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SDH是一種傳輸體制！按照這種傳輸原理制作的設(shè)備被稱為SDH，各種不同速率等級的SDH設(shè)備可以稱為 155，622，2.5G，10G，40G。 隨著全球互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的迅猛發(fā)展，上網(wǎng)人數(shù)正以幾何級數(shù)快速增長，以因特網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)通信在通信業(yè)務(wù)總量中的比列迅速上升，因特網(wǎng)業(yè)務(wù)已成為多媒體通信業(yè)中發(fā)展最為迅速、競爭最為激烈的領(lǐng)域。同時，無論是從數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩魯?shù)量還是從單個用戶需要的帶寬來講，都比過去大很多。特別是后者，它的增長將直接需要系統(tǒng)的帶寬以數(shù)量級形式增長。因此如何提高通信系統(tǒng)的性能，增加系統(tǒng)帶寬，以滿足不斷增長的業(yè)務(wù)需求成為大家關(guān)心的焦點(diǎn)。 光纖具有高帶寬、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為寬帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)的主要物理連接媒介，不過，如果僅憑單純的光纜連接，并不能構(gòu)成擔(dān)負(fù)各種復(fù)雜應(yīng)用的傳輸網(wǎng)。骨干傳輸需要由復(fù)雜的傳輸協(xié)議來支撐，并借助光纖作為物理媒介。 SDH傳送網(wǎng)的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Optical NETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標(biāo)準(zhǔn)傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負(fù)荷（即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分）在物理媒質(zhì)如光纖、微波、衛(wèi)星等上進(jìn)行傳送。該標(biāo)準(zhǔn)于1986年成為美國數(shù)字體系的新標(biāo)準(zhǔn)。國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部（ITU—T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）達(dá)成協(xié)議，將SONET修改后重新命名為同步數(shù)字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）,使之成為同時適應(yīng)于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。 SDH網(wǎng)是對原有PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy準(zhǔn)同步系列）網(wǎng)的一次革命。PDH是異步復(fù)接，在任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上接入接出低速支路信號都要在該節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)接、碼變換、碼速調(diào)整、定時、擾碼、解擾碼等過程，并且PDH只規(guī)定了電接口，對線路系統(tǒng)和光接口沒有統(tǒng)一規(guī)定，無法實(shí)現(xiàn)全球信息網(wǎng)的建立。隨著SDH技術(shù)引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監(jiān)控等過程的功能。SDH 通過多種容器C和虛容器VC以及級聯(lián)的復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數(shù)字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)。段開銷中大量的備用通道增強(qiáng)了SDH網(wǎng)的可擴(kuò)展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實(shí)現(xiàn)了交叉連接和分插復(fù)用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可變，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強(qiáng)組網(wǎng)能力奠定基礎(chǔ)，只需幾秒就可以重新組網(wǎng)。特別是SDH自愈環(huán)，可以在電路出現(xiàn)故障后，幾十毫秒內(nèi)迅速恢復(fù)。SDH的這些優(yōu)勢使它成為寬帶業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)。 原廣播電影電視部在1995年研究制定全國有線電視聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃時已明確規(guī)定，國家部級和省級干線全部采用SDH傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)流的傳輸碼率為2.5Gb/s，即STM-16?，F(xiàn)在我國的有線電視網(wǎng)絡(luò)在省內(nèi)和省外均采用了SDH傳輸體制，有線電視網(wǎng)絡(luò)的SDH網(wǎng)起著公共物理傳輸平臺的作用，在此平臺上，一部分帶寬用來傳輸廣播電視節(jié)目，另一部分用來直接傳輸用戶數(shù)據(jù)或從ATM、IP交換機(jī)匯聚來的數(shù)據(jù)流等。本文僅討論利用有線電視網(wǎng)絡(luò)的SDH網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)流。 一、SDH傳輸網(wǎng)的基本構(gòu)成 SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成的，在光纖、微波或衛(wèi)星上進(jìn)行同步信息傳送，融復(fù)接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理操作的綜合信息網(wǎng)?？蓪?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、對業(yè)務(wù)性能監(jiān)視等功能，能有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。 SDH有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(NNI)，從而簡化了信號的互通以及信號的傳送、復(fù)用、交叉連接和交換過程，它有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳送模塊(Synchronous Transport Module)，STM-N。當(dāng)n=1、4、16時，其最基本的模塊為 STM-1、STM-4和STM-16，并具有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的開銷比特(即在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口比特流中扣除凈負(fù)荷后的剩余部分)用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)(OAM)。它的基本網(wǎng)絡(luò)單元有同步光纖線路系統(tǒng)或SDH微波傳送系統(tǒng)、同步復(fù)用器(SM)、分插復(fù)用器(ADM)和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)等等。 SDH傳送網(wǎng)最重要的兩個網(wǎng)絡(luò)單元是終端復(fù)用器和分插復(fù)用器。以STM-1為例，終端復(fù)用器的主要任務(wù)是將低速支路信號和155Mb/s電信號納入STM-1幀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)CMI(符號反轉(zhuǎn)碼)變換后進(jìn)入微波傳送系統(tǒng)，其逆程正好相反。分插復(fù)用器，將同步復(fù)用與數(shù)字交叉連接功能綜合于一體，具有靈活的分插任意支路信號的能力，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上有很大的靈活性。由這兩種基本網(wǎng)絡(luò)單元組成的典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有多種形式，有點(diǎn)到點(diǎn)應(yīng)用、線型應(yīng)用、構(gòu)成樞紐網(wǎng)、構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)、構(gòu)成雙環(huán)形網(wǎng)和網(wǎng)孔形應(yīng)用。 二、SDH技術(shù)的傳輸原理 SDH用來承載信息的是一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，塊狀幀由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成，每個字節(jié)含8b(bit)。整個幀結(jié)構(gòu)由段開銷區(qū)、凈負(fù)荷區(qū)和管理單元指針區(qū)三部分組成。其中段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)及指配，以保證信息能夠正常靈活地傳送，管理單元指針用來指示凈負(fù)荷區(qū)域內(nèi)的信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便接收時能正確分離凈負(fù)荷。凈負(fù)荷區(qū)域用來存放用于信息業(yè)務(wù)的比特和少量的用于通道維護(hù)管理的通道開銷字節(jié)。 SDH的幀傳輸時，按由左向右，由小到大的順序排成串型碼流依次進(jìn)行。每幀傳輸時間為125μS，每秒傳輸1/125×106 =8000幀。對STM-1而言，每幀能傳輸?shù)谋忍財?shù)為8×(270×9×1)=19940b，STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.52Mb/s，而STM-4為622.080Mb/s、STM-16為2488.320Mb/s。 各種業(yè)務(wù)信號進(jìn)入SDH的幀結(jié)構(gòu)都要經(jīng)過三個步驟，即映射、定位和復(fù)用。映射就是將各種進(jìn)來的速率不等的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整，再裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器C中，同時加入通道開銷POH形成虛容器VC。定位就是將幀相位發(fā)生偏差的(稱幀偏移)的信息收進(jìn)支路單元或管理單元，它通過支路單元指針或管理單元指針的功能來實(shí)現(xiàn)。復(fù)用就是將多個低階通道層信號通過碼速調(diào)整進(jìn)入高階通道或?qū)⒍鄠€高階通道層信號通過碼速調(diào)整進(jìn)入復(fù)用層的過程。以139.264Mb/s信號到STM-1的形成為例來說明這三個步驟。139.264Mb/s信號首先進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)容器，速率調(diào)整后輸出149.76Mb/s數(shù)字信號，進(jìn)入虛擬容器，加入通道開銷576kb/s后輸出150.336Mb/s的信號，在管理單元內(nèi)加入管理單元指針576kb/s，輸出150.336Mb/s的信號，因N=1，故由一個單元組加人段開銷4.608Mb/s后，輸出155.520Mb/s的STM-1信號。 三、SDH網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) SDH網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)： 1．使1.5Mbit/s和2Mbit/s兩大數(shù)字體系在STM－1等級上獲得統(tǒng)一。數(shù)字信號在跨越國界通信時，不再需要轉(zhuǎn)換成為另一種標(biāo)準(zhǔn)，第一次真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界性標(biāo)準(zhǔn)。 2．采用了同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。各種不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷內(nèi)的排列是有規(guī)律的，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，因而只需要利用軟件即可使高速信號一次直接分插出低速支路信號即所謂的一步復(fù)用特征。這樣既不影響別的支路信號，又避免了需要對全部高速復(fù)用信號進(jìn)行分用的做法，省去了全套背靠背復(fù)用設(shè)備，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以簡化，上下業(yè)務(wù)十分容易，也使DXC的實(shí)現(xiàn)大大簡化。利用同步分插能力還可以實(shí)現(xiàn)自愈環(huán)形網(wǎng)，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。此外，背靠背接口的減少還可以改善網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)透明性，便于端到端的業(yè)務(wù)管理，使網(wǎng)絡(luò)易于容納和加速各種新的貸款業(yè)務(wù)的引入。 3．SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，因而使得網(wǎng)絡(luò)的OAM能力大大加強(qiáng)。此外，由于SDH中的DXC和ADM等一類網(wǎng)元是智能化的，通過嵌入的控制通路可以使部分網(wǎng)絡(luò)管理能力分配到網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)分布式管理，使新特性和新功能的開發(fā)變得比較容易。 4．由于將標(biāo)準(zhǔn)光接口綜合進(jìn)各種不同的網(wǎng)元，減少了將傳輸和復(fù)用分開的需要，從而簡化了硬件，緩解了布線擁擠。此外，有了標(biāo)準(zhǔn)光接口和通信協(xié)議后，使光接口成為開放型接口，還可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，滿足多廠家環(huán)境要求，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。 5．由于用一個光接口代替了大量電接口，因而SDH網(wǎng)所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息可以不必經(jīng)由常規(guī)同步系統(tǒng)所具有的一些中間背靠背電接口而直接經(jīng)光接口通過中間節(jié)點(diǎn)，省去了大量的相關(guān)電路單元和跳線光纜，使網(wǎng)絡(luò)的可用性和誤碼性能都獲得改善。而且，由于電接口數(shù)量銳減導(dǎo)致運(yùn)行操作任務(wù)的簡化以及設(shè)備種類和數(shù)量的減少，使運(yùn)營成本減少20％～30％。 6．SDH網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能完全兼容，即可以兼容現(xiàn)有準(zhǔn)同步數(shù)字體系的各種速率。同時，SDH網(wǎng)還能容納各種新的業(yè)務(wù)信號，使之具有完全的向后兼容性和向前兼容性。 四、IP over SDH及其在有線電視網(wǎng)絡(luò)寬帶IP傳輸中的應(yīng)用 目前，Internet通過電信撥號的接入速度極其緩慢，一般電話的Modem只能提供幾十Kbit/S的傳輸速率，其速率和帶寬不可能很好地支持多媒體信息等寬帶業(yè)務(wù)。 隨著多媒體通信的發(fā)展，因特網(wǎng)接入寬帶化的需求日益迫切。而有線電視網(wǎng)擁有豐富的帶寬資源，同時，目前我國有線電視用戶已經(jīng)達(dá)到了8000萬戶，有線電視網(wǎng)絡(luò)的里程超過了240萬公里，中國已經(jīng)成為世界第一大有線電視用戶國。有線電視網(wǎng)絡(luò)具有巨大的產(chǎn)業(yè)開發(fā)價值，構(gòu)筑基于有線電視網(wǎng)的Internet寬帶信息網(wǎng)，不僅僅是廣大用戶的企盼，更是有線電視網(wǎng)實(shí)現(xiàn)第二次騰飛的關(guān)鍵所在。 在有線電視網(wǎng)絡(luò)中用何種技術(shù)傳輸IP，取決于有線電視網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的IP傳輸技術(shù)有IP over ATM、IP over SDH、 IP over WDM三種形式。 經(jīng)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：當(dāng)IP業(yè)務(wù)繁忙時或出現(xiàn)大量不均衡、突發(fā)性業(yè)務(wù)時，會發(fā)生ATM降載，主干網(wǎng)路由器不堪負(fù)荷也會引起整個系統(tǒng)停機(jī)。再加上IP over ATM的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、傳輸效率低、開銷損失大(達(dá)25%～30%)的缺點(diǎn)，使人們把眼光轉(zhuǎn)向了IP over SDH。加之現(xiàn)在我國的有線電視網(wǎng)絡(luò)國家部級和省級干線均采用了SDH傳輸體制，因此在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的IP傳輸技術(shù)較多采用IP over SDH。 1．IP over SDH的概念 IP over SDH以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。它使用鏈路及點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP：Point To Point Protocol）對數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，根據(jù)RFC1662規(guī)范把IP分組簡單地插入到PPP幀中的信息段。然后再由SDH通道層的業(yè)務(wù)適配器把封裝后的IP數(shù)據(jù)包映射到SDH同步凈荷中，然后經(jīng)過SDH傳輸層和段層，加上相應(yīng)的開銷，把凈荷裝入一個SDH幀中，最后達(dá)到光網(wǎng)絡(luò)，在光纖中傳輸。IP over SDH，也稱為PACKET over SDH （PoS），它保留了IP面向無連接的特征。 2．IP over SDH與路由器的關(guān)系 IP over SDH技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要高速路由器和PPP協(xié)議，采用的仍然是傳統(tǒng)路由器的逐包轉(zhuǎn)發(fā)方式。其基本思路是將路由計算與包的轉(zhuǎn)發(fā)分開，采用緩沖技術(shù)、硬件芯片快速處理技術(shù)、以ATM信元交換矩陣作為路由器內(nèi)部體系構(gòu)架的交換路由技術(shù)，將路由器包的逐包轉(zhuǎn)發(fā)速度控制到與第二層交換的速度相當(dāng)。它無須利用廣域網(wǎng)上的ATM交換機(jī)來建立虛電路VC。 為保證路由與SDH設(shè)備之間的互操作性，路由器卡應(yīng)支持下述SDH開銷字節(jié)功能： ?。?）用于自動保護(hù)倒換(APS)的Ｋ1、Ｋ2字節(jié)，允許路由器與路由器之間、路由器與ADM之間進(jìn)行倒換； （2）通過蹤跡字節(jié)(Ｊ1)可由路由器卡來插入和監(jiān)視;·差錯監(jiān)視字節(jié)(Ｂ1、Ｂ2和Ｂ3)、復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯指示字節(jié)(Ｍ1)和通道狀態(tài)字節(jié)(Ｇ1)可由路由器)來插入和監(jiān)視； ?。?）路由器應(yīng)對SDH的段、線路和通道進(jìn)行告警和性能監(jiān)視； ?。?）路由器卡從SDH系統(tǒng)提取要定時。 IP over SDH中以鏈路方式來支付Internet網(wǎng)絡(luò)，不能參與Internet網(wǎng)絡(luò)的尋址。它的作用是將路由器以點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接起來，提高點(diǎn)到點(diǎn)之間的傳輸速率。它并沒有從總體上提高Internet網(wǎng)絡(luò)的性能，這種Internet網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上仍是一個路由器網(wǎng)。Internet網(wǎng)絡(luò)整體性能的提高將取決于路由器技術(shù)是否有突破性進(jìn)展，因而這種技術(shù)的核心是千兆比線速路由交換機(jī)(千兆比特高速路由器)。 目前不少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司已推出基于IP over SDH技術(shù)的交換路由器產(chǎn)品，如Cisco千兆位交換路由器GSR12000、Ascend千兆位路由轉(zhuǎn)發(fā)器GRF、Lucent于1998年推出的Packet star千兆位路由器等。這些設(shè)備在交換功能方面引入了ATM技術(shù)，與傳統(tǒng)路由器相比，在技術(shù)方向有了重大突破，表現(xiàn)在吞吐量大(達(dá)60G bps)和傳送時延小(14～40μs)，為IP over SDH的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。但是，千兆比特高速路由器在實(shí)現(xiàn)第2層交換與第3層選路的綜合的同時，也帶來了設(shè)備的復(fù)雜性。此外，這種突破性技術(shù)尚不能廣泛應(yīng)用于普通路由器。因而除非網(wǎng)絡(luò)上的全部路由器都能采用千兆比特速路由器技術(shù)，否則仍難以從整體上提高Internet網(wǎng)絡(luò)的水平。所以，IP over SDH主要用于在干線上疏導(dǎo)高速率數(shù)據(jù)流。 3．IP over SDH的優(yōu)點(diǎn) IP over SDH的優(yōu)點(diǎn)是：對IP路由的支持能力強(qiáng)，具有很高的IP傳輸效率；符合Internet業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，如有利于實(shí)施多播方式；能利用SDH技術(shù)本身的環(huán)路和網(wǎng)絡(luò)自愈合能力達(dá)到鏈路糾錯的目的；同時又利用OSPF協(xié)議防止鏈路故障造成網(wǎng)絡(luò)停頓，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區(qū)和國界，兼容不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施全球聯(lián)網(wǎng)；聲略了ATM層，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了運(yùn)行成本。 4．IP over SDH的缺點(diǎn) IP over SDH的缺點(diǎn)是：IP over SDH目前尚不支持虛擬專用網(wǎng)VPN和電路仿真；在所有包交換技術(shù)中，ATM的QoS是最好的，它可以做到電路仿真，而IP over SDH技術(shù)只能進(jìn)行業(yè)務(wù)分級，不能提供較好的QoS；對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)必須處理龐大、復(fù)雜的路由表，而且查找困難，路由信息占用比較大的帶寬。 SDH傳輸技術(shù)，廣泛應(yīng)用于傳輸領(lǐng)域，它的一系列優(yōu)點(diǎn)非常適合于廣播信號的傳輸。而IP over SDH能使IP數(shù)據(jù)包通過PPP協(xié)議直接映射到SDH幀結(jié)構(gòu)上，省去中間的ATM層，簡化了IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺上，可以很容易地跨越地區(qū)和國界，兼容各種不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。IP over SDH技術(shù)是目前建設(shè)和改造Internet骨干網(wǎng)的首選方案。在有線電視網(wǎng)絡(luò)平臺上IP over SDH適用于省際網(wǎng)絡(luò)和省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上的IP傳輸。目前，國內(nèi)外廣泛建設(shè)的SDH環(huán)境為IP over SDH的實(shí)施創(chuàng)造了良好的條件。隨著千兆高速路由器的進(jìn)一步成熟和IP業(yè)務(wù)的進(jìn)一步增大，對IP over SDH的應(yīng)用會越來越廣泛。但是，應(yīng)注意到，在一段時期內(nèi)，IP over ATM、IP over SDH將會共存互補(bǔ)，各有其最佳應(yīng)用場合和領(lǐng)域，但最終會過渡到IP over DWDM 。 |
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