155Mb/s时隙，实现1：N业务收敛功能，节省了带宽资源，同时所有业务可以共享ATM的VP-Ring保护；如果SDH的通道或复用段保护启用，则可以屏蔽掉ATM的VP-Ring保护；此外，ATM处理模块还可以提供PVC专线和ATM组播业务 MSTP可以提供Ethernet的透明传送功能，将来自用户以太网的信号不经过L2交换，直接映射到SDH的虚容器(VC)中，然后通过SDH网络进行点到点传送目前，10Mb/s、FE甚至GE业务可以通过多种途径在网络中传送，比如10Mb/s和FE业务可以采用VC-12或VC-3的虚级联方式承载，而GE业务则可采用VC-4或VC-3/STS-1连续级联的方式来承载Ethernet over SDH的映射协议除采用PPP/HDLC或LAPS外，也可支持通用成帧规程GFP 除透传功能外，MSTP还提供L2交换功能，即在一个或多个用户的以太网接口与一个或多个独立的基于SDH VC-N的链路之间，提供基于Ethernet MAC的交换，实现基于端口的VLAN、基于ID Tag的VLAN和虚拟网桥(Virtual Bridge)功能、全双工流量控制、带宽共享、端口汇聚以及相应的STP处理和保护等 MSTP中新型的链路容量自动调整策略，即LCAS，可以实现：即使SDH的一些VC-N通道发生故障或出现告警指示信号AIS，可以根据相互的握手协议自动降低承载带宽，同时所承载的数据业务不能有太大的损伤，即丢包率和时延可以降到最低程度；如果告警消失或故障恢复，所承载的数据业务相应要恢复到最初的配置带宽 从本质上来讲，弹性分组环RPR是跟SDH和现行MSTP全面竞争的一种技术，但MSTP可以一定程度融合RPR技术，比如将RPR设计成为MSTP的一种功能模块，从而实现带宽的统计复用、公平的带宽分配、严格的业务分级CoS和QoS以及真正意义上的用户隔离功能此外，RPR具备自己专用的保护策略，比如环回和主导方式，如果要与SDH保护协同起来，同理需要拖延时间机制来保证 5.3对未来智能光网络的思考 目前，客户层网络(包括传统PSTN交换机、ATM交换机、IP路由器甚至图像处理设备)和传送网络之间只是物理上的连接，或称为“硬连接”，传送网络只是傻瓜式地将客户层信号从一端传送到另一端，而这样的承载通道一旦建立，几个月、半年、一年甚至更长时间不会轻易改变而要做到智能化，含义就是：客户层网络需要多大的带宽，应该向传送网络提起申请，即实现“软连接”，传送网络应该迅捷地响应申请，并及时地提供一条最佳的连接通道，而且这样的连接通道可以根据需要改变路由，也可以随时被拆除和重建 此外，随着电信运营思路的变革，尤其是在城域传送网中，一些新兴的运营商希望从老牌运营商租用一些带宽，比如适量的SDH电路或波长通道那么，相对于老牌运营商，新兴运营商就是客户；而相对于新兴运营商，老牌运营商就是一个光网络的管理者他们之间同样需要一个智能化的带宽分配过程，省时、省力还省资金 下一代传送网络的远期目标是：采用自动交换传送网ASTN的体制，在现有的SDH/MSTP以及未来城域OADM/OXC/OTN的传送平面上，引入一个智能化的、通过软交换信令实现的控制平面，借以实现动态的SDH电路配置、光波长路由配置和最灵活的各级带宽分配 以SDH为例，前面也提到，传统的SDH电路配置实际上是在网管系统的强行干预下而实现的永久性连接，耗时(可能需要若干天)、耗力(需要一定数量而富有经验的机房维护开通人员)，而且效率根本不高，即使配置成功后也不会轻易更改智能光网络的本质就是将传统的永久性连接(PC)改造成为软永久性连接(SPC)甚至交换式连接(SC)业务层设备根据自身的需要，通过UNI信令发起带宽申请，控制层面的各智能网元内部设置呼叫控制器、连接控制器、路由控制器、协议控制器、策略控制器还有链路资源管理器等构件，分工协作，共同完成智能化控制功能智能网元间通过I-NNI或E-NNI信令协议处理，采取网络拓扑结构自动识别以及自动邻居发现等机制迅捷地建立连接通道，快速地为业务层网络建立承载通路，而且根据网络实际情况的需要，已经建立的通路可以随时被释放和拆除，或者倒换到新的连接通路这样，整个传送网发生了革命性的变化，即从原来傻瓜式的、静态的网络升华为交换式的、可以直接进行带宽租赁和直接进行盈利的智能光网络 对于网管系统来讲，两个层面都需要管理，比如传送层面的网元硬件故障(单板、子架、光纤接口等)需要上报给网管系统，而控制层面的故障(比如信令网故障、呼叫失败、连接失败、超时等)也需要上报给网管系统由于增设了智能的控制层面，所以网管系统五大管理功能之一的“配置管理”可以大大弱化 GMPLS意为Generalized MPLS，即通用的MPLS，在原MPLS的体系结构基础上进行了扩展，除了包交换外，还将TDM交换和光空分交换囊括进来，并针对光网络进行了改进GMPLS的初衷是自成一套“对等模型”体制，但现在看来，作为ASTN控制层面的信令处理比较合适毋庸置疑，GMPLS的CR-LDP和RSVP-TE会成为两种主流的信令协议 智能光网络的具体应用场合就是带宽(包括电路和波长)的租赁、带宽批发光虚拟专网等，在业务多样和高度竞争的城域网环境中，大有用武之地 参考文献： [1]肖萍萍，吴健学.SDH原理与技术.北京：北京邮电大学出版社，2002. [2]陈铁.相邻级联和虚级联技术.华为技术报，2003-07-20. [3]韩翼.LCAS技术.烽火通信科技股份有限公司，2003. [4]刘妍.LCAS链路容量调整方案.华为技术报，2003-09-10，现在小编就来说说关于sdh传输技术成熟 浅谈sdh传输体制的进化?下面内容希望能帮助到你，我们来一起看看吧!
sdh传输技术成熟 浅谈sdh传输体制的进化
SDH技术 1技术产生背景 SDH传输体制是由PDH传输体制进化而来的。它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制，与PDH相比在技术体制上进行了根本的变革。 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。传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展。世界各国大力发展的信息高速公路，其中一个重点就是组建大容量的传输光纤网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，就好比一条不断扩展的能容纳大量车流的高速公路。同时用户希望传输网能有世界范围的接口标准，能实现我们这个地球村中的每一个用户能随时随地便捷地通信。 传统的由PDH传输体制组建的传输网，其复用的方式很明显的不能满足信号大容量传输的要求，而且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： 只有地区性的电接口规范，不存在世界性的标准。同时也没有世界性标准的光接口规范。这样就导致不同厂家的设备无法实现横向兼容。这样在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备，给组网、管理及网络互通带来困难。 2） 复用方式： PDH采用异步复用方式，那么从PDH的高速信号中就不能直接的分/插出低速信号，而要通过层层的复用解复用过程。这样不仅增加了设备的体积、成本、功耗，还增加了设备的复杂性，降低了设备的可靠性。同时还会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化。在大容量传输时，此种缺点是不能容忍的。这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因。 3） 运行维护方面： PDH信号的帧结构里用于运行维护工作的开销字节不多，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， 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。 2.基本概念和特点 SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN），特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分。因为与传统的PDH体制不同，按SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率。由于维护功能的加强，大大降低了设备的运行维护费用。 2.1SDH技术的优点： 相对比于PDH体制，SDH体制具有以下优点： 1） 电接口方面： SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使SDH设备容易实现多厂家互连。也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备吗，体现了横向兼容性。 SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。基本的信号传输结构等级是同步传输模块（STM-1），相应的速率是155Mbit/s。高等级的数字信号系列例如 622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等，可通过将低速率等级的信息模块（例如STM-1）通过字节间插同步复接而成。复接的个数是4的倍数。例如STM-4=4×STM-1，STM-16 =4 ×STM-4。 2） 光接口方面： SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。 扰码的标准是世界统一的，这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连0和长连1，便于从线路信号中提取时钟信号。由于线路信号仅通过扰码，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激光器的光功率代价。 3） 复用方式： 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的。这样就能从高速SDH信号例如2.5Gbit/s（STM-16）中直接分/插出低速SDH信号例如155Mbit/s（STM-1）。这样就简化了信号的复接和分接，使SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。 另外，由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将PDH低速支路信号例如2Mbit/s复用进SDH信号的帧中去，这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的。于是可以从STM-N信号中直接分/插出低速支路信号。于是节省了大量的复接/分接设备、背靠背设备，增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂性等，使业务的上下更加简便。 SDH的这种复用方式使数字交叉连接（DXC）功能更易于实现。使网络具有了很强的自愈功能，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配。 4） 兼容性 SDH有很强的兼容性。这也就意味着当组建SDH传输网时，原有的PDH传输网不会作废。两种传输网可以共同存在。也就是说可以用SDH网传送PDH业务。另外，异步转移模式的信号（ATM ）、FDDI信号等其他体制的信号也可用SDH网来传输。 5） 运行维护方面 SDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护（OAM）功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强。也就是说维护的自动化程度大大加强。PDH的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。以PCM30/32信号为例，其帧结构中仅有TS0时隙和TS16时隙中的比特是用于OAM功能。 SDH信号丰富的开销占用整个帧所有比特的1/20 ，大大加强了OAM功能。这样就使系统的维护费用大大降低。而在通信设备的综合成本中，维护费用占相当大的一部分。于是SDH系统的综合成本要比PDH系统的综合成本低，据估算仅为PDH系统的65.8%。 2.2SDH的缺陷： 1）频带利用率低 SDH的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了，运行维护的自动化程度高。这是由于在SDH的信号STM-N帧中加入了大量的用于OAM功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDH信号所占用的频带要比SDH信号所占用的频带窄，即PDH信号所用的速率更低，频带利用率更高。 2）指针调整机理复杂 SDH体制可从高速信号中直接下低速信号，省去了多级复用/解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来完成的。指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以说指针是SDH的一大特色。 但是指针功能的实现增加了系统的复杂性。最重要的是使系统产生SDH的一种特有抖动（由指针调整引起的结合抖动）。这种抖动多发于网络边界处，其频率低、幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化。这种抖动的滤除会相当困难。 3）软件的大量使用对系统安全性的影响 SDH的一大特点是OAM的自动化程度高，这也意味软件在系统中占用相当大的比重。这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害，特别是在计算机病毒无处不在的今天。另外，在网络层上人为的错误操作、软件故障，对系统的影响也是致命的。这样系统的安全性就成了很重要的一个方面。 3下一代SDH传送网的关键技术 3.1 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。 3.2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%。 3.3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。 如上表所示，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。 3.4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。 3.5 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。 4 SDH自愈环的生存性 4.1 环网保护机制 实现环网保护有两种技术，网络保护和网络恢复。 网络保护通常是利用预留容量，为失效通常提供备用通道，使受影响的业务从备用通道到达目的地。因为这种方式能对各种故障中受影响的业务都提供默认的备用传输通道，所以在故障发生后能直接按预定方案操作，快速恢复受到影响的业务，是一种静态的保护方式，不需网管干预。采用这种技术的网络结构有线形和环形两种，其中SDH环网因为具有较完善的保护功能和较灵活的组网方式，是SDH网络结构中应用较广泛的一种，称自愈环。组成自愈环的节点设备是ADM分插复接设备。 而网络恢复通常是利用网络的冗余容量，依据特定的算法，为受故障影响的业务重新分配到达目的地的通道。这种为受影响的业务寻找新路由的过程，是一种动态的过程，必需网管干预，主要用在数字交叉连接设备（DXC）上。 光网络的生存性，其实就是光网络的保护与恢复，包括线路、业务节点、电路、光路、业务、信号的保护与恢复。提高生存性的方案很多，如提高光纤线路和节点设备的可靠性，减少串接在系统中单元设备的数量，热备份，倒换保护，等等。自愈环是利用多路由的网络拓扑方式，不仅提高了网络的生存能力，而且降低了倒换所需备用路由的成本，在网络规划中起到重要的作用。所以 SDH自愈环不仅在中继网和接入网中得到广泛应用，而且在长途中也开始应用。 4.2 SDH自愈环（SHR）的分类 SDH自愈环结构一般分为两大类，即通道保护环和复用频保护环。通道保护环是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣业决定，通常利用简单的通道AIS信号来决定是否应进行倒换。复用段保护环是以复用段为基础的，倒换一否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣来决定。当复用段出现问题时，整个节点的复用段信号都转向保护通道。 又可以将自愈环分为单向环和双向环。正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输。而双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路节点返回的信号经相反的方向传输。 按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分，自愈环可分为2纤环和4纤环。通道保护环通常是 2纤环；而复用频段保护环可以是2纤环，也可以是4纤环。 工程中常用的SDH自愈环结构是2纤单向通道保护环、2纤双向复用保护环和4纤双向复用段保护环，其中电力系统常用的是2纤单向通道保护环。 4.3 2纤单向通道保护环的生存性 4.3.1 保护方式 通道保护环的保护方式有1 1和1：1两种。1 1保护方式是发送节点将所发送的支路信号固定桥接，保护倒换只在接收端进行，实现起来较简单，不需要在节点间交换保护倒换信令。1：1保护方式是在发送端并不固定桥接，然后再在接收端完成倒换。 1：1保护方式是双向操作，正常工作情况下，保护信道上可以传送不受保护的额外业务，也易于发展为1：n的保护结构。但双向保护控制比单向保护复杂，因而通道保护环一般采用1 1单向保护方式。单向通道保护环的每对节点之间都有2根光纤，1根用于传输工作信号，1根用于保护，这 2根光纤的传输方向相反，进入环的一个支路信号经工作光纤传至目的节点，而返回信号则由同一方向经环的剩余部分返回。2纤单向通道保护环的倒换控制相对其他自愈环结构是最简单的，它的优点是能适合任何网络拓扑和任何通道等级。 4.3.2 节点功能 通道保护环的节点都是ADM设备。组成通道保护环且采用1 1保护方式的ADM设备必须具备两个功能。 1）发端ADM应具备桥接功能，即同时向工作信道和保护信道的同一时隙发送相同的低速支路信号的能力； 2）对每一个通道，收端ADM都能从两路输入信号中择优选取。 4.3.3 操作模式 通道保护环的操作模式有可恢复和不可恢复两种。在可恢复模式中，当工作信道的失效清除后，信号应从保护信道倒换回工作信道中。在不可恢复模式中，当失效路径的失效条件不再存在，并无外部启支命令时，系统进入无请求状态，而不发生任何倒换。1 1单向保护环应该既能支持可恢复操作模式，也能支持不可恢复操作模式；如果要同时支持两种模式，则应能通过OS或人机界面进行设定。1：1保护的操作模式应为可恢复模式。 由于可恢复模式会引起更多的倒换工作，为了防止因断续失效而引起的频繁倒换，当工作信道的失效条件清楚后，必须经过一个设定时间，信号才能倒换回工作信道，这个设定时间称为WTR时间。WTR时间应设5-12min，并能以s为设置单位。在等待恢复状态下，不应发生任何倒换。 4.3.4 倒换时间 倒换时间是指ADM检测到倒换条件并能完成倒换动作的时间。因为倒换期间传输的信号将全部丢失，所以倒换时间的长短是衡量自愈环网络性能的重要指标。在这方面，自愈环的性能大大优于 DXC重建网络，DXC重建网络的恢复时间一般为几分钟，而ITU-T规定的倒换目标值为50ms，由于单向通道保护环不需要APS协议，倒换动作少，一般均能满足这个要求。 4.3.5 保护容量 在单向通道保护环内，进入各节点的支路信号都是通过整个环传输的，且其工作方式为“首端桥接，尾端倒换”的1 1模式，工作纤和保护纤同时传送相同的支路信号。因而环的业务容量等于所有能够进入环的业务量之和，也就是工作纤上ADM的线路口容量STM-N。可见对于单向环，无论业务模型如何，它的保护容量不变。 4.3.6节点数量 单向通道保护环对电路的节点数有一定要求，如通道保护出现失效，紧靠失效的下游节点将产生通道AIS，该AIS通过若干中间节点一直传送到目的节点。由于每个节点在传送通道AIS时都有一定的时延，如果工作路径上节点数太多，延时的累积将会影响通道保护环的恢复时间。因此，虽然理论上对通道保护环的节点数没有限制，但实际设计时，应考虑节点对AIS的传输延时，从而对环上节点数量作出限制。 在工程实际应用中，通道保护环的接点数还受到以下条件的制约。 1）如果是双向操作的通道保护环或者是1：1通道保护环，由于需要使用K3、K4字节传送 APS信令，环的节点数不能超过16；通道保护环的节点数还受业务流量的制约。如STM-1等级形成2 纤单向通道保护环可以传输63个2M信号。 2）由于在每个接点分插的最大业务量是固定的，如果节点之间的业务需求太大，也不允许环的节点数太多。 3）通道保护环的节点数还受同步时钟的制约，如果1个环上有2个接点使用BITS时钟源， ITU-T规定，2个时钟源之间的节点数不能超过20，这也在一定程度上限制了自愈环的节点数。 因此，工程上自愈环的规模一般都不大，节点数一般都不超过10个。 4.4 自愈环的互通 4.4.1 连通结构 随着网络规模的扩大及网络结构层次的增多，组建一个庞大、结构单一的网络将使通信的可靠性受到影响，使运行与维护检修不便。相反，在电力系统通信网中，根据地域、带宽等要求分别组建多个小型自愈环并将环与环互相连通，组成网状网，就可以大大地提高网络的可靠性与生存能力。 环间互通主要解决的问题是，对穿过两个或多个环的业务的保护，以及终端点分别在不同环的业务的自动恢复，同时要不影响各环自身的保护倒换和操作的独立性。当两个环互通时，网中任意一个节点的失效，应不会引起业务丢失；自愈环任意一个环上的任何失效故障都不应引起另一个环的保护动作；由于互通引起的倒换只能对由失效引起的丢失或劣化的环间业务量有影响。 两个环间的连接方式可以是在每个环上有单个节点的相互连通，也可以是两个节点的连通。而两个节点的连通一般定义了工作节点和保护节点。自愈环的互通有两种实现方式，一种是用普通 ADM节点设备实现，这种方法通常用于两环间的单节点连通，另一种是采用了具有分接－续传功能的ADM设备作为互通节点的双节点互通环。 单节点互通是在每个环上有单个节点与另一个环上的单个ADM节点设备连通。对于环间的互通业务，通过与对方环连通ADM节点的分插复用功能来实现。这种结构可以保护单个跨距段的光纤节断时受影响的业务，但如果连通环上两个节点中任意一个失效，则穿越环间的和从失效节点上下的业务都不能被保护。这种互通环的结构简单，对各种不同类型的环间的互通都可以应用。 双节点互通环结构的保护机理更完善。进行了分接－续传功能改进的互通节点，使安排在两个环之间的两组互通节点对，可以互相保护穿通两环间的业务。这样环中任意节点失效不会导致原来通过该节点的业务丢失。但它的结构较为复杂，成本高。 4.4.2单向通道保护环的互通 如果中继网和接入网都是单向通道保护环，就需要使两个通道保护环卫通。两个通道保护环分别通过各自环上的两个互连节点连接在一起，每个环间业务从源节点分别经工作信道和保护信道由不同的方向到达一个互连节点。当其中一路信号到达相应的互连节点时，即从该互连节点分接，并继续传向下一个互连节点。这样，每个互连节点的选择器的输出传输到第二个环的对应互连节点。第二个环的互连节点将从第一个环接收到的信号分别经工作信道和信道从不同的方向传向目的节点。最后，目的节点将在由两个不同方向上接收的信号中作出选择。两个单向通道保护环互连，不仅可以对每个环内的失效提供保护，对互连节点的失效和互连路径的失效也能提供保护。 4.5 2纤单向通道保护环在电力系统中的应用 电力系统通信网，业务容量要求较低，且大部分业务量汇集在一个或几个中心节点（中心局）上，因而适用比较简单经济的单向通道倒换环。采用2纤方式还是4纤方式则取决与容量要求与经济性考虑，通常业务量不太大时2纤环比较经济，因为电力系统通信要求信号中断时间短、恢复延时小、生存能力强、可靠性高等，使得单向通道保护环在电力系统中得到了广泛的应用。 西安地区电力通信SDH自愈环环网是由数个互通的单向通道保护环组成的。以局本部为中心站组成了东、北、南共3个大环，各个环上的站点分别为8个、9个、10个，各环上局中心和集控站通过155M互相连通，另外，以东、西、南、北郊数个集控中心站为中心点，又分别组成了几个小型单向通道保护环，这样，50多个站点组成了互相连通的网，其他各站陆续以支线方式接入各个中心站和集控站，系统容量为155M和622M。通道保护环的每对节点之间都有两根传输方向相反的光纤，工作信号和保护信号分别由顺时针方向的工作光纤和逆时针方向的保护光纤所携带。系统采用 1 1保护方式，在发送端的主、备用通道中传送同一业务，在接收端根据信号质量优劣选择接收。各个节点采用ADM设备，具备桥接功能和分接功能。 5.下一代SDH技术的现状及发展趋势 5.1下一代SDH的定位以及发展历程 下一代SDH的产生与近年来兴起的城域网建设密切相关，回顾从前，国内几乎没有城域网(MAN)的概念，因为话音业务是主体，而本地网是一个大家都熟悉的字眼，本地网又分为市话网、郊区网还有农话网。现在数据业务发展比较快，虽然在运营过程中还存在不少障碍和问题，但趋势是明朗的。现在，国内各大运营商纷纷提出各自的城域网建设计划，而且开展得如火如荼，究其本质原因，是为了实现网络优化，即在长途骨干网与用户接入网之间消除“断层”现象。因为城域网将分布在不同地点(企业、机关、智能小区、商住楼、宾馆、学校等等)的用户业务进行最大程度的整合、梳理、汇聚后，再送往骨干层，从而使网络层次变得非常清晰，效率也得到极大提升。当然，城域网内部又可细分为核心、汇聚和接入层，要根据城市的网络规模、容量大小等实际情况具体进行规划，不能“一刀切”。 从城域传送网和城域业务网的关系来看，如果SDH传送网只是完成对业务信号的透明传送功能，即不具备动态带宽分配能力和一定的智能性，那么，业务层自身的压力就非常巨大。这一点，老牌运营商体会非常深刻，以往数据设备主要依靠光纤直连方式组网，传送设备爱莫能助。现在，老牌运营商正在修正他们的建网思路，新兴运营商转向在城域接入和汇聚层直接采用多业务传送设备来分担业务层的压力，而且在某种程度上，可以减少设备投资和提高网络的性价比。 因此，现在所指的下一代SDH设备就是指由传统SDH设备发展而来多业务传输设备MSTP，综观国内MSTP的发展，可以分为四个阶段：第一阶段是雏形阶段(Original stage)，在此阶段，SDH设备采用数量较少的通道对以太网业务实现透明传送，可以为运营商提供远程局域网互连，通常并不对外开展运营整体功能较弱；第二阶段是灵活阶段(Flexible stage)，在此阶段，SDH已经演化成为符合国标要求的MSTP，除以太网透传功能外，还能提供以太网L2交换以及ATM业务的接入和汇聚功能，设备功能焕然一新；第三阶段是动态阶段(Dynamic stage)，在此阶段，RPR处理功能已经融入MSTP，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的CoS和QoS以及愈发安全的用户隔离功能；第四阶段是智能阶段(Intelligent stage)，即在SDH传送网的层面上，增加智能化的控制层面，从而快速响应业务层的带宽实时申请，并更多地采用交换式连接来建立SDH电路或波长通道，还能根据实际运营的需要随时拆除、更新或重建电路或通道，为带宽租用和光虚拟专网(O-VPN)等运营场合提供了智能化的策略。 5.2基于SDH的MSTP 目前，对于各运营商的城域传送网，应从采用单纯的SDH设备转向下一代基于SDH的多业务传送平台(MSTP)，目前国标《基于SDH的MSTP技术要求》已经成熟，引起了各方面的极大关注。MSTP可以基于多种线路速率实现，包括155/622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s等。一方面，MSTP保留了固有的TDM交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口，继续满足话音业务的需求；另一方面，MSTP提供ATM处理、Ethernet透传以及Ethernet L2交换功能来满足数据业务的汇聚、梳理和整合的需要。 MSTP可以提供ATM处理模块，针对ATM业务接入，比如多点DSLAM接入到ATM骨干交换机的应用场合(还包括未来3G的BTS接入到NodeB、或NodeB接入到RNC的应用场合)，通过VP/VC信元交换和统计复用功能，将在若干节点分别接入的多个155Mb/s时隙收敛到SDH环的一个155Mb/s时隙，实现1：N业务收敛功能，节省了带宽资源，同时所有业务可以共享ATM的VP-Ring保护；如果SDH的通道或复用段保护启用，则可以屏蔽掉ATM的VP-Ring保护；此外，ATM处理模块还可以提供PVC专线和ATM组播业务。 MSTP可以提供Ethernet的透明传送功能，将来自用户以太网的信号不经过L2交换，直接映射到SDH的虚容器(VC)中，然后通过SDH网络进行点到点传送。目前，10Mb/s、FE甚至GE业务可以通过多种途径在网络中传送，比如10Mb/s和FE业务可以采用VC-12或VC-3的虚级联方式承载，而GE业务则可采用VC-4或VC-3/STS-1连续级联的方式来承载。Ethernet over SDH的映射协议除采用PPP/HDLC或LAPS外，也可支持通用成帧规程GFP。 除透传功能外，MSTP还提供L2交换功能，即在一个或多个用户的以太网接口与一个或多个独立的基于SDH VC-N的链路之间，提供基于Ethernet MAC的交换，实现基于端口的VLAN、基于ID Tag的VLAN和虚拟网桥(Virtual Bridge)功能、全双工流量控制、带宽共享、端口汇聚以及相应的STP处理和保护等。 MSTP中新型的链路容量自动调整策略，即LCAS，可以实现：即使SDH的一些VC-N通道发生故障或出现告警指示信号AIS，可以根据相互的握手协议自动降低承载带宽，同时所承载的数据业务不能有太大的损伤，即丢包率和时延可以降到最低程度；如果告警消失或故障恢复，所承载的数据业务相应要恢复到最初的配置带宽。 从本质上来讲，弹性分组环RPR是跟SDH和现行MSTP全面竞争的一种技术，但MSTP可以一定程度融合RPR技术，比如将RPR设计成为MSTP的一种功能模块，从而实现带宽的统计复用、公平的带宽分配、严格的业务分级CoS和QoS以及真正意义上的用户隔离功能。此外，RPR具备自己专用的保护策略，比如环回和主导方式，如果要与SDH保护协同起来，同理需要拖延时间机制来保证。 5.3对未来智能光网络的思考 目前，客户层网络(包括传统PSTN交换机、ATM交换机、IP路由器甚至图像处理设备)和传送网络之间只是物理上的连接，或称为“硬连接”，传送网络只是傻瓜式地将客户层信号从一端传送到另一端，而这样的承载通道一旦建立，几个月、半年、一年甚至更长时间不会轻易改变。而要做到智能化，含义就是：客户层网络需要多大的带宽，应该向传送网络提起申请，即实现“软连接”，传送网络应该迅捷地响应申请，并及时地提供一条最佳的连接通道，而且这样的连接通道可以根据需要改变路由，也可以随时被拆除和重建。 此外，随着电信运营思路的变革，尤其是在城域传送网中，一些新兴的运营商希望从老牌运营商租用一些带宽，比如适量的SDH电路或波长通道。那么，相对于老牌运营商，新兴运营商就是客户；而相对于新兴运营商，老牌运营商就是一个光网络的管理者。他们之间同样需要一个智能化的带宽分配过程，省时、省力还省资金。 下一代传送网络的远期目标是：采用自动交换传送网ASTN的体制，在现有的SDH/MSTP以及未来城域OADM/OXC/OTN的传送平面上，引入一个智能化的、通过软交换信令实现的控制平面，借以实现动态的SDH电路配置、光波长路由配置和最灵活的各级带宽分配。 以SDH为例，前面也提到，传统的SDH电路配置实际上是在网管系统的强行干预下而实现的永久性连接，耗时(可能需要若干天)、耗力(需要一定数量而富有经验的机房维护开通人员)，而且效率根本不高，即使配置成功后也不会轻易更改。智能光网络的本质就是将传统的永久性连接(PC)改造成为软永久性连接(SPC)甚至交换式连接(SC)。业务层设备根据自身的需要，通过UNI信令发起带宽申请，控制层面的各智能网元内部设置呼叫控制器、连接控制器、路由控制器、协议控制器、策略控制器还有链路资源管理器等构件，分工协作，共同完成智能化控制功能。智能网元间通过I-NNI或E-NNI信令协议处理，采取网络拓扑结构自动识别以及自动邻居发现等机制迅捷地建立连接通道，快速地为业务层网络建立承载通路，而且根据网络实际情况的需要，已经建立的通路可以随时被释放和拆除，或者倒换到新的连接通路。这样，整个传送网发生了革命性的变化，即从原来傻瓜式的、静态的网络升华为交换式的、可以直接进行带宽租赁和直接进行盈利的智能光网络。 对于网管系统来讲，两个层面都需要管理，比如传送层面的网元硬件故障(单板、子架、光纤接口等)需要上报给网管系统，而控制层面的故障(比如信令网故障、呼叫失败、连接失败、超时等)也需要上报给网管系统。由于增设了智能的控制层面，所以网管系统五大管理功能之一的“配置管理”可以大大弱化。 GMPLS意为Generalized MPLS，即通用的MPLS，在原MPLS的体系结构基础上进行了扩展，除了包交换外，还将TDM交换和光空分交换囊括进来，并针对光网络进行了改进。GMPLS的初衷是自成一套“对等模型”体制，但现在看来，作为ASTN控制层面的信令处理比较合适。毋庸置疑，GMPLS的CR-LDP和RSVP-TE会成为两种主流的信令协议。 智能光网络的具体应用场合就是带宽(包括电路和波长)的租赁、带宽批发光虚拟专网等，在业务多样和高度竞争的城域网环境中，大有用武之地。 参考文献： [1]肖萍萍，吴健学.SDH原理与技术.北京：北京邮电大学出版社，2002. [2]陈铁.相邻级联和虚级联技术.华为技术报，2003-07-20. [3]韩翼.LCAS技术.烽火通信科技股份有限公司，2003. [4]刘妍.LCAS链路容量调整方案.华为技术报，2003-09-10
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