第第 55章　光同步网章　光同步网

5.1 同步数字体系的概念5.2 SDH设备5.3 SDH传送网及其网络安全5.4 SDH网络性能分析5.5 SDH光接口、电接口技术指标

5.1 同步数字体系的概念

5.1.1 PDH 的主要缺陷5.1.2 SDH 的网络节点接口、速率和帧结构 5.1.3 SDH 网的特点5.1.4 SDH 中的基本复用、映射结构

5.1.1 PDH 的主要缺陷

1 ．复用结构复杂，缺乏灵活的上下话路的调度能力

2 ．网络结构缺乏灵活性

3 ．存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在困难

4 ．无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容

5 ．网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带来困难

5.1.2 SDH 的网络节点接口、速率和帧结构

1 ．网络节点接口

2 ．同步数字体系的速率 3 ．帧结构

1 ．网络节点接口

• 图 5-1 NNI 在网络中的位置

1 ．网络节点接口

• 一个传输网主要由传输设备和网络节点构成。简单的网络节点只有复用功能，而复杂的网络节点应包括复用和交叉连接等多种功能。

• 要规范一个统一的网络节点接口，则必须有一个统一、规范的接口速率和信号帧结构。

2 ．同步数字体系的速率

• STM-1 155.520Mbit/s• STM-4 622.080Mbit/s• STM-16 2 488.320Mbit/s• STM-64 9 953.280Mbit/s• STM-256 39 813.12Mbit/s

3 ．帧结构

• 由于要求 SDH 网能够支持支路信号（ 2/34/140Mbit/s ）在网中进行同步数字复用和交叉连接等功能，因而其帧结构必须具备下述功能。– 支路信号在帧内的分布是均匀的有规律的，便于接

入、取出。– 对 PDH 各大系列信号，都具有同样的方便性和实用

性。

3 ．帧结构

• 图 5-2 STM-N的帧结构

3 ．帧结构

• 整个帧结构分为三个区域：段开销（ SOH ）区、信息净负荷区和管理单元指针。

• 图 5-3 STM-1 SOH 字节安排

5.1.3 SDH 网的特点

（ 1 ） SDH 网络是由一系列 SDH 网元（ NE ）组成的，它是一个可在光纤或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。

（ 2 ） 它有全世界统一的网络节点接口（ NNI ）。（ 3 ） 它有一套标准化的信息结构等级，被称为同步传

输模块 STM-N。（ 4 ） 它具有一种块状帧结构，在帧结构中安排了丰富

的管理比特，大大增加了网络的维护管理能力。（ 5 ） 它有一套特殊的复用结构，可以兼容 PDH 的不

同传输速率，而且还可以容纳 B-IS-DN信号，因而具有广泛的适应性。

5.1.4 SDH 中的基本复用、映射结构

1 ． SDH 复用结构 2 ．复用单元 3 ．关于通道、复用段和再生段的说明

4 ．复用过程举例

1 ． SDH 复用结构

• ITU-T 在 G707 建议中给出了 SDH 的复用结构与过程。

• 由于我国选用 PCM30/32 系列 PDH 信号，因而根据 ITU-T 的复用结构，简化出适用于我国的SDH 复用结构。

• 我国目前采用的复用结构是以 2Mbit/s 系列PDH 信号为基础的，通常采用 2Mbit/s 和140Mbit/s 支路接口，当然如有需要时也可以采用 34Mbit/s 支路接口。

1 ． SDH 复用结构

• 图 5-4 我国目前采用的 SDH 复用映射结构示意图

2 ．复用单元

（ 1 ）容器 C

（ 2 ）虚容器 VC

（ 3 ）支路单元 TU 与支路单元组 TUG

（ 4 ）管理单元 AU

（ 5 ）同步传输模块 STM-N

3 ．关于通道、复用段和再生段的说明

• 图 5-5 SDH 传输系统中通道、复用段和再生段间的关系

4 ．复用过程举例

• 图 5-6 PDH 四次群信号至 STM-1 的复用、映射过程

5.2 SDH 设备

5.2.1 SDH 逻辑功能块5.2.2 再生器5.2.3 复用设备5.2.4 数字交叉连接器

5.2.1 SDH 逻辑功能块

• 根据所完成的功能不同， SDH 逻辑功能块可分为基本功能块和辅助功能块。

1 ．基本功能块2 ．复合功能块3 ．辅助功能块

5.2.1 SDH 逻辑功能块

• 图 5-7 SDH 设备的功能块的组成

1 ．基本功能块

（ 1 ） SDH 物理接口（ SPI ）功能• SDH 物理接口功能块所起的作用是在 STM-N 线路接

口信号与逻辑电平信号之间完成相互转换。（ 2 ） 再生段终端（ RST ）功能• RST 功能块是 RSOH （再生段开销）的源和宿，即在

构成 SDH 帧信号的复用过程中加入 RSOH ，而在解复用过程中取出 RSOH 。① 信号流从参考点〖 WTBX 〗 B 到 C 〖 WTBZ〗时RST 完成的功能 ②当信号流从参考点〖 WTBX 〗 C 到 B 时完成的功能

1 ．基本功能块

• 图 5-8 SDH 物理接口功能

1 ．基本功能块

• 图 5-9 再生段终端功能

1 ．基本功能块

（ 3 ） 复用段终端（ MST ）功能• MST 功能与 RST 的功能相似，只是复用段终端功能是

MSOH （复用段开销）的源和宿，即在构成 STM-N信号的复用过程中加入 MSOH ，而在解复用过程中取出 MSOH 。

（ 4 ） 复用段保护（ MSP ）功能• MSP 功能是通过对 STM-N 信号的监测及系统的评价

来完成在复用段内避免 STM-N 信号出现故障的功能块。

1 ．基本功能块

• 图 5-10 复用段保护功能

1 ．基本功能块

（ 5 ） 复用段适配（ MSA ）功能• MSA 功能块是用于处理 AU-3/4 指针，并完成组合 / 分解整个 STM-N 帧信号的任务。

（ 6 ） 高阶通道连接（ HPC ）功能• 高阶通道连接功能是指只对信号的传输路由做出选择

或改变，而不对信号本身进行任何处理，即将输入的VC-3/4 指定给可供使用的输出口的 VC-3/4 ，从而实现在 VC-3/4 等级上的重新排列。

1 ．基本功能块

• 图 5-11 复用段适配功能

1 ．基本功能块

（ 7 ） 高阶通道终端（ HPT ）功能• 与 RST 、 MST 的功能相似，高阶通道终端功能是高阶通道开销的源和宿，即在构成 STM-N 净负荷过程中加入高阶通道开销（ POH ），而在分解过程中则取出POH ，并通过 U3参考点将部分开销字节送入开销接入功能块（ OHA ）。

（ 8 ） 高阶通道适配（ HPA ）功能• 与 MSA 相似，高阶通道适配功能所完成的是高阶通道

与低阶通道之间的组合和分解以及指针处理等项工作。

1 ．基本功能块

（ 9 ） 低阶通道连接（ LPC ）功能• 低阶通道连接（ LPC ）功能与高阶通道连接功能基本

相同，只是对低阶通道信号的传输路由做出选择或改变，而不对其信号进行处理。

（ 10 ） 低阶通道终端（ LPT ）功能• 与 RST 相似，低阶通道终端功能是低阶通道开销的源

和宿，即在构成 TU 支路信号过程中，加入低阶通道开销（ V5 、 J2 、 N2 、 K4 四个字节），而在分解过程中，取出低阶 POH ，并经 U4参考点将部分开销送入OHA 进行处理。

1 ．基本功能块

（ 11 ） 低阶通道适配（ LPA ）功能• 与 MSA 、 HPA 相似，低阶通道适配功能是通过映射、去映射的方式，用于完成 PDH 信号与 SDH 网络之间的适配过程。

（ 12 ） PDH 物理接口• 目前在光纤通信系统中仍采用强度调制——直接检波

的通信方式，为适合光通路的信号传输，因而采用非归零码（ NRZ ）作为光线路码。

• 该信号通过 PDH 物理接口（ PPl ）功能块之后，将所接收的信息流按 HDB-3编码方式变换成适于支路传输的 HDB-3码，从而形成支路信号。

• 图 5-12 PDH 物理接口

1 ．基本功能块

（ 13 ） 高阶、低阶连接监控功能块• 由于高阶连接监控（ HCS ）功能和低阶连接监控（ LC

S ）功能均由两个模块构成，因而它们同属于复用功能块，它们可以处于活动状态，也可以处于不活动状态。

• 活动状态是指信息流透明地完成由参考点 F 到 G 点，或由 G 点到 F 点的传输，而无需对其通道开销进行监视。

• 然而不活动状态是指在完成数据流从 F 点到G 点或从G点到 F 点的同时，还通过 HPOM 或 LPOM 进行通道开销的提取，从而达到对传输质量的监控。

• 图 5-13 高阶、低阶连接监控功能示意图

2 ．复合功能块

• 根据不同的基本功能，可以构成两类不同的复合功能，一类是适配功能，另一类为监控功能。

（ 1 ） 适配功能包括传送终端功能（ TTF ）、高阶接口（ HOI ）、低阶接口（ LOI ）和高阶组装（ HOA ）。

（ 2 ） 监控功能包括高阶连接监控（ HCS ）和低阶连接监控（ LCS ）。

3 ．辅助功能块

（ 1 ） 同步设备管理（ SEMF ）功能• SEMF 功能是用以完成电信网管理任务而所需的各类

数据采集工作的功能块。（ 2 ） 消息通信功能块（ MCF ）• 消息通信功能块是用来完成网管所需的各类数据信息

传输的功能块。（ 3 ） 同步设备定时源（ SETS ）• SETS 功能代表 SDH 网络单元的时钟。• SDH 设备中的各基本功能块都是以此时钟为依据进行工作的。

3 ．辅助功能块

（ 4 ） 同步设备定时物理接口（ SETPI ）• SETPI 是用来完成对外来 2Mbit/s 信号进行时钟的提取、

编 /解码功能和提供与物理接口适配功能。

（ 5 ） 开销接入功能（ OHA ）• 不同的容器，对其进行运行、维护和管理的开销字节

不同。• 通过图 5-7 中所示的开销接入功能的 U参考点，可以

实现对各相应单元功能块的开销字节的统一管理。

5.2.2 再生器

• 图 5-14 再生器模型

5.2.2 再生器

1 ． SDH 物理接口（ 1 ）

2 ．再生器终端（ 1 ）

3 ．再生器终端（ 2 ）

4 ． SDH 物理接口（ 2 ）

5.2.3 复用设备

1 ．终端复用设备（ TM ） 2 ．复用器类型Ⅳ

1 ．终端复用设备（ TM ）

（ 1 ） 复用器Ⅰ .1

（ 2 ） 复用器Ⅰ .2

（ 3 ） 分插复用器 ADM

1 ．终端复用设备（ TM ）

• 图 5-15 复用器类型Ⅰ .1 和Ⅰ .2 示意图

1 ．终端复用设备（ TM ）

• 图 5-16 复用器类型Ⅲ .1 和Ⅲ .2 示意图

2 ．复用器类型Ⅳ

• 由于国际上主要存在三大系列的准同步数字系列，因而不同的体系下的数字信号其映射路径不同。

• 当两种不同体系的网络间需进行互通时，则要求 VC-3净负荷能在使用 AU-3 与使用 AU-4 的网络之间进行转换。

• 复用器类型Ⅳ正提供了此种功能。• 无论何种复用器，都未包括特殊的物理功能分割，而仅仅是一般性的描述。

• 不同的网络应用场合所需的配置不同，以上几种最常见的复用器类型的应用场合也不同。

5.2.4 数字交叉连接器

1 ．问题的提出 2 ． DXC 的基本功能 3 ． DXC 设备类型

1 ．问题的提出

• 在过去的电信网中，如果要对电路进行调度则是靠值机人员在人工配线架上进行操作来完成的。

• 随着电信网的飞速发展，传输容量越来越大，传输系统种类也有所增加，这时再通过传统的人工配线架互连来调度路由，将因为它的低效率、低可靠性和高费用显得越来越不适应快速连接和再连接的要求。

• 于是，人们就研制出了一种相当于“自动配线架”的数字交叉连接器（ Digital Cross Conect equipment,DXC ）其中适用于 SDH 的数字交叉连接器则称为 SDXC ，但大多数场合仍称为 DXC 。

2 ． DXC 的基本功能

（ 1 ） 电路高度功能

（ 2 ） 业务的汇集和疏导功能

（ 3 ） 保护倒换功能

3 ． DXC 设备类型

• 图 5-17 DXC类型 I

3 ． DXC 设备类型

（ 1 ） 线路接口的作用

（ 2 ） 接口控制器的作用

（ 3 ） 交叉连接矩阵的作用

（ 4 ） 矩阵控制器的作用

（ 5 ） 主控制器

（ 6 ） 定时系统功能

3 ． DXC 设备类型

• DXC类型Ⅱ和类型Ⅲ与 DXC类型Ⅰ的基本功能大致相同，它们之间的区别在于。– DXC类型Ⅱ仅提供低阶 VC （ LOVC ）的交叉连接。– DXC类型Ⅲ设备可为所有 VC （包括 HOVC 和

LOVC ）提供交叉连接。

5.3 SDH 传送网及其网络安全

5.3.1 SDH 光传输系统 5.3.2 SDH 传送网 5.3.3 网络安全

5.3.1 SDH 光传输系统

1 ．点到点链状线路系统2 ．环路系统

5.3.1 SDH 光传输系统

• 图 5-18 SDH 系统

5.3.2 SDH 传送网

1 ． SDH 网络拓扑结构• 在 SDH 网络中，通常采用点对点链状、星形、树形、环形等网络结构。

2 ．我国 SDH 网络结构• 我国 SDH 网络结构采用四级制，具有以下的特点。（ 1 ） 具有四个相当独立而又综合一体化的层面。（ 2 ） 简化了网络规划设计。（ 3 ） 适应现行行政管理体制。（ 4 ） 各个层面可独立实现最优化。（ 5 ） 具有体制和规划的统一性、完整性和先进性。

5.3.2 SDH 传送网

• 图 5-19 基本物理拓扑类型

5.3.2 SDH 传送网

• 图 5-20 我国 SDH 网络结构

5.3.3 网络安全

1 ．网络保护2 ．网络同步问题

1 ．网络保护

• 自愈功能是指当网络出现故障时，能够在无需人为干预的条件下，在极短时间内从失效状态中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出现了故障。

• 在 SDH 网络中的自愈保护可以分为线路保护倒换、环形网保护、网孔形 DXC 网络恢复及混合保护方式等。

1 ．网络保护

（ 1 ） 自动线路保护倒换• 自动线路保护倒换是最简单的自愈形式。

① 1+1 结构

② 1:n 结构

• 图 5-21 1+1 线路保护倒换结构

• 图 5-22 1:n 线路保护倒换结构

1 ．网络保护

（ 2 ） 环路保护• SDH 传输网中环形结构才具有真正意义上的自愈功能，故而也称为自愈环。① 自愈环结构方式的划分

• 按照自愈环结构来划分，可分为通道倒换环和复用段倒换环。

• 按照进入环的支路信号和由分路节点返回的支路信号方向是否相同来划分，可分为单向环和双向环两种。

• 按照一对节点之间所用光纤的最小数量来划分，可分为二纤环和四纤环。

1 ．网络保护

（ 2 ） 环路保护

② 几种典型的自愈结构

Ⅰ 二纤单向复用段倒换环

Ⅱ 四纤双向复用段倒换环

Ⅲ 二纤双向复用段倒换环

Ⅳ 二纤单向通道倒换环

1 ．网络保护

• 图 5-23 二纤单向复用段倒换环

1 ．网络保护

• 图 5-24 四纤双向复用段倒换环

1 ．网络保护

• 图 5-25 二纤双向复用段倒换环

1 ．网络保护

• 图 5-26 二纤单向通道倒换环

1 ．网络保护

（ 2 ） 环路保护③ 保护功能的实现• 就环形网来说， ADM 必须在所发出 K1 和 K2 字节中，

明确指示该字节是由环上的哪一个 ADM 来接收，这样K1 、 K2 字节便会透明地通过其他 ADM 。

• 由于在自愈环中实施的是 1:1保护方式，因此在 K1 和K2 字节中无需标识去哪个工作信道将被倒换到保护信道上去。

1 ．网络保护

• 图 5-27 保护功能的实现

2 ．网络同步问题

• SDH 网络是建立在同步传输基础之上的。• 在 SDH 网中，可以由多种拓扑结构的系统构成，因而

网络同步技术直接影响到 SDH 网络的运行质量。• 网同步是指网络的所有设备的时钟频率和相位的偏差

都控制在容许的范围之内，这样可以保证通信网内的数字信号的正常交换与传输。

• 为了建立网络的同步，就必须建立同步网，从而以一定的方式使所有设备都同步工作。

2 ．网络同步问题

（ 1 ） 网同步方式• 目前国际上所使用的同步方式有主从同步方式、相互

同步方式和准同步方式，但大多数国家普遍采用主从同步方式。

• 主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的基准主时钟，而其他时钟均逐级与上一级时钟保持同步，以此实现与主时钟同步的目的。

• 在 SDH 网络中，要求网络单元必须能够判断所接收的定时基准是否可用，是否需要搜寻其他更合适的定时源等。

2 ．网络同步问题

• 图 5-28 我国同步时钟等级

2 ．网络同步问题

（ 2 ） 我国同步网结构• 我国同步网采用分级的主从同步方式，即同步网中的

时钟依据其在网中的位置和重要性被分为四个等级，其中基准时钟为第一级时钟，其他三级依次为转接局、本地局和设备从时钟。

• 每一级从时钟需要和上一级或同级时钟保持同步。• 目前，我国分别在北京和武汉建立两个基准时钟，这

样可将全国分为两大同步区。

2 ．网络同步问题

（ 3 ）同步时钟的等级标准• 我们所使用的同步时钟系统是采用四级结构，

不同级别的时钟其精度和稳定度不同，因而需采用不同种类的时钟。

2 ．网络同步问题

（ 4 ）时钟电路的工作模式

① 正常工作模式

② 保持模式

③ 自由运行模式

5.4 SDH 网络性能分析

5.4.1 SDH 网络的误码性能 5.4.2 SDH 网络抖动性能 5.4.3 可靠性

5.4.1 SDH 网络的误码性能

1 ．误码评定参数 2 ．码性能规范

1 ．误码评定参数

（ 1 ） 误块（ EB ）• 由于 SDH 帧结构是采用块状结构，因而当同一

块内的任意比特发生差错时，则认为该块出现差错，通常称该块为差错块，或误块。

（ 2 ） 误码性能参数① 误块秒比（ ESR ）② 严重误块秒比（ SESR ）③ 背景误块比（ BBER ）

2 ．码性能规范

（ 1 ） 全程误码指标

（ 2 ） 指标分配

2 ．码性能规范

• 图 5-29 高比特率通道全程指标分配

5.4.2 SDH 网络抖动性能

（ 1 ） 抖动与漂移的概念• 当频率＞ 10Hz 时的随机变化被称为抖动，反之称为漂移。

• 抖动的程度原则上可以用时间、相位和数字周期来表示。

• 抖动容限往往用峰 -峰抖动 Jp-p 来描述。（ 2 ） 抖动积累（ 3 ） 抖动与漂移指标• 抖动与漂移的指标有输入抖动与漂移容限、无输入抖动时的输出抖动容限以及抖动转移特性等。

5.4.2 SDH 网络抖动性能

• 图 5-30 SDH 线路系统（或设备）输入抖动和漂移容限

5.4.3 可靠性

1 ．可靠性的概念

2 ．可靠性的表示方法和指标

3 ．不同系统的可靠性分析

4 ．可靠性估算

1 ．可靠性的概念

• 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

• 可靠度 R，表示产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。

2 ．可靠性的表示方法和指标

（ 1 ） 故障率• 故障率是指正常工作的产品在规定时间 t 之后，产品中丧失其规定的功能的产品所占比例，其单位是菲特（ fit ），其定义是在 109小时内，出现一次故障为 1fit 。

（ 2 ） 平均无故障时间• 两次故障之间的平均时间，即为平均无故障时间。（ 3 ） 可用率 A• 可用率是指在系统总的工作时间内系统无故障工作时

间的百分比。

3 ．不同系统的可靠性分析

（ 1 ）串联系统可靠度

（ 2 ）并联系统的可靠度

（ 3 ） m ： n 主备系统的可靠度分析

• 图 5-31 串联系统可靠度模型

• 图 5-32 并联系统可靠度模型

• 图 5-33 m ： n （主备用）系统备用方式

4 ．可靠性估算

（ 1 ） 备用的情况

（ 2 ） 备用系统

4 ．可靠性估算

• 图 5-34 无备用系统的线路结构

4 ．可靠性估算

• 图 5-35 有备用系统的线路结构（主备比为 1∶1 ）

5.5 SDH 光接口、电接口技术指标

5.5.1 SDH 光接口、电接口的界定5.5.2 SDH 光接口技术指标

5.5.1 SDH 光接口、电接口的界定

• 图 5-36 光纤通信系统方框图

5.5.2 SDH 光接口技术指标

• SDH 光接口技术参数大致分为三部分：发射机S 点特性、接收机 R 点特性和 SR 点间光通道特性 。

1 ．光谱特性

2 ．端机的主要技术指标

3 ．光通道