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同步数字系列

时间:2024-10-04 百科知识 版权反馈
【摘要】:基于上面的原因,制定一个高速、能兼容T1和E1的统一的数据传输网络体系迫在眉睫。1988年国际电讯联盟ITU采纳了SONET网络体系,并对其进行了扩展,形成了一个通用的技术标准,新的标准不仅能够用于光纤通信,也能用于微波和卫星通信,ITU将这一新的标准称为同步数字系列SDH。SDH采用统一时钟的技术,整个的网络的各级同步时钟都来自一个非常精确的主时钟,这种方式很好地解决了数字网络的同步问题,这也就是SDH网络称为同步数字体系的原因。

在20世纪70—80年代,陆续出现了T1(DS1)/E1载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25、FR、DDN和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种网络技术。随着信息社会的到来,人们希望现代信息传输网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务,而上述网络技术由于其业务的单调性,扩展的复杂性和带宽的局限性,仅在原有框架内进行修改已经无法满足要求高速传输的要求,更无法承担起远程通信网络传输重任。

同时由于历史的原因,历史上存在两个互不兼容的标准体系,即日本、北美的T1标准和欧洲的E1标准。T1标准将24个64Kbp的信号复用到1条1.544 Mbps的信道上传输,E1标准将32个64Kbp的信号复用到1条2.048Mbps的信道上传输。这两种标准后来制定的高次群速率也不相同,这种现象加剧了两种标准间的不兼容。

基于上面的原因,制定一个高速、能兼容T1和E1的统一的数据传输网络体系迫在眉睫。20世纪80年代美国贝尔通信技术研究所提出了同步光纤网络SONET(Synchronous Optical Network),制定了该网络的接口规范,定义了接口速率和服务等级标准。SONET位于OSI参考模型的物理层,能兼容T1和E1标准,允许数据以多种不同的速率复用在高速线路上传输,较好地解决了多种网络业务的高速传输和T1和E1的兼容问题。1988年国际电讯联盟ITU(International Telecommunication Union)采纳了SONET网络体系,并对其进行了扩展,形成了一个通用的技术标准,新的标准不仅能够用于光纤通信,也能用于微波和卫星通信,ITU将这一新的标准称为同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。

由于SDH能支持各种业传带宽要求,具有很高的传输速度,在传输链路故障时能具有自愈能力,能实现很好的网络管理和维护,并且随着技术的发展,建设成本不断地下降,所以受到了业界的重视和欢迎,目前SDH在世界各个国家的电信范围内广泛应用,基本成为远程通信网络的唯一技术选择。

7.8.1 基本同步模块

数字传输系统由于采用了PCM技术和TDM技术,要实现高速传输,必须很好地解决时钟同步问题,时钟同步意味着发送方和接收方在数据传输时,其时钟的速率和相位都需要保持一致。SDH采用统一时钟的技术,整个的网络的各级同步时钟都来自一个非常精确的主时钟(采用昂贵铯原子钟,精度优于正负10的负11次方),这种方式很好地解决了数字网络的同步问题,这也就是SDH网络称为同步数字体系的原因。

为了支持各种业务的传输,SDH确定了由低速速率复用获得高速速率,再由高速速率复用获得更高速速率的方式来获得各种通信速率。SDH以基本同步传送模块STM1为基本单元进行传输,其他更高的速率通过多个STM1进行复用得到。SDH确定的同步传送信号第一级速率为STS-1(Space Transportation System),STS-1的速率为51.840Mbps,而STS-1是由多个低速的T1、T2、T3的信号复用后得到的基本速率信号STM1,其中:T1=1.544Mbps、T2=6.312Mbps、T3=44.736Mbps。三路STS-1再复用后送到基本同步传送模块STM1线路传输,STM1速率为3×51.840Mbps=155.520Mbps。STS-1、STM1的复用关系如图7-31所示。

图7-31 STS-1、STM1的复用关系

7.8.2 同步数字系列的帧结构

SDH确定的最低传输速率STS-1(OC1)为51.840Mbps,规定一个STS帧为810字节,每传输一帧为125微秒,每秒传输8000帧,即8×810×8000=51.840Mbps,帧结构如图7-32所示。

图7-32 SDH的帧结构

为了方便表示SDH的帧结构,这里将一个810字节的STS-1帧表示成9行,90列(9×90=810)。一个STS-1帧分为两部分,即传输开销和静载荷(数据)部分,在STS-1帧中,传输开销为27B,静载荷部分783B。传输时,发送顺序是从左到右,从上到下依次发送。

7.8.3 同步数字系列的速率

SDH的基本同步传送模块STM1速率为155.520Mbps,也称OC3(俗称155M线路),是由三路STS-1(OC1)复用后得到的,更高速率是由多个STM1再进行复用得到的。其中4个STM1复用后的速率为622.080 Mbps的STM4,也称OC12(俗称622M线路),4个STM4复用后的速率为2488.320Mbps的STM16,也称OC48(俗称2.5G线路),4个STM16复用后的速率为9952.280Mbps的STM64,也称OC192(俗称10G线路)。

这里OC(Optical Carrier)是光学载波的意思,在这里借用它来表示光纤网络中的线路速率,通常以OC-N表示。N是一个倍数因子,表示是基本速率51.84Mbps的多少倍。OC级、STM级以及俗称线路速率的对应关系如表7-3所示。

表7-3 OC级、STM级以及线路速率的对应关系

续 表

7.8.4 同步数字系列的网络结构

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高速传送网络,它的结构与交通道路很类似。SDH传输系统通过光纤作为传输骨,这类似公路的主干道;SDH系列中使用分插复用器ADM实现数据从一条传输线路转接到另外一条线路,在这里ADM类似公路上的立交桥或交叉路口,实现道路的转接,而在“SDH高速公路”上跑的“车”,就是各种电信业务(如语音、图像、数据等)。

SDH网络由SDH网元NE(Net Element)和通信光缆构成。SDH存在四类网元,终端复用器TM,再生中继器REG,分插复用器ADM和数字交叉连接设备DXC。SDH网络的各种网元的符号表示如图7-33所示。

终端复用器TM在发送方实现将电信号转换成光信号,并将需要传输的低速信号复用到高速线路上,通过高速线路传输。在接收方,TM实现将光信号恢复成电信号,并将高速线路上的信号分送给各接收方的低速线路。

再生中继器REG完成信号传输过程中信号的再生放大,保证信号传输质量。

分插复用器ADM用于网络的转接节点处,例如链路的中间节点或环路上的节点。ADM是SDH用得最多的网元,用于将低速线路复用到高速线路上去,或者将高速线路的信号分用到低速线路上去。

数字交叉连接设备DXC相当于一个交叉矩阵,完成STM-N信号的交叉连接功能,DXC是一个多端口器件,可将输入的m路的STM信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上。除了交叉连接功能,DXC还完成配线、监控、网管等多种功能,用于SDH网络的配置和管理。

图7-33 SDH网络的各种网元的符号表示

如图7-34是一个由网元、链路组成的SDH网络示例,在该网络中,终端复用器TM将51.840Mbps的STS-1数据流复用成155.520Mbps的STM-1数据流,并转换成光信号送到光网络传输,经再生中继器REG完成信号传输过程中的信号再生放大,保证信号质量。传输到达分插复用器ADM时,完成再次复用到更高速率线路的插入或分用到更低速线路的下路,不需要插入或下路的数据流则继续通过网络单元向前传输。当数据流到达目的端时,经终端复用器分用成各自的STS-1数据流,送到各目的接收方。

图7-34 由网元、链路组成的SDH网络

SDH网络由网元和光纤链路组成网络,按照网元与光缆链路连接方式的不同组成不同拓扑结构的网络,SDH主要的网络拓扑结构有链形、星形、树形、环形和网状形。

链形网络拓扑结构是将网络中的网元设备串联连接。这种拓扑结构的特点是经济,一般用于无分支的长途网络中,如铁路网络。链形网络如图7-35所示。

图7-35 链形SDH网络

星形拓扑结构是将网元设备DCX或ADM作为中心节点与其他网元设备相连,其他网元设备之间互不相连,星形拓扑网络如图7-36所示。星形拓扑网络中各网元节点的传输都要经过中心节点的转接,该拓扑结构的特点是可以通过中心节点统一来管理其他网络节点,但中心节点处理负担较重,处理能力存在瓶颈,同时中心节点故障将导致全网瘫痪,安全保障有一定隐患。

树形拓扑结构可以看成是链形结构和星形结构的结合,树形拓扑结构网络如图7-37所示。树形拓扑结构也存在中心节点的处理瓶颈和安全隐患问题。

图7-36 星形SDH网络

图7-37 树形SDH网络

环形拓扑结构的各个网元通过链路首尾相连,环形网络拓扑具有自愈能力,可靠性较高,环形网络主要用于接入网,中继网等场合。环形拓扑结构网络如图7-38所示。

图7-38 环形SDH网

图7-39 网状形SDH网

网状形网络,每个网元有多条链路与其他网元相连,使得任何一个网元到另一个网元有多条路径可达,网络可靠性较高,各节点处理负担相对均衡,不存在处理瓶颈,但是由于采用了冗余链路结构,导致成本较高,网络也相对复杂。网状形拓扑结构网络如图7-39所示。

我国电信运营商在最近几年大量组建了SDH网络,其网络结构分由四个层面组成。第一层面为省际干线网,在主要省会城市装有DXC4/4,其间由高速光纤链路STM-16/STM-64连接,形成一个大容量、高可靠的网状骨干网结构。这一层面能实施大容量业务调配和监控,对一些质量要求很高的业务量,可以在网状网基础上组建一些可靠性更好、恢复时间更快的SDH自愈环。第二层面为省内干线网,在主要汇接点装有DXC4/4、DXC4/1、ADM,其间由高速光纤链路STM-16/STM-64连接,形成省内网状网或环形网。第三层面为中继网,可以按区域划分为若干个环,由ADM组成STM-4/STM-16/STM-64的自愈环,这些环具有很高的生存性,又具有业务疏导能力。环形网主要采用复用段保护环方式。如果业务量足够大可以使用DXC4/1沟通,同时DXC4/1还可以作为长途网与中继网及中继网与接入网的网关或接口。第四层面为接入网,接入网处于网络的边界,业务量较低,而且大部分业务量汇接于一个节点上,因此通道环和星形网都十分适合于该应用环境。其网络结构如图7-40所示。

图7-40 我国的四层SDH网络结构

由于SDH具有的众多优越,使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。中国移动通信集团公司、中国电信集团公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国广播电视网络有限公司等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了SDH技术,架设系统内部的SDH光环路,以承载各种业务。比如电力系统,就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。

目前,SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。SDH技术与一些先进技术相结合,如光波分复用(WDM)、ATM技术、Internet技术(IP over SDH)等,使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目,是电信界公认的数字传输网的发展方向,具有远大的商用前景。

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