SDH技術(shù)的演進(jìn)與展

1、SDH技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展毛 謙 武漢郵電研究院總工程師一、概述在全球的通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖通信網(wǎng)是傳輸?shù)闹黧w網(wǎng)絡(luò)，而其中主要是基于SDH/SONET技術(shù)的。自20世紀(jì)80年代中期，Bellcore就提出了同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）的概念，1987年SONET成為北美的標(biāo)準(zhǔn)。ITU(原CCITT)在SONET的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)各國(guó)通信專家的共同努力，于1988年提出了第一套同步數(shù)字體系（SDH）的標(biāo)準(zhǔn)。由于SDHSONET的一系列優(yōu)點(diǎn)，使其從90年代初“問世”以來(lái)，就得到飛快的發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)信息的需求，特別是對(duì)寬帶信息的需求不斷增長(zhǎng)，于是傳送網(wǎng)迅速擴(kuò)張，建設(shè)規(guī)?？涨?。這時(shí)的主角依然是SDHSO

2、NET。后來(lái)由于EDFA的成熟應(yīng)用和適宜于波分復(fù)用的各種有源、無(wú)源器件技術(shù)的快速進(jìn)步，DWDM系統(tǒng)迅速成長(zhǎng)，特別是在核心網(wǎng)得到普遍應(yīng)用。這時(shí)，通道設(shè)備主要仍然是基于SDHSONET的，因此在提高傳送網(wǎng)容量的進(jìn)程中， SDHSONET大顯身手。在十多年的應(yīng)用歷程中，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟、傳送業(yè)務(wù)不斷拓展的需要以及與其他技術(shù)的融合，SDH技術(shù)一直在向前演進(jìn)和發(fā)展，功能和性能不斷完善和提高。下面從SDH技術(shù)本身的不斷完善、在波分復(fù)用技術(shù)（包括在光傳送網(wǎng)）中的角色、對(duì)傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性、基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)以及與IP技術(shù)的融合等兒個(gè)方面歸納出SDH技術(shù)演進(jìn)和發(fā)展的情況。二、SDH技術(shù)本身的不

3、斷完善（一）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口速率等級(jí)的不斷提高和補(bǔ)充1988年發(fā)布的第一套SDH標(biāo)準(zhǔn)中，僅有2個(gè)速率等級(jí)，即 STM-1(155 020kbit/s)和STM-4(622 080kbit/s)。1991年修改的標(biāo)準(zhǔn)中加進(jìn)了STM16(2 448 320kbit/s)。由于對(duì)傳輸容量的需求不斷提高，同時(shí)微電子和光電子技術(shù)的進(jìn)步為高速率電、光信號(hào)的處理打下了基礎(chǔ)，于是更高等級(jí)的速率接口也應(yīng)時(shí)而出。1996年增加了STM-64(9 953 280kbit/s)的規(guī)范，直至2000年的第5版標(biāo)準(zhǔn)中，才增加了STM-256(39 813 120kbit/s)這一目前最高的SDH標(biāo)準(zhǔn)接口速率。最近在日本召開的

4、光通信研討會(huì)上提出，是否需要考慮進(jìn)一步增加有關(guān)STM1024(159 252 480kbit/s)的規(guī)范。為了便于在無(wú)線通信和接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH技術(shù)，在2000年還增加了STM-0(51 840kbit/s)的速率接口(原來(lái)的51 840kbit/s速率一直被使用，但從未正式規(guī)范為STM-O)。至此，形成了SDH比較完整的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口速率體系，如表1所示。表1 SDH 體系比特率同步數(shù)字體系等級(jí)體系比特率(kbits)051 8401155 5204622 080162 488 320649 953 28025639 813 120注：高于256等級(jí)的規(guī)范要求特研究 考慮到對(duì)有些無(wú)線傳輸系統(tǒng)，

5、如中、小容量微波傳輸系統(tǒng)和衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)，51 840kbit/s這一速率還顯得太高。在許多實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)合，需要采用比51 840kbit/s低得多的速率。于是在1999年推出了新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn) ，規(guī)范了STM-0的子速率sSTM-0接口。它包括sSTM-1k和sSTM-2n兩個(gè)系列的9種速率接口，如表2所示。表2 SOHsSTM-0接口的速率（二）復(fù)用結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)客戶信號(hào)類型的特點(diǎn)和變化，SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和復(fù)用路徑也在不斷優(yōu)化。例如，1991年簡(jiǎn)化了復(fù)用結(jié)構(gòu)，刪除了復(fù)用路徑的選擇、AU-31分支和TU-3s對(duì)TUG1s的承載，用VC-3代替了VC-31，刪除了TUG-22

6、、TU-22、VC-22和C-22。1993年規(guī)范了簡(jiǎn)化的SDH幀結(jié)構(gòu)。1996年引入了VC-34中支路的K、L、M編號(hào)方法及STMN中VC-34的線性編號(hào)，刪去了固定的TU模式，在將TUG-2s復(fù)用進(jìn)TUG-3時(shí)去掉了NPI。2000年對(duì)復(fù)用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較大的修改（2）、（3）等。最后形成的復(fù)用結(jié)構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)行的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)和路徑既考慮了和原來(lái)使用的低階SDH設(shè)備的兼容，又考慮到高速率復(fù)用的可實(shí)現(xiàn)性和易實(shí)現(xiàn)性，特別對(duì)容量大于E4的客戶信號(hào)的映射與復(fù)用，提供了可行的方案。當(dāng)然也對(duì)形成低速率（STM-0）接口信號(hào)的復(fù)用路徑給出了相應(yīng)的規(guī)范。（三）設(shè)備類型的簡(jiǎn)化在最初的SDH規(guī)范中，規(guī)定了4類

7、共7種設(shè)備。但在實(shí)際應(yīng)用中，主要使用終端復(fù)用設(shè)備 (TM)、中繼設(shè)備(REG)、分插復(fù)用設(shè)備(ADM)和數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)，但由于DXC 使用量有限，TM和REG都可以通過(guò)對(duì)ADM重新配置來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際在網(wǎng)上大量使用的主要是ADM設(shè)備。隨著設(shè)備集成度的提高，現(xiàn)在的ADM設(shè)備的交叉容量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原來(lái)的DXC的交叉容量。為了適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)的需要，在ADM設(shè)備中也增加了多方向的各種速率的光接口；同時(shí)為了增強(qiáng)其恢復(fù)和保護(hù)功能，對(duì)于帶多環(huán)情況下的保護(hù)和在網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)中虛擬環(huán)的保護(hù)都能支持；通過(guò)設(shè)備本身的背板連接，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)互通大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在這種多功能的ADM中，再加入網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)算法，使

8、得ADM與原來(lái)的DXC相比毫不遜色。因此實(shí)用中，SDH設(shè)備類型簡(jiǎn)化得只剩ADM一種，無(wú)非對(duì)應(yīng)于不同應(yīng)用場(chǎng)合的配置不同而已。 對(duì)于設(shè)備的描述方法也有很大的改進(jìn)。原來(lái)對(duì)SDH設(shè)備的描述是采用傳統(tǒng)的功能塊(即方框圖)的描述方法，和網(wǎng)絡(luò)的分層描述方法不一致，難以產(chǎn)生有機(jī)的聯(lián)系和理解。后來(lái)改用原子結(jié)構(gòu)的描述方法，與網(wǎng)絡(luò)的描述方法一致，不僅便于理解，而且便于ASIC的設(shè)計(jì)，縮短了新一代設(shè)備的開發(fā)周期，對(duì)SDH技術(shù)的發(fā)展是一種推動(dòng)。（四）SDH光接口應(yīng)用代碼的不斷豐富 最初的SDH設(shè)備只有6類12種光接口應(yīng)用代碼，隨著接口速率的提高，類別雖然沒有增加，代碼的品種自然增加了一些。但在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，經(jīng)常遇到一些特

9、殊情況，用原有的應(yīng)用代碼很難達(dá)到理想的效果。于是，在我國(guó)制定國(guó)內(nèi)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就增加了一些增強(qiáng)型接口的代碼，解決了一部分實(shí)際應(yīng)用的問題。后來(lái)，由于接口速率不斷向高低端擴(kuò)展，又得益于光放大器的實(shí)用化，使得進(jìn)一步增加光接口的應(yīng)用代碼成為可能。 現(xiàn)在SDH設(shè)備可以提供的光接口應(yīng)用代碼，已增加到包括VSR、I、S、l、V、U等的31類63種，再加上DWDM目前的4類1220種代碼(CWDM的應(yīng)用代碼還正在規(guī)范之中)，足以滿足各種結(jié)構(gòu)、各種功能、任何復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的組網(wǎng)需求了。（五）保護(hù)與恢復(fù)功能的不斷增強(qiáng) 起初的SDH系統(tǒng)，只考慮了線形保護(hù)功能，這只能滿足鏈路型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)的需要。實(shí)際上，這表明

10、SDH還停留在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的簡(jiǎn)單形態(tài)的系統(tǒng)階段，還沒有形成整個(gè)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，又根據(jù)SDH本身的特點(diǎn)，提出了SDH環(huán)形保護(hù)的概念，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了保護(hù)環(huán)之間的互通。這樣，為中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)創(chuàng)造了條件，特別對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的生存性和靈活性非常有利。在樞紐節(jié)點(diǎn)，利用越來(lái)越成熟的SDXC設(shè)備，將匯集到該節(jié)點(diǎn)的鏈路和環(huán)網(wǎng)連接起來(lái)，在多個(gè)樞紐節(jié)點(diǎn)之間，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。依靠DXC設(shè)備的功能全面的恢復(fù)算法，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性方面，提供了保障。 前面已經(jīng)提到，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的，功能強(qiáng)大的SDHADM設(shè)備，也可部分地起到DXC的作用。有些ADM設(shè)備的交叉容量目前可以做到480Gbs(相當(dāng)于3

11、072個(gè)STM1)，最終可以實(shí)現(xiàn)2.8Tbs的交叉能力(相當(dāng)于69120個(gè)STM-1)。可以提供8-256個(gè)不同速率的光接口，支持4128個(gè)保護(hù)環(huán)路。不僅可以實(shí)現(xiàn)如圖2所示的網(wǎng)狀網(wǎng)中的不同路徑的虛擬保護(hù)環(huán)，也可以共享光纖資源，實(shí)現(xiàn)不同速率保護(hù)環(huán)的設(shè)備共享和光纖共享，如圖3所示。（六）不斷完善的設(shè)備、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的同步功能 初期的SDH設(shè)備，在STM-N的幀結(jié)構(gòu)中安排了復(fù)用段開銷SI字節(jié)作為SDH網(wǎng)元的同步字節(jié)，SI字節(jié)的編碼由SDH從鐘的規(guī)范來(lái)確定。但是，只有網(wǎng)元的同步字節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它無(wú)法解決系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)整個(gè)的同步問題。于是，后來(lái)又進(jìn)一步規(guī)范了對(duì)網(wǎng)同步層、同步分配層和同步傳送層的要求，以及在S

12、DH同步網(wǎng)中應(yīng)采用的時(shí)鐘系列，和對(duì)每種時(shí)鐘的性能要求。（七）前向糾錯(cuò)技術(shù)的采用 在初期的SDH設(shè)備中，所采用的線路編碼只是NRZ加上7級(jí)擾碼。隨著傳送速率的不斷提高，光接收機(jī)的靈敏度急劇下降，使得再生跨距大大減小。即使在有光放大器的情況下，在同樣的光信噪比條件下，高速系統(tǒng)的光接收機(jī)靈敏度也低得多于是在最近的SDH設(shè)備中，廣泛采用了前向糾錯(cuò)編碼（FEC）。前向糾錯(cuò)技術(shù)是在數(shù)字通信的初期采用的一種編解碼技術(shù)，后來(lái)在采用了光通信作為數(shù)字通信的傳輸手段（即光纖數(shù)字通信）后，由于一直以來(lái)傳送的速率都比較低(例如2.5Gbit/s及其以下速率)，光接收機(jī)的靈敏度還足夠高，加之受當(dāng)時(shí)ASIC和軟件技術(shù)水平的

13、限制，所以在陸上系統(tǒng)沒有采用FEC，只是在海光纜系統(tǒng)中應(yīng)用?，F(xiàn)在，在高速傳送需要和技術(shù)水平提高的基礎(chǔ)上，F(xiàn)EC又被提出來(lái)在陸上系統(tǒng)中采用。FEC有很多種類，一般在SDH設(shè)備中采用的是帶內(nèi)編碼的BCH3碼。即利用段開銷中未被占用的字節(jié)來(lái)傳送FEC糾錯(cuò)所需的信息。 在OTN中，利用數(shù)字包封技術(shù)，還可以再加上帶外的FEC，目前規(guī)范的是R-S碼。但國(guó)內(nèi)電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還鼓勵(lì)在此基礎(chǔ)上，再采用糾錯(cuò)能力更強(qiáng)的增強(qiáng)型前向糾錯(cuò)編碼（EFEC），或超級(jí)前向糾錯(cuò)編碼（SFEC）等。 三、基于SDH的波分復(fù)用在SDH的傳送速率達(dá)到2.5Gbit/s之后，如何進(jìn)一步提高傳送容量，在技術(shù)路線上發(fā)生了分歧和爭(zhēng)論。有的主張仍然

14、采用傳統(tǒng)的TDM方式，將4個(gè)2.5Gbit/s復(fù)用成10Gbit/s，可使傳送容量擴(kuò)大4倍。但有人主張采用WDM的方法，將4個(gè)2.5Gbit/s復(fù)用成10Gbit/s，同樣可使傳送容量擴(kuò)大4倍。兩種方法孰優(yōu)孰劣，一時(shí)難分高低。后來(lái)由于用于WDM的MU-DEMUX器件、特定波長(zhǎng)DFB-LD，特別是EDFA的成熱和實(shí)用化，使WDM技術(shù)得到推廣，被廣泛應(yīng)用。另一方面，隨著材料、ASIC、光電子等技術(shù)的進(jìn)步，使單波導(dǎo)STM-64也逐步成熟，被廣泛應(yīng)用于核心網(wǎng)甚至城域網(wǎng)。事實(shí)證明，兩種技術(shù)路線之間并沒有矛盾，而是相輔相成的。單波道速率的提高和波分復(fù)用波道數(shù)的增加，對(duì)提高總的傳送容量都是有利的。所以，目前

15、在運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)中的大容量DWDM系統(tǒng)多采用NXSTM-64，例如32xSTM-64。 在OTN的保護(hù)規(guī)范沒有正式確定之前，由于DWDM系統(tǒng)中的客戶信號(hào)大多是SDH信號(hào)，所以可以采用SDH的保護(hù)方式。其中，最普遍應(yīng)用的是將某一DWDM系統(tǒng)中相關(guān)的SDH波道，與其他DWDM系統(tǒng)中相應(yīng)的SDH波道或者同速率的單波道SDH系統(tǒng)連成環(huán)形，利用SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)的方案進(jìn)行保護(hù)。 當(dāng)前，正在進(jìn)行研究的OTN保護(hù)規(guī)范中的主要保護(hù)機(jī)理，仍然是和SDH的線形保護(hù)和環(huán)形保護(hù)相似的機(jī)理。有些商用DWDM系統(tǒng)已開始使用相應(yīng)的保護(hù)方式。 為適應(yīng)城域網(wǎng)（MAN）和接入網(wǎng)（AN）中光傳輸?shù)奶厥庖?，一般不將核心網(wǎng)中的DWDM系統(tǒng)直接

16、照搬到MAN和AN中，而是進(jìn)行適應(yīng)性改造。更好的辦法是在城域網(wǎng)中采用粗波分復(fù)用（CWDM），在AN中采用寬波分復(fù)用（WWDM）。在這些系統(tǒng)中，目前主要的客戶信號(hào)多為SDH。 四、SDH對(duì)傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性SDH系統(tǒng)起初主要是為承載基于電路交換的TDM信號(hào)的，對(duì)分組信號(hào)開始只考慮了ATM。后來(lái)，隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)承載，IP信號(hào)的需求越來(lái)越迫切，于是，人們提出了許多將IP信號(hào)映射進(jìn)SDH虛容器（VC）的方法，起初是先將IP或Ethernet裝進(jìn)ATM，然后再映射進(jìn)SDH傳輸，即IPEthernet over ATM，再over SDH。后來(lái)，又把中間過(guò)程省去，直接將IP或Ether

17、net映射進(jìn)SDH，如PPP、LAPS、SDL、GFP等，即IP over SDH、POS或EOS。這幾種映射方式的主要優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。表3 IP over SDH幾種映射方式的比較 然而，SDH的虛容器VC的大小是固定的，且與IP或以太網(wǎng)分組信號(hào)的大小并不匹配。例如100M快速以太網(wǎng)FE信號(hào)如果映射進(jìn)VC4，則約有40的容量空閑，造成資源浪費(fèi)。能否FE映射進(jìn)50個(gè)VCl2呢?用直接映射到VCl2是不行的。于是，SDH發(fā)展了VC級(jí)聯(lián)的技術(shù)，即通過(guò)N個(gè)VCn的級(jí)聯(lián)，可以成為容量為NXVCn的等效容器來(lái)使用。級(jí)聯(lián)又有相鄰級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)兩種方式。有了級(jí)聯(lián)技術(shù)以后，分組信號(hào)映射進(jìn)SDH就方便多了。在實(shí)

18、際使用級(jí)聯(lián)技術(shù)時(shí)，在傳送過(guò)程中，還采用根據(jù)分組信號(hào)容量的實(shí)時(shí)變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整級(jí)聯(lián)的VCn個(gè)數(shù)，使得SDH通道的利用更加有效。為了識(shí)別在SDH上承載的是什么客戶信號(hào)，在SDH的通道開銷中，又設(shè)置了信號(hào)標(biāo)簽。給不同客戶信號(hào)以不同的信號(hào)標(biāo)簽的編碼，隨通道開銷傳送，在網(wǎng)中就不會(huì)發(fā)生信號(hào)失配的錯(cuò)誤。 五、基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)當(dāng)SDH在城域網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，人們覺得SDH僅僅作為一種傳輸手段尚未能完全適應(yīng)城域網(wǎng)的需要。由于城域網(wǎng)比較靠近用戶，特別對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶，希望SDH既能提供傳輸功能，又能提供多種業(yè)務(wù)的接入功能。這樣的SDH技術(shù)實(shí)際上可以看作是傳輸與交換的融合，又稱為基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MS

19、TP）。基于SDH的MSTP是指基于SDH能同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備?；赟DH的MSTP除應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)SDH設(shè)備所具有的功能外還應(yīng)具有TDM業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)或以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入功能；TDM業(yè)務(wù)、ATM業(yè)務(wù)或以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳送功能，包括點(diǎn)到點(diǎn)的透明傳送功能：ATM業(yè)務(wù)或以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能；ATM業(yè)務(wù)或以太網(wǎng)業(yè)務(wù)映射到SDH虛容器的指配功能等。其功能框圖如圖4所示。例如，其中的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，除了可以通過(guò)PPP或LAPS映射進(jìn)VC從而實(shí)現(xiàn)透明傳輸以外，還可以通過(guò)MSTP中嵌入的以太網(wǎng)2層甚至3層交換機(jī)，直接掛接10100M以太網(wǎng)端口。

20、提供LAN的接入。實(shí)際上，有些MSTP設(shè)備除了提供上述業(yè)務(wù)外，還可以提供FR、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等眾多類型的業(yè)務(wù)。圖4 基于SDH的MSTP的功能框圖六、SDH技術(shù)與IP技術(shù)的融合在技術(shù)的發(fā)展中，許多技術(shù)也在不斷吸取其他技術(shù)的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)自己的不足，或者說(shuō)是不同技術(shù)之間的融合。例如利用SDH的自愈環(huán)技術(shù)，與IP或其他分組技術(shù)的碼流具有隨機(jī)性、突發(fā)性的特點(diǎn)，產(chǎn)生了彈性分組環(huán)技術(shù)。RPR可以認(rèn)為是SDHSONET技術(shù)和IP技術(shù)的有效結(jié)合，是在無(wú)連接的IP技術(shù)中引入面向連接的機(jī)制，把SDHSONET的環(huán)型保護(hù)的概念和IP的流控技術(shù)巧妙地進(jìn)行丁有機(jī)的結(jié)合。彈性分組環(huán)的特性脫胎于SDH，例如保持了50ms的保護(hù)時(shí)間，提供了QoS保證；又優(yōu)于SDH，例如RPR沒有空閑的冗余容量，又可以重復(fù)使用已分配的光纖路由，因此其傳送容量是同樣SDH環(huán)的