光通信之SDH

提起SDH，对从事网络建维的通信汪来说不会陌生，SDH是截至目前安全性能最高、运行最稳定、承载最安全的一个传输技术体制，在中国，已实现网上运行近20年的时间，2000年左右，是SDH起步发展的起始，作为基础网络体制，承载了我们的电话、手机、互联网等各项应用。

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）, SDH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。

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport Mode，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－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；

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（Section OverHead，SOH）区、STM－N净负荷区和管理单元指针（AU PTR）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（Regenerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， 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； 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而言每帧比特数为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。

为什么出现SDH？

由于之前采用的PDH技术传输信号，PDH由于传输距离短、容量小、速率低，不能大规模的实现快速有效的传递信息，一直没能作为重要的传输技术进行推广，SDH在上世纪90年代中下期开始进行商用，在中国主要是因为电信改革，成立多家电信公司，需求一下旺盛起来，2000年初，各地快速的利用SDH进行组网，用于承载移动网，后期随着手机用户越来越普及，对SDH的需求更是日趋旺盛，2000-2010年是SDH的黄金十年，在这个过程中，由于应用的需求，完善了优化了SDH的多项功能，比如环保护、多路由保护等。

如今SDH的需求已萎缩

进入4G时代，以至5G之后，SDH对于大容量、高速率的承载已越来越力不从心了，由于技术体制的限制，对安全性能的完善必然要牺牲字节，造成利用率下降；TDM电路对用户来讲是属于专属通道，即使长期不用也要保留通道，造成了使用率下降。4G时代是流量为王的时代，要求的就是快速传送，这个时候，另外一个技术体制IPRAN应运而生（下期分析）。5G也即将来临，对于通信运营商来说，首要的就是要完善好基础网络，无论哪种无线技术体制，都需要有线的传送网来进行承载。SDH虽然已即将落幕，但它十多年来承担多种业务的功劳必将在通信技术史上留下浓墨重彩的一笔。

SDH介绍

一、 SDH产生 在综合业务数字网中，我们需要把不同传输速率（例如64kb/s 的电话，2Mb/s的会议电视，4~34Mb/s的电视节目）的各种信息都复接在一起，放在一根线路上传输，原来的准同步数字系列PDH（Pseudo—synchronous Digital Hierarchy），是把由30路电话复接而成的基群信号H12（传输速率为2.048Mb/s）逐步复接成二次群H22（传输速率为8.448Mb/s）、三次群H31（传输速率为34.368Mb/s）、四次群H4（传输速率为139.264Mb/s）等。

这是什么含义呢！？举个例子，想在天津把北京传到上海的四次群中分出一个特定的基群信号1，则应先把四次群分接成三次群、然后三次群再分接成二次群、二次群再分成基群。取出基群信号1后，再有天津加上一个基群信号1’，然后进行相反复接（基群到二次群，然后二次群到三次群。。。。。。），这样才能继续往上海传送。

可见，为了一个基群信号，需要在天津设置很多分接和复接设备，这样不但增加了成本，还使信号受到损伤。另外PDH在全世界没有统一的标准和规范，不便于国家之间的互通。针对PDH的缺点，美国贝尔通信研究所提出了同步光纤网络SONET（Synchronous Optical NETwork）的传输技术体制，并逐步成为美国国家标准，1988年，国际电报电话咨询委员会（CCITT与美国国家标准化协会达成协议，将SONET修改为国际通用的技术体制，重新命名为同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy），可应用于光纤，微波和卫星传输网络。

二、SDH特点

SDH是一种同步的数字传输网络。所谓同步，是指其复接的方式采用同步复接，其各支路的低信号是互相同步的。它的传输速率分级称为同步传输模块STM（Synchronous Transport Module），其中STM-1的传输速率为155.520Mb/s，STM-4的传输速率为622.080Mb/s，STM-16的传输速率为2488.320Mb/s，STM-64的传输速率为9953.280Mb/s。同PSH相比，SDH有很多突出的优点。

1、 在SDH中，不同传输速率的数字信号的复接和分接变的非常简单，只需利用软件即可从高速信号中一次分接出低速信号，既简化了操作步骤，又便于通信系统的扩容和升级，尤其适合于高速大容量的光纤传输系统。

2、 SDH的基本传输模块可以包容目前世界上几种主要的传输系列，便于各个国家的互通，也可兼容现有的PDH。

3、 SDH对网络接口接点进行了统一的规范，可以在同一网络上使用不同厂家的设备，具有很好的横向兼容性。

4、 SDH设备是智能化的设备，又在帧结构中安排了丰富的、用于管理的开销比特（大约占信号的5%），使网络的运行、管理和维护（OAM）能力大大加强，加大了组网的灵活性，提高了网络的效率和可靠性。

5、 虽然SDH的设备成本比PDH大约高5%左右，但其营运费仅为PDH的1/6。综合考虑，SDH的费用不到PDH的70%，具有较好的经济效益。 6、 SDH支持异步传输（ATM），便于向宽带综合信息网过渡。当然，SDH也有一些缺点，例如，频带利用率较低。在PDH中，一个139.264Mb/s的四次群可以包容64个基群信号（2.048Mb/s），频带利用率为（64X2.048）/139.264=94%。在SDH中一个155.520Mb/s的STM-1只能包容63个基群信号，频带利用率为（63X2.048）/155.5 20=83%。同样，PDH中一个139.264Mb/s四次群可以包容4个三次群信号，在SDH中，一个155.520Mb/s的STM-1只能包容3个三次群信号。此外，还有技术比较复杂，以及由于大规模采用软件控制容易造成人为因素、计算机病毒等引起的网络故障等。

三、SDH基本概念

A、SDH的主要设备

1、 终端复用器（TM）

终端复用器是把多路低速信号复用成一路高速信号，或者反过来把一路高速信号分接成多路低速信号的设备。2、 分插复用器（ADM）

分插复用器是在高速信号中分接（或插入）部分低速信号的设备。

3、 数字交叉连接设备（DXC）

数字交叉连接设备是具有一个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接（包括再生）的设备，它具有复用、配线、保护/恢复、监控和网络管理等多项功能。 4、 再生器（RG）

再生器位于网络传输链路中途，是能够接收STM-N信号，并经过适当的处理，使信号按规定的幅度、波形和定时特性继续向前传输的设备。 B、通道复用段和再生段

在一个SDH网络中，终端与终端之间的链路称为通道；复用器与复用器（不管是终端复用器还是分插复用器）之间的链路称为复用段；再生器和其他网元之间的网络称为再生段。C、SDH分层模型类似于普通计算机网络，SDH也采用分层模型，便于设计和管理。SDH网络可以分成电路层、通道层和传输媒介层，其中通道层又分为低阶通道层和高阶通道层，传输媒介层又分为物理媒介层和段层，段层由复用段层和再生段层组成。

1、 电路层：网络直接为用户提供通信服务，面向电路交换业务、分组交换业务、宽带综合业务数字网等。其主要设备是交换机或交叉连接设备，在呼叫的基础上，电路的建立和释放所需时间很短

2、 通道层：网络支持一个或几个电路层网络，由各种类型的电路层网络共享，为电路层提供传送服务。对于电路层网络节点，通道层的通道是透明的。通道层可分为提供虚容器VC-1/2/3的低阶通道层和提供虚容器VC-3/4的高阶通道层。

3、 传输媒介层：网络支持一个或几个通道层网络，它与具体的传输媒质是光纤还是无线电信号有关。其中物理媒介层网络主要是以光电脉冲形式进行比特的传送；复用段层网络为通道层提供同步、复用功能，进行复用段开销的处理和传递；再生段网络完成再生器之间或再生器与复用段终端之间的定帧、扰码、再生段误码监测和再生段开销的处理和传递等。

SDH的定义

Synchronous Digital Hierarchy -- 同步数字系列是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信号的传送。它是一种新的数字传输体制。将称为电信传输体制的一次革命。

信息高速公路近来已成为人们的热门话题。到21世纪，人们借助于信息高速公路，可以在家中完成各种日常活动。而构成信息高速公路的最基本单元——公路——就将由SHD设备构成。　　——SDH(SynchronosDigitalHierarchy)是一种新的数字传输体制。它将称为电信传输体制的一次革命。　　——我们可将信息高速公路同目前交通上用的高速公路做一个类比：公路将是SDH传输系统(主要采用光纤作为传输媒介，还可采用微波及卫星来传输SDH)信号，立交桥将是大型ATM交换机SDH系列中的上下话量复用器(ADM)就是一些小的立交桥或叉路口，而在“SDH高速公路”上跑的“车”，就将是各种电信业务(语音、图像、数据等)。

SDH的优点

SDH技术同传统的PDH技术相比，有下面几个明显的优点：　　1、统一的比特率：在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。而SDH中实现了统一的比特率。此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。

2、极强的网管能力：在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。

3、自愈保护环：在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。

4、SDH技术中采用的字节复接技术：若把SDH技术与PDH技术的主要区别用铁路运输类比一下的话，PDH技术如同散装列车，各种货物(业务)堆在车厢内，若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。因此，PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。

而SDH技术就好比集装箱列车，各种货物(业务)贴上标签(各种开销：Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内)，因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。　　因此，可以肯定地说，即将实现的信息高速公路将基本上由SDH设备构成，只有同高速公路(SDH)相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。　　据统计目前世界上共有17家电讯厂商掌握SDH技术。随着中国邮电工业总公司及所属四家工厂与邮电部第五研究所合作研制的ATM-1/STM-4级别的SDH设备的推出，该公司成为了世界上第18家能够提供SDH设备的企业。

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