1、第2章 传 送 网第2章 传 送 网2.1 传输介质传输介质2.2 多路复用多路复用2.3 SDH传送网传送网2.4 光传送网光传送网思考题思考题第2章 传 送 网2.1 传传 输输 介介 质质2.1.1 基本概念基本概念 所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信号的形式在传输介质中传输，数据能否成功传输则依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介质的特性。1865年，英国物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)首次预言电子在运动时会以电磁波的形式沿导体或自由空间传播。1887年，德国物理学家赫兹通过实验证明了麦克斯韦电磁场理论
2、的正确性，该理论奠定了现代通信的理论基础。第2章 传 送 网 就信号而言，无论是电信号还是光信号，本质都是电磁波。实际中用来传输信息的信号都由多个频率成分组成。信号包含的频率成分的范围称为频谱，而信号的带宽就是频谱的绝对宽度。由于信号所携带的能量并不是在其频谱上均匀分布的，因此又引入了有效带宽的概念，它指包含信号主要能量的那一部分带宽。例如，人的语音频率大多数在1008000 Hz范围内，但其主要能量集中在3003400 Hz范围内，因此话音信号的有效带宽为3100 Hz。如不加说明，带宽通常均指有效带宽。第2章 传 送 网 就传输介质的特性而言，其对信号传输不利的一个物理限制是：现实中任何给
3、定波形的信号都含有相当宽的频谱范围，尤其是数字波形，它们都包含无限的带宽，但同时任何一种传输媒介都只能容纳有限带宽的信号。换句话说，传输介质也有带宽，其工作特性就像一个带通滤波器，在一定的距离内，如信号带宽不超过传输媒介的有效传输带宽，则信号将被可靠地传输，否则，信号将在很短的传输距离内快速衰减，造成畸变。简单来说，可以用传输介质的有效传输距离和带宽来衡量其质量，其中传输距离与带宽成反比，同时带宽越宽，成本越高。而在数字传输中，具有一定带宽的传输介质的最大传输速率与信号的调制方式也紧密相关。另一方面，不同的传输介质都有自己独特的传输特性，因此传输介质的选择，应从性能、成本、适用场合等方面综合考
4、虑。第2章 传 送 网2.1.2 传输介质传输介质 传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何种情况，信号都是以电磁波的形式传输的。在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制导，因此可认为是在自由空间传输。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。第2章 传 送 网 1双绞线双绞线 双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。通常人们将多条双绞线放在一个护套中组成一条电缆。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰，
5、扭绞得越紧密抗干扰能力越好。图2.1所示是双绞线的物理结构。图2.1 双绞线的物理结构扭距第2章 传 送 网 与其他有线介质相比，双绞线是最便宜和易于安装使用的，其主要的缺点是串音会随频率的升高而增加，抗干扰能力差，因此复用度不高，其带宽一般在1 MHz范围之内，传输距离约为24 km，通常用作电话用户线和局域网传输介质，在局域网范围内传输速率可达100 Mb/s，但其很难用于宽带通信和长途传输线路。双绞线主要分成两类：非屏蔽(UTP：Unshielded Twisted Pair)和屏蔽(STP：Shielded Twisted Pair)。屏蔽双绞线虽然传输特性优于非屏蔽双绞线，但价格昂贵
6、，操作复杂，除了应用在IBM的令牌环网中以外，其他领域并无太多应用。目前电话用户线和局域网中都使用非屏蔽双绞线，例如普通电话线多采用24号UTP。常用UTP的性能如表2.1所示。第2章 传 送 网表表2.1 常用常用UTP的性能的性能类别 规格 AWG 性能 典型应用 三类 22 和 24 16 MHz POTS、E1/T1、令牌环网、10 Base-T 网等 四类 各种 20 MHz 4/16 Mb/s 令牌环网 五类 各种 100 MHz 4/16 Mb/s 令牌环网、10/100 Base-T 网等 第2章 传 送 网 2同轴电缆同轴电缆 同轴电缆是贝尔实验室于1934年发明的，最初用于
7、电视信号的传输，它由内、外导体和中间的绝缘层组成，内导体是比双绞线更粗的铜导线，外导体外部还有一层护套，它们组成一种同轴结构，因而称为同轴电缆，其物理结构如图2.2所示。由于具有特殊的同轴结构和外屏蔽层，同轴电缆抗干扰能力强于双绞线，适合于高频宽带传输，其主要的缺点是成本高，不易安装埋设。同轴电缆通常能提供500750 MHz的带宽，目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网，在局域网和局间中继线路中的应用已并不多了。第2章 传 送 网图2.2 同轴电缆物理结构外部保护套外导体内导体绝缘层第2章 传 送 网 3光纤光纤 近年来，通信领域最重要的技术突破之一就是光纤通信系统的发展，光纤是一种很细
8、的可传送光信号的有线介质，它可以用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成。目前使用的光纤多为石英光纤，它以纯净的二氧化硅材料为主，为改变折射率，中间掺有锗、磷、硼、氟等。光纤也是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信号在纤芯中传输,包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。外套一般由塑料制成，用于防止湿气、磨损和其他环境破坏。其物理结构如图2.3所示。第2章 传 送 网图2.3 光纤的物理结构外套包层纤芯小于临界角的光线将被外套吸收入射角反射角第2章 传 送 网 (1)大容量。光纤系统的工作频率分布在1
9、0141015Hz范围内，属于近红外区，其潜在带宽是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的实验系统已试验成功，通过密集波分复用(DWDM)在一根光纤上实现40 Gb/s/200 km传输的实际系统已经在电信网上广泛使用，相对于同轴电缆的几百兆比特/每秒每千米和双绞线的几兆比特每秒/几千米，光纤比铜导线介质要优越的多。(2)体积小、重量轻。与铜导线相比，在相同的传输能力下，无论体积还是重量，光纤都小得多，这在布线时有很大的优势。第2章 传 送 网 (3)低衰减、抗干扰能力强。光纤传输信号比铜导线衰减小得多。目前，在1310 nm波长处光纤每千米衰减小于0.35 dB，在1550 nm波长处光
10、纤每千米衰减小于0.25 dB。并且由于光纤系统不受外部电磁场的干扰，它本身也不向外部辐射能量，因此信号传输很稳定，同时安全保密性也很好。光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF)两种基本类型。多模光纤先于单模光纤商用化，它的纤芯直径较大，通常为50 m或62.5 m，它允许多个光传导模式同时通过光纤，因而光信号进入光纤时会沿多个角度反射，产生模式色散，影响传输速率和距离。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网，一般传输距离应小于2 km。第2章 传 送 网 单模光纤的纤芯直径非常小，通常为410 m,在任何时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。与多模光纤相比，它可以提供
11、非常出色的传输特性，为信号的传输提供更大的带宽，更远的距离。目前长途传输主要采用单模光纤。在ITU-T的最新建议G.652、G.653、G654、G.655中对单模光纤进行了详细的定义和规范。另外，为确保光纤施工过程中连接器、焊接器，以及各类光纤施工工具的相互兼容，国际标准的包层直径为125 m，外套直径为245 m。第2章 传 送 网 在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上又称为窗口，目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具
12、有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。第2章 传 送 网 4无线介质无线介质 1)无线电 无线电又称广播频率(RF:Radio Frequency),其工作频率范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。其优点是无线电波易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。无线电波的缺点是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。所有的无线电波易受外界电磁场的干扰。由于其传播距离
13、远，不同用户之间的干扰也是一个问题，因此，各国政府对无线频段的使用都由相关的管理机构进行频段使用的分配管理。第2章 传 送 网 2)微波 微波指频段范围在300 MHz30 GHz的电磁波，因为其波长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范围内，具体由地理条件、气候等外部环境决定。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。微波通信适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂
14、窝移动通信系统，卫星通信也可归入为微波通信的一种特殊形式。第2章 传 送 网 3)红外线红外线 红外线指10121014Hz范围的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。由于红外线无法穿越障碍物，也不会产生微波通信中的干扰和安全性等问题，因此使用红外传输，无需向专门机构进行频率分配申请。红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。第2章 传 送 网图2.4 电磁波频谱及其在通信中的应用1041051061071081091010101110121013101410151016f/Hz双绞线同轴电缆陆地微波
15、和卫星FM Radio和TVAM Radio红外线光纤LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHFLFLow Frequency；MFMedium Frequency；HFHigh Frequency；VHFVery High Frequency；UHFUltra High Frequency；SHFSuper High Frequency；EHFExtremely High Frequency；THFTremendously High Frequency第2章 传 送 网2.2 多多 路路 复复 用用2.2.1 基带传输系统基带传输系统 基带传输系统是指在短距离内直接在传输介质上传输模拟基带信
16、号的系统。前面介绍的各种媒介中，只有双绞线可以直接传输基带信号。电信网中，只在传统电话用户线上采用该方式。这里的基带特指话音信号占用的频带(3003400 Hz)。另外由于设备的简单性，在局域网中基带方式也被广泛使用。基带传输的优点是线路设备简单；缺点是传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。第2章 传 送 网2.2.2 频分复用传输系统频分复用传输系统 频分复用传输系统是指在传输介质上采用FDM技术的系统，FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上
17、，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用。第2章 传 送 网 ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如下：为每路话音信号提供4 kHz的信道带宽，其中3 kHz用于话音，两个500 Hz用于防卫频带，12路基带话音信号经调制后每路占用60108 kHz带宽中的一个4 kHz的子信道。这样12路信号构成的一个单元称为一个群。在电话通信的FDM体制中，五个群又可以构成一个超群Supergroup，还可以构成复用度更高的主群Mastergroup。第2章 传 送 网图2.5 FDM原理示意图(a)FDM信道划分；(b)FDM系统示意图带通滤波器 f1s1
18、解调器 f1m1带通滤波器 f2s2解调器 f2m2带通滤波器 fnsn解调器 fnmns1m1s2m2snmn调制器 f1调制器 f2调制器 fn信道 1信道 2信道 n时间频率f1f2fnfFDM 信号(b)(a)第2章 传 送 网 FDM传输系统主要的缺点是：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，由于难以集成，因此工作的稳定度也不高。另外由于计算机难以直接处理模拟信号，导致在传输链路和节点之间过多的模数转换，从而影响传输质量。目前FDM技术主要用于微波链路和铜线介质上，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。第2章 传 送 网2.2.3 时分复用传输系统时分复用传输系
19、统 时分复用传输系统是指在传输介质上采用TDM技术的系统，TDM将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。它是一种数字复用技术，TDM中多路信号以时分的方式共享一条传输介质，每路信号在属于自己的时间片中占用传输介质的全部带宽。图2.6是TDM多路复用原理示意图。国际上主要的TDM标准有北美地区使用的T载波方式，一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544 Mb/s；国际电联标准E载波方式，一次群信号E1每帧32时隙,速率为2.048 Mb/s，两者相同之处在于都采用8000 Hz频率对话音信号进行采样，因此每帧时长都是12
20、5 s。第2章 传 送 网图2.6 TDM原理示意图(a)TDM信道划分；(b)TDM系统示意图s1m1s2m2snmnPCM 编码时间(b)(a)PCM 编码PCM 编码复用s1m1s2m2snmnPCM 解码PCM 解码PCM 解码分路1 2nm 帧1 2nm1 帧信道1信道2信道n时隙TDM 信道信号频率第2章 传 送 网 相对于频分复用传输系统，时分复用传输系统可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，以及更高的带宽利用率。它已成为传输系统的主流技术，目前主要有两种时分数字传输体制：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。第2章 传 送 网2.2.4 波分复
21、用传输系统波分复用传输系统 波分复用传输系统是指在光纤上采用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术的系统。WDM本质上是光域上的频分复用(FDM)技术，为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，WDM将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率(或波长)，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同波长的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些由不同波长光载波信号组成的光信号分离开来。由于不同波长的光载波信号可以看作是互相独立的(不考虑光纤非线性时)，在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。第2
22、章 传 送 网 WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类：粗波分复用(Coarse WDM)和密集波分复用(Dense WDM)。最初的WDM系统由于技术的限制，通常一路光载波信号就占用一个波长窗口，最常见的是两波分复用系统(分别占用1310 nm和1550 nm波长)，每路信号容量为2.5 Gb/s，总共5 Gb/s容量。由于波长之间间隔很大(通常在几十纳米以上)，故称粗波分复用。第2章 传 送 网 现行的DWDM只在1550 nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄(一般在0.82 nm之间)，且工作在一个窗口内的各路信号共享EDFA光放大器，为了区别于传统的
23、WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。由于DWDM光载波的间隔很密，因此必须采用高分辨率波分复用器件来选取，如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分复用器件。图2.7是一个点到点的DWDM传输系统结构示意图。第2章 传 送 网图2.7 DWDM传输系统结构1TX12TX2TXnOEOnMUX OA光放大器1，2，n1RX12RX2RXnDMUXnTX光发射器；RX光接收器；OEO波长变换器第2章 传 送 网 导致DWDM得以商用化的一个关键技术是1550nm窗口EDFA光放大器(Erbium Doped Optical Amplifier)的商
24、用化。EDFA是通过在光纤中掺入少量稀有金属来制成的，使用EDFA后，多路光信号可以共享一个EDFA，EDFA可以直接在光域对它们同时进行放大，而无需像以前那样将每一路光信号先转换回电信号，再进行放大。通常1550 nm EDFA整个放大频谱在15301565 nm内，目前EDFA可以将在此范围内的输入信号增益+20dB以上。EDFA的使用大大降低了构建DWDM系统的成本，为全光网络的实现铺平了道路。但在目前的DWDM系统中，EDFA光放大器和普通的光电光(OEO)再生中继器还将共同存在，通常EDFA用来补偿光纤的损耗，而常规的OEO再生中继器用来补偿色散、噪声积累带来的信号失真，一般在801
25、50 km左右需设置一个EDFA，对光信号进行放大，每隔数个EDFA则需设置一个OEO再生中继器将光纤进行分段。第2章 传 送 网 按照信号在一根光纤中的传送方向来分，目前的DWDM系统分为两类：双纤单向传输系统和单纤双向传输系统。双纤单向指使用两根光纤实现两个方向的全双工通信。单纤双向指将两个方向的信号分别安排在一根光纤的不同波长上传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从两个至几十个不等，现在商用化的一般是8波长、16波长、40波长系统，每波长速率为2.5 Gb/s或10 Gb/s。目前实验系统中已实现了256波长，每信道40 Gb/s，传输距离100 km的DWDM系统。第2
26、章 传 送 网 对于常规的G.652光纤，ITU-T G.692给出了以193.1 THz为标准频率，间隔为100 GHz的41个标准波长(192.1196.1 THz)，即15301561 nm波段。现在，人们都喜欢用WDM来称呼DWDM系统。从本质上讲，DWDM只是WDM的一种形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明确和准确的定义，而且随着技术的发展，原来认为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越容易，已经变得不那么“密集”了。一般情况下，如果不特指1310 nm和1550 nm的两波分WDM系统，人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。WDM技术主要有以下优点：第2章 传 送 网 (1)
27、可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长途传输的成本；(2)WDM对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的业务信号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于业务层信号来说，WDM的每个波长与一条物理光纤没有分别。(3)在网络扩充和发展中，WDM是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务(如CATV、HDTV和B-ISDN等)的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。第2章 传 送 网2.2.5 PDH系统简介系统简介 1简介简介 PDH(Psynchron
28、ous Digital Hierarchy)是一种异步复用方式，多个PCM的一次群信号可逐步复用为二次群、三次群，最高可达五次群信号。其主要缺点如下：(1)标准不统一，存在三种标准，且互不兼容；(2)面向点到点的传输，组网的灵活性不够；(3)低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用；(4)帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。第2章 传 送 网 2帧结构帧结构 图2.8描述了ITU-T一次群信号PCM30/32的帧结构，在PCM30/32系统中，一帧由32个时隙组成，每个用户占一个指定的时隙(TS：Time Slot)，通信时用户在自己的时隙轮流传送8位码组一次，重复
29、周期为125 s(每秒8000次),因此一次群的传输速率为3288000=2048 kb/s。第2章 传 送 网图2.8 PCM30/32系统的帧结构F016 帧为一复帧，125s162 msF1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15每帧 32 时隙，125sTS0TS16TS31偶数帧，帧同步时隙10011011复帧同步、告警码00001A211在 F0 帧中奇数帧11A111111线路标志码abcdabcdF1F15帧中第2章 传 送 网 偶数帧的TS0用来传送帧同步码，它的后七位固定为“0011011”；奇数帧TS0的第二位固定为“1”，以便接收端区分奇偶帧
30、，第三位为帧失步告警码，“0”表示本端工作正常，“1”则表示本端已失步。每帧的TS16用来传送数字型线路信令和复帧同步码以及复帧失步告警码。在PCM30/32系统中16帧为一个复帧。目前在以光纤为主的传输网上，已基本被SDH/SONet取代。多个PDH的一次 群可按标准复用成一个二次群，以此类推可组成更高次群的信号来满足长途传输的需要。第2章 传 送 网2.3 SDH传送网传送网2.3.1 简介简介 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是ITU-T制定的，独立于设备制造商的NNI间的数字传输体制接口标准(光、电接口)。它主要用于光纤传输系统，其设计目标是定义一种
31、技术，通过同步的、灵活的光传送体系来运载各种不同速率的数字信号。这一目标是通过字节间插(Byte-Interleaving)的复用方式来实现的，字节间插使复用和段到段的管理得以简化。第2章 传 送 网 SDH的内容包括传输速率、接口参数、复用方式和高速SDH传送网的OAM。其主要内容借鉴了1985年Bellcore(现在的Telcordia Technologies)向ANSI提交的SONet(Synchronous Optical Network)建议，但ITU-T对其做了一些修改，大部分修改是在较低的复用层，以适应各个国家和地区网络互连的复杂性要求。相关的建议包含在G.707、G.708和
32、G.709中。SDH设备只能部分兼容SONet，两种体系之间可以相互承载对方的业务流，但两种体系之间的告警和性能管理信息等则无法互通。第2章 传 送 网 SDH主要有如下三个优点：1)标准统一的光接口 SDH定义了标准的同步复用格式，用于运载低阶数字信号和同步结构，这极大地简化了不同厂商的数字交换机以及各种SDH 网元之间的接口。SDH也充分考虑了与现有PDH体系的兼容，可以支持任何形式的同步或异步业务数据帧的传送，如ATM信元、IP分组、Ethernet帧等。第2章 传 送 网 2)采用同步复用和灵活的复用映射结构 采用指针调整技术，使得信息净负荷可在不同的环境下同步复用，引入虚容器(VC：
33、Virtual Container)的概念来支持通道层的连接。当各种业务信息经过处理装入VC后，系统不用管所承载的信息结构如何，只需处理各种虚容器即可，从而实现上层业务信息传送的透明性。3)强大的网管功能 SDH帧结构中增加了开销字节(Overhead)，依据开销字节的信息，SDH引入了网管功能，支持对网元的分布式管理，支持逐段的以及端到端的对净负荷字节业务性能的监视管理。第2章 传 送 网2.3.2 帧结构帧结构 1整体结构整体结构 SDH帧结构是实现SDH网络功能的基础，为便于实现支路信号的同步复用、交叉连接和SDH层的交换，同时使支路信号在一帧内的分布是均匀的、有规则的和可控的，以利于其
34、上、下电路。SDH帧结构与PDH一样，也以125 s为帧同步周期，并采用了字节间插、指针、虚容器等关键技术。SDH系统中的基本传输速率是STM-1(Synchronous Transport Module-1,155.520 Mb/s)，其他高阶信号速率均由STM-1的整数倍构造而成，例如 STM-4(4STM-1=622.080 Mb/s)，STM-16(4STM-4=2488.320 Mb/s)等。第2章 传 送 网表表2.2 SDH的信号等级的信号等级SDH 等级 SONET 等级 信号速率/(Mb/s)净负荷速率/(Mb/s)等效的 DS0数(64 kb/s)STS-1/OC-1 51
35、.84 50.112 672 STM-1 STS-3/OC-3 155.52 150.336 2016 STM-4 STS-12/OC-12 622.08 601.344 8064 STM-16 STS-48/OC-48 2488.32 2405.376 32 256 STM-64 STS-192/OC-192 9953.28 9621.504 12 9024 第2章 传 送 网 这里以STM-1为例介绍其帧格式。高阶信号均以STM-1为基础，采用字节间插的方式形成，其帧格式是以字节为单位的块状结构。STM-1由9行、270列字节组成，STM-N则由9行、270N列字节组成。STM-N帧的传送
36、方式与我们读书的习惯一样，以行为单位，自左向右，自上而下依次发送，图2.9是STM-1的帧格式示意图。第2章 传 送 网图2.9 STM-1帧结构示意图9 列开销字节261 列STM-1净负荷(含 POH)行 1行 2行 3行 4行 5行 6行 7行 8行 99 行RSOHAU-PTRMSOH270 列行 1行 2行 3行 9125s第2章 传 送 网 每个STM帧由段开销SOH(Section Overhead)、管理单元指针(AU-PTR:Administrative Unit Pointer)和 STM净负荷(Payload)三部分组成。段开销用于SDH传输网的运行、维护、管理和指配(O
37、AM&P),它又分为再生段开销(Regenerator SOH)和复用段开销(Multiplexor SOH)，它们分别位于SOH区的13行和59行。段开销是保证STM净负荷正常灵活地传送必须附加的开销。STM净负荷是存放要通过STM帧传送的各种业务信息的地方，它也包含少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销POH(Path Overhead)。管理单元指针AU-PTR则用于指示STM净负荷中的第一个字节在STM-N帧内的起始位置，以便接收端可以正确分离STM净负荷，它位于RSOH和MSOH之间，即STM帧第4行的19列。第2章 传 送 网 2开销字节开销字节 SDH提供了丰富的开销字节，用
38、于简化支路信号的复用/解复用、增强SDH传输网的OAM&P能力。SDH中涉及的开销字节主要有以下几类：(1)RSOH:负责管理再生段，在再生段的发端产生，再生段的末端终结，支持的主要功能有STM-N信号的性能监视、帧定位、OAM&P信息传送。(2)MSOH：负责管理复用段，复用段由多个再生段组成，它在复用段的发端产生，并在复用段的末端终结，即MSOH透明通过再生器。它支持的主要功能有复用或串联低阶信号、性能监视、自动保护切换、复用段维护等。第2章 传 送 网 (3)POH：通道开销POH主要用于端到端的通道管理，支持的主要功能有通道的性能监视、告警指示、通道跟踪、净负荷内容指示等。SDH系统通
39、过POH可以识别一个VC,并评估系统的传输性能。(4)AU-PTR：定位STM-N净负荷的起始位置。目前ITU只定义了部分开销字节的功能，很多字节的功能有待进一步定义。由上面的叙述可知，不同的开销字节负责管理不同层次的资源对象，图2.10描述了SDH中再生段、复用段、通道的含义。第2章 传 送 网图2.10 通道、复用段、再生段示意图支路信号SDHTM再生段REG再生段SDH DXC或ADM复用段支路信号SDHTM再生段REG再生段复用段通道第2章 传 送 网 3STM净负荷的结构净负荷的结构 1)VC的含义 为使STM净负荷区可以承载各种速率的同步或异步业务信息，SDH引入了虚容器VC结构，
40、一般将传送VC的实体称为通道。VC可以承载的信息类型没有任何限制，目前主要承载的信息类型有PDH帧、ATM信元、IP分组、LAN分组等。换句话说，任何上层业务信息必须先装入一个满足其容量要求的VC，然后才能装入STM净负荷区，通过SDH网络传输。第2章 传 送 网 VC由信息净负荷(Container)和通道开销(POH)两部分组成。POH在SDH网的入口点被加上，在SDH网的出口点被除去，然后信息净负荷被送给最终用户，而VC在SDH网中传输时则保持完整不变。通过POH、SDH传输系统可以定位VC中业务信息净负荷的起始位置，因而可以方便灵活地在通道中的任一点进行插入和提取，并以VC为单位进行同
41、步复用和交叉连接处理，以及评估系统的传输性能。VC分为高阶VC(VC-3，VC-4)和低阶VC(VC-2，VC-11，VC-12)。第2章 传 送 网 要说明的是，VC中的“虚”有两个含义：一是VC中的字节在STM帧中并不是连续存放的，这可以提高净负荷区的使用效率，同时这也使得每个VC的写入和读出可以按周期的方式进行；二是一个VC可以在多个相邻的帧中存放，即它可以在一个帧开始而在下一帧结束，其起始位置在STM帧的净负荷区中是浮动的。第2章 传 送 网 2)STM净负荷的组织 为增强STM净负荷容量管理的灵活性，SDH引入了两级管理结构：管理单元(AU:Administrative Unit)和
42、支路单元(TU：Tributary Unit)。AU由AU-PTR和一个高阶VC组成，它是在骨干网上提供带宽的基本单元，目前AU有两种形式，即AU-4和AU-3。AU也可以由多个低阶VC组成，此时每个低阶VC都包含在一个TU中。第2章 传 送 网 TU由TU-PTR和一个低阶VC组成，特定数目的TU根据路由编排、传输的需要可以组成一个TUG(TU Group)。目前TU有TU-11、TU-12、TU-2、TU-3等四种形式，TUG不包含额外的开销字节。类似的，多个AU也可以构成一个AUG以用于高阶STM帧。实际上我们看到，AU和TU都是由两部分组成的：固定部分+浮动部分。固定部分是指针，浮动部
43、分是VC，通过指针可以轻易地定位一个VC的位置。VC是SDH网络中承载净负荷的实体，也是SDH层进行交换的基本单位，它通常在靠近业务终端节点的地方创建和删除。第2章 传 送 网图2.11 STM-1(AU-4)的净负荷结构示意图J19 列 SOH 开销AU-4 指针B3C2G1F2H4F3K3N1VC-4 的 POH261 列 STM-1 净负荷VC-4 的起点STM-1 第 m 帧AU-4 指针STM-1 第 m1 帧一个 VC4 的区域第2章 传 送 网 4SDH的复用映射结构的复用映射结构 SDH的一般复用映射结构如图2.12所示。各种信号复用到STM帧的过程分为以下三个步骤：(1)映射
44、(Mapping)：在SDH网的入口处，将各种支路信号通过增加调整比特和POH适配进VC的过程。(2)定位(Aligning)：利用POH进行支路信号的频差相位的调整，定位VC中的第一个字节。(3)复用(Multiplexing)：将多个低阶通道层信号适配进高阶通道层或是将多个高阶通道层信号适配进复用段的过程，复用以字节间插方式完成。第2章 传 送 网图2.12 SDH的复用结构NSTM-NAUG13AU-4VC-43TUG-31TU-3VC-37AU-3VC-3TUG-271TU-2VC-2C-2C-344.376 Mb/s34.368 Mb/s6.312 Mb/sC-4139.264 Mb
45、/sTU-12VC-12C-122.048 Mb/sTU-11VC-11C-111.544 Mb/s34指针处理；定位；映射；复用第2章 传 送 网2.3.3 SDH传送网的分层模型传送网的分层模型 如果将分组交换机、电话交换机、无线终端等看作业务节点，传送网的角色则是将这些业务节点互连在一起，使它们之间可以相互交换业务信息，以构成相应的业务网。然而对于现代高速大容量的骨干传送网来说，仅仅在业务节点间提供链路组是远远不够的，健壮性、灵活性、可升级性和经济性是其必须满足的。为实现上述目标，SDH传送网按功能分为两层：通道层和传输介质层，如图2.13所示。第2章 传 送 网图2.13 SDH传送网
46、的分层模型电路层网络(IP、ATM、PSTN、租用线网络等)低 阶通道层 VC-11 VC-3 VC-12 VC-2 VC-4 VC-3高 阶通道层复用段再生段光层段层通道层传输介质层SDH 传送网第2章 传 送 网 1通道层通道层 通道层负责为一个或多个电路层提供透明通道服务，它定义了数据如何以合适的速度进行端到端的传输，这里的“端指通信网上的各种节点设备。通道层又分为高阶通道层(VC-3，VC-4)和低阶通道层(VC-2，VC-11，VC-12)。通道的建立由网管系统和交叉连接设备负责，它可以提供较长的保持时间，由于直接面向电路层，SDH简化了电路层交换，使传送网更加灵活、方便。第2章 传
47、 送 网 2传输介质层传输介质层 传输介质层与具体的传输介质有关，它支持一个或多个通道，为通道层网络节点(例如DXC)提供合适的通道容量，一般用STM-N表示传输介质层的标准容量。传输介质层又分为段层和光层。而段层又分为再生段层和复用段层。再生段层负责在点到点的光纤段上生成标准的SDH帧，它负责信号的再生放大，不对信号做任何修改。多个再生段构成一个复用段，复用段层负责多个支路信号的复用、解复用，以及在SDH层次的数据交换。光层则是定义光纤的类型以及所使用接口的特性的，随着WDM技术和光放大器、光ADM、光DXC等网元在光层的使用，光层也像段层一样分为光复用段和光再生段两层。第2章 传 送 网2
48、.3.4 基本网络单元基本网络单元 1终端复用器终端复用器TM TM主要为使用传统接口的用户(如T1/E1、FDDI、Ethernet)提供到SDH网络的接入，它以类似时分复用器的方式工作，将多个PDH低阶支路信号复用成一个STM-1或STM-4，TM也能完成从电信号STM-N到光载波OC-N的转换。第2章 传 送 网 2分插复用器分插复用器ADM ADM可以提供与TM一样的功能，但ADM的结构设计主要是为了方便组建环网，提高光网络的生存性。它负责在STM-N中插入或提取低阶支路信号，利用内部时隙交换功能实现两个STM-N之间不同VC的连接。另外一个ADM环中的所有ADM可以被当成一个整体来进
49、行管理，以执行动态分配带宽，提供信道操作与保护、光集成与环路保护等功能，从而减小由于光缆断裂或设备故障造成的影响，它是目前SDH网中应用最广泛的网络单元。第2章 传 送 网 3数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC 习惯上将SDH网中的DXC设备称为SDXC，以区别于全光网络中的ODXC，在美国则叫做DCS。一个SDXC具有多个STM-N信号端口，通过内部软件控制的电子交叉开关网络，可以提供任意两端口速率(包括子速率)之间的交叉连接，另外SDXC也执行检测维护，网络故障恢复等功能。多个DXC的互连可以方便地构建光纤环网，形成多环连接的网孔网骨干结构。与电话交换设备不同的是，SDXC的交换功能(
50、以VC为单位)主要为SDH网络的管理提供灵活性，而不是面向单个用户的业务需求。第2章 传 送 网 SDXC设备的类型用SDXC p/q的形式表示，“p”代表端口速率的阶数，“q”代表端口可进行交叉连接的支路信号速率的阶数。例如SDXC 4/4,代表端口速率的阶数为155.52 Mb/s，并且只能作为一个整体来交换；SDXC 4/1代表端口速率的阶数为155.52 Mb/s，可交换的支路信号的最小单元为2 Mb/s。第2章 传 送 网2.3.5 SDH传送网的结构传送网的结构 SDH与PDH的不同点在于，PDH是面向点到点传输的，而SDH是面向业务的，利用ADM、DXC等设备，可以组建线性、星型
